Tecnología del Metal 1 -1 Común a las profesiones de Mecánica y Construcciones Metálicas
PRIMER CURSO FORMACION PROFESIONAL DE PRIMER GRADO
Tecnología del Metal 11 Común a las profesiones de Mecánica y Construcciones Metálicas
PRIMER CURSO FORMACION PROFESIONAL DE PRIMER GRADO por Equipo . Técnico EDEBÉ TOMAS VIDONDO CLAUDINO ALVAREZ Colaboradores :
Guillermo Alfonso Gregorio Cubillas Zenón Cubillas Carlos Nicolás
b
EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62 . Barcelona 17
EDITORIAL BRUÑO 1rU©O Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid 28
TECNOLOGIA DEL METAL 1 .1 Primer Curso Formación Profesional de Primer Grado
ES PROPIEDAD © EDICIONES DON BOSCO BARCELONA 1976 ISBN 84-236-1243-0 Depósito Legal . B. 8063-76 Reimpresión 1982 Impreso en España . Printed in Spain
Escuela Gráfica Salesiana Barcelona-Sarriá
Texto aprobado, según Orden Ministerial del 14 de junio de 1976 .
Indice
CONOCIMIENTO DE MATERIALES 1
Aceros y fundiciones 1 .1 Metales más empleados en la industria mecánica 1 .2 El hierro 1 .3 Productos siderúrgicos 1 .3 .1 Clasificación de los productos siderúrgicos 1 .3 .1 .1 El hierro como producto siderúrgico 1 .3 .1 .2 Fundiciones 1 .3 .1 .2 .1 Clasificación de las fundiciones según el proceso de elaboración 1 .3 .1 .2 .2 Clasificación de las fundiciones según su composición y estructura 1 .3 .1 .3 Acero Clasificación según su composición Clasificación según el método de obtención Clasificación según sus aplicaciones 1 .3 .2 Designación de los aceros 1 .3 .3 Influencia de los materiales de aleación en los aceros 1 .3 .4 Resumen de la obtención de la fundición y del acero
3 .2.1 Propiedades 3 .2.2 Aplicaciones Plomo 3 .3 .1 Propiedades 3 .3 .2 Aplicaciones Aleaciones de plomo y estaño 3 .4 .1 Soldadura blanda 3 .4 .2 Metal antifricción 3 .4 .3 Metal de imprenta 3 .4 .4 Plomo duro Cinc 3 .5 .1 Propiedades 3 .5 .2 Aplicaciones Conglomerados metálicos 3 .6.1 Aplicaciones Protección de metales 3 .7.1 Por recubrimiento metálico 3 .7 .2 Modificando químicamente la superficie que se : ha de proteger 3 .7 .3 Por recubrimientos no metálicos 3 .7 .4 Aleaciones inoxidables
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Identificación de materiales 4.1 Identificación por las apariencias 4.2 Identificación por las características 4.2 .1 Ensayos químicos- ; 4.2.2 Ensayos físicos 4.2 .3 Ensayos metalográficos 4.2 .4 Ensayos mecánicos 4.3 Identificación por las características mecánicas 4.3 .1 Ensayo de tracción 4.3 .1 .1 Límite de elasticidad (E) 4 .3 .1 .2 Resistencia a la tracción (R) 4.3 .1 .3 Carga de rotura (U) 4.3 .1 .4 Alargamiento (A) 4.3 .2 Ensayo de resiliencla 4 .3 .3 Ensayo de dureza 4 .3 .3 .1 Con lima 4.3 .3.2 Brinell 4 .3 .3 .3 Vickers 4 .3.3.4 Rockwell 4 .3.3.5 Shore 4 .4 Ensayos tecnológicos 4 .4.1 De plegado 4 .4.2 Embutición 4 .4.3 Forjado 4 .4.4 Ensayo de chispas :: 4 .5 Identificación por sus aplicaciones
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3 .3 21 3 .4
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3 .5
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3 .6
22
3 .7
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2
Productos no férricos : el cobre y sus aleaciones 2 .1 El cobre 2.1 .1 Propiedades 2.1 .2 Aplicaciones 2 .2 Aleaciones de cobre 2.2 .1 Latones 2 .2 .2 Bronces
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3
Productos no férricos y sus aleaciones : metales varios 3 .1 Aluminio 3 .1 .1 Propiedades 3 .1 .2 Aplicaciones 3 .1 .3 Aleaciones de aluminio 3 .2 Estaño
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Formas comerciales 5 .1 Productos semielaborados 5 .1 .1 Desbaste 5.1 .2 Palanquilla Llantón 5.1 .3 5 .2 Productos acabados 5.2.1 Chapa Plano ancho 5 .2.2 5.2.3 Viga de perfil normal (PN) 5 .2.4 Perfil en U normal (PN) Viga . d e ala ancha 5 .2.5 5 .2.6 Angular de lados iguales de perfil normal (PN) Angular de lados desiguales, de 5 .2.7 perfil normal (PN) 5 .2.8 Perfil en T normal (PN) 5 .2 .9 Angular con nervio para construcciones móviles 5 .2 .10 Angulo camero 5 .2 .11 Otros perfiles de acero 5 .3 Productos de acero laminado en calidad especial 5 .4 Tubos 5 .4 .1 Tubos sin costuras para trabajos a presión 5 .4 .2 Tubos de costura soldada 5 .5 Perfiles conformados en frío 5 .6 Identificación por su forma y dimensiones
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Piezas fundidas : su obtención 6 .1 Economía obtenida con las piezas fundidas 6 .2 Propiedades de los metales para fundir 6 .3 Metales y aleaciones empleados para obtener piezas fundidas 6 .4 Proceso para la obtención de piezas fundidas 6.4 .1 Preparación del modelo 6.4 .2 Preparación del molde 6.4 .3 La colada 6.4 .4 Acabado
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Piezas forjadas : su obtención 7 .1 Fases del proceso 7 .1 .1 Preparación del material 7 .1 .2 Caldeo de la pieza 7 .1 .3 Operación de forjado 7 .2 Ventajas principales de las piezas forjadas 7 .3 Algunos procesos elementales de forjado
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Tratamientos térmicos : introducción 8.1 Introducción a los tratamientos térmicos Medición de las temperaturas 8.2 8.2 .1 Observación del color del metal 8.2 .2 Termómetros 8.2 .3 Lápices de contacto Pirómetros 8.2 .4 8.2 .4 .1 Termopares 8.2 .4 .2 De radiación 8.2 .4 .3 Pirómetro óptico 8.2 .4 .4 Reguladores automáticos de temperatura 8 .3 Hornos 8.3 .1 Clasificación de los hornos 8.3 .1 .1 Hornos de hogar abierto 8.3 .1 .2 Hornos de cámara abierta Hornos de mufla 8.3 .1 .3 8.3 .1 .4 Hornos de baños 8.3 .2 Efectos de la atmósfera de los hornos sobre los aceros 8 .4 Medios de enfriamiento 8.4 .1 Precauciones en el enfriamiento de las piezas
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9
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Instrumentos de medida para magnitudes lineales 10 .1 Metros y reglas El metro arrollable 10 .1 .1 10.1 .2 La regla graduada 10 .2 Calibrador o pie de rey 10 .2 .1 Funcionamiento del nonio 10 .2 .2 Apreciación de los nonios 10 .2 .3 Medición con el pie de rey 10 .2 .4 Características del pie de rey Empleo del calibre 10 .2 .5 10 .3 Medición con compases
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11
Instrumentos de medida para magnitudes angulares 11 .1 Goniómetros y transportadores 11 .1 .1 Escuadra universal 11 .1 .2 Goniómetro simple 11 .1 .3 Falsa escuadra 11 .2 Goniómetros de precisión Nonio circular 11 .2 .1 11 .2 .2 Lectura del nonio 11 .3 Goniómetro óptico
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12
Instrumentos de verificación de superficies planas Verificación 12 .1 12 .2 Verificación de superficies planas 12 .2 .1 Con reglas de precisión 12 .2 .2 Con mármol de verificación 12 .2 .2 .1 Entintado o colorante 12 .2 .2 .2 Normas de uso y conservación 12 .2 .3 Otros procedimientos
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13
Instrumentos de verificación para ángulos Verificación de ángulos. Instrumentos fijos 13 .1 13 .1 .1 Escuadras Plantillas de ángulos 13 .1 .2 13 .1 .3 Normas para su empleo y conservación 13 .1 .4 Verificación de escuadras de 900
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64 64
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METROLOGIA
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63 63 63 63 64 64 64
Tratamientos térmicos 9 .1 Teoría de los tratamientos térmicos 9 .2 Componentes y constituyentes de los aceros 9 .2 .1 Características de los constituyentes 9 .3 Clasificación de los tratamientos térmicos 9 .4 Fases en todo tratamiento térmico Temple 9 .5 9 .5 .1 Martempering 9 .5 .2 Temple superficial 9 .6 Revenido 9 .6 .1 Temple-revenido isotérmico 9 .7 Recocido 9 .7 .1 Recocido de regeneración 9 .7 .2 Recocido de ablandamiento 9 .7 .3 Recocido contra acritud 9 .7 .4 Recocido isotérmico Normalizado 9 .7 .5 9 .8 Tratamientos termoquimicos 9.8.1 Cementación 9.8.2 Nitruración 9.8.3 Cianuración 9 .9 Influencia de los tratamientos térmicos en las propiedades de los aceros
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13 .1 .5 13.2
Verificación de escuadras 1200 Cubos o dados 13.1 .6 Mesa óptica o ciclómetro
de
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94 94 95 95 95 95 95 95 95 95 96 96 96 96 96
15
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Trazado al aire 15 .1 Importancia del trazado al aire 15 .2 Utiles empleados en el trazado al aire 15 .2 .1 Mármol 15 .2 .2 Gramil 15 .2.3 Calzos 15 .2.4 gfuñas 15 .2.5 gatos 15 .2.6 Escuadras de trazar y cubos o dados 15.2.7 Mesas y escuadras orientables 1 55.2 .8 Aparatos divisores 15.3 Proceso del trazado 15.4 Fsesumen de los instrumentos de trazado
99 99 99 99 100
Taller 16.1 16.2 16.3
16.4 16 .5
17
mecánico y puesto de trabajo ¿Qué es un taller mecánico? Objetivos de un taller mecánico Funciones técnicas de un taller mecánico 16.3 .1 Función fabricación 16.3 .1 .1 Taller de preparación de utillaje 16.3 .1 .2 Almacén de herramientas 16.3 .1 .3 Sección de mecanizado y montaje 16 .3 .1 .4 Entretenimiento o mantenimiento Otras secciones 16.4 .1 Almacén de materias primas 16 .4 .2 La sección de verificación Puestos de trabajo 16 .5 .1 Puesto de trabajo del ajustador 16 .5 .1 .1 Ajuste 16 .5 .1 .2 Elementos básicos del puesto del ajustador
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Limas 17.1 Partes_ de una lima 17 .2 Elementos característicos de la lima 17 .2 .1 Forma 17 .2.2 Tamaño 17 .2 .3 Picado 17 .2 .3 .1 Angulo de los dientes 17 .2 .4 Grado de 'corte 17 .3 Limas especiales
101 101 101 102 102 102 102 103 103 103 103 103 104 104 104 104 106 106 107 107 107 107 107 108 ` 108
Limado : generalidades 18 .1 Objeto del limado 18 .2 Fijación de las piezas en el tornillo de banco 18 .2 .1 Altura del tornillo 18 .2 .2 Posición del operario 18 .2 .3 Manera de agarrar la lima 18 .2 .4 Dirección del limado
111 112
Operaciones de limado a mano Limado de superficies planas 19 .1 19 .2 Limado de superficies paralelas 19 .3 Limado de ángulos convexos 19 .4 Limado de ángulos cóncavos 19 .5 Limado de superficies curvas, convexas 19 .5.1 Casos particulares 19 .5.1 .1 Superficies cilíndricas libres 19 .5.1 .2 Superficies cónicas libres 19 .5.1 .3 Superficies secantes, no libres, a superficies planas : 19.5.1 .4 Superficies tangentes a superficies planas : 19 .6 Limado de superficies cilíndricas cóncavas 19.6 .1 Superficies libres Limado de superficies tangentes, cóncavas 19 .7 y convexas 19.8 Limado de perfiles complejos
114 115 115 115 115 115 115 116 116
17 .5
OPERACIONES A MANO 16
108 108 108 109
17 .4
TRAZADO 14 Trazado plano Objeto del trazado 14.1 14 .2 Clases de trazado 14 .2.1 Trazado plano 14 .2.2 Trazado al aire 14 .3 Barnices de trazar Instrumentos de trazar 14 .4 14 .4.1 Punta de señalar o de trazar Granete 14 .4.2 14 .4:3 Compás de trazar 14 .4 .4 Escuadras 14 .4 .5 Escuadras de hallar centros 14 .4 .6 Reglas 14 .4 .7 Regla angular 14 .5 Práctica del trazado en el plano
17 .3 .1 Con mango de acero 17 .3 .2 Limas para máquinas 17.3.3 Con picados especiales Mangos comunes, para limas 17 .4.1 Colocación de los mangos en las limas 17 .4.2 Mangos especiales 17 .4.3 Limas flexibles Normas para la elección de las limas
21
Aserrado o troceado con desprendimiento de virutas 20.1 Formas en que puede presentarse el material 20.2 Elección del material 20.3 Procedimientos empleados para cortar el material 20 .3 .1 Troceado con desprendimiento de virutas 20 .3 .2 Sierra de mano 20 .3 .3 Hoja de sierra 20 .3 .3 .1 Dimensiones 20 .3 .3 .2 Características 20 .3 .3 .3 Elección de la sierra 20 .3 .4 Arco de sierra 20 .4 Normas para aserrar a mano Burilado y cincelado 21 .1 Objeto del burilado y cincelado 21 .2 Cincel o cortafrío 21 .2 .1 Cabeza 21 .2 .2 Cuerpo 21 .2 .3 Filo o extremo de corte 21 .3 Buril y Gubia 21 .3 .1 Buril 21 .3 .2 Gubias 21 .4 Martillo Partes de la cabeza de un mar21 .4.1 tillo 21 .4.2 Empleo 21 .4.3 Mango 21 .5 Mazas 21 .6 Modo de cincelar 21 .7 Trabajos característicos con el cincel, buril o gubia
9
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112 112 112 112 112
116 116 116 116 117 117 118 118 118 118 119 119 119 119 119 120 120 120 121 122 122 122 122 122 122 122 123 123 123 123 123 123 123 124
Acanalado Desbastado Chaflanado Troceado de chapa Troceado de chapa gruesa Troceado con auxilio de taladros Trabajos varios
124 124 124 124 124
Roscas Tornillo y tuercas 22.1 22.1 .1 Generación de una rosca Clasificación de las roscas 22.2 22 .2.1 Según el número de filetes 22.2.2 Por la forma del filete Según su posición 22.2.3 22.2.4 Según el sentido de la hélice Elementos de las roscas. Perfil 22.3 22 .4 Dimensiones fundamentales de una rosca 22.4 .1 Paso -p22.4.2 Avance -a22.4.3 Diámetro exterior 22.4.4 Diámetro interior 22.4 .5 Diámetro medio Profundidad de las roscas 22.4 .6 22 .4 .7 Diámetro nominal 22 .5 Representación de las roscas 22 .6 Designación de las roscas 22 .7 Acotación de las roscas Sistemas de roscas 22 .8 22 .8 .1 Sistema Whitworth Sistema Sellers 22 .8 .2 22 .8 .3 Sistema ¡SO 22 .8 .4 Sistema Whitworth para tubos
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Roscado, herramientas de roscar 23 .1 Machos y cojinetes de roscar Machos de roscar 23 .1 .1 23 .1 .1 .1 Partes de un macho 23 .1 .1 .2 Sección transversal 23 .1 .1 .3 Angulos de desprendimiento 23 .1 .1 .4 Forma de las ranuras 23 .1 .1 .5 Destalonado 23 .1 .1 .6 Juego de machos 23 .1 .2 Cojinetes de roscar 23 .1 .2 .1 Partes de un cojinete 23 .1 .2 .2 Formas 23 .1 .2 .3 Angulos 23 .1 .2 .4 Destalonado 23 .2 Terrajas de peines Tipos de terrajas 23 .2 .1
133 133 133 133 133 134 134 134 134 134 134 134 135 135 135 135
Roscado a mano 24.1 Práctica del roscado Roscado de tuercas 24.2 24 .2 .1 Taladrado previo 24 .2 .2 Achaflanado 24 .2 .3 Roscado propiamente dicho Elección de los machos 24.2 .3 .1 24.2 .3 .2 Elección del bandeador apropiado 24 .2.3 .3 Lubricantes 24.2 .3.4 Iniciación del roscado 24.2.3 ..5 Roscado Roscarlo de tornillos 24.3 24.3 .1 Torneado previo 24.3 .2 Roscado propiamente dicho 24 .3 .2 .1 Elección de los cojinetes 24.3 .2.2 Elección del portacojinetes 24.3 .2.3 Lubricante 24.3 .2.4 Iniciación del roscado 24.3 .2 .5 Roscado
136 137 137 137 138 138 138
21 .7 .1 21 .7 .2 21 .7 .3 21 .7 .4 21 .7 .5 21 .7 .6 21 .7 .7 22
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HERRAMIENTAS
UXILIARES MANUALES
25
uxiliares
124 124
138 138 139 139 140 140 140 140 140 140 140 141
Herramientas 25 .1 Alicates 25 .1 .1 25 .1 .2 25 .1 .3 25 .1 .4 25 .2 Tenazas 25 .2 .1 25 .2 .2 25 .2 .3 25 .2 .4 25 .3 Herramie 25.4 Her amien25 .4 .1 25 .4 .1 .1
25.5
25.6 25.7
Alicates Alicates Alicates Alicates
universales de punta alargada en punta con muelle de boca curva
Tenazas de carpintero Tenazas de sujeción Entenallas o tornillo de mano Gatos y sargentos tas para cortar tas para girar Llaves Llaves fijas Fija de una o dos bocas Hexagonal de tubo recta Hexagonal de tubo acodada Estrella plana Estrella acodada De vaso Dinamométrica Para tornillos de cabeza hexagonal interior 25 .4 .1 .2 Ajustables para caras planas 25.4 .1 .3 De uña articulada 25.4 .1 .4 Ajustables para tubos 25.4 .2 Destornilladores 25 .4 .2 .1 Tipos de destórnil¡adores 25 .4 .2 .2 Normas de cel" servación Herramien25 tas para golpear .5.1 Martillo 25 .5 .2 Mazas 25 .5 .3 Punzones o botadores Extractor de poleas Cajas de herramientas
142 142 142 142 143 143 143 143 143 143 143 143 143 144 144 144 144 144 144 144 144 144 144 144 145 145 145 146 146 146 146 146 146 147 147
NORMALIZACION 26
Normalización, tolerancia, acabado superficial Definición y objeto de la normalización 26.1 Principios generales de normalización 26.2 26.2.1 Etapas Organis os nacionales e internacionales 26.3 de norm lización Normas NE. Sus clases 26 .4 26.4 .1 Grupos de normas 26 .5 Campos e aplicación de la normalización en la M cánica 26 .6 Tipificaci n 26 .7 Normas e empresa 26 .8 Identifica ión de elementos normalizados 26,9 Designac ón normalizada 26 .10 Dibujos e taller 26.10 .1 Dibujo de conjunto 26.10 .2 Dibujo de despiece
ELEMENTOS DE 27
148 148 149 149 149 149 150 150 150 150 150 151 151 152 152
NION
Uniones fijas oldadas . Otras uniones 27 .1 Soldadura Clasificación de los procedimien27 .1 .1 tos de soldadura 27.1 .2 Preparación de las piezas que se han de soldar
154 154 154 155
27.1 .3 27.1 .4 27.1 .5 27 .2 27.3 27.4 28
Posiciones de la soldadura Defectos de la soldadura Identificación de las uniones soldadas Otros sistemas de uniones fijas: pegamentos Uniones prensadas 27.3.1 Prensado longitudinal 27.3 .2 Prensado transversal Uniones por zunchado y anclajes
Soldadura blanda, fuerte y soldadura por fusión con soplete 28.1 Soldadura blanda 28 .2 Soldadura fuerte Designación de la soldadura 28 .2.1 fuerte 28 .2.2 Soldadura con soplete Elementos de que consta una 28 .2.2.1 instalación para soldadura oxiacetilénica 28 .2 .2 .2 Acetileno 28 .2 .2.3 Válvula de seguridad 28 .2 .2 .4 Botellas de acetileno disuelto 28 .2 .2 .5 Botellas de oxígeno 28 .2 .2 .6 Reductores de presión y manómetros 28 .2 .2 .7 Sopletes oxiacetilénicos 28.2 .2 .8 Metal de aportación . Desoxidantes 28.2 .3 Normas generales para la ejecución de la soldadura con soplete 28.2.3.1 Soldadura continua hacia delante 28.2.3.2 Soldadura al baño 28.2.3.3 Soldadura continua hacia atrás 28.2 .4Corte de acero mediante el soplete oxiacetilénico
155 155 158 159 160 160 160 160
30 .3 30 .4
30 .5 30 .6 30 .7
161 162 162 162 163
31
163 163 163 163 164 164 164 165 165 165 166 166 166
29 :Soldadura eléctrica Soldadura eléctrica por arco voltaico 29 .1 29.1 .1 Equipo para la soldadura por arco 29.1 .2 Electrodos . Su clasificación 29.1 .2.1 Constitución 29.1 .2 .2 Designación 29.1 .2.3 Embalaje 29.1 .3 Cómo se suelda al arco voltaico 29.1 .3 .1 Posición del soldador 29.1 .3 .2 Normas prácticas 29 .2 Métodos especiales de soldadura por arco 29.2.1 Sistema de gas inerte o sistema 1NIG 29.2.2 Sistema MAG 29.2 .3 Soldadura con plasma (PL) 29.2.4 Sistema con protección de polvo (U P) 29 .3 Soldadura por resistencia 29.3,1 Sóldadüra a tope 29.3 .2 Soldadura continua 29.3 .3 Soldadura por puntos
167 167
30
174 174 174 174 174 175 175
Roblonado 30 .1 Elementos de unión 30 .2 Roblonado 30.2 .1 Roblones o remaches 30.2 .2 Dimensiones de los remaches 30 .2 .3 Clases de roblonado 30 .2 .3 .1 Roblonado de chapas 30 .2 .3 .2 Según el fin a que se destinen los roblones
30.2.4 30.2.4.1
167 167 168 168 169 169 169 169 170 170 170 170 171 171 171 171 172
175
Práctica del roblonado Herramientas empleadas en el remachado a mano 30.2.5 Estanquidad del roblonado 30.2.6 Cabezas y dimensiones Remachados especiales Medios para abrir agujeros en las chapas y perfiles: punzonado 30.4 .1 Punzonado a mano 30.4 .2 Punzonado a .máquina Proporciones del roblonado en los casos corrientes Ensayo de roblones Otros sistemas para obtener uniones fijas 30.7 .1 Ensamble por medio de chapas 30.7 .2 Ensamble por grapas
Uniones desmontables 31 .1 Tornillo 31 .1 .1 Designación de un tornillo 31 .1 .2 Clasificación de los tornillos 31 .1 .2.1 Tornillos de unión 31 .1 .2.2 Tornillo pasante 31 .1 .2.3 Espárrago 31 .1 .2 .4 Tornillos autorroscantes para chapas 31 .1 .2.5 Tornillo prisionero 31 .1 .2.6 Pernos de articulación 31 .1 .2.7 Pernos de anclaje 31 .1 .3 Tuercas 31 .1 .4 Formas normalizadas de tuercas 31 .1 .5 Arandelas 31 .1 .5 .1 Clases de arandelas 31 .1 .6 Dispositivos de seguridad 31 .1 .6 .1 Por doble tuerca 31 .1 .6 .2 Por rozamiento con tuercas especiales 31 .1 .6 .3 Por retención mecánica 31 .1 .6 .4 Por arandelas elásticas 31 .1 .7 Características de los tornillos 31 .1 .7 .1 Forma de la cabeza 31 .1 .7.2 Extremos de tornillos 31 .1 .7.3 Longitud de la rosca 31 .1 .7.4 Salidas de roscas 31 .1 .8 Pasadores 31 .1 .8.1 Cilíndricos 31 .1 .8 .2 Cónicos 31 .1 .8.3 De seguridad 31 .1 .9 Chavetas 31 .1 .9.1 Transversales 31 .1 .9.2 Longitudinales 31 .1 .10 Lengüetas 31 .1 .11 Aplicaciones de los elementos de unión
175 176 176 177 177 177 178 178 178 179 179 179 179 180 181 181 181 181 181 181 182 182 182 182 182 182 182 182 183 183 183 183 183 184 184 184 185 185 185 185 185 186 186 186 186 186 187
OPERACIONES A MAQUINA 32
Brocas 32 .1 Taladrado 32 .2 Broca 32 .3 Brocas helicoidales 32 .3 .1 Cola o mango 32 .3 .2 Cuerpo 32 .3.3 Boca o punta 32 .4 Tipos de brocas helicoidales 32 .5 Afilado de las bracas helicoidales 32.5.1 Angulo de punta 32.5.2 Angulo de incidencia y destálonado 32 .6 Brocas especiales
190 190 190 191 191 191 192 192 192 192 192 193
Máquinas de taladrar 33.1 División de las taladradoras 33.1 .1 Elementos de una taladradora 33.1 .1 .1 Soporte general o bancada 33 .1 .1 .2 Soporte para fijación de las piezas 33 .1 .1 .3 Cabezal 33 .1 .1 .4 Dispositivos para fijar la broca
194 195 195 195
34 Taladrado Estudio del plano o dibujo 34 .1 34 .2 Elección de la máquina 34 .3 Colocación de la broca 34 .4 Fijación de la pieza 34 .5 Operación de taladrar 34 .6 Casos especiales 34 .7 Algunos defectos y accidentes que pueden
200 201 201 201 202 202 204
33
presentarse en el taladrado y sus causas
196 196 198
204
PROCESOS DE TRABAJO 35
Proceso de mecanizado 35 .1 Finalidad de los procesos de trabajo 35 .2 Ficha de trabajo, hoja de proceso o gama
35.3
207 207 207
Preparación de la hoja de proceso 35 .3.1 Estudio del plano de taller 35 .3.2 Estudio de una superficie 35 .3.3 Agrupación de superficies 35 .3 .4 Agrupación de subfases 35 .3 .5 Elección del proceso
35 .3 .6 35 .3 .7 35 .3 .8
Conclusiones Ejemplo 1 Modelo de hoja del proceso
208 208 208 208 208 208 208 208 209
NORMAS DE SEGURIDAD Y CONSÉRVACION 36
Seguridad y mantenimiento 36 .1 Normas generales para todos los puestos 36.2 Seguridad en el puesto de ajustador 36 .3 Seguridad con las herramientas auxiliares 36 .4 Seguridad en el puesto de taladrado 36 .5 Seguridad en la esmeriladora 36 .6 Seguridad en la fragua y operaciones de 36 .7 36 .8 36 .9
forjado Seguridad en el puesto de soldadura Código del color Reglas de conservación o mantenimiento
215 216 216 217 217 218 218 219 220 222
Introducción
Según el art. 40 de la LEY DE EDUCACIÓN:
«La Formación Profesional tendrá por finalidad específica la capacitación de los alumnos para el ejercicio de la profesión elegida, además de continuar su formación integral . Deberá guardar, en su organización y rendimiento, estrecha relación con la estructura y previsiones del empleo .»
La materia que nos ocupa tiende a cumplir esa «CAPACITACIÓN de los alumnos para el ejercicio de la profesión elegida» quizá en mayor grado que las demás disciplinas del curso . Como se verá más adelante, también posee- nuestra asignatura suficientes apartados como para ser una asignatura altamente FORMATIVA, pues se van a ver implicados en ellas amplios sectores de la personalidad humana. Por lo que se refiere a la relación que debe guardar con «la estructura y previsiones del empleo», nos parece que la experiencía?de muchas décadas preparando técnicos para la Industria nos permite escribir esta obra con conocimien to de causa ; y por otro lado no dudamos que, en una era tecnológica como es la actual, «la familia de la Mecánica» está lo bastante.representada como para no esperar disminución en la demanda de puestos de trabajo; por muchos años, para nuestros futuros técnicos. Como todos los comienzos, el aprendizaje entraña serias . dificultades. Conscientes de ello, queremos ayudar en tan delicado trance a esos mecánicos en potencia, a fin de que su formación técnica les resulte lo más :fácil y breve posible . Hemos expuesto la materia en 10 capítulos, dividido cada uno de ellos en varios temas. Número de capítulos no excesivo que permite al alumno un fácil ejercicio de memoria locativa asignando a cada capitulo una técnica concreta. En efecto, se ha procurado que cada capítulo y cada tema sea una unidad completa en sí misma observando cierta uniformidad en, la- estructura y composición de los mismos; así, desde elprimer momento de la explicación, el alumno centra su atención en el corazón mismo del tema. El cuestionario oficial, nos ha dado pie para esta distribución (pág. 19) . Hemos procurado no sobrecargar las explicaciones literarias,; y potenciar al máximo los métodos intuitivos. Para ello hemos procurado, siempre que ha sido posible, adjuntar una o; varias figuras para una mejor, aclaración del texto . Con este mismo fin; el texto que presentamos, va acompañado dé una serie de subsidios audiovisuales que alivien al profesor en la costosa : labor de dibujar cosas complejas o de precisión en la pizarra : transparencias;, diapositivas y peliculas-concepto. No hemos querido exagerar el número de transparencias por- no encarecer la. obra y, además, porque sabemos que muchos profesores de Tecnología po.. drán- preparar otras a medida que lo crean oportuno . La serie diapositivas;sirve para ayudar a reforzar los conceptos: explicados en el texto.
Nos damos cuenta de la utilidad de estos medios, puesto que los hombres de hoy están acostumbrados a adquirir conocimientos por medio de imágenes . El material y documentación que a continuación se detalla, presentado en un estuche para su fácil manejo y transporte, constituye, junto con el libro del alumno, el lote del Profesor : 37 transparencias 78 diapositivas 1 película-concepto . Folleto con la explicación de cada una de las transparencias, diapositivas y película-concepto. Folleto conteniendo los siguientes apartados : 1.° Indicaciones didácticas. 2.° Relación de medios didácticos. 3.° Medios audiovisuales : uso del retroproyector y realización de transparencias. El libro ha sido concebido como una obra completa en si misma, de tal modo que, aun sin las transparencias y diapositivas, puede seguirse perfectamente la exposición de la materia. El orden de los capítulos ha sido dispuesto de acuerdo con el cuestionario oficial habida cuenta de que debe servir de guía en la enseñanza práctica de taller. Con todo, el profesor puede seguir otro orden ya que cada capítulo constituye una materia completa, con cierta independencia de las demás . Se ha elegido el formato UNE A4 porque, además de ser el mismo de otros libros de nuestra colección, la experiencia nos dice que se necesita amplio espacio para dibujos, gráficos, anotaciones del alumno, ampliaciones del profesor..., lo que hace del libro un positivo instrumento de trabajo. Por si alguien tiene la paciencia de leernos, explicamos a continuación, brevemente, cómo hemos concebido la estructura, y preparación de esta obra : CAPÍTULO :
Título : denominación general que abarca toda la materia del capitulo. Contenido : cada capitulo trata de una misma materia, desde el principio
hasta el fin. Si por su amplitud parece didácticamente más apropiado, se divide en varios temas, pudiendo también constar cada capitulo de un único tema. TEMA :
denominación concreta de la materia 'del tema. Contenido : cada tema tratará una materia muy concreta y que ordinariamente podrá ser explicada en una sola sesión. Título :
OBJETIVOS :
Se determina concretamente lo que el alumno debe llegar a alcanzar con el estudio del tema, y apreciar las actividades que son importantes para conseguir el éxito y organizar sus esfuerzos hacia los mismos. GUIÓN : Señalamos los puntos principales desarrollados en el tema. Sirve de pauta o guía, al profesor y al alumno, para no pasar por alto nada importante . PUNTOS CLAVE :
Parte o partes principales del tema, que deben dominarse completamente . Debe insistirse sobre ellos, cuanto sea preciso, para su plena asimilación. Siempre que se juzgue conveniente, se emplearán, para estos puntos clave, las transparencias o diapositivas que podrán ser proyectadas por el profesor o por el propio alumno. CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS :
Señalamos aquí los conocimientos previos necesarios para poder comprender el tema. Conviene hacer una prueba de evaluación para comprobar si es necesario dar una explicación de repaso, o si incluso interesa ponerse en contacto con el profesor de esa materia para coordinar la forma y profundidad con que él mismo debiera explicar los conocimientos previos necesarios. 14
EXPOSICIÓN DEL TEMA : Ya hemos dicho que la explicación es sencilla y concisa indicando sólo lo esencial para dejar margen : 1.° a las explicaciones y aclaraciones del profesor, 2.° a la investigación del alumno, individualmente o en pequeño grupo. DIBUJOS Y REPRESENTACIONES GRÁFICAS : Hemos procurado que sean lo más intuitivos posible -a veces, sacrificando lo estético e incluso lo real-; los colocamos junto al texto. En ocasiones no hacemos más que mencionar la figura por estimar superflua toda aclaración . PROBLEMAS : Van resueltos en el texto aquéllos que son necesarios para aclarar la teoría. Se ponen otros ejemplos sin resolver, como ampliación . SEGURIDAD E HIGIENE: Si en un momento determinado hace falta alguna norma o instrucción particular se intercala en el texto. Si son de carácter general, se ponen al final del libro. NORMALIZACIÓN : Se ha incluido un tema sobre normalización general. En algún tema se hace mención de las normas publicadas sobre el mismo. MEDIOS DIDÁCTICOS :
En el momento oportuno se van señalando los existentes, tales como : medios -audiovisuales -transparencias, diapositivas y películas-, mecanismos y órganos de- máquinas, murales, identificación visual de elementos, etc. TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO : Se proponen, a los alumnos, cuestiones o temas para desarrollar por su cuenta. Se procura que, para las cuestiones, les sirva de pauta lo estudiado, y para ir más a fondo, hay que consultar en otras fuentes de información. También se proponen algunos temas que son complementarios de los estudiados . Cabe insistir en la conveniencia de que los trabajos desarrollados sean concretos y precisos en sus descripciones. Pueden hacerse con fichas estudiadas para el caso, que faciliten su ejecución, manejo y archivo. CUESTIONARIO : Preguntas para contestar el alumno, con lo cual se pretende constatar hasta qué punto asimiló éste la materia del tema y hasta dónde han sido eficaces los medios audiovisuales. Servirá también como prueba de evaluación. BIBLIOGRAFÍA :
Se confecciona una relación de fuentes de información para la ampliación del tema explicado y del tema para desarrollar el alumno . VOCABULARIO TÉCNICO :
Lista de palabras que aparezcan en el tema, cuyo significado no haya sido explicado en el mismo o en anteriores temas. Estas palabras van, en el texto, seguidas de un asterisco (*). Esperamos de la benevolencia de nuestros jóvenes alumnos y sobre todo de sus profesores, cuantas advertencias tengan a bien hacernos para ir mejorando las sucesivas ediciones de esta obra . Se lo agradecerá el equipo de profesores cuya colaboración la ha hecho posible. Barcelona, enero de 1976
LOS AUTORES 15
Objetivos generales
Con el conjunto de los textos de Tecnología Mecánica, Prácticas de Taller y Técnicas Gráficas que componen el Área Tecnológica de los dos cursos Formación Profesional de Primer Grado, se pretende que el alumno adquiera los Objetivos generales siguientes :
1
Objetivos de la Enseñanza General de la Profesión
1 .1 Asimilación y utilización de las nuevas técnicas de aprendizaje, estudio y trabajo personal y en grupo «aprender a aprender» . El Profesor informará progresivamente de estas técnicas y antes de comenzar la «unidad didáctica» explicará la técnica del Método Didáctico que va a emplear . 1 .2 Desarrollo del pensamiento crítico y de la capacidad de evaluación, análisis, síntesis y abstracción . 1 .3 2
Desarrollo de la capacidad de observación y experimentación .
Objetivos Generales de conocimientos y destrezas
2.1 Desarrollar la capacidad para interpretar, sintetizar ,y aplicar los conocimientos adquiridos sobre materiales, herramientas, maquinaria, planos, instalaciones, procesos de trabajo, mejora de métodos, nuevos medios de producción, seguridad en el trabajo contenido en ca tálogos, folletos, manuales, formularios, revistas, exposiciones, demostraciones, visitas a fábricas y ferias, cursillos y cuadernos de prácticas . 2 .2 Saber aplicar lo aprendido a solucionar problemas típicos, propios del desarrollo tecnológico de su profesión . 2 .3
Dominar el método inductivo-deductivo . 2 .4 Desarrollar orden, precisión, intercambiabilidad, sentido estético, organización, vocación y gusto por el trabajo . 2 .5
Dominar las fuentes de información para estar al día profesionalmente.
2 .6
Redactar memorias didácticas, procesos de fabricación, cálculos de tiempo . . ., etc .
2 .7 Desarrollar el ingenio para mejorar los métodos, tiempos de fabricación, solucionar problemas . . . 2.8
Desarrollar la habilidad manual para la ejecución de trabajos de precisión .
2.9
Adquisición del vocabulario técnico
2.10
para
una adecuada expresión
profesional .
Conocimiento del campo de aplicación y posibilidades de empleo del mecánico .
2.11 Conocimiento de la nomenclatura de herramientas, accesorios, máquinas y su denominación normalizada para facilitar los pedidos . 2.12 :Conocimientos básicos de otras profesiones para facilitar la transferencia teniendo en cuenta la evolución y creación de nuevas profesiones . 2.13 Capacitar al alumno en la flexibilidad de una enseñanza globalizada en el área tecnológica, 2.14 Reflexión previa en el planteamiento teórico y práctico de cualquier trabajo : ¿qué se hace? ; ¿por qué se hace? ; ¿para qué se hace? ; ¿cuándo : se hace? ; ¿quién lo hace? ; ¿dónde lo hace? ; ¿cómo se hace? 2 .15 Adquisición de los conocimientos de las asignaturas que complementan el área tecnológica : física aplicada, Matemáticas .
16
Orientación profesional
Objetivos : - Conocer la profesión y las diversas posibilidades de empleo y ocupaciones. - Conocer las categorías profesionales. - Cómo se ha de preparar el aprendiz para dominar la profesión . Presente y futuro de la profesión mecánica ¿Cuál es tu futuro en el mundo del trabajo? , ¿Has decidido dedicarte a la mecánica en alguna de sus profesiones? Es una buena elección, ya que cada día la industrialización necesita más y más personas para proyectar, dibujar, programar y fabricar : máquinas; vehículos, instrumentos, etc. Toda profesión requiere a la vez conocimientos y destrezas que no pueden improvisarse y que requieren de 2 a 5 años de estudio y entrenamiento especial . Una profesión exige : - para el Primer Grado, una formación básica ; - para el Segundo Grado, el Bachillerato Superior o el Bachillerato Unificado Polivalente, o cursar el Año de Materias Complementarias ; - para el -Tercer Grado, formación equivalente al primer ciclo universitario o haber superado los períodos necesarios de Materias Complementarias . Naturalmente, para ser un simple operario especializado, no hará falta tal formación . Antes de decidirte, puedes hacerte alguna pregunta semejante a éstas : ¿Dónde trabajaré? ¿Qué haré o qué me gustaría hacer? ¿Cuánto ganaré o me gustaría ganar? ¿Reúno las condiciones y aptitudes físicas o psíquicas necesarias? ¿Cuáles son las posibilidades de ascenso? ¿Dónde puedo aprender el oficio o profesión? ¿Cuánto tiempo necesitaré? Categorias profesionales Veamos un poco las distintas posibilidades o niveles de una profesión : Un 1.8 operario especializado es aquél que ha sido adiestrado para manejar una máquina, o hacer sólo unas operaciones concretas . Es un trabajo rutinario . Se practica una y otra vez lo mismo . 2 .8 Operario cualificado es el que puede preparar y manejar cualquier tipo de maquinaria . Ha de ser capaz de interpretar planos y utilizar herramientas de precisión . Dentro de esta categoría, cabe cierta especialización, por ejemplo : - Ajustador matricero y herramentista : prepara las matrices, dispositivos o utillajes para trabajos en serie . - Preparador de máquinas herramientas : hace los montajes de herramientas y los ajustes y reglajes de las máquinas automáticas o especiales ; debe ser capaz de verificar las piezas para comprobar si su ejecución en las máquinas está conforme con lo previsto en el plano . - Verificador : realiza la comprobación de las máquinas y piezas fabricadas, para cerciorarse de si cumplen las especificaciones previstas . 17
- Encargado de sección : suele ser aquel operario cualificado que, por sus cualidades personales y profesionales, sea capaz de asumir responsabilidades, tomar decisiones, mandar y supervisar a otras personas . 3 .a -Ingeniero técnico. Debe ser capaz de proyectar, construir y supervisar las operaciones de las máquinas herramientas. Suele ser el responsable de la fabricación y es una de las personas clave y más importante en la Industria . En el departamento de oficina técnica tiene también una importancia fundamental para la preparación del trabajo, estudio de los procesos y utillajes e incluso para la programación y lanzamiento. . Preparación para la profesión Dos han sido tradicionalmente las maneras de aprender una profesión : - Cursar estudios en una escuela profesional ; - Ingresar en un taller como aprendiz.
Ateniéndonos a la Ley General de Educación española, la única posibilidad oficial y legal de prepararse a una profesión antes de los 16 años, es la de cursar estudios de Formación Profesional de Primer Grado, por ser éste obligatorio a todos los alumnos que después de la Ense ñanza General Básica, no sigan los estudios del Bachillerato Unificado y Polivalente . Ver organigrama de la Ley General de Educación española . En la escuela aprenderá los fundamentos de la profesión y las ciencias complementarias a ella : las prácticas, la tecnología específica de la profesión y las técnicas gráficas, además de continuar su formación integral . -Al salir de la escuela no será un mecánico completo, aún le quedarán muchas cosas por aprender, pero podrá adquirirlas rápidamente gracias a la formación básica adquirida en ella . Muchas escuelas tienen cursos para capacitar a trabajadores con enseñanzas complementarias a fin de que puedan pasar de un grado a otro y llegar a técnicos . Pueden ampliar conocimientos a base de cursos monográficos, como los que suelen darse en escuelas especiales de Ingeniería Técnica . No acaban aquí las posibilidades de la mecánica . Se van implantando nuevas técnicas y proceso de trabajo : máquinas completamente automatizadas . Trabajar en estas máquinas es fácil, pero se requiere saber programarlas, ponerlas a punto y mantenerlas en buenas condiciones de trabajo . Queda pues mucho camino por recorrer y hacen falta muchos y buenos mecánicos para ello . En la actualidad, la planificación establecida por el Ministerio de Educación y Ciencia en la enseñanza de Formación Profesional de 1 .0 y 2 .0 grado en la Rama del Metal, es la que se indica en el siguiente esquema : Rama
Grado
Años
1 .0
2
2 Metal 2 .0
Tipo de enseñanza
Profesión - Mecánica . - Construcciones metálicas .
Régimen General (aprobado el curso de complementarias) .
- Fabricación mecánica .
Régimen de enseñanza especializada (aprobado el primer grado) .
- Máquinas herramientas. - Matricería y moldes . - Calderería en chapa y estructura] . -Automatismos neumáticos y oleohidráulicos .
Para el primer curso de Primer Grado de la profesión Mecánica, el cuestionario oficial y su correspondencia en este libro para la Tecnología es : CUESTIONARIO OFICIAL
CORRESPONDENCIA EN ESTE LIBRO
1
1
Conocimiento de materiales
Aceros . Fundición . Productos no férricos y sus aleaciones Identificar por su aspecto, por sus características mecánicas y por sus aplicaciones .
Conocimiento de materiales
Tema 1 Aceros y fundición . Tema 2 Productos no férricos ; el cobre y sus aleaciones . Tema 3 Productos no férricos y sus aleaciones : metales varios .
Formas comerciales de los materiales : Chapas. Barras. Perfiles. Tubos : Identificar por sus formas y sus dimensiones . Piezas fundidas : Idea de su obtención . Piezas forjadas : Idea de su obtención . Tratamientos térmicos : Temple. Recocido y revenido : Finalidad, propiedades y proceso elemental para obtenerlos.
Tema Tema Tema Tema Tema Tema
2
2
Metrologia
Instrumentos de medida : cintas métricas . Reglas graduadas . Calibres pie de rey . Transportador y goniómetro : Terminología . Características y aplicaciones de cada uno de ellos. Instrumentos de verificación : Para superficies planas : Regla . Mármol . Descripción y modo de empleo . Para comprobar ángulos : Escuadras . Plantillas. Otros instrumentos. Descripción y modo de empleo . 3
Trazado
4 5 6 7 8 9
Metrologla
Tema 10 nitudes Tema 11 nitudes
Instrumentos de medida para maglineales . Instrumentos de medida para magangulares .
Tema 12 Instrumentos de superficies planas .
verificación
de
Tema 13 Instrumentos de verificación para ángulos. 3
Trazado
Trazado plano y al aire elemental : Finalidad y forma de cada una de las clases de trazado . Instrumentos de trazado : Descripción y modo de empleo . -Técnica de la operación .
Tema 14 Tema 15
4
4
Operaciones a mano
Identificación de materiales . Formas comerciales . Piezas fundidas : su obtención . Piezas forjadas : su obtención . Tratamientos térmicos : introducción . Tratamientos térmicos.
Trazado plano . . Trazado al aire .
Operaciones a mano
Limado . Aserrado . Burilado y cincelado . Roscado : Finalidad. Herramientas utilizadas . Terminología y características de las mismas . Técnica de cada una de las operaciones .
Tema 16 Taller mecánico y puestos de trabajo . Tema 17 Limas . Tema 18 Limado : Generalidades . Tema 19 Operaciones de limado a mano . Tema 20 Aserrado o troceado con desprendimiento de virutas . Tema 21 Burilado y cincelado . Tema 22 Roscas . Tema 23 Roscado, herramientas de roscar . Tema 24 Roscado a mano .
5
5
Herramientas auxiliares
Alicates. Tenazas . Entenallas. Llaves. Atornilladores . Martillo . Machos . Otras herramientas. Descripción . Diferentes clases y modo de empleo . 6
Normalización
Herramientas auxiliares
Tema 25
6
Herramientas auxiliares .
Normalización
Objeto . Ventajas . Normas . Tolerancias de fabricación : Concepto elemental . Acabado superficial : Signos de mecanizado .
Tema 26 Normalización . Tolerancias . Acabado superficial .
7
7
Elementos de unión
Uniones fijas : chadas .
Soldadas, remachadas, zun-
Elementos de unión
Tema 27 n es .
Uniones fijas soldadas . Otras unio-
19
Uniones desmontables : Pasadores, tornillos, tuerca y otros elementos normalizados . Identificación de estos elementos por su forma y dimensión . Características y aplicaciones . 8
Operaciones a máquina
Taladrado : su objeto . Máquinas Taladradoras : clasificación, terminología y características . Herramientas : Terminología, características, ángulos principales, técnicas de la operación . 9
Procesos de trabajo
Finalidad de los procesos . Aplicaciones a trabajos elementales y a la obtención de piezas simples en superficies asociadas. 10
Normas de seguridad y conservación
Las relativas a las operaciones que se realizan y las herramientas que utilizan .
Tema 28 Soldadura blanda, fuerte y soldadura por fusión con soplete. Tema 29 Soldadura eléctrica . Tema 30 Roblonado. Tema 31 Uniones desmontables . 8
Operaciones a máquina
Tema 32 Tema 33
Brocas : Máquinas de taladrar.
Tema 34
Taladrado .
9
Proceso de trabajo
Tema 35
10
Proceso de mecanizado .
Normas de seguridad y conservación
Tema 36
Seguridad y mantenimiento .
1.
Conocimiento de materiales
Tema 1 . Aceros y fundiciones OBJETIVOS - Conocimiento elemental de los materiales principales empleados en mecánica. - Clasificación de los productos siderúrgicos. - Conocer la clasificación de las fundiciones según el proceso de elaboración. - Conocer la clasificación de las fundiciones según su composición y estructura . - Saber clasificar los aceros según su composición y conocer los elementos de aleación más frecuentemente utilizados en la composición de aceros afeados. - Conocer la clasificación de los aceros según el método de obtención y los procedimientos para obtenerlos. - Conocer la clasificación de los aceros según sus aplicaciones. - Saber hacer un resumen esquemático de la obtención del hierro y del acero. GUIÓN
Metales más empleados en la industria mecánica . El hierro. Productos siderúrgicos . Clasificación -de los productos siderúrgicos . Forma comercial de la fundición del horno alto . Resumen de la obtención de hierro y acero. Ferroaleaciones.
Fig. 1 .0
Instalación de un alto horno.
PUNTOS CLAVE - Diferencia entre fundición y acero . - Diferencia entre aceros al carbono y aleados. - Conocer los aceros y saber el empleo correcto para la fabricación de piezas y herramientas. EXPOSICIóN DEL TEMA 1 .1
Metales más empleados en la industria mecánica
En primer lugar, está el hierro, que en sus distintas formas entra en casi todas las construcciones metálicas. Le siguen, en menor escala, el cobre, empleado sobre todo en la industria eléctrica y en aleaciones, el aluminio, el plomo, estaño, cinc, níquel, etc. 21
Fig. 1 .1 Diversas piezas obtenidas por fundición .
tragante
1 .2
El hierro El hierro -símbolo: Fe- es un métal blando, dúctil y maleable, cuyo peso específico es de 7,86. Su punto de fusión es de 1 530 oC, pero si contiene carbono, puede bajar hasta menos de 1 200 oC. Ya antes de fundirse, se reblandece y puede trabajarse fácilmente en caliente . Conduce medianamente bien la electricidad y puede imanarse y desimanarse fácilmente. El hierro empleado en la industria contiene carbono en mayor o menor proporción y entonces varían sus propiedades . Los. minerales principales son óxidos y carbonatos : oligisto, hematites, magnetita y siderita. 1 .3
Productos siderúrgicos Se denominan productos siderúrgicos las sustancias férreas que han sufrido un proceso metalúrgico de elaboración (transparencia 16.3) . 1 .3.1
a
la fábrica de acero a la funderia Fig. 1 .2
al taller granula de on o al escorial
Esquema de un horno alto .
Clasificación de los productos siderúrgicos Los productos siderúrgicos son principalmente : - Aleaciones de hierro con carbono, a saber : fundición, acero. - Ferroaleaciones, o aleaciones con otros elementos y sin carbono. La fundición suele contener de 1,7 a 4 % de carbono y, vista al microscopio, presenta varios cuerpos distintos mezclados entre sí. El acero tiene de ordinario menos de 1,7 % de carbono, el cual está combinado completamente con el hierro. Tanto la fundición como el acero pueden contener, además del carbono, otros elementos como el cromo, níquel, manganeso, etc., y, en este caso, se llaman fundiciones y aceros especiales. 1 .3.1 .1 El hierro como producto siderúrgico Se llama hierro a un producto siderúrgico cuando no contiene más que el elemento químico de este nombre o si, aun conteniendo otros elementos, éstos solamente tienen carácter de impurezas . Llamamos hierro puro cuando la cantidad de impurezas es insignificante . Observaciones importantes : al aceró extrasuave, de que luego hablaremos, 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, se les da, aun vulgarmente, el nombre de hierro dulce, denominación que tiende a desaparecer . El hierro puro tiene aplicaciones especiales muy particulares . 1 .3.1 .2 Fundiciones Se llama fundiciones a las aleaciones de hierro y carbono que contienen de 1,7 a 4 % de carbono. Además pueden 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, tal como se estudia en cursos superiores de conocimiento de materiales. La propiedad más importante de las fundiciones es ser fácilmente fusibles, hasta el punto de poder obtener piezas, a veces su mamente complicadas, por medio de moldes (fig. 1 .1) . Ver Tema 6.
Fig. 1 .4A Partes de un cubilote : 1, parachispas; 2, chimenea ; 3, boca de carga ; 4, puerta de la boca de carga ; 5, plataforma de carga; 6, coraza ; 7, cuba ; 8, collar de separación ; 9, revestimiento refractario (camisa) ; 10, caja de viento ; 11, válvula de regulación del viento ; 12, ventilador; 13, tubo de viento; 14, boca del encendido ; 15, puerta de la boca del encendido ; 16, crisol; 17, solera ; 18, puerta del vaciado ; 19, pies; 20, puntal; 21, mirilla ; 22, tobera; 23, caja de la tobera; 24, piquera de la escoria ; 25, canal de la escoria ; 26, piquera de la colada ; 27, canal de la colada .
1 .3.1 .2.1 Clasificación de las fundiciones según el proceso de elaboración Según el proceso de elaboración, la fundición puede ser : de primera fusión, de segunda fusión, maleable y endurecida . - Fundición de primera fusión o arrabio, que es tal como sale de los hornos altos (fig. 1 .2), donde se obtiene (transparencias 16.1 y 16 .2) . Se la emplea en forma de lingotes (fig. 1 .3), para refundir o bien para la fabricación del acero . - Fundición de segunda fusión . La fundición de segunda fusión, que es la que se obtiene fundiendo de nuevo el lingote de primera fusión, generalmente en un horno llamado cubilote (fig . 1 .4A y 1 .413) es de suma importancia en el taller mecánico . Se emplea la fundición de segunda fusión en la obtención de numerosísimas piezas de maquinaria, especialmente las que no necesitan propiedades mecánicas en grado muy elevado, pero que son de formas complicadas, como 22
las bancadas de las máquinas herramientas, y aun en piezas más delicadas, como engranajes. - Fundición maleable. Se llama fundición maleable a una fundición de hierro en la cual se ha conseguido cierta ductilidad y maleabilidad por medio de un tratamiento térmico . En general se emplea en muchas piezas que han de ser tenaces y tener al mismo tiempo, formas complicádas. - Fundición endurecida o fundición templada . La fundición templada es la que a través de un enfriamiento rápido, ha adquirido una dureza mayor que la normal . 1 .3.1 .2 .2
Clasificación de las fundiciones según su composición y estructura
Según su composición y estructura, se pueden distinguir principalmente los siguientes tipos de fundiciones : gris, blanca y atruchada . - Fundición gris. La fundición gris se caracteriza por el hecho de que la mayor parte del carbono que contiene se encuentra en forma de laminillas finas de grafito, apreciables al microscopio, repartidas dentro de la masa metá lica. Recibe el nombre de gris por el color que presenta la superficie de rotura . La fundición gris no es muy dura y es la que se emplea en una segunda fusión para moldería, o sea, producción de piezas fundidas y también muchas veces para su conversión en acero -afino- . - Fundición blanca. En la fundición blanca todo el carbono, o la mayor parte de él, queda disuelto o combinado con el hierro ; de suerte que, vista al microscopio, ya no aparecen laminillas 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 hayan de ser transformadas en fundición maleable. - Fundición atruchada . Es intermedia entre la fundición blanca y la gris .
Fig. 1 .48
Sangrado de un cubilote.
1 .3.1 .3 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 combinado . También pueden contener los aceros otros elementos además del carbono . Generalmente se consideran aceros las aleaciones de hierro y carbono que contienen menos de 1,7 % de carbono, aunque de ordinario no pase del 1 %. En ciertos aceros especiales puede llegar a alcanzar el 2 %. Clasificación según su composición Los aceros se pueden clasificar según su composición en : - aceros al carbono; - aceros especiales o aleados . Los aceros al carbono son aquéllos que no contienen otros elementos combinados como níquel, cromo, etc . Los-aceros aleados son ternarios, cuaternarios, etc ., si contienen 3, 4, etc. elementos, además del hierro y el carbono . Los elementos de aleación más frecuentemente utilizados son : níquel, cromo, manganeso, molibdeno, wolframio, vanadio y silicio ; pero también se emplean otros como el cobre, el plomo, etc . Clasificación según el método de obtención Según el método de obtención, se clasifican los aceros en : - aceros comunes ; - aceros finos. Se llaman aceros comunes los obtenidos en el convertidor Bessemer o Thomas . Aceros finos, los que se obtienen, por los otros procedimientos : horno Siemens, horno eléctrico, convertidor LD y horno de crisoles (transparencia 16.4) . 23
Fig. 1 .5
Convertidor 8essemer.
Los aceros comunes -llamados también de base- se obtienen en el convertidor Bessemer o Thomas (fig. 1 .5) por reducción de parte del carbono con una corriente de aire. El convertidor es un recipiente basculante, revestido inte riormente de material refractario, que recibe la colada de arrabio (no se trata de un horno) en posición horizontal; después, ya en posición de trabajo, recibe una corriente de aire a presión por su base que penetra a través de la masa líquida y quema el carbono excedente. El proceso dura 15 6 20 minutos y, como la reacción producida desprende calor, la temperatura se eleva hasta unos 1 600 OC . Finalizado el proceso, el convertidor vierte el acero liquido en una cuchara y de allí pasa a las lingoteras donde es colado . Los tochos de acero así obtenidos sufren después el correspondiente laminado que los convierte en perfiles y productos empleados en la construcción mecánica. Los aceros finos -de calidad y especiales- son, como su nombre indica, aceros de gran calidad cuya ajustada composición y fina estructura requiere procedimientos de fabricación muy cuidadosa . Entre ellos destaca el horno Martín-Siemens; el horno eléctrico en sus diversas variedades, el convertidor LD y el horno de crisoles. El horno Martín-Siemens (fig . 1 .6) emplea combustible gaseoso y aire precalentado en acumuladores de calor situados debajo del hogar. Es un procedimiento económico porque permite emplear chatarra junto al arrabio .
gas caliente aire, caliente
Fig. 1 .6
Horno Martín-Siemens .
gas frío
combustión
aire frío
bocas de fuego
humos enfriados (a la chimenea)
El horno eléctrico (fig. 1 .7) no sirve para producir acero directamente sino que es un medio de refinar el que procede del convertidor o del horno MS. Como carece de gases combustibles es posible controlar perfectamente la atmósfera del horno y eliminar el riesgo de impurezas . Se emplea para producir aceros de máxima calidad .
agua de refrigeración
........®
.. ..... Fig . 1 .9
~aoo~zny
Fig. 1 .7
Horno de crisol.
El convertidor LD (Linz-Donawitz) es parecido a los convertidores ordinarios aunque su fondo carece de aberturas (fig. 1 .8) . Por la boca superior penetra una lanza refrigerada por la que se insufla oxígeno puro sobre la masa líquida a una presión de 4 a 12 at. que descarbura la colada . Junto al arrabio se añade chatarra y minerales de hierro.
11
24
Horno eléctrico de arco.
Fig . 1 .8
Convertidor LD .
El horno de crisoles (fig. 1 .9) es un procedimiento antiguo que aún se sigue utilizando porque da aceros de gran calidad . El acero, junto con los metales de aleación, se introduce en crisoles refractarios que se calientan en hornos como el de la figura . Clasificación según sus aplicaciones Atendiendo principalmente a sus aplicaciones, los aceros se clasifican en : 1 . Aceros - Aceros - Aceros Aceros - Aceros
para estructuras. de uso general . para calderas y recipientes . para tuberías . para hormigón .
2.
Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros
para construcción mecánica . no tratables . para temple y revenido . para endurecimiento superficial . para muelles . para rodamientos .
3. -
Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros Aceros
para útiles y herramientas. de herramientas al carbono. de herramientas para trabajos en frío . de herramientas para trabajos en caliente. de corte rápido. para moldes para plásticos. para moldes para fundición .
4. -
Aceros Aceros Aceros Aceros
con para para con
propiedades y aplicaciones especificas. aplicaciones eléctricas y magnéticas . trabajar en condiciones de servicio especiales . aptitudes especiales para ser trabajados.
Los aceros para estructuras se emplean esencialmente en construcciones de ingeniería (obras públicas, construcción naval, ferrocarriles, etc .) ; los aceros para la construcción mecánica se usan para la fabricación de maquinaria y equipo e incluyen aceros sin alear o aleados, los aceros para herramientas son aceros destinados a la construcción de útiles de toda clase ; el último grupo comprende una gama de acero de empleo muy específico . 1 .3.2
Designación de los aceros
Cada acero normalizado recibe un número característico que permite clasificarlo con rapidez, así como una designación simbólica que expresa de forma abreviada su composición química ; esta última se estudiará en su momento -más adelante- por lo que aquí nos limitamos a hacer mención de ella . Es conveniente ir memorizando la designación de los aceros más importantes según la nueva nomenclatura UNE e ir desechando la antigua numeración del INTA y del IHA por razones obvias ; también hay que desechar a nivel ge neral las denominaciones particulares que emplean las acerías porque sólo introducen elementos de confusión . En este sentido el acero semiduro al carbono (C 0,45 %) para la construcción mecánica se designa por : F-1 140 ; no son válidas las restantes : UNE F-1 140 (válida)
IHA F-114 (a eliminar)
INTA F-5 (a eliminar)
A continuación se incluyen dos tablas (tablas 1 .10 y 1 .11) con la designación, composición y aplicaciones de diversos aceros de empleo común en el taller mecánico . 25
Tabla 1 .10 Numeración UNE
Aceros de calidad y especiales para la construcción mecánica .
Clasificación y denominación común
Principales elementos de aleación % C
% Otros elementos
Aceros finos al carbono Acero extrasuave .
0,15
. . . . . . . . . .
F-1 120
Acero suave.
0,25
. . . . . . . . . .
F-1 130
Acero semisuave .
0,35
. . . . . . . . . .
F-1 140
Acero semiduro .
0,45
. . . . . . . . . .
F-1 150
Acero duro .
0,55
. . . . . . .
0,4 0,35
Cr 1 Cr 1 ; Mo 0,2
0,35
Cr 0,8; Ni 1,8 ; Mo 0,25
0,7
.
0,5
Cr 0,1 ; Va 0,18
0,55
Mn 0,85 ; Si 1,75
0,1
.
0,12
Cr 0,65 ; Ni 2,6
36-011-75 F-1 110
36-012-75 F-1 202 F-1 250
Aceros para temple y revenido (aleados de gran resistencia) Acero al cromo . Acero al cromo-molibdeno de 90 kgf .
F-1 270
Acero al cromo -níquel- molibdeno de 120 kgf.
36-015-76 F-1 410
Aceros para muelles Acero al carbono para muelles de temple en aceite . Acero al cromo-vanadio para muelles . Acero manganosiliciosos para muelles de temple en aceite .
F-1 430 F-1 440 36-013
F-1 510 F-1 523
Aceros para endurecimiento superficial (cementación) Acero al carbono para cementación . Acero al Cr-Ni para cementación de 100 kgf/mm 2 .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Aplicaciones y observaciones
Elementos de maquinaria que deben poseer gran tenacidad . Piezas que se han de obtener por deformación en frío, plegado, etc ., de baja resistencia . Herrajes, piezas para soldar .-Fácilmente soldable y muy deformable. Piezas de resistencia media y buena tenacidad. Se pueden obtener por deformación en frío, embutición, plegado, etc . Herrajes, elementos auxiliares, etc. - Soldables. Ejes, elementos de maquinaria y otras piezas de buena resistencia y buena tenacidad . Bulonería y herrajes . Ejes y elementos de maquinaria, piezas de bastante resistencia, transmisiones, cilindros de motor de explosión, etc . - Templan bien en pequeños espesores, (Cuidense las deformaciones.) Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados . - Templan bien en agua y en aceite .
Piezas de resistencia media y gran tenacidad . Piezas de resistencia media . Piezas de maquinaria y motores de no 'muy grandes espesores, pero buena tenacidad. Piezas de gran 'resistencia y máxima responsabilidad . Cigüeñales, bielas, engranajes, etc . Piezas que trabajan en caliente .
.
.
.
Flejes, cuerdas de piano y piezas de pequeños espesores. Necesitan cuidado especial para evitar la descarburación superficial y las grietas de forja . Muelles de ballesta y resortes de grandes dimensiones. Evítese la descarburación superficial .
.
.
.
Piezas cementadas de poca responsabilidad . Piezas cementadas de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad con gran dureza superficial . Engranajes, levas, etc . Piezas de gran dureza superficial, pero con menor resistencia . Piezas para automovilismo y maquinaria ; engranajes, levas, etc . Piezas cementadas de grandes dimensiones y de la máxima responsabilidad, muy alta resistencia, dureza y templabilidad . Engranajes, coronas, etc .
F-1 540
Acero al Cr-Ni para cementación de 95 kgf/mm 2 .
0,2
Cr 1 ; Ni 1
F-1 526
Acero al cromo- níquel-molibdeno de cementación de 135 kgf/ mm 2.
0,15
Cr 1 ; Ni 4; Mo 0,25
36-014-75
Aceros para endurecimiento superficial (nitruración) Acero de nitruración al cromomolibdeno-vanadio de 105 kgf/ mm 2 . Acero de nitruración al cromoaluminio-molibdeno de 95 kgf/ mm 2 alta dureza .
0,3
Cr 2,55 ; Mo 0,4; Va 0,25
Piezas de elevada resistencia y gran dureza superficial para resistir al desgaste .
0,4
Cr 1,5 ; Al 1 ; Mo 0,3
Piezas de resistencia media, pero de la máxima dureza superficial posible .
F-1721 F-1 740
Tabla 1 .11 Aceros aleados y no aleados para útiles y herramientas . Principales elementos de aleación
Numeración UNE
Clasificación y denominación común
36-071-75 F-5 103
Aceros al carbono para herramientas Acero al C para herramientas .
0,75
.
.
.
.
.
,
.
.
.
F-5 117
Acero al C para herramientas
1
.
.
.
.
.
.
: .
.
F-5118
Acero al C para herramientas
1,1
V 0,25
F-5127
Acero al C para herramientas
1,4
.
.
.
.
.
.
Aceros aleados para herramientas Acero indeformable al Cr
2,05
Cr 12
Cr-Mn choque . caliente
1 0,45 0,3
Cr 0,5 ; Mn 1,2 ; W 0,55 Cr 1,05 ; V 0,2 ; W 2 W 9 ; Cr 3 ; V 0,4
caliente
0,35
V 0,4 ; Cr 5 ; Mo 1,45
caliente
0,55
Cr 1,1 ; Ni 1,75 ; Mo 0,4
de gran
1,05
Cr 0,55 ; W 1,3 ; V 0,2
Aceros rápidos Aceros rápidos 18 % W
0,75
Cr 4 ;¡W 18 ; V 1
F-5 530
Aceros extrarrápidos 5 % Co .
0,8
F-5 540
Aceros extrarrápidos 10 % Co.
0,8
Cr 4 ; W 18 ; V 1,35 Co 5 ; Mo 0,65 Cr 4 ; W 18 ; V 1,55 Mo1 ;Co10
36-072-75 F-5 212 F-5 220 F-5241 F-5 313 F-5217 F-5307 F-5 237 36-073-75 F-5 520
Acero indeformable al Acero para trabajos de Acero para trabajos en al W. Acero para trabajos en al Cr-Mo-V . Acero para matrices en al Cr-Ni-Mo . Acero de herramientas dureza .
%C
Aplicaciones
%otros elementos
.
.
,
.
Herramientas de carpintero, barrenas, brocas, cuchillos, navajas, agujas de coser y de inyecciones, etc . Matrices para embutir, troqueles, cuchillas, brocas para hierros, aceros y metales ; machos de roscar, troqueles, martillos para piedra, tipos de imprenta, punzones, escoplos, etc . Fresas, rasquetas, trépanos, brocas, terrajas, escariadores, galgas, instrumentos de cirugía, peines de roscar, navajas de afeitar, etc. Cuchillas de torno, hojas de afeitar, limas para metales ; pinzas, brocas, hileras, sierras .
Matrices cortantes de forma complicada, escariadores, machos para roscar, cuchillas para ciza¡las, etc . Utiles para roscar, machos, matrices, escariadores . .. Buriles, punzones, buterolas, escoplos . . . Matrices y punzones para trabajo en caliente de alto rendimiento ; moldes para fundición inyectada, etc . Como el anterior para temperaturas menores. Matrices para estampado en serie y en caliente de todas clases, etc . Matrices para trabajar en frío, útiles de estirar. . .
Cuchillas y otros útiles para tornear, cepillar, fresar, taladrar . Utiles de corte de gran rendimiento y duración en materiales de gran resistencia . Utiles de corte de máximo rendimiento .
1 .3.3 Influencia de los materiales de aleación en los aceros Como se comprende fácilmente, la composición y las proporciones de los elementos de aleación tienen gran influencia sobre las características resultantes de los aceros . Así él carbono eleva la dureza, resistencia y templabilidad del acero y disminuye su tenacidad; el silicio mejora la elasticidad, mientras que el fósforo y el azufre pueden considerarse perjudiciales. Entre los metales, el níquel incrementa la tenacidad, el cromo la resistencia y la dureza, el vanadio la resistencia al desgaste ; el tungsteno y el cobalto la dureza a alta temperatura, etc. Estas cualidades se ven con frecuencia mejoradas por la asociación de diversos metales, tal como puede apreciarse en las tablas anteriores .
1 .3.4 Resumen de la obtención de la fundición y del acero Un esquema de la fabricación de hierro y acero aparece en la figura 1 .12 que resumido, da el gráfico con que empieza la página 28 . 27
Aceros finos y especiales
Fig . 1 .12 Esquema general de la fabricación de la fundición y del acero . Fabricación de la fundición : 1, minas; 2, mineral de hierro; 2a, carbón ; 2b, fundente; 3, horno ; 3a, separador de polvo ; 3c, compresor de aire; 3b y 3d, estufas Cowper. (La 3b está calentándose y la 3d calentando el aire. Cada cierto tiempo se cambian entre sí) ; 4, lingotes de primera fusión ; 4a, escoria ; 5, cubilote ; 6, molde para fundición ; 7, horno de fundición maleable . Fabricación del acero : 4b, arrabio liquido; 8, mezclador; 9, chatarra ; 10, horno Martín-Siemens ; 11, convertidor; 12, molde para acero fundido ; 13, lingoteras; 14, horno Pitt (para mantener calientes los tochos) ; 15, laminador . Fabricación de aceros finos : 16, metales de aleación ; 17, horno de crisoles; 18, horno eléctrico .
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales
Transparencias : 16.1 Horno alto . 16.2 Esquema de un horno alto . 16.3 Proceso de los productos siderúrgicos . 16.4 Hornos para la obtención del acero. 16.5 Tren de laminación . Diapositivas : 16 .1 .1 Tren de laminación . 16 .1 .2 Tren de laminación . Película : Proceso de obtención del acero en los hornos altos.
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
Proceso que sufre el arrabio hasta convertirse en un delgado alambre comercial .
CUESTIONARIO - ¿Pueden utilizarse
aceros finos para construir herramientas? - ¿Qué acero es el mejor? Justifica tu respuesta, cualquiera que sea. - ¿Por qué razón no se emplean aceros de gran calidad, por ejemplo para la construcción de edificios? - ¿Es un cubilote un horno alto pequeño? - El acero extrasuave y el hierro, ¿es lo mismo? - ¿Qué formas comerciales tiene la fundición? - Designa con letras y números los siguientes aceros : acero extrasuave, acero aleado para herramientas . - Qué nombre reciben los siguientes aceros : F-1 120, F-1 510, F-1 250.
BIBLIOGRAFÍA
APRAIZ BARREIRO J., Aceros especiales, Dossat, Madrid 1966 . APRAIZ BARREIRO J., Fundiciones, Dossat, Madrid 1963 . E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . REMY A., Matériaux, Fédération des Ecoles Techniques de Suisse, Neuchátel. WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967. WRIGHT BAKER H., Materiales férreos, River, Madrid 1964 .
Tema 2.
Productos no férricos : el cobre y sus aleaciones
OBJETIVOS - Dar a
conocer el cobre y sus aleaciones, como materiales notables en mecánica . - Definir el cobre, sus propiedades y aplicaciones. - Conocer los latones, su composición, sus aplicaciones y tipos más importantes que se fabrican. - Conocer los bronces, su composición, sus diversas aplicaciones y típos que se fabrican.
GUIÓN - El
cobre. - Aleaciones de cobre. - Latones. - Bronces .
PUNTOS CLAVE Aplicaciones correctas de estos metales en la fabricación de piezas .
29
EXPOSICIÓN DEL TEMA El cobre Símbolo del cobre : Cu ; peso específico = 8,9 kgf/d m 3; punto de fusión = 1 083 °C ; mineral : calcopirita .
2.1
Propiedades El cobre es un metal rojo, muy dúctil y maleable; de ahí que pueda forjarse y laminarse en frío y en caliente . Puede ser prensado en caliente y adelgazarse mucho en frío. 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 que conduce mejor el calor y la electricidad . 2.1 .1
1, sulfato de cobre 2, cobre en bruto 3, placa a cobrear
2.1 .2 Apficacíones El cobre se usa en estado puro en muchas aplicaciones, especialmente para aparatos eléctricos y para la construcción de algunas piezas . Antiguamente se utilizaba mucho para recipientes domésticos, pero cada vez se usa menos para ello por el peligro del cardenillo que se forma cuando se descuida su limpieza y que es sumamente venenoso. En su lugar se emplea cada vez más el aluminio . Aleaciones de cobre El cobre forma también parte de muchas aleaciones. Las aleaciones del cobre tienen mucha importancia y son muy numerosas . Se dice que es una aleación de cobre cuando en ella entra el cobre con preponderancia sobre los demás elementos que la componen . Las aleaciones del cobre pueden ser las siguientes : latones, bronces y otras aleaciones. 2.2
Latones (tablas 2.1 a 2 .3) Los latones son aleaciones cuyos componentes principales son el cobre y el cinc. Se emplean mucho en barras para tornillería y en 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. Estos tienen menos cobre y suelen gozar de más tolerancias en su composición. 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 -40 % Zn-, el latón de soldadura -50 % de Zn-, etc . 2.2.1
2.2.2 Bronces (tablas 2.4, 2.5, 2.6) Las aleaciones de cobre y estaño en que predomina el cobre .se llaman bronces. También se llaman bronces las aleaciones con otros metales, siempre que predomine notablemente el cobre, como bronce de silicio, bronce de magnesio, etc . Se llaman bronces especiales aquéllos que contienen otros metales distintos del estaño . Dentro de esta clasificación hay muchos tipos de bronces, como el bronce de cañones, el bronce de campanas, que es muy duro y sonoro y difícil de trabajar, bronces para objetos artísticos, fácilmente fundibles y que dan superficies muy limpias, de varias composiciones según los efectos que se desee obtener . Pero los que más nos interesan son los bronces que se utilizan en la construcción de maquinaria. Los tipos de bronces de maquinaria más corrientes son el bronce fosforoso laminado -5 a 10 % de cinc-, el bronce de aluminio -5 a 10 % Al-, el bronce fosforoso para cojinetes -de 15 % de Sn-, el bronce para engranajes, el bronce rojo o azófar, que contiene estaño y cinc, etc . EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN Ejercitarse hasta distinguir a primera vista y sin 30
dudas, éstos y otros materiales .
Tabla 2 .1
Aleaciones Cu-Zn para forja UNE 37-103-75 (extracto)
Designación Numérica
Constituyentes principales %
Simbólica
Cu
mín .
Impurezas máx, Zn
Pb
Resto
0,05 0,05 0,08 0,10 0,10 0,30
máx .
Fe
Total otras
0,05 0,05 0,10 0,10 0,10 0,10
0,15 0,15 0,15 0,20 0,20 0,20
C-6128 C-6130 C-6133 C-6135 C-6137 C-6140
Cu Cu Cu Cu Cu Cu
C-6128
Cu Zn 28
C-6130
Cu Zn 30
C-6133
Cu Zn 33
Como Cu Zn 37 pero con mejor formabilidad en frío . Telas metálicas, remaches huecos, cintas para radiadores, tornillos con exigencias especiales de recalcado en frío, casquillos para lámparas y embutición profunda tanto a máquina como a mano .
C-6135
Cu Zn 35
Tubos para grifería y ornamentación .
C-6137
Cu Zn 37
Especial para dar forma en frio por estirado, compresión, recalcado, laminado y roscado entre rodillos . Tornillos y tirafondos, cilindros de presión, cintas para radiadores, chapas para grabar, cierres de cremallera, muelles de hoja, artículos huecos y bolas, casquillos para lámparas y remaches .
C-6140
Cu ZN 40
Para dar forma en caliente y en frío curvando, remachando, estampando y recalcando . Piezas prensadas en caliente, tornillos y piezas torneadas en las que se realizan trabajos de recalcado, para herrajes y cerraduras .
Zn Zn Zn Zn Zn Zn
28 30 33 35 37 40
71 68,5 65,5 63,5 62 59
73 71,5 68,5 66,5 65,5 62
I
Aplicaciones Muy fácil de trabajar en frío . Tubos para cambiadores de calor, tubos para instrumentos, trabajos de embutición profunda, ornamentación, telas metálicas, cartuchería, casquillos de lámparas, radiadores de automóvil, remaches, 'puntas y tornillos .
Tabla 2 .2
Aleaciones Cu-Zn-Pb para forja
Designación Numérica C-6415 C-6420 C-6425 C-6435 C-6440 C-6445
37-103-75 (extracto)
Constituyentes principales %
Simbólica Cu Zn Cu Zn Cu Zn Cu Zn Cu Zn Cu Zn
UNE
35 36 36 39 39 40
Pb2 Pb1 Pb3 Pb2 Pb3 Pb
Cu
Pb
Impurezas máx . Al
min .
máx,
mín.
máx.
mín .
máx .
61,0 61,0 60,0 57,0 56,0 59,0
64,0 64,0 63,0 60,0 59,0 61,0
1,5 0,5 2,5 1,5 2,5 0,3
2,5 1,5 3,7 2,5 3,5 0,8
-
-
Zn
Fe
Total otras
Resto
0,2 0,2 0,35 0,35 0,35 0,2
0,3 0,3 0,5 0,7 0,7 0,5
Aplicaciones C=6415
Cu Zn 35 Pb2
Piñones, ruedas, placas para grabar, llaves, cojinetes, chapas para relojería, vástagos para válvulas, piezas para mecanizar en tornos automáticos y que necesiten una moderada deformación en frío, y para grabado en estampe .
C-6420
Cu-Zn 36 Pb1
Piezas con necesidad de una buena deformación en frío y de mecanización, tuercas, remaches, tornillos y otras piezas recalcadas, piezas para instrumental, relojería y llaves .
C-6425
Cu Zn 36 Pb3
Una amplia variedad de artículos mecanizados en tornos de alta velocidad, tuercas, tornillos, cójinetes, clavos y productos tubulares, con extremos abiertos o cerrados . Piezas mecanizadas y lige~-amente remachadas .
C-6435
Cu Zn 39 Pb 2
Una amplia variedad de piezas forjadas en caliente y prensadas . Artículos sanitarios para puertas, ventanas, camillas, válvulas y accesorios . Piezas para automóviles, decoración, transporte mecánico, repisas, pinzas, cubiertas, engranajes, llaves, levas, tuercas, juntas y otros accesorios de máquinas . Elementos para relojes e instrumentos, especialmente para engranajes Y placas con un alto grado de precisión en el mecanizado .
C-6440
Cu Zn 39 Pb 3
Una amplia variedad dé piezas mecanizadas, por lo general, en tornos de alta velocidad, tuercas, pernos, tornillos, casquillos, cojinetes, clavos, arandelas y productos tubulares con extremos cerrados o abiertos, extrusiones huecas, bisagras y charnelas, cerraduras, perfiles extruidos, estructuras de ventanas, ornamentación . Clavijas en instalaciones eléctricas y terminales de conexión
C-6445
Cu Zn 40 Pb-
Placas para condensadores e intercambiadores de calor, piezas forjadas en caliente y productos recalcados con maquinabilidad moderada y con necesidad de un ligero doblado o remachado, remaches para frenos, piezas para decoración que necesiten doblado o conformación, perfiles extruidos, ángulos y canales .
31
Tabla 2 .3
Aleaciones Cu-Zn para forja de alta resistencia UNE 37-103-75 Constituyentes principales
Designación Cu
Numérica
Simbólica
C-6620 C-6640 C-6660 C-6680
Cu Zn 25 Al 5 Fe 1 Mn Cu Zn 34 Mn 4 Al 3 Fe Ni CuZn36Mn3Al2Si1Fe Cu Zn 39 Al Fe Mn
C-6620
Cu Zn 25 Al 5 Fe 1 Mn
C-6640
Cu Zn 34 Mn 4 AI 3 Fe Ni
C-6660
Cu Zn 36 Mn 3 A12 Si 1 Fe
C-6680
Cu Zn 39 Al Fe Mn
. min
máx.
mín .
máx .
min.
máx.
67,0 58,0 57,0 56
69,0 60,0 59,0 61
1,2 0,3 0 0,2
1,8 0,7 0,35 1,5
4,5 2,0 1,2 0,2
5,3 3,0 2,1 1,5
Sn Sn Sn Sn Sn Sn
2P 4P . 5P 6 P 8 P 10 P
Cu Cu Cu Cu Cu Cu
C-7110
Cu Sn 2 P
C -7120
Cu Sn 4 P
C-7130
Cu Sn
C-7140
Cu Sn 6 P
C-7150
Cu Sp 8 P
C-7160
Cu Sn 10 P
min.
máx.
mín.
máx.
min .
máx.
0,1 3,0 2,0 0,2
0,4 4,0 3,0 2,0
0
1,2
0,8 -
1,5 -
0,3 0
_ 0,5 2,0
Zn Resto
Aleaciones Cu-Sn para forja UNE 37-103-75
Sn
Impurezas máx . %
P
mín.
máx .
1,0 3,0 4,5 5,5 7,5 9,0
2,5 4,5 5,5 7,5 9,0 11,0
Mí, . 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Cu
máx.
Resto
0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40
Pb
Fe
Zn
Ni
Total
0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Aplicaciones
5 P
comunicación, Tornillos, muelles para contactos, tubos para intercambiadores de calor, equipos de tubos flexibles, remaches y clavijas, varilla de soldar . Tornillos, muelles, clips, piezas de interruptores y contactos, fuelles y membranas, remaches y clavijas, tuercas, hilos para cepillos .
reTubos para aguas ácidas de minas, muelles, clips, piezas de interruptores, fuelles y membranas, maches y clavijas, tuercas, hilos para cepillos, tubos Bourdon, varillas de soldar y electrodos para soldadura por arco . Muelles de toda clase, clips, piezas de interruptores, tubos Bourdon, membranas, hilos para cepillos, soltelas metálicas, piñones, forros para engranajes y manguitos, varillas de soldar y electrodos para dadura por arco . Muelles de toda clase, clips, piezas de interruptores, membranas, hilos para cepillos, tubos Bourdon, la piñones, forros para engranajes y manguitos, órganos .d e deslizamiento, telas metálicas y piezas para industria química . comprePiezas para la industria del papel . Pacas y barras gruesas sometidas a grandes esfuerzos de accesorios . de dilatación y la corrosión . Placas al desgaste y a sión, con buena resistencia Tabla 2,5
Aleaciones Cu-Al para forja UNE 37-103-75 Impurezas máx.
Constituyentes principales %
Designación
C-8110 C-8120
máx .
Constituyenteá principales %
C-7110 C-7120 C-7130 C-7140 C-7150 C-7160
Numérica
mín.
. Fuertemente resistente Partes sometidas . a grandes esfuerzos . Deslizaderas y casquillos muy cargados al ácido acético . especialmente a la corrosión química, Piezas alta Anillos sincrónizadores de cajas de cambio para camiones y eventualmente para . turismos . caliente . deformación en resistencia a la corrosión y desgaste con buena características mecánicas Válvulas, ejes, piñones, ruedas dentadas, etc . Piezas de vehículos que exijan Émbolos . . Contactores . garantizadas marinas . Segmentos de pistones . Vástagos de bombas y válvulas . Ejes para aplicaciones
Designación Simbólica
Ni
Aplicaciones
Tabla 2 .4
Numérica
si _
Sn
Mn
Al
Fe
Simbólica Cu Al 5 Cu Al 8
Ni
Mn
Al
Cu
As
min .
máx .
mín .
máx.
mín.
máx.
mín .
máx .
93,5 91
96 93
4 7
6,5 9
0 0
0,5 0,5
0 0
0,8 0,8
mín .
máx.
0 -
0,4 -
Fe
Pb
Zn
Total
0,5 0,5
0,1 0,1
0,5 0,5
0,8 0,8
Aplicaciones C-8110
Cu Al 5
C-8120
Cu Al 8
Flejes y alambres para muelles y resortes, ruedas dentadas, camisas, tornillos y mandriles de forma, casquillos, piezas resistentes al calor en la industria química, láminas, flejes y resortes conductores, contactos para bujías y bronces dorados en decoración .
Placas de tubos para condensadores, evaporadores y cambiadores de calor . Componentes en contacto con soluciones salinas y aguas ácidas . Equipos criogénicos . Diafragmas . Electrodos .
Tabla 2 .6
Aleaciones Cu-Al para forja especiales UNE 37-103-75 (extracto)
Designación Numérica
Simbólica
Constituyentes principales % Al
Fe
Ni
Impurezas máx .
Mn
Si
Cu
Pb
Zn
Total
Resto
0,02 0,05
1 0,5
1 0,5
mín.
máx.
mín .
máx .
mín .
máx.
mín .
máx.
mín .
máx.
CuAl9Fe4Mn4 CuAl10Fe5N5
8 8,5
11 11,5
1,5 2
5 6
0 4
0,25 6
1,5 0
5 2
0 -
2,25 -
C-8260
Cu AI 9 Fe 4 Mn 4
Para grandes exigencias en las propiedades de rozamientos, como tornillos sin fin y sus coronas, casquillos y camisas, mandriles de forma, membranas bajo agua salada y piezas de válvulas .
C-8270
Cu AI 10 Fe 5 Ní 5
De aplicación en aviación en piezas tales como piñones y engranajes en trenes de aterrizaje retráctiles, grandes asientos de válvulas, espaciadores de cojinetes de motores, guías. d e válvulas, conos de bujes de hélice y casquillos de bujías .
C-8260 C-8270
Aplicaciones
CUESTIONARIO ¿Qué propiedades mecánicas principales tiene el cobre? Idem el latón . Idem el bronce . ¿Qué defectos presenta el cobre puro? ¿Qué es una aleación? ¿Existe el mineral de bronce? ¿Existe el cobre libre en la naturaleza?
BIBLIOGRAFÍA E . P. S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . REMY A ., Matériaux, Féciération des Ecoles Techniques de Suisse, Neuchátel . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 .
Tema 3. Productos no férricos y sus aleaciones: metales varios OBJETIVOS
Conocer otros materiales empleados con frecuencia en mecánica. - Conocer el aluminio, estaño, plomo, aleaciones de plomo y estaño, cinc con sus propiedades y aplicaciones principalmente en el taller mecánico . - Saber la forma de obtener los conglomerados metálicos y las aplicaciones en la fabricación de cojinetes porosos, metales duros, filamentos de lámparas y herramientas de diamantes . - Conocer los productos y procedimientos existentes para proteger de la oxidación o para conservar y embellecer las piezas mecanizadas. -
GUIÓN - Aluminio. -
Estaño . Plomo . Aleaciones de plomo y estaño . Cinc . Conglomerados metálicos . Protección de metales .
Horno Sistema Haglund: 1, bastidor de hierro 2, ánodo de carbón 3, cátodo de carbón 4; mezcla fundente 5, aluminio
PUNTOS CLAVE Aplicaciones de estos materiales .
33 2.
Tecnología del Meta111
EXPOSICIÓN DEL TEMA Aluminio (tablas 3.1 a 3.4) Símbolo del aluminio : Al ; peso específico = 2,7 ; punto de fusión = 658 OC, mineral : bauxita . El aluminio es un metal blando, muy dúctil y maleable, muy ligero, casi inalterable al aire y buen conductor de la electricidad . No existe en estado libre, pero combinado abundantemente en la naturaleza, forma parte de muchos minerales y tierras .
3.1
Propiedades
3.1 .1
Sus propiedades mecánicas dependen de su pureza . Cuanto más puro es el metal, tanto mayor es su resistencia y su dureza . 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. Se trabaja bien con herramientas de corte, a grandes velocidades .
3.1 .2 Aplicaciones
Por su ligereza, unida a suficiente tenacidad y a su inalterabilidad a los agentes atmosféricos, alcanza el aluminio cada vez mayores aplicaciones . Sin embargo, excepto para usos eléctricos y de recubrimiento, rara vez se usa el aluminio puro sino que se mejoran sus cualidades en aleaciones apropiadas. Las aplicaciones principales del aluminio y sus aleaciones se encuentran en aviación, construcción naval, ferrocarriles, automóviles, bicicletas, maquinaria, electricidad, aplicaciones domésticas y, en general, siempre que se necesite un metal ligero, inoxidable y de suficiente resistencia .
Fig. 3.5 Perfiles para montajes de escaparates de aluminio .
Aleaciones Al-Cu para moldeo
Tabla 3 .1
Constituyentes principales %
Norma
Designación Numérica
Simbólica
L-2110 L-2130 L-2140 L-2150
Al 10 Cu Mg Al 7 Cu Si Al 4 Cu Mg Ti Al 4 Cu 2 Ni Mg
Al
Si
Fe
Cu
Base Basé Base Base
0-1 3-4 0-0,2 0-0,6
0-1,5 0-1,4 0-0,35 0-0,6
9,2-10,8 6 -8 4,2-5 3,5-4,5
UNE 38 38 38 38
211 213 214 215
1? 1? 1? V
R R R R
Mn
Mg
0-0,5 0,15-0,35 0-0,5 0-0,1 0-0,1 0,15-0,35 0-0,3 1,2-1,8
Ni 0-0,3 0-0,3 0-0,05 1,7-2,3
Zn
Ti
Pb
Sn
0-0,4 0-0,2 0-0,1 0-0,1 0-0,5 0-0,2 0-0,1 0,1-0,3 0-0,05 0-0,05 0-0,1 0-0,2 0-0,05 0-0,05
Otros 0-0,3 0-0,2 0-0,2 0-0,2
Aplicaciones L-2110
Al 10 Cu Mg ,
Piezas moldeadas en arena y coquilla, con buena resistencia mecánica . a temperatura y al desgaste tales como émbolos, culatas, casquillos, cuerpos de guía, etc .
L-2130
Al 7 Cu Si
Piezas moldeadas en arena y coquilla para usos generales cuando se requieran buenas características de moldeo, estanquidad y maquinabilidpci .
L-2140
Al 4 Cú Mg Ti
Piezas moldeadas en arena y coquilla para exigencias mecánicas elevadas .
L-2150
Al 4 Cu 2 Ni Mg
Piezas moldeadas en arena y coquilla que requieran elevada resistencia mecánica a temperaturas de hasta 300 °C, tales como émbolos de motores, culatas y otras piezas similares .
Tabla 3 .2
L-2310 L-2331 L-2332 L-2341
Simbólica Al Al Al Al
Constituyentes principales %
Norma
Designación Numérica
Aleaciones Al-Mg para moldeo
10 Mg ó Mg 6 Mg Fe 3 Mg Si
UNE 38 38 38 38
231 1' R 233 234 235
Al Base Base Base Base
si
Fe
0-0,3 0-0,3 0-0,5 0-0,5 0-0,5 0-1,3 1-1,3 0-0,5
Cu
Mn
0-0,1 0-0,1 0-0,2 0-0,1
0-0,3 0-0,5 0-0,6 0-0,5
Ni
Zn
Ti
Pb
0-0,1 0-0,05 0-0,1 0-0,05
0-0,1 0-0,2 0-0,2 0-0,2
0 -0,2 0 -0,2 0 -0,2 0,1-0,2
0-0,05 0-0,05 0-0,1 0-0,05
Mg 9,5-10,5
5-7 5-8 2-4
Sn
Be
Otros
0-0,05 0-0,05 0-0,05 0-0,05 - a 0-0,2 0-0,1 0-0,05 - c, 0-0,1
Aplicaciones L-2310
Al 10 Mg
Piezas moldeadas en arena y coquilla que precisan gran resistencia a la corrosión junto con elevadas características mecánicas . Requiere técnicas especiales de fundición .
L-2331
Al 6 Mg
Piezas moldeadas en arena y coquilla con muy buena resistencia a la corrosión, incluso en ambiente salino .
L-2332
Al 6 Mg Fe
Piezas inyectadas con resistencia a la corrosión incluso en ambiente salino .
L-2341
Al 3 Mg- Si
Piezas moldeadas en arena y coquilla con excelente resistencia a la corrosión y buena resistencia mecánica .
Tabla 3.3 Norma
Designación
520
L-2 550 L-2 560 10 L-26 L-2 640 L-25 51 L-2621
20 550 60 ---L.26 10 L-2 L-2551 L-2621
AI Al Al Al Al Al Al
12 Si 12 Si 2 Ni 10 Si Mg 5 Si 3 Cu 12 Si 2 Cu 12 Si Ni 12 Si Fe
Al
si
Fe
Cu
38252V R 38 255 1? R 38256V R 38 261 38 264 38 265 38 269
Base Base Base Base Base Base Base
11-13,5 11-13 9-10,5 4-6 11-13 11-13 11-13,5
0-0,6 0-0,8 0-0,6 0-0,8 0-1 0-0,8 0-1,3
0 -0,1 0,5-1,5 0 -0,1 2 -4 1,7-2,5 0,5-1,5 0 -1
Ni
0 -0;5 0 -0,1 0 -0,1 0 -0,3 0,8-1,5 2 -3 0,3-0,5 0,2-0,4 , -0,1 0,3-0,7 0 -0,15 0 -0,3 0 -0,5 0 -0,3 0 -0,3 0 -0 ,3 0,7-1,5 0,5-1,5 0 -0,50 -0,2 0-0,5
Zn
Ti
0-0,1 0-0,2 0-0,1 0-0,5 0-1,5 0-0,2 0-0,5
0-0,1 0-0,2 0-0,1 0-0,2 0-0,1 0-0,2 0-0,2
Pb
Sn
Otros
0-0,1 0-0,05 0-0,1 0-0,1 0-0,05 0-0,05 0-0,1 0-0,05 0-0,15 0-0,1 0-0,1 0-0,1 0-0,15p-0,1
0-0,2 0-0,2 0-0,2
Piezas de uso general moldeadas en arena y coquilla ; formas complicadas y secciones delgadas .
Al 12 Si 2 Ni
Piezas moldeadas en coquilla ; resistencia mecánica en caliente, al desgaste y baja dilatación .
Al 10 Si Mg
Piezas moldeadas en arena y coquilla con buena resistencia mecánica, a la corrosión y buena estánquidad .
AI 5 Si 3 Cu
Piezas moldeadas en arena y coquilla, incluso de forma complic buena resistencia y estanquidad. -
Al 12 Si 2 Cu
Piezas de diseño complicado y secciones delgadas moldeadas por inyección.
Al 12 Si Ni
Piezas moldeadas en coquilla para trabajos que requieran resistencia en caliente y al desgaste (émbolos) .
Al 12 Si Fe
Piezas de uso general moldeadas por inyección.
Designación
L-31 L-31 30 L -31 60 L-31 91 L -3 92
Mg
Al 12 Si
Tabla 3.4
20 21
Mn
Aplicaciones
L----
rica
Constituyentes principales
UNE
Simbólica
érica
Aleaciones Al-Si para moldeo
simbólica Al 4 Al 4 Al 4 Al 2 Al 6 Al 6
Cu Cu Cu Cú Cu Cu
Mg Mg Pb Si Mg Ni Pb
Aleaciones Al-Cu para forja (extracto) Constituyentes principales
Al
si
Fe
Cu
Mn
Base Base Base Base Base Base
0,2-0,8 0 .1 0,5-1,2 0,5-1,3 0 -0,2 0 -0,4
0 -0,7 0 -1 0-0,7 0,6-1,2 0 -0;3 0 -0,7
3,5-4,7 3,5-4,9 3,9-4,9 1,8-2,5 5,5-6,5 5 -6
0,4-1 0;4-1 0,41,2 0 -0,2 0,2-0,3 -
Mg
Cr
Zn
0,4-1 0-0,1 0-0,2 0,4-1,5 0-0,3 0-1 0,2-0,8 0-0,1 0-0,2 0,6-1,2 Ni 0,6-1,4 Ti 0,05-0,15V 0,05-0,15 0-0,3
Otros Ti + Zr 0-0;2 Ti + Zr 0-0,2 Ti + Zr 0-0,2 Ti + Zr 0-0,3 Zr 0,1-0,25 Pb 0,2-0;6 Bi 0,2-0,6
0-0,15 Pb+ . . .1-3 0-0,15 0-0,15 0-0,15 0-0,15
Aplicaciones L-31 20 21 30 60
31 L
)1 92
3.1,3
Al 4 Cu Mg
Elementos estructurales de elevadas características mecánicas en aviación y construcción general, heTrajes, tornillos, pernos, remaches .
Al 4 Cu Mg Pb
Piezas de altas características mecánicas pero de fácil mecanizado .
Al 4 Cu Si Mg
Elementos estructurales de alta resistencia .
Al 2 Cu Ni
Piezas forjadas, en general, cuando se requiera elevada resistencia mecánica a temperaturas altas (hasta 200 °C) (motores, hélices, válvulas . . .)
Al 6 Cu
Piezas con elevada resistencia mecánica a altas temperaturas (hasta 300 °C) (piezas de motores, álabes, misiles y material aerospacial) . Estructuras soldadas (resistencia o gas inerte) .
Al 6 Cu Pb
' Piezas de altas características mecánicas que requieran fácil mecanizado .
Aleaciones del alumínío adas ordinariamente aleaciones lígeras, se clasifican en aleaciones para
Llam -generalmente con cobre-, aleaciones maleables para laminación y ndir últimas, la más conocida es el duralumínío, que tiene una gran fU Entre estas forja, encia , además de ligereza, por cuyo motivo se emplea mucho en aviación . resl st n las figuras 3 .5 y 3.6 vemos diferentes aplicaciones del aluminio . ,
3. 2
Estaño
del estaño : Sn ; peso específico = 7,3 ; punto de fusión = 832 oC ; símbolo . casíterita inera I :
m 3,2.1
propiedades
El estaño puro tiene un color blanco muy brillante. Es medianamente blanmaleable en frío, pero agrio y quebradizo en caliente . A la temflexible y ordinaria, es inalterable al aire, pero se oxida fácilmente fundido. deratura i mpurezas le afectan muy desfavorablemente y lo hacen quebradizo . p das plomo y el cobre, en cambio, aumentan su resistencia . 35
Fig, 3.6
Bisagra de aluminio .
3:2.2 Aplícacíones El estaño se emplea en forma de chapa de poco espesor y en hojas de hasta 0,01 mm de espesor llamadas papel de estaño, que sirven para envolver alimentos y otras sustancias. Pero las principales aplicaciones del estaño son sus aleaciones, de las que luego hablaremos, y los recubrimientos de otros metales para evitar su corrosión, especialmente del cobre y del hierro. El estaño es absolutamente indispensable para recubrir los utensilios de cocina de cobre y evitar así la formación del cardenillo, sumamente venenoso. La estañadura 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 . 3.3
Plomo
Símbolo del plomo : Pb; peso específico: 11,34; punto de fusión, 327 mineral : galena .
OC ;
3 .3.1
Propíedades El plomo es un metal blando grisáceo, brillante cuando está recién cortado, aunque pierde este brillo al oxidarse su superficie . Es muy pesado, muy blando, hasta el punto de dejarse rayar por la uña; flexible, algo dúctil y muy maleable. Es, en cambio, poco resistente y se deforma fácilmente, aun con pequeños esfuerzos . Se funde muy fácilmente.
Máquina para fabricar tubos de plomo.
3.3.2 Aplícacíones Por su cualidad de resistir muy bien a los agentes atmosféricos y químicos, se emplea para tuberías de agua y otros líquidos y para revestimiento interior de aparatos 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 . 3.4
Aleaciones de plomo y estaño El plomo y el estaño forman parte de numerosas aleaciones en las que a menudo interviene también el antimonio . Los principales tipos de dichas aleaclones son las siguientes : 3.4.1
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 cinc, de la hojalata, de aparatos eléctricos, etc . 3.4.2
Metal antífriccíón Se llaman así ciertas aleaciones utilizadas para los cojinetes que deben tener : - resistencia suficiente a la carga; - pequeño rozamiento con el metal del eje; - poco desgaste al roce; - poca dilatabilidad ; - 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 o colocarlas directamente sobre el soporte del cojinete en muchos casos. En general tienen un punto de fusión más bien bajo y, en caso de agarrotamiento por falta de engrase, funden antes de estropear los ejes . 3.4.3 Metal de ímprenta Son aleaciones que se emplean para los tipos de imprenta o las máquinas de componer. 36
3.4.4 Plomo duro El plomo duro, como antes dijimos, es una aleación con un 10 % de antimonio. Se emplea en multitud de objetos : juguetes, imágenes, cubiertos económicos, etc . 3.5
Cinc Símbolo : Zn; peso especifico = 7,5 ; punto de fusión = 419 blenda y calamita.
OC ;
minerales :
3 .5.1
Propiedades El cinc o 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 oC- se puede laminar y así, además de poderle dar la forma conveniente, adquiere mayor resistencia . Es un metal más bien blando . 3.5.2 Aplicaciones El cinc se emplea para la fabricación de muchas aleaciones de otros metales -latón, tumbaga, azófar, etc .- y para proteger otros metales. Como metal puro fundido, rara vez se emplea, por su poca resistencia . Tiene, en cambio, grandísima aplicación el cinc laminado en forma de chapa -lisa u ondulada-, para recubrimiento de tejados, canalones, tubos, etc . El hierro recubierto de cinc se llama hierro galvanizado. Las chapas y alambres de hierro galvanizado resisten muy bien la oxidación producida por los agentes atmosféricos . 3.6
Conglomerados metálicos Los metales además de emplearse fundidos o laminados, puros o en aleaciones, se usan hoy día sinterizados o conglomerados. La sinterización de los metales consiste en preparar masas sólidas a partir del polvo de dichos metales . Esto se hace generalmente por medio de un tratamiento a altas temperaturas precedido de una compresión en moldes de acero, sin alcanzar la temperatura de fusión de todos los materiales. 3 .6.1
Aplicaciones Se emplea este procedimiento principalmente en estos casos: a) cuando se desee obtener metales o aleaciones porosas ; b) cuando los metales tengan un alto punto de fusión ; c) cuando no sean aleables los cuerpos que se desee unir; d) cuando interese unir dos o más metales pero sin que formen aleaciones. Entre las aplicaciones más importantes de los conglomerados metálicos se encuentran : - cojinetes porosos : en estos cojinetes el aceite pasa a través de los poros, o bien, queda impregnándolos y lo van cediendo a medida que hace falta -cojinetes auto¡ ubricados- ; - metales duros: las herramientas de torno y otras máquinas están a veces dotadas de una pastilla de s carburo de tungsteno y otros materiales muy duros, que se preparan con frecuencia conglomerando el polvo de dichos materiales con cobalto u otros metales ; - filamentos de lámparas eléctricas; - obtención de herramientas de diamante, conglomerando el polvo de diamante con metales o carburos metálicos . 3.7
Protección de metales Los metales expuestos a los agentes atmosféricos y en muchos casos a los agentes químicos sufren los efectos de la corrosión . Por la corrosión, los metales se van combinando con el oxígeno con pérdida, por tanto, de peso y resistencia, y deterioro de su superficie . No todos los metales sufren de igual modo la corrosión, ya que mientras los hay prácticamente inoxidables, como el oro, otros, en cambio, se oxidan con gran facilidad, como el manganeso . De las aleaciones cabe decir otro tanto . Sin embargo hay metales, que se oxidan sólo superficialmente, porque el óxido formado produce una capa compacta que preserva de la oxidación al resto del metal, como sucede con el plomo, el cobre y el aluminio. 37
IS0
s
MN4977
1506 a~e0
>SO 7
UN 4991
Se presenta muchas veces el problema de proteger la superficie de un metal contra -la corrosión . Esto se puede conseguir de varias maneras : Por recubrimiento metálico Se emplea principalmente para proteger los demás metales, el cinc, el estaño, el cadmio, el cobre, el aluminio, el níquel, el plomo, el cobalto y el cromo. Para aplicar la capa de metal se pueden emplear varios procedimientos, tales como: recubrimiento con chapa y hojas del metal inoxidable; galvanizando porinmersión en metal fundido, pulverización del metal fundido con aire comprimido, etc . Sobre la técnica a aplicar, consúltense los tratados especializados ; sólo indicaremos aquí que el éxito de la operación depende principalmente de la preparación de la superficie que hay que recubrir . 3 .7 .1
chcipo de acero inoxidable
1ubería
de hierro
3.7.2 Modificando químicamente la superficie que se ha de proteger Para ello se ataca la superficie del metal -con diversas sustancias según el procedimiento- para formar óxidos o sales que la recubran y la preserven de la ulterior oxidación . Así se hace, por ejemplo, con el pavonado y la parkeri zación. En el pavonado, se produce sobre el hierro, por el calor, una delgada capa de óxido que luego se frota con aceite . También se emplean las aleaciones superficiales que consisten en atacar químicamente la superficie de un metal con otro metal distinto para que se forme una aleación de poco espesor que proteja el, resto de la masa . Los metales más empleados para esto son el cinc -procedimiento de sherardización- y el aluminio, procedimiento de calorización . 3 .7.3 Por recubrimientos no metálicos En primer lugar, se emplean las pinturas -al aceite, lacas, bituminosos, etcétera- . Es preciso que las partes que se pinten estén completamente libres de óxido y de cascarilla, para lo cual hay que limpiarlas con cepillos de alambre o chorro de arena . Después se aplica la pintura a propósito . Son muy conocidas las pinturas a base de minio: pero se expenden en el comercio pinturas de muchos tipos y marcas, según las condiciones de las piezas metálicas que se desee proteger. Para proteger durante corto tiempo los objetos de hierro contra la oxidación, se emplean las grasas protectoras ; grasa vegetal, sebo o mejor grasas minerales -vaselina o grasas consistentesLas grasas que se emplean han de ser neutras ; ya que si fuesen ácidas, a la larga sería contraproducente . 3.7 .4 Aleaciones inoxidables En vez de proteger la superficie del metal, lo que muchas veces se hace es no emplear el metal puro, sino algunas de sus aleaciones resistentes a la corrosión . Este es el caso de los aceros inoxidables . TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
Estudiar el fenómeno de la corrosión, como factor influyente en la economía .
CUESTIONARIO - Propiedades ciones? -
mecánicas de cada material. Empleos o aplicaciones de las aleaciones plomo-estaño . ¿Cuáles son dichas aleaHacer una lista de las aplicaciones del estaño y del plomo . Proceso de obtención de productos sinterizados . ¿Qué es la hojalata? Enumera las distintas formas de proteger de la corrosión a los metales.
BIBLIOGRAFÍA
E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . REMY A ., Matériaux, Fédération des Ecoles Techniques de Suisse, Neuchatel . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 .
38
Tema 4.
Identificación de materiales
OBJETIVOS - Facilitar el conocimiento e identificación de los materiales más empleados en mecánica. - Conocer los materiales, de una manera aproximada, por su aspecto. - Conocer los ensayos mecánicos y tecnológicos más importantes. - Interpretar datos referentes a caracteristicas de los metales en los planos y en los manuales de materiales. - Tener una idea de los materiales empleados ordinariamente en los objetos de más frecuente uso. GUIÓN - Identificación --
por las apariencias . Identificación por las características . Identificación por características mecánicas. Ensayos tecnológicos . Identificación por sus aplicaciones .
PUNTOS CLAVE Conocer las características de materiales fundamentales en la industria : acero;: fundición de hierro, bronces, latones, aleaciones de aluminio, plásticos. Interpretación de planos y manuales respecto a los materiales y sus características.
EXPOSICIÓN DEL TEMA 4.1
Identificación por las apariencias El color, la terminación superficial, la forma exterior-pueden darnos una idea del material que conforma una pieza, pero sólo de una-manera general y aproximada . Podremos decir si es de acero o de fundición ; dé aluminio o de aleaciones :ligeras ; de cobre o de sus aleaciones; si la pieza está niquelada o pintada ; si se ha obtenido por elaboración mecánica, por fusión o por forja; etc. Pero esta información no es suficiente para indicar el material de que está hecha "la referida pieza . Para conocer las" características de una pieza hay que recurrir a ensayos más serios que los de la simple observación . La elección del material más adecuado para un fin ,determiríado exige el conocimiento de sus propiedades técnicas . Estas se refieren : 1 .0 A sus características físicas y químicas. 2.0 A la aptitud que posean para su deformación- en- frío . o en,-caliente,, para su' maquinabilidad, templabilidad, soldabilidad, etc :: . 3.c> A su resistencia o capacidad para soportar solicitaciones mecánicas. 4.2
Identificación por las características Los ensayos de materiales suministran toda esta información . Estos ensayos se hacen con probetas normalizadas, con productos semiacabados o incluso con piezas o elementos ya terminados. Pueden ser destructivos o no. Se basan en principios químicos, físicos, físico-químicos ; metalográficos . y mecánicos. 4.2.1
Ensayos químicos Son los empleados para conocer la composición química y su resistencia a los agentes químicos . 4.2 .2 Ensayos físicos Los que se emplean para determinar las características físicas de densidad, conductibilidad, propiedades magnéticas, etc. También sirven los ensayos físicos para determinar grietas, rechupes, impurezas, etc. 39
4.2.3 Ensayos Metalográficos
Son los realizados, a través del microscopio, para determinar la estructura térdel material y también conocer los efectos producidos por los tratamientos micos .
4.2.4 Ensayos mecánicos
Los empleados para conocer las características de elasticidad y resistencia de los metales y el comportamiento en operaciones mecánicas. Suelen ser de tipo destructivo, estáticos (con cargas progresivamente crecientes) o dinámicos (con cargas instantáneas o de choque) . Identificación por las características mecánicas Para conocer las características mecánicas se emplean principalmente los ensayos de tracción, resifiencia, dureza y los tecnológicos. 4.3
4 .3.1
Ensayo de tracción
Se hace este ensayo con probetas (trozos de material preparado), que se someten a tensiones crecientes para averiguar su resistencia . Las probetas tienen la forma de la figura 4.1 . Pueden ser largas : Lo = 10 - do cortas : Lo = 5 - do. o Fig . 4.1 Probeta para ensayos de tracción.
Se emplean máquinas como las de las figuras 4.2 y 4.3, con las que se eslentamente la probeta hasta su rotura . La tensión que soporta la probeta es tira igual a la carga que actúa por unidad de sección .
Fig. 4.4 Gráfico obtenido en el ensayo de tracción. Aspectos de la probeta en distintos momentos : 1, antes del ensayo ; 2, en el limite elástico; 3, en el principio de fluencia; 4, en el momento de máxima carga ; 5, en la rotura .
Fig. 4:3 Máquina de ensayo universal: tracción, compresión y flexión.
40
Recogidos en un gráfico* los valores simultáneos de las cargas y de los alargamientos, se obtienen curvas semejantes a las de la figura 4.4; cuyo estudio o análisis proporciona, entre otras, las características siguientes : 4.3.1 .1 Limite de elasticidad (6E) Es la tensión, más allá de la cual, la probeta no recobra su longitud primitiva .
aE
= Tensión en el límite elástico en kgf/m m2 .
FE = Fuerza en kgf . Ao = Sección de la probeta en MM 2 .
4 .3 .1 .2 Resistencia a la tracción (GR) Es la tensión máxima que aguanta la probeta durante el ensayo.
FR = Fuerza máxima que actúa sobre la probeta en kgf .
4.3.1 .3 Carga de rotura (6u) Es la carga con la que se rompe el material . csu =
Fu Ao
Fu = Fuerza en el momento de romperse la probeta en kgf. 4 .3.1 .4 Alargamiento (8) . Alargamiento unitario (e) Es la longitud 8 en que aumenta la probeta hasta llegar a la rotura: El alargamiento unitario s se expresa en tanto por uno referido a la longitud inicial .
C
Lu - Lo Lo
=
8 Lo
Lo = Longitud inicial de la probeta antes del ensayo en mm . Lu = Longitud de la probeta estirada en el momento de la rotura expresada en mm. 4.3.2 Ensayo de resiliencía Se emplea este ensayo para saber la tenacidad del material sujeto a esfuerzos bruscos o choques violentos y para comprobar el comportamiento de los materiales con entalladuras que producen concentración de esfuerzos . En las figuras 4 .5 y 4 .6 se ve una probeta normal- y una de las máquinas más empleadas, llamada péndulo de Charpy, respectivamente . e
Fig. 4.5
Probeta de resiliencía y esquema de ensayo . 41
Fig . 4.6
Péndulo de Charpy.
El valor P
To
- Tu
kgf/cm 2
Ao
sólo es informativo y, en igualdad de condiciones, comparativo . Es un ensayo muy importante para saber el efecto de los tratamientos térmicos . Este ensayo nos da el valor de la resiliencia . 4 .3 .3 Fig. 4.7A Ensayo de dureza Brinell. D = diámetro de la bola; d = diámetro de la huella ; P = carga del, ensayo; f = flecha o profundidad de la huella .
Ensayo de dureza
En sentido amplio, dureza es la resistencia superficial a la penetración. A continuación se exponen cinco ensayos de dureza . 4.3 .3 .1
Con lima
4.3 .3 .2
Brinell
Es un ensayo basado en la resistencia al rayado . Se emplea para ello una lima fina que se aplica contra la pieza, observando, a la par, si resbala fácilmente, o si por el contrario arranca virutas. Es un ensayo basado en la resistencia a la penetración . Una bola de 10 mm se oprime contra el material a ensayar, con una fuerza progresiva hasta llegar a los 3 000 kgf, la cual produce una huella, en forma de casquete esférico (figura 4.7A) tanto mayor cuanto menos duro sea el material . La dureza se expresa por un número, cuyo valor es : HB
Fig, 4.78 Medición del diámetro de la huella (con lupa de aumento) .
110 H8 5/250/70 1
tiempo de' ensayo fuerza diámetro de la bola dureza Brinell n .^ de dureza
t = 30 s p = 250 kgf IJ = 5 1m
Ensayo de dureza Vickers : diagonales de la huella ; P = carga de ensayo .
=
720 H V 30 1
LL
carga de ensayo superficie casquete
kgf /2 mm
Tabla 4 .9 Cargas, diámetros de la bola para el ensayo Brinell . Campos de dureza de los diversos materiales y constante de ensayo .
Fig. 4,8 Significado de los símbolos en la designación de la dureza Bríne/l.
Fig, 4.10 di y dZ
__
fuerza 30 kgf dureza Vickers n .- de dureza
Fig . .4.11 Significado de los símbolos en la designación de la dureza Vickers .
42
Las fórmulas empleadas son : HB =
P
n D -f
0
140 HB
=
2 P
n D (D
DZ _
kgf
z
150 kgf
con los valores que aparecen en la figura 4.7A, en figura 4.713 medida de la huella . La designación de este ensayo se hace escribiendo el número de dureza seguido de las letras HB y de las características del ensayo bola/carga/tiempo : 110 HB 5/250/30 (fig. 4.8) . Se pueden emplear penetradores varios según los materiales. (Véase la r tabla 4.9.) Pero guardando siempre una relación constante entre .la carga de ensayo P y el cuadrado del diámetro de la bola, que llamamos
A
Q = DZ
140 kgf
Para la práctica del ensayo y detalles, véase la Norma UNE 7017. 4.3 .3.3 Vickers Es similar al ensayo Brinell pero con penetrador de diamante piramidal y con cargas más pequeñas (fig. 4 .10) . Suple al Brinell para piezas delgadas y materiales muy duros. La dureza se expresa con un número, seguido de las letras HV y la carga en kgf : 720 HV 30 (fig. 4.11) . Para detalles del ensayo véase la Norma UNE 7 054 .
Fig 4.12 Esquema . del ensayo Rockwell: A, precarga de 1( kgf, puesta a cero ; B, carga principal 140 kgf, penetración máxima ; C, retirada de la carga principal, retrocesc de la aguja y lectura del númerc H R.
4.3.3.4 Rockwell Es otro ensayo que se ideó para conocer la dureza más rápidamente que con los ensayos Brinell y Vickers (fig. 4.12) . Tabla 4 .13
Escalas de dureza Rockwell . Superficial
Normal Escala Carga kgf Penetrador Denominación
D
B
A
E
F
G
K
N
N
N
T
T
T
° -- 150 .
100
100
60
100
60
150
150
15
30
45
15
30
45
diam . 120°
diam . 120°
bola 1/16"
diam . 120 1
bola 1/8"
bola 1/16"
bola 1/16"
bola 1/8"
diam . 1200
diam . 120°
diam . 120°
bola 1/16"
bola 1/16"
bola 1/16"
C
D
B
D
E
F
G
K
15N
30N
45N
15T
30T
45T
C
El penetrador puede ser un cono de diamante o una bola. La dureza se mide directamente con un reloj comparador incorporado a la máquina . Pueden emplearse varias escalas, que corresponden a: penetradores y cargas distintas. En la tabla 4.13 quedan resumidas . Véase la Norma UNE 7 053, para detalles del ensayo. Se designa la dureza con un número (el leído en el reloj) seguido de las letras HRC, (C = cono) o HRB (B = bola) seguido de la carga total de ensayo : 54HCR 150 ó 43HRB 100 (fig. 4.14) . En la figura 4.15 se muestra una máquina para este ensayo. 4.3.3.5 Shore En este ensayo se mide la dureza por la altura de rebote de una pequeña pesa, dejada caer desde cierta altura fija (figs. 4.16 y 4.17) . La tabla 4.18 presenta la dureza de algunos materiales en diversos estados de acuerdo con los ensayos arriba explicados. En la tabla 4.19 se reproduce una hoja de características referidas al acero F-1 140 . En ella aparecen las características y las aplicaciones de este acero, 43
fuerza total P = 150 Li -I cono . de diamante ,_ dureza Rockwell n ., de dureza
43-HRB 100
kc
P = 100 fuerza total 0 lila° bola dureza Rockwell n.- de dureza
Fig . 4.14 Significado de los símbolos en la designación de la dureza Rockwell.
Estos valores pueden servir tanto para elegir el material destinado a un uso determinado, como para comprobar si una pieza, o material, es o no es lo que se dice ser, haciendo los ensayos correspondientes . Tabla 4 .18
Dureza de algunos materiales . Durezas aproximadas Rockwell
Materiales
Fig. 4.15 Máquina de ensayo de dureza Róckweil (durómetro) ; A, indicador de medida; B, dispositivo de puesta a cero ; C, palanca de aplicación de carga; D, pisador y mecanismo de penetración ; E, puerta; F, regulador de velocidad,- G, mecanismo de su; H, mando de maniobra rápida; jeción l, dispositivo aplicador de cargas .
Acero rápido 9 % Co recocido Acero rápido 9 % Co templado Acero indeformable 13 % Cr templado y revenido Acero indeformable 13 % C~ recocido Acero cromo-níquel 1,25 % Cr - 4,25 % Ni templado Acero cromo-níquel 1,25 % Cr - 4,25 % Ni recocido Acero cromo-níquel 1 % Cr - 4 % Ni 0,25 % Mo recocido Acero cromo-níquel 1 % Cr - 4 % Ni 0,25 % Mo templado para cementación Bronce 90 % Cu 10 % Sn Bronce 84 % Cu 16 % Sn Latón 90 % Cu 10 % Sn Bronce-aluminio 90 % Cu 10 % -Al Cuproníquel 80 % Cu 20 % Ni
Brinell
C
B
Vickers
HB
Cono de diamante de 120°
Bola de 1/16"
H V
260 -
26 65
103 -
271 820
37 -
220
63 18
96
780 217
31
461
47
116
471
63
250
24
102
257
36
240
22
99
246
34
600 80 117 52 120 47
59 -
47 69 70 -
675 80 117 . 52 120 47
-
Shore
-
4.4
Ensayos tecnológicos Tienen por objeto estos ensayos dar a conocer el comportamiento que tendrán los materiales ante ciertas operaciones y tratamientos . He aquí algunos de los más usados . Fig. 4.16 Esquema de ensayo Shore.
4 .4.1
De plegado Sirve para determinar la plasticidad de los materiales . Puede hacerse de distintos modos: 1 .o Se dobla en ángulo la probeta a prueba hasta que aparecen las primeras grietas y se mide el ángulo de plegado hasta ese momento (fig. 4.20) . 2.o Se pliega la probeta hasta un ángulo determinado y se comprueba si aparecen grietas o no, pudiendo llegar al plegado completo (fig. 4.21), 0 dejando las ramas paralelas con cierta separación (fig. 4.22) . Véase la Norma UNE 7 051 para probetas y detalles . 4.4.1 .1 Plegado alternativa Se emplea este ensayo para láminas delgadas. Consiste en doblarlas en un ángulo de 90% de uno y otro lado, contando el número de veces necesario para romperla (fig . 4.23). 4.4.2 Embutición Es un ensayo muy importante . Se hace con punzones de varios diámetros, según los espesores de la capa. Se mide la profundidad del embutido en el momento de aparecer las primeras grietas (fig. 4.24) . Véase la Norma UNE 7 258 para los detalles de ensayo y valores .
Fig. 4.17
Aparato de ensayo de dureza Shore, con lectura en cuadrante.
4.4.3 Forjado Hay varios tipos de ensayos de forjada . Indicamos algunos de ellos en las figuras adjuntas : Ensayo efe aplanado, figura 4.25 . 44
Tabla 4 .19
Características de un acero F-1 140 . Reproducción de la página de un manual de aceros . DESIGNACION : ACERO AL CARBONO-DURO F-1140
I.H .A. F-1 140 ,
CATEGORíA ESPAÑOLA Serie
Tipo
I.H.A . antiguo
Aceros al carbono
145
Grupo F-1 100
Recocida
Temple
0C
°C
Enfriamiento
°C
Enfriamiento
1100 850
710 730
Al aire
825 845
Al agua
Cementación
Revenido
°C
0C
Echevarría «lleva» S
w w u Q z w w
TRATAMIENTOS TÉRMICOS Forja
us
Echevarría «Bellota» EC 4 ¬C 5 Hamsa F5
a 0 z
550 650
Llodio LC 4
z
Normalizado : 860°-880 °C Recocido de regeneración : 8350-855 oC Nitruración
Reinosa Ro Naval
z w 0
Otros datos :
Forjas alavesas Forcabo 45 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS A E Elasticidad Alargamiento kgfimm 2 %
Observaciones
R Resistencia kgf%mm 2
Templado y revenido
65-70
40-45
Con acritud
70
Normalización
65-70
E Estricción %
Durezas
P Resistencia kgf¡cm 2
Brinell
16-13
10-7
165-185
42
13
6
190-210
40-45
14-12
10-7
185-210
Rockwell . C
Vickers
COMPOSICIÓN QUÍMICA
C
si
Mn
0,40 0,50
0,15 0,30
0,40 0,70
Ni
Cr
Mo
Va
w
Co
S
P
Al
< 0,05
< 0,05
Pb
Cu
Ti
APLICACIONES Ejes y elementos de máquina . Transmisiones, cilindros de motores de explosión, piezas de bastante resistencia sin gran responsabilidad. Es más templable que el tipo 1 130 .
Ensayo de recalcado, figura 4.26 . Ensayo de mandrinado, figura 4 .27. 4.4 .4
Ensayo de chispas
Sirve para clasificar algunos aceros por su composición, examinando las chispas que saltan al poner el material en contacto con una muela de esmeril, que gira a gran velocidad . Al estudiar las chispas hay que observar con gran detalle su figura y su color, atendiendo a las zonas y elementos característicos . Las características más importantes que pueden aparecer en las chispas están en la figura 4.28, figura 4.29 y tabla 4,30 Conviene operar siempre en un departamento obscuro o con muy poca ¡tu45
Fig. 4.20 Ensayo de plegado hasta . la aparición de grietas.
Fig. 4,21 Ensayo de plegado completo.
Fig. 4,22 Ensayo de plegado completo con ramas separadas .
Fig. 4.23 Ensayo de plegado alternativo .
Fig. 4.25 Ensayo de aplanado .
Fig. 4,26 Ensayo de recalcado.
Fig. 4.27 Ensayo de mandrinado .
Fig. 4.28 Ensayo de chispas . 1 .a zona : rayos rectilíneos, se observa el color característico; 2 .a zona : se conservan los rayos y aparecen las primeras bifurcaciones y algunas explosiones; 3.a zona : explosiones y formas características .
Fig. 4.24 Ensayo de embutición : A, principio de ensayo, puesta a cero; B, fin del ensayo, lectura de la flecha, Tabla 4 .30
minación para apreciar mejor la coloración y detalles particulares ; es siempre conveniente el' empleo de barras de control, de características conocidas . Estas barras de control se deben tener clasificadas y marcadas; por comparación entre las chispas dé la barra patrón -y las de la pieza ensayada se conocen las características de ésta.
Ensayo de chispa : características de las chispas y algunos materiales (HEVA) .
Clase de material
Volumen del reguero
Color del reguero junto a la muela
Color de los rayos hacia el final del reguero
Cantidad del chisporroteo
Naturaleza del chisporroteo
1
Acero al carbono (0,15 % de C)
Grande
Amarillo oscuro
Amarillo claro
Muy poco
Bifurcado
2
Aceros del 0,25 a 0,35 % de C
Grande
Amarillo oscuro
Blanco
Poco
Bifurcado
3
Aceros de 0,45 % de C
Regular
Amarillo vivo
Amarillo claro
Regular
Muy bifurcado
4
Aceros de herramientas (0,7 ; 0,9 ; 1 ; 1,3 % de C)
Pequeño
Amarillo vivo
Blanco
Mucho
Muy bifurcado
5
Aceros con molibdeno (Elastic)
Regular
Amarillo
Rojo
Regular
Trozos incandescentes
6
Aceros con molibdeno (Acrom)
Regular
Amarillo
Rojo
Regular
Trozos incandescentes bifurcados
7
Aceros con tungsteno (Excelso)
Normal
Rojo
Rojo oscuro
Regular
Trozos incandescentes
8
Aceros de 4 % W y 1,25 % C (Diamantino)
Regular
Rojo
Amarillo
Grande
Con bifurcaciones en 3 .a fase
9
Aceros de 1,2 % C y 1 % W (Pesfort)
Grande
Rojo
Blanca
Grande
Bifurcaciones brillantes en 3 .1 fase
10
Aceros (0,55 % C ; 2 % W y 1 % Cr)
Grande
Rojo claro
Rojo amarillento
Mucho
Explosiones en forma de lanza en el final
46
Fig. 4.29 Formas de la chispa en cada tipo de material.
4.5
Identificación por sus aplicaciones Para algunas aplicaciones pueden emplearse indistintamente unos materiales u otros: Sin embargo, su comportamiento ante ciertos agentes, su aspecto más o menos agradable, su facilidad de fabricación, o su costo, pueden motivar la preferencia de unos o de otros . El tener una idea de los materiales usados más frecuentemente para ciertos objetos o piezas, puede ayudarnos a su identificación . Así, para grifería se usa latón o acero inoxidable . Para instrumentos quirúrgicos, aceros inoxidables . Para bancadas de máquinas o piezas voluminosas y de formas complicadas, acero fundido ..o fundición dé hierro. Para herramientas de corte, aceros al carbono o rápidos . Para recipientes, vidrio, plásticos u hojalata . Para elementos conductores de calor o de electricidad; siempre se emplean metales . Por el contrario, para materiales refractarios o aislantes, se emplean otros materiales como la porcelana, el vidrio, la madera, etc . En las tablas de aceros, latones, bronces y aleaciones de aluminio de los temas 1-2-3, se pueden ver las aplicaciones más apropiadas de cada material . TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Escribe una lista de piezas hechas con distintos
materiales . - Di cuál es la característica más importante en cada una de esas piezas. - Hallar el número de dureza según la figura 4 .7B, para P = 3 000 kgf y D = 10 mm .
CUESTIONARIO - ¿Cuáles son las características mecánicas principales? - ¿Con qué ensayo sabemos si un material es o no frágil? - ¿Es interesante que un material se alargue antes de romperse? ¿Por qué?
BIBLIOGRAF(A
APRAIZ BARREIRO, J ., Tratamientos térmicos de los aceros, Dossat, Madrid 1968 . NEY J ., Mecánica y metalurgia, Urmo, Bilbao 1968 . E. P. S., Tecnología Mecánica, Tomo primero, Librería Salesiana, Barcelona 1965.
VOCABULARIO TÉCNICO
Gráfico (o gráfica) : Es la representación de datos numéricos o resultados de proceso de cualquier clase, por medio de una o varias líneas que hacen visible la relación que esos datos guardan entre sí .
47
Tema 5. Formas comerciales OBJETIVOS - Conocer los perfiles corrientemente empleados en sus formas, tamaños y denominaciones. GUIÓN - Productos -
semielaborados . Productos acabados . Productos de acero laminado en calidad especial . Tubos . Perfiles en frío . Identificación por su forma y dimensiones.
PUNTOS CLAVE
Conocer perfiles normales y sus designaciones' .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 5.1
Productos semielaborados 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 llamados productos acabados . Se obtienen al hacer pasar, entre dos rodillos acanalados que giran, un lingote de acero calentado,al rojo. Los rodillos, comprimen el material dándole la forma deseada (fig. 5.1 ; transparencia 16 .5) . Esta operación se llama laminación en caliente . mav la
w
av .NpU~unpw~
~MUnNUWU
Iadav naUa O~a"1
angular laminado
cilindros acanalados
Fig. 5.1 Esquema de tren de laminación : A, pasos para la laminación de un perfil angular; B, sentido de giro y avance del perfil.
Estos lingotes o tochos empleados como punto de partida para la obtención de perfiles son los productos semielaborados . Lo que sigue, mientras no se diga lo contrario expresamente, se refiere a productos de acero comunes . 5.1 .1
Desbaste Es el producto obtenido por una primera laminación o forja del lingote . Suele ser de sección aproximadamente cuadrada o rectangular y sin aristas vivas . Su grueso está comprendido entre 130 mm y 340 mm y su ancho entre 130 mm y 550 mm o más . La designación se hace por el nombre y las dimensiones seguidos del número de la norma . Así para un desbaste de 300 x 150 la designación será : Desbaste 300 x 150 UNE 36 511 (fig . 5.2) .
b Fig. 5.2
'
Desbaste .
48
Ver tema 26, designaciones normalizadas.
5.1 .2 Palanquilla Es el producto de sección aproximadamente cuadrada y sin aristas vivas, cuyo lado está comprendido entre 40 mm y 125 mm (fig. 5 .3) . La designación se hace con el nombre y las dimensiones y el n.o de la norma. Para una palánquilla de 80 rrfm, la designación será : Palanquilla 80 UNE 36 513 . 5.1 .3 Llantón Es el producto de sección aproximadamente rectangular, cuyo grueso está comprendido entre 11 mm y 125 mm y ancho entre 200 mm y 600 mm (fig. 5 .4) . La designación se hace de manera similar al desbaste con su norma correspondiente . Así para un Ilantón de 250 x 40 mm, la designación será : Llantón 250 x 40 UNE 36513. 5.2
Fig. 5.3
Palanquilla .
Fig. 5.4 Llantón .
Productos acabados Los más usados son :
5.2.1
Chapa Es el producto plano de ancho superior a 600 mm. La chapa se clasifica por su espesor en : Chapa gruesa, que es la de 6 mm o más de grueso . Chapa media, la de grueso comprendido entre 3 mm y 6 mm . Chapa fina, la de grueso inferior a 3 mm. La chapa es generalmente lisa, pero puede ser estriada y aún de otras formas . También se puede clasificar la chapa por el revestimiento superficial, por el tratamiento recibido o por el uso a que se destina . La Norma UNE 36 086 especifica las clases de chapa fina, así como su designación normalizada . Esta se hace a través de la palabra chapa seguida de letra y números de calidad, letra de su estado y acabado superficial y la referencia a la norma UNE 36086. Ejemplo : \ Chapa A02 XM UNE 36086. 5.2.2 Plano ancho Es un producto de sección rectangular, cuyo grueso está comprendido entre 6 mm, y 20 mm y el ancho entre 200 mm y 600 mm. La designación se hace indicando el ancho y el grueso del plano del que se trata, seguidos de la norma UNE correspondiente. Por ejemplo, un plano ancho de 300 mm y 8 mm de grueso, se designa así: Plano ancho 300 x 8 UNE 36 561 .
Fig, 5.5
Viga de perfil normal.
Fig . 5.6
Perfil en U normal.
5.2.3 Viga de perfil normal (PN) Es el producto cuya sección tiene la formal (denominada doble T, fig . 5 .5) . La designación de una viga, o doble T de perfil normal, de una altura h = 160 mm, se indica así : Viga (PN) 16 UNE 36521. El nombre viga puede sustituirse por el símbolo 1 :.Z(PN) 16 UNE 36 521 . 5.2.4 Perfil en U normal (PN) Se denomina perfil en U al producto cuya sección tiene la forma de U (fig. 5.6) . La designación para un perfil en U, que tenga una altura h = 120 mm es: Perfil en U (PN) 12 UNE 36 522. El nombre perfil en U puede sustituirse por el símbolo U : U (PN) 12 UNE 36522. 5.2.5 Viga de ala ancha Se llama viga de ala ancha a la viga doble T, cuya altura es igual a la anchura de las alas (fig. 5.7A) . La designación para una viga de ala ancha de 180 mm de altura es : viga de ala ancha 180 UNE 36 523. Cada día se emplea más la viga de ala ancha, con alas paralelas (fig. 5 .78) . 49
Fig. 5.7A
Viga de ala ancha .
Fig. 5.78 Viga de ala ancha, de alas paralelas.
5.2.6 Angular de lados iguales de perfil normal (PN) Es el producto cuya sección se caracteriza por dos alas de igual longitud que forman un ángulo de 90° (fig. 5.8) . La designación de un angular de lados iguales, de perfil normal, con una longitud de alas de 50 mm y su grueso de 7 mm es : Angular (PN) 50 x 50 x 7
UNE 36 531.
El nombre angular se puede sustituir por el símbolo L : L (PN) 50 x 50 x 7
Fig. 5.8 Angular de lados iguales (PN) .
UNE 36531.
5.2.7 Angular de lados desiguales, de perfil normal (PN) Es un angular caracterizado por dos alas de diferente longitud (fig. 5.9) . La designación de un angular de lados desiguales, de perfil normal y de una longitud de alas de 60 y 40 mm y un espesor de 6 mm, es así: Angular
(PN) 60 x 40 x 6 UNE 36 532. Y también : L (PN) 60 x 40 x 6 UNE 36532.
5.2.8 Perfil en T normal (PN) Es el producto comercial cuya sección tiene forma de T (fig. 5.10) . La designación de un perfil en T normal de 40 mm de altura y 5 mm de grueso es: Perfil T (PN) 40 x 40 x 5 UNE 36533. O también : T (PN) 40 x 40 x 5 UNE 36533. Fig. 5.9 Angular de lados desiguales (PN) .
5.2.9 Angular con nervio para construcciones móviles Es un perfil como el de la figura 5.11 . La designación de un angular con nervio, cuya longitud de ala mayor sea h = 177,8 mm, es : Angular con nervio 177,8 UNE 36534. 5.2.10 Ángulo camero Se denomina así al producto con perfil en ángulo con alas de igual longitud y aristas vivas (fig. 5 .12) . La designación de un ángulo camero con una longitud de alas de 25 mm y un grueso de 3 mm, se hace así : Ángulo camero 30 x 3 UNE 36535.
Fig. 5.10
Perfil en T (PN) .
5.2.11 Otros perfiles de acero En la tabla 5.13 se indican las características y designación de otros perfiles corrientes . 5.3
Fig. 5.11
Angular con nervio.
Productos de acero laminado en calidad especial Se denomina así a los laminados con aceros especiales . La designación se hace en estos casos con la doble denominación del perfil y de la calidad . Ejemplos: 1 .° Un . perfil laminado redondo de acero inoxidable al cromo y diámetro de 12 mm, se designa así : Redondo 12 UNE 36 615. Acero F 312 UNE 36 016, y también : o 12 UNE 36 615 F 312 UNE 36016. 2 :° Una pletina de 28 x 10 mm y acero indeformable, así : Pletina 28 x 10 UNE 36 626 acero F 522 UNE 36 072. También se encuentran en el comercio perfiles de otros materiales: latones, aleaciones ligeras, etc. En la figura 5.14 se ven algunos perfiles de aluminio . Para otros productos habrá que consultar las normas correspondientes en que se especifican las calidades y medidas. El tubo, pieza hueca, por lo común de forma cilíndrica y generalmente abierta por ambos extremos, es uno de los perfiles más típicos. Su obtención puede ser diversa según el fin a que se destine . Hay, por tanto, una gran variedad de tubos. 5.4 .1
Fig. 5.12 Angular camero.
Tubos sin costuras para trabajos a presión Así se llaman aquellos tubos cuya parte hueca ha sido producida por desplazamiento de la masa del núcleo interior hacia afuera .
50
Tabla 5 .13 Dibujo del perfil
Perfiles varios .
Norma
Ejemplo de designación
Cuadrado
UNE 36 542
Cuadrado de acero de 18 mm de lado Cuadrado 18 UNE 36 542.
Pasamano
UNE 36544
Pasamano de 35 mm ancho y 8 mm espesor Pasamanos 35 X 8 UNE 36644.
UNE 36 545
Medio redondo de 30 mm de ancho y 15 mm de alto o espesor Medio redondo 30 X 15 UNE 36 545 .
Producto
Medio redondo
i "b
b
UNE 36 541
Llanta
t
UNE 36 551
Llanta de 60 mm de ancho y 22 mm de espesor . Llanta 60 X 22 UNE 36551 _
UNE 36 552
Pletina de 45 mm de ancho y 8 mm de espesor . Pletina 45 X 8 UNE 36 552 .
UNE 36 553
Fleje de 25 mm de ancho y 3 mm de espesor. Fleje 25 X 3 UNE 36 553 .
Pletina
Fleje
f
Lb
t
Fig. 5.15
Perfiles de aluminio.
Redondo acero 8 mm de diámetro. Redondo 8 UNE 36541 .
Redondo
b
Fig. 5.14
Laminación de tubos sin costura .
Existen varios sistemas de fabricación : - el Mannesman, en el que se hace pasar una barra entre cilindros girando a gran velocidad (fig . 5.15) ; - por estirado, previo un taladro inicial (fig . 5.16) . 5.4 .2
Tubos de costura soldada
Para conducir líquidos o gases a bajas presiones se emplean los tubos llamados de costura soldada. Estos se hacen por conformación de chapa y en caliente, a través de una serie de rodillos (fig . 5.17) . Se sueldan los bordes con soplete o por soldadura eléctrica, después de la conformación y en ciclo automático . Solamente así se alcanzará una perfecta estanquidad (calidad de los recipientes para no hacer agua por ninguna costura) . Para trabajos ordinarios en los que la estanquidad no tiene importancia, se dejan sin soldar o se aprovecha el mismo calor de la laminación para obtener una soldadura por presión. 51
Fig. 5 .16
Estirado de tubos.
rodillo soldador repasadores
Fig. 5.17
Proceso para obtener tubos de costura soldada (soldadura eléctrica) .
La denominación de los tubos suele hacerse por las medidas de sus diámetros seguido de las características mínimas exigidas . También suele darse uno de los diámetros y el espesor de la pared . Los tubos para conducciones normales de agua se denominan por su diámetro interior en pulgadas . El espesor está normalizado y el diámetro exterior corresponde a la rosca de gas Whitworth, de igual denominación que el tubo. Para una mayor resistencia a la corrosión suele darse a estos tubos un tratamiento de galvanizado . Perfiles conformados en frío Hoy día se emplean mucho los llamados perfiles en frío, tanto para construcción de muebles como para estructuras ligeras y elementos de construcción . En la figura 5.18 aparecen algunos de los perfiles más comunes, y en la figura 5.19 una aplicación para barandillas . 5.5
D
Fig . 5.19 Aplicación de los perfiles en frío, barandilla.
Estos perfiles se obtienen por conformación en frío de chapas finas, por doblado o curvado, pero sin laminación propiamente dicha. Quiere esto decir que la sección transversal es igual a la de la chapa inicial . En la figura 5,20 se presenta un tren conformados. Estos trenes conformadores suelen llevar incorporado un sistema de soldadura para los perfiles cerrados (tubos) . Estos trenes pueden trabajar a velocidades de 70 m/min. Para casos especiales se recurre a un recocido posterior en atmósferas inertes. Identificación por su forma y dimensiones La identificación de los perfiles normales se hace por su designación de acuerdo con la norma correspondiente . En casos de perfiles especiales, y sobre todo para los perfiles en frío, lo más práctico es acudir a las casas productoras . 5.6 Fig . 5.18
Perfiles lamínados en frío.
52
Fig. 5.20 Tren conformador para perfiles en frío .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer una recopilación de perfiles laminados,
con las notas bibliográficas, - Hacer una recopilación de catálogos de perfiles en frío . - Escribir las normas que se conocen o se puedan encontrar referentes a perfiles.
CUESTÍONARIO - ¿Qué diferencia hay entre un perfil laminado - ¿Para qué se usan los perfiles en frío?
en frío y el laminado en caliente?
BIBLIOGRAF(A
Normas UNE. Instituto Nacional de Racionalización y Normalización, Madrid . E . P. S., Tecnología Mecánica, Tomo primero, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . SCHIMPKE P., Tratado general de soldadura, Gustavo Gif, Barcelona .
Tema 6.
Piezas fundidas: su obtención
OBJETIVOS - Dar una idea de cómo se obtienen las piezas fundidas. -' Mostrar las ventajas de las piezas fundidas desde el punto de vista de economía de material y de mano de obra. GUIÓN -
Economía obtenida con las piezas fundidas. Propiedades de los metales para fundir. Metales y aleaciones empleados para obtener piezas fundidas. Proceso para la obtención de piezas fundidas .
PUNTOS CLAVE - Conocer las
particularidades de los modelos, noyos, cajas de hoyo y moldes. - Seguridad e higiene en las fundiciones .
EXPOSICIt1N DEL TEMA 6.1
Economfa obtenida con las piezas fundidas Purificados los materiales de origen, se someten a grandes temperaturas hasta fundirlos : una vez licuados o fundidos se vierte este metal en determinados moldes hasta que se enfría y adquiere la forma pretendida . Las piezas así obtenidas se llaman piezas fundidas . Para grandes series, este procedimiento resulta más económico que otras . 53
Fig. B:1
Ensayo de colabilidad.
6.2
Propiedades de los metales para fundir Teóricamente cualquier metal puede emplearse para la obtención de piezas fundidas; -pero se procura emplear los que tienen mejorés condiciones de fusibilidad y colabilidad, siempre que garanticen las características de resistencia y servicio . Se llama fusibilidad la capacidad de poderse fundir. Es material más fusible el que lo alcanza a menor temperatura . Llámase colabilidad a la capacidad de llenar los moldes. En la figura 6.1 se ve un sistema para hacer el ensayo de colabilidad . El metal que llena más longitud de I,a espiral es el más colable . Fig. 6.4 Pieza de latón : grifo.
Fig. 6.5
6.3
Metales y aleaciones empleados para obtener piezas fundidas Para la obtención de piezas de gran resistencia, tales como palancas (figura 6.2), se emplea el acero. En las bancadas de las máquinas (fig. 6.3) se emplea la fundición, que es una aleación de hierro menos resistente que el acero.
Pieza de bronce : hélice .
Fig. 6.3 Pieza de fundición de hierro : bancada . Fig . 6.2
Fig. 6 .6
Pieza de aleación ligera : pistón .
Pieza de acero fundido : palanca .
Se emplean las aleaciones de cobre (latones) : en la grifería (fig. 6.4) para evitar la corrosión y obtener un fácil mecanizado. Para hélices de barco o turbinas, se emplea el bronce, más resistente al desgaste y a la corrosión que los latones (fig. 6.5) . Para hacer piezas de automóvil y de aviación, como el pistón, (fig . 6.6) se emplean las aleaciones ligeras . 6 .4
Proceso para la obtención de piezas fundidas Para la obtención de las piezas fundidas se sigue el siguiente proceso :
6.4.1
Preparación del modelo A la vista del dibujo de taller, figura 6.7, el modelista prepara, normalmente en madera, el modelo, figura 6.8 de forma igual a la pieza que se desea obtener. Todas las piezas obtenidas por fusión sufren una contracción al solidificarse ; por esta razón los modelos son algo mayores que las piezas . Los modelistas emplean reglas graduadas especiales llamadas metro de modelistas.
Fig . 6.7
6 .4.2 Preparación del molde Obtenido el modelo, el fundidor-modelador hace el molde con arena especial en unas cajas o marcos de hierro (fig. 6.9) . Tienen que emplearse dos o más cajas, según la complicación de la pieza, para poder retirar el modelo Dibujo de pieza. del molde . Cuando las piezas llevan partes huecas se colocan en el molde (fig. 6 .10) unas piezas previamente preparadas llamadas noyos o machos (fig . 6.11) que se preparan en las llamadas cajas de noyos (fig. 6.12) . ' El molde se puede preparar manual o mecánicamente . Para grandes series el único sistema económico es el mecánico (fig. 6.13A y 6 .1313) . También se emplean moldes metálicos llamados coquillas que tienen la ventaja de su gran precisión (fig. 6.14) . Se suelen emplear para aleaciones de punto de fusión no superior a 1 000 o . Los moldes de arena sólo sirven para modeloC una pieza; la coquilla para gran número de piezas, de aquí que se llamen moldes permanentes . Fig. 6.8 Modelo, 54
Fíg. 6.11
Noyo.
5 Fig. 6.10 Molde con noyo Fig. 6.9
6.4 .3
Caja para moldes.
preparado para la colada : mazarotas; 3, bebedero; 4, contrapesos; 5, arena.
1, noyo; 2,
La colada
Se prepara el molde con las entradas convenientes para el metal o bebederos y las salidas de gases y mazarotas (fig. 6 .10) . Si los-moldes son de arena se secan en estufas y si son metálicos se calientan en la primera operación . A continuación se llenan con el metal fundido, traído desde el horno con cucharas, manualmente o con grúas, según el tamaño (fig. 6.15) . 6.4 .4
Fíg. 6.12 Caja de noyo.
Acabado
Se mantiene la pieza en el, molde el tiempo necesario para su solidificación y luego se retira del mismo . Los moldes de arena se rompen, pues no sirven más que una sola vez ; con todo se recupera la arena para moldes sucesivos . En la figura 6.16 se ve una pieza fuera del molde . Posteriormente se limpian las piezas quitando la arena incrustada y eliminando las rebabas ; bebederos y maza rotas, teniendo la pieza terminada para la mecanización . En piezas de acero o delicadas suele hacerse antes del mecanizado un tratamiento de recocido .
Fig. 6.13A
Moldeado a mano,
SEGURIDAD E HIGIENE He aquí unas cuantas precauciones para cuando se visita un taller de fundición y más aún cuando se trabaja en él . t .a No se deben tocar piezas, sin tener la seguridad de que están completamente frías. 2.a No hay que acercarse a los hornos o cubiletes ni a las cucharas llenas de metal fundido, ya que pueden producirse salpicaduras o derrames de metal fundido y consiguientemente quemaduras graves . 3.a No se debe mirar largo rato el material fundido sin ir provisto de gafas o caretas protectoras . 4.a No hay que colocarse debajo de grúas que transporten piezas o cucharas con metal fundido . 5.a Cumplir con toda escrupulosidad las normas que el personal responsable suele dar al comenzar las visitas. (Pasarse de listo puede acarrear serias consecuencias) .
Fig. 6.14 Molde metálico :
1, machos; 2, coquilla ; 3, pieza.
Fig . 6.138 Máquina para moldear y placa moldeo : a, molde; d, pletina; e, pistón ; f, cilindro vibrador ; g, pletina portaplaca; h, placa moldeo.
Fig. 6.16
Pieza fundida tal como sale del molde.
Fig. 6.15 Colada : llenada del molde.
55
MEDIOS DIDÁCTICOS Convendrá afianzar lo expuesto en este tema por medio de proyecciones, de diapositivas o películas-concepto . La visita a fábricas o talleres de fundición, bien dotadas y organizadas, es muy interesante y útil .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Visitar un taller o fábrica de fundición y hacer una memoria - Hacer un resumen de los distintos medios de moldeo que se
de lo visto en ella . emplean en la industria . - Dado el dibujo de una pieza sencilla, proponer el proceso de obtención.
CUESTIONARIO - ¿Qué es un
noyo? - Diferencia entre modelo y caja de noyos . - Por qué los noyos se arman con alambres o almas metálicas . - Por qué se secan los noyos antes de colocarlos en los moldes . - ¿Sabes cómo se llaman las partes de los modelos que suelen pintarse de negro y que hacen parecer a los modelos algo distinto a las piezas que queremos obtener? - ¿Qué diferencia hay entre molde temporal y permanente? ¿Son de la misma materia? - ¿En qué consiste el moldeo mecánico?
BIBLIOGRAFÍA
APRAIZ BARREIRO J ., Fundiciones, Dossat, Madrid 1963 . E. P. S., Tecnologia Mecánica, Tomos primero y segundo, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . SYNDICAT GENERAL DES FONDEURS DE FRANCE, Commission Nationale de la Formation Professionelle, París .
Tema 7.
Piezas forjadas : su obtención
OBJETIVOS - Hacer comprender la importancia de la forja desde el punto de resistencia de las piezas y de economía en material y en mano de obra. - Dar una idea de los procedimientos y procesos de forja.
GUIÓN - Fases
del proceso . - Ventajas principales de las piezas forjadas . - Algunos procesos elementales de forjado .
PUNTOS CLAVE - El estudio del
proceso para lograr la orientación de la fibra. - La seguridad en todo el taller de forja : fuego, herramientas adecuadas, etc .
EXPOSICIóN DEL TEMA La forja o estampado en caliente es un procedimiento para obtener piezas por deformación plástica de un material . Hay que tener en cuenta que no todos los materiales, ni siquiera todos los metales, son aptos para forjar . En la figura 7.1 puede verse de una manera gráfica la importancia de la temperatura para la eficacia del golpe .
biI~ 800° 700° Fig . 7.3600° Prensa de husillo roscado. 500 ° 56
900 °
Fig. 7.1 Influencia de la temperatura en la deformación.
Tabla 7 .2
VR VF IR IF AR AF
7.1
= = = = = =
Fórmulas para hallar la longitud de partida en casos sencillos .
Volumen Volumen Longitud Longitud Área de Área de
real equivalente antes de la forja . en el elemento forjado . necesaria en la pieza antes de forjarla . en el elemento forjado . la sección inicial . la sección final .
Fases del proceso
7.1 .1
Preparación del material
7.1 .2
Caldeo de la pieza_
7.1 .3
Operación de forjado
El material a forjar se elige teniendo en cuenta las características necesarias de la pieza acabada. Es necesario partir de un trozo, de volumen equivalente al de la pieza que se desea, aumentado en un tanto por ciento más o_ menos grande según el proceso a seguir, en razón de las mermas que se producirán y ,de las creces que hay que prever para el mecanizado posterior (fig . 7 .2) . Vi` = VR . Se calienta la pieza a la temperatura adecuada según el material, cuyas temperaturas de forja ya son conocidas o anunciadas en los manuales . Durante la operación suele descender la temperatura de la pieza; si desciende de unos valores determinados, hay que volver a calentarla las veces que fuere necesario, hasta lograr la forma definitiva . Habrá que procurar realizar la operación en el menor número de caldas posible. (Calda es cada una de las veces que se calienta la pieza, en proceso de forja) . Cuando haya estado a altas temperaturas mucho tiempo habrá que dar al final un tratamiento llamado recocido de regeneración, que se explica más adelante .
Fig. 7.4
Martinete neumático.
Un metal se deforma por la acción de compresión de una prensa (fig . 7.3), o por el golpe de un martillo mecánico (martinete o martillo pilón) (fig . 7.4) . También, para pequeñas piezas, por el golpe de un martillo manejado a mano, a veces auxiliado con martillos mayores llamados mallos o machos (fig . 7 .5) . Cuando las formas son difíciles, o se necesitan muchas piezas iguales, se preparan unos moldes de acero para obtener de un solo golpe la forma de la pieza con prensas o martillos pilones. Estos moldes se llaman estampas (fig . 7.6). 7.2
Ventajas principales de las piezas forjadas
Una de las ventajas mayores de las piezas forjadas es que resultan de mayor resistencia que las fundidas u obtenidas directamente por arranque de viruta desde barras laminadas . Esto, es así porque en las operaciones de laminación y forjado los cristales de la estructura quedan orientados formando una especie de fibra (semejante a la de la madera) que le da mayor resistencia (fig . 7.7) . Estas fibras no existen en las piezas fundidas y en las obtenidas de barras laminadas quedan cortadas (fig . 7.8) . En los forjados, si está bien estudiado 57
Fig. 7.5 Forjado a mano .
el proceso, esto no sucede (fig . 7.7) . Por ello, es muy importante el proceso de forjado para evitar la rotura de estas fibras y lograr su forma más adecuada . También tiene gran importancia desde el punto de vista de economía de material (fig .,7.9), y supone también en muchas ocasiones .gran ahorro de mano de obra (fig . 7.10) .
estampa superior
D in ni
3
Fíg. 7.6 Forjado con moldes o estampas : 1, pieza en bruto; 2, pieza en fase de estampación; 3, pieza estampada .
2 Fig. 7.7 Orientación de las fibras en piezas forjadas.
nf
fig. 7.10 Economía de mano de obra : A, tiempo para tornear 1 000 tornillos de barra : 150 horas de máquina ; B, tiempo necesario para 1 000 tornillos forjados : 50 horas de máquina . 150 - 50 = 100 horas de máquina ahorradas.
7.3
Algunos procesos elementales de forjado Los procesos de forjado suponen el estudio previo de las formas que deben ser lo más sencillas posible con tal de que la pieza pueda cumplir los fines previstos. Deben evitarse los cambios bruscos de sección y de dirección. En las normas se dan valores referentes a los espesores y a los radios mínimos. Analicemos unos procesos sencillos : En la figura 7.11 presentamos un proceso de estirado ; a, b y c son variantes para los casos de estirado descentrado ; d para los casos en que el estirado debe ser simétrico respecto al eje. Para no romper la fibra, la herramienta debe tener la punta redondeada . Se termina aplanando directamente con el martillo e, o con la ayuda de la plana o estampa, f y g. Es un proceso válido para forjar a mano o a máquina.
160 kg de material para 1 000 tornillos de 10 mr
50 kg de material para 1 000 tornillos de 10mm
160 -50= 110 kg de material ahorrado
Fig. 7.9 Economía de material: A, piezas torneadas de barra ; B, piezas forjadas,
En la figura 7.12 vemos las maneras posibles de realizar un recalcado. El éxito de la operación depende, en gran manera, de la localización del calor en la zona adecuada . A veces habrá que proceder a enfriar alguna parte de las zonas calentadas, por ser difícil de localizar el caldeo sólo en el lugar preciso. En la figura 7.13 mostramos también un recalcado pero con estampas, partiendo de un tocho totalmente destinado a recalcar. Se termina la operación eliminando las rebabas con un troquel a propósito ; estos troqueles sólo se emplean para grandes series. 58
c Fig. 7 .13 Proceso de recalcado con estampas: A, pieza en barra ; B, recalcado; C, corte de cebabas con troquel; D, pieza forjada terminada.
En la figura 7 .14 vemos cómo se procede para doblar a escuadra . Hace falta un recalcado previo para evitar el degollado y la rotura de las fibras. En la figura 7.15 se presenta el proceso ya más complejo para la obtención de una pieza como la del dibujo . 1 .a Fase: degollado, con radios adecuados, de la parte a estirar y a trocear. 2.a Fase: estirado a las dimensiones de la espiga mayor. 3.a y 4.a Fases : estirado poligonal de la espiga menor en polígonos de caras progresivamente crecientes : 8, 16, etc. 5.a Fase : acabado de la espiga con estampas redondas . 6.a Fase: troceado de la cabeza . 7.a Fase: acabado de la cabeza .
c
D
3 E
Fig. 7.12
Fig. 7.15
Proceso de recalcado.
Proceso de forjado complejo .
PROBLEMAS
Determinar las dimensiones de los materiales de partida para obtener las piezas siguientes, teniendo en cuenta las creces para mermas y las demasías para mecanizar (figuras 7.16 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8) .
1
2 :,
k
5
030
;
6
3
0
R
4
Fig. 7.14 Proceso de doblado con ángulo vivo .
l
MAL
7 BIEN
Fig. 7.17 Elección de tenazas según la forma y el tamaño de las piezas.
Fig . 7.16 Problemas .
59
Fig. 7.18 Apoyo de las piezas; A, incorrecto; B, correcto. Fig. 7.20
Fig . 7.19 Detalle de la cabeza de herramientas . A, con rebabas, B, repasada.
Yunque .
SEGURIDAD E HIGIENE El forjado lleva en si mismo ciertos. riesgos y peligros que pueden llegar a ser graves, si no se toman los medios de seguridad adecuados ; observando estas reglas será más difícil que se produzcan accidentes. 1 .a El fuego o las piezas calientes pueden ser peligrosos . El uso de petos y guantes de cuero -así como calzado adecuado, es imprescindible. 2.a las herramientas en mal estado pueden ser un grave riesgo : hay que emplear tenazas o medios de fijación adecuados (fig . 7.17), apoyar las piezas bien en el yunque (fig . 7.18), eliminar las rebabas de herramientas (fig . 7 .19) y no utilizar martillos con mangos averiados, etc. En las figuras 7 .20 a 7.26 se muestran algunas herramientas para forjar y la manera correcta de emplearlas .
Fig. 7.21
Mallo y martillos. Fig. 7.26
Tajadera de sufridera.
Fig. 7.26
Tenazas.
MEDIOS DIDÁCTICOS Ver los señalados para el tema de fundición . Fig. 7.22
Plana.
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
- Hacer un resumen de las ventajas que presentan las piezas forjadas sobre las fundidas y las obtenidas de perfiles o barras por mecanizado . Apoyar las razones en ejemplos de piezas concretas. - Estudiar los procesos de las piezas que aparecen en la figura 7 .27 .
Fig. 7.23 Punzón o mandril
Fig. 7.24 Estampa o alargador.
Fig. 7.27
60
Piezas para estudiar el proceso de forjado .
CUESTIONARIO - ¿Cuáles son -
las principales ventajas de las piezas forjadas? Es importante trabajar a temperaturas elevadas ?por qué? ¿Qué inconvenientes se pueden presentar si se forja con la pieza poco caliente? ¿Tiene importancia la orientación de las fibras? ¿Es importante el estudio previo del proceso? ¿Por qué?
BIBLIOGRAFIA E . P. S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . ROSSI M ., Estampado en caliente de los metales, Hoepli, Científico-Médica, Barcelona .
Tema 8. Tratamientos térmicos : introducción OBJETIVOS - Dar a conocer la importancia de las fases de calentamiento y de enfriamiento de las piezas que se han de tratar. - -Conocer los medios para medir la temperatura. - Conocer los medios de enfriamiento y el efecto que producen. GUIÓN - Introducción a los tratamientos térmicos . edición de temperaturas . - Hornos : su clasificación . - Medios de enfriamiento .
PUNTOS CLAVE
Importancia de las temperaturas en los tratamientos y de las velocidades de calentamiento y enfriamiento.
CONOCIMIENTOS PREVIOS
Conceptos de velocidad, temperatura, cantidad de calor y energía radiante .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 8.1
Introducción a los tratamientos térmicos El acero se calienta para forjarlo y para tratarlo térmicamente. Tratamiento térmico es el proceso de calentar el metal hasta una cierta temperatura, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo y enfriarlo a una velocidad conveniente . Uno de los factores más importantes en el calentamiento y en el enfriamiento es la velocidad, entendiendo por tal la variación de temperatura en la unidad de tiempo. Si se calienta una pieza, de una manera uniforme, desde 20 °C hasta 820 oC en 40 minutos, la velocidad de enfriamiento es : V =
820 4
20
= 20 °C/min .
8.2
Medición de las temperaturas Tanto para la forja como para los tratamientos térmicos es importante alcanzar las temperaturas necesarias. Para medir estas temperaturas se emplean varios procedimientos : 8 .2.1
Observación del color del metal
Es un procedimiento antiguo, rudimentario y poco seguro . Sólo es aceptable para trabajos de poca responsabilidad . Consiste en observar el color que va tomando el metal al ser calentado . 61
La observación se debe hacer con luz ambiente suave y difusa, ya que el color observado depende mucho de las circunstancias de observación . Por supuesto, también es importante la experiencia del observador. 8.2.2 Termómetros Se basan en gran variedad de principios : dilatación de líquidos o metales, variación de la, resistencia eléctrica con la temperatura, presión de los gases. Se emplean poco por su pequeña capacidad : como máximo hasta 900 OC (fig . 8.1 ) . 8.2.3 Lápices de contacto Son unas barritas de sustancias que se funden a diversas temperaturas, al contacto con la pieza caliente (fig. 8.2) . Sirven para temperaturas comprendidas entre 60 y 700 OC . Fig. 8 .1 Termómetro de dilatación de líquidos.
0 ó
0 N N
8.2.4 Pirómetros Se llaman así los aparatos destinados a medir altas temperaturas . Los más empleados son los pirómetros eléctricos y los ópticos . Los eléctricos pueden ser a su vez termopares y de radiación . 8.2.4.1 Termopares Son los más empleados y se fundan en la generación de una fuerza electromotriz, por efecto de la variación de temperatura (conoéido en física como efecto de Seebeck) en la soldadura de dos metales distintos (fig. 8.3) . Si calentamos una de las soldaduras, manteniendo constante la otra soldadura fría, la diferencia de potencial entre ellas produce una corriente eléctrica . Un galvanómetro* indica la diferencia de potencial en milivoltios o directamente en grados centígrados según la escala .
Fig. 8.3
ó Fig. 8.2
Lápices de contacto.
Esquema de pirómetro termopar.
Depende de los metales con que se haya fabricado el termopar el que pueda servir para medir temperaturas entre varios valores . Así, los de Cromel (Ni-Cr), Alumel (Ni-Al) y los de platino, platino-rodio, son los que abarcan una mayor gama de temperaturas desde - 20 °C hasta 1 100 °C el primero y desde 0 oC hasta 1 450 °C el segundo . Estos cubren prácticamente todas las necesidades industriales. El aspecto exterior de estos pirómetros suele ser el indicado en la figura 8.4. 8 .2.4.2 De radiación Los pirómetros de radiación están diseñados para captar la energía radiante. Constan de una lente de vidrio, Pyrex, que hace converger los rayos sobre un elemento térmico y un galvanómetro indicador (fig. 8.5) . El elemento térmico puede ser : una célula fotoeléctrica, un termopar, un termistor, etc . 8.2.4.3 Pirómetro óptico Es un instrumento con el cual la temperatura del objeto se determina por la comparación óptica de la intensidad luminosa del mismo con un punto de pieza
lente
elemento térmico galvanómetro
Fig. 8.4 Pirómetro termoeléctrico : 1, galvanómetro; 2, cables ; 3, caña .
Fig. 8.5 Esquema de pirómetro de radiación .
62
filamento del pirómetro
ocular
Fig. 8,6
Pirómetro óptico,
cubierta
interruptor
filament®, rendija
objetivo
intensidad conocida, por ejemplo, el de un filamento de tungsteno . En las figuras 8.6 y 8.7 se muestra un pirómetro de este tipo y en la figura 8.8 el esquema del mismo. En la tabla 8.9 se ven los intervalos entre los que pueden utilizarse los diversos instrumentos . Tabla 8 .9 - 258 -C 0 -C
Campo
de
utilización
1 000 ~c
de
los diversos
2 000 °C
Fig. 8.7 Detalle del pirómetro óptico : a, filamento demasiado brillante; b, filamento demasiado oscuro ; c, filamento y foco equilibrados (lectura),
instrumentos .
3 000 °C Pirómetro de radiación Lápices de contacto Pirámides Seger _Ter mómetros (líquidos) Termómetro bimetá_lico Term. d e res . eléct.
Termopar cromel-alumen Termopar Cn-constante Termopar Pt-Pt . Rh Pirómetro óptico
8.2 .4 .4
Reguladores automáticos de temperatura
Son aparatos que sirven para regular automáticamente la temperatura de los hornos, Llevan un pirómetro, cuyas indicaciones hacen que se encienda o se apague automáticamente el horno, al llegar a unas temperaturas predeter minadas . Pueden llevar un mecanismo grabador, en el cual quedan registradas las temperaturas del horno a lo largo de toda la operación . 8.3
Fig. 8.8 Esquema de pirómetro óptico : 1, foco luminoso; 2, lente objetivo; 3, rendijas ; 4, filamentos; 5, lente ocular; 6, galvanómetro; 7, pila ; 8, potenciómetro .
Hornos
Los hornos empleados para los tratamientos térmicos son muy diferentes en cuanto a su construcción y tamaño según el medio de calefacción empleado, el tratamiento a que se destinen y también la producción que se desee alcanzar. En general, las condiciones que debe reunir un horno son : 1 .a Posibilidad de alcanzar fácilmente la temperatura máxima . 2.a Regulación fácil de temperatura. 3.a Que al introducir la pieza no baje mucho la temperatura, o si baja, que la recobre rápidamente. 4.a Que la temperatura sea uniforme en todo el horno. 5.a Que pueda controlarse con facilidad la atmósfera para evitar la oxidación, descarburación o cualquier otra contaminación del acero. 6.a Que su manejo sea sencillo, limpio y económico. En la .práctica, el horno ideal no existe pero se elige aquél que cumple mejor las condiciones imprescindibles para el fin a que se destina . 8.3 .1
Clasificación de los hornos
Según el combustible empleado, los hornos pueden ser: - para combustibles sólidos; - para combustibles líquidos ; - para combustibles gaseosos ; - eléctricos . Según la construcción pueden ser: 8 .3 .1 .1
Hornos de hogar abierto A este grupo pertenecen el soplete de gas y la fragua (fig . 8 .10) . El soplete de gas se emplea para calentar pequeñas herramientas y para temple superficial . Tiene el inconveniente de que es difícil controlar la temperatura . 63
Fig . 8.10
Fragua de campana.
8 .3 .1 .2 Hornos de cámara abierta En estos hornos el combustible, o al menos la llama o gases de combustión, está en contacto coni las piezas a calentar (fig. 8.11) . Tienen buen rendimiento, pero hay que procurar que los gases de la combustión no sean perjudiciales para el acero.
A Fig. 8.11 Esquema de horno de cámara abierta : ca, puerta, b, mirilla; c, mecheros, d, chimenea.
mufla
Fig . 8.12 Esquema de horno de mufla,
8.3.1 .3 Hornos de mufla En estos hornos, ni el combustible, ni la llama, ni los gases de la combustión están en contacto con las piezas para calentar, ya que éstas se introducen en un recinto completamente separado, circulando las llamas alrededor de dicho recipiente, que se llama mufla (fig. 8.12) . . Tienen poco rendimiento y son lentos, pero se prestan bien para calentar piezas delicadas . Dan muy buen resultado y son de fácil regulación los hornos eléctricos de mufla, calentados generalmente por medio de resistencias eléctricas, colocadas en ranuras o canales en las caras internas de las paredes de la mufla (fig. 8.13) . 8.3.1 .4 Hornos de baños Estos hornos tienen un recipiente o crisol que se llena con una sustancia . que debe ser líquida, o debe fundirse a una temperatura inferior a la del tratamiento (figs. 8.14 y 8.15) . Una vez alcanzada la temperatura de tratamiento, se introduce en su seno la pieza a calentar . Si se utilizan -baños apropiados las piezas no son atacadas, quedando lisas y limpias . 8.3.2 Efectos cle la atmósfera de los hornos sobre los aceros Es de suma importancia el control de la atmósfera del horno en el cual se verifica la calefacción del acero, pues puede producir oxidaciones o descarburaciones que lo inutilicen o, al menos, rebajen sus características mecánicas. Otras veces, en cambio, con una atmósfera apropiada se intenta de propósito producir cambios en la composición del acero, por ejemplo, carburándolo. 8.4
Fig. 8.13 Horno eléctrico de mufla,
Medios de enfriamiento Para la realización de los tratamientos térmicos una de las fases es la del enfriamiento. En muchos casos, es la fase decisiva y, por supuesto, la más comprometida . Un enfriamiento a velocidad inadecuada hace inútil el tratamiento y, en ocasiones, hasta la pieza : que se agrieta o rompe . Cada tratamiento necesita una velocidad de enfriamiento adecuada y es función del material de la pieza, de la forma y del tamaño . Para enfriar las piezas se sumergen en fluidos convenientes. Estos fluidos, agua, aceite, aire, etc ., pro ducen el enfriamiento más o menos rápido, según su naturaleza, su temperatura y su agitación . Se dice que son más enérgicos los que producen un enfriamiento más rápido . Así, el agua es más enérgica que el aceite y éste más que el aire. El principio de enfriamiento se basa en aquél otro de física que dice: «Si se ponen en contacto dos cuerpos, que están a distinta temperatura, el más caliente cede calor al más frío, hasta lograr el equilibrio térmico». Es un principio Tabla 8 .17
Calores específicos de algunos materiales .
Material
Calor específico Callkg a 0°
Aceite de trementita Aceite mineral Agua sólida (hielo) Agua líquida Agua gaseosa (vapor) Aluminio Bronce Cobre Estaño Hidrógeno
0,43 0,40 a 0,51 0,463 1 0,43 0,212 0,09 0,092 0,054 3,40*
Fig. 8.14 Esquema de horno de sales por resistencia .
*
64
Calor especifico a presión constante.
Material Hierro Latón Mercurio Níquel Oro Parafina dura Petróleo Plata Platino Plomo
Calor especifico Callkg a 0° 0,105 0,093 0,0333 0,106 0,031 z 0,46 z 0,51 0,56 0,032 0,0309
similar al de los vasos comunicantes: recipientes que permiten a un líquido homogéneo alcanzar una altura igual en todos ellos (fig. 8.16) . Cuanto mayor es la diferencia de altura entre los niveles, más rápidamente tienden a igualarse . También influyen mucho en el enfriamiento de una materia su propia condición y la del medio que se emplee . Y ello por varias razones : 1 .a Por su calor específico, cantidad de calor necesario para variar la temperatura en un grado centígrado a la unidad de peso. El agua es el cuerpo con mayor calor específico y se toma como unidad . (Véase la tabla 8 .17 de calores específicos) . 2.a Por su conductividad térmica . En efecto, hay buenos y malos conductores : los metales conducen bien el calor ; los líquidos no tanto, y peor aún los gases . La agitación del medio favorece la conductividad y hace que, por momentos, se comporte como más enérgico. La cantidad del medio es también un factor a tener en cuenta . Dado que cada unidad de peso absorbe una cantidad de calor fijo (calor específico) resulta que, si hay poco fluido, se elevará rápidamente la temperatura y perderá la capacidad de enfriar, ya que el equilibrio se logra antes y a temperaturas altas. También aquí influye, naturalmente, el tamaño de la pieza . Una pieza peTabla 8.20
Fig. 8.15 Horno combinado de baños de sales y mufla.
Baños para tratamientos térmicos. FÓRMULAS
CI Na = cloruro sódico Cl K = cloruro potásico CI Z Ba = cloruro bárico N0 3 Na = nitrato sódico N0 3 K = nitrato potásico Pb = plomo
N0 2 Na = nitrito sódica CI 2 Ca = cloruro cálcico (CN) Na = cianuro sódico (CN) K = cianuro potásico C03 Na2 = carbonato sódico Sn = estaño
Composición Baños de sales no carburantes N0 3 Na (40 .a 50) + N0 3 K (60 a 50)
Temp . de fusión
Fig. 8.16 Símil hidráulico de equilibrio térmico .
Temperatura de utilización
T . pieza
N0 3 Na (más de 96) Cl Na (30 a-40) + (CN) Na (40 a 15) + C03 Na 2 (50 a 30) Cl Na (15 a 20) + C12 Ba (35 a 25) + C12 Ca (55 a 45) Cl K (45 a 55) + Cl Na (55 a 45) Cl Na (15 a 25) + Cl K (30 a 20) + C1 2 Ba (60 a 50) Cl Na (20 a 30) + C1 2 Ba (80 a 70) Cl Na (10 a 20) C1 2 Ba (90 a 80) C1 2 Ba (más de 98) Cl Na (4 a 8) + C1 2 Ba (96 a 92)
1400 220° 3700 5490 480° 6750 5950 7050 760° 9800 8700
160 0 2601 4000 620 1 510 0 735 0 675° 7600 8150 1 035 , 9550
a a a a a a a a a a a
650 0 630° 6501 815 1 7600 898° 925° 925° 1 0950 1 3401 2600
Baños de sales para cianuración (CN) Na (más de 96) (CN) K (más de 96) (C N) Na (35) CI K (75) (CN) Na (40 a 70) + Cl Na (50 a 10) + C03 Na 2 (5 a 30) (C N) Na (60) + (CN) K (40) (C N) Na (35) + CI 2 Ba (20) + Cl Na (25) + CO 3 Na 2 (20) (CN) Na (40) + CI 2 Ba (50) + Cl K (10)
6200 6200 4950 620 0 495° 620° 6200
785 0 785° 525° 815 0 525° 785° 8400
a a a a a a a
9550 9550 675° 9551 675° 895° 955 1
Baños metálicos Plomo Mercurio Pb (64) + Sn (36) Pb (68) + Sn (32) Pb (72) + Sn (28) Pb (78)_+ Sn (22) Pb (83) + Sn (17) Pb (92) + Sn (8) Pb (96) + Sn (4) Otros baños Aceite de linaza hirviendo
327 , -390
350 0 a 600°
216 , 2320 243 , 2540 266° 2880 293 , Fig. 8.18 Influencia del tamaño de la pieza y cantidad del líquido en el equilibrio térmico.
3160
65 3.
Tecnología del Metall 1
ti
queña tiene menor cantidad de calor que otra grande en las mismas condiciones de temperatura (fig. 8..18) . En los medios líquidos, la agitación es un factor muy importante por cuanto evita la formación de vapores o gases, alrededor de la pieza, los cuales se comportarán como una película aislante que dificultaría el enfriamiento dado su menor calor específico. En la figura 8,19 se muestra un recipiente de enfriamiento con agitador y refrigerador o cambiador de calor. Los medios de enfriamiento más empleados son : el agua, el aceite, el plomo fundido, las sales fundidas y el chorro de aire (fig. 8.20) . 8.4.1 entrada de agua fría
serpentín
salida de agua caliente
baño
Precauciones en el enfriamiento de las piezas
En la práctica hay que preocuparse de que el enfriamiento se haga uniformemente y de que no se produzcan deformaciones . Para ello, conviene tomar las medidas necesarias al introducir la pieza en el líquido (fig. 8.21). PROBLEMAS
1 .° Una bola de níquel calentada hasta 900 °C y enfriada en un recipiente de aceite, adquiere la temperatura de 270 OC en 15 segundos . ¿Cuál es la velocidad de enfriamiento? Solución : V
fig. 8.19 Cuba de enfriamiento con serpentín y agitador.
=
A T t
-
900 - 270 15
=
42 °C/seg
2.0 Si mezclamos 2 litros de agua, a 80 °C con 5 litros a 20 °C ¿Cuál es la temperatura de equilibrio? (Figura,8 .22.) Solución : Calor cedido = calor ganado (1) c2 = c1 , calor específico del agua m,
= 2 litros
m2 = 5 litros =1 m, = 2 I t, = 80 °C
t, = 80 °C t2 = 20 °C
t = temperatura de equilibrio
La ecuación (1) quedará así : c,m1 (t, - t) = c2m 2 (t - t2) que, desarrollada, m1t1 - m1 t = rn 2t - m2t2
C2
m, + m2
7-7
= 1 m2 = 5 I t 2 = 20 -C
m,t1 + rr12 t2 = m 2t + m,t
cambiando los miembros y sacando factor común tenemos:
t (m 1 + m2) = m2t2 + m,t, y despejando t:
37,14 °C
t =
Fig. 8.22 Recipientes de agua a mezclar. (Problema 2.°.)
m2t2 ± m1t1 m1 + m2
-
-
5-20+2-80 2 + 5
__
260 7
3.° ¿Cuál será la temperatura de equilibrio al introducir una pieza de acero de 2 kg de peso calentada a 850 °C en un recipiente de agua de 5 litros a 20 °C? Siendo el calor específico del acero c, = 0,1 . (figura 8.23) . Solución :
I
Calor perdido = calor ganado Datos: m, = 2 kg ; t,
c, = 0,1 m, =2 kg t, = 850 °C
= 850 °C ; c,
= 0,1
m 2 = 5 kg ; t2 = 20 °C ; c2 = 1 ; t = temperatura de equilibrio c1 m, (t, - t) réntesis tenemos: C2 = 1 m2 = 5 I t2 =20°C
c,m,t1 - cl m 1 t = m2t - m2t2 c,m,t1 + m2t2 = n12t + c1 m,t
t = 38,57 ~C
Fig. 8.23 Recipiente de agua y pieza de acero (Problema 3.0).
= C2m2 (t - t2); quitando c2 por ser igual a 1 y efectuando los pa-
t =
c1m1t1 + m2t2 n12 + mt
0,1
c,m,t1 + m2t2 = t (m 2 + m1)
- 2 - 850 + 5 - 20 2 + 5
__
270 7
38,57 °C
4.° ¿Cuál será la temperatura final, si introducimos una pieza de 2 kg a 850 °C en un recipiente de aceite a 20 °C, y conteniendo 5 kg? (Figura 8.24.) Calor específico del acero c2 = .0,1 . Calor específico del aceite c, = 0,42 .
66
c2 m2
Solución : Datos : m, = 5 kg ; t, = 20 oC ;
c, = 0,42 ;
m 2 = 2 kg ;
t2 = 850
c 2 = 0,1
OC ;
= 0,1 =2 kg
t2 = 850 aC
t = temperatura de equilibrio
c, m,
Calor ganado = calor perdido C1 m,
(t - t 1 ) = C2M2 (t2 - t)
__
77- ~92,17
C ^t - c, m,t 1 = c2m2t2 - c2m2t
c 1t m,t + c2m2t = c2m 2t 2 + c,m 1 t 1 c 2 m 2 t2 + c, m 1 t 1 c,m, + C2M2
m, = 2 kg ;
0,1 x 2
x 850 + 0,42 x 5 x 20 0,42 x 5 + 0,1 x 2
t, = 850
oC ;
aC
(c,m, + c 2 m 2) = c 2m 2t2 + c1m,t1 =
212 2,3
92,17 ~C
=
5 .1 ¿Qué cantidad de aceite a 60 OC deberá tener un recipiente, al introducir una pieza de acero de 2 kg a 850 OC, para que la temperatura de equilibrio sea de 65 oC? (Figura 8 .25.) Solución : Calor ganado = calor perdido Datos :
= 0,42 = 5 kg
t, = 20 -C
c, = 0,1 ;
m2 = x;
t 2 = 60
OC ;
Fig. 8,24 Recipiente de aceite y pieza de acero (Problema 4.o) .
c 2 = 0,42
c, = 0,1 = 2 kg
m,
= 65 °C = temperatura de equilibrio
t, = aso ac
c2m2 (t - t2) = ctmt (ti - t) __ c, m, (t 1 t) mz c2 (t - t2)
-_
0,1
x 2 x (850 - 65) 0,42 (65 - 60)
-_
157 2,1
c2 = 0,42 m2 = x kg
74,76 kg
t2 = 60 ac
SEGURIDAD E HIGIENE
x = 74,76 kg
Recordar lo dicho en los temas de fundición y forja sobre el calor, el fuego y sus peligros . Extrémense las precauciones cuando se trabaje con sales ya que suelen ser tóxicas o venenosas .
MEDIOS DIDACTICOS
Fig. 8.25 Recipiente de aceite y pieza de acero (Problema 5, ,) .
Pueden ser muy interesantes las diapositivas con diversos hornos, aparatos de medición de temperaturas, etc .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer algunas pruebas con diversas piezas calentadas a temperaturas diversas y en-
friadas en baños distintos en cuanto a cantidad y naturaleza ; y hacer unas tablas con los resultados obtenidos, en cuanto a temperaturas de equilibrio y velocidades y tiempo empleado en lograrlas . - Hacer lo mismo calentando piezas de varios tamaños y naturaleza, en hornos distintos y de diversas temperaturas para saber tiempos y velocidades. - Recoger, en una tabla, los tiempos que necesitan los hornos de la Escuela para adquirir la temperatura máxima y otras temperaturas intermedias. - Idem del tiempo necesario para enfriarse, con las puertas abiertas y con las puertas cerradas .
CUESTIONARIO
- ¿Qué se entiende por calor especifico de un cuerpo?
Piezas largas : brocas, escori.dores, punzones, etc . Piezas fedondos huesas
Manera de enfriar las piezas .
A
59
-1-
BIBLIOGRAFÍA
E . P . S ., Tecnología Mecánica, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1970. APRAIZ BARREIRO J ., Tratamientos térmicos de los aceros, Editorial Dossat, Madrid 1969 . LASHERAS J . M ., Tecnología del acero, Zaragoza 1959 .
VOCABULARIO TÉCNICO
Aparato destinado a medir la intensidad y determinar el sentido de una
67
o= RT
Piezas delgadas : arandelas, maricas, etc .
- ¿Por qué el agua es más enérgica que el aceite para el tratamiento? - ¿Qué importancia tiene la atmósfera en los hornos? - ¿Cuántas clases de hornos conoces? ¿Qué es un pirómetro?
Galvanómetro : corriente eléctrica .
Tabla 8 .21
Piezas con superficies ,boca, .,: hotel' ias, i. estampas, -- va os . etc Piezas con superficies cóncavas profundas
v
angostas
_
y
/ --
=7
_~=
r
Tema 9. Tratamientos térmicos
Fig. 9.1 Fases en el tratamiento térmico : 1, calentamiento ; 2, mantenimiento a la temperatura máxima; 3, enfriamiento .
OBJETIVOS - Conocer los principios básicos en que se fundan los tratamientos térmicos. - Conocer los principales tratamientos térmicos empleados en la industria . - Saber los efectos que producen los tratamientos en las caracteristicas mecánicas. - Conocer los procesos para efectuar los tratamientos. GUIÓN Teoría de los tratamientos térmicos. Componentes y constituyentes de los aceros . Clasificación de los tratamientos térmicos . Fases en todo tratamiento térmico. Temple . Revenido . Recocido . Tratamientos termoquímicos. Influencia de los tratamientos térmicos en las propiedades de los aceros .
PUNTOS CLAVE - Diferenciar con
suficiente claridad componentes y constituyentes . - Efectos principales que producen los tratamientos de temple, revenido, recocido .
Fig . 9.2
Bronce de aluminio (Cu Al 10), x 750 .
CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS - Lectura y preparación de gráficos sencillos EXPOSICIÓN DEL TEMA En general, un tratamiento térmico consiste en calentar el acero hasta una cierta temperatura ; mantenerlo a esa temperatura durante un tiempo determinado y luego enfriarlo, a la velocidad conveniente (fig. 9 .1) . El objeto de los tratamientos térmicos es cambiar las propiedades mecánicas de los metales, principalmente de los aceros . Teoría de los tratamientos térmicos Las aleaciones, y entre ellas los aceros, no forman una masa completamente homogénea, sino que están constituidos por granos o cristales de distintos tamaños, distinta composición y, por consiguiente, de distintas propiedades (figs. 9 .2 y 9 .3) . La forma, tamaño y composición de dichos cristales, o sea, la estructura del metal, varían al calentar o enfriar la aleación . Estas variaciones y, por tanto, los resultados obtenidos, dependen de las temperaturas alcanzadas y de la velocidad de enfriamiento (figs. 9.4, 9.5 y 9 .6) .
9.1
Fig. 9.3 Aceros de 0,8 % C calentado a 800 °C y enfriado al aire, x 750-
Fig. 9.4 Acero de 0,35 % C calentado a 870 °C y enfriado al aire (normalizado), x 750.
Fig. 9.5 El mismo acero de la figura 9.4 calentado a 870 OC y enfriado en agua (templado), x 750.
68
Fig. 9,6 El mismo acero de la figura 9.5 ya templado, calentado a 600 OC y enfriado al aire (revenido), x 750 .
ferrita (hierro a)
perlita \ -
carburo de hierro
Fig. 9.7 Acero de 0,05 % C. Cristales de ferrita limitados por laminiilas de cementita, x 750 .
Fig. 9.8 Acero de 1,2 % de C : calenado a 780 OC y enfriado lentamente hasta 600 OC. Microestructura de cementita globular, x 1.000.
Fig. 9.9 Acero de 0,87 % de C calentado hasta 800 OC y enfriado lentamente. Microestructura perlitica, x 500 .
9.2
Componentes y constituyentes de los aceros Se llaman componentes del acero a los distintos elementos químicos que tiene una aleación . Así, el hierro, el carbono, el silicio, etc., son componentes del acero. Se llaman constituyentes del acero a los distintos tipos de granos o cristales que tienen forma, tamaño, composición y características distintas. Así, la ferrita (hierro puro), la cementita (carburo de hierro : Fe a C), la perlita (cristales mixtos de ferrita y cementita), son constituyentes del acero. Otros constituyentes muy importantes son : la austenita y la martensita . 9.2 .1
Características de los constituyentes
Ferrita: Es el más blando de los constituyentes y tiene una buena resiliencia y alargamiento . Véase su aspecto en la figura 9.7 . Cementíta: Es el más duro de los constituyentes y muy frágil (fig . 9 .8) . Perlita: Es un constituyente formado por finas laminillas de ferrita y cementita; tiene propiedades intermedias a esos dos constituyentes . Los cristales de perlita tienen aproximadamente 0,9 % de carbono y una gran resistencia al desgaste (fig . 9.9) . La perlita recibe distintos nombres según la finura de las laminillas de" ferrita y cementita. Austenita. Es una solución sólida de cementita en hierro gamma (fig . 9.10) . Martensita : Es una solución sólida de cementita en hierro alfa (fig . 9.11) . Es un constituyente que sólo es posible obtenerlo en los aceros que desde altas temperaturas (en estado de austenita) se enfrían rápidamente. (Véase el párrafo referido al temple y revenido .) Es muy dura y resistente a esfuerzos estáticos, pero muy frágil . En la figura 9.12 vemos el diagrama* hierro-carbono en la zona de los aceros. En él se muestran los constituyentes que tienen los aceros, según la composición y según la temperatura, cuando los calentamientos y enfriamientos se han hecho a velocidades pequeñas . Las líneas que limitan las zonas son las temperaturas a las que se verifican las transformaciones y se conocen con el nombre de puntos críticos . El A, es la temperatura o punto crítico inferior. El A 3 es el punto crítico superior para los aceros de menos de 0,9 % de C. El Acm es el punto crítico superior para los aceros de más de 0,9 % de C. 9 .3
Clasificación de los tratamientos térmicos
Los tratamientos térmicos pueden dividirse en dos grandes grupos : 1 .° Tratamientos sin cambio de composición, es decir, aquéllos en cuyo tratamiento no varían los componentes. 2.0 Tratamientos con cambio de composición, los que añaden nuevos elementos a sus propios componentes o cambian la proporción de los existentes . De aquí que se llamen con más propiedad tratamientos termoquímicos. 9.4
Fases en todo tratamiento térmico En todo tratamiento térmico se distinguen tres fases (fig . 9.13) : 1 .a Calentamiento hasta la temperatura adecuada . 69
Fig . 9.10 Acero de 1,17 % de C y12%deMny0,5%deSi, templado desde 1 100 oC . Estructura de austenita, x 750.
Fig. 9.11 Acero templado con agujas características de martensita, x 500.
T oC
1 100
1 050 1 000 950 900 850 800 750 Fig. 9.18 Curvas características, indicadoras del principio y fin de transformación : 1, austenita; 2, perlita normal, 3, y 4, perfitas finas; 5, martensita .
700 a~4=
650 600
.... ..
...
...
.. ....
1
1,7
"
1c z .a
fase
tiempo -+ Fig. 9.13 Fases en los tratamientos térmicos.
'
-_Z '
`"~
tiempo -~ Fig. 9.14 Fase de calentamiento : zona de transformación .
tiempo-+ Duración de la segunda fase, según la velocidad de calentamiento de la primera.
Fig. 9.15
tiempo Fig. 9.16 Fase de enfriamiento : zona de transformación,
Fig. 9.12 Diagrama hferro-carbono (zona de aceros).
2,a Mantenimiento a esa temperatura hasta obtener la uniformidad térmica . 3.a Enfríamiento a la velocidad adecuada . De acuerdo con las variantes de estas fases se obtienen los distintos tratamientos . Explicación de cada una dé estas fases . Fase '.a. Si en está fase séllega a la temperatura de transformación superior, toda la estructura se convierte en austenita . Si el calentamiento es suficientemente lento, la transformación se logra a las temperaturas que aparecen en la figura 9.12 . Si el calentamiento se hace a distintas velocidades, la transformación empieza y termina tanto más tarde cuanto mayor sea la velocidad, aún para el mismo acero (fig. 9.14) . Fase 2. . Esta fase tiene por objeto lograr el equilibrio entre la tempera, tura del centro y la periferia y con ello -la homogeneización de la estructura. Deberá ser tanto más larga cuanto más rápido haya sido el calentamiento (figura 9.15). Fase 3.a . Es la fase decisiva en la mayoría de los tratamientos . Para lograr deseado' hay :que partir de la estructura austenítica, si queremos el constituyente que haya transformación . Si el enfriamiento es lento, la temperatura de transformación y los constituyentes obtenidos son los que aparecen en la figura 9 .12, según la composición del acero . Si el enfriamiento:-se hace a distintas velocidades, el comienzo y final de transformación es distinto, las estructuras resultantes serán distintas aún para el mismo acero (fig . 9.16) . Si esta tercera fase se hace escalonada mente, es decir, enfriando rápidamente hasta una cierta temperatura y luego se la mantiene a esa misma temperatura durante el tiempo suficiente, se comprueba que también se logra la transformación . Se dice de estas transformaciones que son a temperatura constante o isotérrñica (fig. 9 .17) . Las transformaciones isotérmicas tienen la ventaja, sobre las logradas en el enfriamiento continuo, de que la estructura resulta muy homogénea, mientras que en el enfriamiento continuo pueden resultar varios tipos 'de cristales . Uniendo los puntos de principio de transformación-resulta una curva característica para cada acero. A .la izquierda o por encima de ella, todo está en forma-de austenita . Uniendo los puntos finales de transformación se obtiene otra curva, detrás de la cual o debajo de ella toda la masa estará transfomrada . ` Estas curvas se llaman de las «eses» por su forma característica, y al diagrama se le llama de las TTT (Transformación, Tiempo, Temperatura) (fig. 9.18) . Las temperaturas Ms y Mf son muy importantes y representan el principio y el final de la transformación en martensita . 70
Con estas curvas resulta fácil comprender los efectos de los tratamientos térmicos . Variando las fases se pueden variar los resultados . 9.5
2 .a fase 3 .a fase
Temple
El temple tiene por fin dar a un metal aquel punto de resistencia y de dureza que requiere para ciertos usos . Los constituyentes más duros y resistentes son la martensita y la cementita . Para lograr estos constituyentes, se sigue este proceso : '.a fase : El calentamiento se hace hasta alcanzar la austenización completa en los aceros de menos de 0,9 % de C ; y entre la A, y Acm para los que pasan de 0,9 % de C. En la figura 9.19 aparece la zona adecuada de calentamiento, en función del C. 2.a fase : El mantenimiento debe ser suficiente para alcanzar la homogeneización entre el núcleo y la periferia . Las piezas gruesas necesitarán más tiempo que las delgadas . Si la velocidad en la fase 1 .a fue grande, hay que alargar el tiempo de permanencia de la fase 2.a . 3a fase : La velocidad de enfriamiento debe ser tal, que no penetre la curva de enfriamiento en la S, hasta llegar a la temperatura Ms de la martensita . En la figura 9.20 se muestra el gráfico del temple . El éxito del temple estriba en el conocimiento exacto de los puntos de transformación y del empleo del medio adecuado para lograr la velocidad suficiente de enfriamiento . (Véase el tema 8 y carpeta de prácticas de taller .) 9.5 .1
tiempo -
Fig. 9.17 Transformaciones a temperatura constante.
Martempering
Así se llama a cierto tipo de temple diferido que se realiza según el gráfico de la figura 9.21 . La primera y segunda fase son iguales a las del temple con enfriamiento continuo . En la fase tercera se enfría la pieza rápidamente, sin llegar a la temperatura Ms y se la mantiene así unos momentos sin alcanzar la curva de principio de transformación . Con ello se logra una uniformidad térmica, y se vuelve a enfriar següídamente y se logra la transformación deseada : martensita. Seguidamente se enfría hasta la temperatura ambiente . 9.5 .2
Fig. 9.19 Zona de calentamiento para el temple en % de C .
Temple superficial
Es un tratamiento que, como su mismo nombre indica ; no alcanza más que a la superficie de la pieza . Se emplea para obtener piezas superficialmente duras y resilientes en el núcleo . '.a fase : Se calienta la pieza a gran velocidad, cuidando que sólo llegue a la temperatura de austenización el espesor deseado de la periferia . 2.a fase : No existe, ya que no interesa lograr la homogeneización. 3.a fase : Se enfría rápidamente para lograr la transformación martensítica de la periferia . En la figura 9 .22 se ve el gráfico de este tratamiento. En las figuras 9.23 y 9.24 se muestra la manera de efectuar el temple superficial en dos piezas .
lempo
Fig. 9.20 Temple en enfriamiento continuo.
tiempo
zona endurecida.
Fig. 9.23
9 .6
Temple por llama oxiacetilénica de un eje .
Fig. 9.24
Fig., 9.21 Temple en enfriamiento escalonado (Martempering). zona calentada
Temple superficial de un dentado,
Revenido
Es un tratamiento posterior al temple y que tiene por objeto : 1 .° Eliminar las tensiones del temple y homogeneizar el total de la masa ; 2.° Transformar la martensita en estructuras perlíticas finas, menos duras pero más resilientes que la martensita . ':a fase : Se calienta siempre por debajo del punto crítico A, (fig . 9.25) . 71
Fig. 9.22
Temple superficial.
La temperatura alcanzada es fundamental para lograr el resultado apetecido. 2.a fase : En general, el mantenimiento no debe ser muy largo. 3.a fase : Se enfría en aceite, agua o al aire ; en algunos aceros esta fase es muy importante . 9.6 .1 Fig. 9.25
Temple y revenido,
Temple-revenido isotérmico
Pueden obtenerse efectos semejantes al del temple y revenido con un sólo tratamiento, que consiste en lograr la transformación de austenita a temperatura constante y próxima a la Ms, pero por encima de ella (fig . 9.26) . Se alcanza así una estructura Bainitica*, con buena dureza y resiliencia y se evitan peligros del temple tales como tensiones y grietas y la fragilidad del revenido . Este tratamiento se llama Austempering . 9.7
Fig. 9.26 Temple-revenido isotérmico (Austempering) .
-A, A,
Recocido
Consiste en un tratamiento térmico con el cual los metales adquieran de nuevo la ductilidad o cualidades perdidas por otros tratamientos térmicos u operaciones mecánicas. Son varios los resultados que se pueden lograr y según ellos los procesos son distintos. 9.7 .1
Recocido de regeneración,
Es el empleado para que un acero, que por distintas causas haya adquirido un grano muy grande, quede a grano normal y con pequeña dureza . Fases según el gráfico de la figura 9 .27. 9.7 .2
-~ tiempo
Fig. 9.27 Recocido de regeneración .
Recocido de ablandamiento Se emplea este recocido para ablandar aceros que ya sea por mecanizado, ya sea por forja o laminación han quedado duros y difíciles de mecanizar. Con él se logran durezas más pequeñas y una maquinabilidad más fácil. Fases según el gráfico de la figura 9.28 . Como no se llega a temperaturas de austenización tampoco hay transformación en la fase tercera. 9.7 .3
Se emplea este recocido para quitar acritud* a aceros pobres en carbono, cuando se han trabajado en frío, como sucede en el trefilado, estirado, embutido, etc. La acritud puede llegar a ser tal que resulte imposible continuar la operación que se realizaba sin peligro de rotura o de grietas. Es un recocido similar al de ablandamiento, pero a menor- temperatura (fig . 9.29) .
ó e m
áL d
tiempo
Fig. 9.28 Recocido de ablandamiento .
Recocido contra acritud
-tiempo
Fig. 9.29 Recocido contra acritud.
9.7 .4
Recocido isotérmico
Se emplea este recocido principalmente para herramientas de acero de alta aleación . 1 .° Se calienta y mantiene la herramienta por encima de la temperatura crítica superior . 2.° Se enfría rápidamente por debajo de la A, y próxima a ella . 3.° Se mantiene a esa temperatura hasta terminar la transformación . 4.° Y se deja enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente . Gráfico de la figura 9.30. 9.7 .5
tiempo Fig. 9.30
Recocido isotérmico .
Normalizado Es un tratamiento que solamente se da a los aceros al carbono. Es similar al recocido de regeneración, pero la fase tercera se hace enfriando al aire ambiente (fig . 9.31) . 9.8
Tratamientos termoquímicos A este grupo pertenecen los tratamientos de cementación, nitruración y cianuración . La finalidad de todos ellos es la de obtener una capa exterior muy dura y resistente, mientras el núcleo de la pieza queda con menor dureza aunque con mayor resiliencia . 9 .8 .1
Fig. 9.31
Normalizado . 72
Cementación
Consta este tratamiento de dos fases fundamentales : 1 .a Enriquecimiento superficial de carbono. Se logra calentando el acero
a unos 900 oC, en presencia de sustancias ricas en carbono y capaces de ce-
cetnentita + perlita ~" SYn,r'.
derlo, para unirse al hierro y formar carburo de hierro (fig. 9.32) . La mayor o menor penetración, desde algunas décimas hasta 2 6 3 mm de este enriquecimiento, depende de la duración de la operación de la energía de las sustancias y de la temperatura alcanzada . La duración puede ser de pocos minutos y hasta de varias horas (fig . 9.33) . Las sustancias cementantes pueden ser sólidas (fig. 9.34), liquidas (fig. 9.35) o gaseosas . 2.a La segunda fase es el temple ; con él se logra que la capa exterior adquiera gran dureza mientras el núcleo permanece sin cambios . Cuando la primera fase ha sido muy larga, se suele intercalar entre la primera y la segunda un recocido de regeneración .
`y
r:\N' '\N
Wv i
Fe yC
LIN11y
ferrita + perlita
c, Fig. 9.32
'Fe
Cementación .
espesor de cementada
Fig. 9.33 Efecto del tiempo y la temperatura en la penetración .
Fig. 9 .34
Cementado en caja con sustancias sólidas .
Los aceros empleados para cementar deben ser pobres en carbono . En la tabla 1 .10, se encuentran los más apropiados . 9.8.2 Nitruración Es un procedimiento en el cual, por la absorción de nitrógeno, se obtiene una fina capa de nitruros de hierro de gran dureza. Para ello se colocan las piezas en una caja herméticamente cerrada por la que se hace circular gas amoniaco, que a 500 °C cede el nitrógeno y se combina con el hierro (fig. 9.36) . La operación es lenta, de 20 a 80 horas, y el espesor de la capa muy pequeño. No necesita temple posterior . El acero debe ser adecuado . (Ver tabla 1 .10 .) 9 .8.3 Cianuración Es una variante de la cementación y nitruración por la que las sustancias ceden nitrógeno y carbono . Se realiza con sustancias en estado líquido y tiene la ventaja de que es muy rápido. Se obtienen pequeñas penetraciones y el temple se hace aprovechando el calor de la primera fase.
Fig. 9.35 Cementado en baño de sales.
9.9
Influencia de los tratamientos térmicos en las propiedades de los aceros Cuando un acero está formado por un sólo constituyente, sus características son las del constituyente . Cuando está formado por varios, que es lo más común, entonces sus propiedades son un promedio de las propiedades de los mismos constituyentes . Los tratamientos cambian los constituyentes de los aceros y por consiguiente cambian también sus propiedades mecánicas. En líneas generales se puede decir: que el temple : aumenta la dureza, la resistencia a la tracción, el límite elástico, y que disminuye la resiliencia y el alargamiento ; que el recocido : aumenta el alargamiento y la resiliencia y disminuye la resistencia y la dureza ; y que el revenido : disminuye la resistencia, el límite elástico y la dureza ; mientras que aumenta el alargamiento y la resiliencia . Hay que cuidar mucho la temperatura, entre los 200 y 400 °C para evitar efectos contrarios en la resiliencia . La tabla 9.37 presenta un resumen de los tratamientos recomendados para los aceros más importantes . 73
agitador caja pieza wH, seco horno
Fig. 9.36 Nitruración.
Tabla 9.37 Núm. 1.H.A .
Resumen de tratamientos térmicos más adecuados para varios aceros .
Clasificación y designación común
Tratamientos
Observaciones
Los recocidos contra acritud se dan entre 5501/7001 . Los recocidos a 600°/750° producen globulización . Templan bien debiendo cuidar el peligro de las deformaciones . El recocido a 600°/7501 produce globulización . Templan bien debiendo cuidarse las deformaciones . El recocido a 600-/750- produce globulización . Conviene templar en aceite las piezas de pequeños espesores y cuando hay riesgo de agrietamientos . Para el temple de aceite se debe elevar ligeramente la temperatura . Se templarán en agua las de mayores espesores .
Aceros de construcción al carbono F-1110 F-1120 F-1130
Aceros extrasuaves . Aceros suaves. Aceros semisuaves.
Normalizado a 900°-940- . Normalizado a .8751 -925 1 . Temple a 845°/870° en agua . Revenido a 550-/650 1 .
F-1140
Aceros semiduros .
Temple a 8251/845- en agua . Revenido a 550°/650 0 .
F-1150
Aceros duros .
Temple a 805-/8251 en agua V aceite . Revenido a 550 1 / 650- .
Aceros aleados de gran resistencia F-1220
Aceros al Cr-Ni de 120 kgf .
Temple a 810°/830° al aire . Revenido a 6701 máx .
F-1230 F-1250 F-1270 F-1310
Aceros al Cr-Ni de 100 kgf. Aceros al Cr-Mo de 90 kgf . Aceros al Cr-Ni-Mo de 120 kgf . Aceros al Cr-Va de cojinetes de bolas .
Temple Temple Temple Temple
a 820°-850° a 870 1 -8901 8201 -850 1 en a 865 1 -885°
en aceite . Revenido a 550°-650-, en aceite . Revenido a 500°-650-. aceite . Revenido a 670° máx . en aceite . Revenido a 1530-250..
Estos aceros templan al aire, pero para grandes espesores conviene templar en aceite . Son muy sensibles a la fragilidad del revenido. Son muy sensibles a la fragilidad del revenido . Aunque templan al aire, es más recomendable el aceite .
Aceros de gran elasticidad F-1410 F-1420 F-1430 F-1440
Aceros al C de temple en aceite para muelles . Aceros al C de temple en agua para muelles . Aceros al Cr-Va para muelles . Aceros manganosilic¡osos de temple en aceite para muelles .
Temple a 815°-825 0 en aceite . Revenido a 425°-450°. Temple a 8001-820° en agua . Revenido a 425°-450- . Temple a 850°-900° en aceite . Revenido a 400°-450- . Temple a 850 1 -900-'en aceite . Revenido a 450 1 -500-.
Estos aceros deben templar en aceite o agua según el perfil . Debe vigilarse cuidadosamente la descarburación superficial .
Aceros para cementar F-1510
Aceros para cementación al C .
F-1530
Aceros para cementación al Cr-Ni de 125 kgf/mm2 . Aceros para cementación al Cr-Ni de 95 kgf/mm 2 . Aceros para cementación al Cr-Mo de 95 kgf/mm 2 . Aceros para cementación al Cr-NiMo de 135 kgf/mm 2 .
F-1540 F-1550 F-1560
Cementación 9001-9501 ; primer temple 8801-910° en agua o aceite ; 2 .- temple 740°-770° ; en agua . Revenido 2000 máximo . Cementación 850°-900- ; 1 er temple 900°-830° en aceite ; 2 .0 temple 7401-7800 en aceite . Rev . 2001 máx. Cementación 8500-900 0 ; 1 er temp . 815 0 -850° en acei . 2 .- temp . 760 0 -7900 en aceite . Revenido 200 1 máx. Cementación 8901-940 1 ; 1er temp . 8701-900- en acei . ; 2.1 temp . 790--820- en aceite . Revenido 200- máx . Cementación 8801-930- ; 1 er temp . 8300-860- aire o aceite ; 2 .- temple 7401-770- aceite . Rev . 200- máx .
Pueden templar en agua bajando 20- la temperatura de temple . Puede templar en agua bajando 201 la temperatura de temple . El primer temple puede hacerse al aire para piezas de pequeño espesor.
Aceros para nitrurar F-1710 F-1740
Aceros para nitrúración al Cr-Mo-Va de 125 kgf/mm2 . Ac . para nitruración al Cr-Al-Mo de 95 kgf/mm 2 alta dureza .
F-3110 F-3120 F-3140
Aceros inoxidables extrasuaves . Aceros inoxidables al cromo . Aceros inox . a l Cr-Ni (18-8) .
Nitruración 5001-515-. Temple 6001-6251. Nitruración 500 1 -515 1. Temple 6001-700- .
900- aceite .
Revenido
9001 aceite .
Revenido
Aceros inoxidables Temple 9001 en agua . Revenido 600- . Temple a 9301 -960- en aceite . Revenido a 6501-750- . Temple 1 0501-1 100- en agua .
El revenido a 750- los ablanda considerablemente .
Aceros para válvulas de motores de explosión F-3210 F-3220
Aceros de válvulas 12-12 . Aceros silícrom .
Temple 1 025- . Temple a 1 0501 en aceite . Revenido 750 1 -8000.
Aceros al carbono para herramientas F-5110 F-5120 F-5130 F-5140 F-5150 F-5160 F-5170
Acero Acero Acero Acero Acero Acero Acero
al al al al al al al
carbono carbono carbono carbono carbono carbono carbono
C C C C C C C
0,6 % . 0,7 % . 0,8 % . 0,9 % . 1 %. 1,1 % . 1,3 % .
Temple-8101-830Temple 8001-820Temple 7901-810Temple 7801-800Temple 7601-780Temple 7601-7801 Temple 7601-7801
agua . agua agua agua . agua . agua . agua .
Revenido Revenido Revenido Revenido Revenido Revenido Revenido
150--2251501-2251 150--2251501 -225 1 1501 -2251501-2251 150--225-
aire . aire . aire . aire . aire . aire . aire .
Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza
Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell
45-55 . 47-57 . 55-62 . 57-62 . 60-64 . 60-64 . 60-64 .
Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza
Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell
60-64 . 60-64 . 60-65 . 50-55 . 45-55 . 40-50 .
Aceros aleados para herramientas F-5210 F-5220 F-5230 F-5240 F-5250 F-5260 F-5270 F-5280 F-5290 F-5310 F-5320 F-5330 F-5340 F-5350 F-5510 F-5520 F-5530 F-5540
Aceros indeformables 12 % Cr . Aceros indeformables al Cr-Mn . Aceros indeformables bajos al C . Aceros para buriles . Aceros para buterolas . Aceros para trabajos en caliente altos al W . Aceros para trabajos en caliente bajos al W . Aceros para matrices en caliente al Cr-Ni-Mo . Ac . a l Cr para estampas en cal . Ac, de gran dureza para herram . Aceros al W para brocas . Aceros al Cr para limas . Ac . semirrápidos para herram . Aceros inoxidables . Aceros rápidos 14 % W . Aceros rápidos 18 % W . Aceros extrarrápidos 5 % Co . Aceros extrarrápidos 10 % Co .
Temple Temple Temple Temple Temple Temple
925--975- aceite . Revenido 2001-3001 aire . 7801-800- aceite . Revenido 200--300- aire . 8500-875- aceite . Revenido 1501-250- aire . 8601-8801 aceite . Revenido 2001-300- aire . 900"-9201 aceite . Revenido 2001-4001 aire . 1 1001-1 150- aceite . Revenido 500--600- aire .
Temple 1 050 aceite o agua . Revenido 5001-6001 aire .
Dureza Rockwell 40-50 .
Temple 850--785- aceite . Revenido 500--600- aire .
Dureza Rockwell 32-37 .
Temple Temple Temple Temple Temple Temple Temple Temple Temple Temple
Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza Dureza
820- aceite . Normalizado 8201 . 8000-850- agua o aceite . Rev . 2001-300- aire . 7801-800- agua . Revenido 150--225- aire . 7800-800- agua . Revenido 150--225- aire . 1 1501-1 175- aceite . Revenido 4501-500- aíre . 900--950- aceite . Revenido 1501-2251 aire . 1 250- aceite . Revenido 540- aire . 1 3000 aceite . Revenido 5700 aire . 1 3201 aceite . Revenido 5800 aire . 1 320- aceite . Revenido 5801 aire .
Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell Rockwell
60-65 . 60-64 . 60-64 . 60-64 . 60-64 . 40-50 . 62-64 . 62-64 . 62-64 . 62-64 .
SEGURIDAD E HIGIENE
Dada la importancia de los accidentes, molestias y lesiones .a que puede dar lugar la práctica de los tratamientos térmicos, se insiste en las siguientes normas : 1 .a No tocar piezas calientes . Hay que asegurarse antes : no es suficiente el color, ni el haberlas sacado recientemente del baño de enfriamiento ; si no llegó el equilibrio a toda la pieza, el calor interior puede ser suficiente para producir quemaduras . 2 .a En el manejo de líquidos o sales fundidas, hay que evitar salpicaduras y el aspirar las emanaciones de gases y humos molestos o tóxicos . Debe preverse una ventilación natural o artificial . abundante evitando, por otra parte, las corrientes molestas, y aún peligrosas, dados los focos localizados de calor . 3 .1 No hay que tocar con las manos las piezas que han estado en contacto con las sales, sobre todo si contienen cianuros, hasta tanto no se hayan sometido a un lavado perfecto .
NORMALIZACIÓN Se deben consultar las tablas de aceros normalizados para saber los tratamientos más adecuados y los efectos obtenibles .
MEDIOS DIDÁCTICOS
En toda escuela bien organizada debe existir una buena colección de aceros, en los diversos estados, recocidos, templados, etc . Sería muy conveniente que los mismos alumnos en oportunas prácticas, realizaran estos tratamientos para así poder comprobar los efectos correspondientes. Una colección de diapositivas es casi indispensable para obtener una idea de los varios constituyentes .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer una lista de piezas que estén templadas.
- Hacer un estudio con un acero determinado, un F-1 140 o F-1 150, preparando unas probetas de tracción y resiliencia y examinando los resultados de dureza, resiliencia y resistencia a la tracción y alargamiento, después de recocidos, después de templadas en agua, después de templadas en aceite, después de templadas y revenidas. Puede ser un estudio hecho en equipo o incluso por todos los alumnos.
CUESTIONARIO
- ¿Es lo mismo carbono que cementita? ¿Por qué? -,¿Qué importancia tiene la temperatura máxima alcanzada en el temple? - ¿Cómo=: se llaman los tratamientos con cambio de componentes? - Para lograr la estructura martensítica, es necesario llegar al equilibrio térmico por encima de A3c. ¿Por qué? BIBLIOGRAFÍA
APRAIZ J ., Tratamientos térmicos de los aceros, Editorial Dossat, Madrid 1968 . HEVA, Catálogo de aceros especiales, S . A . Echevarría, Bilbao . .E . P . S ., Tecnología mecánica, tomo primero, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1970.
VOCABULARIO TÉCNICO
Diagrama : Dibujo geométrico que sirve para demostrar una proposición, resolver un problema o figurar de una manera gráfica la ley de variación de un fenómeno : (Equivale a gráfico.) Bainitica : Estructura del acero que se obtiene en transformaciones a temperatura constante . Fue BAILA, el primero en clasificarla y le dio su nombre. Acritud: La propiedad que adquieren ciertos metales al ser deformados en frío . Con la acritud se vuelven más frágiles y difíciles de deformar.
2.
Metrología
Tema 10.
Instrumentos de medida para magnitudes lineales
OBJETIVOS - Conocer los diversos sistemas de medida y sus unidades. - Conocer los instrumentos de medida lineal más normales y razonar el fundamento del nonio. - Describir el calibrador o pie de rey, partes de que se compone, material y características. - Explicar el fundamento y apreciación de los nonios. - Indicar las normas a seguir para medir correctamente con el pie de rey. - Resolver algunos problemas de aplicación sobre apreciación del nonio. GUIÓN - Metros
y reglas . - Calibrador o pie de rey. - Medición con compases .
PUNTOS CLAVE - Fundamento
del pie de rey : el nonio, grado de apreciación.
EXPOSICIóN DEL TEMA
= = = =
1 mm 1 décima 1 centésima 1 milésima 1 pulgada 1 décima de pulgada 1 centésima de pulgada 1 milésima de pulgada
1 0,1 0,01 0,001
mm mm mm mm
= 25,4
mm
-
2,54
mm
=
0,25
mm
=
0,025 mm
Ya hemos visto en los capítulos anteriores cómo se podía medir la temperatura y las características mecánicas de los materiales . Durante el proceso de fabricación es necesario controlar el estado de la supericie,y las _dimensiones de los mismos, la ciencia que sé ocupa del estudio se limita a lati_ medición` de estas mediciones se denomina metrologla _Cuando . de las dimensiones, recibe el nombre de metrología dimensidñaÍ . - Medir. -- Es la operación por lá cual establecemos cuántas veces una magnitud es mayor o menor que. .otra tomada como unidad (fig . 10.0) . En el taller mecánico, la unidad de medida empleada es el milímetro -mm- y los submúltiplos de éste son : la décima, centésima y milésima o micra de milímetro . En el sistema inglés se emplea como unidad de medida la pulgada, que 1116 , 1u
76
equivale a 25,4 mm, y los submúltiplos de la pulgada expresados en fracción decimal son : décima, centésima y milésima de pulgada . También suele emplearse las fracciones quebrados de pulgada (Transparencia 4.1) : 3 ", 4
5 ", 8
1 ", _.1"' 1 ", -L"1 3 2 8 4 8 16
etc.
- Comparar. Es la operación con la qué examinamos dos o más objetos o elementos geométricos para descubrir sus relaciones, diferencias o seme janzas. Con esta operación, comprobamos si son iguales, si tienen la misma forma, pero sin expresar numéricamente su valor (figs. 10.20 y 10.21) . - Verificar . Es comprobar si una cosa es verdadera . En mecánica la operación de verificar comprende tanto medir como comparar . La verificación en Mecánica es fundamental y puede extenderse, tanto a formas y medidas como a propiedades y características de materiales así como acabado de superficies (figs. 12.7, 12.11, 13,2, 13.17, etc .. .) .
medición de interiores cero
medición de exteriores lectura
Metros y reglas Llamaremos magnitud lineal a aquélla que exprese una longitud . Según la precisión que queramos obtener en la apreciación de una longitud, emplearemos metros, reglas, calibradores o micrómetros . Los metros son cintas o varillas graduadas en centímetros o milímetros, construidos en madera, acero, latón o aleaciones de aluminio. 10.1
medición de interiores (se corre el tope)
10.1 .1 El metro arrollable (fig. 10.1) Es una cinta de acero flexible graduada en centímetros y milímetros y de longitud de 1 6 2 metros, que va arrollada en el interior de una cajita, para su mejor manejo y conservación. Es suficientemente rígido, gracias a su temple
rDe medidas longitudinales Instrumentos de medida [directa LDe superficies planas en ángulo
INSTRUMENTOS DE MEDIDA Y VERIFICACION
, e medidas D longitudinales
Con divisiones lineales en mm
Calibre pie de rey, fig . 10 .8 [Calibre sonda, fig . 10.18
Con
Transportador simple, fig . 11 .3 ( Escuadra universal, fig . 11 .2
divisiones en grados Con división en grados y nonios
Goniómetro, fig . 11 .7 Goniómetro óptico, fig . 11 .12
Comparador mecánico, fig . 19 .2 Compases, fig . 10.24 Calibre fijo
De superficies planas En ángulo
Comparador mecánico, fig . 19 .2 compás de espesores, fig . 10.24 Calibre fijo, 13 .10 Plantillas o galgas, fígs . 13 .2 a 13 .10 Por coincidencia Escuadras fijas, fig, 13 .1 I medida) (sin Falsa escuadra, fig . 11 .5 Caso particular de ángulo recto
De una superficie I plana
Metro flexible.
Metro, fig . 10.1 Reglas graduadas, fig. 10 .3 Regla vertical, fig . 10 .5 Regla de tacón, fig . 10 .4 Compases de medida, figs . 10.19 y 10 .22
Con divisiones lineal y nonios
IrParalelas instrumentos de verificación de medida indirecta
Fig. 10.1
Bloque patrón y mármol, fig . 13 .13 Escuadra de 900, fig . 13 .1 Mesa óptica, fig . 13 .19
Regla de verificación, fig . 12 .1 y 12 .11 Mármol de verificación, fig . 12 .9
77
y alabeo . No hay que confundirlo con la cinta métrica, de más longitud, generalmente de 20 ó 50 metros, empleada comúnmente en agrimensura, que suele ser de fibras textiles tejidas y reforzadas con hilos metálicos (fig. 10.2) .
Fig . 10.2
Cinta métrica .
10.1 .2 La regla graduada Es una barra rígida de acero, de sección rectangular . La longitud oscila entre los 10 cm y los 2 m y se emplea para medir y para el trazado de líneas rectas (fig. 10.3) . Otros tipos de regla empleada en mecánica son : - de tacón (fig . 10.4) ; - vertical (fig. 10.5) ; - de corredera (fig . 10.6) . Con los metros y reglas, la precisión obtenida no podrá ser nunca mayor que la menor división de ellas . Además hay que emplearlas debidamente (fig. 10.7) para evitar errores, que podrían ser muy notables. Son, pues, instrumentos de medición directa, pero de poca precisión . 10.2
Calibrador o pie de rey Es muy empleado en el taller para pequeñas y medianas precisiones . Este instrumento consta de una regla de acero graduada y doblada a escuadra por un extremo . La regla doblada constituye la boca fija. Otra regla menor también doblada a escuadra, llamada cursor o corredera, se desliza a frotamiento suave sobre la primera y constituye la boca móvil. El desplazamiento de la corredera se logra presionando sobre un gatillo o pulsador, solidario de la misma . En la figura 10.8 puede verse uno de los tipos más corrientes . Lleva bordes biselados, en uno de los cuales tiene una graduación especial llamada novio -Ver~eñ ;#ronsper8nc as -5,1 ;_ 5.2 ; 5.3; 5.4- que, al desplazarse, lo hace junto a la escala graduada de la regla . Muchos calibradores llevan dos escalas graduadas con sus respectivos nonios . Fig. 10.3
Regla,
nteriores
profundidades
exteriores
Fig. 10 .8 Fig . 10.4
Calibrador o pie de rey.
Regla de tacón .
10.2.1 Funcionamiento del nonio Para comprender el funcionamiento del nonio, examinemos las dos reglas mencionadas : la mayor AB (fig . 10.9) fija, dividida en milímetros y la menor, móvil, que se desplaza junto a la mayor y que lleva grabado en su bisel el nonio . - Tomemos 10 mm de longitud de la regla grande AB, y dividámoslos en 10 partes . Cada división valdrá 1 mm = 10/10 mm. - Tomemos ahora 9 mm de longitud en la regla pequeña y dividámoslos también en 10 partes . Cada división valdrá 9/10 de mm. - Si hacemos coincidir los ceros de ambas reglas, la separación existente entre 1 y 1' será : 10/10 - 9/10 = 1/10 de mm; la separación entre 2 y 2' será : 2/10; la de 3 y 3' será : 3/10; y así sucesivamente . 10 mm
regla fija graduada 1 1' l0
Fig. 10,5
Regla vertical.
2 21
4
3
3'1
0,1 mm
61
5 5 1
6 61
7-
7
1
6'1
69
f0
9'1 10`
noni Fig. 10 .9
78
Fundamento del novio .
- Ahora hagamos coincidir la 1 y 1' y la distancia entre 0 y 0' será exactamente 1/10 ; si coinciden 2 y 2', la separación entre 0 y 0' será 2/10 ; si coinciden 3 y 3', será 3/10 ; y si 8 y 8', será 8/10, etc. -ver las transparencias mencionadas de este capítulo-. Las graduaciones de ambas reglas están hechas de tal manera que, cuando están en contacto las caras interiores de las dos bocas -calibre cerrado-, los ceros coinciden. 10 .2 .2
Apreciación de los nonios
Acabamos de explicar el funcionamiento de un nonio de 10 divisiones . Hemos visto cómo haciendo coincidir sucesivamente en 1 - 1', 2 - 2', 3 - 3', etc., las distancias entre los ceros 0 y 0' eran respectivamente de : 1/10, 2/10, 3/10, etc.; es decir, al pasar de una división a la siguiente, la diferencia es siempre de 1/10, la cual es pues la apreciación del nonio y vale : a = división de la regla-división del nonio = 1 -
= 10 10
9
10
-
9 10
=
Fig. 10 .6
Regla de corredera .
1 mm 10
Podremos lograr mayor precisión, haciendo que la diferencia entre las divisiones de la regla y las del nonio sean menores. En la práctica se logra esto empleando nonios de 20 y de 50 divisiones (figs. 10 .10 y 10 .11) . 0
10 I
Fig. 10 .10
0
111
Nonio de 50 divisiones.
0
10
2v 10
0
Fig. 10 .11
1
1
1
1
IIIIIIImpiIIIIIIII
Nonio de 20 divisiones .
5
20
20
30
40
25
0
lí-LL.
20
5.0
60
50
Veamos qué apreciación logramos con ellos. - Nonio de 20 divisiones : Si tomamos en la corredera 19 mm y los dividimos en 20 partes, cada una de ellas valdrá a = 1 -
29
19 20
mm y su apreciación será : =
20 - 19 20
=
1 20
mm
;
a -
20
= 0,05 mm
- Nonio de 50 divisiones En la corredera 49 mm los dividimos en 50 partes, cada una de las cuales
valdrá
5®
mm ; la apreciación del aparato será : 60
a
= 1 -
0
a
= 50
= 0,02 mm
=
50
49
=
50
Fig. 10.7 Manera de medir con reglas .
mm
- Nonio en fracción de pulgada
Veamos aún otro caso muy corriente en los calibradores con escala en pulgadas (fig . 10 .12) . La regla está dividida en 1 -/16 y el nonio abarca 7 divisiones de la regla estando, a su vez, dividido en 8 partes, cada una de las cuales valdrá, por tanto : _7 16 8
_
,
126
7" 8 x 16
Fig . 10 .12 Nonio para medir en pulgadas.
79
y la apreciación del aparato será : 7"" _ 1, 8 _ 7 a 16 8 x 16 8 - 16
1 ,. 128
1
también podríamos hacer: y 71 Fig. 10 .13
a 10
Lectura de un nonio .
1 _ 16
7 16 8
1 16
_ -
8
- 8
7 16 8
-
=
8 16
8
7 16
=
1 ., 16 g
Vemos que siempre nos resulta un quebrado en el cual el numerador es el valor de la división de la regla, y el denominador el número de divisiones del nonio, de donde podremos deducir la siguiente regla : la apreciación del nio es igual al valor de la menor división de la regla dividido por el númeronode divisiones del nonio; esto se puede expresar por medio de la fórmula : a = d - Ejemplos : 1 .,> Hallar la apreciación de un nonio que .tenga 20 divisiones y cuya regla esté dividida en 0,5 mm.
Fig. 10.14 Calibre con tornillo de fijación y aproximador.
a __
0,5 20
__
5 200
= 0,025 mm
2.11 Hallar la apreciación de un nonio de 25 divisiones si cada pulgada de la regla está dividida en 40 partes, a =
_1" 40 25
40
25
1 - 000
3 .° ¿Cuántas divisiones debe tener un nonio para que aprecie 0,05 si la regla está dividida en medios milímetros? n
a
0,05
= 10 divisiones
4.0 ¿Cuántas divisiones deberá tener un nonio para apreciar 0,01" si en la regla cada pulgada está dividida en 25 divisiones? n = Fig. 10.15
Medición de exteriores. Detalle .
a
_1" 25 0,01 -
__
25
1
x
0.01
= 4 divisiones
10.2.3 Medición con el pie de rey Al medir con el calibre, se nos pueden presentar dos casos : a) que el cero del nonio coincida con una división de la regla ; b) que no coincida. - Medición exacta en milímetros Si el cero del nonio coincide con un trazo de la regla, nos indicará su valor exacto . Por ejemplo : 6 mm.
Fig . 10 .16
Medición de interiores.
- Medición en décimas Si el cero del nonio está entre dos trazos de la regla (fig. por ejemplo uno y dos, el trazo de la regla situado a la izquierda del cero10.13), del nonio representará la parte entera, 1 mm ; el trazo del nonio que coincida con una división cualquiera de la regla indicará la parte decimal, por ejemplo, 9. Su lectura será 1,9 mm . 80
- Colocación de medidas
Para poner una medida dada en el calibre, por ejemplo 11,4 mm, se procede de la siguiente manera : - se sitúa el cero del nonio entre las divisiones 11 y 12 de la regla y la cuarta división del nonio se hace coincidir con una división de la regla. 10 .2 .4
Caracteristicas del pie de rey
Fig. 10.17 Medición de interiores con calibre de tornero,
Los calibres se diferencian por: - la longitud de la regla en cm : de 15 cm, de 25 cm, etc.; - por el grado de apreciación del nonio : 0,1 ; 0,05 ; 0,02 mm ; etc.; - material : acero, acero inoxidable, etc., mate o brillante; - forma de sus bocas : puntiagudas, rectas, etc. - especiales : con tornillo de fijación y aproximador (fig . 10 .14) . 10 .2 .5
Empleo del calibre
El calibre se puede emplear para :
10 .2 .5 .1
Medir exteriores (fig . 10 .15) :
- se toma el calibre con una abertura mayor que el espesor a medir; - una vez encarado el calibre con las superficies de la pieza, se acercan las dos bocas hasta conseguir un contacto suave con ellas; - este contacto entre calibre y pieza debe realizarse en una zona amplia, lo más cerca posible dula regla y no únicamente en las puntas y evitar así un desgaste desigual ; - leer el número de milímetros enteros y -la fracción si la hay. 10 .2 .5 .2 Medir interiores (fig . 10 .16) : - se cierran las bocas y se introducen en el hueco a medir; - se abren hasta hacer contacto suave con ellas; - efectuar la lectura; - cerrar el calibre y retirarlo de la pieza. Cuando se emplean los llamados calibres de tornero (fig . 10 .17), se procede de igual manera, pero a la lectura habrá que añadir el grueso de las puntas, ordinariamente 10 mm .
Tabla 10 .25
Equivalencia en pulgadas y milímetros desde 1/64" hasta 1" .
pulgadas
mm
0 1 132 3 /64
0 0,3969 0,7938 1,1906
1 /4 17 /64
1 /16 5 /64 3 /32 7 /64
1,5875 1,9844 2,3812 2,7781
5/ 1 6
2 '/64 ' 1 /32 23/64
1
3,1750 3,5719 3,9688 4,3656
25 /64 13 /32 27 /64
9,5250 9,9219 10,3188 10,7156
5 /6 41 /64
4,7625 5,1594 5,5562 5,9531
7 /16 29 / 64 '5 /32 31 /64
11,1125 11,5094 11,9062 12,3031
11/1,
'/64
is 9 /64 5/32 11 /64
'
3 / 16 3 / 64
7 /32 15/14
Fig. 10.18 Calibrador de profundidades o sonda, Detalle.
pulgadas
9 /32 19 /64
3/,
mm 6,3500 6,7469 7,1438 7,5406 7,9375 8,3344 8,7312 9,1281
pulgadas
mm
1 /2 33 / 64
12,7000 13,0969 13,4938 13,8906
17 /32
35/ 14 9/ 1 6
37 /14 19 /32
39/ 14
21 /32 43 /14
45 /64 23 /32 47 /14
14,2875 14,6864 15,0812 15,4781 15,8750 16,2719 16,6688 17,0656 17,4625 17,8594 18,2562 18,6531
pulgadas
mm
3/ 4
19,0500 19,4469 19,8438 20,2406
49 /14 25/32 61 /64 13/, ,
53 /64 27 /32 55 / 14
20,6375 21,0344 21,4312 21,8281
59/ 14
22,2250 22,6219 23,0188 23,4156
15 / 1 , 61 / 14 31 /32 63/ 14 1
23,8125 24,2094 24,6062 25,0031 25,4000
'/1
57 /14
29 /32
81
Fig. 10 .20 la medida.
Forma de coger
Fig. 10.21 Medición por comparación de exteriores .
10 .2 .5 .3
Fig. 10.22 Compás de gruesos o espesores para comparar exteriores .
Medir profundidades:
Esto sólo puede hacerse con calibres que lleven una varilla o sonda como el de la figura 10.8. - se apoya el calibre al borde de la profundidad a medir; - abrimos las bocas hasta que la sonda o varilla toque suavemente en el fondo. En estos casos, es todavía más importante hacer el contacto con suavidad, sobre todo en cotas grandes, porque la varilla fácilmente se dobla y da lugar con ello a errores en la medida ; - hacemos la lectura, y separamos el calibre. También podemos retirar primero el calibre sin cerrarlo y hacer luego la lectura . Para medir profundidades con mayor precisión, se emplean los calibres de profundidad o sondas (fig . 1-0 .18) . La mayor precisión se logra : - por el mejor apoyo que supone la corredera especial ; - por la mayor rigidez de la regla, respecto a la varilla de los calibres ordinarios . 10.3
Medición con compases Ver las diversas formas de medición que se presentan en las figuras 10.19,
10 .20,
10 .21,
10 .22,
10 .23 y 10 .24.
PROBLEMAS
1 .o Si una regla está graduada en mm, ¿cuántas divisiones deberá tener el nonio para que aprecie 0,025 mm? 2 .o Si una regla está dividida en cuartos de pulgada, ¿qué apreciación podrá lograrse con un nonio de 4 divisiones? 3 .° Si la regla de un calibre está graduada en medios mm y el nonio tiene 20 divisiones, ¿cuál será su apreciación? 4 .° Explica cómo aparecerán las divisiones de la regla y nonio en un calibre, al medir 17,45 . Dibujarlas si la regla está graduada en mm y la apreciación es de 0,05 mm 1 . 5.° Fig . 10.23 Medición por comparación de exteriores,
Lo mismo en la regla de pulgadas
y
su nonio cuando se mide 2"
regla está dividida en dieciseisavos de pulgada y la apreciación es de
16
128 , si la
1 128 ,
MEDIOS DIDÁCTICOS
Fig. 10.24 Compases de medición directa .
Audiovisuales Transparencias : 5 .1 Mecanismo del calibrador. 5 .2 Situación del nonio . 5 .3 Fundamento del nonio . 5 .4 Nonio para pulgadas . Diapositivas : 5 .1 .1 Medición con regla . 5 .1 .2 Medición con calibrador . 5 .1 .3 Medición de interiores . 5 .1 .4 Medición con metros flexibles .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO -
Mide las dimensiones de las bocas del tornillo de banco, en el taller. Compara los resultados obtenidos con los que obtengan tus compañeros. Explica el funcionamiento del nonio . Describe modelos diversos de calibres y su empleo más adecuado .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN Familiarizarse con el empleo del calibrador y tratar de conseguir de él la máxima apreciación . Ver carpeta de prácticas .
CUESTIONARIO - ¿Qué es metrología?
- ¿Qué diferencia hay entre un instrumento de verificar con graduación o sin ella? - ¿Para qué medimos? ¿Para qué comparamos? - ¿Qué divisiones tiene una regla graduada? Valerse de un calibre si es necesario para la resolución y dibujo de estos problemas .
82
-
¿Por qué las reglas gruesas se construyen biseladas? ¿Cómo son los nonios en calibres graduados en pulgadas? ¿Cuáles son las características por las que se diferencian los calibres? Mide varias piezas con calibres de distinta apreciación y escribe sus valores. ¿Qué hay que hacer al medir un agujero con un calibre de tornero?
BIBLIOGRAFÍA
BESANCET F .-MEROZ R ., Outillage et métrologie, Féciération des Ecoles de Mécaniaue et d'Electricité de Suisse, Neuchátel . E . P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . VAN GELDER T. J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 . OTI-EPS, Problemas l, Familia mecánica, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 .
Tema 11 .
Instrumentos de medida para magnitudes angulares
OBJETIVOS - Conocer los diversos instrumentos empleados en la medición de ángulos. - Distinguir la diferencía que hay entre goniómetro y transportador. - Conocer la escuadra universal o combinada y las posibilidades de medición y trazado de centros de piezas. - Estudio detallado y razonado del fundamento del nonio circular con su apreciación. GUION
Goniómetros y transportadores. Goniómetro de precisión . Goniómetro óptico .
PUNTOS CLAVE - Comprender
el funcionamiento de los diversos nonios circulares. - Lectura y medición con goniómetros .
CENTESIMAL 100° g0° a . f. ~L 700
EXPOSICIÓN DEL TEMA Para las mediciones angulares, se pueden emplear los dos sistemas conocidos de unidades : el centesimal y el sexagesimal (transparencia 4.2) . Veamos los puntos comunes y las diferencias entre ellos: - En los dos, partimos del ángulo recto o cuarta parte de la circunferencia . La diferencia estriba en que : a) en el centesimal consideramos al ángulo recto dividido en 100 partes ; b) los submúltiplos son 100 veces menores que su anterior ; c) en el sexagesimal, el ángulo recto lo dividiremos en 90 partes ; d) los submúltiplos son 60 veces menores que el anterior.
60°
50 ,
40,
30
oa
4 Recto = 1009
19
= 100e 1c = 100ce
4 rectos = Circunferencia = 4009
Sistema centesimal -o sistema modernoEn el sistema centesimal, el ángulo recto se divide en 100 partes iguales llamadas grados centesimales . Se abrevia en la escritura con una g : 409 . Cada grado centesimal se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales se llama minuto centesimal y se abrevia con una c: 35c. Cada minuto centesimal se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales es un segundo centesimal, abreviado con cc : 75cc. Sistema sexagesimal Por las razones expuestas, es aún este sistema el más empleado; con todo, va cediendo terreno al centesimal. En este sistema, el ángulo recto se divide en 90 partes iguales llamadas grados sexagesimales . Se abrevia en denominaciones y operaciones con un o : 270 . 83
d Recto = 11 = 60 :
900
1' = 60" 4 rectos = Circunferencia = 360°
Cada grado sexagesimal se divide en 60 partes iguales, cada una de las cuales se llama minuto sexagesimal, que se abrevia con una comilla: 43'. Cada minuto se divide en 60 partes iguales cada una de las cuales es un segundo sexagesimal, que se abrevia con dos comillas : 22". Así un ángulo de 27 grados, 43 minutos y 22 segundos sexagesimales se escribe: 270 43' 22". La circunferencia se dividirá, pues, en 360 partes iguales o grados sexagesimales. 11 .1
Goniómetros y transportadores
Para medir magnitudes angulares, se emplean unos instrumentos llamados goniómetros (fig . 11 .1) . Goniómetro.
Fig. 11 .1
11 .1 .1
Escuadra universal
El goniómetro de la figura 11 .2 se llama escuadra universal o escuadra combinada . Tiene muchas aplicaciones, no sólo para medir, sino también para trasportar ángulos y en trazados . Pueden comprobarse directamente ángulos de 45o y 90o y hallar los centros de perfiles redondos . Lleva incorporado un nivel que puede emplearse para medir la pendiente de planos inclinados .
Fig. 11 .3 Goniómetro o transportador sencillo .
11 .1 .2
El goniómetro más simple es el de brazo móvil (fig . 11 .3), que se emplea, tanto para medir, como para trazar y transportar ángulos . Está formado por un semicírculo dividido en 180° . Un brazo-regla gira . alrededor de un eje en el centro del semicírculo (transparencia 5.6) . Por medio de un tornillo, puede fijarse en cualquier posición .
ángulo
a= ,
~~ o=101°-90° a=r1°
11 .1 .3 a= ~ 900+90 0=180 1 180°-7l5°=104 ° Fig . 11 .4 Forma de medir con el goniómetro simple .
Fig . 11 .5
Goniómetro simple
Falsa escuadra .
Falsa escuadra
Como transportadores, se emplean también los llamados falsas escuadras (fig . 11 .5) . Sirven para comprobar ángulos y para trazado . 11 .2
Goniómetros de precisión
En la figura 11 .6, se muestra uno de los goniómetros de precisión más usados; puede apreciar hasta 5' . Consta de los elementos siguientes : 1 .° regleta; 2.° tornillo de fijación de la regleta ; 3.° tornillo de inmovilización ; 4.0 limbo; 5.° nonio; 6.° cuerpo principal . El cuerpo principal lleva la superficie de referencia o apoyo y el limbo fijo, con divisiones en grados . El nonio va incorporado al disco central giratorio y puede inmovilizarse en cualquier posición por medio de una robusta tuerca unida al eje central. La regleta tiene una ranura que permite desplazarse longitudinalmente . Un tornillo y brida la hacen solidaria del disco giratorio en posición siempre precisa respecto a la línea de referencia del nonio. Sus extremos forman ángulos de 450 y 60°, muy útiles para mediciones especiales (fig . 11 .7) . 84
Fig. 11 .6
11 .2 .1
Goniómetro de precisión . Fig. 11 .7 nonio.
Nonio circular
Detalle del goniómetro :
Según detalle de la figura 11 .7, tiene el mismo fundamento que el lineal, con 12 divisiones y está repetido en los dos sentidos a partir del 0 central, lo mismo que la escala del limbo . La lectura la haremos siempre en el nonio que tiene la numeración en el mismo sentido que la escala del limbo en el que estamos trabajando . La apreciación la hallaremos aplicando la regla general :
donde : a = apreciación del nonio; d = menor división de la regla principal -del limbo en este caso-; n = número de divisiones del nonio . En el goniómetro de la figura tenemos : d
a =
ñ
__
1
0
12
__
600 12
= 5'
Fig. 11 .8
Detalle del goniómetro de precisión : 2' 30".
En la figura 11 .8 representamos un nonio de apreciación 2'30". 11 .2 .2
Lectura del nonio
Al hacer la lectura, se pueden representar dos casos: a) que el cero del nonio coincida con una división del limbo; b) que no coincida . Lectura exacta en grados - Si coincide el cero con una división del limbo, esa división coincidente
con el cero será la lectura en grados .
Lectura en grados y minutos - Si el cero está entre dos trazos del limbo, el trazo más cercano al cero
del limbo señalará los grados y el trazo del nonio que coincida con una del limbo nos indicará los minutos . Ejemplos : en la figura 11 .7, la lectura será: 60°.
En la figura 11 .9, leeremos así: 1 .0 el trazo del limbo anterior al cero del nonio es 8° ; 2.° en el nonio -el de la derecha por tener el mismo sentido que la escala del limbo-, coincide la segunda raya con una del limbo y, por tanto, leeremos 20'. La lectura completa será 8° 20' . 85
En la figura 11 .10, leeremos así : en el limbo leeremos 13° ; en el nonio -de la izquierda-, leeremos 30' . La lectura completa será 13° 30' .
1 .0 2 .0
i-~
B' 1
20'
60
20
sentido de la escala principal'
4Ó - sentido de giro del nonio
Fig. 11 .9 Lectura : el nonio gira hacia la derecha.
Fig . 11 .11 Lectura de ángulos complementarios y suplementarios.
IB0
tu
40
Ó
zu 40 60
~-Fig. 11 .10 Lectura : el nonio gira hacia la izquierda.
Al medir con estos instrumentos, hay que comprobar si la lectura corresponde al ángulo que queremos medir o bien se trata de su complemento o suplemento (fig . 11 .11) . 11 .3
Goniómetro óptico
Para mediciones de precisión se emplean goniómetros ópticos . En la figura 11 .12 vemos uno de estos y, en el detalle, la escala tal como se ve a través del ocular (fig. 11 .13) . PROBLEMAS RESUELTOS 1 .0
Reducir a segundos sexagesimales 200 30' 45" .
Solución : 200 = 20 - 60 = 1 200'
Fig. 11 .12
Goniómetro óptico .
2 .0
Reducir a grados sexagesimales 14400 . 14 64000
Solución : 14400" = 3 .0
_240' 60
= 240'
= 40
Reducir a grados sexagesimales 350 20' 16" .
Solución : 16" = 20'
Fig . 11 .13 Detalle del visor en el goniómetro óptico.
1 200 - 60 = 72 000'° 30' = 30 - 60 = 1 800" 45" 73845
=
16 3 600
=
0" 0044
20 60
=
0,33330 35,00000 35,33770
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Transparencia : 5.6 Goniómetro . Diapositiva : 5 .3.1 Utilización del goniómetro óptico .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
-- Deduce la fórmula de apreciación del nonio circular y explica su construcción . - Explica el porqué los goniómetros llevan nonio doble .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
Mide varias piezas con instrumentos de medición directa -goniómetros- . Ver libro de prácticas.
86
CUESTIONARIO
- ¿Qué sistemas conoces para medir ángulos? - ¿Se puede medir con el goniómetro cualquier ángulo sin tomar ninguna precaución? - ¿Todos los instrumentos tienen la misma precisión?
PROBLEMAS
1 .o Un goniómetro tiene la escala principal graduada en medios grados . ¿Cuántos aprecia el aparato si el nonio tiene 5 divisiones? 2.0 El limbo de un goniómetro está graduado en grados, ¿cuántas divisiones tiene el nonio si aprecia 12'? 3.o Si construimos un nonio con 24 divisiones dobles a izquierda y derecha del nonio y las hacemos coincidir con 23 divisiones del limbo ¿qué apreciación tiene el aparato, si la regla está dividida en grados? BIBLIOGRAFIA BESANCET F.-MEROZ R., Outillage et Métrologie, Fédération des Ecoles de Mécanique et d'Electricité de Suisse, Neuchátel. COMPAIN L., Metrología de Taller, Urmo, Bilbao 1970 . E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . HENRY FORD TRADE SCHOOL, Teoría del taller, Gustavo Gil¡, Barcelona 1966 . OTI-EPS, Problemas í, Familia mecánica, Módulo A, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 . VAN GELDER T. J., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 .
Tema 12. Instrumentos de verificación de superficies planas OBJETIVOS
- Seleccionar los instrumentos adecuados para la verificacíón de superficies y manera de usarlos. - Adquirir conocimientos y destreza para la verificacíón de una superficie plana con reglas de precisión y guardaplanos . GUIÓN
- Verificación . - Verificación de superficies planas,
PUNTOS CLAVE Elección del instrumento adecuado para la verificación prevista . EXPOSICIÓN DEL TEMA 12 .1
Verificación
En ajuste y en mecánica, en general, entendemos por verificar la operación que se lleva a cabo para comprobar si las piezas o las máquinas y aparatos se ajustan exactamente las indicaciones del plano o exigencias del pedido . El fin de la verificación es, pues, conseguir que los productos obtenidos resulten de buena calidad y evitar operaciones con piezas que ya estén inutilizadas por algún error anterior . La verificación puede ser: a) verificación de las materias primas, o ensayo de materiales ; no se hace en el taller, sino en laboratorios a propósito; b) verificación a pie de máquina . Cada fase u operación se verifica para evitar seguir trabajando con piezas ya inútiles ; c) verificación global . Se verifican piezas completamente terminadas, ordinariamente en el laboratorio o sección de control; d) verificación de grupo. Esta verificación se lleva a cabo una vez montadas todas las piezas que forman un grupo y después que todos los grupos están acoplados; es decir, la máquina completa .
a
87
Es frecuente efectuar la verificación a pie de máquina sólo con algunas piezas, cosa que efectúa el propio operario. En cambio, las otras verificaciones se suelen hacer con todas las piezas y por personal distinto, al menos en las grandes factorías . Hay, además, las verificaciones referentes a montajes y de relaciones de superficies . Son muchas las verificaciones que se presentan en las fabricaciones mecánicas, así como de los aparatos empleados en ellas. Como sería imposible describirlas todas, vamos a explicar las que nos parecen de mayor utilidad y los aparatos empleados para ello, si no han quedado ya reseñados en los temas anteriores . 12 .2 Verificación de superficies planas Para verificar superficies planas se emplean varios procedimientos : 12 .2.1 . Con reglas de precisión -guardaplanos o reglas de pelo o hiloFig. 12 .1
Reglas o guardap/anos y su utilización.
Detalle y
Fig. 12 .2
y Verificación correcta .
(fig . 12 .1)
Estas reglas son de acero templado y estabilizadas* . El filo se hace por rectificado y posterior rodado sobre mármoles de precisión con abrasivos finísimos y un redondeado de 0,1 mm de radio. Con ello se logra que el contacto tenga lugar prácticamente sobre una línea . La verificación es correcta aun con inclinaciones de 50° respecto al plano (fig . 12 .2) y pueden apreciarse magnitudes de 0,01 mm perfectamente por la rendija de luz que pasa entre la pieza y el filo de la regla. Se construyen en tamaños desde 30 a 300 mm de longitud de una o varias aristas. Para poder verificar lugares angostos, suelen tener uno o ambos extremos biselados, como se ve en, la figura 12 .1 . Al verificar no debe deslizarse la regla sobre la superficie, sino dejarla descansar con suavidad . Una superficie plana se verifica en varias direcciones, levantando la regla cada vez. Así se prolonga la vida y exactitud de la regla (fig . 12 .3) . Durante el trabajo, deben dejarse sobre un tablero o bayeta sin rozar con otras herramientas . Al terminar, dejarlos limpios, engrasarlos con vaselina neutra y guardarlos en estuche - apropiado. Para que resulten más agradables al tacto y evitar su oxidación por el sudor de la mano, algunos llevan unos mangos de plástico (fig . 12 .3) 12 .2 .2
Fig. 12.3 Verificación de superficies planas .
Con mármol de verificación
Llamamos mármol de verificación a un plano de fundición de la mejor calidad, ordinariamente perlítica*, de grano fino, perfectamente estabilizado y de una gran exactitud y finura en el plano. Llevan unos nervios en la parte inferior, perfectamente distribuidos con la finalidad de que resulten ligeros a la vez que robustos y rígidos (fig . 12 .4) ; los pequeños y medianos llevan unos mangos o asas para su manipulación . Todos se apoyan en tres puntos no alineados y en robustas mesas . Para lograr un perfecto apoyo, uno de los puntos suele ser regulable. Se emplean para verificación de otras superficies, comprobación de útiles y para apoyo de otros aparatos de verificación, cuando se requieren verificaciones precisas . Hoy día se emplean también mármoles de un material natural llamado díabasa -es una variedad de granito negro- (fig . 12 .5) . Es un material aparecido en la primera era geológica, cuyo envejecimiento natural de millones de años garantiza la ausencia absoluta de tensiones y una estabilización perfecta . A esta gran estabilidad natural, se une la característica de que, aun bajo grandes cargas, no se deforma en absoluto . No sucede así con los mármoles de fundición . Otra pequeña ventaja es que, si reciben algún golpe -cosa que no debería suceder-, puede saltar una esquirla, mas no producirse abultamientos como sucede con los metálicos (fig . 12 .6) . Para la fabricación, tanto en los de fundición como en los de diabasa, se suele autocontrolar con tres mármoles a la vez (fíg . 12 .7) . Otras ventajas no pequeñas presentan los mármoles de diabasa : - admitir un acabado de mayor finura ; - no ser atacados por ácidos -excepto el fluorhídrico-, ni por álcalis; 88
Fig, 12.5 Mármol de diabasa, - no estar expuestos a la corrosión, por lo cual no necesitan ser engrasados después de usarlos ; - no son magnéticos ni conductores de la electricidad, Además de los mármoles normales, existen otros en forma de reglas, tanto metálicos como de diabasa . Se usan para la verificación de largas superficies donde no pueden emplearse otros mármoles (fig . 12 .8) . 12 .2 .2 .1
Entintado o colorante
Para comprobar las piezas que se han de planear, se esparce una ligera capa de material colorante sobre el mármol . Pueden usarse para ello estos colores : negro de humo, azul de prusia o minio, con aceite . También tinta de imprenta con gasolina . Para esparcir el color uniformemente se empapa un paño, que luego se envuelve en otro -exento de pelo- para formar una muñequilla de 3 ó 4 cm de diámetro ; luego se pasa sobre el mármol de manera que deje una finísima capa de unas 5 micras . Esta muñequilla deberá guardarse en una caja cerrada, para evitar que recoja polvo o virutas, que luego podrían raspar el mármol y las piezas y deteriorarlas . La pieza que se deba comprobar se deslizará suavemente en todas las direcciones sobre el mármol (fig . 12 .9) . La pieza estará tanto mejor cuantos más puntos queden marcados (fig . 12 .10) y más uniformemente distribuidos . 12 .2.2 .2
Fig. 12 .6 Efecto de los golpes en los mármoles : A, en los de fundición ; 8, en los de diabasa.
Fig. 12 .7
Verificación de mármoles .
Fig. 12.8 Mármoles reglas .
Normas de uso y conservación
Al usar el mármol, hay que evitar el desgaste desigual que se produce si siempre se pasan las piezas por el mismo sitio. No colocar piezas encima del mármol que no estén perfectamente pulidas y limpias. No basta un simple desbastado, que estropearía la superficie del mármol . Los mármoles, una vez terminado su uso, deben ser cuidadosamente limpiados y los de fundición además engrasados con vaselina o aceites de buena calidad. Todos deben estar protegidos con cubierta apropiada cuando no se utilicen . 12 .2 .3
Otros procedimientos
Fig. 12.9 Verificación de superficies en el mármol con colorante.
Se emplean otros muchos medios de verificación por ejemplo : 12 .2 .3 .1
Por medio de regla y bloques patrón
Se apoya la regla sobre dos bloques iguales y con un tercer bloque igual ; se tantea para ver si pasa por debajo la regla (fig . 12 .11) : - si pasa con holgura, indica superficie cóncava, - si no pasa, superficie convexa, - si pasa de manera uniforme y sin holgura la superficie está bien . Esta comprobación debe hacerse en varias direcciones . 12 .2 .3 .2
Por medio de regla, bloques patrón y comparador de reloj (fig . 12 .12)
Es una variante de la anterior, con la ventaja de que nos da el valor numérico de las irregularidades. Puede hacerse así el mapa topográfico de la superficie (fig . 12 .13) . Hay que disponer de una regla perfectamente paralela y de un soporte apropiado para el comparador . Deslizando a lo largo de la regla soporte y comparador, éste nos dará la medida de cada punto (fig . 12 .12) . 89
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Fig. 12 .10 Puntos marcados.
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Fig. 12.11
Verificación con regla y bloques patrón .
Fig. 12.12 Verificación con regla, bloques y comparador de reloj.
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Fig . 12 .13 Mapa topográfico de la superficie .
En la figura 12 .14 indicamos la forma ordinaria de verificar una superficie plana con regla de precisión y el orden que debe seguirse para colocar la regla . MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Diapositivas : 6 .1 .1 Verificación con guardaplanos . 6 .1 .2 Verificación con mármol y color. 6 .1 .3 Verificación con mármol y color.
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
Haz una relación de procedimientos que conozcas e instrumentos empleados para verificar superficies planas .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
-
Comprobación de superficies varias, con los diversos instrumentos disponibles . - Cita qué instrumento es el más apto para cada caso y los errores que puedan producirse . - Ver carpeta de prácticas .
CUESTIONARIO
Instrumentos empleados para verificar superficies planas . ¿Por qué las reglas rigidas tienen sus aristas templadas? ¿Qué es un guardaplanos? ¿Por qué los guardaplanos están provistos de una empuñadura aislante? - ¿Qué quiere decir material estabilizado? - ¿Qué entiendes por rodado? - ¿Qué ventajas tiene el mármol de diabasa respecto a los de fundición?
-a--- colocación de la regla o punto de apoyo
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BIBLIOGRAFÍA BESANCET F.-MEROZ R ., Outillage et Métrologie, Fédération des Ecoles de Mécanique et d'Electricité de Suisse, Neuchátel . COMPAIN L ., Metrología de taller, Urmo, Bilbao 1970 . DANOWSKY H ., Manual práctico de Tecnología Mecánica, Gustavo Gili, Barcelona 1971 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Libreria Salesiana, Barcelona 1965. SCHROCK J ., Montaje, ajuste, verificación de elementos de máquinas, Reverté, Barcelona 1965 . VARELA F ., Control de calidad, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 .
Fig. 12.14 Orden a seguir en la comprobación de una superficie plana .
VOCABULARIO TÉCNICO Estabilización : Tratamiento por el cual se eliminan las tensiones internas del material y se evita la posibilidad de deformaciones . Fundición perlítica : Fundición de estructura perlítica .
90
Tema 13. Instrumentos de verificación para ángulos OBJETIVOS - Adquirir los conocimientos necesarios para verificar ángulos, así como la información de los instrumentos empleados para este fin. - Conocer las normas para el manejo y conservación correcta de las escuadras. - Conocer el empleo del cubo de precisión para verificar la escuadra con el mármol. GUIÓN
- Verificación de ángulos. Instrumentos fijos. - Otros instrumentos : mesas ópticas o ciclómetros.
PUNTOS CLAVE - Antes de verificar el ángulo de dos superficies, asegurarse de que están planas . EXPOSICIÓN DEL TEMA 13 .1
Verificación de ángulos . Instrumentos fijos Comprobar ángulos con exactitud es difícil y requiere aparatos costosos . Sin embargo, para los casos más corrientes que se presenten en el taller, son suficientes las escuadras fijas y sus variantes: escuadras guía y dados o cubos. Antes de comprobar un ángulo, habrá que verificar la planicidad de las caras que 1ó forman . 13 .1 .1
Fig. 13.1
Escuadras de 90o .
Fig. 13.2
Escuadra de 1200 .
Escuadras
Son instrumentos que tienen un ángulo fijo entre dos superficies planas . Se fabrican de acero de alta calidad, templado y estabilizado y de alto grado de precisión. El vértice del ángulo interior suele estar degollado, lo cual facilita la comprobación de las piezas que tienen aristas vivas. 13 .1 .2
Plantillas de ángulos
13.1 .3
Normas para su empleo y conservación
Las escuadras fijas empleadas con más frecuencia son las de 90°, 120°, 135°, 60° y 45o (figs. 13 .1 a 13 .5) . También son empleadas plantillas de ángulos fijos para diversas aplicaciones (figs. 13 .6 a 13 .8) . En la figura 13 .9 se presenta una plantilla para verificar superficies curvas . No debe comprobarse con una escuadra pequeña una superficie grande por el riesgo de que haya un error más allá del campo de contacto de la escuadra (fig . 13 .11) . No se debe deslizar la escuadra sobre la cara a verificar. Para el buen manejo de la escuadra, es recomendable seguir las siguientes instrucciones : - quitar todas las rebabas que pueda presentar la superficie de la pieza a comprobar. Con un paño eliminar virutas, aceite y suciedad ; - limpiar la escuadra con un paño o gamuza ; - colocar la pieza a contraluz para que su perfil se destaque con claridad .
Fig. 13.3
Escuadra de 1350 .
Fig . 13.4
Escuadra de 60°.
Fig. 13.6 Plantillas para verificación de ángulos.
Fig. 13 .5
Escuadra de 45° .
Fig. 13.7
Plantilla de ángulos.
91
Fig. 13.9 Plantilla de verificación de superficies curvas. Fig, 13.8
Plantilla de ángulos para herramientas,
13 .1 .4
Verificación de escuadras de 900
Para la verificación de las escuadras de 90°, pueden seguirse varios métodos : 13 .1 .4 .1
Caso de disponer de tres escuadras, procederemos de la siguiente forma (fig . 13 .12) - se toman las escuadras 1 y 2 y, apoyándolas en un mármol de verificación, se hace que se toquen los otros dos lados; - se toman de igual modo las escuadras 1 y 3 y se hace la misma operación ; - se comparan la 2 y 3 de igual manera . Si en estas tres operaciones coinciden perfectamente las escuadras, es que el ángulo de 90° es perfecto .
3 Fig . 13.10
Plantillas de medición de longitudes.
Fig . 13.12
Verificación de escuadra de 90o .
13 .1 .4 .2
Sobre un mármol de verificación se apoyará un cilindro perfectamente rectificado, de base también rectificada y perfectamente a escuadra, apoyando la escuadra en el mármol y haciéndola resbalar sobre él con suavidad hasta que toque la generatriz del cilindro ; así tendremos una de las maneras más sencillas y exactas de comprobar escuadras y otras piezas de ángulo recto (fig . 13 .13) . 13 .1 .5
Fig. 13.11
Comprobación incorrecta .
Verificación de escuadras de
120°
Para verificar escuadras de 120° podrá seguirse el mismo procedimiento que el empleado en el apartado 13 .1 .4 .1 para la de 900. Aquí será preciso disponer de cuatro escuadras (fig . 13 .14) . Para la verificación de escuadras de distintos ángulos se emplearán goniómetros de precisión, escuadras patrón o elementos de laboratorio adecuados. Si se desea comparar ángulos de cualquier medida, se emplearán las falsas escuadras, para lo cual se ajustará la abertura por medio de escuadras patrón . 13 .1 .6
Cubos o dados
Son paralelepípedos con caras muy lisas y ángulos muy exactos (fig . 13 .15) . Los defectos de escuadría y planitud de las caras de la pieza a comprobar, se aprecian con la ayuda de colorantes, y de mármoles de verificar (figs. 13 .16 y 13 .17) .
Fig. 13 .13 Verificación con columna .
Fig . 13.14 92
Verificación de escuadras de 1200 .
ármol
Fig. 13.15
Fig. 13.17 Marmoleado de una pieza con la ayuda de un mármol-regla triangular.
Marmoleado de una pieza . Fig, 13 .16
13 .2
Escuadra mármol.
Mesa óptica o ciclómetro (fig . 13 .18)
Sirven también para colocar piezas en máquinas y para medir; se colocará la pieza con un ángulo previo leído por el visor óptico o se medirá el paralelismo respecto a un plano de referencia . Los hay que llevan un nivel. En algunas de estas mesas puede lograrse una precisión de segundos . En la figura 13 .19 puede verse la manera de empleo con ayuda de un guardaplanos . MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Diapositivas : 6 .3 .1 Escuadras fijas de 90o . 6.3.2 Comprobación de la colocación de piezas en máquinas herramientas .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
- Tipos de escuadras empleadas en mecánica, material, forma de construirlas y emplearlas . - Medios de verificación de ángulos.
Fig. 13.18 Mesa óptica o ciclómetro.
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN tradas .
Haz comprobaciones de ángulos : en piezas y en máquinas . Describe el procedimiento previsto y el adoptado, así como las dificultades encon-
Ver carpeta de prácticas.
CUESTIONARIO -
¿A qué se llama escuadra? ¿Qué misión tiene el pequeño orificio situado en el ángulo interior de las escuadras? Describe la forma de emplear un dado para la comprobación de ángulos rectos . ¿Por qué una escuadra biselada tiene mayor precisión que una que no lo esté? Describe varios casos en los que se empleen las falsas escuadras .
BIBLIOGRAFÍA BESANCET F .-MEROZ R ., Outillage et Métrologie, Fádération des Ecoles de Mécanique et d'Electricité de Suisse, Neuchátel . COMPAIN L., Metrología de taller, Urmo, Bilbao 1970 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . GERLING H ., Alrededor de las Máquinas Herramientas, Reverté, Barcelona 1964. VAN GELDER T . J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 . VARELA F ., Control de calidad, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 .
Fig . 13.19 Aplicaciones de la mesa óptica,
3. Trazado
Tema 14.
Trazado plano
OBJETIVOS - Estudiar los principios del trazado, los instrumentos empleados y su manejo y utilización en la práctica del trazado. - Conocer el objeto del trazado y sobre qué tipos de piezas se realiza.
GUIÓN Objeto del trazado . Clases de trazado . Barnices de trazar. Instrumentos de trazar. Prácticas del trazado en el plano .
PUNTOS CLAVE
¿Cuándo debe hacerse el trazado y cuándo no?
CONOCIMIENTOS PREVIOS
- Principios geométricos y trazado de construcciones geométricas . - Lectura e interpretación de documentos técnicos.
EXPOSICIÓN DEL TEMA 14 .1
fig . 14.1
Trazado en el plano.
Objeto del trazado
El trazado consiste en marcar, sobre la superficie exterior de una pieza de metal, el contorno, las líneas que indican el límite de desbaste, o bien, los ejes de simetría de los agujeros o ranuras. Puede ser una operación previa al ajuste y mecanizado . Se hace : - sobre piezas fundidas ; - sobre piezas forjadas o estampadas ; - sobre perfiles laminados. De su correcta realización, depende algunas veces la exactitud de las restantes operaciones; de ahí, la responsabilidad del trazador . Para muchas operaciones, hasta hace pocos años, era muy importante ; hoy, sin embargo, ya no lo es tanto, porque las modernas máquinas y técnicas de trabajo lo hacen innecesario, o, a lo sumo, sirve de orientación . El trazado no elimina las operaciones finales de verificación . 94
14.2
Clases de trazado El trazado puede ser en el plano o al aire (figs. 14.1 y 14.2) .
Fig. 14.3 Pintado con barniz blanco. Fig . 14.2
Trazado al aire.
14 .2.1 Trazado plano El primero se llama así porque todas las líneas señaladas están sobre una única superficie plana, en la cual se dibujan los contornos y detalles de una pieza . Por ejemplo : trazado de plantillas de chapa, desarrollo de recipientes, situación de taladros, etc. 14.2 .2 Trazado al aire Si se traza sobre piezas en tres dimensiones, se llamará trazado al aire o en el espacio . 14.3
Barnices de trazar Cuando hay que trazar una pieza, es preciso que tenga un fondo de color apropiado para que destaquen las líneas. Para ello se pintan las piezas con barnices de trazar. Para piezas de fundición y forjadas, se suelen emplear pinturas blancas a base de yeso en polvo y alcohol (fig. 14.3) . Las piezas fundidas de metal ligero, como aluminio, se pintan con un barniz o pintura de color oscuro que adhiera bien. Las piezas de acero, pulidas y brillantes, se humedecen con una solución de sulfato de cobre, que deposita en la superficie del acero una delgada capa de cobre, sobre la cual resultan muy visibles los trazos y los puntos de granete . El precipitado de cobre se produce sólo sobre superficies metálicas limpias y exclusivamente sobre acero y cinc. Pueden emplearse también, para piezas pequeñas y pulidas, rotuladores de los existentes en el mercado, que den distintas tonalidades ; tienen la ventaja de que secan con rapidez . 14.4
Fig: 14.4
Puntas de trazar.
Instrumentos de trazar Los útiles más empleados para el trazado son :
14.4.1 Punta de señalar o de trazar (fig. 14.4) Es una varilla de acero terminada en punta cónica templada y muy afilada . Debe conservarse afilada y no emplearla para otros usos. Para conservar la punta en buen estado y evitar accidentes, se la protege con tapones de corcho.
Fig . 14.5 Granete y forma de empleo .
14.4.2 Granete Es un cilindro de acero terminado en punta . Se emplea para señalar o marcar puntos de apoyo y guía, para el compás o la punta de la broca (fig. 14.5) . El ángulo de la punta suele ser de 60o a 70° y debe conservarse perfectamente afilado . Los granetes automáticos dan golpes muy uniformes sin necesidad de martillo (fig. 14.6) . A veces se emplean granetes de doble punta para marcar agujeros equídistantes (fig. 14.7) . 14.4 .3 Compás de trazar El más empleado es el compás de puntas, sencillo o con un muelle (fiqura 14.8) . Se emplea para trazar arcos de círculo, determinar perpendiculares, trasportar distancias y marcar divisiones equidistantes . 95
Fig . 14.6
Granete automático .
Fig. 14.7 Granate para agujeros equidistantes, Fig. 14.8 Compás de muelle.
Fig, 14.9 Compases para paralelas,
Fig. 14.10 Compases para grandes radios,
En la figura 14 .9 se presenta un compás para trazar paralelas y en la figura 14 .10 un compás de varas para trazar grandes radios . 14 .4 .4
Escuadras
Se emplean también en el trazado de las escuadras lisas y, sobre todo, las de solapa (fig . 14 .11) . Para transportar ángulos, se emplean mucho las falsas escuadras y la escuadra universal ya estudiada anteriormente (fig . 14 .12) . 14.4 .5
Escuadras de hallar centros Se emplean también las escuadras de centros (fig . 14 .13) .
14 .4 .6 Fig. 14.11 Escuadra de solapa para trazado.
Reglas
Para tomar medidas, se emplean preferentemente las reglas flexibles graduadas (fig . 14 .14) . Para el trazado propiamente dicho, se emplean más las reglas rígidas, graduadas o no (fig . 14 .15) . 14 .4 .7
Regla angular
Para el trazado sobre cilindros, es
muy
práctica la regla angular (fig . 14 .16) .
14 .5
Fig. 14.12 Trazado con goniómetro simple .
Práctica del trazado en el plano - Ante todo, hay que estudiar bien el plano o documento técnico que dé los datos para el trazado. - Determinar bien el proceso de trazado, a fin de que resulte completo . - Asegurarse de que la pieza tenga las dimensiones suficientes . - A ser posible, conviene partir, para el trazado, de una línea o superficie de referencia . - Resolver antes sobre el papel los problemas geométricos complicados, para asegurar una solución adecuada . MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales
Diapositivas : 7.1 .1 Trazado en el plano. 7.1 .2 Trazado en el plano con compás . 7.1 .3 Empleo de barnices de trazar.
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
Describir el proceso para marcar la pieza de la figura 14,17. Hacer una relación de los instrumentos y accesorios utilizados en el trazado plano.
Fig. 14.13 Escuadra universal para hallar centros.
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Fig, 14.14 Regla flexible .
Fig. 14,15 Regla rígida,
Fig, 14.16 Regla angular. 96
Fig. 14,17
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
Proceder al afilado de una punta de señalar y de un granete, bajo las indicaciones del profesor. Ver carpeta de prácticas.
CUESTIONARIO - ¿Para qué se -
emplea el trazado? ¿Qué substancias se suelen emplear para la coloración de las piezas a marcar? ¿Cómo se afila la punta de señalar? ¿Qué ángulo debe tener la punta de un granete? Ventajas que tienen los granetes automáticos. ¿Qué diferencia hay entre un trazado plano y uno al aire? ¿Qué es una escuadra de centrar?
BIBLIOGRAFÍA E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . PECIÑA J ., Rama del metal, Tecnología, curso primero, Centro Nacional de Formación del Profesorado y Monitores, Madrid 1968. RODRIGUEZ E ., El trazado en el taller mecánico, Ceac, Barcelona 1965 . VAN GELDER T . J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 .
Tema 15. Trazado al aire OBJETIVOS - Conocimiento del procedimiento del trazado al aire, de los instrumentos empleados y manera de realizarlo en la práctica. - Diferenciar las piezas que se deban trazar y las que no, de acuerdo con el origen del material y el proceso de mecanizado. - Describir el orden y proceso a seguir para efectuar un correcto trazado al aire. GUIÓN - Importancia
del trazado al aire . - Utiles :empleados en el trazado al aire . - Proceso del trazado . - Resumen de los instrumentos de: . trazado
PUNTOS CLAVE - Cuándo debe
hacerse- : el trazado y. cuándo no . - Responsabilidad del trazador .
EXPOSICIóN DEL TEMA El trazado al aire o en el espacio, es el que se efectúa cuando las líneas a trazar estén en distinto plano o superficie unos respecto a los otros ; es decir, que se efectúa en las tres dimensiones de una pieza . 15.1
Importancia del trazado al . aire Muchas piezas pueden mecanizarse sin trazado, por ejemplo : - en la mayoría de piezas torneadas ; - piezas en serie; - piezas sencillas, con planos de referencia bien determinados y exactos . En otras piezas resulta imprescindible o conveniente, así: - como auxiliar para colocación de piezas en las máquinas-herramienta; - en el desbaste de piezas, para tener la seguridad de que hay material suficiente ; - cuando no hay otro medio de guiarse en el mecanizado : en este caso, deberá hacerse con la mayor precisión posible, ya>que de él dependerá el resultado final . A pesar de todo, cabe hacer notar que,, aun en los casos en que resulte 97 4.
Tecnología del Metall 1
imprescindible, no suple en manera alguna a las operaciones de verificación, sobre todo en el acabado. Sólo en trabajos de muy poca precisión, podrá uno guiarse únicamente por el trazado. Todo esto tiene su explicación porque en el trazado, nunca podremos lograr grandes precisiones . Como máximo, podremos lograr con un trazado muy bien hecho, precisiones de décimas de mm cuando hoy día en Mecánica esta precisión resulta muchas veces insuficiente . También cuanto más perfecta es la máquina, menos necesario es el trazado. Para trabajos en serie, se trabaja con plantillas, que hacen innecesario el trazado que, por otra parte, resultaría antieconómico. El trazado será necesario en estos casos, para hacer esas plantillas ; y entonces deberá hacerse con gran responsabilidad, ya que de resultar mal, no es una sola pieza, sino muchas las que podrían malograrse . En muchos casos, el trazado sirve para poder mecanizar una o dos superficies de referencia, que luego servirán para el resto de las verificaciones y mecanizados. Fig . 15.1
Mármol de trazar,
15 .2
Utiles empleados en el trazado al aire
Además de los explicados en el tema anterior, para el trazado al aire se emplean : 15 .2 .1
Mármol
El mármol, tiene función de soporte y guía, por cuyo motivo es el útil fundamental del trazado al aire . La forma de un mármol de trazado es semejante a la de los mármoles de verificación, pero se diferencia de ellos en que suele ser mayor su superficie y no está tan perfectamente acabada como en aquéllos . Según el tipo de trazado a que se destine, podrá ser rasqueteado o simplemente acabado en la cepilladora . Para el mejor apoyo de las piezas, conviene que estén surcados en una o dos direcciones por ranuras equidistantes. Deben colocarse sólidamente asentados y bien nivelados (fig . 15 .1) . 15 .2 .2
Gramil (figs. 15 .2 y 15 .6) Es un instrumento muy utilizado en el trazado al aire, sirve para marcar líneas paralelas entre sí y a una base de apoyo o referencia . Generalmente, la superficie de referencia es la del mármol de trazado. El gramil consta de los siguientes elementos: - una base, torneada o cepillada .y perfectamente planeada en su asiento. Algunas veces lleva rebajos en forma de V para poderlos apoyar sobre árboles o guías; - un vástago o barra vertical -fija o articulada-; - una corredera que se desliza por el vástago; - una punta o rayador de acero afilado por sus dos extremos ; uno de ellos suele ir doblado (fig . 15 .2) . Otras aplicaciones del gramil Si bien el fin principal del gramil es el trazado, se usa también para verificar superficies paralelas y como auxiliar para comprobar la colocación de las piezas en las máquinas herramientas . Al usar el gramil, hay que tener en cuenta : - que el rayador debe pasarse una sola vez para hacer un trazado; - evitar la flexión del rayador, con el empleo de varillas cortas ; - la punta del rayador afílese de forma cónica, nunca en forma de cuchilla ; - preséntese la punta normal a la superficie que se va a rayar y ligeramente inclinado según la dirección del rayado (fig . 15 .4) . - Otros tipos de gramiles En la figura 15 .4 se muestra un gramil especial para trazado de paralelas en sentido horizontal y en la figura 15 .5 otro tipo para trazado de paralelas en sentido horizontal . 15 .2 .3
Calzos
Son unos prismas de fundición, de formas muy variadas ; tienen siempre uno o más rebajos en forma de V, para que puedan colocarse en ellos piezas redondas (fig . 15 .8) . 98
15.2.4 Cuñas Sirven para apoyar y nivelar las piezas (fig. 15.9) ; pueden ser de regulación a saltos -cuñas con dientes-, o sin saltos, a tacto o por tornillo . 15.2.5 Gatos Tienen el mismo objeto que las cuñas, pero se utilizan para alturas mayores (fig . 15.10) . 15.2.6 Escuadras de trazar y cubos o dados Son de fundición y tienen superficies bastante grandes . Colocadas encima del mármol ; forman con él un ángulo de 90° y sirven para apoyarse en ellos el gramil y trazar líneas perpendiculares . Suelen llevar ranuras para poder fijar, si fuese preciso, las piezas que hay que trazar (figs. 15.11 y 15.12) .
Fig . 15.4
Gramil horizontal,
15.2.7 Mesas y escuadras orientables (figs . 15.13 y 15.14) Pueden inclinarse y formar con el mármol un ángulo cualquiera. 15.2 .8 Aparatos divisores (fig . 15.15) Tienen un mecanismo para variarla posición de la pieza logrando desplazamientos angulares equidistantes o no. 15 .3
Proceso del trazado 1 .° Pintar, como se dijo en el tema 14, las partes necesarias . 2 .° Si hay agujeros en bruto, y debe localizarse el centro, se taponan con una madera que lleve una chapa metálica (fig. 15.16) . 3.° Estudiar detenidamente el plano e instrucciones .
Soportes o apoyos
Mármoles Escuadras de trazado Mesa orientable Aparato divisor Cubos o dados Simples Calzos en V [Múltiples Calzos Gatos Reglas
7Auxiliares Guías
Fijos [Regulables Simples [Angulares
Escuadras Machos
De medida
Instrumentos y accesorios de trazado
Fig . 15.6 Gramil con regla graduada fija y nonios.
Simples Con solapa En T .
Metros metálicos Calibre pie de rey Transportador de ángulo Regla graduada Regla graduada vertical Gramil de altura graduada Aparato divisor
Fig . 15.7 Aplicación de un gramil de precisión .
7Punta de trazar Gramiles Activos
Granetes
_Compases
Vástago fijo Vástago inclinable De trazar De agujeros [Automático De puntas Con muelle y tornillo Con pata y punta [De varas
Fig. 15,8
99
Calzos en V.
Fig. 15.11 Fig. 15.10 Fig. 15.9
Cuñas graduables.
Fig. 15.12
Cubo de trazar.
Escuadra de trazar.
Gatos graduables.
4.° Estudiar el proceso de trazado, para que podamos llegar al final sin contratiempos y sin repetir operaciones y posturas . 5.° Si precisa hacerse algún cálculo, por ejemplo, para transformar distancias dadas por ángulos, debe repasarlos y comprobarlos por el encargado responsable . El orden del trazado propiamente dicho puede ser tan variado como el número de piezas ; pero, como norma general, podemos señalar el orden siguiente : 1 .0 trazado de un plano principal ; 2 .0 trazado de los planos paralelos a él ; 3.o repetir las dos operaciones anteriores con el segundo plano; 4.° repetir igualmente con el tercer plano; 5.o trazado de puntos o planos singulares, si los hay; 6.° trazado dé agujeros, en caso de necesidad . Resumen de los instrumentos de trazado En el esquema de la página anterior se presentan todos los instrumentos empleados en el trazado plano y al aire. 15.4
Fig. 15.13
Escuadra orientable.
Fig. 15.14
Mesa orientable.
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO Describe el emplea de los instrumentos de trazado más importantes.
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN - Dados los planos de una pieza, estudiar su - Hacer el trazado de alguna pieza sencilla .
CUESTIONARIO
Fig. 15.16
-
Taponado de agujeros .
100
trazado .
¿Qué es el mármol de trazar? Describir sus particularidades . ¿Qué es un gramil? ¿Por qué la punta del gramil debe afilarse cónica y no plana? ¿Qué son los barnices de trazar? ¿Cómo se empieza el trazado cuando hay agujeros que deban mecanizarse?
4, Operaciones a mano
Terna 16. Taller mecánico y puesto de trabajo OBJETIVOS - Conocer la organización y funciones del centro de trabajo donde desarrollará su actividad al acabar el aprendizaje . - Conocer la organización de un taller mecánico. - Conocimiento detallado de las secciones y departamentos más característicos de un taller mecánico. - Conocer los objetivos y organización del servicio de fabricación . - Tener idea clara de lo que es un puesto de trabajo e identificar los más importantes. GUIÓN - ¿Qué -
es un taller mecánico? Objetivos de un taller mecánico . Funciones técnicas de un taller mecánico . Otras secciones . Puesto de trabajo .
PUNTOS CLAVE - Finalidad de
cada una de las funciones técnicas . - Saber diferenciar cada una de las secciones de un taller .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 16 .1
¿Qué es un taller mecánico? Taller mecánico es el conjunto de instalaciones, maquinaria, dependencias y puestos de trabajo -con el personal directivo y productor adecuado- organizados de tal manera que puedan cumplir su objetivo y obtener el máximo rendimiento . 16 .2
Objetivos de un taller mecánico La finalidad de un taller mecánico, como empresa, es realizar un trabajo o prestar un servicio a cambio de una retribución y de un margen de beneficio, Para lograr esta finalidad, hacen falta unos organismos que desarrollen servicios o funciones determinadas.
Funciones técnicas de un taller mecánico La realización del trabajo comprende cierto número de cometidos indispensables, tales como : ., - estudio del proyecto que se va a ejecutar; - establecimiento del proceso de trabajo ; - preparación de las herramientas y materias primas ; - distribución del trabajo ; - control o comprobación . A estos cometidos, para los cuales hay que contar con los organismos competentes, se les designa con el nombre de funciones técnicas o servicios técnicos y son : - Dirección técnica : previsión y coordinación ; - Oficina técnica : preparación de planos y documentos técnicos; - Función métodos : analizar los trabajos, preparar fichas de trabajo, prever el utillaje* que se va a utilizar; - Función preparación : establecer instrucciones y estudiar tiempos ; - Función estudios utillaje : proyecto y realización de utillaje ; - Función distribución : distribución de los trabajos, planos e instrucciones, material, herramientas ; - Función fabricación : mecanizado y montaje ; - Función verificación : comprobación de la calidad ; - Entretenimiento : conservación de maquinaria, utillaje e instalaciones . Todas estas funciones técnicas son de gran importancia . Por razón de brevedad, y dada la índole de la presente obra, sólo daremos una idea de las que más nos conciernen, dejando para otros cursos las restantes . 16.3
16.3 .1 Función Fabricación Aquí vienen a converger los trabajos realizados en las otras funciones . De su eficacia depende que el trabajo realizado por aquéllas no se malogre . Por otra parte, deberá organizarse el trabajo de tal manera, que no se produzcan paros o se malogren piezas, por defectos en la interpretación de los planos, retrasos en servir las herramientas o materiales. Esta es la función realizadora por esencia : la que, por así decirlo, caracteriza un taller mecánico . En principio, un taller de fabricación comprende : - taller de preparación de utillaje ; - uno o varios almacenes de herramientas y utillaje; - secciones de mecanizado y montaje; - sección de entretenimiento y conservación. 16 .3.1 .1 Taller de preparación de utillaje Es una sección para la preparación del trabajo, con inclusión, algunas veces, de la ejecución de prototipos* . Se construyen en él : - los portapiezas : que deben fijar con rapidez ; facilidad y precisión la pieza a la máquina ; - los porta herramientas, las herramientas y los útiles cortantes normales y especiales; - las matrices*, estampas* y moldes*; - en casos particulares, los aparatos de control y montaje . El taller de utillaje debe disponer de las mejores máquinas y de los mejores operarios, puesto que la mayor o menor precisión de los productos fabricados depende en gran parte de la precisión que posean los útiles y herramientas que hay que emplear . Este taller estará dotado de máquinas clásicas universales y especiales : tornos, fresadoras, taladradoras, mandrinadoras, punteadoras, cepilladoras, rectificadoras, pantógrafos, etc. Una sección importante de este taller de utillaje es la de afilado de herramientas . 16.3.1 .2 Almacén de herramientas En el almacén de herramientas, -puede haber varios distribuidos por todo el taller, según su capacidad-: - se reciben las herramientas de los proveedores o del taller de utillaje ; - se comprueba su perfección o calidad y se las clasifica y ordena para distribuirlas según las necesidades programadas; - se reciben las herramientas o útiles desgastados o deteriorados y se mandan reparar al taller de utillaje o se encargan otras nuevas a la sección de compras . 102
16.3.1 .3 Sección de mecanizado y montaje Su número puede variar mucho según el tipo de taller y los :procesos .Ae mecanizado . Podemos dividir los tipos de taller en dos grandes grupos : : - taller de mecánica general ; - taller de fabricación en serie. 1.° Talleres de mecánica general Se agrupan las máquinas en secciones, según la clase de trabajo que .:reati-zan : tornos, taladradoras, cepilladoras, fresadoras, mandrinadoras, rectificadó=~ ras, etc . . Este tipo de distribución facilita la comprobación del trabajo realizado, por parte de los contramaestres o jefes de sección . Las piezas pasan de una sección a otra para someterse a las diversas fases de trabajo . También puede destinarse una parte de las máquinas al desbaste y otra :, parte al acabado, particularmente para las piezas que requieran un tratamiento.,..'intermedio. Otras veces se agrupan las máquinas grandes con el fin de que puedan servirse de grúas-puente. La sección de ajuste o montaje deberá situarse en el lugar idóneo, según el proceso de fabricación .
CONJUNTOS FABRICADOS AL ALMAC£N LINEA DE MONTAJE
PIEZAS FABRICADAS
LINEA DE APROVISIONAMIENTO ~ME DE ALMACENES
Fig. 16.1 Esquema de las líneas de fabricación en serie.
Talleres de fabricación en serie En estos talleres, se instalan las máquinas en el mismo orden de las fases u operaciones de mecanizado, es decir, formando línea de mecanizado. Algunos talleres sólo hacen un tipo de piezas, otros hacen varias piezas que puedan agruparse o montarse formando un conjunto. En estos casos, una línea transversal al final dulas de fabricación constituye la línea de montaje. Habrá otra linea al principio para el aprovisionamiento (fig. 16.1) . 2.0
16.3 .1 .4 Entretenimiento o mantenimiento No hace falta ponderar la importancia de esta función, ya que resulta evidente que no se podrá llevar a cabo una fabricación en buenas condiciones si no se mantiene en perfecto estado el conjunto de edificios, instalaciones y maquinaria . Habrá que prever revisiones periódicas y sistemáticas, y estar preparados para realizar rápidamente y con eficacia las reparaciones imprevistas . Será un medio eficaz, en beneficio tanto de la empresa como del cliente. 16.4
Otras- secciones
16.4 .1 Almacén de materias primas, cuya misión consiste en : - recibir los materiales; - controlar su calidad y cantidad ; - clasificarlos ; - distribuirlos a quien los solicite. Para atender las necesidades de fabricación, puede disponerse de un taller de troceado y preparación de material .
Fig. 16.2 Puesto de trabajo de taladrado .
16 .4.2 La sección de verificación Es muy amplia la función de verificación o control . Nos limitaremos aquí al: - control de materiales ; - control de productos fabricados. 16.4 .2.1 Los materiales se comprueban o verifican : - cualitativamente en los laboratorios ; - cuantitativamente en el almacén . 16.4 .2.2
La verificación de los productos fabricados puede hacerse : - por el propio operario en su puesto de trabajo -autocontrol- ; - por la propia máquina con medios automáticos;
Fig. 16.3 Puesto del almacenista .
103
- por verificadores que pasan por los puestos de trabajo y que utilizan sus propios calibres, distintos a los de los operarios -control ambulante-; - por un servicio de control central : se comprueban en él las piezas una vez terminadas, o bien, al pasar de una operación a otra . Otras veces los clientes mandarán a los talleres sus propios verificadores .
16 .5
Puestos de trabajo
Cada una de estas secciones consta de una serie de puestos o lugares de trabajo, con espacio, herramientas, máquinas, etc., suficientes y adecuadas para la realización del trabajo . Cada trabajo o tarea se puede dividir en : Fase : es el trabajo realizado en un puesto de trabajo, por el operario responsable del mismo. Si la sucesión de operaciones en la misma máquina exige desmontar la pieza, la fase se descompondrá en tantas subfases como nuevos montajes de la pieza se requieran. Llamamos operación a todo lo que suponga un paso adelante en la mecanización o tarea, de suerte que, si se suspendiese el trabajo, no habría necesidad de repetir el trabajo hecho. Preparar la - máquina, ponerla en marcha, sujetar la pieza, no son operaciones en este sentido. Dar una pasada, trazar un punto de granete, hacer un pequeño taladro, sí son operaciones. Otros puestos de trabajo. En el taller mecánico, hay gran variedad de puestos de trabajo, a tenor de las varias fases que en él puedan realizarse . En algunos temas explicamos cada una de las operaciones que en cada puesto de trabajo podemos realizar . En la figura 16 .2, aparece el puesto de taladrado, y en la 16 .3 el puesto del almacenista. 16 .5 .1 Doble
Sencino
Fig. 16.5 Banco de ajustador.
Puesto de trabajo del ajustador (fig . 16 .4)
Antes de pasar a describir el puesto del ajustador mecánico hagamos unas aclaraciones : 16 .5 .1 .1
Ajuste
Esta palabra comprende acepciones tales como : - elaborar completamente una pieza metálica a mano, según unas formas y medidas fijadas de antemano : hacer una chaveta, una llave, etc.; - acabar y retocar piezas trabajadas previamente a máquina : rasquetear un mármol o bancada que se haya planeado en una cepilladora ; - adaptar dos o más piezas que deban trabajar una dentro de la otra : rasquetear y ajustar la cabeza de una biela a un cigüeñal, ajustar un punzón en una matriz o estampa ; - montar un mecanismo o máquina haciendo las operaciones necesarias para ello . 16 .5 .1 .2
Elementos básicos del puesto del ajustador
Según el trabajo específico del ajustador, el puesto de trabajo puede presentar ciertas peculiaridades pero los elementos básicos de todos ellos son : - el banco de ajustador; - el tornillo de banco; - las herramientas de trabajo y verificación ; - las herramientas auxiliares . 16 .5 .1 .2 .1
Fig. 16.7
Limas ordenadas en cajones .
Banco de ajustador
Consta esencialmente de una robusta mesa donde se fija el tornillo de banco, que a su vez sirve para fijar las piezas que deban trabajarse . Es ordinariamente de madera o de madera y metal combinados . También se hacen totalmente metálicos. Su construcción debe ser sólida, 'su altura de 80 a 90 cm y su ancho de 70 a 80 cm . Puede ser sencillo o doble (fig . 16 .5) . En este banco se fijan los llamados tornillos de banco, los cuales no deben estar demasiado juntos unos con otros; de disponer de espacio suficiente, será conveniente colocarlos a 1,50 m de distancia ; la mayor o menor separación dependerá del tipo de trabajo normal que deba realizarse en la sección de ajuste . 104
Debajo de la mesa, se dispone de uno o dos cajones por tornillo para guardar en ellos las herramientas. Deben tener los bancos algún dispositivo o sistema para sostener los dibujos, de manera que no se deterioren. En los bancos dobles es recomendable que haya en el centro una pequeña repisa, a manera de separación, no más alta de 20 cm. La separación representada en la figura 16.5 es muy práctica, pues sirve no sólo para proteger a los operarios que trabajen uno frente al otro, sino también para poder colgar en ellos unos marcos o tableros con los dibujos . En la figura 16.6 se muestra un moderno banco de ajuste hecho de palastro, plegado y soldado. Los bancos de pocos puestos de trabajo tienen el inconveniente que, por su poco peso, deben sujetarse al suelo . Tienen la ventaja de que pueden orientarse bien a la luz y adaptarse al espacio disponible. Si el trabajo no es muy duro, tampoco será necesario fijarlos al suelo. Los bancos de la figura 16.6 trabajan perfectamente sin fijarlos . 16.5.1 .2.2 Tornillo de banco Es un instrumento que sirve para sujetar las piezas que se han de trabajar . Hay dos tipos principales de tornillos, a saber: tornillos articulados y tornillos paralelos . - Tornillos articulados, (fig. 16.8) . Estos tornillos se construyen de acero forjado y resultan muy resistentes, por lo que son indicados para trabajos de cerrajería y de forja ; no son apropiados para trabajos de ajuste, porque sus mandíbulas no se conservan paralelas al abrirse, (fig. 16.9) por cuyo motivo no sujetan bien las piezas o las deforman si se aprietan demasiado . El tornillo articulado se compone de un brazo fijo (1) y otro (2) que puede oscilar sobre el perno (3) . El tornillo (4) se enrosca en una tuerca (5) encajada al brazo fijo (1 ) . El resorte (6) hace que el brazo móvil se mantenga siempre lo más abierto posible, según se lo permita el tornillo (4) . La barra (7) sirve para hacer girar el tornillo (4) y así, separar o juntar las mandíbulas del tornillo, que así se llaman las partes superiores de ambos brazos (transparencia 2.1 ). - Tornillos paralelos, (fig. 16 .10) . Al igual que los articulados, los tornillos paralelos constan de una mandíbula fija (1) y de otra móvil (2) . Se construyen de hierro colado o de acero fundido (transparencia 2.2) . Estos últimos son más caros, pero resultan más resistentes. En la parte superior de las mandíbulas, llevan unas piezas, (3) llamadas mordazas, las cuales están estriadas para que puedan sujetar ; las piezas sin necesidad de ejercer sobre ellas demasiada presión . La diferencia esencial entre estos tornillos y los articulados es que, sea cual fuere la abertura de las mandíbulas, las mordazas quedan siempre paralelas y sujetan así en perfectas condiciones las piezas de cualquier tamaño . La apertura y cierre del tornillo se efectúa, igual que en el tornillo articulado, por medio de la barra (4) y del tornillo (5) que se enrosca en una tuerca alojada en la mandíbula fija. La mandíbula móvil se ajusta, por deslizamiento suave, a la fija . Conviene que no tenga demasiada holgura y que estén protegidas contra las limaduras . Para la utilización y conservación del tornillo de banco y del puesto de trabajo en general ver la carpeta de prácticas . 16.5.1 .2 .3 Herramientas Las herramientas de trabajo, las de verificación y las auxiliares en temas aparte .
se estudian
MEDIOS DIDACTICOS Transparencias :
2.1 Tornillo articulado . 2.2 Tornillo paralelo .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Estudia detalladamente uno cualquiera de los puestos de trabajo de tu taller .
- Visita un taller o talleres y comenta su organización, principalmente la función de Fabricación . - Haz un informe de la distribución de las secciones o cadena para fabricar un elemento mecánico, según un plano concreto . Puedes visitar algún taller de la localidad. - Ver carpeta de prácticas.
105
Fig. 16.8
Tornillo articulado.
Fig. 16.9 Detalle de la forma de sujeción en un tornillo articulado
Fig. 16 .10
Tornillo paralelo .
CUESTIONARIO - ¿Qué entendemos por Fabricación? - ¿Qué secciones comprende Fabricación? - Cita algunos de los trabajos que realiza Preparación de utillajes. - ¿Qué debe hacer el almacén de herramientas? - ¿Qué diferencia hay entre un taller de fabricaciones generales y otro de fabricación en serie? - Verificación, ¿depende de Producción? ¿Por qué? - ¿Qué es lo esencial o característico de un puesto de trabajo? ¿Qué es una fase? - ¿Qué es una subfase? - ¿Qué es una operación? - Explica con algún caso práctico los conceptos: fase, subfase, operación, preparación de máquinas y maniobra . BIBLIOGRAFÍA CHEVALIER A., Análisis y métodos de los trabajos, Tecnología de las fabricaciones . mecánicas, fascículo 16, Ediciones TEA, Madrid 1966 . FEIRER J. L.-TATRO E. E., Maquinado de metales en máquinas herramientas, Compañía Editorial Continental, México 1965 . HEURLEY A., Organización de talleres, Tecnología de las fabricaciones mecánicas, fascículo 15, Ediciones TEA, Madrid 1961 . VOCABULARIO TÉCNICO Utillaje : Conjunto de dispositivos que acompañan a una máquina-herramienta para una fabricación determinada . Prototipos : Máquina original que se fabrica como modelo . Matrices : Conjunto mecánico que sirve para producir piezas de chapa en serie. Estampas : Conjunto mecánico que sirve para cortar y doblar piezas en serie. Moldes: Modelos mecánicos que sirven para la confección en serie de piezas con forma corpórea determinada en frío o en caliente .
Tema 17.
Limas
OBJETIVOS - Conocimiento de la lima como herramienta básica de la profesión. - Determinar las características de una lima por su forma y tamaño . - Definición de picado y clases de picado en una lima . - Seleccionar las distintas clases de picado según el material a trabajar. - Conocimientos de limas especiales. - Forma, tamaño, material y colocación de los mangos de las limas. - Determínar las normas para la correcta elección de las limas. GUIÓN - Partes de una lima. - Elementos característicos de una lima . - Limas especiales . - Mangos comunes para limas. - Normas para la elección de las limas. PUNTOS CLAVE - Diferenciación de las limas por su forma, tamaño y picado . - Colocación de mangos . - Normas de seguridad en el manejo de las limas. - Elección correcta de la lima según las operaciones y el material a emplear. EXPOSICIÓN DEL TEMA La lima es una barra de acero templado, de superficie áspera, cuyo objeto es rebajar y pulir metales. 17 .1
Partes de una lima Las partes principales de una lima son : cuerpo, punta y espiga o cola, (figura 17 .1) . - Cuerpo . Es la parte central de la lima con la aspereza que sirve para limar. 10 6
Fig. 17.1
Partes de una lima.
Punta. Es la parte opuesta al mango. - Espiga. Es de sección poligonal, generalmente rectangular, cónica y en ella se coloca el mango. -
17.2
Elementos característicos de la lima Los elementos característicos de la lima son: la forma, el tamaño, el picado, ángulos del diente y el grado de corte . 17.2.1 Forma Por la forma de una línea se obtiene la figura geométrica de su sección transversal . Las formas normales de las limas son (fig. 17.2) : - plana : La sección transversal es rectangular . Si tiene punta se llama carleta o plana de punta; y si no la tiene, carrada o plana paralela . Las limas planas son las de uso más general en el taller. - cuadrada : Se emplean para agujeros, chaveteros, superficies planas, etcétera . - redonda : Se emplea para superficies cóncavas, agujeros, etc. - media caña: La sección es de un segmento circular . Con la cara plana, se pueden ejecutar los mismos trabajos que con las limas planas . Se emplean para ángulos cóncavos de menos de 60°. La parte circular se emplea para superficies curvas cóncavas, y para grandes agujeros circulares u ovalados. - triangular. La sección es un triángulo equilátero . Se presta muy bien para ángulos mayores de 60° y para limar superficies planas de precisión . - formas especiales: Además de las formas normales que acabamos de enumerar, se fabrican limas de hoja de cuchillo, (fig . 17 .3), de hoja de salvia, lengua de pájaro o almendrada, de doble cuchillo o rómbica, para superficies cóncavas o convexas de difícil factura, para repasar roscas, rotativas para moldes y otras aplicaciones (fig . 17 .4) .
Fig. 17.2
Formas de limas.
aa
4 Fig. 17.3
Formas especiales.
1 .4
1'
17.2.2 Tamaño Se entiende por tamaño de una lima la longitud del cuerpo expresada en pulgadas inglesas' (fig. 17 .1) . Los tamaños más corrientes de las limas son : 3", 4", 5", 6", 8", 10", 12" y 14". En general, la lima debe ser más larga que la superficie que se ha de limar. 17.2.3 Picado Se llama picado a la rugosidad de la lima . El picado puede ser (transparencia 3.1 ) : - sencillo : El producido por una serie de entallas o ranuras paralelas . Tiene una inclinación respecto al eje de la lima de 70° (fig . 17.5) . Las limas con este picado se emplean ordinariamente para trabajar metales blandos como plomo, cobre, estaño, aluminio, etc . - doble : Es aquél en el cual, encima de un picado sencillo, se hace otro de menor profundidad y transversal al primero . El ángulo de este segundo picado respecto al eje de la lima es de unos 454 (fig. 17.6) . Las limas con picado doble son las más adecuadas para el trabajo de ajuste . Las ranuras del picado se hacen por medio de unos cinceles y máquinas especiales con distintos ángulos, (fig. 17.7), según los materiales que se hayan de trabajar.
91
11
(1] ¡t
Fig. 17.4 Formas especiales: A, limas para superficies cóncavas y convexas; a, lima para repasar roscas ; C, limas rotativas.
17.2.3.1 Ángulos de los dientes Cada diente de la lima se comporta como una auténtica herramienta de corte con sus ángulos característicos (fig . 17 .8) : « = ángulo de incidencia ; Una pulgada inglesa equivale a 25,4 mm . Las medidas en pulgadas inglesas se escriben con dos comillas. Así 3" significa tres pulgadas . 10 7
Fig. 17 .5 . Picado sencillo .
p = ángulo de filo; y = ángulo de desprendimiento . Estos ángulos deben ser distintos según los materiales a trabajar. Para materiales duros, el ángulo de desprendimiento llega a ser negativo, resultando los dientes más resistentes (fig. 17 .9) . Expresamente se han exagerado algo los ángulos en las figuras para hacerlos destacar; la figura 17 .10 muestra un picado para materiales blandos . 17 .2.4
Fig. 17.6 Picado doble . cincel
l
' Fig, 17.7
Picado de las limas.
Grado de corte
Del picado depende también el grado de corte . Se entiende por grado de corte, el número de dientes que entran por centimetro cuadrado de superficie picada.
Varía entre 18 y 1 200 dientes por centímetro cuadrado. Según el grado de corte, se distinguen tipos de lima, denominadas : - limas bastas (fig. 17.11A) ; - limas semibastas (fig. 17.1113) ; - limas entrefinas (fig. 17.11 C) ; - limas finas (fig. 17.11D) . Aun para la misma denominación de basta, sencilla, entrefina y fina, el grado de corte es proporcional al tamaño de la lima. V. gr., una lima basta de 12" tiene menos dientes por Cm 2 que otra lima basta de 4". 17.2.4.1 Grados de corte especiales Se fabrican, para trabajos especiales, limas con otros grados de corte. Para distinguirlas, se pueden denominar gruesas, las que tienen los dientes más grandes que las bastas ; semibastas, las que los tienen intermedios entre las bastas y las entrefinas; y entrefinas, las que tienen mayor número de dientes aún que las finas. 17.3
Fig. 17.8
Ángulos de los dientes.
Fig. 17.9 Ángulos para metales duros.
i Fig. 17.10 Ángulos para metales blandos,
Limas especiales Hay diferentes tipos de limas adaptados a las necesidades .
17.3.1 Con mango de acero Son limas pequeñas que para su manejo llevan, en lugar de la cola normal, en la cual se coloca el mango, una espiga o cola cilíndrica que sirve para empuñarlas . Se llaman también limas de relojero o de aguja, e impropiamente, limas de cola de ratón 1 (fig. 17 .12) . 17.3.2 Limas para máquinas Se diferencian de las otras en que la espiga y la punta, es decir, los dos extremos, son iguales y de forma especial para poderlas fijar adecuadamente en la máquina (fig. 17.13A) . Se emplean también limas de disco (figs. 17 .138 y C) . 17 .3.3 Con picados especiales Además de los picados sencillo y doble se emplea algunas veces el picado curvilíneo (fig. 17.16) y los picados de escofina (fig. 17.17), que se utilizan para metales muy blandos y para madera . La forma más empleada con estos picados es la de media caña. También se emplean alguna vez limas redondas y más raramente en limas cuadradas .
1111111
Fig. 17.16
Fig . 17.11 Grados de corte : A, basto ; B, semibasto ; C, entrefino; D, fino.
illlllllllllll'
Picado curvilíneo.
IlII11111111C
Se construyen también limas con dientes fresados, en lugar de picados . Son parecidas en el aspecto exterior a las limas de picado sencillo, pero éste es mucho más uniforme y regular . Llevan un picado cruzado muy fino, también hecho con fresa y generalmente en forma curvilínea (fig. 17 .18) . Tienen el inconveniente de resultar más caras que las normales. Limas de cola de ratón : son las limas redondas de punta troncocónica. 108
Limas aguja
D
D
mm\\\\\\\w\`\\\\\\\\D\\\\\0\\\0\\m
FMI :~iin~par~lcl :
B
lengua pájaro
Fig . 17,12 Limas con mangos de acero. 0 Juego de limas de aguja,
C
Fig. 17.13 Limas para máquinas: A, limas de máquinas para movimientos rectilíneos; B, lima de disco ; C, lima de anillo,
pana de punta
17.4
Mangos comunes para limas En las espigas de las limas normales se encaja un mango, por el cual se cogen para limar. Estos mangos son de madera dura, de haya o fresno y, a veces, de plástico . Para evitar que se abran, llevan en su parte anterior un anillo metálico de refuerzo (fig. 17.19) . El tamaño del mango debe ser proporcionado al tamaño de la lima. 17 .4.1
Colocación de los mangos en las limas Para colocar un mango a una lima, se hace un taladro o agujero bien centrado en el mango y de dimensiones proporcionales a la cola de la lima. No debe hacerse demasiado pequeño porque podría romperse el mango al forzarlo para alojarlo en su sitio o quedar muy saliente . Debe ponerse especial atención en que quede bien centrado y alineado con el eje de la lima . De no hacerse así, se trabajará en malas condiciones . En la figura 17 .20, pueden verse mangos mal colocados .
Fig. 17.14 Detalle del limado en una máquina con movimiento alternativo.
17.4 .2 Mangos especiales Existen hoy mangos de plástico, con agujero ajustable, (fig. 17 .21A) . Para limas de mango metálico, se emplean mangos de plástico (fig. 17.21 B) . Para evitar pérdida de tiempo y el riesgo de no dejar bien colocados los mangos, es conveniente que cada lima tenga su propio mango. Cuando se han de trabajar superficies de mayor longitud que el tamaño de la lima, se acopla a ésta un mango especial de hierro (fig. 17 .22) . Si no se dispone de esta clase de mangos y el trabajo a realizar es de importancia, puede doblarse la espiga y el final del cuerpo (fig. 17.23), teniendo cuidado especial en no calentar más que la parte que deba doblarse, para evitar que se destemple el resto de la lima. 17.4.3 Limas flexibles Hoy día se hacen limas muy delgadas y flexibles, similares a las de las máquinas (fig. 17 .13A) que, colocadas en mangos especiales, sirven para limar grandes superficies o superficies curvas (fig. 17.24) . Normas para la elección de las limas 1 .a Una buena lima debe cumplir los requisitos siguientes : - que no esté alabeada o torcida ; - que sea algo más gruesa por el centro que por la punta -ligeramente bombeada- ; esto facilita el limado plano, - que los dientes del picado no queden paralelos al eje de la lima, sino formando con él líneas inclinadas o quebradas (fig . 17.25) ;
Fig. 17.15 de disco.
Máquina de limar
Fig. 17,17
Picado de escofina.
17.5
109
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ti'lljt¡11hUU.'ti Fig . 17.19
Mango de lima . i. tift! mrffi
AVE W1-71.
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que la forma de los dientes sea robusta . En la figura 17 .9, puede verse el perfil correcto de una lima para metales duros, acero, fundición, etc ., y, en la figura 17.10, el perfil de otros dientes, para metales blandos, aluminio plo-, mo, etc. ; - que el mango de la lima sea suficientemente fuerte ; de no tener en cuenta este requisito, puede uno lastimarse gravemente durante el trabajo ; - que el tamaño, forma y grado de corte sean adecuados al trabajo que haya de realizarse. -
C Fig. 17.20 Colocación de mangos : A, mango insuficientemente colocado ; B, mango torcido ; C, mango bien colocado.
Tabla 17 .26 Picado
Propiedades
`TT Fig. 17.21A
Fig. 17.218
Mango de plástico ajustable .
13
Mango de plástico.
Los dientes están desplazados con el fin de evitar huellas .
Lima embotada, la viruta no cae .
se^°°'° rect°
I,Ik\tt\N - - - - YYCSlSencillo
1
Expulsa la viruta costado .
'
Expulsión de la viruta por ambos lados . Se debe hacer mucho esfuerzo sobre la lima .
inclinado
lFAKI Mango de hierro arqueado.
Empleo
Doble o cruzado
ill. ccurvo
Fig. 17.22
Propiedades y empleo de las limas .
con encellas
por el
Expulsión de la viruta ambos lados . No se nenesita tanto esfuerzo como en el caso anterior .
Limado de materiales férreos (aceros, fundíciones . . .~ .
Limado de materiales blandos : (estaño, plomo, zinc, aluminio . . .) .
Limado de madera, cuero, plástico . . .
Los dientes están independientes entre si y alejados unos de otros. Especial
Fig. 17.23 Lima con espiga doblada para grandes superficies.
SEGURIDAD E HIGIENE Recuérdese, además de lo dicho en el apartado de los mangos, que para hacer el taladro previo a la colocación de las limas en los mangos, es preciso sujetarlos bien durante la operación ; y no solamente con la mano por el daño que ello pudiera ocasionar .
MEDIOS DIDÁCTICOS
11,11111111111"l"1111111111111111)11)Illll)11)IIII1111111N111)1 ;111
Fig. 17.24 Limas flexibles y mangos especiales para grandes superficies o superficies curvas .
Audiovisuales Transparencia : 3 .1 Picado de las limas . Diapositivas : 3 .1 .1 Limas diversas con sus mangos . 3 .1 .2 Picados sencillo y doble . 3 .1 .3 Efecto producido por la alineación de los dientes . 3 .1 .4 Mango excesivamente grande para lima pequeña . 3 .1 .5 Colocación correcta del mango . 3 .1 .6 Colocación correcta del mango . 3 .1 .7 Las limas desordenadas se estropean . 3 .1 .8 Nunca deben estar los instrumentos de precisión en contacto con las limas . 3 .1 .9 Banco ordenado para el trabajo .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Importancia de los mangos en las limas .
- Recopilar de entre varios catálogos todos los tipos de limas distintos por su forma y por su picado . Explicar el porqué de tanta diversidad .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN - Colocación de mangos de lima .
- Selecciona y ordena las varias limas de tu equipo en tu puesto de trabajo : durante el trabajo ; al terminar el trabajo . - Limpieza de las limas, empleo de la carda .
CUESTIONARIO
- Hay limas que tienen la punta adelgazada, ¿cómo se las llama y qué ventaja o inconveniente presentan? - Otras limas no son planas en su sentido longitudinal, ¿es una ventaja o inconveniente? - ¿Qué criterios seguirías para elegir las limas según su grado? - ¿Para qué es el anillo metálico en los mangos de madera? - Clases de limas según su forma . Haz una relación y dibuja la sección geométrica transversal de cada una . - Compara una lima tallada con una fresada . ¿Qué diferencias encuentras en los ángulos y en el paso? - El ángulo de filo de una lima vale 70° y el ángulo de incidencia 35° ; ¿qué valor tiene el ángulo de desprendimiento?, ¿es negativo o positivo? - ¿De qué clase de material se fabrican las limas? - Dibuja una lima y señala los nombres de las diferentes partes . BIBLIOGRAFÍA
Fig. 17.25 Picado y huellas.
DANOWSKY H ., Manual Práctico de Tecnología Mecánica, Gustavo Gili, Barcelona 1971 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 . VAN GELDER T. J ., Curso de Formación Profesional -Oficial Mecánico-, Ediciones Urmo, Bilbao 1971 .
Tema 18.
Limado : generalidades
OBJETIVOS - Conocimiento teórico-práctico del empleo de las límas. GUIÓN
- Objeto del limado .
- Fijación de las piezas en el tornillo de banco .
PUNTOS CLAVE - Fijación correcta de las piezas . - Manejo de las limas . - Posturas correctas para limar. - Prevención de accidentes .
EXPOSICIÓN DEL TEMA La operación de limar, o simplemente el limado, es una de las tareas básicas en mecánica : puede hacerse a mano o a máquina . De por sí es una operación de acabado aunque cada día es menos empleada gracias a la precisión con que trababan las máquinas. Con todo, en superficies pequeñas o en materiales blandos, se puede desbastar con limas bastas o especiales . Podemos decir, pues, que limado es una operación que tiene por fin rebajar, pulir o retocar piezas metálicas y arrancar así pequeñas porciones de material en forma de virutas o limaduras.
Llamamos desbastar, cuando empleamos limas bastas, y las superficies quedan con huellas fácilmente apreciables a simple vista, lo cual no reviste importancia . El pulido, por el contrario, implica el empleo de limas finas o extrafinas y que las huellas ya no sean apreciables a simple vista. 18.1
Fig. 18.1
Empleo de mordazas postizas .
Objeto del limado Tiene por objeto trabajar caras planas o curvas, interiores o exteriores para obtener : - las dimensiones fijadas de antemano según unas tolerancias, - las calidades superficiales exigidas en el plano, - el paralelismo, escuadra o ángulos de las caras de las piezas . 18.2
Fig . 18.2 Colocación de piezas centradas en las mordazas.
M°?
Fig. 18.3 Colocación de piezas delgadas,
Fig. 18.4 Sujeción de piezas largas.
Fig. 18.5
Mordazas de forma .
Fijación de las piezas en el tornillo de banco La operación de limar requiere, ante todo, la fijación de la pieza en el tornillo de banco . Las piezas ya desbastadas o pulidas, hay que protegerlas, colocando mordazas postizas (fig. 18.1) y hacer lo mismo con piezas delicadas que puedan deformarse; pueden emplearse también mordazas fijas rectificadas y sin estrías para trabajos de precisión . En las figuras de 18 .2 a 18.5 otras particularidades . Para otros casos especiales ver el capítulo Accesorios y recursos especiales para sujetar piezas en el tornillo, de la carpeta de prácticas . 18.2.1 Altura del tornillo Para trabajar en buenas condiciones, el tornillo de banco debe estar a la altura correcta (fig. 18.6) . Algunos tornillos son regulables en altura para poderlos adaptar a las diversas estaturas del operario. 18.2.2 Posición del operario Para limar, el operario se colocará de pie, de manera que el pie izquierdo quede algo adelantado y cerca de la vertical del tornillo de banco, (figs . 18.7 y 18.8) . El tronco deberá acompañar ligeramente al movimiento de la lima cuando se desbaste . Para pulir o cuando se empleen limas pequeñas, deberá mantenerse más bien quieto. Es decir, que para trabajos de desbaste, el cuerpo no deberá permanecer rígido. Así intervienen todos los músculos del cuerpo que ayudan al empuje rítmico y evitan el cansancio prematuro . Con limas finas o pequeñas, actúan sólo la muñeca y el codo. El ritmo y la precisión sobre la lima, dependen del tamaño de la misma, de la clase de material y del tipo de trabajo . Puede considerarse normal un ritmo de 40 a 60 golpes por minuto . Trabajando aceros duros, el ritmo debe ser más lento . 18.2.3 Manera de agarrar la lima La lima se agarra con la mano derecha, para que la parte redonda del mango se apoye contra la palma de la mano. El dedo pulgar aprieta el mango por arriba, mientras los otros cuatro lo rodean por debajo 1 (fig. 18.9) . Para trabajos especiales, ya indicaremos en cada caso cómo se agarra la lima. En la figura 18.10 observamos cómo hay que agarrar las limas pequeñas . 18.2.4 Dirección del limado La lima debe moverse, en general, en dirección horizontal formando un ángulo de 45o con el borde de la pieza . A cada movimiento de vaivén, corre también en sentido transversal una distancia aproximadamente igual a la mitad del ancho de la lima. Una vez esté limada la pieza en una dirección, se cruzará el rayado limando perpendicularmente a la dirección anterior . La uniformidad del rayado indica la perfección del trabajo realizado (fig. 18.11). Este limado cruzado tiene también por objeto hacer desaparecer las ondulaciones o rayas que se hayan producido limando en un solo sentido . Algunas veces, para acabar y pulir la pieza, se emplean limas finas de través, como se ve
Fig . 18.6 Altura correcta del tornillo.
' Si se es zurdo o ambidextro, se agarra la lima de igual forma a la explicada para la mano derecha . Resulta muy práctico saber trabajar con ambas manos.
Fig . 18.9
Cómo agarrar la lima,
Fig. 18.10
Cómo agarrar las limas pequeñas .
en la figura 18 .12. Sin embargo, no debe abusarse del limado de través, ya que, si bien es cierto que el aspecto de la pieza queda muy favorecido, la precisión es menor, si no se hace con sumo cuidado. Para aprender a limar en dirección exactamente horizontal, cosa que es esencial para el ajustador, son precisas mucha constancia y atención, comprobando a menudo la pieza que se trabaja. Dicha comprobación se hace con escuadras, reglas, mármoles, calibres, etc., como más adelante se expone . Existen en el mercado equipos especiales para acelerar el aprendizaje del limado . Uno de ellos es el Tic-Tac, llamado así por el sonido que el propio alumno escucha a través de unos auriculares, que también el profesor podrá escuchar a distancia y por separado a cada uno de los alumnos. En la figura 18 .13, se ve un equipo de Tic-Tac. El ritmo de limado y la presión sobre la lirxaa dependen : - de la clase de material ; - del tamaño de la lima ; - del tipo de trabajo . En la tabla 18 .14 se presenta gráficamente la aplicación de las limas, sus propiedades y empleo
Fig. 18.7
Posición correcta,
Fig. 18.8 Posición de los pies.
SEGURIDAD E HIGIENE - Importancia de la postura adecuada .
- El maestro debe corregir, ya desde el principio, todo aquello que pueda ser perjudicial para . el alumno y llevarle a evitar la adquisición de defectos y vicios profesionales .
Tabla 18 .14
Aplicaciones de las limas,
Propiedades y empleo . Perfil de la lima
Aplicaciones Limado de superficies planas . [-[-=--n
Limado de cuadrados interiores y chavetas
a
Fig. 18.11
Dirección del limado .
Fig. 18.12
Limado a través.
Fig. 18.13
Equipo de aprendizaje.
+- .
c)
Limado de ángulos mayores de' 60° y avivar esquinas.
Limado de ángulos pequeños .
0
Limad o de superficies cóncavas de poco radio .
0
Limado de superficies cóncavas de gran radio y planas .
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Diapositivas : 3 .2 .1 Efecto 3 .2 .2 Altura 3 .2 .3 Cómo 3 .2 .4 Cómo
producido por insuficiente superficie de amarre . correcta del tornillo de banco . tomar la lima para desbastar . tomar las limas pequeñas .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO Observa a tus compañeros y a profesionales, ya mayores, durante el trabaio de limado y haz un comentario crítico, y por escrito, de los detalles que te parezcan importantes desde el punto de vista de seguridad e higiene .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN - Ejercítate en empuñar correctamente limas de varios tamaños . - Ejercítate en limar corrigiendo posiciones incorrectas .
CUESTIONARIO
- ¿Es el limado una operación importante en mecánica?
- Justifica la respuesta anterior . - Cita alguna norma para fijar las piezas en los tornillos . - ¿Cómo lograrías la altura correcta del tornillo de banco : - para un individuo muy alto ; - para uno muy bajo? - ¿Es siempre igual la posición del operario durante el limado? Pon algún ejemplo que justifique tu respuesta . - ¿Todas las limas se sujetan de igual manera? - ¿Cómo se logra el mejor resultado al limar? - ¿Qué es la operación de limado? ¿Qué objeto tiene? - ¿Qué precauciones hay que tomar al sujetar una pieza de pequeño espesor y de mucha longitud? - Indica dos ventajas del limado cruzado .
BIBLIOGRAFÍA DANOWSKY H ., Manual práctico de Tecnología Mecánica, Gustavo Gil¡, Barcelona 1971 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1971 .
Tema 19. Operaciones de limado a mano OBJETIVOS
Fig . 19.1 Verificación con guardaplanos .
Fig. 19.2 Comparación de paralelismo .
- Saber elegir de una manera concreta el proceso a seguir en el limado, en varios casos característicos. - Orden a seguir para el limado de perfiles complejos. - Instrucciones a seguir para el acabado de moldes. - Reglas para conseguir el máximo trabajo con el mínimo esfuerzo. GUIÓN
Limado Limado Limado Limado Limado Limado Limado Limado
de de de de de de de de
superficies planas . superficies paralelas . ángulos convexos . ángulos cóncavos . superficies curvas, convexas. superficies cilíndricas cóncavas . superficies tangentes, cóncavas y convexas. perfiles complejos.
PUNTOS CLAVE - Procesos de limado en casos concretos.
EXPOSICIÓN DEL TEMA 19 .1
Limado de superficies planas
Se lleva a cabo siguiendo este orden : 1 .° desbastado : Con lima gruesa o basta, comprobando de vez en cuando con regla y escuadra ; 2.° aplanado : Con limas entrefinas y finas, comprobando con guardaplanos, (fig . 19 .1) . 3.° acabado: Con lima finísima, limando en una sola dirección, comprobando en el mármol de verificar o con guardaplanos . Cuando se trate de piezas largas y delgadas que se hayan de acabar por las dos caras, habrá que ir haciéndolas alternativamente de uno y otro lado, ya que, al limar una cara, suele deformarse la opuesta. Si se comprueba sobre el mármol, no ejercer presión para no deformar la pieza . 19 .2
Limado de superficies paralelas
Elaboración de superficies paralelas. Si las dos caras son externas, no habrá ninguna dificultad . Se trabaja una, luego otra, tal como se indicó anteriormente y se comprobará el paralelismo con el compás de espesores, o el comparador (fig . 19 .2) . La medida se comprueba con el calibrador o pie de rey. Para piezas muy precisas, se puede usar también el micrómetro y los calibres fijos de tolerancia . Si las dos caras paralelas son internas su limado (fig . 19 .3) y comprobación serán más difíciles porque el operario no verá el trabajo hecho por la lima . Cuando las caras internas sean también paralelas a otras externas (fig . 19 .4), se terminarán éstas en primer lugar, para que sirvan de referencia al trabajar las caras interiores . 19 .3
Limado de ángulos convexos
Fig. 19.3 Limados de caras internas estrechas.
Fig . 19 .4 Comprobación de caras paralelas internas.
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11 bien
Fíg . 19.5 Comprobación con escuadra .
En general se trata de ángulo de 90°. 1 .° Se planea una cara, la de referencia ' . 2.0 Se planea la otra cara y se comprueba el ángulo con escuadras fijas (fig . 19 .5), con goniómetros, con dados o cubos-mármol (fig . 19 .6) . Ver libro de prácticas. 19 .4
Limado de ángulos cóncavos
Es más difícil que los convexos, ya que aquí no puede limarse cruzadamente al menos en toda la extensión (fig . 19 .7) . 1 .° Se desbastan las dos caras del ángulo . 2.° Se van planeando ambas caras, y se comprueba la planitud (fig . 19 .8) y el ángulo (fig . 19 .9) : - no conviene terminar una cara y luego la otra, ya que fácilmente, al limar, la segunda, se estropea la primera ; - siempre que sea posible o admisible, se hace una pequeña canal o entalladura en el vértice para facilitar la operación (fig . 19 .8) ; - la verificación final se hace, a ser posible, con una escuadra-mármol, (fig . 19 .9). 19 .5
Fig. 19.6 Comprobación con cubos y mármol o mármol y escuadra.
Fig, 19.7 Sentido del limado en ángulos cóncavos.
Limado de superficies curvas, convexas
Generalidades : - trazar los límites de la curva y contornear limando a base de pequeños planos tangentes al trazado (fig . 19 .10) ; - se van matando las aristas de cada dos planos consecutivos por medio de otro nuevo plano también tangente ; - controlar la orientación de cada cara ; - la lima se llevará cruzada respecto de cada cara, hasta que dichos planos sean tan pequeños que se reduzcan a generatrices de la curva, en cuyo momento la lima se desplazará según estas generatrices (fig . 19 .11) . 19 .5 .1
Fig . 19.8
Verificación de planitud.
Fig. 19.9
Verificación de ángulo.
Casos partículares
Existen varios casos particulares .
Superficie de referencia : es aquélla que primero se mecaniza y que sirve de base para las mediciones .
Fig. 19 .11
19 .5 .1 .1
Acabado de superficies convexas.
Superficies cilindricas libres :
- las intersecciones de las caras son paralelas al eje del cilindro y en-
tre sí; - colocar la plantilla de comprobación en cada extremo de la superficie y comprobar la rectilineidad de las generatrices (fig . 19 .12) . 19 .5 .1 .2
Fig. 19.12 Verificación de superficies redondas:,
Superficies cónicas libres :
- las intersecciones de las caras en el desbaste convergen todas en el vértice del cono (fig. 19 .13) ; - la pendiente se comprueba con una plantilla que se colocará en la mediana de cada cara y por el centro del trazado . Convendrá hacer una plantilla para cada extremo de la superficie (fig . 19.14)
y comprobar la uniformidad con guardaplanos y escuadra . Las generatrices deben converger en el vértice del cono. 19 .5 .1 .3
Superficies secantes, no libres, a superficies planas .-
- desbastar las dos superficies ;
Fig . 19.13 Verificación de superficies curvas cónicas, libres en el desbaste.
- terminar el ángulo formado por la superficie plana y el plano tangente a la curva (fig. 19 .15) . Este ángulo sólo podrá terminarse limando en dirección del plano y de la generatriz de la curva (fig . 19 .16) ; - ir aproximando la curva por medio de caras tangentes ; - controlar con plantilla apoyada en la superficie plana, tomada como superficie de referencia (fig. 19 .17) . 19 .5 .1 .4
Superficies tangentes a superficies planas :
- terminar las superficies planas;
- trazar las curvas ; - aproximarlas con caras tangentes, empezando por las próximas a las superficies planas (fig. 19 .18) ; - comprobar con plantillas entre surcos testigo' (fig . 19 .19) . Limado de superficies cilíndricas cóncavas Siempre que sea posible estas superficies se harán por medio de taladrado y escariado . Generalidades : - trazar la forma de los surcos testigo ; - elegir una línea redonda, media caña, etc ., de radio ligeramente menor al de la curva; - hacer un desbaste rápido limando en la dirección de las generatrices ; - acabar con movimientos cruzados utilizando la parte convexa de la lima y desplazándola lateralmente según la directriz de la curva ; los desplazamientos longitudinales de la lima han de ser cortos ---± 20 mm- (figs. 19 .20A y 19 .2013) . 19 .6
19.14 Verificación de superficies curvas cónicas libres en el acabado .
19 .6 .1
Superficies libres
Si es posible, prever un exceso en las superficies límites de la curva -al ejecutar las curvas, las aristas se redondean-, que se eliminará después de terminada la curva (fig. 19 .21) . Fig . 19 .15 Principio del limado de superficies secantes no libres,
Surcos testigo : llamamos así a las líneas trazadas o a los surcos hechos con una lima, en los extremos de la curva, de manera que se confunda con la generatriz de la curva en ese punto .
línea de referencia
Fig . 19.16 Limado de superficies secantes n o libres.
Fig . 19.17 Verificación con plantilla .
Fig. 19.18 Limado de superficies redondas tangentes a superficies planas: iniciación.
Fig. 19.19 Verificación de superficies curvas tangentes .
Comprobar las generatrices con guardaplanos (fig . 19 .22) y las dimensiones, con plantillas (fig . 19 .23) . 19 .7
Limado de superficies tangentes cóncavas y convexas (fig . 19 .24)
-
Desbaste Terminar Terminar Terminar
de las las las
todas las superficies . superficies cóncavas . superficies planas . superficies convexas . -
Fig . 19.21 Forma Fig . 19.22 Comprobación del limado de superficies con guardaplanos, cóncavas .
19 .8
Fig. 19.20A Forma de limado de superficies cóncavas.
Fig. 19.23 Comprobación con plantilla .
Limado de perfiles complejos (fig . 19 .25) Realizar por este orden : 1 .° un desbaste a todas las superficies ; 2.0 las tres superficies de referencia ; 3.° las superficies planas ; 4. ,> las superficies cóncavas ; 5 .0 las superficies convexas .
Fig. 19 .25
r
Fig. 19.208
Detalle del limado .
Orden del limado en superficies complejas .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
Realización y verificación de varias piezas características, de dificultad creciente, según el método de prácticas . -
Fig . 19 .24
Superficies tangentes .
CUESTIONARIO Dadas varias piezas o dibujos, hacer una hoja detallada del proceso a seguir en cada caso y, razonar cada una de las secuencias .
BIBLIOGRAFÍA BENDIX, Alrededor del trabajo de los metales, Editorial Reverté, Barcelona 1965 . E . P . S ., Tecnologia Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . LECOEUR E ., Trazado y otros trabajos del ajustador mecánico, Tecnología de las fabricaciones mecánicas, fascículo 2, Ediciones TEA, Madrid 1959. OTI-EPS, Ajuste 1 . Ejercicios prácticos, Ediciones Don Bosco, Barcelona .
Tema 20. Aserrado o troceado con desprendimiento de virutas OBJETIVOS
- Adquirir los conocimientos para preparar el material por troceado con desprendimiento de virutas. - Saber elegir correctamente la sierra para cada trabajo. - Conocer los diferentes tipos de arcos de sierra para la operación de serrado a mano. - Conocer y comprender el funcionamiento y manejo de los diferentes tipos de máquina de serrado . - Describir las herramientas empleadas con estas máquinas. GUIÓN Formas en que puede presentarse el material . Elección del material . Procedimientos empleados para cortar el material . Normas para aserrar a mano .
1
PUNTOS CLAVE - Velocidad y carrera adecuadas en el serrado a mano para cada tipo de material . - Prevención de accidentes .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 20 .1
Formas en que puede presentarse el material
El material empleado en el taller mecánico puede presentarse principalmente de estas tres maneras : - piezas fundidas ; - piezas forjadas o estampadas ; - perfiles laminados. -Véase en la parte referente a conocimientos de Materiales, capítulo 1- . Las piezas fundidas, forjadas o estampadas, no necesitan, en general, operaciones previas en el taller, pero los laminados generalmente tienen que cortarse o trocearse. 20 .2
Elección del material
El material debe ser elegido según lo especificado en el mismo dibujo, pero aprovéchense siempre los recortes o trozos que hayan quedado de otras veces, al cortar barras largas o chapas grandes. Naturalmente que, para esto, es absolu tamente necesario que en el almacén estén los materiales bien ordenados y clasificados por calidades . Fig . 20.1 Dimensiones de una hoja de sierra y ángulos de corte : A, agujeros para fijar la hoja al arco ; B, espesor de la hoja ; C, dientes; D, anchura de la hoja ; L, longitud comercial.
20 .3
Procedimientos empleados para cortar el material
Los procedimientos empleados son de tres tipos : - corte mecánico sin desprendimiento de virutas -corte con cincel, cizalla, etc.-,-
- corte mecánico con desprendimiento de virutas -aserrado-,- procedimientos especiales -corte con soplete-. En este tema sólo estudiaremos el procedimiento de aserrado .
20 .3 .1
Troceado con desprendimiento de virutas
Tiene la ventaja sobre el corte por desgarramiento, de que se puede aplicar a espesores mucho mayores y de que, además, produce un trabajo mucho más limpio y perfecto y sin deformación de la pieza. Puede hacerse a mano o a máquina. (En segundo curso estudiaremos el aserrado a máquina .)
20 .3.2
Fig . 20.2 de sierra.
Paso en una hoja
Sierra de mano
La herramienta completa que consta de arco de sierra (que sirve para sujetar y tensar la hoja de sierra) y la hoja de sierra que es la parte activa de la operación, reciben el nombre de sierra de mano .
20.3 .3
Hoja de sierra
Es una lámina de acero flexible provista de dientes triangulares que actúan como herramientas cortantes.
20.3.3.1
Dimensiones
20.3 .3.2
Características
Fig . 20.3 Manera de trabajar la sierra.
En la figura 20.1 se indican las dimensiones de una hoja de sierra . Las características principales de una hoja de sierra son : el tamaño, djspo-
sición de los dientes, grado de corte y material. - Tamaño
Es la distancia que hay entre los centros de los taladros de la hoja de sierra (L). Los tamaños más empleados son : 250, 275, 300 y 350 mm, pero el más empleado es de 300 mm o de 12" = 305 mm . El espesor B suele ser de 0,7 a 0,8 mm . La anchura D varía entre 13 y 15 mm cuando tiene corte por un canto, y de 25 mm cuando tiene corte por los dos .
Fig . 20.4 Triscado : A, dientes triscados ; B, dientes ondulados; C, alicates para el triscado.
- Disposición de los dientes Para evitar que las caras laterales de la sierra rocen contra la pieza, los dientes están triscados, o sea, doblados alternativamente a derecha e izquierda, para que abran una ranura más ancha que el espesor de la sierra (fig . 20.4A) . También puede lograrse lo mismo dando una pequeña ondulación al borde de la sierra, donde estén los dientes (fig . 20.40) . Para el triscado son empleados alicates especiales (fig . 20.4C) . Los ángulos varían según la clase de material a trabajar . - Grado e'g corte Se denomina así al número de dientes que tiene la hoja de sierra por centímetro de longitud . Otras veces viene dado en dientes por pulgada . Se llama paso de los dientes a la distancia que hay de un diente a otro (fig . 20.2) . El paso puede variar desde 0,8 a 2 mm . También se expresa el paso por el número de dientes que entran en una pulgada de longitud . Las sierras normales para aserrar a mano suelen tener 14, 16, 18, 22 y 32 dientes (fig . 20.2) por pulgada. El trabajo de la sierra puede compararse, pues, al del buril pero con la notable diferencia de que, en lugar de hacerlo con golpes sueltos y violentos, se hace de modo suave, constante y uniforme (fig . 20 .3) .
C
- Material
Las sierras son de acero al carbono, para los trabajos a mano o para máquinas de pequeña producción . Para máquinas de mayor rendimiento, se hacen de acero rápido . -Véase el capítulo referente a los aceros de herramientas .A consecuencia del temple, resultan las sierras bastante frágiles y saltan hechas pedazos si no se usan con prudencia .
D
Fig. 20,5 Arcos de sierra : A, fijo; B, extensible; C, arco de segueta ; D, extensible con mango especial,
20 .3 .3 .3
Elección de la sierra
No todas las sierras son igualmente adecuadas para toda clase de trabajos y materiales. Para metales duros y perfiles delgados, se usarán sierras de paso pequeño -de 22 a 32 dientes por pulgada-. Para trabajos corrientes, se emplean las hojas de 16 a 22 dientes por pulgada . Para metales blandos se adoptarán sierras de paso grande, aunque dependerá también de si se corta a mano o a máquina . Elegir la hoja teniendo en cuenta el tipo de material, la forma y espesor de la pieza . Para trabajos de calado, se usan sierras muy estrechas y finas llamadas sierra de calar o de bujir y también sierras de pelo, con las cuales pueden hacerse cortes curvos o en zig-zag . Son muy fáciles de romper si no se usan con sumo cuidado . Fig. 20 .6 Dos maneras de colocar la hoja de sierra : A, posición normal; B, para serrados profundos.
20 .3 .4
Es el instrumento o soporte al cual se fija la hoja de sierra para trabajar . Los arcos para trabajar a mano pueden ser fijos o extensibles (fig. 20 .5) . El tensado de la hoja se logra por medio de una palomilla o tuerca . La hoja de la sierra puede colocarse en dos posiciones distintas (fig . 20 .6), pero siempre con las puntas de los dientes hacia la palomilla y suficientemente tensa ; una hoja floja se rompe con facilidad . Normas para aserrar a mano Para aserrar a mano, se toma la sierra como se indica en la (fig. 20 .7) . El mango se empuña como el de una lima . Para evitar la rotura de las sierras y obtener de ellas el máximo rendimiento, ténganse presentes las siguientes normas : 1 .a Al iniciar el corte, procúrese que la sierra forme ángulo conveniente con la superficie de la pieza . Se debe iniciar la operación como indica la figura 20 .8 . Si se hace como en la figura 20 .9, con suma facilidad saltarán los dientes y se inutilizará la sierra o disminuirá su capacidad de trabajo . Cuando haya de emplearse esta manera de iniciar el corte, hágase muy poca presión sobre la pieza . Al hacerlo según la figura 20 .10, resbalará la sierra y haremos en la pieza un sinfín de rayas . Una buena práctica para iniciar el corte de piezas delicadas es hacer una pequeña muesca con una lima triangular o mediacaña . Para que se inicie el corte en el sitio deseado, puede también ponerse la uña del dedo pulgar de la mano izquierda de manera que roce con ella la sierra, no por la zona de los dientes, sino por el centro. Entretanto, el arco se manejará con una sola mano y con sumo cuidado para no lastimarse en la mano que hace de -guía. Para iniciar el corte de perfiles laminados, hágase como se indica en la figura 20.11 . 2.a Téngase sumo cuidado en llevar siempre la sierra en la misma dirección . 3.a No se cambie bruscamente la dirección de la sierra durante el trabajo -lateralmente-. 4.a Si se trata de aserrar perfiles delgados, elíjanse sierras de paso fino (fig . 20 .12) . Si no se dispone de sierra de paso fino, hágase de manera que trabaje siempre más de un diente, inclinando el corte cuanto sea necesario (figura 20 .13) . 5.a No se ejerza presión en la carrera de retroceso, ni sea exagerada en la de trabajo hacia adelante ; 6.a Hágase de manera que trabaje la sierra en toda su longitud, trabajando con el recorrido -carrera- máximo posible . 7.a No se continúe con una sierra nueva un corte iniciado con una desgastada . Si debe substituirse la hoja sin terminar el corte, empiécese el corte con la sierra nueva por la parte opuesta al corte iniciado, de manera que luego coincidan en uno solo. 8.a No sea demasiado rápida la velocidad de la sierra -de 40 a 60 golpes por minuto puede considerarse como normal-. Cuanto más duro sea el material, menor debe ser la velocidad . 20 .4
Fig . 20.7
Manera de coger el arco de sierra .
Fig. 20.8 Inicio del corte.
Fig. 20.9
Maneras defectuosas de iniciar el corte.
Arco de sierra
120
NORMALIZACIÓN - Repaso de las
normas respecto a denominaciones de materiales . - Medidas normales .
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales
Diapositivas : 8.2 .1 Hojas de sierras : máquinas alternativa, manual y de cinta. 8.2 .2 Diferentes tamaños del diente . 8.2 .3 Cambio de hoja . 8.2 .4 Partes de un arco . 8.2 .5 Troceado con sierra alternativa. 8.2 .6 Disco para aserradoras circulares. 8.2 .7 Sierra de disco en plena producción . 8.2 .8 Corte en sierra de cinta. 8.2 .9 Corte especial con soplete -oxicorte- .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO Haz un estudio comparativo entre los dos sistemas de troceado : con y sin desprendímiento de virutas .
Fig. 20 .10 No iniciar el corte apoyando toda la superficie.
correcto
correcto
Fig . 20,11 Forma de cortar perfiles laminados .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN - A la vista de dibujos de taller, sugiere el procedimiento de cortar el material . - Ver carpeta de prácticas.
CUESTIONARIO - ¿Es mejor el sistema de troceado por desprendimiento de virutas o no? ¿Por qué? - Un perfil de paredes finas: tubos por ejemplo, ¿qué procedimiento de corte requiere?, ¿qué tipo de sierra debe emplearse? - ¿Cómo se clasifican las hojas de sierra? - ¿Qué precauciones hay que tomar al aserrar perfiles delgados?
BIBLIOGRAFiA E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . F. P. C. T., Carpenteria lavorazioni, Vallecchi, Florencia 1968 . VAN GELDER T. J., Curso de Formación Profesional, parte I, Ediciones Urmo, Bilbao 1971 . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Editorial Gili, ::Barcelona 1967 .
Fig. 20 .12 Aserrado de tubos.
Fig. 20.13 Forma de cortar perfiles delgados .
Tema 21 .
Burilado y cincelado
OBJETIVOS - Conocimiento de las herramientas apropiadas y su manejo . - Conocer las herramientas para golpear en las operaciones de cincelado, burilado y ajuste, clases y tipos de estas herramientas con sus características . - Conocer el proceso correcto para realizar con eficacia la operación del cincelado. - Saber los trabajos características que se pueden realizar con el cincel, buril o gubias y las normas de seguridad a tener en cuenta . GUIÓN -
-
Objeto del burilado y cincelado . Cincel o cortafríos. Buril y gubia. Martillo . Mazas. Modo de cincelar . Trabajos característicos con el cincel, buril o gubia.
PUNTOS CLAVE -
Prevención de accidentes . - Preparación y afilado de los útiles de corte: cinceles, gubias y buriles.
CONOCIMIENTOS PREVIOS Efecto del temple aplicado a estas herramientas .
Fig. 21 .1
Rebajar con cincel.
EXPOSICIÓN DEL TEMA 21 .1
A
B
Fig . 21 .2 Cortafríos o cincel: A, punta recta; B, punta bombeada .
Objeto del burilado y cincelado
El cincelado y burilado tienen por objeto : - trocear o cortar en trozos, chapas o perfiles delgados sin desprendimiento de viruta ; - rebajar el sobremetal en una parte determinada por desprendimiento de virutas (fig . 21 .1) . Esto se logra por medio de una herramienta provista de un filo adecuado llamado cincel o cortafrío, por la acción violenta de un martillo o maza ordinario -' o de un martillo neumático. 21 .2
Cincel o cortafrío
El cortafrío o cincel es un útil cortante en forma de cuña y de acero duro templado en la punta . Se suele fabricar de barras rectangulares de distintos tamaños según el trabajo a que se destine. La longitud más corriente es de unos 150 mm (fig . 21 .2) . Sus partes principales son la cabeza, el cuerpo y el filo (fig . 21 .3) . 21 .2 .1
Cabeza
La cabeza es la parte en que se golpea . Esta parte del cortafrío debe ser de pequeña superficie y de forma cónica - ;, y bombeada, para evitar que se formen rebabas que puedan lastimar las manos del operario e incluso la cara o los ojos, si se desprenden bruscamente durante el trabajo . En la figura 21 .4, se muestran formas correctas y defectuosas de las cabezas. 21 .2 .2 Fig. 21 .3
bien
Fig. 21 .4
Partes del cincel,
mal
21 .2 .3
Cabezas de los cortafríos.
Cuerpo
El cuerpo o parte central por donde se agarra debe ser de sección rectangular u oval, para que pueda dominarse y no ruede o resbale en la mano, como podría suceder si fuese circular. A veces se emplean otros perfiles, sobre todo el hexagonal. Filo o extremo de corte
El filo es la parte más importante del cortafrío, no solamente porque con ella se realiza directamente el trabajo, sino porque, de no estar perfectamente afilado y templado, no daría un buen rendimiento y produciría un trabajo defectuoso . La arista cortante o filo debe tener el ángulo conveniente, según el material que se trabaje. Para fundición y bronce, este ángulo debe ser de 60° a 70°. Para acero dulce y otros metales, de 50° a 60° (fig . 21 .5) . 21 .3
Buril y gubia
Son formas especiales de cortafrío y se emplean para trabajos más específicos, como abrir canales rectos o curvos . Fig. 21 .5 Ángulos de filo.
Fig. 21 .6
Buril.
21 .3 .1
Buril (fig . 21 .6)
Al revés del cortafrío, tiene la arista cortante en sentido transversal a la sección del cuerpo . Tiene, por consiguiente, la longitud del filo mucho menor, por cuyo motivo se emplea para abrir canales o ranuras. Para que no roce con las caras de las canales que abre, sobre todo cuando son profundas, la parte inmediata al filo es algo más estrecha . Esta parte debe estar bien alineada con el cuerpo del buril y la arista cortante debe quedar perfectamente perpendicular al eje del cuerpo . 12 2
21 .3 .2 Gubias (fig . 21,7) Son útiles muy semejantes al buril, o al cincel pero su boca o filo suele ser redondeado . Pueden ser de formas muy variadas según el trabajo a que se las destine : ranuras de engrase, canales, etc. 21 .4
Martillo
Es una herramienta de percusión, de acero, que pesa por lo regular de 0,5 a2 kg . Se emplea para muchos fines, como enderezar, curvar, alargar, etc., los metales en frío o en caliente . Se usa asimismo para remachar y dar golpes sobre los cortafríos y buril, para cortar piezas y cincelar . 21 .4 .1
Fig. 21 .7
Gubias.
Partes de la cabeza de un martillo
El martillo de ajustador se compone de tres partes, a saber: la cara o cabeza que es un poco convexa, el ojo y la peña o cuña, que puede tener también forma de bola (fig ., 21 .813) . 21 .4 .2
Empleo
Se usa la cabeza para golpear sobre herramientas o hacer ceder el material en todas direcciones. En cambio, se emplea la cuña (fig . 21,8A) si se quiere hacerle ceder en un solo sentido; la bola se usa para remachar . El ojo debe tener una cierta conicidad de dentro hacia fuera, para que la cuña que se pone en el mango para fijarlo con seguridad pueda realizar el máximo esfuerzo (fig . 21 .9) . 21 .4 .3
Fig. 21 .8 Martillo. Formas : A, de peña ; B, de bola,
Mango
El mango se hace de madera dura -fresno, haya, acacia, etc.- y debe ser proporcionado al grueso del martillo . Actualmente se emplean mangos de plástico que ofrecen grandes ventajas sobre los anteriores . El mango debe ser de sección elíptica, para que tenga mayor resistencia y no gire en la mano (figura 21 .10) .
J Fig. 21 .9 Forma del ojo.
Fig. 21 .10 Mango del martillo. 21 .5
Mazas (fig . 21 .11)
Para trabajos especiales, como el montaje de piezas acabadas, enderezamiento de chapas, para golpear metales dulces, se usan martillos de latón, plomo, madera, caucho, goma, etc., llamados mazas. En cualquier caso procúrese que, tanto la cabeza como la cuña, estén secas, ya que las caras aceitadas pueden resbalar y provocar accidentes . Asimismo no se debe golpear por los cantos o bordes, sino siempre por el centro del martillo, o de las mazas. 21 .6
Modo de cincelar
La pieza se sujeta fuertemente al tornillo de banco . Si el trabajo ha de ser duro, procúrese emplear el tornillo articulado o al menos el tornillo paralelo de acero forjado -no de fundición- y robusto. El operario se coloca con el pie izquierdo ligeramente adelantado y el cuerpo mantenido a plomo, pero sin rigidez y acompañando algo a la acción del martillo (fig . 21 .12) . (Para más detalles ver carpeta de prácticas.) p
Fig, 21 .13 Acanalar con buril.
Fig. 21 .12 Posición para cincelar y ángulos de posición del cincel : a, excesiva inclinación; b, pequeña inclinación . 123
Fig. 21 .11 Mazas de diversos materiales.
21 .7
Fig. 21 .14 Acanalar con buril y cincel.
Fig . 21 .15 Desbastado con buril y cincel.
Trabajos característicos con el cincel, buril o gubia
Se pueden efectuar varias operaciones, como son :
21 .7 .1
Acanalado
Consiste esta operación, como su nombre indica, en abrir canales en la superficie del metal . Se emplea para este fin el buril (fig . 21 .13) . Si la canal no es superior a 8 mm, puede hacerse de una vez. Si la canal debe ser bastante ancha, deberán abrirse previamente dos o más canales estrechas y terminar con el cincel (fig . 21 .14) . En esta operación, más que en ninguna otra, debe tenerse muy en cuenta la posición del cincel ; de lo contrario, con facilidad se podrá romper la herramienta . No debe sacarse una viruta demasiado gruesa ; es preferible repetir varias veces la operación dando varias pasadas. 21 .7 .2
Desbastado
Para desbastar, es conveniente hacer primero unas canales c9n el buril y luego con el cincel quitar el material entre canal y canal (fig . 21 .15) . En lugar de hacer canales con un buril, resulta más rápido, siempre que sea posible, hacerlas con la sierra ; no es inconveniente que dichas canales resulten muy estrechas. En la figura 21 .16 se muestra la manera correcta y la errónea de cincelar en los bordes . 21 .7 .3 Fig. 21 .16 Cincelado en los bordes: A, bien ; B, mal.
Consiste en hacer un rebajo inclinado en los bordes de las piezas . El cincel se presta muy bien para el chaflanado de piezas que hayan de soldarse . 21 .7 .4
Fig . 21 .17 Troceado de chapas en el tornillo de banco.
IÍllllllilll V
Fig . 21 .18 Troceado sobre yunque, con el auxilio de una pletina, de chapas gruesas.
Chaflanado
Troceado de chapa
Es una manera elemental de separar en trozos, chapas o perfiles delgados . Puede emplearse como si fuese la cuchilla móvil de una cizalla, contra la mordaza del tornillo (fig . 21 .17) o al estilo de un sacabocados o troquelador, apoyando la chapa en un tas. No emplear nunca los mármoles, ni de trazar ni de verificar. Tampoco es aconsejable hacerlo sobre el yunque de la fragua, puesto que su superficie está endurecida y se deterioraría el filo del cincel . A falta de otro apoyo, puede emplearse el yunque (fig . 21 .18), pero colocando encima una gruesa chapa o pletina . Para cortar piezas delgadas o chapas, no debe apoyarse a la vez toda la longitud del filo . Se coloca la boca un poco inclinada y se va adelantando poco a poco . Para estos trabajos, convendrá emplear cinceles con boca algo redonda (fig . 21 .19) . 21 .7 .5
Troceado de chapa gruesa
21 .7.6
Troceado con auxilio de taladros
Cuando se trate de piezas algo gruesas, muchas veces no será necesario efectuar el corte completo del cincel : se iniciará por todo el perímetro y se romperá luego la sección entallada con un golpe, apoyando la pieza en el yunque, en una clavera* o en un tornillo del tipo articulado (fig . 21 .20) . En estos casos, deberá medirse la intensidad del golpe, para evitar que el trozo salte con violencia y produzca accidentes al propio operario o a otros compañeros de trabajo. En la figura 21 .21 se ve un caso especial de troceado . Previamente se han hecho unos agujeros y después se completa la rasgadura con un útil especial . Naturalmente, cuanto más próximos estén los agujeros (deberían estar tangentes) más fácil será la operación . Es un caso muy empleado en ajuste y matricería . 21 .7 .7
Fig . 21 .19
Manera de cortar chapa .
Trabajos varios
En la figura 21 .22 se muestra cómo se utiliza el cincel de boca ligeramente redondeada para trazar, siguiendo una línea recta o curva. En la figura 21 .23, se nos muestra una gubia a propósito para hacer patas 124
B -
A
Troceado de piezas cinceladas : A, sobre yunque; B, sobre clavera ; C, en tornillo .
Fig. 21 .20
de araña* -ranuras para el engrase- y la forma que suelen tener estas ranuras, bien se hagan sobre superficies planas o curvas . SEGURIDAD E HIGIENE - Fijación correcta de las
piezas. - Herramientas en buen estado ; cabezas de cinceles, mangos de martillos . - Prevenir lastimarse en los ojos ; utilizar gafas. - Prevenir accidentes a terceros ; proyección de trozos desprendidos con violencia.
MEDIOS DIDACTICOS Audiovisuales
Diapositivas : 9.1 .1 No es aconsejable el uso de mordazas en el cincelado . 9.1 .2 Inclinación exagerada en el cincelado . 9.1 .3 Las virutas no deben ser demasiado largas . 9.1 .4 Verificación del ángulo de un cortafrío .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO Características de las herramientas empleadas para evitar accidentes .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIóN
- Realizar varios trabajos con cincel y buril, hasta llegar a un dominio perfecto en el
manejo -
Fig . 21 .21 Troceado con taladros previos.
de ellos y del martillo . Afilado de cinceles y buriles. Temple de cinceles y buriles. Ver carpeta de prácticas.
CUESTIONARIO - Enumera operaciones -
que puedan realizarse con cincel, buril y gubia. ¿Son importantes estas operaciones? ¿Cuál te parece más importante, ¿por qué? ¿Es correcta la sección redonda para cinceles y mangos de martillo? ¿por qué? ¿Tiene importancia la forma de la cabeza de los cinceles y buriles? ¿El filo es diferente para los varios materiales? ¿Te parece importante el troceado con cincel? ¿qué inconveniente tiene?
Fig . 21 .22 Manera de señalar con el cincel.
BIBLIOGRAF(A BENDIX F., Alrededor del trabajo de los metales, Reverté, Barcelona 1965 . E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965. VAN GELDER T. J., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967.
VOCABULARIO TÉCNICO Clavera : Accesorio empleado en cerrajería y forja para el trabajo de los metales en frío
o en caliente .
Patas de araña :
su engrase .
Ranuras de diversas formas que se practican en las piezas para facilitar
Fig. 21 .23 Gubia para patas de araña .
Tema 22. Roscas OBJETIVOS - Dar una idea general de los fundamentos de las roscas. - Identificar las dimensiones fundamentales de una rosca y definir cada una de ellas. - Comprender la representación simbólica de roscas de acuerdo con las normas ISO. - Saber cómo se denominan o designan las roscas según el sistema a que pertenecen. GUIÓN - Tornillo -
Fig . 22.1
Tornillo y tuerca .
y tuercas. Clasificación de las roscas . Elementos de las roscas . Dimensiones fundamentales de una rosca. Representación de las roscas . Designación de las roscas . Acotación de las roscas. Sistemas de roscas.
PUNTOS CLAVE -
núcleo
Clasificación de las roscas . Elementos de las roscas . Designación de las roscas . Identificación de las roscas .
EXPOSICIÓN DEL TEMA
Fig. 22 .2
Generación teórica de una rosca .
Poma o filete
Roscas : En mecánica llamamos rosca, a la hélice construida sobre un cilindro, con un perfil determinado y de una manera continua y uniforme . 22 .1
Tornillo y tuerca
Si la hélice es exterior, resulta un tornillo; si es interior, una tuerca, (fig . 22 .1) . 22 .1 .1
Generación de una rosca
Podemos considerar como si un prisma se enrollase alrededor de un cilindro que llamaremos núcleo (fig . 22 .2), (transparencias 13 .2 y 13 .3) . En la práctica, lo que hacemos es una canal que de lugar a la rosca . Más adelante, veremos cómo hemos de hacer estas roscas . Estos prismas en forma de hélice reciben el nombre de hilos o filetes de rosca . Los canales que queden entre los filetes se llaman entradas (fig . 22 .3) . 22 .2
Clasificación de las roscas
En la identificación de una rosca intervienen varios factores, como son : el número de filetes, la forma de la rosca, el lugar donde va roscada y el sentido.
Fig . 22.3
Filetes y entradas : A, tuerca de dos entradas; B, tornillo de dos entradas.
22 .2 .1
Según el n. o de filetes
de una entrada, si tiene un solo filete (fig . 22 .2) ; - de varias entradas, si tienen dos o más filetes (fig . 22 .4) . -
22 .2 .2
Por la forma del filete (fig . 22 .5)
22 .2 .3
Según su posición
- Triangulares : los filetes son triángulos y son las más usadas para fijación (fíg . 22 .5A) . - Trapeciales: los filetes son trapecios isósceles y son las más usadas para trasmisión de fuerza o servir de guía (fig . 22 .513). - Redondas : se emplean para roscas que tengan mucho desgaste y para casos especiales ; casquillos de bombillas (fig . 22 .5C) .
Fig. 22.4
Rosca de dos y tres entradas.
- exteriores : si están hechas en un cilindro exterior ; dan lugar a un tornillo (fig . 22 .1) ;
12 6
9~, ~1
A
tn Fig. 22.5
Perfiles de roscas : A, triangulares; B, trapeciales ; C, redondas.
- interiores ; si están hechas en un cilindro interior o agujero; dan lugar a tuercas (fíg . 22 .1) .
22 .2 .4
Según el sentido de la hélice (fig . 22 .6) (transparencia 13 .3) : - roscas a derecha, -o simplemente derecha- cuando la tuerca avanza en sentido a las agujas del reloj : de derecha a izquierda (fig . 22 .6A) . - roscas a izquierda -o simplemente izquierda- cuando la tuerca avanza al girarla en sentido contrario a las agujas del reloj : de derecha a izquierda (figura 22 .613).
y ry
W~ ~ o ~ derecha
MIIINIMIIIIIII
B
izquierda
Fig . 22.6 Roscas según el sentido : A, rosca derecha; B, rosca izquierda .
22 .3
Elementos de las roscas . Perfil (transparencia 13 .1) En la representación de las roscas seccionadas, suponemos siempre que están cortadas por un plano axial -es decir un plano que contenga al eje de la rosca- . Atendiendo sólo al filete (fig . 22 .7) . En la figura vemos claramente sus nombres : - flanco o cara lateral ; - ángulo del flanco -medido en un plano axial- ; - fondo, unión de los flancos por la parte interior ; - cresta, unión de los flancos por la parte exterior ; - vano, espacio vacío entre dos filetes; - base, donde los filetes se apoyan en el núcleo -línea imaginaria-; - núcleo, es el volumen ideal sobre el que se encuentra la rosca o cuerpo del elemento roscado ; - hilo, es la porción de hélice comprendida en una vuelta completa de la tuerca . cresta o vértice
Fig . 22,8 Dimensiones fundamentales de una rosca .
Fig. 22 .7
22 .4
Elementos de una rosca .
Dimensiones fundamentales de una rosca Damos aquí las comunes a todos los tipos de roscas (fig . 22 .8) .
22 .4 .1
o=zp P
Paso -P-
lll~ ...J.J.J .J.,I.r
Distancia entre filetes consecutivos . 22 .4 .2
Avance -a-
La distancia que recorre en sentido del eje un filete al dar una vuelta entera (fig . 22 .9A), también la recorre el tornillo en la tuerca al dar una vuelta completa . La forma práctica de verificar el paso es como se indica en la figura 22 .913 . En las roscas de un filete, W-7 -71 En las roscas de varios filetes, a = P - z Siendo z el n.o de entradas . 12 7
Fig. 22 .9A Representaciones del paso y del avance.
22 .4 .3
Diámetro exterior
Es el diámetro mayor de una rosca. D, para los interiores : de fondo a fondo. d, para los exteriores : de cresta a cresta .
~~l.11_llllllllllllllllll~~l
22 .4 .4
Diámetro interior
Es el diámetro menor de la rosca. D,, para los interiores de cresta a cresta . d 3 , para los exteriores, de fondo a fondo, que se llama diámetro del núcleo . 22 .4.5
Fig . 22.98
Diversos sistemas de medir el paso .
tornillo
Diámetro medio
Existe, por tanto, un punto donde el filete y el vano tienen el mismo ancho, al cual se llama punto medio del flanco, y al diámetro correspondiente. Diámetro en los flancos : es igual para el tornillo y la tuerca ; lo representaremos por D 2 . 22 .4.6
Profundidad de las roscas
Llamadas también altura del filete, es la semidiferencia entre los diámetros exterior e interior o la distancia entre cresta y base : la representamos por H, para las tuercas, y h3 para los tornillos. Tabla 22 .15 . 22 .4 .7
Diámetro nominal
Es el que sirve para identificar la rosca y suele ser siempre el diámetro mayor de la rosca exterior, es decir: d. 22 .5
Representación de las roscas
Como quiera que, tanto en los dibujos de taller como en este mismo libro, aparecerán muchas veces tuercas y tornillos, vamos a decir cómo se representan . Ante todo digamos que, para hacer más fácil el dibujo, las piezas en general y los tornillos en particular no se dibujan tal como se ven, sino que se emplean símbolos y convencionalismos . Por tanto hemos de conocer estas maneras de representar, para saber leer los dibujos y figurarse un tornillo cuando esté representado simbólicamente según normas (fig . 22 .10) . 22 .6
Designación de las roscas
Las roscas se designan según el sistema a que pertenecen y hay que distinguir si son ordinarias 1 o finas y si tienen una o más entradas, como también si son derechas o izquierdas (tabla 22 .11) . Tabla 22 .11 Fig . 22.10 Representación de roscas según sistema ISO.
Clase de rosca o
Tabla resumen de la denominación de las roscas . Símbolo que se coloca delante
Métrica .
M
Diámetro exterior de la rosca en mm .
Métrica fina .
M
Diámetro exterior de la rosca paso y en mm .
Diámetro de la rosca exterior en pulgádas .
Whitworth. _=
Whitworth de gas. Basta
c É a
Medidas nominales de la rosca
Sellers
R
Diámetro interior del tubo normal en pulgadas .
NC
Fina
NF
Especial
NS
N.° o diámetro exterior de la rosca en pulgadas seguida del paso en hilos por pulgada y la abrev.
Designación abreviada y ejemplo de acotado M 60
I
=1
M 105* 4
2°
~"
I_
I ~
R 4" 11"- 6 -NC 1
r~
_
2,.
r1
-12 -NF
1V"'- 18-NS
1 El término ordinarias, aquí, no es sinónimo de basta o grosera, sino de normal ; usado corrientemente, etc . Tal vez se acostumbre más decir normal, pero, como puede confundirse normal con normalizada, hemos creído oportuno cambiar el término . En algunas normas las llaman roscas gruesas, y en otras, roscas regulares .
128
Tabla 22 .13
Extracto de rosca Whitworth.
H= 0,96049 P
H,=h3 =0,64P
G
r=0,14P Di = d3=D -1,3P
Tuerca
.-
D2=dp=D-0,64 P H H Truncamiento=
6
~
0;16P
ts á n n u Q ó O
nominal
Paso en hilos por pulgada
0 medio
0 núcleo
Altura
Radio
Sección del núcleo
D=d
2
d2 =D 2
d3 =D,
h3 =H,
r
mm2
20 18 16 12 11 10 9 8
5,537 7,034 8,509 11,345 14,397 17,424 20,419 23,368
4,724 6,131 7,492 9,990 12,918 15,798 18,611 21,335
0,813 0,904 1,017 1,355 1,479 1,627 1,807 2,033
0,177 0,197 0,222 0,296 0,322 0,355 0,395 0,443
17,5 29,5 44,1 78,4 131,1 196,0 272,0 357,5
1/4, 5
/,
51
"
1 /2" 5/8 3/4 7/8"
1
Tabla 22 .14
Extracto de rosca Sellers .
H =086603P H = h3 . (Q65 P
Tuerca
8
_
c--0,11P
D,= d3 =D-1,3 P 02
dz =D-Q65P
Z
T
_n z
H1 = HI
B=O,IOBP
á/ Od2 P
=
O
Sección
h3 =H,
c
mm 2
1,388 1,594 1,827 2,021 2,351 2,473 3,134 4,110 4,700 6,104 7,463 8,755 10,162 11,538 12,875 15,750 18,559 21,276
0,258 0,295 0,344 0,412 0,412 0,516 0,516 0,688 0,825 0,917 1,031 1,179 1,269 1,375 1,500 1,650 1,833 2,062
0,043 0,049 0,058 0,069 0,069 0,087 0,087 0,116 0,189 0,195 0,209 0,213 0,226 0,232 0,252 0,279 0,310 0,349
1,513 1,995 2,621 3,207 4,341 4,803 7,714 13,267 17,349 29,263 43,743 60,200 81,105 104,556 130,192 194,827 270,519 355,524
núcleo
D=d
P
d2 =D 2
0,397 0,454 0,529 0,635 0,635 0,794 0,794 1,058 1,270 1,411 1,588 1,814 1,954 2,117 2,309 2,540 2,822 3,175
1,596 1,889 2,171 2,433 2,763 2,989 3,650 4,798 5,525 7,021 8,454 9,934 11,431 12,913 14,575 17,400 20,392 23,338
9/16 5 /8'" 3/4" 7/e
Ó
d3 =D,
medio
1 /4 5 /16" 3/e .. 7 /16" 1/2,"
U
Altura
Paso
10
p
b
Ancho del fondo
nominal
1 2 3 4
V
129 5.
Tecnologia del Metall 1
Tabla 22 .15
Perfil OSO .
H=0,86603 . P H,=
H= 0,54127 P
=
.Tuerca
.P h3=17H=061343 23
d,=D,=d-2H,=d-1,08253 . P D -d- ¡H=d-0,64952 . P r=
serie 11
1,6
2,2
2,5 3
3,5
4
4,5
5 6 8 10 12 16
7
I
i Tornifil
Paso
0 Medio
del núcleo
agujero
P
d2 = D2
d3
D,
h3
H,
1,221 1,421 1,567 1,713 2,013 2,459 2,850 3,242 3,688 4,134 4,917 5,917 6,647 8,376 10,106 11,835 13,835 15,294
0,215 0,215 0,245 0,276 0,276 0,307 0,368 0,429 0,460 0,491 0,613 0,613 0,767 0,920 1,074 1,227 1,227 1,534
0,189 0,189 0,216 0,243 0,243 0,271 0 325 0,379 0,406 0,433 0,541 0,541 0,677 0,812 0,947 1,083 1,083 1,353
1,373 1,573 1,740 1,980 2,208 2,675 3,110 3,545 4,013 4,480 5,350 6,350 7,188 9,026 10,863 12,701 14,701 16,376
0,35 0,35 0,4 0,45 0,45 0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 1 1 1,25 1,5 1,75 2 2 2,5
1,8
2
i
_ó 0,14434 .P
nominal serie 1
I
14 18
0
1,171 1,371 1,509 1,648 1,948 2,387 2,764 3,141 3,580 4,019 4,773 5,773 6,466 8,160 9,853 11,546 13,546 14,933
Tabla 22 .16
H, = h3 =0,64 P
\
Sección
r
mm 2
0,051 0,051 0,058 0,065 0,065 0,072 0,087 0,101 0,108 0,115 0,144 0,144 0,180 0,217 0,253 0,289 0,289 0,361
1,08 1,47 1,79 2,13 2,98 4,47 6,00 7,75 10,1 12,7 17,9 25,4 32,8 52,3 76,2 105 105 175
tuerca c
T
D, =d3 =D-1,3P
Radio del fondo
Rosca Whitworth . Gas para tubos .
H=096049 P r=0,14 P
Altura filete
_
D2=d2 =D-0,64P
ti b ~~ Z O 0
H2 =H,
6=0,16P
a
nominal
Paso en hilos por pulgada
0 medio
0 núcleo
Altura
Radio
D=d
z
d2 =D 2
d3 =D,
h 3 =H,
r
Ext.
lnt.
28 19 19 14 14 11 11 11 11
9,147 12,301 15,806 19,793 25,279 31,770 40,431 46,324 58,135
8,566 11,445 14,950 18,631 24,117 30,291 38,952, 44,845 56,656
0,581 0,856 0,856 1,162 1,162 1,479 1,479 1,479 1,479
0,125 0,184 0,184 0,249 0,249 0,317 0,317 0,317 0,317
10 13 17 21 26 33 42 48 60
3 6 10 15 20 25 32 40 50
R R R R R R R R R
130
1/e 1/4 3/e ., 1/2 3/4 1" 1 1/ 4 " 1 1 /2" 2"
Diámetro comercial del tubo
22 .7
Acotación de las roscas
En la figura 22 .12, tenemos la manera de acotar las roscas . Siempre se acota el diámetro exterior o mayor, tanto para tornillos como para tuercas.
Fig . 22.12 Acotado de roscas interiores y exteriores : A, acotación de una tuerca Métrica 16 ; B, acotación de un tornillo Métrico 10; C, acotación de un tornillo Whitworth 314 -,D, acotación de una tuerca Métrica 12; E, acotación de una rosca de tubo de gas, R 1 118" . 22 .8
Sistemas de roscas
Han sido muchos los tipos de roscas empleadas. Para ahorrar gastos y confusiones, se han normalizado y clasificado las roscas según su forma y aplicaciones . Se han establecido una serie de medidas escalonadas que pueden cubrir las necesidades comunes . Se llama sistema de roscas cada uno de los grupos en que se pueden clasificar las roscas normalizadas con sus especificaciones . Los principales sistemas empleados son : 22 .8 .1
Sistema Whitworth (tabla 22 .13)
De uso normal . Empleado en Gran Bretaña y países de su área de influencia . 22 .8 .2
Sistema Sellers (tabla
22 .14)
Es el sistema americano. La variedad de rosca fina llamada SAE se emplea mucho en automovilismo . 22 .8 .3
Sistema ISO (tabla
22 .15)
Nuevo tipo de roscas que sustituye a las del antiguo sistema internacional (S .I .) y que ha sido adaptado por las normas UNE . 22 .8 .4
Sistema Whitworth para tubos (tabla
22 .16)
En las diversas tablas damos un extracto de los valores de las roscas de estos sistemas . PROBLEMAS Problema 1
Un tornillo de rosca métrica internacional I .S .O ., tiene 16 mm de diámetro y 2 mm de . paso, ¿cuánto medirán la altura del filete y el diámetro del núcleo? Solución : observando el croquis del problema en la figura, vemos que las fórmulas necesarias son:
h 3 = 0,7053 - P = 0,7053 2 = 1,4106 : 1,41 mm = d3 = d - 2h 3 16 - 2 1,4106 = 13,1788 13,17 m m redondeamos en menos por tratarse de un tornillo en el cual las medidas es preferible que sean menores para asegurar la intercambiabilidad .
manguito
w tubo
Fig . 22.17 Acoplamiento roscado de una tubería .
Problema 2 El diámetro del agujero de una tuerca de rosca DIN es de 4 mm y el paso de 0,8 mm, ¿cuál será el diámetro nominal? Solución : del croquis de la figura, vemos que el camino a seguir es : D = D, + 2 H l ; al no conocer el valor de H l , tomamos D en función de P : D = D i + 1,299 - P = 4 + 1,299 - 0,8 = 4 + 1,0392 = 5,0392 Por tratarse de una rosca normal no podremos dar como bueno el resultado, sino que habremos de redondearlo a D = 5 ; quiere decir que el agujero de la tuerca es algo mayor que el teórico, lo cual es perfectamente correcto y recomendable, puesto que en las tuercas las diferencias es preferible que den medidas mayores .
NORMALIZACIÓN Dar un repaso a las normas más importantes sobre roscas para comprender su importancia, de manera especial a la ¡SO y UNE .
MEDIOS DIDÁCTICOS
Fig. 22.18 Terrajas de peines para el roscado de tubos.
Audiovisuales Transparencias : 13 .1 Partes fundamentales de una rosca . 13 .2 Tornillos de varias entradas . 13 .3 Sentido de las roscas . Roscas Whitworth . 13 .4 13 .5 Roscas Métricas. 13 .6 Clases de roscas . 13 .7 Rosca ¡SO métrica . 13 .8 Medición en hilos por pulgada . 13 .9 Roscas . 13 .10 Roscas . 13 .11 Roscas .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
Haz una recopilación en forma de índice de las normas UNE referentes a roscas .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
- A la vista de piezas roscadas, di a qué clase de rosca pertenece cada una, de acuerdo con los conceptos expuestos en el tema . - De una serie de dibujos de máquinas, señala dónde van roscas, y explica qué significa su acotación y si son o no correctos. - Ver carpeta de prácticas. CUESTIONARIO
- ¿Qué es una rosca?
- Haz una rápida enumeración de las particularidades que sirven para clasificar las roscas . - ¿Es el diámetro exterior de un tornillo más importante que el del núcleo? Razona tu respuesta . - ¿Por qué hay varios sistemas de roscas? - ¿Te parece que deben reducirse a menos? - ¿Qué ventajas te parece que se obtendrían de la reducción? - ¿Habría algún inconveniente? ¿cuáles?
BIBLIOGRAFÍA Fig, 22.19 Aplicaciones .
BACHMANN A .-FORBERG R ., Dibujo Técnico, Labor, Barcelona 1970 . E . P. S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . LUQUE M ., Tolerancias, ajustes y roscas normalizadas, Ediciones Melendo Luque, Sevilla 1963 . STRANEO S . L.-CONSORTI R ., El dibujo técnico mecánico, Uteha, Barcelona 1965 . DIN, Normas fundamentales para la técnica mecánica, Balzola, Bilbao 1970 . Normas UNE, Instituto Nacional de Racionalización y Normalización, Madrid .
Tema 23. Roscado, herramientas de roscar
OBJETIVOS - Conocer las herramientas empleadas para el tallado de roscas, tanto exteriores, como interiores . - Conocer la operación de roscado y diversas formas de cómo se puede efectuar esta operación. - Conocer otros procedimientos con diversas clases de herramientas. GUIÓN
- Machos y cojinetes de roscar. - Terrajas de peines .
PUNTOS CLAVE
- Ángulos principales de los machos y cojinetes . - Clases de machos . - Saber emplear el macho y el cojinete apropiado para cada clase de material y forma de trabajo . EXPOSICIÓN DEL TEMA Roscado. Por roscado entendemos la obtención de roscas en piezas metálicas, ya sean exteriores -tornillos- ya sean interiores -tuercas-. Puede hacerse esta operación : 1 .° a mano ; 2.° a máquina. 23 .1
Machos y cojinetes de roscar
Son las herramientas más empleadas para la realización de tuercas y tornillos . Para el roscado a mano, son las únicas herramientas empleadas; para el roscado a máquina se emplean, además, otros tipos. 23 .1 .1
Machos de roscar
Los machos de roscar son como tornillos de acero templado, con unas ranuras o canales longitudinales, de forma y dimensiones apropiadas, capaces de tallar, generalmente por arranque de virutas, una rosca en un agujero previamente taladrado. 23 .1 .1 .1
Fig. 23 .1
Macho de roscar.
Partes de un macho
En un macho de roscar (fig . 23 .1) hay que distinguir las partes siguientes : - Parte activa o entrada : es la parte de la rosca que realiza el tallado. - Parte calibradora : es el resto de la parte roscada que sirve de guía y facilita el avance del macho. - Mango : es la parte no roscada del macho, que sirve para la fijación o arrastre del macho. 23 .1 .1 .2
Sección transversal
El buen rendimiento del macho depende fundamentalmente : de su sección transversal, que nos da los ángulos de corte; y de la entrada que nos reparte o divide el trabajo entre los filetes activos. - Sección transversal (fig . 23 .2 y transparencia 14 .1) : la forma transversal viene determinada por el número de ranuras longitudinales, por su forma y por el destalonado de los filetes. El número ideal de ranuras sería 3, para ase gurar el contacto simultáneo de los filetes cortantes contra el agujero, pero es corriente que sean 4 porque así produce menor esfuerzo de giro y descarga mejor la viruta . Hay machos pequeños con sólo dos ranuras y, por el contrario, para mayores pueden hacerse de 6 . 133
Fig. 23.2 Sección transversal de dos machos de tres y cuatro ranuras .
23 .1 .1 .3
Ángulos de desprendimiento
23.1 .1 .4
Forma de las ranuras
La forma y valor del ángulo de desprendimiento depende del material a trabajar, que puede variar desde 5o para metales duros hasta 250 para metales ligeros, y para metales tenaces suele ser de 150 (fig . 23 .3) . Las ranuras suelen ser rectas, pero preferiblemente perpendiculares a la hélice del filete (fig . 23 .4); para gran rendimiento, se emplean machos con ranuras en forma de hélice de ángulo mayor (fig . 23 .5) .
25
Fig. 23.3 Ángulos de desprendimiento en los machos de roscar: A, baquelita, ebonita ; B, latón, bronce ; C, fundición, acero semiduro y duro ; D, aluminio, acero inoxidable ; E, cobre, magnesio y silicio.
Fig . 23.6 Destalonado de los dientes .
Fig. 23.4
Macho con ranuras rectas .
Fig. 23.5
Macho con ranuras helicoidales.
23 :1 .1 .5
Destalonado
23 .1 .1 .6
Juego de machos
Fig. 23.7
Sección longitudinal de un macho de diámetros progresivos.
El destalonado de los filetes varía en razón de los diversos materiales, pero es muy pequeño, de sólo algunas centésimas (fig . 23 .6) . Para metales ligeros, es menor y algunos fabricantes no lo hacen para estos materiales . Lo ideal es hacer este destalonado por rectificado después del temple : así se hacen los de mejor calidad. En aquéllos en que el destalonado se hace con herramientas, suele ser mayor, en . cuyo caso habrá de tenerse en cuenta que, al reafilar los machos, van disminuyendo de diámetro . Habrá que comprobar que no resulte la rosca menor de lo tolerado . Si el roscado se hace a mano, convendrá emplear para el último macho uno nuevo no reafilado . Sección longitudinal : ya hemos dicho que los filetes efectivos para el corte son los de la entrada . Una entrada corta puede presentar dificultades, a pesar de lo cual para agujeros ciegos, no podrá hacerse demasiado larga. En la' figura 23 .7, se ve cómo un fabricante determina la entrada y la parte calibradora -cilíndrica- en un juego de 3 machos (fig . 23 .8) para el roscado a mano : hace progresivo el diámetro exterior, y el del núcleo, con lo cual el trabajo total a realizar se reparte proporcionalmente entre las distintas piezas del juego, facilitando así el trabajo y logrando mejor calidad.
23 .1 .2
Cojinetes de roscar
Son como tuercas de acero templado con unas ranuras o canales longitudinales, de forma y dimensiones apropiados, capaces de tallar, por arranque de viruta, una rosca en un' cilindro y obtener un tornillo o varilla roscada.
111111
Il1111
111ÍÍÍilifl~Ullli11111 111
vi¡ I IÍ [11111111111:1Í(Í Fig. 23.8
Juego de tres machos .
23 .1 .2 .1
Partes de un cojinete
23 .1 .2 .2
Formas
En la figura 23 .9A y 23 .10 tenemos representado un cojinete normal en el cual, igual que en los machos, cabe distinguir : Cuerpo o soporte: es el cilindro de acero. Suelen hacerse con unos diámetros y anchos normalizados . Pueden ser cerrados (fig . 23 .10), abiertos (fig . 23 .9A) y partidos (fig . 23 .913) . Los primeros son rígidos y son los preferidos porque dan mayor uniformidad a todos los tornillos, tallados con la misma herramienta. 134
Fig . 23.98 Fig. 23.9A abierto .
Cojinete
Cojinete partido.
Fig . 23.10 Cojinete cerrado .
Los abiertos son elásticos y pueden regularse entre ciertos límites. Dan roscas menos precisas y uniformes, tanto en diámetro como espesor de los filetes, ya que pueden quedar más o menos cerrados y lateralmente pueden desplazarse o alabearse, si no están bien colocados en la terraja. Tienen la ventaja de que puede darse una primera pasada algo más abierta y luego terminar con una pequeña pasada de acabado. 23 .1 .2 .3
Ángulos
Como en los machos, es muy importante la sección transversal del cojinete, ya que la forma de las ranuras nos da los ángulos adecuados . En la figura 23 .11, vemos los ángulos y también cómo deben ir destaionados los dientes (fig . 23 .12) . El ángulo de desprendimiento suele valer : 60 a 7°, para acero tenaz ; 8° a 9°, para acero dulce; 0° para latón . 23 .1 .2 .4
Destalonado
El destalonado también debe ser pequeño para evitar agrandamientos excesivos con el reafílado del cojinete . En la sección longitudinal, al igual que en los machos, cabe distinguir la entrada, que suele ser un cono (fig . 23 .13) con una altura e. Este cono de entrada suele hacerse por ambos lados del cojinete, pero sólo debe emplearse por un lado, ya que sólo lleva ángulo correcto por un lado . Para facilitar la salida de viruta, al igual que en los machos, se les hace un ángulo en la cara cortante de 60 a 8° (fig . 23 .13) . 23 .2
Fig. 23 .11 Angulo en los cojinetes de roscar: A, ángulo de incidencia ; B, ángulo del filo ; C, ángulo de desprendimiento .
Fig . 23 .12
Terrajas de peines (fig . 23 .14)
Para el tallado de tornillos, preferentemente de rosca fina, se emplean las terrajas de peines, que tienen la particularidad de que pueden graduarse para varios diámetros y que además pueden abrirse al final del roscado, para retroceder o retirar la pieza de una manera rápida . 23 .2.1
Detalle del destalonado .
6 , a8,
Tipos de terrajas
40°
Hay dos tipos fundamentales según los peines : - Para peines radiales (fig . 23 .15) ; - Para peines tangenciales (fig . 23 .16) . Tanto las terrajas como los peines, deben estar muy bien fabricados ya que deben ajustar de manera precisa y quedar perfectamente centrados y alineados. Pueden emplearse para trabajo manual, pero sobre todo tienen gran aplicación para el tallado de roscas en máquinas, incluso automáticas.
t-- -.-._~ Fig. 23.15 Fig, Esquema 23.16 Peine ~---_J de un peine radial, tangencial.
135
', wjk Fig. 23 .13
Detalle de la entrada .
Fig . 23.14 Terraja de peines para máquina .
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Transparencia : 14 .1 Machos de roscar . Geometría del filo . Diapositiva : 14.1 .1 Cojinete y peines de roscar .
NORMALIZACIÓN Normas sobre machos : - machos de roscar a mano para roscas métricas : juego de 3 machos, DIN 352 y DIN 357 ; juego de 2 machos, DIN 2181 ; - machos de roscar a mano para rosca de gas : DIN 353 . - Haz una lista de normas sobre herramientas para roscar. - De varios catálogos de machos y cojinetes, recopila las características peculiares de cada fabricante y haz un estudio crítico de selección . Si tú tuvieses que adquirir este tipo de herramientas, ¿qué marca comprarías?, ¿por qué?
CUESTIONARIO
?Qué herramientas emplearías para tallar roscas exteriores? ¿Y para interiores? ¿Qué partes hay que distinguir en un macho de roscar? ¿Qué importancia tiene la entrada? ¿Qué quiere decir macho de corte progresivo? ¿De cuántas piezas suele constar un juego de machos de roscar? ¿Cuántos tipos de cojinetes de roscar conoces? ¿Qué ventajas e inconvenientes tienen los cojinetes cerrados? ¿Qué ventajas e inconvenientes tienen los cojinetes abiertos? ¿Qué otras herramientas de roscar conoces? ¿Qué características principales hay que distinguir en un cojinete de roscar?
BIBLIOGRAFÍA
E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . PECIÑA J ., Rama del metal, Tecnología, Curso primero, Centro Nacional de Formación del Profesorado y Monitores, Madrid 1968 . VAN GELDER T. J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 .
Tema 24.
Roscado a mano
OBJETIVOS
- Adquirir destreza para roscar tuercas a mano con el auxilio de machos y bandeadores, siguiendo la secuencia siguiente: taladrado previo, achaflanado y roscado. - Saber determinar el orden de operaciones a seguir, la elección correcta de los machos, bandeador, lubricante a emplear y explicar las normas para el inicio y terminación de la operación de roscado . - Saber determinar el orden de operaciones a seguir, la elección de los cojinetes, el portacojinetes, lubricante a emplear y explicar las normas a seguir para el inicio y desarrollo correcto de la operación. - Conocer los accesorios y utensilios complementarios en la operación de roscado a mano.
GUIÓN
-
Práctica del roscado . - Roscado de tuercas . - Roscado del tornillo .
PUNTOS CLAVE
- Operaciones previas al roscado, tanto para tuercas como para tornillos .
- Precauciones principales en la operación de roscado, tanto para las tuercas como para los tornillos .
136
EXPOSICIÓN DEL TEMA 24.1
Práctica del roscado
24 .2
Roscado de tuercas
Vamos a describir aquí la manera de roscar a mano empleando, por tanto los machos de roscar, para tuercas y los cojinetes, para tornillos. Para más detalles ver la carpeta de Prácticas de taller. 065a0,B35 H1
La secuencia de las operaciones es : - taladrado previo ; - achaflanado ; - roscado propiamente dicho.
24 .2 .1
~/i Fig. 24.1
1 y
Taladrado previo.
Taladrado previo
El agujero que debe hacerse para roscar no es del diámetro teórico de la rosca dado por el cálculo o sacado de las tablas teóricas, sino mayor para los siguientes fines: - Facilitar la operación por menor arranque de material, sin que por ello pierda eficacia o resistencia la rosca. Cuanto más tenaz y duro sea el material o más larga la rosca, mayor podrá hacerse el agujero. Suele hacerse de manera que la profundidad de la rosca sea de un 62 a un 75 % de la profundidad teórica y nunca mayor del 83,5 % (fig . 24 .1) . - Los materiales -unos más que otros- se deforman o dilatan -fenómeno de laminado- (fig . 24 .2) . Esto se tiene en cuenta en los valores de las tablas 24 .3 y 24 .4 en las que figuran los diámetros de las brocas para taladrar agujeros roscados .
Tabla 24.3 Diámetro de la broca para taladrar tuercas ' . °de roscas Whitworth Diámetro nominal D Pulgadas
3 /32 1 /6 5 /32 3 /16 7 /32 1 /4 5 /16 3/s 1 /2 5/ 8 3/ 4
'/a 1 1 1 /1s 1 114 1 3/ 8 1 1 /2
BROCA PARA LA TUERCA Normal
Gas
1,2 1,8 2,6 3,1 3,6 4,4 5,1 6,5 7,9 10,5 13,5 16,5 19,3 22 24,8 27,8 30,5 33,5
8,9 11,9 15,4 19 24,7 28,4 30,8 35,5 39,4 42 45,4
Fig . 24.2 Efecto de corrimiento o laminado .
Tabla 24 .4 Diámetro de la broca para taladrar tuercas de rosca ISO Diámetro nominal de la rosca (rosca normal)
M 3 M 4 M 5 M 6 M 8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 M36 M42 M48
Diámetro de la broca
Diámetro nominal de la rosca (rosca fina)
Diámetro de la broca
2,5 3,3 4,2 5 6,8 8,5 10,2 14 17,5 21 26,5 32 37,5 43
M 3 x 0,35 M 4 x 0,5 M 5 x 0,5 M 6 x 0,75 M 8x1 M10 x 1,25 M12 x 1,25 M16 x 1,5 M20 x 1,5 M24 x 2 M30 x 2 M36 x 3
2,65 3,5 4,5 5,2 7 8,8 10,8 15,4 18,5 22 28 33
Los valores dados en la tabla son muy escasos o sea que, para trabajos corrientes, es preferible emplear brocas algo mayores, Haciendo así los agujeros : se fatiga menos el operario, se rompen menos machos y el filete de la rosca aguanta más. Si el agujero es muy justo, al dilatarse el material, adquiere más volumen que el dejado por el vano del macho y con facilidad es arrancado por el vano siguiente, o le produce una fatiga que lo predispone a la rotura . 137
Fig . 24 .5
Chaflanes .
Fig. 24.6A
Machos para agujeros ciegos.
Fig . 24.68 Machos de entrada corregida para facilitar la salida de la viruta en los agujeros pasantes. Fig . 24.6C Machos largos para piezas pequeñas,
24 .2 .2
Achaflanado
Para facilitar la entrada del macho y a la vez evitar que se produzcan rebabas en los extremos o salidas de rosca, es recomendable hacer a los dos lados del agujero un chaflán de 120° con un diámetro ligeramente mayor al nominal de la rosca (fig, 24 .5) . 24 .2 .3 24 .2 .3 .1
Roscado propiamente dicho : Elección de los machos
- según el material a roscar, debe elegirse el macho con los ángulos apropiados ; si es muy tenaz y algo grande, convendrá emplear un juego de tres machos o en todo caso de dos; - si se trata de agujeros ciegos, se emplearán machos de entrada corta (fig . 24 .6A) ; por el contrario, si el agujero es pasante, podrán emplearse de entrada larga (fig . 24 .6B) ; - si son piezas pequeñas -tuercas- o son muchas las que hay que roscar, pueden emplearse machos largos (fig . 24 .6C) para que no deba sacarse el bandeador para cada pieza . 24 .2 .3 .2
Elección del bandeador apropiado
Ya dijimos que el macho tiene una parte llamada vástago o mango, que sirve para fijarlo a la máquina o arrastrarlo en el trabajo ; los machos de roscar a mano suelen llevar una espiga cuadrada (fig . 24 .7), la cual se coloca en un bandeador o giramachos, de los cuales unos son con agujero fijo (fig . 24 .7) y otros graduables (fig . 24 .8) .
Fig. 24.8
Bandeador regulable para varias medidas .
Es preferible emplear los de agujero único por dos razones : 1 .a el agujero se ajusta perfectamente a la espiga y no la estropea -no emplear bandeadores de agujero mayor que la espiga- y 2 .a, y principal, los bandeadores de agujero único tienen el tamaño proporcional al agujero, de tal manera que su tamaño proporcione suficiente momento* de giro para vencer la resistencia de roscado, según el tamaño del macho. Por el contrario, un bandeador graduable, si es adecuado para los machos grandes, será peligroso para los pequeños ; al tener grandes brazos, con poco esfuerzo, se logra un gran momento, por cuya razón puede romper fácimente los machos . 24 .2 .3 .3
L ubricantes
Un detalle que no puede descuidarse es la lubricación : el rozamiento es irremediable y, aun con los buenos machos de dientes destalonados y rectificados, como hemos dicho ya, el material tiende a dilatarse . 138
Para algunos materiales es contraproducente, porque se acumula la viruta y se malogra la operación . En la tabla 24 .9 damos los lubricantes más apropiados para varios materiales . Es muy importante que la lubricación se haga ya desde el principio y no cuando ya esté adelantada la operación.
Tabla 24 .9
Lubricantes para el roscado . Lubricante
Material a roscar Fundición gris .
En seco, aire a presión y petróleo .
Acero-fundición maleable .
Aceite de corte . Taladrina . Aceite de corte sulfurado .
Aceros especiales al cromo níquel y aceros inoxidables.
Aguarrás, petróleo y aguarrás. Aguarrás con albayalde . Aceite sulfurado .
Latón, cobre y bronce .
Aceite de colza . Aceite sulfurado .
Aluminio y aleaciones de cinc . Duraluminio.
Aceite de corte y petróleo .
Baquelita .
Preferentemente en seco o aire a presión .
Electrón .
Aire a presión . Petróleo . Jamás emplear agua o aceites emulsionables con agua .
2-4 .2 .3 .4
Fig. 24.10 Iniciación del roscado, comprobación de la posición .
Iniciación del roscado
Para empezar la rosca, se pone el primer macho y se hace girar, al menos dos vueltas `completas, hacia adelante a la vez que se ejerce una ligera presión en sentido del eje . En esta primera fase, radica el éxito o fracaso de la operación : el macho debe colocarse con el eje coincidente con el del agujero ; en la figura 24 .1'0 se ve cómo puede comprobarse la posición . En la figura 24 .11, aparece un macho en posición incorrecta . En la figura 24 .12 vemos el utillaje para asegurar la posición correcta en esta primera fase y el proceso a seguir .
Fig. 24.12 24 .2 .3 .5
Fig . 24.11 Posición incorrecta (exagerada) .
Útil para la perfecta alineación del macho .
Roscado
Una vez que se ha iniciado la rosca con estas vueltas, se prosigue la operación volteando alternativamente hacia uno y otro lado, a intervalos de media vuelta (fig . 24.13) . Este volver hacia atrás tiene por finalidad hacer que se rompan y desprendan las virutas más fácilmente . Si el agujero es corto y pasante, no suele presentarse ninguna complicación . Cuando es largo, es cuando hay que extremar la atención, ya en la primera fase . Para agujeros ciegos, será necesario sacar con frecuencia el macho y limpiar el agujero de virutas. Para roscas de gran tamaño, es preferible hacer el roscada a máquina; de lo contrario, resultaría muy fatigosa la operación ; para casos especiales, pueden emplearse juegos especiales de machos aunque sean poco rentables . 139
Fig . 24.13 Giro alternativo del macho .
24 .3
Roscado de tornillos
24 .3 .1
Fig. 24.14 Chaflán previo al roscado para facilitar la operación.
24 .3 .2
tornillo de regulación
Fig. 24.15 Regulación de las terrajas abiertas .
Torneado previo
Por las mismas razones que para las tuercas, aquí el diámetro exterior del tornillo debe hacerse algo inferior al nominal para facilitar la operación y permitir el crecimiento del material por efecto del laminado . De no hacerlo así, es fácil que en los aceros dulces y en algunas aleaciones, se rompan los filetes y quede una rosca de muy mala calidad; puede tornearse de tal manera que la altura del filete quede reducida de 0,7 a 0,85 de h 3 teórico. En la punta debe hacerse un chaflán o entrada para facilitar el comienzo del roscado (fig . 24 .14) . Roscado propiamente dicho:
24 .3 .2 .1
Elección de los cojinetes
24 .3 .2 .2
Elección del portacojinetes
Ya hemos dicho que los cojinetes empleados hoy, son casi exclusivamente los circulares, cerrados o abiertos . Se emplean preferentemente los cerrados para alcanzar con mayor seguridad las medidas precisas . Los abiertos deben utilizarse con mayor cautela, ya que si se cerrasen demasiado, podrían romperse, por su elasticidad limitada . En la figura 24 .15 aparece la manera de regular y montar los cojinetes abiertos ; también se hará más difícil el roscado al tener que cortar más material que el necesario ; quedará el tornillo más delgado y probablemente habrá una holgura excesiva en la tuerca ; con mucha facilidad se romperán los filetes y quedará una rosca de baja calidad . En la figura 24 .16 se presentan dos tipos de portacojinetes, uno para terrajas cilíndricas y el otro para terrajas partidas .
En los cilíndricos si es abierto, reglar bien la abertura y empezar, a ser posible con la máxima abertura, con lo cual será más fácil la operación y quedará siempre la posibilidad de dar una nueva pasada con el cojinete más cerrado. Colocarlo en el portacojinetes de manera que el ataque se haga por la cara correcta ya que el destalonado sólo está en un sentido, y el afilado también (fig . 24 .17) .
Fig. 24.17
24 .3 .2 .3
Colocación correcta del cojinete en el portacojinetes .
Lubricante
Vale lo dicho para el roscado con machos . 24 .3 .2 .4
Iniciación del roscado
Colocar el cojinete bien derecho, que el eje coincida con el del tornillo, lo cual constituye la fase más delicada, ya que de ella depende, principalmente, el éxito o el fracaso del roscado, tanto en calidad como en conservación del cojinete, el cual, si entra torcido, puede clavarse y romperse . Se hace girar un par de vueltas hacia adelante, a la vez que se aprieta axíalmente para obligarlo a entrar . 140
24 .3 .2 .5 Roscado Una vez iniciada la rosca y asegurado de que salga recta, se prosigue haciendo girar el portacojinetes en ambos sentidos, como se dijo para das tuercas. Si se rosca con terraja de peines, no deberá girarse adelante y atrás, sino siempre en el mismo sentido, al final de lo cual se abrirán los peines y se retirará la terraja . En la figura 24 .18 vemos una forma correcta de sujetar los espárragos para roscar y posición correcta del iniciado de la rosca. PROBLEMAS
¿A qué diámetro hay que taladrar una pieza si se quiere roscar a a) M6, b) M10 y c) M15 x 1,25? 1 .° Rosca ¡SO ; 2 .0 Rosca DIN . Solución : 1 .0
a)
b)
c)
ISO D, =D-1,08254P=6-1,1 - 1 =4,9z 5 mm D, = D - 1,1 P = 10 - 1,1 - 1,5 = 10 - 1,65 = 8,35 mm 0, =D-1,1 P=15-1,1 - 1,25=15-1,375=13,625
13,75 mm
2.° DIN a) D, = D - 1,3 P igual que S .I . = 4,7 mm b) D, = 8,05 mm c) 0, = 13,375 mm
SEGURIDAD E HIGIENE
- Cuidado con el manejo de los lubricantes .
- Precauciones con las rebabas y virutas, que pueden producir cortes.
MEDIOS DIDÁCTICOS
Audiovisuales Diapositivas : 14 .2 .1 Bandeador o maneta . 14 .2 .2 Roscado a mano con cojinetes .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
- Roscar tuercas y tornillos, de manera que ajusten suavemente pero sin gran holgura . - Ver carpeta de prácticas de taller.
CUESTIONARIO - ¿Qué operaciones previas son necesarias para roscar una tuerca?
- Describe la secuencia de operaciones en el roscado de tuercas . - ¿Qué operaciones siguen al roscado de tuercas? - ¿Qué operaciones preceden al roscado de tornillos? - Describe el orden de operaciones para roscar un tornillo . - ¿Es necesaria alguna operación o precaución especial cuando se roscan agujeros ciegos? - ¿Es importante la lubricación? - ¿Qué características debe tener el lubricante empleado para roscar? - Cita algunos de los productos empleados en la lubricación de roscado para varios materiales . - ¿Es importante reafilar las herramientas de roscar? - ¿Se puede hacer el afilado de herramientas en cualquier muela? - ¿Es difícil esta operación? - ¿Quién debe hacerla?
BIBLIOGRAFÍA
DANOWSKY H ., Manual práctico de Tecnología mecánica, Gustavo Gil¡, Barcelona 1971 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . HENRY FORD TRADE SCHOOL, Teoría del taller, Gustavo Gil¡, Barcelona 1966 . PECIÑA J ., Rama del metal, Tecnología, Curso primero, Centro Nacional de Formación del Profesorado y Monitores, Madrid 1968 . VAN GELDER T . J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 .
VOCABULARIO TÉCNICO Momento .
Producto de la intensidad de una fuerza por su distancia a un punto o línea .
Fig. 24.18 Colocación correcta de la terraja en la iniciación de la rosca y fijación de la varilla .
5.
Herramientas auxiliares manuales
Tema 25.
Herramientas auxiliares
OBJETIVOS - Conocer una serie de herramientas, comúnmente empleadas en el taller mecánico en variedad de trabajos, operaciones y tareas. GUIÓN Alicates . Tenazas. Herramientas para cortar . Herramientas para girar . Herramientas para golpear . Extractor de poleas . Cajas de herramientas .
PUNTOS CLAVE
Uso correcto de cada herramienta .
EXPOSICIóN DEL TEMA Fig. 25.1 Alicate universal con mango aislante .
Son muchas las herramientas que usa el mecánico en su diaria lbor a . AIgunas ya han sido descritas al hablar de cada trabajo en particular . A continuación se dan a conocer otras que tienen usos múltiples . 25 .1
Alicates
Son herramientas manuales que sirven para sujetar chapas, cortar o doblar pequeños flejes y alambres, montar arandelas elásticas, etc. Se fabrican de acero estampado . Los tamaños más comunes son : 5, 8 y 10 pulgadas de longitud . Existen muchos modelos, que se diferencian por la forma de sus bocas, según el empleo a que se destinen . 25 .1 .1
B
Fig. 25.2 Alicates de punta alargada : A, punta redonda; B, punta prismática.
Alicates universales
Pueden cortar alambre de pequeños diámetros, con el corte normal o con la entalladura lateral (fig . 25 .1) ; con la parte estriada sujetan piezas planas o redondas . Para electricistas, lleva mangos aislantes, de goma o de plástico . 25 .1 .2
Alicates de punta alargada Se emplean para la sujeción de piezas pequeñas, especialmente para radiotécnicos . Pueden tener la punta redondeada o prismática (fig . 25 .2) . 142
25.1 .3 Alicates de punta con muelle
Sirven para montar y desmontar anillos de seguridad para ejes, pueden tener la punta recta o curva (fig . 25.3) .
25 .1 .4 Alicates de punta curva
Sirven para montar y desmontar anillos de seguridad para agujeros (figura 25.4) .
25.2
Fig. 25.3 Alicates con resorte .
Tenazas
Es una herramienta de dos brazos trabados por un eje que permite abrirlos y volverlos a cerrar . Se emplean para sujetar piezas y, en algunos casos, para cortar .
25.2.1
Tenazas de carpintero
Se usan para la extracción de puntas, cortar y, en ocasiones, como herramienta de sujeción (fig . 25 .5) . Fig . 25.4 Alicates en punta y boca curva .
Fig. 25 .5 Tenazas de carpintero .
25.2.2
Tenazas de sujeción
Sirven para asir y para inmovilizar varias piezas superpuestas . Existen dos tipos (fig . 25 .6) - Tenazas sencillas regulables, aptas para sujetar piezas de distintos tamaños . - Tenazas automáticas de abertura regulable, en las que se mantiene la presión una vez apretadas .
25.2.3
Entenallas o tornillo de mano
25.2.4
Gatos y sargentos
A
Son una especie de tenazas que se emplean para sujetar piezas pequeñas y taladrarlas, y también montarlas sobre el tornillo de banco, para limar piezas pequeñas en chaflán (fig . 25.7) . Son unos instrumentos para el mismo servicio que las tenazas de presión ; pero con piezas de mayor espesor (fig . 25 .8) .
25.3
Herramientas para cortar
Hay otras herramientas que se emplean para Su tamaño y forma dependen de la sección de - Cortador articulado de corte frontal (fig . - Cortador articulado de corte vertical para - Cortavarillas (fig . 25.11) . - Cortatubos (fig . 25.12) . - Tijeras de cortar chapa (fig . 25 .13) .
25.4
cortar materiales metálicos . corte a realizar .
25.9) .
alambres (fig . 25 .10) .
Herramientas para girar
Son las que se emplean para apretar o aflojar elementos roscados (tuercas, tornillos, tubos, pernos, etc.. .) . Se pueden clasificar en : - (-laves y - Destornilladores .
Fig . 25.10
Fig . 25,9
Cortadores : A, simple ; B, de doble Pulcro,
Fig . 25.6 Tenazas de sujeción : A, simples ; B, presión .
Fig . 25.11
y
Fig . 25.7 Entenallas o tornillo de mano.
Cortaalambres .
Fig. 25.8
Cortavarillas .
143
Sargento.
. 25.15 Juego de llaves fijas. Fig
Fig . 25.13
agujero,
25 .4 .1 Fig. 25.16 Llave de tubo de dos bocas.
Fig. 25.17 Llave de tubo acodada.
Fig . 25.18
Llave de estrella plana .
Fig. 25.19 Llave de estrella acodada.
Fig . 25.20
Llave de vaso,
Fig. 25.21 Mango en forma de berbiquí.
Mango corredizo .
Fig. 25.14 Llave fija de dos bocas.
Llaves
Son instrumentos de acero que se emplean constantemente en el taller mecánico para apretar o aflojar las tuercas en los tornillos. Las llaves se clasifican esencialmente en : - Fijas, para superficies planas paralelas . - Ajustables para superficies planas paralelas. - Llaves «de uña articulada» . - Ajustables para tubos. 25 .4 .1 .1
Llaves fijas
- Fija de una o dos bocas (fig . 25 .14) . En las llaves hay que distinguir : cuerpo, cabeza y boca . La cabeza en la que hay una muesca llamada boca, está inclinada 15°, 300 ó 45° respecto al cuerpo, con el fin de que la llave sea más manejable. La abertura de la boca determina el tamaño de la llave; cuanto menor sea la abertura, menor será la longitud del cuerpo, para que el esfuerzo que se aplique sea proporcional a la resistencia del tornillo . Las llaves se fabrican en muy variados juegos, formas y tamaños . Para obtener un buen rendimiento, es conveniente sean de acero al cromo-vanadio (fig . 25 .15) . - Hexagonal de tubo recta (fig . 25 .16) . En estas llaves la boca abraza por completo la cabeza del tornillo, lo que hace más difícil que se pueda girar. Disponen de unos agujeros para aumentar la fuerza de giro, mediante una barra. - Hexagonales de tubo acodada (fig . 25 .17) . Son semejantes a las anteriores y varían la forma para adaptarse al espacio disponible . - Estrella plana (fig . 25 .18) . Tienen la propiedad de poseer más posiciones para el giro ;fue las anteriores . - Estrella acodada (fig . 25 .19) . Reúne las mismas ventajas de las anteriores, pudiendo entrar en lugares angostos . - De vaso. Estas llaves son de pequeña dimensión pero muy resistentes y forman un juego (fig . 25 .20) . En el extremo contrario a la boca tienen un orificio cuadrado, al que se acopla el mango, el cual puede ser de varias formas : - En forma de berbiquí (fig . 25 .21) . - Llave en forma de carraca, para poder cambiar de posición con frecuencia (fig . 25 .22) . - Mango corredizo para poder variar la palanca (fig . 25 .23) . - Articulaciones universales (fig . 25 .24) para lugares angostos . - Dinamométrica . Las llaves dinamométricas disponen de un sistema especial para graduar el esfuerzo al apretar la tuerca o el tornillo (fig . 25 .25) . - Para tornillos de cabeza hexagonal interior. Son las llamadas «Allen» y sirven para apretar los tornillos de cabeza hexagonal hueca del mismo nombre (fig . 25 .26) . 25 .4 .1 .2
Fig. 25 .23
Tijeras de cortar chapa .
Ajustables para caras planas Vulgarmente se llaman «llave inglesa» ; funcionan haciendo girar una virola moleteada, que a su vez, desliza la mordaza móvil por la acción de un husillo (fig . 25 .28) (transparencia 10.1) . Las llaves ajustables no deben substituir a las fijas . Cuando se emplean para tornillos o tuercas pequeñas, hay que cuidar que el brazo de palanca no sea excesivo para su resistencia, a fin de evitar que se rompan . Para una aplicación más racional, se construyen juegos de : 4, 6, 8, 10 y 12 pulgadas . Es aconsejable : 144
B
Fig. 25.28 Llaves ajustables : A, de husillo ; B, de visinfin .
piada;
emplear este tipo de llaves sólo cuando no se dispone de otra fija apro-
Fig . 25.24 Llave de articulación universal: A, articulación; B, mango.
no emplearlas para trabajos excesivamente duros; procurar que el esfuerzo recaiga sobre la mandíbula fija ; ajustar la boca a la tuerca, dejando el mínimo juego; mantener limpio el mecanismo.
25.4.1 .3 De uña articulada
Reciben también el nombre de llaves de gancho ; se utilizan para tuercas redondas con muescas. Son ajustables para varios diámetros de tuercas (figura 25 .29) . Fig . 25.25 Llaves dinamométricas .
Fig. 25.29
Llave de doble gancho.
Fig. 25.30
Llave grifa .
25.4.1 .4 Ajustables para tubos
Se emplean con gran frecuencia en fontanería ; cipales: - Llave tipo Stillon (fig . 25 .30) . - Llave de cadena (fig . 25 .31) . La llave Stillon, vulgarmente llamada «llave grifa», que bascula ligeramente sobre la parte de la mordaza en el tubo (fig . 25 .30) . La llave de cadena (fig . 25.31) sujeta el tubo por regulable y las estrías.
existen dos clases prin-
tiene una mordaza móvil fija, clavando sus aristas
Llaves Allen.
Fig. 25.26
la acción de una cadena
25.4.2 Destornilladores
Son herramientas que se emplean para apretar o aflojar los tornillos y tirafondos, ajustándolos en una ranura que, a tal fin, tienen éstos en la cabeza (fig. 25.32) . Constan de : - mango; - vástago; - punta. Mango. El mango o parte por donde se coge con suele ser de madera o plástico . punta
vástago
anillo metálico
Fig. 25.32
Fig. 25 .27 Juego de llaves de vaso con mango hexagonal.
mango
Iii
Destornilladores.
Vástago o cuerpo. El vástago es de acero de buena calidad . Va inserto en el mango y asegurado contra el giro, por un pasador o unas estrías hechas en el propio vástago. Punta o extremo afilado. Es la parte activa de la herramienta. Está aplastada y aplanada para ajustar a la ranura del tornillo (fig . 25.33) . En cada tipo de destornillador, la anchura de la punta, el grueso del vástago y, generalmente, su longitud están relacionadas entre sí, para obtener la resistencia necesaria . 145
Bien
rll
Ma(
Fig. 25.33 Afilado correcto de la punta del destornillador.
Un defecto muy común, que debe evitarse, es afilar la punta del destornillador como si fuera un cincel, ya que así puede resbalar de los tornillos y estropearlos (fig . 25 .33) . 25 .4 .2 .1
Fig. 25 .35 Destornillador de percusión .
Fig. 25.36 Destornillador de carraca .
Tipos de destornilladores
Existe una variedad considerable de formas de destornilladores . Los más corrientes son : -Destornillador Philips. Muy empleado en automovilismo, tiene la punta en forma de cruz para adaptarse a la hendidura de los tornillos de cabeza Philips (fig . 25 .34A) . - Hay destornilladores especiales de perfil constante (fig . 25 .34B) . - Destornillador de percusión. Es un destornillador con el que mediante un golpe de martillo, y por medio de un mecanismo interior, se consigue un fuerte giro del extremo del destornillador (fig . 25 .35) . - Destornillador dinamométrico o de carraca . Con él se puede graduar la presión y actuar en los dos sentidos, mediante un dispositivo (fig . 25 .36) .
s
Fig. 25.34 Destornillador Philips: A, forma de la punta; B, destornillador de perfil constante ; C, aplicación .
25 .4 .2 .2
Normas de conservación
Para la buena conservación de los destornilladores ténganse presentes las siguientes normas : - no se empleen para ninguna operación que pueda hacerse con otra herramienta más apropiada -martillo, tenazas, llaves-; - manténgase siempre limpia y engrasada la articulación . 25 .5
Fig . 25.37 Mazas : A, madera ; B, plástico ; C, bronce.
Herramientas para golpear
Para golpear se emplean generalmente los martillos; unas veces directamente sobre la pieza y otras, con el auxilio de distintas herramientas como punzones, barras de acero, etc. .. 25 .5 .1
Martillo
Es una herramienta para golpear. Su forma y tamaño son muy variados, de acuerdo con el trabajo a realizar . Los principales son : - Martillo de bola . - Martillo de peña . - Martillo para carpintero . 25 .5 .2
Mazas
25 .5 .3
Punzones o botadores (fig . 25 .38)
Las mazas son unos martillos de forma y material adecuados para algunos trabajos especiales : - montaje de piezas acabadas ; - enderezamiento de chapas ; - para golpear materiales blandos. En la figura 25 .37. pueden verse varios tipos : los más usados son los de bronce, plomo, madera, caucho y plástico . En algunas toda la maza es de un mismo material ; en otras las cabezas son postizas y de distinto material, por ejemplo de nailon .
Fig . 25.38
Diversos tipos de botadores.
Son instrumentos de acero que terminan en punta. Sirven para abrir agujeros en chapas delgadas, sobre una sufridera blanda . Pero se emplean principalmente para colocar o sacar pasadores. Hay que mantener su boca bien plana (fig . 25 .39) y nunca hay que emplear un botador pequeño para un pasador grande a fin de no estropear los pasadores. Por esta razón, suelen fabricarse en juegos de 3 ó 6 piezas, unos con vástago cónico, para agujeros cortos, y otros con vástago cilíndrico, para agujeros largos . 146
25.6
Extractor de poleas Es uno de los accesorios más útiles para desmontar piezas metidas a presión . Los hay de muchas formas y tamaños, dada la gran variedad de necesidades (fig. 25.40) . Es importante mantenerlos en perfecto estado, para evitar que se estropeen las piezas y poder realizar el trabajo oportuno . 25.7
Cajas de herramientas Resultan muy prácticas . Hay armarios y cajas como las de la figura 25 .41 y, mejor aún, carritos semejantes a los de la figura 25.42, que resultan muy prácticas para guardar y conservar las herramientas .
Fig. 25.41
Armario y cajas de herramientas .
SEGURIDAD E HIGIENE Suele descuidarse mucho la guarda y conservación de los equipos de uso general, con los consiguientes perjuicios y la posibilidad de ser causa de accidentes . Por eso, antes de usar alguna de estas herramientas, hay que asegurarse de que estén en perfectas condiciones . Si su estado no es correcto, hay que ponerlas en condiciones antes de usarlas . De la organización del taller dependerá a quien corresponda el arreglo . Todo, antes de hacerse daño, malograr el trabajo o elementos de la máquina .
NORMALIZACIÓN Tiene gran importancia el empleo de elementos normalizados ; así con un mínimo de herramientas, se pueden solucionar todos los problemas .
MEDIOS DIDÁCTICOS
Fig. 25 .39 Forma de utilización de los botadores .
Audiovisuales Transparencia : 10.1 Llave ajustable de husillo . Diapositivas : 10.1 .1 Alicates . 10.1 .2 Diversos tipos de llaves . 10.1 .3 Martillos y mazas .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Haz una lista de herramientas auxiliares que tú
has usado, las enumeradas en este tema, y todas las que tú conoces. - Cita alguna que no esté en el taller y que te parece podría hacer falta .
CUESTIONARIO - ¿Qué se entiende
por herramientas auxiliares? Enumera cinco de ellas, determinando
Fig. 25.40
Extractor .
Fig. 25.42
Carro de herramientas .
su empleo más corriente . - ¿Te parece importante disponer de un equipo portátil de herramientas dentro del equipo de manutención? - ¿Las herramientas auxiliares, de uso general, deben estar en el almacén de herramientas? ¿Por qué? - ¿Qué sistema emplearías en el taller para pedir una herramienta auxiliar? - ¿Te parece apropiado el actual o lo cambiarías por otro, si dependiera de ti? ¿Por cuál?
BIBLIOGRAFÍA E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . HENRY FORD TRADE SCHOOL, Teoría del taller, Gustavo Gil¡, Barcelona 1966 . VAN GELDER T . J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 .
147
6.
Normalización
Tema 26.
Normalización . Tolerancias . Acabado superficial
OBJETIVOS
- Apreciar la importancia que para la mecánica tiene la normalización .
- Conocimiento de los principales organismos nacionales y extranjeros de normalización con sus abreviaturas o siglas correspondientes . - Información y conocimiento de la norma UNE como norma nacional. - Conocimiento del campo de aplicación de las normas de Mecánica y características de la tipificación . - Conocer la idea de tolerancias y acabado superficial. - Lectura e interpretación de dibujos de taller. GUIóN Definición y objeto de la normalización. Principios generales de normalización . Organismos nacionales e internacionales de normalización . Normas UNE. Sus clases. Campos de aplicación de la normalización en la Mecánica . Tipificación . Normas de empresa. Identificación de elementos normalizados . Designación normalizada . Dibujos de taller.
PUNTOS CLAVE
- Designación e identificación de elementos normalizados . - Ventajas de la normalización .
EXPOSICIóN DEL TEMA 26 .1
Definición y objeto de la normalización
La normalización es el trabajo sistemático de la simplificación, unificación y especificación que se aplica a los elementos y problemas que se repiten en la industria y, en general, en las diversas actividades cientificas y económicas . - Se simplifica, reduciendo el número de modelos (fig . 26 .1) . - Se unifica adoptando las medidas convenientes para que las fabricaciones resulten intercambiables (fig . 26 .2) . - Se especifica definiendo los materiales y dimensiones, de modo que se evite todo error en la identificación (fig . 26 .3) . Fig . 26.1
Plaquetas normalizadas de metal duro.
26,1 .1
Ventajas de la normalización
En el campo de la producción industrial, las principales ventajas son : 148
- Economía . Como consecuencia de la simplificación, se produce más barato . También disminuye el precio de coste al producir mayor número de unidades iguales . - Utilidad. Como consecuencia de la unificación, la intercambiabilidad facilita la obtención de piezas de recambio . - Garantía. Como consecuencia de la especificación, todos los productos normalizados tienen una calidad mínima perfectamente determinada. - Almacenaje económico y cómodo, pues facilita la clasificación de los productos y ahorra espacios . 26 .2
Principios generales de normalización Son los siguientes : - La normalización debe ser un conjunto perfectamente homogéneo : si unificamos los tornillos, haremos lo mismo con las arandelas, brocas, tuercas, etcétera . - Las normas deben representar un estado de equilibrio entre las exigencias técnicas y la realidad industrial del país . - La normalización debe ser una obra realizada de común acuerdo entre todas las ramas de la economía : técnicos, fabricantes, intermediarios y consumidores . 26 .2 .1
Etapas
El desarrollo de cualquier idea se suele dividir en tres etapas : - Etapa de iniciación, donde se corrigen los defectos . - Etapa de desarrollo, durante la cual se introducen cambios funcionales. - Etapa de saturación, en la cual se mejoran las apariencias y las características secundarias. Cuando se estima conveniente emitir una norma, en primer lugar, se hace un estudio de las necesidades; después se publica en la revista oficial el proyecto de norma, para que, durante un período de tiempo, todos los interesados puedan hacer las observaciones convenientes ; por último se publica la norma definitiva. Si en el transcurso del tiempo la norma queda anticuada, se hace una revisión. 26 .3
Organismos nacionales e internacionales de normalización Casi todas las naciones han creado sus organismos nacionales de normalización, encargados de publicar las hojas de normas, donde éstas se contienen. Algunos de los organismos nacionales más importantes son : País Alemania U .S .A . Francia Inglaterra Italia
Fig. 26.2 Medidas que definen un rodamiento .
Abrev . de la norma DIN ASA NF BSI UNI
Organismo normalizador Deutscher Normenausschuss American Standards Association Association Frangaise de Normalisation British Standards Institution Ente Nazionale Italiano di Unificazione
En España, el organismo encargado de establecer las normas nacionales es IRANOR, Instituto Nacional de Racionalización y Normalización, que publica las normas UNE -Una Norma Española-. Hay otros organismos nacionales de normalización dedicados a ramas particulares, entre los que cabe destacar : INTA : Instituto Nacional de Técnica Aeronáutica . CETA : Centro de Estudios Técnicos de Automoción . AEE: Asociación Electrónica Española . UNE-TEX : Sindicato Nacional Textil . Las normas que tienen ámbito de aplicación internacional las recopila la lnternational Organization for Standardization, cuyas normas llevan las siglas I .S .O . Sólo edita normas que, por su importancia o aplicación, interesen a todo el mundo. Suelen ser recomendaciones ¡SO, que luego cada país va incorporando, de acuerdo con su adelanto técnico. 26 .4
Normas UNE . Sus clases Las normas UNE se publican en hojas de formato A4 -210 x 297- ; van señaladas por un número de cuatro o más cifras, separadas en dos grupos, el 149
Li
A
0 Fig. 26.3 Especificación de una tuerca : tuerca de manguitos cónicos, de fijación T 6 UNE 18035,
primero de los cuales, de una o más cifras, indica la materia de que trata y el segundo número, de tres cifras, señala simplemente el orden correlativo, sin ninguna clasificación . Así, por ejemplo, la norma UNE 36072, que se refiere a Aceros afeados para herramientas, nos indica por su numeración que pertenece a la clase 36, o sea, a Siderurgia ; las cifras 072 expresan únicamente un número de orden . 26.4 .1 Grupos de normas Las normas UNE publicadas hasta la fecha pertenecen a los siguientes grupos, clasificados según las comisiones que los han elaborado . 1 4 5 7 9 10 14 15 16 17 18 19
Asuntos Generales . Ciencias Sociales . Ciencias Generales . Ensayos de Materiales . Calderas de Vapor . Motores Térmicos. Soldadura . Máquinas-Herramienta . Herramientas . Medios de fijación . Transmisiones . Rodamientos . Engranajes . Tuberías y Bridas . Válvulas y Accesorios y Organos diversos de Distribución y de Riego . 20/21 Electrotecnia . 22 Minería . 23 Protección Civil ; Sanidad y Seguridad . 24 Ingeniería Civil . 25 Material Ferroviario . 26 Material Automóvil . 27 Construcción Naval . 28 Aeronáutica . 30 Industrias Químicas. 31 Pólvoras y Explosivos . 32 Combustibles . 33 Industrias de la Fermentación .
Industrias Agrícolas y Alimenticias . Siderurgia . Metales . Bronces . Latones (excepto Aleaciones Ligeras) . Aleaciones Especiales . 38 Aleaciones Ligeras y Especiales . 40 Industrias Textiles . 41 Construcción . 43 Industrias Opticas y del Vidrio . 48 Colores . Pinturas . Barnices . 49 Embalajes y Transportes . 50 Documentación . 51 Combustibles Líquidos . 52 Administración, Organización e Informática . 53 Industrias de Plásticos y Caucho . 54 Industrias Gráficas . 55 Industrias de la Grasa y Detergentes . 56 De los Montes y de la Industria Forestal . 57 Celulosa y Papel . 58 Maquinaria de Elevación y Transporte . 59 Industrias del Cuero . 60 Gases Combustibles . 64 Piensos Compuestos . 66 Gestión y Calidad . 68 Tractores y Maquinaria Agrícola . 34 36 37
Campos de aplicación de la normalización en la Mecánica En Mecánica se aplica la Normalización : - a la Oficina Técnica de estudios y proyectos ; - a los materiales ; - al conjunto de piezas prefabricadas y elementos de máquinas; - a la técnica de la fabricación y del montaje ; - a la organización .
26 .5
26.6
Tipificación La tipificación es un caso particular de la normalización . Es una ordenación, por clases y tamaños, de objetos homogéneos, con un escalonamiento sistemático de sus dimensiones . 26.7
Normas de empresa Si una determinada empresa necesita normalizar algo para su uso interno, por no estar normalizado o por existir numerosos tipos del mismo objeto, de entre los cuales la empresa precise seleccionar algunos, surgen las normas internas o
normas de empresa.
Identificación de elementos normalizados Los elementos empleados en mecánica en su mayoría están normalizados y siempre que sea posible habrá que recurrir a ellos, con preferencia a los no normalizados. Y esto, por sus ventajas de simplificación, intercambiabilidad e identificación . El problema de identificación puede ser doble: porque hay que comprobar si es o no normalizado un elemento ya existente o porque hay que buscarlo cuando no se tiene y, en consecuencia, es precisa su designación . En el primer caso se comparan las dimensiones y formas de la pieza, con las de las normas correspondientes . Las características mecánicas, si son de im26.8
150
portancia, habrá que comprobarlas por medio de los ensayos que en las mismas normas se determinen . Si las medidas y formas coinciden con las de la norma, consideraremos el elemento como normalizado, y lo designaremos de acuerdo a la misma norma . Algunas piezas ya están marcadas con el número de la norma o con alguna característica de resistencia, con lo cual se facilitará la identificación . Si la casa fabricante es de garantía suele ser suficiente esta marca ; con todo si es grande la responsabilidad de !a pieza, convendrá hacer las comprobaciones arriba indicadas . En el segundo caso, se recurre a la norma correspondiente y en ella se encuentra claramente cómo debe hacerse la designación . 26 .9
Designación normalizada
Es la manera de distinguir o llamar a las piezas o elementos normalizados . La designación debe ser inequivoca y breve. Consta de dos partes : del nombre o denominación y de una abreviatura . Ejemplo : Si hemos de designar una tuerca almenada de rosca M10 x 1,5, según la norma UNE 17054, lo haremos así : Tuerca almenada A
M10
x
Fig. 26.4
AM 10 x
1,5 UNE 170541
Tuerca almenada 1,5 UNE 17054.
En ella tenemos :
Denominación : Tuerca almenada Abreviatura : A M10 x 1,5 UNE 17 054 (fig . 26 .4) . La abreviatura sola ya determina concretamente el producto . Es como un signo en clave . Para la interpretación de esta clave sirve la hoja de la norma correspondiente . Se comprende por qué nunca debe faltar el número de la norma . En la descripción de algunos de los elementos reseñados se indica su designación normalizada completa, en otros sólo la abreviada . En el tema de elementos de unión puede encontrarse gran variedad de estas designaciones y se verá la ventaja que supone hacerlo así : se hacen innecesarios los dibujos de despiece . En la- tabla 26 .5 se ven otros elementos normalizados y sus designaciones . 26 .10
Dibujos de taller
En todo taller mecánico, el trabajo se ejecuta de acuerdo con los dibujos realizados en la Oficina Técnica . En estos dibujos se representa la pieza o piezas en su forma y dimensiones . Si no puede dibujarse en su tamaño real -escala 1 :1-, se dibujará en la escala normalizada que más convenga . Además se indicarán todas las aclaraciones u observaciones que sean necesarias para la completa y fácil interpretación y ejecución de la pieza . Como en estos dibujos, las piezas, no se representan tal como nosotros las vemos de un solo golpe de vista, es decir, tal como podría representarlas una fotografía, es necesario saber leer o interpretar estos dibujos industriales . Tabla 26 .5
Dibujo
Designación de piezas normalizadas .
Designación
Significado
Chaveta plana 32 x 18,
Anchura b = 32 Altura h = 18 Longitud¡ = 180
Lengüeta redonda 4 x 5 DIN 6 888
Anchura b = 4 Altura h = 5
Perno 16 h 11 x 50 DIN 1 433 (marca del material)
Diámetro d = 16 Longitud¡ = 50
Tornillo hexagonal M8 x 50 To DIN 931
Diámetro ext . M8 = 8 Longitud¡ = 50 To = sin saliente de asien to
Tuerca hexagonal M8 DIN 555
M8 = diámetro del tornillo al
UNE 17101, I = 180
~7
que va colocada,
Fig. 26.6 Dibujo de conjunto.
26 .10.1
Fig. 26 .7 Chaveta en proyección ortogonal y perspectiva paralela.
Éc
W1
26 .10.2
Dibujo de despiece
Es el dibujo en el cual se representa una pieza aislada, con todas las medidas y especificaciones necesarias para su completa ejecución . Es el dibujo más importante en el taller. Un dibujo está completo si reúne estos 5 requisitos : 1 .° forma de la pieza -vistas necesarias y suficientes-,2.0 dimensiones, incluidas las tolerancias ; 3 .° signos superficiales e indicaciones escritas ; 4.° material con características ; 5 .° especificaciones de identificación . Demos una breve idea de cada uno de estos puntos : 1 .° Forma de la pieza: En los dibujos industriales se emplea casi siempre el sistema de representación por proyecciones ortogonales. Alguna vez se añade una perspectiva. Se dibujan las piezas, según este sistema, tal y como aparecen desde cada una de sus caras. 2.11 Dimensiones . Las dimensiones de la pieza se anotan por medio de cotas . Dichas cotas se escriben en medio o encima de unas líneas llamadas líneas de cota, que llevan una flecha en cada extremo (fig . 26 .7) . - Tolerancia Dada la imposibilidad de hacer una medida absolutamente exacta, se admite en ella una diferencia mayor o menor, según la importancia de la pieza o medida, llamada tolerancia . - Medida nominal: La que se acota en el plano. - Medida máxima : La mayor medida admisible en la fabricación . - Medida minima : La menor medida de fabricación . Pongamos un ejemplo : Supongamos que una medida deba tener 17 mm sin exceder de 17,2 mm, ni tener menos de 16,9 mm . Se llama medida nominal a la que teóricamente ha de tener la pieza ; en este caso, 17 mm . A las medidas 17,2 y 16,9 se las denomina medida máxima y medida mínima . Se llama tolerancia a la diferencia entre la medida máxima y la mínima admisible; en este caso
É d
Dibujo de conjunto
Cuando un dibujo representa un mecanismo o máquina, formado por varias piezas, se llama dibujo de conjunto. Tiene gran importancia : 1 .° para que en el momento de concepción o proyecto pueda verse la relación y proporción de las varias piezas, y 2.° para el montaje, ya que en él deben verse todas las piezas y la posición de unas respecto a las otras. En la figura 26 .6 vemos un sencillo mecanismo en dibujo de conjunto seccionado . En un dibujo de conjunto no se ponen cotas. Además del dibujo propiamente dicho, todo plano debe llevar un casillero en el cual estén escritas todas las especificaciones necesarias para su identificación y completa comprensión. Las piezas normalizadas llevarán su especificación completa para que sólo con ella podamos obtenerlas sin necesidad de un dibujo propio .
-
.
Fig. 26 .8 Representación gráfica de tolerancias.
17,2-16,9=0,3mm. Para representar la tolerancia en un dibujo, se escriben a la derecha de las cotas y en tamaño más pequeño las diferencias ; en la parte superior, la que da la medida máxima y la que da la medida mínima, en la parte inferior, como pue de verse en la figura 26 .8 . Se pone el signo + (más) a estas diferencias cuando la medida admisible sea mayor que la nominal, y el signo - (menos) cuando sea menor. También puede escribirse con abreviaturas, según normas ISO, y poner el valor numérico aparte (fig . 26 .9A) . Como se comprende fácilmente, cuanto mayor sea la tolerancia admitida, tanto más fácil será realizar una pieza. Cuando varias medidas no necesiten una tolerancia concreta o puedan ser del mismo orden, podrán dejar de indicarse las diferencias de cada cota, y ponerse sólo de una manera general. Si las medidas no toleradas difieren poco en magnitud, podrá ponerse así: Medidas sin tolerancias _1_ 0,2 -u otras tolerancias, según necesidades- . Mejor será, sobre todo cuando la diferencia entre las medidas sea muy notable, poner medidas sin tolerancias según DIN 7 168 y una tabla para los campos de medidas de la pieza, como aparece en la figura 26 .9B. 152
Tabla 26 .10 Tabla de signos de mecanizado .
Sin demasía para mecanizado
Uniformidad y alisado superficial, tal como se consigue mediante los procedimientos usuales sin levantar virutas (laminar, forjar, estirar, cortar a la autógena, fundir, etc.) .
N12 N12 , N11 \/
N10 , N9 Mecanizado con arranque de viruta Necesita demasías para
9/ N8,N7 N6
mecanizado
NiS, N5 N4 4, N3, N2, N1
Unte
y alisado superficial, tal como se consiguen mediante los os procedimientos usuales, sin levantar virutas, hechos cuidadosamente, (cortar, forjar con cuidado, pulir en estampa, fundir cuidadosamente) . Solamente cuando estas condiciones no pueden cumplirse, habrá que mecanizar tales superficies .
Uniformidad y alisado superficial, tal como se consiguen mt . diante uno o más desbastados con levantamiento de virutas Las huellas dejadas por la operación pueden ser apreciadas claramente al tacto o a simple vista.
Uniformidad y alisado superficial, tal como se consiguen mediante uno o más afinados con levantamiento de virutas. Las huellas pueden apreciarse a simple vista.
Uniformidad y alisado superficial, tal como se consiguen mediante uno o más alisados cuidadosamente ejecutados. Las huellas no deberán ya apreciarse a simple vista.
Uniformidad y alisado superficial, tal como se consigue mediante peracabado . Las huellas son absolutamente invisibles a simple vista. su
3.° Signos superficiales: Así como no siempre se exige la misma exactitud en las diversas medidas de las piezas, tampoco se pide en todas las superficies la misma lisura o pulidos. Para saber cómo deben quedar las superfi cies, se colocan en ellas unos signos que indican el grado de pulido o acabado que deben tener. Dichos signos superficiales se reproducen en la tabla 26 .10 y en ella vemos el significado de cada uno. 4.0 Material: Anotaremos la calidad y, en caso de tratarse de perfiles normales, la 'designación normalizada. También podrán aparecer las dimensiones en bruto, sin dejar de mencionar los tratamientos térmicos o especiales si los hubiere . 5.° Especificaciones de identificación : Todo dibujo ha de llevar una denominación y número de identificación, así como número de piezas, nombre del dibujante, etc. (fig . 31 .40) . TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO Realizar un tema libre sobre la normalización aplicada a la Mecánica .
Fig. 26 .9A Manera de acotar tolerancias y señalar los signos superficiales .
Medidas sin tolerancia según DIN 7168 grado medio
>05 >6 hasta
CUESTIONARIO
- ¿Qué objeto tiene la normalización? - ¿Cuáles son las principales ventajas de trabajar con elementos normalizados? - En tu actividad diaria, ¿empleas objetos o productos que estén normalizados? Cita 10 ejemplos . - ¿Qué son las normas ¡SO? - ¿Sabrías descifrar las siguientes siglas? UNE 15126 UNE 26022 UNE 50 003 - ¿Dónde se aplican las normas en Mecánica? - ¿Qué diferencia hay entre norma UNE y una norma de empresa? - ¿Es obligatorio el empleo de las normas? - Pon algún ejemplo de especificación normalizada y explícala.
Grado medio
6 '0,1
hasta
30 0,2
>30
hasta
Material f-1120
BIBLIOGRAFÍA
DIN, Normas fundamentales para la técnica mecánica, Balzola, Bilbao 1970 . E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . KLEIN M., Introducción en las normas DIN, Balzola, Bilbao 1967 . NORMAS UNE, Instituto Nacional de Racionalización y Normalización, Madrid .
Fig . 26.98 Aplicación de la norma DIN 7168.
153
120 0,3
7.
Elementos de unión
Tema 27.
Uniones fijas soldadas . Otras uniones
OBJETIVOS - Conocer los procedimientos de unión permanente de dos piezas . - Saber cómo se preparan las piezas para soldar. - Conocer las normas de seguridad para el manejo de las instalaciones y aparatos para soldar. - Aprender a representar y leer elementos normales de unión. - Conocer otros procedimientos de uniones. GUIÓN -
Soldadura . Otros sistemas de uniones fijas : pegamentos . Uniones prensadas . Uniones por zunchado y anclajes .
PUNTOS CLAVE - Lectura de uniones soldadas, según los varios sistemas. EXPOSICIÓN DEL TEMA 27 .1
Soldadura
Se llama soldadura la unión por medio del calor de dos piezas metálicas o de dos partes de una misma pieza, de modo que formen un todo continuo . 27 .1 .1
Clasificación de los procedimientos de soldadura Hay muchos procedimientos de soldadura, que no se pueden emplear indistintamente ; cada uno tiene su campo de aplicación . Los principales procedimientos de soldadura son los siguientes : heterogénea Fig. 27.1 Preparación de piezas para soldar. 1, con bordes levantados ; 2, con bordes a escuadra libre ; 3, en V; 4, en V con bordes levantados ; 5, en V con chaflán simple ; 6, en U ; 7, en X ; 8, en K ; 9, en doble U.
Soldadura
Soldadura blanda Soldadura fuerte por fusión
con soplete eléctrica, con arco voltaico
por presión
a la fragua eléctrica por resistencia
homogénea
15 4
a tope por puntos continua
Soldadura heterogénea es aquélla en la que, para unir las partes, se utiliza un metal distinto del metal base . La soldadura homogénea se hace con metal de idéntica o semejante composición a la del metal base . Se llama metal base al metal de las partes que se han de unir . El metal fundido que, a veces, se interpone entre las dos piezas para unirlas se llama metal de aportación . 27 .1 .2
Preparación de las piezas que se han de soldar
a
Las piezas que se han de soldar han de sufrir una preparación que, en general, comprende las operaciones siguientes : 1 a Achaflanado o doblado de los bordes (fig . 27 .1) . 2.a Limpieza del metal, si hay lugar a ello . 3.a Punteo de los bordes (fig . 27 .2) . 4.a Ajuste y fijación de los bordes . 5.a Calentamiento antes de la soldadura, si se trata de metales frágiles, susceptibles de romperse bajo los efectos del calor localizado : fundición de hierro, aleaciones ligeras . . . El achaflanado de los bordes es indispensable cuando las piezas tienen más de 5 6 6 mm de espesor. El ángulo de la V así formada ha de ser tanto mayor cuanto más gruesa es la plancha; no pasando, no obstante, de los 90° . Para espesores de más de 15 mm, ha de achaflanarse por ambas caras. Achaflanados los bordes de las piezas, se las aproxima de manera que ajusten en toda su longitud y enseguida se los une por medio de puntos de soldadura, más o menos próximos según el espesor de la . plancha (fig . 27 .2) . Las planchas muy delgadas se preparan haciendo un reborde (fig . 27 .2) y punteando, sin metal de aportación, y a una distancia de unos 25 6 30 mm . Las de mayor grueso se puntean con metal de aportación, a una distancia que sea de 20 a 30 veces el espesor de la chapa . Hay que evitar, siempre que se pueda, que la soldadura quede en ángulos vivos o en partes que sufran esfuerzos concentrados . Igualmente, se evitará unir directamente dos piezas de distinto espesor. La figura 27 .3 indica la preparación de las piezas que se desean soldar, en determinados casos. Como la soldadura produce deformaciones, es preciso, en ciertos casos, deformarlas de antemano en sentido contrario, para contrarrestar la posible deformación (fig . 27 .4) .
b
Fig. 27.2 Punteado de las chapas para soldar a tope : a, con metal de aportación; b, sin metal de aportación .
mal 2
Fig. 27.4
27 .1 .3
Deformaciones de las piezas soldadas y modos de evitarlas.
bien
bien
bien
3
Posiciones de la soldadura
La soldadura se hace ordinariamente colocando las piezas que se han de soldar en el plano horizontal ; pero hay casos en que no hay más remedio que soldar en la posición en que se encuentren . Las varias posiciones en que podemos soldar aparecen en la figura 27 .5 . La tabla 27 .6A muestra las denominaciones normalizadas según la norma UNE 14 009 para las diversas posiciones de la soldadura (fig . 27 .613). 27 .1 .4
Defectos de la soldadura Entre ellos se pueden citar: 1 .° Falta de penetración, debida a una fusión incompleta de los bordes . Esto se aprecia observando la pieza por detrás . 2.° Pegaduras o unión por simple adherencia y no por fusión . Puede producirse este defecto por fusión incompleta, o no simultánea de los bordes y del metal de aportación ; o bien, por haber aplicado el metal de aportación sobre un metal ya solidificado . 3.° Oxidación y quemaduras, debidas a que la ejecución de la soldadura ha sido muy lenta o que se ha regulado mal el dardo o a que no se emplean desoxidantes cuando son necesarios . 4.o Desnivelación de los bordes que se han de soldar . Este defecto, que disminuye notablemente la resistencia de la soldadura y de su buen aspecto, 155
6
bien
mal
Fig . 27.3 Preparación de piezas para soldar: 1, para derivaciones de tubo ; 2, para fondos de depósitos; 3, barras redondas rectas; 4, piezas prismáticas ; 5, chapas de distintos espesores; 6, chapas en ángulo.
k
m
Fig . 27.5 Posiciones diversas en la soldadura autógena : a, soldadura semiascendente hacia la izquierda : q> = 201 a 300, a = 450 (de 300 a 501), p = 451 (de 450 a 601) ; b, soldadura semiascendente hacia la derecha : cp = de 201 a 300, a = 450 (de 300 a 701), = 451 (de 45o a 601) ; c, soldadura semiascendente a dos pasadas, segunda pasada : a =p 601 a 801, p = 300 a 45o ; d, soldadura semiascendente a dos pasadas, primera pasada : a = 301 a 450, p = 450 a 601; e, soldadura de rincón; f, soldadura de rincón hacia la izquierda : a = 450, p = 450, S = 450 ; g, soldadura de rincón hacia la derecha : los ángulos como en f ; h, separación que se ha de dejar en la soldadura de rincón para espesores mayores de 5 mm ; i, soldadura de rincón ascendente; j, soldadura en T ; k, soldadura de tres chapas ; I, soldadura en ángulo exterior : a = 450, p = 45o ; m, soldadura de techo : a = 601, p = variable; n, soldadura ascendente, primer método : a = 600, p = 700 ; ñ, soldadura ascendente, segundo método, primera pasada : a = 450, p = 45o; o, soldadura ascendente, segundo método, segunda pasada : a = 600, p = 700; p, soldadura ascendente, tercer método (con dos sopletes) : a = 600, p = 700; q, soldadura en cornisa, deposición del baño : a = 700 ; r, soldadura en cornisa, unión con el baño anterior: a = 600. Tabla 27 .6A Posición Plana Horizontal Inclinada Vertical De techo
Fig. 27.68
Posiciones de soldadura : 1, cara de soldadura ; 2, eje de soldadura .
Norma UNE 14009 para posiciones de soldadura, Representación P H M V T
Inclinación del eje a a 150 a 800 a 00 a 00 00
150 150 800 900 800
Angulo de rotación 1501 a 2100 800 a 1500 - 2100 a 2800 800 a 2800 00 a 3600 00 a 801 - 2800 a 3600
se debe a la preparación defectuosa o a falta de sujeción de las piezas que han de soldarse (punteado, etc.), o a deformaciones producidas durante la misma soldadura. 5 .0 Coqueras, son cavidades más o menos grandes que se encuentran en las soldaduras . Se deben estas cavidades a los gases producidos durante la fusión y que quedan aprisionados en la masa, al solidificarse ésta rápidamente. Esto se evita mediante composiciones desoxidantes adecuadas y procurando una solidificación suficientemente lenta para que los gases tengan tiempo de salir a la superficie . 156
Tabla 27 .7 Representación gráfica
Extracto de normas para representación y simbolización de uniones soldadas . Designación de la soldadura
Representación simbólica
h
Chaflán en V.
h
-
i
¿
í^i
h
, hV Vh hi ~_
Chaflán en V incompleta .
Chaflán en doble V, incompleto en las dos chapas.'
i
hV i
hV h r
I hV h
hV h l
hV h,
hV h
Chaflán en doble V, incompleto en una sola chapa .
a__i L-_
I
Soldadura con dos cordones iguales .
¡malo
h
r
.
~
Soldadura con chaflán incompleto .
`--)
üi0
1
h h,V h2
-.
Soldadura simpie .
h
01 :.03>
aJ
olíoí4
" `
J1 Soldadura con cordón interior .
a
~,
\C~\\ a r2
Tabla 27 .7
Representación gráfica
~-1
Designación de la soldadura Soldadura tope por resistencia, sin fusión .
-
_ -
_
~
Representación simbólica
\
Soldadura por puntos .
-~--~--
(Continuación)
Soldadura por protube-
~"~
-----~-
©
Soldadura a solape por puntos adjuntos . Se indica el n úm ero d e puntos n por cm . Soldadura a tope por puntos adju )tos Se indica el número de puntos n por cm .
-_ o o
d
w''11ra . ZsS3,3,y?jJ
.
Lar_-
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--
__ ~-----
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- -~
d$ n y
27 .1 .5
Identificación de las uniones soldadas Uno de los problemas que plantean !as uniones soldadas es su representación e identificación en los planos de taller . Para salir al paso de esta dificultad se han establecido unas normas para la representación real y simbólica . Estas normas se refieren tanto a la preparación de las piezas, como a la forma de acabado de la soldadura, incluyéndose, algunas veces, la manera de realizarla, por quién debe ser realizada e incluso qué ensayos deben hacerse . En la tabla 27 .7 se da un extracto de los casos principales y en la figura 27 .8 un ejemplo de aplicación . En las normas UNE o DIN y en los tratados de dibujo se abunda más sobre este tema .
A
B
Fig. 27.8 158
Ejemplo de representaciones de uniones soldadas : A, gráfica ; B, simbólica .
Otros sistemas de uniones fijas : pegamentos Aunque no entran propiamente en el campo de la soldadura, en el sentido explicado arriba, dada su creciente aplicación, se mencionan también aquí las nuevas técnicas de unión de piezas por pegamento rígido o elástico, por medio de resinas. Pueden emplearse para toda clase de materiales : metales ligeros, acero, cerámica, hormigón, caucho vulcanizado, material -es plásticos, corcho, cuero, etc. Son estas resinas unos productos muy fluidos unas veces, pastosos otras y hasta sólidos, con la adición de sus correspondientes endurecedores, también en forma líquida o pastosa. Hay productos que producen uniones capaces de resistir a muy distintas temperaturas (desde -60 oC hasta 250 °C) y a los agentes químicos y atmosféricos más variados . Presentan muy buena adherencia y gran resistencia mecánica . Con la tabla 27 .9 se puede elegir el adhesivo más apropiado a cada aplicación . En ella se muestra el tratamiento previo de la superficie . Una aplicación muy característica es el montaje de punzones en troqueles o matrices (fig . 27 .10) . El punzón, previamente desengrasada, se pega a la placa portapunzón . Es este un sistema que abarata grandemente la fabricación de matrices, se emplea también para estampas de embutido, revestimientos, etc. 27 .2
Tabla
27 .9
Adhesivos
para
encolado
Ad. Araldit que endurecen en caliente (130-200 °C)
Araldit AT 1 ó AU 1
° Puede encolar
Tratamiento previo
I nuimico
Mecánico Acero duro (acero cromado) Aluminio y aleacion es lig eras
T~_
._ .i
--
C. P. V. (duro)
,^¡.
27,10
Aplicación
de
adhesivos
matricería .
varios,
Líquido
Pastoso (Para juntas gruesas)
Viscoso
Araldit Araldit Araldit f', Araldit Araldit Araldit Araldit AZ 15 AY 103 AY 103 AY 105 AW 106 AV 121 AV1238 HZ 15 HY 956 HY953 F 953 F H495311 HY 956 HV953N
Naturaleza de la junta después del endurecimiento l
Rigida
Flexible
",
, ..
, . ..
"""
" ."
"""
" . ..
Aluminio (anodizado) Cadmio
Araldit AV 8
materiales
en
Adhesivos Araldit que endurecen a temperatura ambiente (18-25 °C)
Sólido tusible Pastoso Líquido (para (polvo, (en juntas varillas, olución pastillas) gruesas) Con este adhesivo
en
Fig.
...
' . ."
."
..
."
..
-- ._)
o
...
Rígida
Flexible
..
' ".
..
o
o
....
..
..
..
Cobre y sus aleaciones (excepto Cromo
. ..
Fundición
. ., .
. . ..
.. .
..
., .
.,
. ..
. .. .
..
a
o
_. .__
Grafito
...
.. .
. .,
...
..
..
."
".
"..
..
.,
. .,
,
,.
..
..
.
..
..
.,
..
,
,
,
, ".
.,
..
. ..
".
..
.
..
..
..
Hierro forjado y acero Latón Magnesio y sus aleaciones Nilón
1
"" . "
~~ . . .__
Níquel
...
Oro
..
..
Piedras preciosas Plata Plomo P . T. F. E. (Teflón)
. -
Soldadura (de estaño) Titanio Tungsteno y carburo de tungsteno
..
. ..
.. .
..,
..
.,
.. ...
, ..
...
" .. .
...
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...
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...
., .,
,. .*
,. " .
.. .
. ..
Cinc y sus aleaciones
Desengrase con disolventes o detergentes
que disuelvan bien las grasas.
Tratamientos previos de los materiales plásticos . Tratamiento químico. Apomazado, esmerilado, pulimentado al chorro de arena .
Los signos de la tabla significan : .. "" "" " o
Resistencia muy grande al cizallamiento. Gran resistencia al cizallamiento. Buena resistencia al cizallamiento. Adherencia satisfactoria . El material no puede encolarse con este adhesivo .
Fig. 27.11 longitudinal.
159
Unión por prensado
27 .3
Uniones prensadas
La unión de dos piezas puede lograrse por adherencia . Para que las piezas queden unidas permanentemente, aún bajo la acción de fuerzas exteriores considerables, deben tener originariamente distinta medida . En el supuesto de que haya de unirse un eje a un zócalo o bancada, el diámetro del eje deberá ser mayor que el diámetro del agujero. Al producirse el ajuste se deformará el eje achicándose y el agujero agrandándose ; mas para que la unión sea permanente no hay que sobrepasar el límite elástico de los materiales . Para saber las diferencias a dar a los ejes y agujeros se emplean los ajustes recomendados en DIN 7157, que es un extracto de los asientos ISO . La deformación puede lograrse por prensado longitudinal (fig . 27 .11) o por prensado transversal (figs. 27 .12 y 27 .13) . 27 .3 .1
Prensado longitudinal
Para este sistema se hace la presión en dirección del eje. En la figura 27 .11 se ve cómo se introduce un casquillo ; las temperaturas de las dos piezas son iguales a la del ambiente . 27>3 .2
Fig . 27.12 Unión por prensado transversa/: A, calentamiento de la pieza exterior en aceite; B, efecto de mon taje al enfriarse .
HZ líquido (-253 OC) nieve carbónica (-80 -C) (hielo seco) A
Prensado transversal
Para este sistema se puede lograr la unión, bien calentando la pieza exterior (fig . 27 .12A), bien enfriando la pieza interior (fig . 27 .13) . En el primer caso, al calentar la pieza exterior, se dilata con lo cual se facilita la entrada de la pieza interior . Una vez enfriada la pieza exterior (fig . 27 .1213), ésta se contrae, originando una presión en torno que produce la unión permanente de las dos. En el segundo caso, el proceso es inverso : se enfría la pieza interior, con lo que disminuye de tamaño y permite ser introducida fácilmente en la pieza exterior. Al calentarse de nuevo la pieza interior, aumenta su tamaño y produce una presión lateral (fig . 27 .1313) con la que se logra la unión . Para el caso de calado, por prensado longitudinal, habrá que hacer en el eje un chaflán de unos 15° para facilitar el centrado (fig . 27 .11) . Es muy importante alinear bien los dos ejes (fig . 27 .14) . Las superficies deberán tener una rugosidad muy pequeña para todos los casos, pero de una manera especial para los prensados longitudinales .
Fig . 27 .13 Unión por prensado transversal . A, enfriamiento de la pieza interior; B, efecto de montaje al que dar a temperatura ambiente,
Fig. 27.14
anclaje
27 .4
Fig. 27.15 Cubo de polea unido por zunchado y corona unida por anclaje .
Importancia de la alineación de ejes para el prensado longitudinal.
Uniones por zunchado y anclajes
Zuncho es una abrazadera de acero o de otro material que sirve para fortalecer algunas piezas que requieren mayor resistencia o para mantener unidas dos o más piezas . En las figuras siguientes se ven varias aplicaciones de tales zunchos para la unión de piezas : La figura 27 .15 es un zuncho empleado para unir el cubo de una polea que, por problemas de fundición, se fabrica en dos mitades. La figura 27 .16 muestra el empleo de zunchos para mantener unidas las duelas de un tonel. En la figura 27 .17 se ve otro tipo de zuncho empleado para mantener unidas las dos partes de la bancada de un martinete . Los anclajes trabajan de manera semejante a los zunchos, pero son piezas abiertas . En la figura 27 .15 se puede ver el empleo de estos elementos en una polea cuyo cubo está unido por dos zunchos. 160
Fig . 27.17 Zunchado de las piezas de un martinete .
Tanto zunchos como anclajes suelen colocarse en caliente para que al enfriarse produzcan el efecto apetecido. Las uniones prensadas y las realizadas por zunchado o anclaje se consideran fijas, cuando la separación de las piezas resulta imposible sin la destrucción de al menos una de ellas; es decir, cuando desmontadas, no pueden volver a montarse en iguales condiciones de ajuste . TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
Hacer un estudio comparativo de las diversas clases de uniones fijas con sus aplicaciones y limitaciones .
CUESTIONARIO - ?Qué se entiende por uniones fijas? - ¿Tiene soldadura alguna ventaja respecto a otros sistemas? - Di las clases de soldadura que conoces . - ¿Por qué producen tensiones las soldaduras? ¿Cómo se pueden evitar o hacer menos peligrosos sus efectos? - ¿Conoces algún ejemplo de aplicaciones de pegamento en piezas mecánicas o en la industria general? - ¿Qué limitaciones tienen algunas soldaduras y pegamentos? - ¿Qué es un zuncho? - ¿Cómo deben estar las superficies para unirlas por prensado? ¿Por qué?
la'
BIBLIOGRAFÍA E . P . S ., Tecnología Mecánica, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1970. Catálogos de Laboratorios CIBA .
Tema 28. OBJETIVOS
Soldadura blanda, fuerte y soldadura por fusión con soplete
- Conocer los procedimientos de soldadura.
- Saber el manejo y mantenimiento de los aparatos y accesorios. - Aprender a realizar algunos tipos de soldadura con piezas sencillas. - Dar idea suficiente para realizar prácticas de unión, por estos métodos. GUIÓN
-
Soldadura blanda . - Soldadura fuerte . - Normas generales para la ejecución de las soldaduras con soplete. - Corte de acero mediante el soplete oxiacetilénico .
PUNTOS CLAVE
- Conocer los peligros, y modos de evitarlos, en las instalaciones de soldadura . - Distinguir los diversos sistemas de soldadura con soplete .
6.
Tecnología del Metall 1
EXPOSICIGN DEL TEMA 28 .1
Fig, 28.1
Soldadores de cobre,
La soldadura blanda consiste en unir las piezas por medio de una aleación metálica fácilmente fusible (de bajo punto de fusión) tal como el estaño, el plomo, las aleaciones de estaño y plomo, etc. Esta soldadura ofrece una resístencia generalmente inferior a la de los metales a los cuales se aplica, y no puede emplearse en uniones que deban someterse a más de 200 oC . Está indicada especialmente para uniones de hojalata, chapas galvanizadas, piezas de latón y bronce, algunas veces en piezas de hierro y, sobre todo, en los tubos de plomo y en conexiones de electricidad y electrónica . Para efectuar este tipo de soldadura se necesita un soldador de cobre (figura 28 .1) que puede ser calentado con una lámpara de soldar (fig . 28 .2), o eléctricamente (fig . 28 .3) . El metal de aportación se emplea, generalmente, en barra. Además es necesario emplear ciertos cuerpos como desoxidantes (que evitan la oxidación) y fundentes (que ayudan a fundir la escoria) . Para hacer una buena soldadura se limpian con cuidado las partes que han de unirse .
Fig. 28.2 Lámpara de soldar calentando un soldador de cobre.
Fig . 28 .2
SFEt
Fig . 28.4 Representación de la soldadura fuerte .
Soldadura blanda
28.3
Soldador de calentamiento eléctrico.
Soldadura fuerte
La soldadura fuerte, llamada también amarilla, consiste en unir piezas mediante la fusión de un metal que tiene un punto de fusión relativamente elevado, como los latones, el cobre o las aleaciones de plata . La temperatura de fusión debe ser inferior a la de los metales a unir . El metal de aportación se usa en forma de grano, de hilos o chapitas, según la forma de las piezas que se han de soldar; el desoxidante empleado es el bórax, u otros preparados comerciales. Se recurre a este tipo de soldadura cuando hay que efectuar una unión sólida y resistente, sin fundir las piezas a enlazar . Se puede efectuar sobre metales y aleaciones de elevado punto de fusión como son : el acero, la fundición y los bronces. 28 .2 .1
Designación de la soldadura fuerte
En los planos o dibujos de taller, la designación y representación simbólica de la soldadura fuerte se hace según la norma UNE 14 009 (fig . 28 .4), en la ca l se indi ca : 1 .c> Un punto por donde se pone el metal. 2 .e Una línea junto a la superficie, donde se deposita el metal. 3.e Una letra mayúscula característica del metal o aleación : Estaño E, Cuzin Z, Cobre C, Plata P, Aleación especial A. 4.c> Una letra minúscula especificando que el calentamiento es : local 1, total t. metal de aportación tubería de oxígeno
manómetro de baja_presión_ . reductor _de presión _ manómetro de alta presión manómetro de acetileno depurador
mesa de trabajo
Fig . .28.6 Generador de alta presión .
Fig . 28.5
162
soplete, tuberías
botella de oxigeno
generador de acetileno
Elementos de una instalación de soldadura oxiacetilénica .
28 .2 .2
Soldadura con soplete
La soldadura con soplete de gas, llamada vulgarmente soldadura autógena, se puede efectuar con distintos combustibles, pero el más empleado de todos es el gas acetileno, que se quema con oxígeno . Este tipo de soldadura se llama, por tanto, soldadura oxiacetilénica . 28 .2 .2 .1
Elementos de que consta una instalación para soldadura oxiacetilénica Una instalación ordinaria de esta clase de soldadura comprende (fig . 28 .5) : - Un gasógeno de acetileno o bien una botella que lo contenga comprimido y sus válvulas y manómetros . - Una botella cargada de oxígeno con sus válvulas de cierre y reducción y manómetros de alta y baja presión . - Las tuberías necesarias para la conducción de ambos gases, con una válvula de seguridad en la de acetileno. - Sopletes con varias boquillas que permiten la soldadura de piezas de distintos espesores. - Gafas protectoras, de las cuales no debe prescindirse nunca . - Una mesa de trabajo. 28 .2 .2 .2
Acetileno
El acetileno es un gas incoloro de olor característico, que arde en el aire con llama muy luminosa . Se obtiene haciendo reaccionar con agua una sustancia sólida llamada carburo de calcio, en aparatos llamados gasógenos o generadores de acetileno. Modernamente se emplean gasógenos de alta presión (fig . 28 .6) . No se debe tocar nunca el carburo con las manos mojadas para evitar quemaduras, ni tampoco acercar una llama a la boca de un bidón de carburo, aunque esté ya vacío, pues existe el peligro de explosión. Muchas veces, al menos en las grandes instalaciones, y para mayor seguridad el gasógeno está separado, por un muro, del local donde se hace la soldadura, y comunicado con él por tuberías (fig . 28 .7) . Al menos, debe estar suficientemente alejado del puesto de trabajo.
Fig, 28.8 Esquema de válvula de seguridad hidráulica : A, funcionamiento normal; B, en el momento del retroceso .
28 .2 .2 .3
Válvula de seguridad Un deterioro u obstrucción en el soplete podría ocasionar un retroceso de oxígeno por la tubería del acetileno, pudiendo derivarse serias consecuencias . Para evitar tal riesgo se intercala en la tubería del acetileno una válvula de seguridad, generalmente hidráulica, aunque se usan también válvulas de seguridad secas (figs . 28 .8 A y B y 28 .9) . 28 .2 .2 .4
Botellas de acetileno disuelto Se expende en el comercio el acetileno en botellas de acero, que con-
Fig . 28.9
Válvula,
de seguridad seca,
tubo de goma para acetileno
Fig . 28.7
Generador separado del puesto de trabajo .
Fig . 28.10
163
Botella de oxígeno .
tienen una sustancia muy porosa empapada en acetona, que disuelve el acetileno a presión. El manejo de estas botellas no es peligroso, a pesar de lo cual se deben manipular con mucho cuidado, evitando exponerlas al sol, golpearlas o dejarlas caer. Asimismo hay que abrir despacio la válvula y nunca hay que engrasarla . 28 .2 .2 .5
Fig. 28.11 Válvula de botella de oxígeno.
28 .2 .2 .6
Fig . 28.12 Reductor de presión : A, aspecto exterior, B, esquema .
Botellas de oxígeno
Las botellas de oxígeno (fig . 28 .10) son cilindros de acero muy resistentes . En la parte superior llevan una válvula (fig . 28 .11) para la carga y descarga, la cual se protege, mientras no se usa la botella, con una tapadera roscada, para defenderla de los golpes, sobre todo durante el transporte . Debe tenerse cuidado y evitar los golpes o la caída de los tubos así como exponerlos al sol o al calor. Reductores de presión y manómetros
La presión del oxígeno con que se trabaja en la soldadura debe ser constante y relativamente reducida (hasta 4 atmósferas) . Como la presión del oxígeno en la botella es elevada y además va variando, es necesario haya una válvula especial que reduzca la presión, llamada reductor de presión (fig . 28 .12) . Estos reductores llevan un indicador de presión o manómetro de alta presión para indicar la existente en la botella y otro de baja presión para indicar la de salida hacia el soplete. Antes de colocar el reductor sobre el tubo, se debe purgar éste, abriendo y cerrando rápidamente la llave para expulsar suciedades que pudiera haber en la misma y que podrían ser causa de que el reductor se obturase . La apertura de la botella de oxígeno debe hacerse lenta pero completamente. El regulador de presión debe tener su tornillo de reglaje completamente aflojado y la espita de salida de gas abierta. El no observar esta regla puede dar lugar a averías en el manómetro de baja presión. Nunca se deben engrasarlos reductores de presión, pues las grasas y aceites se inflaman al contacto con el oxígeno . 28 .2 .2 .7
Sopletes oxiacetilénicos
Los sopletes (fig . 28 .13) son aparatos destinados a mezclar íntimamente los gases oxígeno y acetileno para lograr su perfecta combustión . En la extremidad de la boquilla se produce un dardo de fuego regulable, capaz de fundir el metal a soldar y la varilla de aportación . La forma del soplete puede verse esquemáticamente en la figura 28 .14 . El oxígeno y el acetileno llegan al soplete a través de dos tubos de goma enchuFig . 28.16
llave de oxígeno
Llama bien regulada.
llave de acetileno
lanza o tubo de mezcla
tueoca para _fijar la lanza
boquilla
Fig. 28 .13
mezclador
entrada de acetileno
Soplete de gas, llave de oxígeno roxígeno
Fig. 28.17 Llama con exceso de oxígeno,
.-acetileno difusora
Fig. 28 .14
de acetileno .
mango
entrada de oxigeno
¡lavé de acetileno 1 tubo de oxígeno
Aspecto interno del soplete de gas .
fados a las dos entradas del soplete. Dentro del soplete hay dos tubos. El que conduce el oxígeno, termina en un cono provisto de un diminuto agujero llamado inyector (fig . 28 .15), a continuación del cual hay otro cono divergente o difusor, que se une ala cámara de mezcla la cual, a su vez, termina en la boquilla . La salida del oxígeno en estas condiciones provoca alrededor del inyector una depresión que favorece la llegada del acetileno. Los dos tubos forman al mismo tiempo el manga por donde se coge o agarra el soplete y en dicho mango están las llaves para el oxígeno y el acetileno. 164
inyector (convergente) -- oxígeno '-_boquilla
Fig . 28.15
\- " \ cámara de mezcla (divergente)
Detalle del inyector,
acetileno
iiiir~
I ' ~~\\`~ í 02 ~.~a w
\/ ii`\ `
detalle del inyector
La magnitud del dardo ha de poderse regular según el tamaño de la soldadura que se desea hacer. Por ello, es menester disponer de varios sopletes o de uno solo, con lanzas y boquillas intercambiables. Manejo del soplete. Para encender el soplete procédase de la siguiente manera : 1 .0 Compruébese el nivel de agua de la válvula de seguridad y ábrase la llave de dicha válvula. 2.° Ábrase completamente la salida del oxígeno en la válvula de salida del reductor y compruébese que el tornillo de regulación está totalmente aflojado . 3 .° Ábrase muy poco a poco, y a mano, la llave de la botella de oxígeno . 4 .0 Acciónese el regulador hasta que el manómetro de baja señale la presión conveniente. 5.° Ábrase completamente en el soplete el grifo de acetileno y enciéndase seguidamente . 6.° Ábrase el grifo del oxígeno en el soplete y procédase a la regulación de la llama. La llama bien regulada presenta la forma de la figura 28 .16 llamada dardo, con un núcleo de color blanco brillante, de contorno muy limpio tocando su base al orificio de la boquilla . La llama bien regulada es neutra, o sea, no es oxidante ni reductora. La llama con exceso de oxígeno es oxidante y la que tiene exceso de acetileno es reductora. Si la llama tiene exceso de oxígeno (figura 28 .17), el dardo se acorta y toma un color ligeramente violado . Si tiene, en cambio, exceso de acetileno (fig . 28 .18) da un núcleo muy largo de contornos borrosos . Para regular el dardo se parte de una llama con exceso de acetileno, disminuyendo poco a poco la proporción de dicho gas hasta que se llegue al punto conveniente. Si se ha sobrepasado este punto, se vuelve a dar exceso de acetileno y se comienza de nuevo la regulación . En la figura 28 .19 se muestra la llama y las distintas temperaturas alcanzadas en cada zona . Lógicamente debe utilizarse en la zona de mayor tempeartura . 28 .2 .2 .8
~_
Metal de aportación. Desoxidantes
Se llama metal de aportación el que se deposita fundido entre las dos piezas que se han de unir, con objeto de soldarlas. Los metales de aportación se emplean en forma de varilla, de un grueso proporcionado al material que se ha de soldar . Para evitar la oxidación, el peor enemigo de una buena soldadura, las varillas de aportación van cobreadas o bien cubiertas de polvo desoxidante. El desoxidante debe ser adecuado al metal de aportación y al metal base . 28 .2 .3
NUC(EO
Fig . 28.19 Dardos, temperatura en las diversas zonas .
Fig. 28,20 Soldadura hacía adelante .
Normas generales para la ejecución de la soldadura con soplete
Para ejecutar las soldaduras pueden seguirse tres métodos: 1 .0 soldadura continua hacia adelante ; 2.° soldadura al baño ; 3 .° soldadura continua hacia atrás . Dentro de estos procedimientos generales varía también el método por la posición en que haya de ejecutarse la soldadura : horizontal, vertical, en techo. .. 28 .2 .3 .1
Soldadura continua hacia adelante
En este método el soplete se lleva de derecha a izquierda, avanzando la varilla delante del soplete (fig . 28 .20) . Si la chapa que se suelda es delgada el soplete se lleva en línea recta sin comunicarle ningún movimiento de vaivén . La varilla se lleva también en línea recta pero con un ligero movimiento de elevación y descenso una o dos veces por segundo, formando un ligero zigzag en el plano vertical . 165
Fig. 28 .21 Esquema de la soldadura al baño .
28.2 .3.2
Soldadura al baño La soldadura al baño también se ejecuta derecha a izquierda ; pero en vez de hacerse de forma continua se hace por de baños de fusión localizados, que se suceden unos a otros . En ella, el soplete debe tener un movimiento giratorio alrededor de la varilla sumergida en el baño (fig. 28 .21) . Terminado de ejecutar un baño, se hace al lado otro igual y bien unido; y cuando éste está casi lleno, se da marcha atrás al soplete para fusionarlo con el anterior. Se emplea principalmente en la .soldadura en cornisa . 28 .2.3 .3 Soldadura continua hacia atrás En este método el soplete se lleva de izquierda varilla detrás del soplete (fig. 28.22) . El soplete se llevaa derecha, siguiendo la en línea recta sin darle ningún movimiento transversal, excepto cuando el chaflán sea muy ancho. A la varilla se le da, al mismo tiempo que avanza, zontal a razón de 2 a 4 veces por segundo . En la un movimiento de vaivén horisoldadura hacia atrás la abertura del chaflán es de 60 a 70°; menos, por tanto, que en la soldadura hacia adelante. Se aplica para las soldaduras a tope en horizontal, desde 1,5 mm de espesor, para el acero y desde 4 mm, para plano los otros materiales. 28.2.4 Corte de acero mediante el soplete oxíacetilénico El acero elevado al rojo se quema rápidamente en el oxígeno. Esta propiedad sirve para lograr el corte autógeno. Mediante un soplete especial (figs. 28 28.24 y 28.25) para este objeto, se calienta al rojo vivo la sección que se ha.23, de cortar; en seguida se lanza sobre la misma un fino dardo de oxígeno a presión ; el metal se quema separándose el óxido a medida que se produce y propagándose rápidamente la combustión a todo el espesor . No hay, pues, sino ir desplazando el soplete para obtener el corte deseado . Suele hacerse automáticamente, pudiendo cortarse espesores desde algunos milímetros hasta 200 mm 6 más . Fig. 28.22 Soldadura hacia atrás. oxigeno
oxigeno + gas
SEGURIDAD E HIGIENE
Tener en cuenta las normas que se han dado a lo largo de la descripción del tema .
Fig. 28.24 Formas de boquilla para soplete de cortar con toberas separadas.
NORMALIZACIÓN
La representación en dibujos está normalizada en la norma UNE 14000, 14009, etc . En la norma DIN 1 910 figuran los datos que deben aparecer en los planos de fabricación referentes a símbolos, procedimiento de soldadura, calidad, posición de soldar, material de aportación, tratamiento posterior y ensayos .
MEDIOS DIDÁCTICOS
Una colección de diapositivas o película-concepto, será muy útil para completar la comprensión de la materia . Enseñanza práctica en el taller.
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer un resumen de los métodos de soldadura
con soplete . - ¿Qué normas de seguridad crees más importantes? Prepara unos carteles para los puestos de soldadura, teniendo en cuenta principalmente la seguridad.
Fig. 28.25 Boquilla para soplete de cortar con toberas concéntricas.
CUESTIONARIO - ¿Por qué se
llama soldadura oxiacetilénica? - ¿Por qué autógena?
166
-
¿Es lo mismo ¿Qué ventajas ¿Es lo mismo ¿Qué maneras
generador de acetileno que gasómetro? tienen las botellas de acetileno? un reductor que un manómetro? de soldar existen y para qué casos se prestan mejor unas que otras?
BIBLIOGRAFÍA
E . P. S ., Tecnología Mecánica, tomo primero . Ediciones Don Bosco . Barcelona, 1970 . SCHIMPKE P ., HORN H . A . y H,4NCHEN, Tratado General de soldadura, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967.
Tema 29. Soldadura eléctrica OBJETIVOS - Conocer procedimientos de soldadura eléctrica. - Aprender a usar los equipos de soldadura. - Practicar, hasta lograr cierta destreza en los procesos de soldadura. GUIÓN - Soldadura eléctrica por arco voltaico .
- Métodos especiales de soldadura por arco . - Soldadura por resistencia .
PUNTOS CLAVE
- Conocer los equipos de soldar : transformadores o generadores . - Saber los peligros que pueden presentarse . - Conocer los medios de seguridad a tener en cuenta .
CONOCIMIENTOS PREVIOS - Breve idea de corriente eléctrica y de los conceptos : tensión, intensidad, resistencia . - Conceptos de sustancias ácidas, básicas y orgánicas . Gases inertes .
Fig . 29.1 Transformador de corriente eléctrica.
EXPOSICIÓN DEL TEMA 29 .1
Soldadura eléctrica por arco voltaico La soldadura eléctrica por arco, se funda en este principio : «Si se corta un conductor eléctrico en un punto cualquiera del circuito, al acercarse de nuevo los extremos, se produce entre ambos un arco luminoso, que engendra efectos calóricos intensos (3 000 °C) y que se llama arco voltaico» . Las piezas que deben soldarse, conectadas en el circuito eléctrico, constituyen uno de los extremos del conductor, mientras que el otro extremo está formado generalmente por el metal de aportación . Este sistema sustituye a la soldadura con soplete con ventaja en la mayoría de los casos. 29 .1 .1
Equipo para la soldadura por arco La corriente eléctrica de la red originaria no puede usarse directamente ; debe reducirse su voltaje por medio de unos aparatos llamados transformadores (fig . 29 .1) que son capaces de suministrar distintas intensidades (o cantidad de corriente) según las necesidades . También se emplean generadores de corriente continua (fig . 29 .2), llamados convertidores. 29 .1 .2
Fig. 29 .2
Convertidor rotativo .
Electrodos. Su clasificación
Se llama electrodo a cada uno de los extremos del conductor entre los cuales salta el arco . Uno de los electrodos es siempre la pieza metálica que se ha de soldar ; por esto, cuando en soldadura se habla de electrodo, hay que entender siempre el otro extremo del conductor desde el cual salta la chispa hasta la pieza . En el caso de electrodos metálicos el mismo electrodo constituye el metal de aportación que va fundiendo y cayendo en gotas por el calor del arco (figura 29 .3) . 167
Fig . 29.3 Gota de material fundido por el calor del arco ; el electrodo se funde aportando el material propio hasta consumirse .
29.1 .2.1 Constitución Los electrodos están constituidos, en general, por la varilla del metal de aportación, cubierta de un revestimiento formando una capa de una sustancia apropiada que envuelve la varilla (fig. 29.4) . Estas sustancias pueden ser de carácter ácido, básico, oxidante o neutro . 1 . n .° indicador de corriente eléctrica preferente. 2 n.° indicador de posición de soldadura . 3, letra indicadora del carácter del revestimiento exterior. 4. n .o indicativo de la resiliencia, 5 . n . , indicativo del alargamiento . 6. n .- indicativo de la resistencia a la tracción. 7. electrodo de uso manual revestido .
Fig. 29.5 Designación y características de los electrodos.
M
Tabla 29 .7 Condiciones operativas . Letra intermedia
Tipo de revestimiento
Símbolos
Carácter
Ácido Básico Celulósico Oxidante Rutilo Titanio Otros tipos
B C 0 R T
Tabla 29 .8
Fig. 29 .4 revestido .
29.1 .2.2
Designación Las designaciones de los electrodos están normalizadas y se hacen por medio de cifras y letras llamadas símbolos (fig . 29.5) . Con la simbolización de los electrodos se pretende dar mayor facilidad de elección de los mismos ; pues con solo interpretar unas letras y cifras, se dan a conocer sus características mecánicas y de utilización. La designación, que define un electrodo, está compuesta por la letra E que quiere decir electrodo recubierto para la soldadura por arco; a continuación tres cifras, que hacen alusión a sus características mecánicas letra representativa del carácter del revestimiento (tabla 29.7) y(tabla 29.6) ; otra otras dos cifras más que se refieren a las condiciones operatorias (tablas 29.8 y 29 .9) . En la figura 29.5 queda señalado el significado de cada símbolo. Ejemplo de aplicación : Sea, por ejemplo, un electrodo revestido para la soldadura eléctrica por arco, con revestimiento de tipo básico, y que deposita un metal con las siguientes propiedades mecánicas mínimas : resistencia a la tracción, 48 kg/mm2 ; alargamiento, 30 %; resiliencia, 13 kg/cmz . Puede emplearse para soldar en todas las posiciones, excepto en vertical descendente . Suelda igualmente con corriente alterna (tensión mínima en circuito abierto de 70 voltios) o corriente continua, estando de preferencia el electrodo conectado al polo positivo . La simbolización que corresponde a este electrodo será por tanto : E 355 B 26 . Tabla 29 .6 Primera cifra Resistencia a la tracción Símbolos
Condiciones operativas .
1 2 4 5 6
Posiciones de soldadura Posiciones
1
Todas las posiciones .
2
Todas las posiciones, excepto vertical descendente.
3
4
41 44 48 52 56 60
Características mecánicas Segunda cifra
Tercera cifra
Alargamiento Ll5D
Resiliencia UF
Símbolos
%
Símbolos
kgmlcm2
0 1 2 3 4 5
14 18 22 26 30
0 1 2 3 4 5
5 7 9 11 13
Tabla 29 .9
Condiciones operativas .
Quinta cifra - Corriente de soldadura
Sobre plano horizontal, horizontal en ángulo en plano inclinado y en ángulo interior sobre plano horizontal .
En ángulo sobre plano horizontal y horizontal en ángulo sobre plano inclinado.
kgf/mmz
0
Cuarta cifra
Símbolos
Electrodo
Polaridad del electrodo
Buena con las dos polaridades. Mejor con polaridad negativa . Mejor con polaridad positiva .
168
Corriente continua o alterna Tensión mínima del transformador en circuito abierto 50 V
70 V
90 V
1
4 5 6
8 g
2 3
Corriente continua solamente
0
29 .1 .2 .3
Embalaje
En la figura 29 .10 se reproduce la etiqueta de una caja de electrodos de una reconocida casa española, en la que aparece: 1 La denominación de la casa : «FACIL 46 AMSA». 2 Las designaciones o símbolos normalizados . 3 Las condiciones operatorias . 4 Las características mecánicas. 5 Las aplicaciones para las cuales lo recomienda y garantiza la casa . 29 .1 .3
Posición del soldador
La posición del operario es la indicada en la figura 29 .11 . Cuanto más corto se mantenga el arco, tanto mejor resultará la soldadura . En todo momento, el operador deberá sostener la pantalla protectora frente a los ojos, pues el arco produce irradiaciones que provocan una inflamación del ojo que molesta al cabo de algún tiempo, y que hasta pueden llegar a producir la misma ceguera. La pantalla debe proteger también lateral y no sólo frontalmente . 29 .1 .3 .2
CENIM UNE-14003-150
R-E-X32-R
E-6013
A.W. 5
E-213
a.5,
Ti-VI¡ t
DIN-1913
Cómo se suelda al arco voltaico
La pieza para soldar debe estar bien limpia ; no se puede soldar sobre una superficie sucia, embadurnada de grasa o pintura o en alguna forma oxidada. La preparación adecuada de la pieza es también muy importante (véase tema 24) . 29 .1 .3 .1
ESTRUCTURAL RUTILO E-333-11-12
Corriente alterna, 1 con tensiones en ' vacío superiores a 60 voltios o continua conectando el electrodo al polo negativo.
CORRIENTE
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Normas práctícas
Téngase cuidado de no tocar el electrodo, u otro elemento metálico que lleve corriente eléctrica, con las manos u otras partes del cuerpo ; sobre todo, si se está mojado o sudoroso . Hay que sostener los pies sobre una sustancia aislante o, al menos, sobre una tabla de madera seca . La electricidad no avisa ; el voltaje es pequeño, pero al ser las intensidades grandes, en ciertos casos desfavorables, hay peligro. Al fundir el metal con elevada temperatura, el arco eléctrico forma en la pieza una pequeña depresión denominada cráter. Simultáneamente el calor del arco funde la extremidad del electrodo, cuya fusión metálica se desprende en forma de gotas que se incorpora a la pieza (fig . 29 .12) .
Electrodo de rutita de w cofia viscosa, muy ¡,piepiado para la soldadura en todas podciones. Aplíquese en aceros can menos de 0.2 % de carbono. en construcciones metálicas donde sea preciso eaaabits hecuentemente de p~
AUTOGENA MARTINEZ
IUDUSTRIAS DE LA SOLDADURA S.L
MNDi1D : Vallheneosc. 15 VA(LADOLID : t? Arco ta0nao. 4
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a asa GA RANTIIZAz
n.
Fig . 29.12 Caída de la gota de metal líquido en la soldadura eléctrica por arco : a, electrodo con su revestimiento ; b, alma o núcleo del electrodo; c, pieza para soldar y metal ya depositado; d, arco; e, llama protectora ; f, escoria; g, cráter . En A el calor del arco determina la fusión del electrodo y de la pieza para soldar; en B una gota de metal cae del electrodo a la pieza ; en C la gota hace contacto con la pieza y al pasar la corriente directamente por el metal se apaga el arco, pero se mantiene la llama protectora ; en D ha terminado de caer la gota y el arco se restablece mientras la escoria avanza, protegiendo el metal depositado de la oxidación .
Si esta gota no cae en el cráter, no se obtiene una mezcla perfecta de los dos metales, sino tan sólo una pegadura ; porque, contrariamente a lo que sucede con el soplete, la parte verdaderamente caldeada alcanza en esta ocasión apenas dos o tres milímetros de radio. De modo que, para obtener una buena soldadura, es menester que el arco esté, sucesivamente en contacto, a lo largo de la línea de soldadura ; ya que, si se va desplazando en forma irregular o demasiado rápidamente, se obtendrán partes porosas y una costura de ninguna o escasa penetración . La penetración es el espesor, o más bien la profundidad, del metal base, que se funde por la acción del arco eléctrico . Esta penetración es fundamental en la soldadura (fig . 29 .13) . La penetración depende, también, de la intensidad de la corriente empleada . Si ésta es escasa, no se calienta suficientemente la pieza ; si es demasiado elevada, se forma un cráter excesivamente grande, con riesgo de quemarla o perforarla . 169
Que 'la com osfdón y calidad de es 105 electrodos se asta a la de los 6mpieados para soldar las probetas I rasentadas y aprobadas en la clase , para la soldadura en todas pasicb. mes, por el Comité del: Uoyd's RegIster or ShIppIng, Burato Verttes y AmeNcat. Bureau a Ship . pino .
Fig . 29.10 Etiqueta de una caja de electrodos .
alma del electrodo escoria
Fig. 29.13
Fig. 29 .11 Posición del operador en la soldadura eléctrica por arco.
Penetración de la soldadura eléctrica .
En la figura 29 .14 se advierte la manera de llevar el electrodo, en diversas posiciones . En la soldadura eléctrica es frecuente efectuar la operación en varias pasadas o cordones . En este caso hay que quitar bien la escoria de cada pasada, antes de dar la siguiente; de lo contrario, la soldadura saldrá defectuosa . Para evitar la acumulación de calor, y con ello deformaciones, hay que esperar a que se enfríe un cordón, antes de hacer el siguiente. También hay que preestablecer el orden de los cordones . En la figura 29 .15 se pueden ver algunas disposiciones corrientes .
Fig. 29.15
Orden en el depósito de varios cordones.
bien mal
29 .2
Métodos especiales de soldadura por arco
Modernamente, para casos difíciles, para lograr mayores rendimientos o para lograr mayor velocidad, se emplean algunos sistemas en los que utilizan un gas protector en vez de los desoxidantes . Este gas desplaza del lugar de la soldadura al aire ambiente, evitando así la oxidación de la soldadura . 29 .2 .1
Fig. 29.14 Correcta posición del electrodo en casos diversos .
Sistema de gas inerte o sistema WIG
Un electrodo de wolframio o tungsteno sirve para producir el arco ; este electrodo se desgasta muy lentamente . El metal de aportación se suministra a mano, igual que se hace al soldar con el soplete de gas. El gas protector se hace salir alrededor del electrodo de tungsteno . Se emplea, ordinariamente, gas argón que es inerte . La figura 29 .16 presenta el esquema de una boquilla del sistema WIG . (WIG = Wolframio-Inerte-Gas). 29 .2 .2
Sistema MAG
Este método difiere del WIG en que el electrodo es la misma varilla de aportación (al igual que el electrodo en el sistema convencional) . Esta varilla puede ser de diámetros comprendidos entre 0,8 mm y 2,4 mm ; se alimenta automáticamente con una velocidad adecuada . El gas protector suele ser CO z, que resulta muy barato . También puede emplearse una combinación de varios gases. El gas se hace llegar por la misma boquilla en el mismo punto de la soldadura . En la figura 29 .17 se presenta una boquilla sistema MAG. (MAG = MetalActivo-Gas .) En la figura 29 .18 se ve un equipo para este método de soldadura. Fig . 29.16
Esquema de soldadura en atmósfera controlada con gas inerte . WIG .
29 .2 .3
Soldadura con plasma (PL)
Si un gas es calentado por un arco voltaico, de corriente continua, se desdoblan sus moléculas en átomos y de éstos se desprenden electrones . 170
varilla de aportación y electrodo de avance automático
Fig. 29.17 Esquema de soldaduras automáticas v atmósfera controlada. MAG. electrodo
polvo fundido
escoria
cordón
arco
Fig, 29.19 Idea de arco protegido con polvo (UP) .
mandíbula
A
pieza
Fig . 29 .18
Máquina de soldadura automática tipo MAG .
Este fenómeno se realiza produciendo una gran temperatura (hasta 30 000 °C) lo que produce un gran aumento de volumen y con ello una gran velocidad de salida o chorro de plasma . El arco se puede hacer saltar entre dos electrodos de la misma boquilla o entre un electrodo de la boquilla y la pieza . Además del gas para la producción del plasma, se emplea otro gas para protección, al igual que para el sistema WIG o MAG. Este sistema es muy interesante porque se puede trabajar con pequeñas intensidades que producen dardos finísimos, con los que se pueden soldar piezas pequeñas de hasta 0,01 mm de espesor.
29.2.4 Sistema con protección de polvo (UP)
Se emplea como protección de la soldadura una capa de polvo granuloso, el cual cubre completamente el arco y el cordón . Es un sistema que se hace siempre a máquina. La ,figura 29.19 presenta la boquilla de este sistema UP . (UP = Unter-Pulver = bajo-polvo .)
29.3
mandíbula s de fijación
s pieza a soldar
Soldadura por resistencia
La soldadura por resistencia se funda en que toda sustancia, aún los metales, ofrece una determinada resistencia al paso de la corriente eléctrica, que hace que la energía eléctrica se transforme en calor. Prácticamente la soldadura eléctrica por resistencia, se puede efectuar principalmente por estos tres métodos : 1 .- De cabeza, o a tope, con presión simple o de recalco (fig . 29.20) . 2 .° De solape, por unión continua (fig . 29.21) . 3 .° Por puntos (fig . 29 .22) .
29.3.1
mandíbula
pieza a soldar
ransformador
conexión con
la red eléctrica
Soldadura a tope
En la soldadura a tope las dos piezas que se han de unir se sujetan fuertemente con dos mordazas, cada una de las cuales está unida a uno de los extremos del cable de la corriente (fig . 29.2013) . La figura 29 .20C presenta una máquina de soldar a tope .
29.3.2 Soldadura continua
En la soldadura continua los electrodos o polos de la electricidad están constituidos por dos rodillos especiales (roldanas), por los cuales llega la co-
Fig. 29.20 Soldadura por resistencia eléctrica a tope : A, proceso de trabajo ; s, esquema ; c, máquina .
MMJJ A
c Fig. 29.22
Soldadura por puntos : A, proceso; B, esquema; C, máquina.
rriente, que aprietan las piezas soldándolas según una línea continua. La figura 29.21C presenta una máquina para soldar por costura continua . Ejemplos de costura en la figura 29.23.
Fig. 29.21 Soldadura por resistencia, unión continua por roldana : A, forma de trabajo; B, esquema ; C, máquina .
29.3.3 Soldadura por puntos En la soldadura por puntos las piezas se desplazan según un paso determinado, entre dos electrodos en forma de punta que al apretarse dejan pasar la corriente y funden el material uniéndolo en un solo punto como si se pusiese allí un remache (fig. 29.24). En la figura 29.22C vemos una máquina para soldar por puntos y en la 29 .22A se muestra el proceso . SEGURIDAD E HIGIENE Si en la mayoría de las actividades del taller mecánico es necesario tomar las medidas de seguridad del caso, en esta actividad de soldar, con arco voltaico, deben cumplirse a rajatabla, si no se quiere lamentar lesiones de importancia . Pueden producirse quemaduras, lesiones en la vista e incluso trastornos digestivos y respiratorios . Por tanto, úsense siempre los guantes, petos, calzado y polainas adecuadas ; caretas con vidrios especiales y vigílese la correcta evacuación de los gases y conveniente ventilación . Cúmplanse las normas dadas a lo largo de la exposición del tema .
NORMALIZACIÓN Emplear siempre para la denominación de los electrodos las normas correspondientes, al igual que en las representaciones de dibujos.
Fig. 29.23 Ejemplo de costura por soldadura continua.
MEDIOS DIDÁCTICOS
Diapositivas o películas-concepto pueden ayudar a comprender este importante tema . También carteles adecuados en el puesto de trabajo pueden ayudar a cumplir las reglas de seguridad .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer un trabajo sobre preparación de piezas
para soldar . - Hacer una recopilación de normas sobre representación de soldaduras . - Buscar catálogos de equipos de soldar eléctricamente . - Preparar una serie de carteles para colocar en el puesto de soldadura.
EJERCICIOS A REALIZAR
Representar los cordones de soldadura, de las figuras 29 .25 y 29 .26, en forma simbólica .
CUESTIONARIO - ¿Qué ventajas
tiene la soldadura eléctrica sobre la hecha con soplete? - ?Qué ventajas tiene la soldadura hecha con gas de protección? - ¿Puede soldarse con los brazos y el pecho desnudo? ¿Por qué?
Fig. 29.24 Punto de soldadura .
172
N.° piezas
Denominación Pletina Cartabón Base
1 2 1
Mater.
Marca
F-1120 F-1120 F-1120
1 2 3
Fig . 29.25
N.° piezas 1 1 2 2
Denominación Base Nervio central Nervio Cubo
Mater.
Marca
F-1120 F-1 120 F-1120 F-1120
1 2 3 4
Fig . 29.26
- Cuando se dan varios cordones sucesivos, ¿qué debe hacerse entre un cordón y otro? ¿Para qué? - ¿De qué depende la calidad de la soldadura por arco? B I B LI OG RAFIA
Normas UNE y DIN . . E . P . S ., Tecnología Mecánica, tomo primero, Librería Salesiana, Barcelona 1970 E . P . S ., Técnicas de Expresión Gráfica, primer curso, Ed . Don Bosco y Ed . Bruño, Barcelona 1975 . SCHIMPKE P ., HORN H . A. y HANCHEN, Tratado General de Soldadura, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 .
Tema 30. Roblonado OBJETIVOS - Conocer los sistemas de unión entre piezas metálicas y los problemas de orden práctico y teórico que se presentan . - Conocer los procedimientos prácticos del roblonado y el proceso a seguir para realizar la operación . - Conocer los varios procedimientos para hacer los orificios por medio de la operación del punzonado . - Conocer elementalmente los cálculos de diámetros y longitud de los roblones, distancia entre los mismos y entre filas según el procedimiento empleado. GUIóN - Elementos de unión . -
Roblonado . Remachados especiales . Medios para abrir agujeros en las chapas y perfiles . Punzonado. Proporciones del roblonado en los casos más corrientes . Ensayos de roblones. Otros sistemas para obtener uniones fijas.
PUNTOS CLAVE - Tipos de roblonado.
- La práctica del roblonado .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 30.1
Elementos de unión Para unir las chapas o perfiles laminados empleados en plean diversos procedimientos, que pueden reducirse a dos : calderería, se em- procedimientos mecánicos ; - procedimientos térmicos, ya explicados . Los procedimientos mecánicos pueden producir a su no desmontables sin destruir ninguna pieza ; uniones móviles,vez uniones fijas, desmontables sin deteriorar las demás piezas . Las uniones fijas se hacen principalmente por medio de roblones y grapas, y las uniones móviles, por medio de pernos y tornillos . Los procedimientos térmicos dan lugar siempre a uniones fijas y consisten en alguno de los diversos tipos de soldaduras . 30.2
Roblonado El roblonado es un procedimiento de unión que produce la unión fija de varias piezas por medio de roblones o remaches. 30.2 .1
Roblones o remaches Los roblones o remaches (fig. 30.1) son piezas compuestas de cilíndrico llamado caña, vástago o espiga, y de una cabeza, de formaun cuerpo mente troncocónica o de casquete esférico . Están hechos de metales generaldúctiles, maleables y tenaces, como el acero dulce, el cobre, el aluminio y algunas aleaciones . 30.2 .2
espesor de cosido
Fig. 30.1
Partes del remache.
Dimensiones de los remaches Las proporciones y dimensiones de los remaches aparecen en las normas correspondientes : ejemplo DIN 660, redondos; DIN 661, avellanados, etc. Los roblones o remaches se designan por su forma o tipo, diámetro o longitud, Roblón cabeza esférica 25 - 60 DIN 123. La colocación de los roblones se efectúa introduciendo el cuerpo cilíndrico en los agujeros hechos en las chapas, de manera que sobresalga y martilleando la parte saliente hasta formar una nueva cabeza (fig . 30.1) . ción de los remaches o roblones se hace generalmente en frío, para La colocadiámetros de hasta 8 mm y en caliente para diámetros mayores de 10 mm. 174
Fig 30.2A Roblonado . por recubrimiento con una fila de remaches,
Fig . 30.28
Roblonado por recubrimiento con doble fila de remaches .
Muchas veces no se hace distinción entre roblones y remaches, pero hablando con propiedad, se llaman roblones los remaches que se colocan en caliente . 30 .2 .3
Clases de roblonado
El tipo de roblonado depende del objeto a que se destine los roblones y de los elementos que hayan de unir . Así pues, el roblonado puede ser: 30 .2 .3 .1
Roblonado de chapas,-
- Por recubrimiento (fig . 30.2A y 30 .213) . - Por simple cubrejunta (fig . 30 .3) . - Por doble cubrejunta (fig . 30 .4) . Estos tipos de roblonado pueden hacerse con una o varias filas de roblones .
asentador
Fig . 30.3 Roblonado por simple cubrejunta de doble fila de remaches,
30 .2 .3 .2
Fig . 30 .4
Roblonado por doble cubrejunta y dos filas de remaches.
Según el fin a que se destinen los roblonados,
pueden ser :
- de fuerza, cuando los roblones sólo deben aguantar los esfuerzos, como, por ejemplo, en las estructuras metálicas; - roblonados impermeables, cuando los esfuerzos que deban resistir sean pequeños, pero que las chapas que se hayan de unir deban dejar juntas estancas, por ejemplo, en tuberías y depósitos de líquidos y gases; - de fuerza e impermeables, que únicamente se emplean en calderas a presión. Para los roblones de fuerza, es más ventajoso el sistema de doble cubrejunta, como se ve en la figura 30 .4 . 30 .2 .4
Práctica del roblonado
El roblonado se puede efectuar a mano o mecánicamente. Para efectuar el roblonado : 1 .° se prepara la chapa punzonando o taladrando ; 175
Fig. 30 .5
Fases del remachado.
2 .° en caso necesario, se procede al caldeo de los roblones ; 3 .° se efectúa el roblonado propiamente dicho (fig . 30 .5) (transparencia 15 .1 ) ; 4.0 por último, muchas veces se efectúa una operación llamada calafateado para conseguir la estanquidad . 30 .2 .4 .1
Herramientas empleadas en el remachado a mano Para este tipo de operación se emplean las siguientes herramientas : - Martillo . - Sufrideras . - Asentadores . - Buterolas . Martillo. Se empleará el martillo de bola ya estudiado. Sufridera. Es la herramienta que se coloca en la parte inferior del remache para apoyar la cabeza del mismo (fig . 30 .5) . Asentador. Es la herramienta que se coloca en la parte superior y sirve para guiar y sentar bien el remache con las piezas a unir (fig . 30 .5) . Buterola . Es la herramienta que se emplea para dar la forma definitiva a la cabeza de cierre del remache (fig . 30 .5) . 30 .2 .5
Fig . 30.6
Estanquidad del roblonado Se dice que una junta es estanca o impermeable cuando no puede ser atravesada por los líquidos y, en algunos casos, ni siquiera por los gases. La estanquidad o impermeabilidad del roblonado se consígue, unas veces por el contacto directo de las chapas, otras por la interposición entre las dos chapas de una materia plástica, que puede ser papel impregnado o una cinta de plomo. En todo remachado de fuerza y presión, se procede al calafateado que consiste en rebatir el borde de la chapa previamente achaflanada y de las cabezas de los remaches (fig . 30 .6) con la ayuda de un instrumento llamado retacador que se maneja golpeándolo a mano con un martillo o mecánicamente con un martillo neumático.
Retacado,
Tabla 30 .8
Dimensiones para el roblonado .
del remache en bruto
d
1
1,4
2
2,6
3
0 del agujero
4
5
6
8
9
d,
1,1
1,5
2,2
2,8
3,2
4,3
Cabeza redonda
5,3
D, K, R ^
6,4
8,4
9,5
1,8 0,6 1
2,5 0,8 1,4
3,5 1,2 1,9
4,5 1,6 2,4
5,2 1,8 2,8
7 2,4 3,8
Cabeza avellanada
8,8 3 4,8
10,5 3,6 5,7
D2 K2 t
1,8 0,5 0,4
14 4,8 7,5
2,5 0,7 0,6
15,8 5,4 8,5
3,5 1 0,8
4,5 1,3 1,1
5,2 1,5 1,3
7 2 1,8
8,8 2,5 2,3
10,5 3 2,7
14 4 3,7
15,8 4,5 4,1
Máxima longitud del cosido l
A
B
2 3 4 5 6 8 10 12 15 18 20 22 25 28 30
0,5 1,2 25
1 1,5 25
A 1 2 25 3,5 5,5
B A 1,5 2,5 3 4 6
176
1 5 2 25 4
B 1,5 2,5 3 3,5 5 7 9 12
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
3 _6 8 10 12 14 16 18
7 10 12 14 16 1 20 22
~~ I
,5 7 6 6 7 5 7 4 6 3 5 8 9 7 9 -89 6 8 5 7 -47 11 12 11 12 10 12 _9 _11 8 10 7 10 13 14 13 14 _12 _14 11 13 10 12 9 12 j_ 516 15 1 6 _ 7_4 16 13 15 12 14 11 14 17 18 16 18 15 17 14 16 13 16 19 20 18 20 17 19 16 18 15 18 21_ - 22 -1-022 19 21 18 20 17 20 22 23 21 23 20 22 20 22 19 22
Fig. 30.7 30 .2 .6
Formas de la cabeza de cierre : A, casquete esférico; B, troncocónica.
Cabezas y dimensiones
La cabeza de cierre puede hacerse troncocónica o de casquete igual que la cabeza (fig . 30 .7) . En la tabla 30 .8 se indican las dimensiones correspondientes . 30.3
Remachados especiales
Los principales casos especiales de remachado son : - Remachado con remaches de cabeza embutida . La cabeza de estos remaches es troncocónica y se alojan en un avellanado que lleva la chapa . Evidentemente, no se puede emplear para chapas demasiado finas. - Remachados de chapas finas . Cuando se remacha una chapa fina con una gruesa, se puede dejar embutido el remache tal como aparece en la figura 30 .9 . - Remaches de pernos (fig . 30 .10) . Remachado con remache hueco (fig . 30 .11A) con útil especial (figura 30.11 B) . - Remachado con remache hueco con máquina de mano (fig . 30 .12A B y C) . - Remaches estriados (fig . 30 .13A) . En la figura 30 .1313 se presenta el proceso de remachado con un remache estriado sin cabeza y uno hueco.
Fig.
30,9
Remachado de chapa .
Fig . 30.10
c
Remachado de pernos .
B
A
Fig . 30.12 Remachad.) hueco con máquina de mano : A, remachadora de mano ; B, proceso ; C, remache antes de la operación, 30 .4
Fig .
30.11A
Remache hueco .
Medios para abrir agujeros en las chapas y perfiles : Punzonado
Para abrir agujeros en las chapas y perfiles, además del taladrado, se emplea el punzonado (fig . 30 .14) . El punzonado consiste en separar por medio de un punzón trozos de las planchas o de perfiles, los cuales en el caso más corriente tendrán forma circular . Sólo puede emplearse este procedimiento para metales dúctiles, preferentemente en calderería, para abrir los agujeros por los cuales entran los remaches o tornillos. Es más económico que el taladrado, pero el resultado es menos perfecto y no debe emplearse para trabajos o piezas sometidas a presiones . El punzonado puede efectuarse en caliente o en frío y, en general, sólo en chapas de espesor no muy grande . El punzonado puede hacerse también a mano o a máquina. 17 7
buterola
r
Fig.
30.118
Operación,
punzón
matiz pieza cortada
Fig. 30 .14
Fig. 30.13A
Punzonado.
30 .4 .1
Remaches estriados.
2 Fig. 30.138
Proceso .
Punzonado a mano
En el punzonado a mano, el punzón puede ser macizo o tener la forma de sacabocados (fig . 30 .15) . Se utiliza tan sólo para chapas finas, debe adaptarse una sufridera blanda . 30 .4 .2
pieza
Fig. 30.15
Sacabocados.
Punzonado a máquina Las máquinas de punzonar se llaman punzonadoras . Las punzonadoras manuales se mueven, ya sea por medio de un husillo, bien por medio de una palanca . Además, existen las punzonadoras mecánicas con motor, semejantes a las cizallas, con frecuencia combinadas en una misma máquina (fig . 30 .16A) . En la figura 30 .168 vemos un detalle de la operación. La matriz debe tener un diámetro ligeramente superior al del punzón según el grueso de la chapa (fig . 30 .14) . La punzonadora, sea manual, sea mecánica, debe estar siempre bien ajustada y no debe forzarse nunca. Durante el trabajo hay que engrasar con frecuencia el punzón con aceite y verificar de vez en cuando el ajuste de la máquina . Para punzonar, primero debe comprobarse el centrado del agujero por medio de la punta que suele llevar el punzón (fig . 30 .14) y después, en un segundo tiempo, proceder al punzonado propiamente dicho (transparencia 15 .3) . 30 .5
Fig . 30.16A
Punzonado a máquina .
Proporciones del roblonado en los casos corrientes (transparencia 15 .2)
Tanto el cálculo del número y tamaño de los roblones, como su distribución más acertada, es un problema difícil, que no podemos tratar aquí. Sin embargo, daremos las proporciones del roblonado en los casos más comunes. - Diámetro de los roblones . Está comprendido, en general, entre 1,5 - s y 2 - s, donde s es el espesor de la chapa más gruesa . - Longitud de los roblones. La longitud de los roblones es igual a la suma de los espesores de las chapas que une, más una cantidad que suele ser de 1,5 - d, para el roblonado a máquina y de 1,7 - d, para el roblonado a mano (fig . 30 .17) . EL =s+s'+ 1 ,5 -d
1
- Distancia entre roblones. He aquí las dimensiones que se toman corrientemente en los distintos casos: En el caso de recubrimiento con roblonado sencillo (fig . 30 .18) . Fig . 30.168
e = 1,5 - d p = 2 , d + 8
Detalle,
En el caso de recubrimiento con roblonado doble a tresbolillo (fig . 30 .19) . e = 1,5 t =2,6
d d+15
En el caso de recubrimiento con roblonado doble rectangular (fig . 30 .20) . e = 1,5 - d d + 10 P = 2,6 [TI = 0,8 . p
Fig. 30.17 Longitud de los roblones . L = s + s , + 1,5 d,
178
En el caso de doble recubrimiento con roblonado sencillo (fig . 30 .21) . e, = 1,5 e = 0,9 p =2,6 30 .6
'
d e, d+10
Ensayo de roblones
Aparte de los defectos que se pueden advertir a simple vista, puede el roblón no ser suficientemente maleable, lo que se puede comprobar por medio del siguiente ensayo . Se introduce el roblón en un agujero inclinado a 75° (fi gura 30 .22), que tenga de diámetro 2 mm más que el roblón . Este debe poder martillearse hasta que la cabeza quede en su posición normal, sin que se produzcan grietas ni toruras. 30 .7
Otros sistemas para obtener uniones fijas
Existen otros varios procedimientos de uniones fijas, las principales son: 30 .7 .1
Ensamble por medio de chapas
Este procedimiento, llamado también unión por engatillado, consiste en unir dos chapas por sus bordes, doblando dichos bordes de modo que enganche el uno con el otro (fig . 30 .23) . A veces se unen los dos bordes de una misma chapa, que se cierra sobre sí misma. Este procedimiento es muy empleado en hojalatería y en la fabricación de envases por medio de máquinas especiales . También se podría emplear el ensamble por medio de grapas en el trabajo manual, pero en estos casos se prefiere el procedimiento por soldadura.
Fig. 30.23
30 .7 .2
d
Engatillado de chapas.
Ensamble por grapas
Puede ser, según su posición : - longitudinal, cuando se efectúa a lo largo del cuerpo en cuestión (figura 30 :24) ; - de fondo, como el que se emplea muchas veces en las tapas de los botes de conservas (fig . 30 .25) . No se puede aplicar este método más que para chapas finas. Muchas veces se termina la operación con un galvanizado o estañado y a veces con soldadura .
A Fig . 30 .24 Engatillado longitudinal : A, sencillo ; B, doble .
Fig. 30.25
B ," Engatillado de fondo : A, sencillo; B, doble.
Figs. 30.18 a 30 .21 entre roblones .
Distancia
SEGURIDAD E HIGIENE Recordar y hacer cumplir las normas para trabajar con piezas en caliente : calzado, peto, guantes y herramientas apropiadas .
NORMALIZACIÓN Haz una lista de normas sobre materia propia del roblonado .
MEDIOS DIDÁCTICOS
Audiovisuales Transparencias : 15 .1 Remachado . 15 .2 Clases de roblonado . 15 .3 Punzonadora .
Fig. 30 .22
179
Ensayo de roblones .
Diapositivas : 15 .1 .1 15.1 .2 15.1 .3 15 .1 .4
Roblones y remaches . Operación de remachado . Caldeado de roblones . Operación de robionado .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Importancia actual del roblonado . EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN
Realiza algún trabajo de remachado a ser posible con otros procedimientos, hasta donde lo permitan las posibilidades del taller. Ver libro de prácticas .
CUESTIONARIO - ¿Cuál es la -
finalidad del remachado o roblonado? ¿Qué diferencia hay entre roblón y remaches? ¿Qué es un remachado con simple cubrejunta? ¿Qué dimensiones deben tener los agujeros para remachar? ¿Es preferible punzonar o taladrar?, ¿por qué?
BIBLIOGRAFÍA E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . F . P . C . T ., Carpenteria, Collegamenti Finitura, Ciclo di lavoro, Vallechi, Florencia 1968 . STRANEO S. L .-CONSORTI R., El Dibujo Técnico Mecánico, Uteha, Barcelona 1965 .
Tema 31 .
Uniones desmontables
OBJETIVOS - Conocimientos de algunos elementos normales de unión .
- Iniciación en la aplicación de las normas . - Designación e identificación de elementos normalizados.
GUIÓN Tornillo . Designación de un tornillo . Clasificación de los tornillos . Tuercas. Formas normalizadas de tornillos y tuercas . Arandelas . Dispositivos de seguridad . Características de los tornillos. Pasadores . Chavetas. Lengüetas . Aplicaciones de los elementos de unión .
PUNTOS CLAVE
- Seguridad en la designación de elementos normalizados . - Interpretación de elementos de unión en conjuntos y en listas de piezas .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Uniones desmontables. En los temas 27 al 30 ya se ha dicho referente a uniones fijas. Si esos sistemas son interesantes, no lo son menos, y algo por supuesto, más frecuentemente empleados, las uniones desmontables. La diferencia esencial entre los dos grupos estriba principalmente en que de ordinario los primeros no se pueden deshacer sin estropear, al menos, uno de los dos elementos, y porque generalmente no se puede volver a unir con las mismas características . Las uniones desmontables, por el contrario, pueden hacerse y deshacerse cuantas veces se quiera .
180
Los elementos de unión en su mayoría están normalizados, por lo cual, en su aplicación habrá que tener en cuenta las normas correspondientes . Nos referimos ordinariamente a las normas UNE o, en su defecto, a las normas DIN. Los elementos más empleados en las uniones desmontables son : - Elementos roscados : tornillos y tuercas . - Arandelas. - Pasadores . - Chavetas . - Lengüetas. 31 .1
Fig. 31 .1 Tornillo de cabeza hexagonal.
Tornillo
En su acepción más amplia, es un cilindro parcial o totalmente roscado, provisto frecuentemente de cabeza . La parte cilíndrica la llamamos vástago o caña . Los tornillos tienen forma muy variada en cuanto a la cabeza y al extremo o punta, con el fin de satisfacer las múltiples necesidades. Describimos sólo algunos de uso más corriente y remitimos a las normas para ampliar (fig . 31 .1) . 31 .1 .1
Designación de un tornillo
Para la designación normalizada, según DIN, es necesario consignar: 1 .° Nombre del tornillo : hexagonal, cabeza redonda, etc., o denominación . 2.° Designación de tá rosca: M 12 ; 1/ 2" ; M 20 x 1,5, etc. 3.° Longitud del tornillo, en cuyas normas se indica si está incluida o no la cabeza . 4.0 El número de la norma: DIN 931, etc. 5.° La ejecución: m, media ; mg, semibasta ; g, basta. 6.° Caracteristícas de resistencia según DIN 26 : 4A, 4D, 5D, etc. Hay otras particularidades a tener en cuenta : agujeros para pasadores, etc. Ejemplo : Tornillo hexagonal de rosca métrica ISO de 16 x 60 DIN 931 m 8.8 ; si no se designa la ejecución se pone un guión en lugar de la letra correspondiente :
Fig. 31,2
Tornillo unión,
M 16-60 DIN 93 1 -8 .8 En cada- norma se indica siempre la forma correcta de designación . 31 .1 .2
Clasificación de los tornillos Existe una gran variedad de tornillos. Nos limitaremos a los más comúnmente empleados : 31 .1 .2 .1
Tornillos de unión
En la figura 31 .2 tenemos un tornillo de cabeza hexagonal: La unión de dos piezas se hace a través de un agujero pasante -sin rosca- de una de ellas y roscando en la otra, como en una tuerca . Este tipo de fijación debe evitarse cuando la pieza roscada sea de fundición o aleaciones ligeras, porque se rompe la rosca de la tuerca con demasiada facilidad . Para estos casos, se usan tornillos pasantes, cuya fuerza de unión se produce por la presión entre la tuerca y la cabeza . 31 .1 .2 .2
m
G
Fig . 31 .3
Tornillo pasante .
Fig. 31 .4
Espárrago.
Tornillo pasante
Es un tornillo que atraviesa las piezas a unir sin roscar en ninguna de ellas (fig . 31 .3) . La sujeción se efectúa mediante una tuerca y una arandela que es necesaria cuando el material en que se apoya la tuerca no es suficientemente duro . Cuando ésta solución no es posible por no poder atravesar las dos piezas -bloque cilíndrico en los motores y en otros muchos casos- se recurre a los tornillos, llamados espárragos . 31 .1 .2 .3
Espárrago
Es una varilla roscada en los dos extremos sin variación de diámetro (figura 31 .4) . Un extremo va roscado en la pieza mientras que el otro tiene rosca exterior, no tiene cabeza y la sujeción se logra por medio de una tuerca.
71
Fig. 31 .5
Útiles para colocar espárragos.
Fig . 31 .6 Proporción de la parte roscada, según el material.
hÍlñIIÍ1~I~Í1!~hSEIÍ
La finalidad principal perseguida con este tipo de tornillo es evitar el deterioro de los bloques o conjuntos a que van sujetos : en la parte roscada, si el material no es muy resistente, fácilmente se romperán los hilos -sobre todo si se aprietan o aflojan con frecuencia y si la cantidad de hilos que trabajan son pocos- . Montaje y desmontaje de espárragos. Los espárragos se colocan apretados en la pieza roscada, por ejemplo, con un útil semejante al de la figura 31 .5 y ya no se quita de allí sino que, cuando hay que aflojar o apretar, se hace con la tuerca. Para que el extremo fijo no rompa los hilos, la longitud roscada suele hacerse: para acero, acero moldeado, bronce y metal ligero bonificado, b = 1,25d ; y para metal blando, b = 2,5d (fig . 31 .6) . 31 .1 .2.4 Tornillos autorroscantes para chapa Para uniones que deban soltarse raramente, para metales blandos o aceros de menos de 50 kg de resistencia, en carrocerías, en mecánica fina y en electromecánica, se emplean los llamados tornillos autorroscantes o de corte que lle van unas ranuras (fig. 31 .7) y cuya rosca se endurece por cementación o temple superficial . El tipo tirafondo, también autorroscante, es muy empleado (fig. 31 .8) . 31 .1 .2.5 Tornillo prisionero Es una varilla roscada por uno o dos extremos (fig. 31 .9) ; su colocación se realiza entre la tuerca y el tornillo, taladrado previamente, y roscando como indica la figura 31 .30. 31 .1 .2.6 Pernos de articulación Los pernos de articulación son piezas sencillas con una parte perfectamente cilíndrica, para que sirva de eje a alguna articulación, y dotadas de algún dispositivo de fijación, como una tuerca (fig. 31 .10) o un pasador .
Fig. 31 .7
Tornillos para chapa : tornillo; B, aplicación .
Fig. 31 .8
Tornillo autorroscante o de corte.
Fig. 31 .9
Tornillo prisionero.
O~- [~
aplícación
Fig. 31 .10 Tipos normalizados de pernos de articulación .
31 .1 .2.7 Pernos de anclaje Para la sujeción de máquinas al suelo se emplean los llamados pernos de anclaje (fig . 31 .11) . 31 .1 .3 Tuerca Es el elemento que junto con el tornillo sirve para sujetar piezas . Las tuercas más usadas son las hexagonales, generalmente con los extremos achaflanados (fig . 31 .12) que también suelen llevar un avellanado* en la rosca . La designación normalizada se indica de una manera similar a los tornillos . Ejemplo : ¡tuerca hexagonal M20 DIN 934 m-4 31 .1 .4 Formas normalizadas de tuercas Téngase presente siempre que, para lograr unir con tornillos dos piezas, es necesario emplear una o dos tuercas para su sujeción. En la tabla 31 .13 se muestran las formas de algunos de los tipos más usados, según normas DIN . 31 .1 .5 Arandelas Son de acero y se emplean cuando el material de la pieza, en la que se asienta la tuerca, sea más blando que el material de ésta o bien cuando la superficie no esté perfectamente trabajada, y en otras ocasiones como elementos de normalización de las tuercas para seguridad . 31 .1 .5.1 Clases de arandelas Existen dos clases de arandelas, según su aplicación y finalidad : - Arandelas de protección . - Arandelas de seguridad . a) Arandelas de protección. Son de forma cilíndrica recta DIN 1 441 o con chaflán DIN 1 440 (fig. 31 .14) .
fig. 31 .11
Perno de anclaje,
b) Arandelas de seguridad Son las que se interponen entre el tornillo y tuerca para evitar que se afloje la tuerca (fig . 31 .15) . 182
Tabla
Denominación
Forma
Hexagonal normal.
Formas
Se usa De empleo general,
Hexagonal estrecha .
®
Hexagonal ciega .
')
Cuadrada .
rr-r
Hexagonal almenada.
31 .1 .6
31 .13
Como tuerca .
contra-
normalizadas
de
Denomi-
Forma
nación
De mariposa .
Moleteada .
En uniones ordivarias (muy das en carpinte ntería) .
Redonda con ranura .
En pasadores de aletas .
Redonda con agujeros .
Se usa
Fig . 31 .12 hexagonal.
101 -
De cuatro brazos.
En tuercas vistas (sirven de adorno a la vez) .
tuercas .
®
®
Se aprietan con la mano . En uniones o fijaciones e frecuentedesmonte.
O
Se aprietan con llaves especiales . En regulación de ejes de máquinas.
Fig. 31 .14 Arandelas : A, cilíndrica ; B, con chaflán .
Dispositivos de seguridad
Los tornillos que unen piezas pueden aflojarse a pesar de la tensión inicial, cuando por alguna causa, se produzca una dilatación en el vástago del tornillo : calor, trepidaciones, etc. La seguridad se logra por algunos de los medios siguientes : 31 .1 .6 .1
Tuerca
Fig. 31 .15 Arandela de seguridad y forma de colocación.
Por doble tuerca
Llamada también contratuerca, que puede ser más estrecha (fig . 31 .16) . En esta figura se ve por qué debe colocarse la más estrecha junto a la pieza. 31 .1 .6 .2
Por rozamiento con tuercas especiales
Que llevan un anillo fijo de fibra sin roscar que es comprimido por la rosca del tornillo ; la tuerca podrá aflojarse o apretarse repetidas veces sin que pierda eficacia (fig . 31 .17) . 31 .1 .6 .3
Por retención mecánica .-
- Por pasador y tuerca almenada, cabe la posibilidad de reajuste según el número de ranuras (fig . 31 .18) . - Con tuerca especial (fig . 31 .19) y tornillo prisionero . - Con arandelas de seguridad, de las cuales hay gran variedad normalizadas, por ejemplo, la DIN 93 (fig . 31 .20) ; otra muy empleada es la de la figura 31 .21, sobre todo por rodamientos, cuando se empleen tuercas con ranuras exteriores . 31 .1 .6 .4
Por arandelas elásticas:
- Arandelas elásticas dentadas exterior o interiormente (fig . DIN 6 967. - Arandelas de muelle (fig . 31 .23) DIN 137. - Anillos de muelle -arandelas Grower- (fig . 31 .24) DIN 127.
31 .22)
lis¡ tuerca
tornillo
tuerca arandela pieza
Fig. 31 .16 Sujeción por doble tuerca : A, montaje ; B, detalle .
Fig . 31 .19 Seguro por tornillo prisionero .
anillo de nailon
Fig . 31 .17
Tuerca hexagonal de autoseguro,
Fig. 31 .20
Fig . 31 .18 Sujeción con pasador de aletas y tuerca almenada .
Dos tipos de arandelas de seguridad.
183
A rlnima 2s1 T ,m
mínima 25,
Fig. 31 .22 Arandelas elásticas dentadas : A, exterior; B, interior ; C, aplicación .
31 .1 .7
Características de los tornillos
Los elementos que caracterizan los diversos tipos de tornillos son : - La forma de la cabeza . - Extremos de tornillos. - Longitud de la rosca. - Salidas de rosc .
arandela
31 :1 .7 .1
15.
tuerca ranurada
Fig . 31 .21 Arandela de cierre para rodamientos. Aplicación .
Fig . 31.23
Arandela de muelle .
Forma de la cabeza
Las cabezas pueden ser de varias formas, de las cuales las principales son (fig . 31 .25) aJ Cabeza hexagonal. bJ Cabeza cuadrada, cJ Cilíndrica con ranura para destornillador . dJ Avellanadas con ranura . eJ Gota de sebo . fJ Redonda con ranura . gJ Cilíndrica con hexágono interior (tipo Allen) . hJ Otras especiales. - Agujeros pasantes y avellanado para alojamiento de las cabezas de los tornillos. Las piezas unidas por tornillos, en la parte no roscada, llevan agujeros pasantes, de los cuales damos las medidas normales, en la tabla 31 .26. Los avellanados están también normalizados, tanto los cónicos (fig . 31 .27) como los cilíndricas (fig . 31 .28) para los diferentes tornillos; en las figuras 31 .27 y 31 .28 se da un extracto de las normas DIN 74 y 75 . Avellanado según DIN 74
I
Fig . 31 .24 Arandela grower.
Fig. 31 .25
Forma de /as cabezas de tornillos.
Fig . 31 .27
Asiento de cabeza cónica .
31 .1 .7 .2
Extremos de tornillos
- Para asegurar la posición de las piezas después del montaje o para regular el ajuste de guías o regletas, se emplean los tornillos, varillas roscadas, pivotes, con un extremo o punta apropiada. En la figura aparece un extracto de la DIN 78 (fig . 31 .29) . Estos extremos de tornillos quedan incluidos en la longitud de la rosca. bombeado
Flg. .31 .30A Alojamiento para extremos de espiga.
Fig. 31 .28 Asiento de cabeza cilíndrica .
Fig . 31 .29
184
achaflanado
Extremos de tornillos,
espiga rebajada
espiga cilíndrica bombeada
an punta
Diámetro de la rosca 1 1,2 1,4 1,6 1,7 2 2,3 2,5 2,6 3 3,5 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 42 45 48 52 56
Tabla 31 .26
Tablas de agujeros pasantes .
Diámetro del agujero
,Diámetro de la rosca
Fino
Medio
Basto
1,1 1,3 1,5 1,7 1,8 2,2 2,5 2,7 2,8 3,2 3,7 4,3 5,3 6,4 7,4 8,4 10,5 13 15 17 19 21 23 25 28 31 34 37 40 43 46 50 54 58
1,2 1,4 1,6 1,8 1,9 2,4 2,7 2,9 3 3,4 3,9 4,5 5,5 6,6 7,6 9 11 14 16 18 20 22 24 26 30 33 36 39 42 45 48 52 56 62
1,3 1,5 1,8 2 2,2 2,6 2,9 3,1 3,2 3,6 4,1 4,8 5,8 7 8 10 12 15 17 19 21 24 26 28 32 35 38 42 45 48 52 56 62 66
1
60 64 68 72 76 80 90 100 110 120 125 130 140 150
Diámetro del agujero Fino
1 /2" s/é' 3/4'
1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 4 5 5 6
1 14"1 3 /8 " 1 12". s{ a' 3 1,"
'74 112' 1
12""
,/2 . . 11
1
62 66 70 74 78 82 93 104 114 124 129 134 144 155 14 17 20 23 26 30 33 36 40 43 46 52 58 66 70 78 93 104 118 130 142 155
medio
Basto
66 70 74 78 82 86 96 107 117 127 132 137 147 158 15 18 22 25 28 32 35 38 42 45 48 54 62 70 74 82 96 106 120 130 145 160
70 74 78 82 86 91 101 112 122 132 137 144 155 165 16 19 24 26 30 34 37 40 45 48 50 58 66 74 78 86 106 116 130 140 155 165
(
Alojamiento para extremos de tornillos : para el extremo de espiga cuando ha de servir de fijación, debe hacerse un agujero (fig . 31 .30A) en las terminaciones de espigas según la figura 31 .308 . - Para extremos de punta o espiga cilindríca apuntada ; debe hacerse un chaflán (fig . -31,31) . Para el extremo de chaflán afilado, hace él mismo su alojamiento . Cuando se emplee para ajuste de una regleta de guía una varilla ros cada o un pivote, generalmente no necesitará alojamiento el extremo, sino que se recomienda el seguro de posición por medio de una tuerca rebajada que servirá de contratuerca (fig . 31 .32) . 31 .1 .7 .3
Longitud de la rosca
Fig. 31 .308 de espigas,
Terminaciones
Fig. 31 .31 Avellanado para puntas y espiga apuntada.
Fig. 31 .32 Varillas y pivotes de ajuste y fijación por contratuerca .
--- .---
Fig. 31 .33 Diversas formas de salidas de roscas.
La longitud de la rosca varía según las necesidades de aplicación, aumentando de cinco en cinco milímetros . 31 .1 .7 .4
Salidas de roscas
En la figura 31 .33 damos un extracto de las salidas de rosca . En los dibujos no suele hacerse ninguna indicación, cuando es normal ; sí, en cambio, cuando es especial ; por ejemplo, las necesarias para roscado en torno, con herramientas . 31 .1 .8
Fig. 31 .34 Pasador cilíndrico,
Pasadores
Los pasadores son piezas redondas y alargadas que sirven para asegurar o impedir un movimiento o para asegurar la posición de dos o más piezas ; pueden ser : - Pasadores cilíndricos . - Pasadores cónicos . - Pasadores de seguridad, 31 .1 .8 .1
Cilindrícos
31 .1 .8 .2
Cónicos
, pasadores de situación Fig. 31 .35 Aplicación.
Existen pasadores cilíndricos calibrados a una medida fija (fig . 31 .34) . Para el empleo de ellos es necesario escariar el agujero. Sirven para posicionar una pieza respecto a otra, pero no para fijarla, DIN 7 (fig . 31 .35) . UNE 17 060 (fig . 31 .36) . Sirven también muchas veces de sujeción, y así, 185
Fig. 31 .37 Aplicación,
Conicida d 1 :50
Fig. 31 .36 Pasador cónico.
por ejemplo, se utilizan para evitar el desplazamiento longítudinal de elementos en un eje (fig . 31 .37) . El agujero se taladra con varios taladros y después se practica un escariado cónico (fig . 31 .38) . Fig. 31 .38 Escariado de agujeros cónicos .
Fig . 31 .39
Pasador de tensión y aplicación .
31 .1 .8 .3
Los principales los podemos clasificar en : - Pasadores de tensión o elásticos. - Pasadores de aletas . - Pasadores estriados . - Pasadores de tensión o elásticos. Sirven para fijar unas piezas a otras y tienen la ventaja sobre los pasadores cilíndricos o cónicos de que para su montaje no es preciso ni escariado previo ni ajuste de precisión . Sin embargo, para un posicionamiento de precisión no pueden sustituir a los anteriores (fig . 31 .39) . - Pasadores de aletas. Se utilizan para inmovilizar tuercas y aplicaciones semejantes (fig . 31 .40) . - Pasadores estriados. Los cilíndricos estriados, según DIN 1 470, 72 73, 74 ó 76, tienen aplicaciones particulares (fig . 31 .41) y pueden ser más económicos que los cónicos, pues, como hemos dicho, no necesitan escariar el agujero; tienen, en ocasiones, el inconveniente de que al desmontarlos ya no quedan utilizables ; pero, dado su bajo precio, esto no suele tener importancia. Los pasadores normalmente no se usan para transmitir esfuerzos a no ser que estos sean pequeños (fig . 31 .42) . Cuando se emplean como elementos de situación (fig . 31 .43), no suele practicarse el alojamiento hasta tener la certeza del exacto emplazamiento de las piezas . Solo entonces, y teniendo firmemente apretadas las piezas, se hace el taladro y, si es necesario, el escariado. En estos casos se suele indicar en el dibujo diciendo : «taladrar y escariar en el montaje» . 31 .1 .9 ser:
Pasador de aletas y aplicación .
Fig. 31 .40
1473
Chavetas
Las chavetas son prismas de sección generalmente rectangular y pueden - Transversales . - Longitudinales .
31 .1 .9 .1
Clavija cilíndrica entallada DIN
De seguridad
Transversales
Se usan para unir ejes entre sí, tienen forma de cuña, y pueden ser simétricas o asimétricas (fig . 31 .44A) . También tienen aplicación para fijar los útiles en algunas máquinas herramienta (fig . 31 .448) .
Clavija entallada en cono DIN 7471
Clavija entallada de muletilla DIN 1475
clev.ja entallada de ajuste DIN 1472
Clavqa entallada con espina cilind,ica
DIN 1474
Clavo entallado con cabeza redonda
DIV 7476
Clavo entallado con cabeza avellanada
DIN 1477
a
Fig. 31 .41
Pasadores estriados .
Fig. 31 .44A
31 .1 .9 .2
Chaveta transversal o cuña .
Fig. 31 .448 Aplicación a máquinas herramientas.
Longitudjnales
Sirven perfectamente para la unión de ruedas, poleas, volantes, etc. Pueden ir encajadas o simplemente apoyadas en los ejes . Las hay con cabeza o sin ella . Las figuras 31 .45, 31 .46 y 31 .47 presentan chavetas, según la DIN 6 881, 6 868 y 6 887 . Las dimensiones para las chavetas y los chaveteros (así se llaman a los alojamientos de las chavetas) están normalizados . 31 .1 .10
Lengüetas
Son una clase de chavetas llamadas chavetas de ajuste . En la figura 31 .48 se ven lengüetas según DIN 6 885. Se diferencian esencialmente de las cha186
Fig. 31.42 Pasador de estrías que soporte esfuerzo.
Fig. 31.45 Chaveta longitudinal DIN 6887, vetas en que el ajuste lo hacen por las caras laterales, en lugar de hacerlo por la superior, como aquéllas . Van encajadas en los ejes y pueden deslizarse suavemente sobre los chaveteros de las poleas o ruedas (fig. 31 .49) . A veces, para dimensiones grandes, se las sujeta al eje con tornillos (fig. 31 .50) .
s
Fig . 31.46 Chaveta longitudinal DIN 6881.
Incl. 1. loo
Fig. 31.43 Pasadores de estrías de posicionamiento.
Fig. 31.47 Chaveta longitudinal DIN 6 868.
Dentro de las lengüetas, existen las redondas (fig. 31 .51) empleadas en máquinas herramientas y en automovilismo para pequeños esfuerzos . Tienen el inconveniente de debilitar el eje, por la gran profundidad del chavetero (figura 31 .52) . En algunas ocasiones facilitan el montaje o desmontaje .
DIN -6665 forma A
DIN 6885 forma F 1=h-26
DIN 6685 forma G
-
31 .1 .11
Fig . 31.49 Unión por lengüeta .
t L "-ti-"-I
Fig. 31.50 Lengüeta de ajuste con tornillo de fijación .
Fig, 31.48 Diversos tipos de lengüetas.
Aplicaciones de los elementos de unión
Las figuras 31 .53 y 31 .54 muestran la aplicación de elementos normalizados en una máquina-herramienta moderna . La figura 31 .55 reproduce el dibujo de un grupo de piezas de una máquina incluida la lista de piezas, y en ella la designación completa de los elementos normalizados.
DIN 6688 Fig . 31.51 Lengüeta redonda .
MEDIOS DIDÁCTICOS Una buena colección de elementos normalizados pueden ayudar a conocer estos elementos . El estudio de dibujos de conjunto y listas de piezas bien ejecutados, darán ocasión de interpretar e identificar elementos normales. TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer un estudio de elementos normalizados para uniones desmontables, acompañado de la lista de nombres y número de la norma. - Hacer una lista de los elementos normalizados que se aprecian en las figuras . Buscar el número correspondiente para tres de ellos y designarlos normalizadamente . 18 7
Fig . 31.52 Lengüeta tipo Woodruff montada en un eje .
Fig. 31 .53
Aplicación de elementos de unión normalizados .
'
Lengüeta de ajuste A6 x 6 x 14 DIN6885 Piñón cónico Retén
i
1
5
3 3
giratorio
Pasador cihfidnco semiestáado 6 x 20 DIN 1477 Rodamiento de botas n° 6004 Anillo elástico de seguridad 47 UNE 26075 Roda-ento bolas 6005 Anillo elástico de seguridad 25 UNE 26074 Rueda helicoidal m -2,25 z=20 0=15° izQ. Anillo etásticode seguridad 20 UNE 26074 Eje-ruedohelicoidai mn =2,25 z = 14 /115°ii .
N- de piezas Denamihacidn a:udl° d° d.---ESCALA
2 Fig. 31 .55
188
m=2,25 ; z=11
y Observaciones
5 6-75 5 6 75 ---
6Cubillas T.VIDONDO
10 9
005 4. 945025 004 4 .3451
F-1220 50 HRC 150 Caucho sintético -
-
5 3
9 .064.03002 4.3449 Dibujo n° Dibuja n°
L1gnolol
~~ ~n
063 x
F-1220 5071RC 150 Material
ESCUELA
DE
DE
16
0 40 x 140 (>imensiones en bruto peso etc.
lN6ENIERIA TÉCNICA INDUS.
oficina técnica salesianos .
,-'
PELADORA V TROZADORA MANZANAS (eje intermedio)
19 x31,5 x65
--
.03 4,34500
librea
30 x 45
I N " ° 9064 .03.000 Orlglnol n°
Grupo o conjunto de piezas con algunos elementos de unión .
'A
ALMUNIA
4 .3448
Fíg. 31 .54
Aplicación de elementos de unión normalizados .
BIBLIOGRAFÍA KLEIN M ., Introducción en las normas DIN, Editorial Balzola, Bilbao 1967 . Normas UNE, Instituto Nacional de Racionalización y Normalización, Madrid . E . P . S ., Tecnología Mecánica, tomos primero y segundo, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1970 . SCHROCK J ., Montaje, ajuste, verificación de elementos de máquinas, Editorial Reverté, S . A ., Barcelona 1965 . MATA J . y ALVAREZ C ., Técnicas de Expresión Gráfica 1 .1. Metal, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1975.
VOCABULARIO TÉCNICO
Avellanado : El hueco que se hace en las piezas para que la cabeza de algunos tornillos quede oculta o a ras de la superficie . Varilla roscada : Tornillo sin cabeza, roscado en toda su longitud . Pivote : Tornillo sin cabeza, roscado sólo por un extremo. Escariar: Operación que se realiza después del taladro para dejar el agujero dentro de la tolerancia y las superficies de taladro lisas .
Operaciones a máquina
8.
Tema 32.
Brocas
OBJETIVOS - Conocer las brocas helicoidales, partes de que se componen y descripción de cada una de ellas. - Afilado a mano de las brocas. - Indicar las normas importantes de los afilados especiales y recursos para obtener más rendimiento de corte en las brocas . GUIóN - Taladrado . -
Broca . Brocas helicoidales . Tipos de brocas helicoidales . Afilado de las brocas helicoidales . Brocas especiales .
PUNTOS CLAVE - Ángulos de las brocas.
- Afilado en función del material . - Emplear la broca apropiada para cada clase de material . - No intentar trabajar con la guía o faja desgastada .
CONOCIMIENTOS PREVIOS Normas para el empleo adecuado de las muelas de afilar .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 32 .1
Taladrado
32 .2
Broca
Es la operación que tiene por objeto hacer agujeros por corte de virutas, con una herramienta llamada broca, sobre diferentes tipos de material, cuya posición, diámetro y profundidad han sido determinados previamente. Es una barra de acero templado, de tal manera afilada por un extremo, que al girar pueda penetrar en un cuerpo y cortar pequeñas porciones llamadas virutas . Hoy día las brocas más generalizadas son ¡as llamadas helicoidales, Las demás pueden considerarse brocas especiales . 190
32 .3
Brocas helicoidales
Son las más comúnmente empleadas para taladrar metales, por su alto rendimiento . En la broca helicoidal hay que distinguir : la cola o mango; el cuerpo y la boca o punta (fig . 32 .1) . cola o mango
cuello
cuerpo
punta
Fig. 32.1
Broca helicoidal de mango cilíndrico.
32 .3 .1
Cola o mango
Es la parte de la broca por la cual se fija a la máquina. Generalmente es cilíndrica o cónica, aunque excepcionalmente pueda tener otras formas . - Mango cilindrico. Es del mismo diámetro nominal de la broca (fig . 32 .1). Suele emplearse para brocas menores de 15 mm . - Mango cónico . Estos mangos tienen forma de tronco de cono . Tienen forma y dimensiones normalizadas . Los tipos más empleados son los llamados conos Morse (fig . 32 .2) . Los conos Morse se designan según su tamaño, con los números del 0 al 7. El numero de cono que corresponde a cada broca es : Cono Morse n.- 1, para brocas hasta 15 mm . Cono Morse n .o 2, -para brocas mayores de 15 hasta 23 mm . Cono Morse n .° 3, para brocas mayores de 23 hasta 32 mm . Cono Morse n .o 4, para brocas mayores de 32 hasta 50 mm . Cono Morse n.o 5, para brocas mayores de 50 hasta 80 mm . Cono Morse n.o 6, para brocas mayores de 80 hasta 100 mm . Cono Morse n.o 7, para brocas mayores de 100 mm . - Mecha o lengüeta. Es el extremo del mango ; rebajada en forma plana, ajusta a una ranura apropiada para ayudar al arrastre de la broca en las cilíndricas y-,para la extracción, en las cónicas. Los mangos normales cónicos la llevan siem pre; las de mango cilíndrico, sólo algunas -las mayores- . Algunas brocas cilíndricas llevan a todo lo largo del mango uno o más planos fresados para sujetarlos a portabrocas especiales y así facilitar el arrastre (fig . 32 .1) .
Fig . 32.2
Broca helicoidal de mango cónico .
32 .3 .2
Cuerpo
Es la parte de la broca comprendida entre el mango y la punta. El cuerpo de la broca lleva una o más ranuras en forma de hélice . Las brocas normales llevan dos . - Alma de la broca. El espesor central que queda entre los fondos de las ranuras se llama núcleo o alma . Va aumentando hacia el mango, es decir, las ranuras son cada vez menos profundas. Se hacen así para darle más robustez a la broca (fig . 32 .3) .
Fig. 32.3
Núcleo o alma .
-£-
- Faja o guía . Faja o guía es la periferia del cuerpo, que no ha desaparecido con las ranuras. Parte de estas fajas se rebajan ligeramente (fig . 32 .4), y queda solamente una faja-guía a lo largo del borde de ataque . Se hacen estos rebajos para que no roce la broca en el agujero o taladro . El diámetro de la broca se mide, en consecuencia, sobre las fajas-guía, y junto a la punta, ya que la broca suele tener una pequeñísima conicidad -0,05 %-, disminuyendo hacia el mango. El otro borde de la faja se llama talón. - Cuello. Cuello es un rebajo que llevan algunas brocas al final del cuerpo junto al mango. En él suele ir marcado el diámetro de la broca, la marca del fabricante y, algunas veces, el acero de que está construida .
32.3 .3
Boca o punta
Es la parte cónica en que termina la broca y que sirve para efectuar el corte . En la boca, deben distinguirse : - El filo transversal, que es la línea que une los fondos de las ranuras, o sea, el vértice de la broca. El ángulo que forma con las aristas cortantes es de 55° para trabajos normales (fig . 32.4) . - El filo principal o labio es la arista cortante ; une el transversal con la periferia o faja-guía (fig . 32.4) . - Destalonado del labio, es la caída que se da a la superficie de incidencia, al rebajar el talón . Tiene forma cónica . En el destalonado correcto radica la clave para obtener un buen rendimiento de la broca. - Ángulo de la punta. Se flama ángulo de punta E al comprendido entre los filos principales . - Ángulos de corte . En el mismo labio cabe distinguir tres ángulos, llamados : ángulo de filo o ángulo del útil 8, ángulo de incidencia A y ángulo de desprendimiento C. El más importante para nosotros es el ángulo de incidencia, porque es el que podemos variar con el afilado.
32.4
Tipos de brocas helicoidales - Brocas helicoidales de mango cónico, cono Morse, diámetro de 8 a
Fig . 32 .4 Nomenclatura de la punta de la boca .
70 mm . - Brocas helicoidales de mango cilíndrico series corta, normal y larga. - Brocas helicoidales con agujeros de lubricación para agujeros profundos (fig . 32.15) . - Brocas helicoidales con más de dos ranuras, llamadas broca -escariador para agrandar un agujero dado con anterioridad (fig . 32.11) . 32.5 Afilado de las brocas helicoidales
Ante todo hemos de decir que no es fácil afilar las brocas sin un dispositivo especial . Con todo, un mecánico que se precie de tal, debe lograr afilados correctos . Hay que practicar el afilado hasta lograr un buen rendimiento. Una broca normal debe reunir las condiciones siguientes :
32.5.1
Fig. 32.5
Verificación de los labios.
Ángulo de punta
El ángulo de punta de las brocas normales es de 118° . En general, debe ser tanto mayor cuanto más duro y tenaz sea el material que se haya de taladrar . Los ángulos de punta que se deben emplear son : E = 118° a 116°, para acero, fundición, latón ordinario y materiales de dureza similar; E = 140°, para aluminio y sus aleaciones, acero y fundición dura ; E = 135° a 125°, para fibra vulcanizada, aceros, trabajando en caliente, forjados o estampados ; e = 100° a 80°, para electrón, madera, bakelita, ebonita y fibra ; E = 60° a 50°, para materias plásticas moldeadas y caucho endurecido . No es suficiente que el ángulo de punta sea el adecuado . Es preciso, además, que sean iguales los ángulos que forman los filos principales con el eje de la broca y que dichos filos tengan exactamente la misma longitud . De este modo, la punta quedará perfectamente centrada con respecto al eje de la broca . Esto se comprueba con unas galgas especiales de afilar brocas (fig . 32 .5) .
Ángulo de incidencia y destalonado Cuanto mayor sea el ángulo de incidencia, se dice que más destalonada
32.5.2
Fig. 32,6 Plantilla para verificar el ángulo de incidencia .
está la broca . El ángulo de incidencia normal es de 120, mas si el material es duro se puede reducir hasta 6° y aún menos (fig . 32 .6) . La mayoría de las veces, el mal rendimiento de las brocas es debido al incorrecto destalonado de la superficie de incidencia y, por tanto, al equivocado ángulo de incidencia . Si el afilado se hace a mano, se transmitirán a la broca dos movimientos combinados, como se muestra en la figura 32.7, cuyo resultado se comprobará con las galgas y observando la punta de la broca (fig . 32.8) . 192
32,6
Brocas especiales
- Brocas helicoidales de más de dos ranuras. Las hay de tres y cuatro ranuras (fig . 32 .11) . Se emplean para repasar agujeros, en bruto de fundición y para achaflanar .
Fig. 32.11 Broca de varias ranuras. Brocas de pezón. Son semejantes a las brocas de punta de lanza, pero llevan en el centro un pezón o mecha cilíndrica que sirve para mantenerlas centradas en un agujero-guía abierto de antemano (fig . 32 .12) . - Fresas. Las hay de dientes fresados, llamados entonces fresas (figura 32 .13) . -
Fig. 32.7 Afilado a mano.
Fig, 32.8 Verificación del afilado por observación : 1, bien ; 2, demasías destalonado; 3, poco destalonado. Fig. 32.13 Fresa de pezón. - Brocas para avellanar. Pueden emplearse las mismas brocas normales afiladas con el ángulo de punta adecuado . En este caso, debe ponerse especial esmero en que los cortes principales estén a la misma altura para que trabajen los dos a la vez; de no hacerlo así, quedará un chaflán con escalones y aún con forma poligonal. Dan mejor rendimiento las de tres o cuatro ranuras helicoidales . Se emplean también para este fin unas herramientas especiales llamadas fresas (fig . 32 .14) Fig. 32 .9 Afilado por el talón.
Fig. 32,14 Fresa de avellanar. - Brocas con ranuras o agujeros para la lubricación y refrigeración (fígura 32 .15) .
Fig. 32 .15 Broca con ranuras y con agujeros para la lubricación y refrigeración. - Brocas para pasadores cónicos, sirven para abrir directamente el alojamiento de los pasadores cónicos. El avance debe ser lento y uniforme para evitar que se clave y rompa la broca . Las aristas cortantes suelen llevar unas muescas para romper las virutas (fig . 32 .16) . - Brocas para el taladrado de chapa, se fabrican con mango cilíndrico y más pequeñas que la serie corta (fig . 32 .17) . - Broca para construir puntos (fig . 32 .18) .
Fig. 32,10 Afilado por el filo principal para mejor penetración .
Fig. 32.17 Broca para taladrar chapas .
Fig. 32,16 Broca para agujeros cónicos.
N-~ 111
Fig. 32.18 Broca para construir puntos .
Fig. 32,12 Broca de pezón, 193
7.
Tecnología del Metal/ 1
SEGURIDAD E HIGIENE Precauciones en las máquinas de afilar : 1 .a Usar gafas protectoras . 2. 8 Grado de las muelas y grano de las más apropiadas . 3 .a Colocación adecuada de los soportes .
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Diapositivas : 12 .1 .1 Diversos tipos de brocas .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Haz una recopilación de brocas especiales . - Material de que se fabrican las brocas. - Fabricación de brocas helicoidales .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACION - Afilado de brocas de varios diámetros .
- Afilados especiales para distintos materiales . - Afilado de brocas para fondos planos . - Comprobación de las brocas para asegurarse de su correcto afilado .
CUESTIONARIO ¿Qué es la broca? ¿Para qué sirve? Explica qué parte de la broca tiene mayor importancia para lograr un buen rendimiento. ¿Es importante la lubricación y refrigeración de la broca? ¿Por qué? ¿Cómo se logra? ¿Qué es un cono Morse? ¿Cuál es el vaior del ángulo de la punta más normal?
BIBLIOGRAFÍA BARTSCH W., Herramientas máquinas de trabajo, Reverté, Barcelona 1971 . DANOWSKY H ., Manual práctico de Tecnología Mecánica, Gustavo Gil¡, Barcelona 1971 . E . P . S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . HENRY FORD TRADE SCHOOL, Teoría del taller, Gustavo Gil¡, Barcelona 1966 . VAN GELDER T . J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 .
Tema 33.
Máquinas de taladrar
OBJETIVOS - Conocimiento de estas máquinas desde el punto de vista de su utilización raciona/. - Conocer los diversos mecanismos o soportes para la fijación de piezas que van acoplados al soporte general o bancada de la máquina. - Estudio de la cadena cinemática de una taladradora . - Conocer los mecanismos de avance y penetración en las taladradoras sensitivas y en las que disponen de reductor de avance . - Conocer los diversos dispositivos para fijar la broca a la máquina. - Resolver los cálculos que puedan presentarse en el trabajo de esta máquina herramienta. GUIóN
- División de las taladradoras .
- Elementos de una taladradora .
PUNTOS CLAVE - Distinguir mecanismos principales. - Características de las máquinas . - Precauciones en el manejo .
CONOCIMIENTOS PREVIOS Elementos de corte .
194
EXPOSICIÓN
DEL TEMA
Taladrado, como hemos dicho, es la operación que se realiza para obtener agujeros cilíndricos por medio de una herramienta llamada broca . Para esto hay que dotarla de dos movimientos: uno principal de rotación, para obtener la velocidad de corte, y otro de avance o penetración, en la dirección del eje (fig . 33 .1) . Estos dos movimientos los obtenemos por medio de una máquina herramienta llamada taladradora . También puede realizarse con otras máquinas : torno, fresadora, etc., pero nosotros aquí sólo hablaremos de las taladradoras, que es el procedimiento más fácil para obtener agujeros por arranque de viruta . 33 .1
Fig . 33.1
Movimiento de la broca.
División de las taladradoras
Teniendo en cuenta estos dos movimientos que necesita la broca para realizar su trabajo, podemos dividir las taladradoras : 1 .° Según el movimiento de rotación de la broca en : - taladradoras rápidas, que giran de 500 a 12 000 rpm ; - taladradoras normales, que giran de 300 a 6 000 rpm ; - taladradoras lentas, que giran de 11 a 850 rpm. 2.° Según el movimiento de avance en : - taladradoras de avance manual ; - taladradoras de avance automático . Suelen clasificarse también en taladradoras sensitivas y no sensitivas . Más adelante aclararemos estos conceptos . 33 .1 .1
Elementos de una taladradora
Todas las taladradoras deben tener (fig . 33 .2) - un soporte general o bancada A; - un soporte B para fijar la pieza a taladrar, o mesa portapiezas; - un cabezal o conjunto de mecanismos C, para dar a la broca los dos movimientos: de rotación y de avance ; - dispositivos D, para la fácil y eficaz fijación de la broca . Vamos a describir brevemente estos elementos 1 . 33 .1 .1 .1
Fig, 33.2 Elementos de una taladradora de columna,
Soporte general o bancada
Según este elemento fundamental, las máquinas se dividen en : - taladradoras de columna ; - taladradoras de sobremesa ; - taladradoras de bastidor . a) Taladradoras de columna. En las taladradoras de columna, el armazón principal está constituido por una columna redonda (fig . 33 .2), en la cual se apoya un brazo, capaz de deslizarse verticalmente y girar sobre ella . Este brazo a su vez lleva una mesa o plato, generalmente redondo, que también puede girar sobre su eje. Al girar alrededor de la columna, puede dejar libre un espacio vertical debajo del cabezal y permitir el apoyo en la base de piezas largas . b) Taladradoras de sobremesa (fig . 33 .3) . Estas taladradoras se llaman así porque, debido a su pequeña altura, pueden colocarse encima de un banco o mesa . La base que sirve para fijarla o apoyarla en el banco sirve a su vez de mesa portapiezas. Podríamos dividir estas máquinas en dos tipos: - De cabezal fijo, es decir, que siempre se mantiene a la misma altura respecto a la base . Estas máquinas llevan una mesa portapiezas, similar a las descritas en las taladradoras de columna. Podría decirse que son pequeñas taladradoras de columna. - De cabezal móvil, es decir, que puede acercarse o separarse a la mesa portapiezas, que en estos tipos es la propia base, como dijimos antes. Estas son las taladradoras más características de sobremesa (fig . 33 .10) .
Fig. 33.3A Taladradora de sobremesa .
Por razones de clasificación se nombran algunas máquinas o elementos principales, pero sólo estudiaremos los más sencillos dejando para 2 .0 curso los restantes .
Fig . 33.38 Taladradora eléctrica portátil.
195
Fig . 33.4 Mecanismo para levantar el plato .
Fig. 33.5
Detalle del mecanismo de la figura 33 .4.
I
Fig. 33.6 Mecanismo de fijación del brazo .
33.1 .1 .2 Soporte para fijación de las piezas Ya hemos dicho algo de cómo suelen ser estos soportes al describir la bancada . Estudiaremos para: - taladradoras de columna ; - taladradoras de sobremesa . a) Taladradoras de columna (fig. 33.2) . En estas taladradoras hay dos mesas portapiezas : una fija, la base de la máquina, otra móvil, con posibilidad de movimiento vertical sobre la columna, generalmente a mano por medio de un sistema de manivela, engranajes y cremallera (fig . 33.4) . Debe incluir un sistema de retención automática ; es decir, que el peso de la mesa no pueda hacerla caer, figura 33 .5. Tiene también un sistema de fijación a la columna, a fin de que no se mueva una vez colocada en su sitio (fig. 33.6) . Generalmente el plato o mesa puede girar sobre su eje y fijarse fuertemente en cualquier posición (fig . 33.7) . Algu nos constructores hacen también que el brazo pueda girar hasta tal punto que el plato se incline y llegue a quedar vertical . b) Taladradoras de sobremesa. Ya hemos dicho que la máquina no lleva plato móvil ; sólo mesa fija. En las que llevan plato móvil, éste es similar al descrito para las de columna, con la salvedad de que se alza o baja a mano y de que no lleva otro mecanismo que el de fijación . 33.1 .1 .3 Cabezal Es el conjunto de mecanismos necesarios para conferir al husillo principal los dos movimientos que debe transmitir a la broca. Digamos que en algunas máquinas no forma un conjunto compacto, sino que son hasta cierto punto independientes . Para facilitar la comprensión, vamos nosotros también a descomponerlo en tres partes : - husillo principal ; - mecanismo de rotación ; - mecanismo de avance . a) Husillo o eje principal.- es uno de los elementos más importantes de la taladradora, que debe ser de acero de buena calidad y estar convenientemente tratado, mecanizado y montado (fig. 33.8) . El movimiento de rotación lo recibe a través de poleas o engranajes ; a ser posible, no debe ser solicitado por otros esfuerzos más que el de torsión ; es decir, que no ha de ser forzado con tendencia a doblarlo y que debe procurarse no transmitirle vibraciones . Debe estar montado de tal manera que no tenga holgura o juego radial ', para evitar que se rompa o desvíe la broca al empezar el taladrado o durante el mismo . Se logra a base de rodamientos de rodillos o bolas . Tampoco debe tener holgura en el sentido del eje -juego axial-, para evitar sacudidas durante el trabajo y posibles roturas de brocas o ser causa de accidente cuando la broca atraviesa la pieza al finalizar el agujero ; se elimina el juego axial con rodamientos axiales y tuercas de ajuste . Todo va montado en un casquillo-cremallera (fig . 33.9), del que recibe el movimiento de avance axial y penetración ; a su vez debe ir ajustado radialmente y tener el menor juego posible en el sentido axial. b) Mecanismo de rotación : los sistemas empleados para obtener los distintos números de vueltas del husillo principal suelen ser : - de poleas escalonadas ; - de engranajes; - de variadores de velocidad ; - mixtos . - De poleas escalonadas : es el sistema usado en las taladradoras de pequeñas potencias . En las de precisión y rápidas, las poleas suelen ser planas a fin de poder
R__ Fig. 33.7
Mesa giratoria.
Se dice holgura o juego radial, para indicar juego en sentido del radio, es decir, perpendicular al eje de giro .
196
obtener mayor posibilidad de reducción y sobre todo mayor suavidad en el funcionamiento . Con todo, las correas trapeciales suelen ser las más usadas (fig . 33 .10) . Con frecuencia, las poleas pueden cambiarse de ejes para lograr una gama mayor de velocidades . Estas máquinas disponen de un sistema rápido de tensado y destensado de las correas para facilitar la operación de cambio . Debe estar protegido el acceso a las correas y, a ser posible, al levantar las protecciones, debería quedar abierto el circuito eléctrico, de manera que fuera imposible conectar el motor mientras no estuviera cerrada la protección, con lo cual se evitarían accidentes . - De engranajes . es el sistema más empleado en las máquinas potentes (fig . 33 .11) . Para evitar el ruido, los engranajes más rápidos suelen llevar dientes inclinados, todos ellos sumergidos en baño de aceite o lubricados a presión por bombas incorporadas en la misma carcasa. - Con variador de velocidades: se emplean para pequeñas y medianas potencias y, en general, para altas velocidades. Los mecanismos más empleados son los de poleas y correas, y los de conos de fricción . En general, en estas máquinas suele efectuarse el cambio de velocidad con la máquina en movimiento ; si no tiene embrague es conveniente, al ir a parar el motor, poner el variador a la mínima velocidad, con lo cual se evitan tirones y desgastes prematuros . Estos sistemas tienen la ventaja de poder ajustar el número de revoluciones al deseado sin escalonamientos. Para conocer la velocidad a que se trabaja, llevan un tacómetro o cuenta vueltas, - Sistemas mixtos : con frecuencia se combinan los sistemas ; así, en la figura 33 .12 aparece el esquema de una taladradora equipada con variador de conos, correas y engranajes, en el cual vemos que lleva un embrague a la entrada para evitar el resbalamiento de las correas . La figura` 33 .13 es una combinación de poleas de escalones y engranajes .
Fig. 33 .9 Avance del husillo sensitivo.
Fig. 33.8 Husillo principal.
c) Mecanismos de avance y penetración : en las taladradoras de bastidor el avance se logra dando movimiento a todo el cabezal; en unas, por medio de cremallera ; en otras, por medio de husillo roscado. En todas éstas, el movimiento puede hacerse a mano o automáticamente. La mayoría de las taladradoras emplean el sistema de piñón y cremallera para hacer avanzar el husillo principal, en tanto que permanece fijo el cabezal. Según la °manera de dar el movimiento al piñón de la cremallera, se dividen en : - sensitivas ; - con reductor .
Fig. 33.12 Transmisión mixta por variador y engranajes .
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Fig, 33.10 Transmisión de poleas y correas trapeciales,
Fig. 33 .11
Transmisión por engranajes. Fig, 33.13 Transmisión mixta por poleas y engranajes .
Gama de velocidades : gradación o números de velocidades . 197
111/1101y01
- Taladradoras sensitivas (fig. 33.9) . Se llaman así aquéllas a las que se da el movimiento al piñón accionando a mano un volante o palanca exterior incorporada al mismo eje del piñón. Así el operario aprecia muy bien la presión que ejerce la broca contra la pieza . - Taladradoras con reductor de avance. Las llamamos así porque el movimiento al piñón de la cremallera se le comunica a través de una reducción (fig. 33 .14), generalmente de rueda helicoidal y tornillo sin fin . Se emplea este sistema en las máquinas medianas o grandes con el fin de reducir el esfuerzo necesario para la penetración -no en el husillo, pero sí en el volante de accionamiento manual, con lo cual ya no se aprecia la presión de penetración-. En la mayoría de las máquinas, es posible, por medio de embragues o sistemas más o menos ingeniosos, desacoplar el sistema de reductor y moverlas directamente como en las sensitivas. Esto suele emplearse para la operación de acercamiento y para el retroceso rápido. Todas las máquinas suelen llevar un sistema indicador de la profundidad de penetración, que puede ser lineal (fig. 33.15) ; otros llevan un tambor circular graduado, colocado en el eje del piñón de ataque de la cremallera, es decir, en la palanca de accionamiento manual . También todas las máquinas llevan un sistema de equilibrado para contrarrestar el peso del husillo o del cabezal . Puede ser de contrapeso o de resortes graduados. Ordinariamente se regulan de manera que, al disparar el automático o dejar la palanca de accionamiento libre, retroceda instantáneamente el cabezal o husillo y con ellos la broca.
íA
0 1
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Fig. 33.14 Avance por reductor.
33.1 .1 .4 Dispositivos para fijar la broca Las máquinas grandes suelen llevar en la punta del husillo un agujero cónico, preparado expresamente para recibir las brocas de cono morse (fig. 33.8) . Lleva una ranura que sirve para la extracción de la broca. - Manguitos Cuando el husillo tiene el agujero mayor que el cono de la broca, se emplean unos casquililos o manguitos reductores con cono morse, tanto por el exterior como por el interior (fig. 33.16) . En la figura 33 .17 se ve un juego de éstos ; el pequeño tiene cono n .o 1 interior y n .° 2 exterior, el mediano, n.° 2-3, y- el mayor n.o 3-4. A veces se usan también manguitos ampliadores como el de la figura 33.18 cuando el cono de la broca sea mayor que el agujero del husillo.
-
Fig . 33.15 Indicador de profundidad,
Fig. 33.16
Manguito cónico reductor.
Normas prácticas El perfecto centrado del husillo y su buena conservación son importantísimos para que las brocas giren centradas y sean arrastradas sin dificultades. Antes de fijar una broca en su asiento, hay que limpiar el cono interior y exterior -y siempre con la máquina parada- . La mecha del cono sirve para la extracción de la broca, no para el arrastre. No golpear nunca, ni los manguitos, ni los conos de las brocas con martillo; para fijar las brocas en el husillo o los manguitos, hay que emplear una madera o maza de plomo o plástico . Para sacar la broca o los manguitos, emplear siempre cuchillas apropiadas, como la de la figura 33 .19 y mejor aún, las de la figu ra 33.20, que no necesitan martillo, como se ve en la figura. Si se emplea la de la figura 33.19, procurar que la punta de la broca esté cerca de la mesa y encima de ésta colocar una tabla, con lo cual no se dañará ni broca ni mesa, ya que no se podrá sujetar con la mano por tener ésta ocupada en la cuchilla . - Portabrocas Las brocas cilíndricas suelen sujetarse por medio de unas pinzas, llamadas portabrocas, Deben mantener las brocas perfectamente centradas y con fuerza suficiente para que no giren durante el taladrado . Se fabrican de muy variadas formas : para brocas pequeñas, son preferibles los que aprietan sin necesidad de llave (fig . 33.21) (transparencia 12.1) ; para brocas mayores, suelen emplearse con llave (fig . 33.22) . 3 4
Fig. 33.18
Manguito cónico ampliador .
2 3
1 2
Fig. 33.17 Juego de tres manguitos.
198
- Conservación de los portabrocas
Lo dicho para los conos de las brocas y manguitos sirve para la conservación de los portabrocas : No golpearlos ni forzarlos . Si una broca patina después de apretarla normalmente, será debido a que no corta bien por estar mal afilada, o porque se pretende avanzar demasiado rápidamente o por estar el portabrocas estropeado . En los taladros pequeños, suele ir colocado directamente en el husillo y no se saca nunca. Para colocarlo en las máquinas normales, llevan un. cono morse adecuado (fig. 33.23) . PROBLEMAS 1 .0 Calcular las revoluciones por minuto a que puede girar el husillo de una taladradora como la representada en el esquema, si la polea A tiene de diámetro : d a = 105, d 5 = 133, d 4 = 162, d 3 = 188, d 2 = 215, d i = 238 ; y la polea B tiene de diámetro : d,2 = 220, d i 1 = 192, d io = 163, d 9 = 137, d a = 110, d 7 = 87 . El motor gira a 1 450 rpm . Como se ve en el croquis las poleas se pueden cambiar de ejes, por tanto el número de velocidades será en total de 12. Solución :
Flg. 33.19
Cuña para sacar brocas.
n 7 , d 7 = n i , di ni
n 7 - d7 di
__
1 450 - 87 238
__
1 450 - 110 215
n2
=
n8 - da d2
n3
=
1 450 « 137 1 88
= 1 058
n4
=
1 450 - 163 162
Ñ 1 450
__
1 450 - 192 133
= 2090
na
=
1 450 - 220 105
= 3 400
n7
=
1 450 - d i d7
__
1 450 ' 215 110
= 2 840
__
1 450 - 188 137
= 1 990
n, o =
1 450 ' 162 163
Ñ 1 450
=
1 450 133 192
= 1 000
ni2 =
1450 - 105 220
= 693
n5
na ns
ni i
queda así el ni = n i2 = n2 = ni , = 1 n3 = 1 n 1o = 1 n4 = 1
= 530
1 450 - 238 87
=
escalonamiento : 530 rpm 693 rpm 738 rpm 000 rpm 058 rpm 450 rprn 450 rpm
= 738
= 3970
Husillo
Motor
sección AB
n9 n5 na na n7
= = = = =
1 990 2090 2 840 3 000 3 970
rpm rpm rpm rpm rpm
Fig . 33 .20 Cuña especia/ con muelle y su empleo,
SEGURIDAD E HIGIENE - Precauciones en el manejo
de la máquina : cambios de correas con la máquina parada . - Precaución en la colocación de la pieza : sujetarla adecuadamente para evitar .que , se suelte durante el trabajo .
199
Fig, 33 .29 sin llave .
Portabrocas
- Precaución al colocar la broca y extraerla para no lastimarse . - Precaución al limpiar las mesas o piezas, para no cortarse con las rebabas o virutas. - Precaución en el empleo de los lubricantes o refrigerantes adecuados.
MEDIOS DIDÁCTICOS Audiovisuales Transparencias : 12.1 Portabrocas. 12 .2 Portabrocas de sujeción rápida . Diapositivas : 12 .2 .1 Taladradora de columna . 12 .2.2 Mecanismo de avance o penetración . 12 .2 .3 Portabrocas . 12 .2 .4 Portabrocas normal y rápido . Fig . 33.22
Fig. 33 .23
Portabrocas con llave.
Cono para portabrocas .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO
- Haz un estudio comparativo de las máquinas existentes en el taller y describe para qué tipo de trabajo se presta mejor cada una de ellas . - Describe el estado de conservación en que se encuentran . CUESTIONARIO
¿Qué es una taladradora? División de las taladradoras : a) por su construcción ; b) por su manera de trabajar ; c) por su velocidad ; d) por su capacidad de trabajo. Partes principales de una taladradora . ¿Por qué puede ser causa de accidente el juego axial del husillo principal? Explica el enlace de transmisión en los sistemas de las figuras 33 .11, 33.12 y 33.13 .
BIBLIOGRAFÍA DANOWSKY H ., Manual práctico de Tecnologia Mecánica Gustavo Gil¡, Barcelona 1971, E . P . S ., Tecnologia Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965. FPCT, Formación Profesional y Cultura Técnica, Mecanizado de agujeros, Gustavo Gil¡, Barcelona 1972 . ROSSI M ., Máquinas herramientas modernas, Científico Médica, Barcelona 1971 .
Tema 34. Taladrado OBJETIVOS - Conocer las peculiaridades de la operación de taladrado a fin de no cometer errores y sacar el mayor rendimiento de las máquinas y de las brocas, a la vez que se evitan trabajos defectuosos y accidentes. - Dentro de las posibilidades del taller saber elegir la máquina más apropiada a la clase de trabajo que vamos a realizar. - Conocer las normas prácticas para garantizar la fijación de la pieza y la operación de taladrado. GUIÓN
- Estudio del plana o dibujo .
-
Elección de la máquina . Colocación de la broca . Fijación de la pieza . Operación de taladrar. Casos especiales. Algunos defectos y accidentes que pueden presentarse en el taladrado y sus causas.
PUNTOS CLAVE
- Velocidad de corte .
- Avance, - Conocimiento de la máquina . - Normas de seguridad .
200
EXPOSICIÓN DEL TEMA Ya hemos definido como taladrado la operación de hacer agujeros, genetalmente en piezas metálicas, con desprendimiento de virutas. También hemos hablado de la herramienta empleada y de la máquina de taladrar o taladradora. veamos cómo se realiza la operación de taladrar . Seguimos en la descripción del proceso lógico y cronológico a fin de aclarar mejor la operación.
casquillo
34 .1
Estudio del plano o dibujo En el dibujo se indica la situación del centro, respecto a unas aristas o superficies de referencia, las cuales nos sirven para trazar dos ejes y señalar con un punto de granete el centro o cruce de ellos. Cuando hay muchas piezas iguales, se pueden usar unas plantillas (fig . 34 .1) . Otras veces se hacen sin necesidad de trazar, empleando unos utillajes de taladrar (fig . 34 .2) . Según la precisión que se requiera en el dibujo, la operación de trazado tendrá que hacerse con mayor o menor esmero . Cuando la precisión deba ser grande, convendrá hacer el trazado de una circunferencia auxiliar ligeramente menor que la del agujero y señalar en ella unos finos puntos de granete, para poder comprobar, al iniciarse el taladrado, si se producen o no desviaciones y poder corregir si procede; es aconsejable empezar con broca menor que la definitiva . La cota del diámetro del agujero nos indicará la broca que hemos de emplear . Si no hay tolerancias para el diámetro, podemos elegir el mismo diámetro de la cota para la broca. Si exige una tolerancia estrecha, deberemos proceder a taladrar primero con una broca menor y hacer el acabado con otro procedimiento más preciso. También el acabado superficial nos indicará si hemos de tomar precauciones especiales o no .
Fig. 34.2
Utillajes de taladrar.
Fig. 34.3 Manera de apretar la broca o portabrocas .
Fig. 34.1
Plantilla de taladrar.
34 .2
Elección de la máquina Para la elección de la máquina, tendremos en cuenta : - Capacidad de la máquina : la determina el tamaño de la pieza y el diámetro de la broca, así como la gama de velocidades de acuerdo con el material de la pieza, el de la broca y el diámetro de ésta . - Calidad de la máquina : la determina la precisión de la medida del agujero y la calidad superficial . Emplear una máquina de calidad suficiente, es decir, si nos piden un taladrado normal, sería antieconómico emplear una máquina muy precisa, ya que se envejeceria innecesariamente ; si, por el contrario, hace falta gran precisión, será muy difícil obtenerla con una máquina de baja calidad. - Posibilidad de trabajar en serie o con husillos múltiples, de emplear máquinas normales o especiales .
Fig. 34 .4 Par producido por la broca .
34 .3
Colocación de la broca Si hemos de hacer un sólo agujero o varios de la misma medida, tendrá poca importancia el sistema de fijación, el cual vendrá impuesto por la máquina -recordar que las máquinas pequeñas sólo emplean el sistema de portabrocas para la fijación de la broca-. Si son muchos los agujeros a realizar y de diámetros distintos o muy grandes e interesa emplear varias brocas, es decir, si hay que cambiar frecuentemente las brocas, convendrá emplear portabrocas rápidos. Limpiar bien el alojamiento de la máquina y el mango de la broca o portabrocas . 20 1
Fig . 34.5
Topes en la mesa .
Montar la broca y asegurarse de que queda bien fijada y centrada . Para apretar el portabrocas o las brocas cónicas, puede presionarse contra la mesa interponiendo un tarugo de madera dura o emplear una maza de plástico (fi gura 34 .3) . No golpear nunca con martillos en los conos y evitar cualquier golpe en los mismos, así como en los manguitos de reducción . Emplear siempre las cuchillas de extracción . 34 .4
Fig. 34.6
Fijación con bridas .
Fijación de la pieza
El centro del agujero debe quedar exactamente debajo de la punta de la broca y los ejes coincidir perfectamente . La pieza debe mantenerse bien asentada y rígida durante toda la operación de taladrado. Si el agujero ha de ser pasante, hay que prever la salida de la broca para que, en ningún caso, llegue a tocar a la mesa la punta de la broca. Si el taladro no es de gran precisión, podrá apoyarse en una madera perfectamente labrada. Si es de precisión, mejor será apoyarla entre dos bloques o paralelas del mismo espesor y dejar entre ellos un espacio para que pueda pasar la broca. Si el plato de la máquina lleva un agujero central, se colocará la pieza de manera que coincida el agujero a taladrar con el del plato. Hay que contrarrestar el par de giro provocado por la broca (fig . 34 .4) . Si la pieza tiene una cara plana y es suficientemente pesada y el agujero no es muy grande, bastará el propio peso y la presión de la broca contra el plato. Pueden ayudar unos topes colocados en la ranura de la mesa (fig . 34 .5) . Si no es suficiente, se fija con tornillos y bridas (fig . 34 .6) . Las piezas pequeñas y de caras paralelas se fijan en mordazas de máquina (fig . 34 .7) ; si es de forma irregular, pueden emplearse mordazas especiales hidráulicas (fig . 34 .8) . Nunca deben sujetarse las piezas con las manos, sobre todo cuando se trate de piezas pequeñas y con aristas cortantes ; muy peligrosas son las chapas, que si no se puede hacer de otra manera, se sujetarán con entenallas o alicates, a ser posible, de presión mecánica (fig . 34 .0) . Para piezas redondas, se emplea calzos en V como se ve en la figura 34 .10. Para que el agujero quede bien centrado, el eje de la broca deberá coincidir exactamente en el vértice del prisma . 34 .5
Operación de taladrar
Seleccionar la velocidad y el avance -ver tablas 34 .11, 34 .12 y 34 .13. 2 .° Si el agujero es ciego y debe quedar a una cierta profundidad, se ajusta el tope de la regla indicadora o el tope de disparo y se asegura uno de que se detiene la broca a la profundidad deseada. 3 .° Si el material necesita refrigeración, probar si funciona el sistema y si es el adecuado . 4.° Conectar la máquina, acercar la broca e iniciar el taladro ; comprobar 1 .0
Fig. 34.8A Fijación de piezas irregulares en mordaza .
Tabla 34 .11
Velocidad de corte en mimin recomendada para taladrar diversos materiales con brocas helicoidales MATERIAL
Fig . 34.88 Fijación de piezas irregulares directamente en la mesa .
Fig. 34.9 Fijación de piezas delgadas con alicates de presión mecánica o entenallas .
VELOCIDAD
NOTA : Dentro del mismo tipo de material puede variarla dureza . Se elegirán las velocidades mínimas para la máxima dureza .
Fundición . . . . . . . . Fundición dura . . . . . . Fundición maleable . . . . Acero dulce . . . . . . . Acero semiduro . . . . . Acero duro . . . . . . . Bronce, latón y aluminio Acero moldeado . . . . .
202
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ordinarios . . . . .
. . . . . .
.
.
Para trabajos corrientes Con brocas de acero al carbono 8 6 6 10 8 6 15 6
a a a a a a a a
12 8 12 12 10 8 20 10
Con brocas de acero rápido
15 10 10 20 15 12 25 10
a a a a a a a a
20 15 15 25 20 15 40 15
Para gran producción con buena refrigeración, con brocas de acero rápido 30 20 25 25 20 15 60 10
a a a a a a a a
45 30 27 35 25 20 90 20
Tabla 34 .12
MATERIAL TALADRADO CON BROCAS DE ACERO AL CARBONO Diámetro de la broca 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 MATERIAL TALADRADO CON BROCAS DE ACERO RAPIDO
Número de revoluciones por minuto que han de llevar las brocas según el material y el diámetro para trabajos ordinarios .
Acero dulce Fundición Acero semiduro Fundición maleable Acero moldeado Acero duro Fundición dura
Bronce, latón y aluminio
Fig. 34,10 Fijación de piezas en calzos .
Velocidades de corte (mimin) 6
8
10
12
15
20
25
40
1880 1 580 1 270 1 040 800 790 770 640 560 480 430 380 350 320 300 270 260 240 230 210 200 190 170 160 150 140 130 120 110 110 100 100
2550 2070 1 590 1 430 1270 1130 980 850 750 640 580 510 470 420 390 360 350 330 320 280 260 230 210 200 180 170 160 150 140 130 130 120
3190 2 660 2120 1 860 1590 1430 1270 1060 930 800 720 640 590 530 500 460 440 400 380 350 340 320 290 270 250 230 210 200 190 180 170 160
3830 3190 2 550 2 280 1910 1720 1530 1270 1120 960 860 760 700 640 600 550 510 480 460 430 410 380 350 320 290 270 260 240 220 210 200 190
4780 3 980 3180 2 790 2390 2160 1910 1590 1390 1190 1080 960 880 800 740 680 640 600 570 530 510 480 430 400 370 340 320 300 280 270 250 240
6370 5170 3 970 3 580 3190 2820 2450 2120 1850 1570 1420 1 280 1170 1060 990 910 850 800 760 710 680 640 580 490 460 420 400 370 360 340 320 300
7960 6 630 5 300 4 640 3980 3580 3180 2650 2320 1990 1790 1 590 1460 1330 1240 1140 1060 1000 940 880 840 800 720 660 610 570 530 500 470 440 420 400
12740 10 620 8 500 7 440 6370 5740 5100 4250 3720 3190 2870 2 550 2340 2120 1970 1820 1700 1590 1500 1420 1350 1270 1160 1060 980 910 850 800 750 710 670 650
Fundición dura Acero moldeado Fundición maleable Acero duro Fundición Acero semiduro Acero dulce Bronce, latón y aluminio
si sale centrado . Si se hubiera desviado, hacer un nuevo punto de granete y, si procede, ayudarse con un buril de boca redonda (fig . 34 .14) . Si va centrado se prosigue el taladro con el avance a mano o conectado el automático, previamente seleccionado según los valores de la tabla. 5.o La refrigeración se liará ya, desde el principio, y de una manera continua y abundante . 6.° Estar muy atento al final del agujero, ya que si el husillo tiene juego axial, caerá por su propio peso al disminuir la presión de la broca, con lo cual podrá engancharse la broca y romperse . También podría producirse el efecto de enroscarse la pieza a la broca y, si la pieza no estuviere fija, podría levantarse y producir algún accidente o rotura de la broca. 203
Fig. 34.14 Corrección del agujero que se desvía.
Fig . 34.15 Inconvenientes de un taladro profundo .
Fig. 34.16 Broca especial para quitar rebabas en los taladros.
Tabla 34 .13 Avances de taladrado para brocas helicoidales expresados en milímetros por revolución . Material
Hierro, acero, fundición maleable
Broca
Acero al carbono
Acero rápido
Fundición, bronce, latón y aluminio Fig. 34.17 Taladrado de superficies inclinadas.
Fig. 34.18
[M
Final del taladro desigual,
Acero al carbono
Acero rápido
Diámetro en mm 1 a5
5a 10
loa 15
15a25
25a40
0,05 a 0,1
0,1
0,1
0,15
0,2
0,05 a 0,1
0,1 a 0,15
0,15 a 0,2
0,2 a 0,25
0,25 a 0,30
0,05 a 0,1
0,125
0,175
0,2
0,225
0,05 a 0,15
0,15 a 0,2
0,2 a 0,25
0,25 a 0,3
0,3 a 0,35
7.o Si el agujero es muy profundo, convendrá sacar a intervalos la broca para facilitar la salida de la viruta y la refrigeración de la punta. Si fuesen muchos los agujeros, sería conveniente emplear brocas con agujeros de refrigeración (fig . 34 .15) . 8.° Una vez finalizado el agujero, se retirará la broca parando previamente la máquina; se sacará la pieza y se limpiará el soporte o mesa para poder empezar un nuevo ciclo. 9.° A la salida del agujero, suelen quedar unas rebabas y pequeños rebordes que hacen que la pieza no asiente bien, además de que pueden ser ocasión de rasguños o cortaduras . Estos inconvenientes se evitan haciendo un chaflán o avellanado . Hay herramientas especiales para realizar esta operación por ambos lados, sin girar la pieza (fig . 34 .16) . 34 .6
Casos especiales
1 .° Taladros en paredes inclinadas : para que la broca no se desvíe, se hace un rebajo con un buril o mejor con una fresa plana (fig . 34 .17) . 2.° Si el final del taladro es un plano inclinado y la broca no es suficientemente robusta, es fácil que se desvíe, que se enganche o rompa la broca. Este peligro será mayor si el taladro termina en dos planos distintos (fig . 34 .18) . Para estos casos se hace el taladrado normalmente hasta llegar a reventar en el plano inclinado y en el punto más alto . Entonces se reanuda la operación con pequeño avance y no habrá peligro, ni de que se desvíe la broca, ni de que ésta se enganche y se rompa; aún resultará más seguro si, al llegar a reventar, se cambia la broca normal por otra afilada con la punta plana . 34 .7 Fig. 34.19 Se estropea rápidamente un filo .
Fig. 34.20 Broca mal afilada o juego en máquina.
Algunos defectos y accidentes que pueden presentarse en el taladrado y sus causas
1 .o No sale viruta más que por una sola ranura o salen virutas desiguales, o se estropea rápidamente uno de los dos filos (fig . 34 .19) . La causa radicará en que los dos labios de la broca serán desiguales o estarán afilados con ángulo desigual . 2.0 El agujero resulta demasiado grande . La causa será la misma que en el caso anterior o bien que tendrá juego el husillo de la máquina (fig . 34 .20) . 3.° Saltan o se estropean rápidamente los dos labios (fig . 34 .21) . La causa será que el ángulo del filo es demasiado pequeño, es decir, que está excesivamente destalonado, o bien, que la broca lleva excesivo avance . 4.° Se embota el filo transversal (fig . 34 .22) . La causa será el excesivo avance . 5.0 Se rompen o embotan los extremos exteriores de los filos (fig . 34 .23) . La causa será, en general, una velocidad de corte excesiva o bien refrigeración incorrecta o escasa . También puede ser la existencia de puntos duros en el material que se taladra . 20 4
6. La broca talona (fig . 34 .24) . Se dice que una broca talona cuando roza por la parte posterior o talón de la superficie de incidencia . La causa será un destalonado nulo o escaso con relación al avance . Se remedia con un afilado correcto -ángulo de incidencia 12°-. 7.o La broca no corta. La causa puede ser que la broca talone -como en el caso anterior-, o bien que esté embotado o roto el filo, o que el núcleo sea excesivamente grueso . Sáquese la broca y examínese la punta . Obsérvese si la broca gira en el sentido adecuado . 8.° La broca se rompe. La causa será, generalmente, que la pieza no esté suficientemente sujeta o no sea suficientemente rígida, o bien, que la broca o el portabrocas no estén bien sujetos. Compruébese dichos extremos y corríjase la causa, déjese perfectamente inmóvil la pieza o empléese otro sistema de sujeción . También puede suceder que el otro ángulo de destalonamiento sea pequeño, que la broca esté embotada, que la velocidad sea pequeña con relación al avance o que no tengan salida las virutas. A veces se rompe también la broca al terminar el taladro a causa de la holgura de husillo en el sentido axial -sentido del eje- . 9.° El agujero resulta basto. La causa será que la broca esté embotada, o mal afilada, o mal montada ; o que la pieza no esté bien montada, o que la velocidad sea pequeña en relación con el avance o que la lubricación sea defectuosa o insuficiente . 10 .0 La mecha se rompe. Causa : el cono no ajusta bien, por suciedad, desgaste, golpes en el husillo, en los manguitos. 11 .° La viruta cambia de aspecto. Se debe afilar de nuevo la broca. 12 .° El núcleo se raja . La causa será afilado defectuoso o excesivo avance . 13 .° La faja guía se descantilla . Se produce este defecto al taladrar con casquillo guía si éste es demasiado grande . Una circunstancia que hay que evitar es taladrar con el principio de las fajas-guía desgastadas: se irán gastando esas fajas guía a medida que avance el taladro y resultará el agujero menor que la medida, pero sobre todo se inutilizará la broca ; podrá sobrecalentarse y acabar rompiéndose . D
PROBLEMA RESUELTO ¿A qué velocidad y avance hay que taladrar una pieza de fundición de hierro, con broca de acero rápido? ¿Cuánto tiempo se tarda en hacer un agujero de 14 mm de diámetro y 90 mm de profundidad? Solución : La velocidad es función del material de la pieza, de la herramienta y de la refrigeración . Según la tabla 34.11 tenemos :
Lvc
-- 20 m/min .
El avance es función del material de la pieza, de la herramienta y del diámetro de la broca . Según la tabla 34 .13 a = 0,15 a 0,2 mm/vuelta . El tiempo será : t =
L Á
en la cual L = longitud del recorrido ; A = el avance en un minuto = a - n . Para averiguar A hemos de conocer el n .o de vueltas que da la broca : n =
1 000 - v, d
-
1 000 - 20 r< 14
= 454 rpm
Si éste es el valor calculado, elegiremos el más aproximado según la gama de la máquina ; supongamos que la gama más próxima sea n = 400 rpm . Como la broca debe recorrer un espacio igual a : L = h + I
donde
h = altura de la punta de la broca ;:t; 0,3 d I = longitud de la pieza .
h =0,314=4,2
205
Fig. 34.21
se astillan los tilos.
Fig. 34.22 Se embota el tilo transversal.
_
Fig . 34.23 Se estropean las fajas .
Fig. 34 .24
Broca que talona.
En este caso, tiene poca importancia comparando con los 90 mm de profundidad del agujero, pero en otras ocasiones, para agujeros cortos, sí que la tendrá . t
__
I+h a , n
__
90+4,2 0,2 - 400
SEGURIDAD E HIGIENE Además de lo dicho en el tema anterior, un punto importante a tener en cuenta en evitación de accidentes es el de sujetar correctamente las piezas en el taladrado, mediante topes, bridas, mordazas, etc ., para evitar el par producido .
MEDIOS DIDÁCTICOS
Audiovisuales Díapositivas : 12 .3.1 Operación de taladrado .
EJERCICIOS PRÁCTICOS DE APLICACIÓN - Taladrar en el taller varias piezas de diversos materiales con brocas de acero al carbono y acero rápido . - Saca conclusiones de los resultados obtenidos. - Ver carpeta de prácticas de taller .
CUESTIONARIO -
¿Es importante esta operación? ¿Qué operaciones preceden al taladrado propiamente dicho? ¿Qué precauciones hay que tener al taladrar? ¿Qué operaciones siguen a la operación de taladrar? ¿Qué influencia tiene el material de la pieza para la velocidad de corte? ¿Es lo mismo velocidad de corte que revoluciones por minuto? Explica por qué . ¿Qué es avance por vuelta y por minuto?
PROBLEMAS
1 .o ¿A qué número de revoluciones debe girar una broca de 20 mm o de acero al carbono, para taladrar acero duro? 2 .0 ¿Qué avance por minuto llevará una broca de 20 mm de diámetro de acero al carbono para taladrar acero duro? 3 .° ¿Cuánto tiempo se tarda en taladrar 50 agujeros de 12 mm de diámetro en aluminio con una broca de acero rápido, si la chapa tiene 18 mm de espesor?
BIBLIOGRAFÍA BENDIX F ., Alrededor del trabajo de los metales, Reverté, Barcelona 1965 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . GERLING H ., Alrededor de las máquinas herramientas, Reverté, Barcelona 1964 . OTI-EPS, Problemas l, Familia Mecánica, Módulo A . Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 . VAN GELDER T . J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 . WIECZOREK-LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 .
9.
Procesos de trabajo
Tema 35.
Procesos de mecanizado
OBJETIVOS - lnícíar en el estudio de procesos . GUIÓN
- Finalidad de los procesos de trabajo .
- Ficha de trabajo, hoja de proceso o gama . - Preparación de la hoja de proceso .
PUNTOS CLAVE
- Distinguir superficies asociadas .
- Distinguir entre elementos de fijación, herramientas normales y especiales . - Interpretación de procesos de trabajo .
EXPOSICIÓN DEL TEMA 35 .1
Finalidad de los procesos de trabajo Proceso de trabajo es la sucesión de operaciones y manipulaciones, previamente estudiadas, para hacer el trabajo más racional, de acuerdo con la idiosincrasia del hombre . Se pretende con ello evitar improvisaciones y eliminar responsabilidades innecesarias al operario . Se gana tiempo al prever con antelación las herramientas, útiles y maquinaria necesaria. Se guía y orienta al operario a lo largo de todo el trabajo, ahorrándole esfuerzos inútiles y titubeos, y haciendo más lógica y racional su labor. Y, sin embargo, no se disminuye la capacidad de autodeterminación y el poder de decisión del operario . En una palabra, se pretende con estos procesos lograr una mayor productividad ; es decir, obtener el máximo resultado con el mínimo esfuerzo . No es este un trabajo fácil; requiere un personal especializado para su estudio y preparación . 35 .2
Ficha de trabajo, hoja de proceso o gama Es un documento en el que se recogen todos los resultados del técnico analista o agente de métodos. En este documento quedan reflejados los siguientes detalles : - Recorrido de la pieza por los diversos puestos de trabajo (fases) . - Posturas en cada puesto de trabajo (subfases), con indicación de los útiles de sujeción . - Máquinas a utilizar . - Herramientas especiales de fabricación . 207
- Utiles especiales de verificación . - Categoría del operario que debe realizar cada fase . - Tiempo de maniobra, preparación y corte. 35 .3
Preparación de la hoja de proceso
Sugerimos el siguiente orden para facilitar la preparación de un proceso: 35 .3 .1
Estudio del plano de taller
Atendiendo :
35 .3 .1 .1
Material
Estado de la pieza en bruto y tratamientos térmicos ; todo lo cual determinará : - precauciones a tomar para la sujeción, sin provocar deformaciones ni roturas; los útiles de sujeción ; - las herramientas necesarias ; - si deberá hacerse un desbastado previo a todas las superficies o si se podrán ir terminando superficie por superficie . 35 .3 .1 .2
Datos del dibujo
Las dimensiones, tolerancias y acabados superficiales, que determinarán el tamaño y calidad de la máquina, los dispositivos especiales y la sucesión de las operaciones. 35 .3 .1 .3
Especificaciones
Las especificaciones particulares, que ayudarán a determinar las superficies de partida, las de referencia y las asociadas. 35 .3 .2
Estudio de una superficie
El estudio de cada una de las superficies a mecanizar, haciendo primeramente un dibujo de la pieza (por el sistema más sugerente) en el cual se vean todas las superficies a mecanizar y numerando cada una de ellas para facilitar su identificación . Determinando además la máquina necesaria de acuerdo con el tipo de superficie y señalando algunas superficies de referencia para las diferentes posturas, mecanizados y verificaciones de acuerdo con la función que ha de cumplir la pieza. 35 .3 .3
Agrupación de superficies
35 .3 .4
Agrupación de subfases
Se agrupan las superficies asociadas, es decir, aquéllas que deban guardar entre sí alguna relación particular y que deberán mecanizarse en la misma postura o subfase . Se agrupan las subfases que deberán realizarse en la misma máquina o puesto de trabajo y con ello quedan determinadas las fases. 35 .3 .5
Elección del proceso
Se determinan (sin detalles) .varios procesos posibles (si hay lugar a ellos) y se elige el que parezca más sencillo, lógico y económico . 35 .3 .6
Conclusiones
Se concretan en una hoja estereotipada las conclusiones obtenidas. Recuérdese que las indicaciones deberán ser tanto más detalladas cuanto menos preparación tenga el operario que va a realizar la fase . tolerancias según DIN 7168 grado medio Material F 11<0normalizado
35 .3 .7
Realización de una hoja de proceso de acuerdo con la figura 35 .1 que representa una escuadra para utillaje . 35 .3 .7 .1
Fig. 35.1
Ejemplo 1
Plano de taller:
- Material y tratamientos :
Escuadra, dibujo de taller.
208
no hay ningún problema por tratarse de un
material de buena resistencia y porque las dimensiones no dan lugar a secciones o puntos débiles. Podrán ir terminándose superficie por superficie, - Dimensiones, tolerancias y acabados superficiales: puede mecanizarse en cualquier máquina pequeña y de calidad ordinaria, ya que las dimensiones son pequeñas y el acabado sin pretensiones . : sólo la perpendicularidad - Especificaciones particulares de las caras interiores tienen importancia y la tolerancia admitida es suficientemente grande . Convendrá, de todos modos, hacer las caras interiores en la misma postura. 35 .3 .7 .2
Estudío de cada una de las superficies a mecanizar: Se hace el dibujo de la pieza (en perspectiva caballera), se señala en él todas las superficies con números correlativos (fig . 352) . .es Las superficil panas de la pieza dicen que se puede emplear cualquier tipo de máquina de «planear», limadora, fresadora, etc. Y como no se necesitan características especiales de situación o precisión , se puede partir de las superficies 1, 2 y 3 , como de referencia . 35 .3 .7 .3
Agrupación de superficies asocíadas: En este caso, aunque ya nos dicen que existe una relación entre la 4 y la 5, la tolerancia es tan grande que se puede mecanizar en la misma postura o no . También se podrían mecanizar en la misma postura la 6 y la 7. Otras superficies que pueden mecanizarse en la misma postura son la 2 y la 3. 35 .3 .7 .4 1 .a 2.a 3.a 4,a 5.a 6,a
Agrupar en subfases :
10 9 3
10
Fig, 352 . Numeración de todas las superficies,
de chapa
Troceado de la barra. Aplanado : 1-2-3, Trazado : 4-5-9-10 . Taladrado: 9-10 . Serrado : 4-5. Planeado : 4-5-6-7-8.
35 .3 .7 .5
Posibles procesos : Dependen éstos de las máquinas disponibles . Si se trata de un ejercicio para un aprendiz que sólo puede trabajar en limadoras, sierras y máquinas de taladrar el proceso queda reducido a la utilización de tales máquinas . También se puede pensar en hacer la escuadra forjada para mejorar la orientación de las fibras (fig . 35 .3) . En el punto 4.0 ya ha quedado marcado un posible proceso, Cabrían pequeñas variantes si se mecanizan las superficies 8-6 y 7 en la fase 2 .a, en lugar de hacerlo en la 6 .a y aún se obtendría una nueva fase si al final se da un pulido a todas las caras externas . 35 .3 .7 .6
Concretar en la hoja según modelo : Queda concretado este proceso según un modelo predeterminado en el proceso n.° 1 . Queda detallado otro proceso en las hojas 1 y 2 para la misma pieza en el caso de que se partiera de una pieza forjada . Para este proceso cabría sugerir el cambio del agujero 9 por un corte (ver detalle) . 35 .3 .8
Modelo de hoja del proceso Las hojas empleadas para concretar el proceso pueden presentar distintas distribuciones, según los autores. Nosotros elegimos la forma de la figura 35 .4, en formato A4, (Se pone un número en cada espacio rellenable para la identificación en la descripción siguiente .) 1 .0 Razón social de la escuela o empresa . 2 .0 Denominación del conjunto a la que pertenece la pieza : igual a la que aparece en el dibujo de taller. 3 .0 Número del proceso : se forma un quebrado, cuyo denominador indica el número de procesos ; y el numerador señala el número del proceso. Si se trata de cuatro procesos los números serán : 1/4, 2/4, 3/4, 4/4 . 4.0 Número de la lámina : depende de los sistemas de numeración y archivo de planos que se utilicen . 5.0 Número de identificación de la pieza en el conjunto, 209
-
Fig . 35.3 Diferencias si se construyen de chapa o de pletina forjada .
1, Marca pi eiá
5
6
HOJA DE PROCESO DE MECANIZADO
Gama
2
3
Denominación
7
N°dg! plano
B
~~ ~órútones
Material
9
10
4 Observaciones
11
12
Fase N°
Denominación de la /ase
13
Fjg. .35 .4
14
Croquis
Maq.
15
16
Ca" oper
17
UTILES control Trabajo
16
19
TIEMPO Tp k+T
20
21
Modelo de hoja de proceso,
6.° Número de piezas que entran en cada conjunto . 7.° Nombre de la pieza . 8.° Número del plano de taller en que se dibuja la pieza terminada. 9.° Clase de material y sus características. 10 .° Dimensiones totales del material de partida, o el número de modelo, pieza fundida, forjada, etc. 11 .o Observaciones que se crean oportunas . Por ejemplo, el número total de piezas que deberán hacerse en la misma serie. 12 .° Dibujo de la pieza con la numeración de las superficies a mecanizar. 13 .° Número de la fase . Se enumeran de 10 en 10 : 10, 20, 30, etc. Así se pueden intercalar otras fases intermedias, si hiciese falta. 14 .0 Nombre de la fase, por el nombre del mecanizado principal : torneado, fresado, limado, etc. Cuando haya lugar se pone : subfase n .o 1, 2, etc. Si el mecanizado es de desbaste o acabado, se indica con : acabado o desbastado . Finalmente los números de las superficies mecanizadas. 15 .° Croquis de la pieza en su posición de trabajo y con la forma que tendrá al final de la subfase. Se dibuja con línea fina, remarcando las superficies mecanizadas en la subfase. Se les pone, también, el número de la superficie . Si una superficie debe quedar con una medida de desbaste, que lógicamente no está indicada en el dibujo de taller, se acota en el croquis de la subfase. También se pueden acotar las medidas de colocación, por ejemplo lo que ha de sobresalir una pieza de las mordazas del plato. 21 0
Hoja de proceso de mecanizado
Escuela Profesional de
Gama
ÚTILES DE TALADRAR
Marca
N. , de piezas
Denominación
5
4
Escuadra
Material
Dimensiones en bruto
F-1 140 Norma/.
56 x 12 x 77
N.o de dibujo Fig. 35.1
1/1 Observaciones
6 stu~w
5
10
:D 1 Fase N.,
Denominación de la fase
10
Troceado Desbastado 7
20
Cepillado Subfase 1 Acabado 1
9
10
2
Croquis
í, )
Maq.
Categ. de opera.
Sierr.
1 C
Lima= dora 300
1 C
Limadora 300
1 C
Idem paralelas
Limadora
1 C
-
1
8 __
Subfase 3 Acabado 2-3
?
10
4
Trazado 4-5-9 -10
Taladrar Acabado 9-10
50
Serrado Desbastado 4-5
60
Planeado Acabado 4-5
j
-
9
Pulido Todas menos 9 i
Tp
Tm + Tc
Compás de espesores
-
-
Escuadra
-
-
Control
Mármol de trazado
1 C
~~/.
17"q
17of5
6 0
Jr 4
L
-
_
-
-
-
-
--
-
Escuadra Pie de rey
_
-
-
-
-
Gramil Granete
9
`-
70
Trabajo
Tiempo
Herramien. de acabado
®em40
Utiles
7
Subfase 2 Acabado 8
30
y
7
I
Taladrador . S
1 C
Torni¡lo de banco
1 C
Limadora 300
1 C
Torni- ( ¡lo de¡ banco
1
I
C
Broca 4
Herra. de acabado
I
Limas finas
I
I
I
I
Hoja de proceso de mecanizado
Escuela Profesional de
Gama 1I1
ÚTILES DE TALADRAR
Marca
N.- de piezas
Denominación
N.° de dibujo
5
4
Escuadra
Fig. 35.1
Material
Hoja 1 de 2
Dimensiones
F-1 140Normal.
Observaciones
20 x 12 x 77
6 5 4
8
3 7
1
9
Fase n.o
10
20
/
Denominación de la fase
\9
I
'/
Croquis
Troceado Desbastado
rl
I1001
<=
0'r
Máq.
Categ. de operac
Sierra
1 C
1 C
Forjado
Punto clave (seguridad)
Utiles Control
Tp
Tm + Tc
-
-
-
_
_
_
Pirómetro
-
-
_
Compás de espesores
-
_
Trabajo
-
Mallo y martillo
Preparación Recalcado 1 C
30
Tratamiento térmico (normalizado)
40
Planeado Subfase 1-2 Desbaste 1 y 8
-
li
5
Subfase 4 Desbastado 4, 5, 6 y 7 Acabado 9
Subfase 5-6 Acabado 1 y $
9 ,t 7
f Pr'
l t
__
B
1 C
Limadora 300
1 C
Limadora 300
3
Subfase 3 Acabado 2 y 3
Horno
Limadora 300
1 C
Tajadera Mallo Martillo
Herramientas de acabado
Compás de espesores
1 C
Limadora 300
1 C
dora 300
1
Escuadra Pie de rey
Herramientas de acabado
Escuadra Pie de rey
` Herramientas de acabado
Escuadra Pie de rey
6 Subfase 7 Acabado 4, 5, 6 y 7
5~
7
C
Escuela Profesional de
Fase n.°
50
Hoja de proceso de mecanizado
Gama
l~l
ÚTILES DE TALADRAR Denominación de la fase
Trazado Acabado 10
Croquis
~-
60
Taladrar Acabado 10
70
Pulido Acabado todas las caras menos 9
Máq.
Categ. de operac
-
1 C
Taladradora
1 C
i
Tornillo de banco
T 1 C
Hoja 2 de 2
Utiles Trabajo Mármol de trazar Gramil Granete Martillo
Tiempo Control
-
Tp
Te + Tm
-
-
Brocas 0 6
Limas finas
_
_
Fig. 35.5
to
Brida . Dibujo de taller y proyección isométrica .
Por fin, deben aparecer en el croquis el elemento o elementos de sujeción de la pieza con su nombre abreviado. Si es un útil nuevo a realizar, se pondrán las características que debe reunir para que en el departamento de utillajes puedan prepararlo . 16 .° Nombre de la máquina . Si hacen falta unas determinadas características se especifica el número de la máquina asignada en el taller. 17 .° Categoría o preparación mínima que debe tener el operario para realizar la fase . 18 .° Nombre y características de las herramientas de trabajo que haya que pedir o sacar del almacén. 19 .° Ídem, referido a los útiles de control. 20 .° Tiempo de preparación de la subfase. 21 .o Tiempo de corte y maniobra . Nota : Los tiempos no se colocan hasta que hayan sido estudiados por el departamento de tiempos . SEGURIDAD E HIGIENE
Los procesos de trabajo han de hacerse de tal manera que no ofrezcan ninguna operación o manipulación peligrosa . Si en algún momento se tiene que tomar alguna providencia necesaria, para prevenir accidentes, se debe hacer constar como un punto clave. Entre los varios procesos posibles siempre se elegirá el de menor peligrosidad o mayor seguridad, no olvidando nunca la primacía del hombre sobre la producción .
NORMALIZACION Emplear siempre que sea posible elementos normales, tanto para herramientas útiles, como para las de manipulación, fijación o control . Fig . 35.6 Perspectiva caballera, ajuste y dibujo de taller.
MEDIOS DIDÁCTICOS
Para una mayor comprensión de las diversas posibilidades de los medios de producción y de las máquinas herramientas, convendrá hacer visitas a talleres o fábricas especializadas en las varias actividades industriales de la rama y que descuellen por sus métodos y buena organización . Algunas actividades y procesos podrán darse a conocer por medio de diapositivas y películas concepto .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer un recuento de las máquinas y puestos de trabajo existentes en el taller .
- Estudiar alguno de estos puestos de taller concretando en fichas las características y posibilidades del mismo . - Hacer una recopilación de sistemas de sujeción de piezas empleados en el taller. - Criticar esos sistemas y sugerir mejoras si hay lugar a ello . - Estudiar el proceso de trabajo para cada una de las piezas de las figuras 35 .5, 35 .6 y 35 .7 .
BIBLIOGRAFÍA
1
Fig . 35 .7
11
s' Martillo . Dibujo de taller y proyección bimétrica .
CHEVALIER A., Tecnologia de las fabricaciones mecánicas, fascículo 16, Ediciones TEA, Madrid . SCHROCK J ., Montaje, ajuste, verificación de elementos de máquinas, Editorial Reverté, Barcelona . BARTSCH W., Alrededor del torno, Editorial Reverté, Barcelona 1964.
10 .
Normas de seguridad y conservación
Tema 36. Seguridad y mantenimiento OBJETIVOS Conocer y evitar el peligro que entrañan las máquinas-herramienta . -' Conocer y evitar los peligros propios de algunos puestos de trabajo. Conocer y evitar los peligros de algunos elementos. fuego, electricidad. - Aprender a evitar los peligros propios del trabajo. Aprender a cuidar las máquínas, herramientas y útiles de producción .
GUIóN -
-Normas generales para todos los puestos . Seguridad en el puesto de ajustador, Seguridad con las herramientas . Seguridad en el puesto de taladrado . Seguridad en la esmeriladora . Seguridad en la fragua y operaciones de forjado . Seguridad en el puesto de soldadura . Código del color . Reglas de conservación y mantenimiento .
PUNTOS CLAVE - Prevención de accidentes : «Vale más prevenir que curar».
- Conservación y empleo racional de los elementos y máquinas de producción .
CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS - Conocer los puestos de trabajo reseñados, y las máquinas herramientas que se mencionan, EXPOSICIÓN DEL TEMA Las normas de seguridad en toda actividad humana, tienen gran importancia y cada día se cuidan más por las empresas y se exigen por los agentes oficiales . En la asignatura de Higiene y Seguridad en el Trabajo se estudian las normas generales. Nosotros hemos ido señalando en cada operación y al describir las herramientas y máquinas, las normas particulares . Sólo nos queda recomendar a operarios, maestros y encargados ser muy exigentes para evitar lamentaciones tardías y tal vez daños irreparables . 215
36.1
Normas generales para todos los puestos - Tener siempre el puesto de trabajo en orden. Nunca debe haber piezas por el suelo ni suciedad alguna : un suelo con aceite o grasa es sumamente peligroso . Las virutas y limaduras retienen el aceite o grasa. Algunos tipos de virutas de máquina pueden ser muy peligrosas (fig. 36.1) . La limpieza contribuye a la seguridad . - Las herramientas en orden son un ahorro y evitan accidentes (fig. 36 .2) .
Fig . 36.1 La recogida de virutas y otros desperdicios evitan accidentes . Fig . 36.2 El orden en el puesto de trabajo proporciona seguridad.
Fig . 36.3
Los vestidos inadecuados son causa de accidentes.
- Tampoco debe olvidarse usar equipo de ropa adecuado . Conviene que la ropa este bien ceñida, sin cinturones, corbatas ni bufandas y llevar las mangas ajustadas o arremangadas (figs. 36.3 y 36.4) . - Una buena iluminación y un ambiente acogedor pueden evitar también muchos accidentes. - Por sistema, toda pieza que ruede, v. gr., poleas (figs. 36.5 y 36 .6), engranajes (figs . 36 .7 y 36 .8), debe estar siempre cubierta por defensas apropiadas. Dígase lo mismo de herramientas circulares : brocas, fresas, muelas, etc . - No menos peligrosas son las cuchillas en movimiento : herramientas de cepilladoras o limadoras, cizallas, guillotinas, etc. - La electricidad es a su vez un elemento muy peligroso, si no se toman las medidas necesarias de seguridad . A ninguna máquina que utilice electricidad, deberá faltarle su conexión con tierra (fig. 36.9) . La electricidad siempre sigue el camino de menor resistencia . Téngase también en cuenta esta precaución al usar herramientas portátiles .
Una máquina en marcha es siempre un peligro. No te aproximes peligrosamente .
Fig . 36.4
Fig . 36.5 Las piezas en movimiento deben estar cubiertas. Si han de moverse a mano, espera que primero se paren totalmente .
36.2
Fig. 36.7 No poner en marcha sin antes volver a colocar las protecciones que se han sacado
Fig. 36.6 Protección de volante o poleas .
Seguridad en el puesto de ajustador Los mangos de las limas y las mismas limas pueden ser causa de accidentes . - No hay que usar mangos de lima en mal estado, es decir sin anillo metálico o rajados . Conviene asegurarse de que estén bien colocados : ni torcidos ni poco metidos, ni flojos (fig. 36 .10) . - Al trabajar con el cincel o buril hay que utilizar las gafas de seguridad y tener cuidado de no dañar a los compañeros para lo cual conviene colocar una mampara protectora . 216
- La cabeza del cincel debe estar limpia, sin repasar su cabeza en la piedra de esmeril cuantas rebabas . Procede, por tanto, - El martillo debe estar en perfectas condicionesveces sea necesario . con el mango bien sujeto, no rajado ni astillado (fig. 36.11) . Un martillo que se escapa de la mano (mano engrasada), que se desprende por rotura del mango o que salta por estar mal colocado, se convierte en peligro mortal . Se evitan los golpes en la mano dirigiendo la vista al filo de la herramienta y no a la cabeza . 36.3 Seguridad con las herramientas auxiliares - Destornilladores. Deben mantenerse bien afilados . Bien afilado no quiere decir que deba cortar, sino que tenga la forma adecuada (fig. 36.12) . Hay que emplear el destornillador adecuado para el tamaño y tipo de tornillo . Evitando siempre que la herramienta pueda alcanzar a la mano, por resbalarse de la ranura del tornillo. Es fácil este accidente cuando el destornillador o la cabeza del tornillo están engrasados (fig . 36.13) . bien
mal
Fig. 36.8 Evitar máquinas que no estén protegidas.
Fig. 36.12
Utilizar siempre herramientas adecuadas.
Fig . 36.13 No sujetar las piezas con la mano si se puede hacer de otra manera .
- Alicates . Es una herramienta suele emplearse más y peor. Hay variosque precisamente por su versatilidad, tipos de alicates . Conviene usar cada uno de ellos para su propio fin con lo que dentes . No hay que emplear nunca alicatesahorran molestias y pequeños accisin protección aislante cuando se manipulan conductores eléctricos. Tampoco deben usarse para apretar o para esto ya hay llaves apropiadas fijas o aflojar tuercas hexagonales, pues . - Llaves. Siempre que ello sea posible ajustables emplear llaves fijas, preferiblemente las de boca cerrada y siempre bien ajustadas . De no hacerlo así, se estropean la tuerca y, a veces, la propia llave, causando golpes y magulladuras en los dedos o nudillos de la mano (fig . 36.14) . No se deben emplear nunca dos llaves para práctica detestable y peligrosa . Tampoco se debehacer mayor palanca ; es una usar tubos para aumentar el brazo de la palanca más que en casos extremos y no sin antes haber intentado disminuir la resistencia a aflojarse, engrasando aflojatuercas . Para algunos casos especiales o empleando petróleo o líquidos pero esto sólo debe hacerse con llaves que habrá que golpear con el martillo, llaman precisamente así : «Llaves de martillo» oestán fabricadas para ello y que se «llaves fijas para trabajo a golpes» como las llama la DIN 133 . Otras herramientas auxiliares o serios disgustos, son los rayadores o útiles muy empleados, y que pueden dar de señalar, los compases de puntas, los gramiles, etc . Es una práctica puntas muy recomendable proteger estos instrumentos punzantes con un corcho (fig. 36.15) o guardarlos en estuches apropiados .
36 .4
Seguridad en el puesto de taladrado - Todas las máquinas herramientas entrañan ciertos peligros . Veamos aquí algunos de la máquina de taladrar. - La pieza debe estar bien sujeta con medios mecánicos y nunca con la mano . Un descuido, una sacudida brusca puede hacer girar la pieza y crear un grave peligro . Una pieza delgada, en giro, corta como un verdadero cuchillo (fig . 36 .16A), Cuando se usan bases magnéticas o mordazas, hay que fijarlas a la mesa con bridas . - El pelo largo no recogido, las corbatas, la ropa demasiado holgada pueden ser causa de accidentes (fig. 36 .16B) . 21 7
Fig . 36.9 La conexión a tierra evita sacudidas eléctricas .
Fig. 36.10 Las herramientas de uso más frecuente suelen ser !as más descuidadas y peligrosas.
Fig. 36 .11 Los martillos con el mango roto o flojo, son peligrosos para quien los usa y para los demás.
mal
bien
Fig . 36.14 Una llave no apropiada puede ocasionar lesiones, además de estropear la tuerca o tornillo .
Fig. 36 .16A Fijar siempre por medios mecánicos las piezas que la máquina puede arrastrar o hacer girar,
Fig. 36.168 cogido .
Evitar el pelo largo no re
- También en el taladrado hay que proteger los ojos con gafas de seguridad . Evítese todo obstáculo en de"redor de la máquina y que el suelo esté engrasado o mojado : el menor traspiés o resbalón puede hacer que uno se agarre, aunque sea a una broca o a una polea en giro . Cuando la suelte, ¡será tarde! No se debe usar durante el trabajo anillos ni pulseras . 36 .5
Seguridad en la esmeriladora
- No trabajes nunca sin gafas o pantalla protectora para tus ojos (figura 36 .17) . - Una muela o piedra de esmeril es un peligro latente si no está bien montada . Debe tener su correspondiente protección (fig . 36 .18) y sus platinas de diámetro adecuado . - No debe trabajarse con una muela cuyo apoyapiezas está mal colocado ni cuando la muela gira descentrada . Esto puede ser causa de acuñamiento de la pieza y provocar la rotura de la muela con el consiguiente peligro (fig . 36 .19) . - Es preciso avisar inmediatamente a quien proceda cuando se observa alguna anomalía en este sentido.
tornillo posicionador
Fig. 36.15 Protección de partes punzantes . Un simple corcho puede ahorrar serios disgustos .
mal
bien ,
Fig . 36.17 La protección de los ojos es de gran importancia .
36 .6
Fig. 36.19 El soporte de piezas debe estar bien ajustado : evitará accidentes graves .
Fig. 36.18 La electroesmeriladora ofrece grandes riesgos : son evitables si está adecuadamente protegida .
Seguridad en la fragua y operaciones de forjado
- Los accidentes más frecuentes en la fragua suelen ser por emplear malas herramientas o hacer mal uso de ellas. - Los mangos de los martillos deben estar en buen estado y bien colocados . Las cabezas de las herramientas, con las que se golpea o donde se golpea, (tajaderas planas) no deben tener rebabas (fig . 36 .20) . Las tenazas deben tener la boca apropiada para la forma de la pieza a sujetar. Si la operación es prolongada hay que ayudarse con una argolla que mantenga las tenazas fuertemente cerradas (fig . 36 .21) . Los golpes en falso, por apoyar mal la pieza, son causa de graves accidentes (fig . 36 .22) . Aunque en menor escala, también lo son tocar y coger piezas no enfriadas completamente. 21 8
Fig. 36.21
Elegir bien el modelo de tenazas y, en trabajos prolongados, mantenerlas cerradas con ayuda de argollas .
36 .7
Seguridad en el puesto de soldadura - En la soldadura oxiacetilénica el elevado grado de explosión del acetileno y el gran poder comburente del oxígeno pueden ser causa de accidentes, aparte de las quemaduras . Dado el peligro de las fugas de acetileno hay que investigar posibles fugas con agua de jabón, pero nunca con una llama . Se emplean abrazaderas apropiadas para la fijación de las mangueras a los racords de los aparatos. Hay que usar siempre las válvulas antirretorno y asegurarse de que están en condiciones de funcionamiento . Los aparatos de conducción de oxígeno deben estar limpios de toda grasa pues la oxidación rápida produce la combustión espontánea. - Las botellas de oxígeno son robustas, pero delicadas sus válvulas y sus llaves, por lo que es necesario evitar golpes o caídas (fig. 36.23) . Las botellas de oxígeno y acetileno deben protegerse de lugares calurosos e incluso de los rayos solares directos, pues pueden dar lugar a un aumento de presión de gas, llegando a convertirse en peligrosas (fig . 36.24) .
na
Fig. 36.20 Las cebabas de la cabeza de martillos, cinceles y similares son muy peligrosas : hay que eliminarlas en un principio.
Fig. 36.23 Las botellas de gas conviene tenerlas sujetas con argollas o bridas a las paredes.
Fig . 36.24 No exponer las botellas con gas a los rayos del sol de forma prolongada . - El generador de acetileno no debe estar nunca a una distancia menor de 3 m del puesto de trabajo, ni de los de soldadura por arco, ni de las muelas de esmeril, porque una sola chispa puede ser el principio de un accidente (figura 36 .25) . Tampoco cerca de focos de calor intenso, hornos, etc.
Fig. 36.25 Los gases combustibles deben estar alejados de los lugares en que se producen chispas o hay calor concentrado : 1, tablero de herramientas ; 2, mesa de soldar; 3, horno ; 4, equipo oxiacetilénico .
21 9
Fig. 36.22 No apoyar bien las piezas en el yunque puede ser muy peligroso o, al menos, molesto .
Fig. 36.26 Las gafas son imprescindibles para soldar. Los cristales deben ser de calidad pues, de lo contrario, la protección suele ser sólo aparente .
- Si alguna vez se produjera un escape de gas acetileno y sobreviniese el fuego, no hay que intentar apagar con agua, sino con un extintor apropiado ; o bien echando arena o tapando con tela de amianto . - Para trabajar con el soplete se deben emplear siempre gafas apropiadas con cristales protectores de los rayos infrarrojos y ultravioletas. Al quitar escorias también hay que usar gafas con cristales blancos . Las gafas de doble cris tal (fig. 36 .26) son muy apropiadas y cómodas, pero deben conservarse en buen estado . - En la soldadura eléctrica son todavía más peligrosos los rayos ultravioletas; por consiguiente, las caretas deben proteger los ojos de la luz directa y de los reflejos laterales (fig. 36.27) de manera que protejan también la piel . Un trabajo prolongado sin caretas apropiadas, puede producir eccemas y quemaduras en el cutis. Es preciso emplear petos de cuero o de amianto y hasta guantes y polainas (fig. 36.28), y evitar las prendas de fibras sintéticas pues una sola chispa puede provocar la combustión de estas prendas, con los peligros consiguientes . - Los gases son también causa de molestias y transtornos que se evitan con el uso de aspiradores y con una buena ventilación (figs. 36.29, 36 .30 y 36 .31). - Para estos puestos de trabajo suele haber una reglamentación y unas ordenanzas que es preciso cumplir a la letra .
36.8
Código del color Para llamar la atención de una manera más rápida, se utiliza en algunas fábricas el código del color. De acuerdo con este código, hay que saber : - que el color rojo señala el material contra incendios ; - que el color verde indica los botiquines y el material de primeros auxilios; - que el color azul señala el aparellaje eléctrico, los interruptores, fusibles, etc .; Fig. 36 .27 Careta para soldar por arco,
Fig. 36 .29 Los subsidios de seguridad están para emplearse : el extractor parado no aspira,
Fig . 36.28A Guantes y polainas de cuero para trabajos prolongados .
Fig. 36.288 Piqueta con mango aislante,
Fig. 36.30 Aspirador trabajando eficazmente.
220
N.° de máq .
Sección
FICHA DE MANTENIMIENTO
28
A
Características técnicas
Engrase Fresadora
Motor : 3 CV 1 410 r.p .m . Corriente : Trifásica 220 V Velocidad de trabajo : Máx : 2000 r.p .m . Mín : 75 r .p.m .
V: N: T: A:
A T
Visor . Nivel del aceite . Llenado de aceite bianual . Engrase automático cada dos horas de trabajo .
A r f /
Puesta en servicio N.~ln
~A
N
N
2-1-75
Piezas de recambio Designación Stock 3711
2
510-59-20
1
lt se~
S
A
-
Planing de engrase Fechas efectiva s Años M 2
_ ` ®~ ~~-
Tipo de aceite : V-2 (Calvo Sotelo) .
1975
~A=°-
1976 N
r-- ;
`
8-1-75 S-IV -75!=
1977
N
S
1978 1979
O
1980 1981 1982 1983 1984
Diario de reparaciones N.o reparación 1
Pedido el
Naturaleza de la reparación
5-IV-75
Rotura de eje telescópico
2
25-VI-75
Rotura del visor de aceite
Fig . 36.32
Fecha parada 5-IV-75
Ficha ejecución 5-IV-75
N.°horas trabajo 20
25-VI-75 25-VI-75
1
Ficha de mantenimiento de máquina .
22 1
Observaciones Mirar si sufre pérdida de aceite .
- que el color naranja recuerda los órganos de máquinas o parte de aparellaje peligroso ; - y que el color amarillo y negro a rayas indican las partes fijas o móviles peligrosas para la circulación .
E
0 o 0 N N d (0 7
Fig . 36.31 Mesa de trabajo con aspirador incorporado .
Fig. 36.33
Foto test.
36.9
Reglas de conservación o mantenimiento - Las instalaciones, máquinas y herramientas son los medios que sirven para el trabajo diario. Por tanto, hay que conservarlos en buen estado si queremos que el trabajo sea útil y agradable . Ello requiere un programa de revisión y reparación preventivos . Sólo en casos imprevistos habrá que hacer reparaciones no programadas . Cada máquina tiene sus puntos delicados que requieren una atención en cuanto a limpieza y engrase . En consecuencia, cada una debe tener una hoja de instrucciones en la que aparezcan claramente señalados los puntos y tiempos para hacer los engrases y las calidades de lubricantes a emplear . - Un buen equipo de mantenimiento es la mejor inversión en cualquier instalación industrial . Bastan pocos y aún una sola persona responsable para que este servicio funcione . - Hay que conservar en perfecto estado las herramientas o útiles de trabajo y control . En muchos centros puede el mismo encargado de almacén revisarlos y proceder a su reafilado y puesta a punto o ser quien dé las órdenes para que se reparen . - El querer ahorrar en esta cuestión suele ser causa de grandes gastos o al menos de pocos beneficios, ya que no se puede lograr trabajo de calidad con herramientas o equipos en mal estado . El orden es un buen principio para la buena conservación y ahorro . MEDIOS DIDACTICOS Las diapositivas y las películas-concepto son siempre de gran ayuda para hacer comprender la importancia de este tema . Resultan también muy eficaces los carteles anunciadores de peligros y causas de accidentes . El Ministerio del Trabajo tiene una buena colección . Para que resulten eficaces deben cambiarse con cierta frecuencia para mantener el interés .
TEMAS PARA DESARROLLAR EL ALUMNO - Hacer un recorrido por el taller y anotar todos los
puntos que pueden ser ocasión de accidente. - Hecha la lista, propón un sistema de mejoras para evitar los accidentes en algunos de estos puestos . - Hacer una ficha de mantenimiento de una máquina . - Hacer un esquema de lo que podría ser un servicio de mantenimiento del taller y cómo organizarlo entre compañeros y encargados .
222
CUESTIONARIO
- ¿Qué normas generales de seguridad conoces?
- Enumera algunas de las normas para los puestos de limadora, taladradora, fragua y soldadura . - ¿Qué es un sistema de mantenimiento en un taller? - ¿Son necesarias muchas personas para un equipo de mantenimiento? ¿De qué depende? - ¿Cuántas imprudencias está cometiendo el operario de la fotografía en la figura 36 .33? - Indica medios de seguridad que necesita la máquina de la figura 36 .8 .
BIBLIOGRAFÍA
Seguridad y Trabajo, Instituto Nacional de Medicina y Seguridad del Trabajo . Seguridad en la Industria Metalúrgica, Asociación para la prevención de Accidentes .
LOTE DE MATERIAL AUDIOVISUAL PARA USO DEL PROFESOR Como complemento indispensable para una perfecta pedagogía, se recomienda al profesorado el uso de las transparencias y diapositivas que se han preparado, directamente relacionadas con la tecnología del curso.
6 .2 .4 6 .3.1 6.3.2 6 .4 .1 6 .4 .2 6 .4 .3 6 .4 .4 6 .4 .5 6 .4 .6
Re/ación de transparencias 2 .1 2 .2 3 .1 4 .1 4 .2 5.1 5 .2 5.3 5.4 5 .5 5.6 10.1 12.1 12.2 12 .3 12 .4 13 .1 13 .2 13 .3 13 .4 13 .5 13 .6 13 .7 13 .8 13 .9 13 .10 13 .11 14 .1 14 .2 15 .1 15 .2 15 .3 16 .1 16 .2 16 .3 16 .4 16 .5
Re/ación de diapositivas
Tornillo articulado Tornillo paralelo Picado de las limas Fracciones de pulgada Unidades angulares Mecanismo del calibrado Situación del nonio Fundamento del nonio Nonio para pulgadas Mecanismo de un micrómetro Goniómetro Llave ajustable de husillo Portabrocas Portabrocas de sujeción rápida Taladradora portátil eléctrica Taladradora portátil neumática Partes fundamentales de una rosca Tornillos de varias entradas Sentido de las roscas Rosca Whitworth Roscas métricas Clases de roscas Rosca ISO métrica Medición en hilos por pulgada Roscas Roscas Roscas Machos de roscar . Geometría del filo Cabezal roscádor Remachado Clases de róblonado Punzonadora Horno alto Esquema de un horno alto ' Proceso de los productos siderúrgicos Hornos para la obtención del acero Tren de laminación
2 .1 .1 2 .1 .2
Banco metálico de ajustador Banco de varios tornillos paralelos 2 .1 .3 Tornillo portátil 2 .1 .4 Mordazas para redondas 3 .1 .1 Limas diversas con sus mangos 3 .1 .2 Picados sencillo y doble 3 .1 .3 Efecto producido por la alineación de los dientes 3 .1 .4 Mango excesivamente grande para lima pequeña 3 .1 .5 Colocación correcta del mango 3 .1 .6 Colocación correcta del mango 3 .1 .7 Las limas desordenadas se estropean 3 .1 .8 Nunca deben estar los instrumentos de precisión en contacto con las limas 3 .1 .9 Banco ordenado para el trabajo 3 .2 .1 Efecto producido por insuficien ' te superficie de amarre 3 .2 .2 Altura correcta del tornillo de banco 3 .2 .3 Cómo tomar la lima para des~a star 3 .2 .4 Cómo tomar las limas pequeñas 4 .1 .1 Verificación con rugosimetro 5 .1 .1 Medición con regla 5 .1 .2 Medición con calibrador 5 .1 .3 Medición de interiores 5 .1 .4 Medición con metro flexible 5 .3.1 Utilización del goniómetro óptico 6 .1 .1 Verificación con guardaplanos 6 .1 .2 Verificación con mármol y color 6 .1 3 ;,Verificación con mármol y color 6 :21^ ~Mééáyrísmo de un comparador de 'r loi 6 .2 .2 Comprobación' CYe centraje en el torno' con cotnparador milesimal 6 .2 .3 Comprobación dé la conicidad
7 .1 .1 7 .1 .2 7 .1 .3 8 .1 .1 8 .1 .2 8 .2 .1 8 .2.2 8 .2.3 8 .2.4 8.2 .5 8.2 .6 8 .2.7 8.2 .8 8 .2 .9 9 .1 .1 9 .1 .2 9 .1 .3 9 .1 .4 10 .1 .1 10 .1 .2 10 .1 .3 11 .1 .1 14 .4 .1 12 .1 .1 12 .2 .1 12 .2 .2 12 .2 .3 12 .2 .4 12 .3 .1 12 .5 .1 14 .1 .1 14 .2 .1 14 .2 .2 14 .3 .1 15 .1 .1 15 .1 .2 15 .1 .3 15 .1 .4 16 .1 .1 16 .1 .2
con comparador milesimal y mesa de centraje Minímetro Escuadras fijas de 900 Comprobación de la colocación de piezas en máquinas herramientas Bloques patrón Unión de bloques patrón Unión de bloques patrón Diversos tipos de calibres fijos Comprobación de superficies curvas Nivelación de la mesa de una limadora Trazado en el plano Trazado en el plano con compás Empleo de barnices de trazar Corte con cizalla Cizalla vibratoria Hojas de sierra Diferentes tamaños de diente io de hoja CambPartes de un arco Troce ado con una sierra alternativa Disco para aserradoras circulares Sierra de disco en plena producci ón Corte en sierra de cinta Corte especial con soplete oxicorte No s aconsejable el uso de zas en el cincelado. mordaIncli ación exagerada en el cincelado Las irutas no deben ser demasiado largas Verifi ación del ángulo de un cortafríos Alicates Diversos tipos de llaves Martillos y mazas Máquinas herramientas : limadora Marcas producidas por excesiva presión de las mordazas Diversos tipos de brocas Taladradora de columna Mecanismos de avance o penetración Portabrocas Portabrocas normal o rápido Operación de taladrado Tipos de escariadores Cojinete y peines de roscas Bandeador o maneta Roscado a mano con cojinetes Roscado en el torno Roblones y remaches Operación de remachado Caldeado de roblones Operación de roblonado Tren de laminación Tren de laminación
AUDIOVISUALES EDEBE SERIE TECNICA
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EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62. Barcelona 17 EDITORIAL BRUÑO Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid 28
FORMACION PROFESIONAL Textos editados RAMA ARTES GRAFICAS Tecnología : introducción general Solicite catálogo especial (50 títulos)
RAMA AUTOMOCION PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología de la Automoción Prácticas de Automoción Técnicas de Expresión Gráfica Segundo Curso Tecnología de la Automoción Prácticas de Automoción Técnicas de Expresión Gráfica
Segundo Curso Tecnología Eléctrica Solucionarlo de Tecnología Eléctrica Prácticas de laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica SEGUNDO GRADO (Enseñanzas Especializadas) Primer Curso Instalaciones y Líneas Eléctricas. Tecnología Instalaciones y líneas Eléctricas. Prácticas de Laboratorio Máquinas Eléctricas. Tecnología Técnicas de Expresión Gráfica (Común a ambas especialidades)
SEGUNDO GRADO
Segundo Curso Instalaciones y Líneas Eléctricas . Tecnología Tercer Curso Instalaciones y líneas Eléctricas . Tecnología
Primer Curso Mecánica y Electricidad del Automóvil . Tecnología
RAMA ELECTRONICA
Segundo Curso Mecánica y Electricidad del Automóvil . Tecnología Tercer Curso Mecánica y Electricidad del Automóvil . Tecnología
RAMA DELINEACION PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología de Delineantes Prácticas de Delineantes Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica Segundo Curso Tecnología de Delineantes Prácticas de Delineantes Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica SEGUNDO GRADO (Enseñanzas Especializadas) Primer Curso Delineación Industrial . Tecnología Delineación Industrial . Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica Delineación en Edificios y Obras . Tecnología Delineación en Edificios y Obras . Prácticas Delineación en Edificios y Obras . Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica Segundo Curso Delineación Industrial . Tecnología Delineación Industrial . Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica Delineación en Edificios y Obras. Tecnología Delineación en Edificios y Obras. Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica Tercer Curso Delineación Industrial . Tecnología Delineación Industrial . Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica Delineación en Edificios y Obras . Tecnología Delineación en Edificios y Obras . Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica
RAMA ELECTRICIDAD PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología Eléctrica y Electrónica Tecnología Eléctrica Prácticas de Laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica
PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología Eléctrica y Electrónica Tecnología Electrónica Prácticas de Laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica Segundo Curso Tecnología Electrónica Prácticas de Laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica SEGUNDO GRADO (Enseñanzas Especializadas) Primer Curso Electrónica Industrial . Tecnología Prácticas de Laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica Segundo Curso Electrónica Industrial . Tecnología Tercer Curso Electrónica Industrial . Tecnología
Segundo Curso Máquinas Herramientas. Tecnología Técnicas de Expresión Gráfica Máquinas Herramientas . Prácticas de Taller Tercer Curso Máquinas Herramientas . Tecnología Técnicas de Expresión Gráfica
RAMA QUIMICA PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología Química Prácticas de Laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica Material Audiovisual para Tecnología Química Segundo Curso Tecnología Química . Prácticas de laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica SEGUNDO GRADO (Enseñanzas Especializadas) Primer Curso Operaciones básicas. Técnicas de laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica Segundo Curso Análisis Químico Cualitativo y Cuantitativo. Técnicas de Laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica Tercer Curso Técnicas de Expresión Gráfica Análisis Instrumental Procesos Químicos Industriales
RAMA PIEL PRIMER GRADO Tecnología del Calzado (común al t er y 2.° curso) Técnica del Calzado . Prácticas (2 .° curso)
RAMA MADERA PRIMER GRADO Tecnología de la Madera (t er y 2 .° curso)
RAMA METAL PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología del Metal Prácticas de Taller Técnicas de Expresión Gráfica Material Audiovisual para Tecnología Mecánica Segundo Curso Tecnología del Metal Solucionarlo de Tecnología ;(ter y 2.° curso) Prácticas de Taller Técnicas de Expresión Gráfica SEGUNDO GRADO (Enseñanzas Especializadas) Primer Curso !I Máquinas Herramientas . Tg nologia Matricería y Moldes. Tecnd ogía Técnicas de Expresión Gráfica . (Común a ambas especialidades) "+ Matricería y Moldes . Prácticas de Taller Máquinas Herramientas . Pr~cticas de Taller
Y además los textos del Area de Conocimientos Técnicos y Prácticos de la rama Administrativa y Comercial (78 libros) . De las áreas Formativa Común y Ciencias Aplicadas, y del Curso de Acceso a Segundo Grado, disponemos de todos los textos, elaborados conforme a los Cuestionarios Oficiales vigentes .
Audiovisuales EDEBÉ SERIE TIÉCNICA Diapositivas, transparencias, películas en Super 8, con su correspondiente guión y orientaciones pedagógicas . Nueve ramas . Solicite catálogo.
Tecnologl'á del Metal 192
Profesión : Mecánica
SEGUNDO CURSO DE FORMACION PROFESIONAL DE PRIMER GRADO por Equipo Técnico EDEBÉ TOMAS VIDONDO CLAUDINO ALVAREZ
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EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62 . Barcelona-17 EDITORIAL BRUÑO Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid-28
TECNOLOGIA DEL METAL 1 .2 Segundo Curso de Formación Profesional de Primer Grado
ES PROPIEDAD
© Ediciones Don Bosco Barcelona, 1977
Impreso en España Printed in Spain ISBN 84-236-1306-2 Depósito Legal. B. 9561-77 Reimpresión 1980 Escuela Gráfica Salesiana Barcelona-Sarriá
Texto aprobado, según Orden Ministerial de/ 20 de noviembre de 1978 .
CUESTIONARIO OFICIAL O. M. 13-VII-74; BOMEC, 26-VIII-74 Segundo Curso de Primer Grado Profesión: Mecánica Metrología :
Instrumentos de medida : Micrómetros. Modo de empleo y conservación . Instrumentos de verificación : Reloj comparador. Calas y galgas . Utilización y conservación . Operaciones a mano: Trazado al aire : Utiles empleados. Técnicas de la operación . Procesos del trazado . Escariado : Finalidad. Herramientas . Técnica de la operación. Aplicaciones al posicionado de piezas en conjuntos y ensambles mecánicos . Máquinas-herramienta :
Principios de trabajo : Movimientos fundamentales de las máquinas-herramienta . Herramientas utilizadas : Clases . Formas . Materiales . Angulos característicos. Muelas abrasivas : Características y utilización . Condiciones de trabajo : Velocidad de corte. Profundidad y avance . Lubricación y refrigeración . Empleo de tablas y gráficas . Máquinas principales: Torno paralelo . Fresadora universal . Limadora . Taladradora . Sierra mecánica . Electroesmeriladora . Estudio para cada una: Terminología normalizada. Principales órganos elementales reguladores y de accionamiento, accesorios . Montaje del material en máquina . Operaciones elementales de mecanizado : Técnicas para su realización . Cálculos tecnológicos elementales de mecanizado . Normas de seguridad y conservación a observar en el manejo de estas máquinas . Cálculos de taller : Cálculo de conos: Conicidad. Angulo de un cono . Verificación de los mismos . Clasificación de las roscas : Tipo y utilización . Cálculo y verificación elemental de roscas : Triangular . Métrica y Whitworth. Engranajes rectos . Módulo . Cálculos elementales dimensionales .
Presentación
El presente texto de Tecnología del Metal 1 .2, para Segundo Curso de Formación Profesional de Primer Grado, sigue fielmente los cuestionarios oficiales. La estructura y elaboración de esta obra sigue la línea de Tecnología del Metal 1 .1, también de esta Editorial. La relación entre ambas es muy estrecha. Por eso, a lo largo de este segundo libro, se van citando temas correspondientes al primero, a los que sirve de complemento . Se ha repartido la materia en diez capítulos, a su vez, divididos en varios temas. Esto permitirá al alumno recordar fácilmente la técnica concreta de cada capítulo. En efecto, se ha procurado que cada uno de ellos sea una unidad completa, y que guarden cierta uniformidad de estructura, así, desde el primer momento, el alumno centra su atención en el propio corazón del tema. Para evitar repeticiones, se ha colocado la bibliografía solamente al final de la obra. A pesar de haber un tema específicamente dedicado a los problemas del taller, se ha considerado oportuno incluir, en determinadas ocasiones, problemas de taller relacionados con la materia tratada . Para evitar repeticiones, se ha colocado la bibliografía solamente en la página siguiente . A pesar de haber un tema específicamente dedicado a los problemas del taller, se ha considerado oportuno incluir, en determinadas ocasiones, problemas de taller relacionados con la materia tratada . Los temas correspondientes al torno, fresadora, etc ., se desarrollan con amplitud suficiente, para poder desenvolverse en la profesión ; pero en los cursos de especialización del Segundo Grado se volverán a tratar más a fondo . Aun cuando el contenido del presente libro responde exactamente al cuestionario oficial, no así el orden del mismo, que se ha cambiado, lo cual no supone, sin embargo, ninguna dificultad, ya que la separación por capítulos y temas permite seguirlos indistintamente en uno u otro orden. Siempre que ha sido posible, se ha procurado adjuntar una o más figuras para mayor aclaración del texto . Con este mismo fin, se edita, a la par de esta obra, una serie de subsidios audiovisuales, para aliviar al profesor en la labor de dibujar cosas complejas o de precisión en la pizarra: transparencias, diapositivas y películas-concepto . De intento, no se ha querido exagerar el número de transparencias, para no encarecer la obra, y para dar ocasión a que muchos profesores de Tecnología preparen otras, a medida que lo crean oportuno. Son un medio de óptimo resultado entre los jóvenes de hoy, tan acostumbrados a la imagen . Este material y documentación, guardado en su correspondiente estuche, resulta de fácil manejo y transporte . Se compone de.: - 37 transparencias, - 78 diapositivas, - 1 película-concepto, - Folleto con la explicación de cada una de las transparencias, diapositivas y pelicula-concepto . El folleto contiene tres apartados: 1 .° Indicaciones didácticas. 2.° Relación de medios didácticos. 3.° Medios audiovisuales: uso del retroproyector y realización de transparencias. El libro, concebido como obra completa por sí sola, expone de tal modo las distintas materias, que no necesita imprescindiblemente de estas transparencias y diapositivas, que solamente se han hecho para favorecer la compleja labor de la enseñanza. De los jóvenes alumnos y sobre todo de la larga experiencia de los profesores, se recibirán con gusto cuantas advertencias tengan a bien comunicarnos para ir mejorando las posibles sucesivas ediciones de esta obra. El equipo de profesores, cuya colaboración la ha hecho posible, les quedará muy agradecido . LOS AUTORES
Bibliografía
APRAIZ BARREIRO, J ., Aceros especiales, Dossat, Madrid 1966 . -- Fundiciones, Dossat, Madrid 1963 . -- Tratamientos térmicos de los aceros, Editorial Dossat, Madrid 1969 . BARTSCH, W., Herramientas máquinas de trabajo, Reverté, Barcelona 1971 . BENDIX, Alrededor del trabajo de los metales, Reverté, Barcelona 1965 . COMPAIN, L., Metrología de Taller, Urmo, Bilbao 1970 . DANOWSKY, H., Manual práctico de Tecnología Mecánica, Gustavo Gil¡, Barcelona 1971 . E. P. S., Tecnología Mecánica, Tomos primero y segundo, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . FEIRER, J. L. - TATRO, E. E., Maquinado de metales en máquinas herramientas, Compañía Editorial Continental, México 1965 . GERLING, H., Alrededor de las Máquinas Herramientas, Reverté, Barcelona 1964 . HENRY FORD TRADE SCHOOL, Teoría del taller, Gustavo Gil¡, Barcelona 1966 . LUQUE, M., Tolerancias, ajustes y roscas normalizadas, Ediciones Melendo Luque, . Sevilla 1963 . MATA, J., ALVAREZ, C. y VIDONDO, T, Técnicas de Expresión Gráfica 1.1, BruñoEdebé, Barcelona 1976 . Normas UNE, Instituto Nacional de Racionalización y Normalización, Madrid . OTI-EPS, Ajuste 1. Ejercicios prácticos, Ediciones Don Bosco, Barcelona. -- Problemas l. Familia mecánica, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 . RODRIGUEZ, E., El trazado en el taller mecánico, CEAC, Barcelona 1965. SCHROCK, J ., Montaje, ajuste, verificación de elementos de máquinas, Reverté, Barcelona 1965 . VAN GELDER, T J ., Curso de Formación Profesional, Urmo, Bilbao 1971 . -- Curso de Formación Profesional (Oficial Mecánico), Ediciones Urmo, Bilbao 1971 . VARELA F., Control de calidad, Ediciones Don Bosco, Barcelona 1973 . WIECZOREK - LEBEN, Tecnología fundamental para el trabajo de los metales, Gustavo Gil¡, Barcelona 1967 . WRIGHT BAKER, H., Materiales férreos, River, Madrid 1964 .
Orientación profesional
objetivos : - Conocer la profesión y las diversas posibilidades de empleo y ocupaciones . - Conocer las categorías profesionales . - Cómo se ha de preparar el aprendiz para dominar la profesión . Presente y futuro de la profesión mecánica ¿Cuál es tu futuro en el mundo del trabajo? ¿Has decidido dedicarte a la mecánica en alguna de sus profesiones? Es una buena elección, ya que cada día la industrialización necesita más y más personas para proyectar, dibujar, programar y fabricar : máquinas,, vehículos, instrumentos, etc . Toda profesión requiere a la vez conocimientos y destrezas que no pueden improvisarse y que requieren de 2 a 5 años de estudio y entrenamiento especial . Una profesión exige : para el Primer Grado, una formación básica ; - para el Segundo Grado, el Bachillerato Superior o el Bachillerato Unificado Polivalente, o cursar el Año de Materias Complementarias ; - para el Tercer Grado, formación equivalente al primer ciclo universitario o haber superado los períodos necesarios de Materias Complementarias. Naturalmente, para ser un simple operario especializado, no hará falta tal formación . Antes de decidirte, puedes hacerte alguna pregunta semejante a éstas : ¿Dónde trabajaré? ¿Qué haré o qué me gustaría hacer? ¿Cuánto ganaré o me gustaría ganar? ¿Reúno las condiciones y aptitudes físicas o psíquicas necesarias? ¿Cuáles son las posibilidades de ascenso? ¿Dónde puedo aprender el oficio o profesión? ¿Cuánto tiempo necesitaré? Categorías profesionales Veamos un poco las distintas posibilidades o niveles de una profesión : 1 .a Un operario especializado es aquél que ha sido adiestrado para manejar una máquina, o hacer sólo unas operaciones concretas. Es un trabajo rutinario . Se practica una y otra vez lo mismo . 2 . 1 Operario cualificado es el que puede preparar y manejar cualquier tipo de maquinaria . Ha de ser capaz de interpretar planos y utilizar herramientas de precisión . Dentro de esta categoría, cabe cierta especialización, por ejemplo :
- Ajustador matricero y herramentista : prepara las matrices, dispositivos o utillajes para trabajos en serie .
- Preparador de máquinas herramientas : hace los montajes de herramientas y los ajustes y reglajes de las máquinas automáticas o especiales ; debe ser capaz de verificar las piezas para comprobar si su ejecución en las máquinas está conforme con lo previsto en el plano . - Verificador : realiza la comprobación de las máquinas y piezas fabricadas, para cerciorarse de si cumplen las especificaciones previstas .
- Encargado de sección : suele ser aquel operario cualificado que, por sus cualidades personales y profesionales, sea capaz de asumir responsabilidades, tomar decisiones, mandar y supervisar a otras personas. 3.1 Ingeniero técnico. Debe ser capaz de proyectar, construir y supervisar las operaciones de las máquinas herramientas . Suele ser el responsable de la fabricación y es una de las personas clave y más importante en la Industria . En el departamento de oficina técnica tiene también una importancia fundamental para la preparación del trabajo, estudio de los procesos y utillajes e incluso para la programación y lanzamiento . Preparación para la profesión Dos han sido tradicionalmente las maneras de aprender una profesión : - Cursar estudios en una escuela profesional ; - Ingresar en un taller como aprendiz . Ateniéndonos a la Ley General de Educación española, la única posibilidad oficial y legal de prepararse a una profesión antes de los 16 años, es la de cursar estudios de Formación Profesional de Primer Grado, por ser éste obligatorio a todos los alumnos que después de la Ense ñanza General Básica, no sigan los estudios del Bachillerato Unificado y Polivalente . Ver organigrama de la Ley General de Educación española . En la escuela aprenderá los fundamentos de la profesión y las ciencias complementarias a ella : las prácticas, la tecnología específica de la profesión y las técnicas gráficas, además de continuar su formación integral . Al salir de la escuela no será un mecánico completo, aún le quedarán muchas cosas por aprender, pero podrá adquirirlas rápidamente gracias a la formación básica adquirida en ella . Muchas escuelas tienen cursos para capacitar a trabajadores con enseñanzas complementarias a fin de que puedan pasar de un grado a otro y llegar a técnicos . Pueden ampliar conocimientos a base de cursos monográficos, como los que suelen darse en escuelas especiales de Ingeniería Técnica . No acaban aquí las posibilidades de la mecánica . Se van implantando nuevas técnicas y proceso de trabajo : máquinas completamente automatizadas . Trabajar en estas máquinas es fácil, pero se requiere saber programarlas, ponerlas a punto y mantenerlas en buenas condiciones de trabajo . Queda pues mucho camino por recorrer y hacen falta muchos y buenos mecánicos para ello . En la actualidad, la planificación establecida por el Ministerio de Educación y Ciencia en la enseñanza de Formación Profesional de 1 .0 y 2 .0 grado en la Rama del Metal, es la que se indica en el siguiente esquema : Rama
Grado
Años
1 .0
2
2 Metal 2. 0
Tipo de enseñanza
Profesión - Mecánica . - Construcciones metálicas .
Régimen General (aprobado el curso de complementarias) .
-Fabricación mecánica .
Régimen de enseñanza especializada (aprobado el primer grado) .
-Máquinas herramientas . - Matriceria y moldes. -Calderería en chapa y estructural . -Automatismos neumáticos y oleohidráulicos .
Índice
Cuestionario Oficial Presentación Indice
4 5 9
OPERACIONES A MANO 5
METROLOGIA
5.2
1
Medir, comparar, verificar
15 15 16 16
2
Micrómetro
17 18 18 19 19 20 20 20 22 22 23
1 .1 1 .2 1 .3
2.1 2 .2 2 .3 2 .4 2.5
2 .6 3
4
Medir Comparar Verificar
El micrómetro Principio del micrómetro Funcionamiento Apreciación Clasificación de los micrómetros 2.5 .1 Según las piezas a medir 2.5 .2 Según su capacidad 2.5 .3 Según su precisión Empleo y conservación 2 .6 .1 Puesta a cero y reglaje de un pálmer
Comparador de reloj
24 25 26 27 27
Calas. Galgas y otros instrumentos de verificación
30 30
3.1 3.2 3.3 3.4 4.1
4.2 4.3
4.4
Comparadores Amplificadores y comparadores especiales Calidades y precisión de los comparadores Normas para su empleo y conservación
Bloques patrón o calas 4.1 .1 Tamaños y tolerancias de los bloques patrón 4.1 .2 Combinación de los bloques patrón para la obtención de medidas 4.1 .3 Precauciones en el manejo de los bloques patrón 4 .1 .4 Accesorios para calas Galgas 4 .2 .1 Galgas de espesores 4.2 .2 Galgas de perfiles Caja luminosa. Proyectores de perfiles y microscopios de taller 4.3 .1 Caja luminosa 4.3 .2 Proyector de perfiles 4 .3 .3 Microscopio de taller Niveles 4.4 .1 Nivel de burbuja 4.4 .2 Verificación de los niveles 4.4 .3 Conservación y empleo de los niveles de precisión
Trazado al aire
5.1
30 31 31 32 32 32 33 33 33 34 34 34 34 35 35
5.3 5.4
6
Escariado a mano
6.1 6.2 6.3
7
Finalidad del trazado al aire 5.1 .1 Conceptos previos Problemas fundamentales que se plantean en el trazado al aire 5.2 .1 Condiciones previas al trazado 5.2 .2 Problema 1 5.2 .3 Problema 2 5 .2 .4 Problema 3 5.2 .5 Problema 4 5.2.6 Problema 5 Orden de las operaciones en el trazado al aire Trazado de precisión 5.4 .1 Orden de las operaciones en el trazado de precisión
Escariado Escariador 6.2 .1 Clasificación de los escariadores 6.2 .2 Escariadores especiales Trabajos de escariado 6.3.1 Demasía para escariar 6.3 .2 Iniciación del escariado 6.3 .3 Sentido de giro 6.3 .4 Velocidad y avance 6.3 .5 Lubricación 6.3 .6 Agujeros cónicos
Rasqueteado 7.1 7.2
7.3
Rasqueteado 7.1 .1 Aplicaciones del rasqueteado Rasque tas 7.2 .1 Tipos de rasquetas 7.2 .2 Preparación y afilado de la rasqueta plana Operación de rasqueteado 7.3 .1 Operación de rasqueteado plano 7.3 .2 Rasqueteado de otras superficies
37 37 38 38
38 39 39 39 39 40 40 42 42 43 43 43 44 45 46 46 46 46 47 47 47 49 49 49 49 49 50 51 51 52
MAQUINAS-HERRAMIENTAS . GENERALIDADES 8 Principios fundamentales y generalidades 8.1 Máquina-herramienta 8 .1 .1 Objeto de las máquinas herramientas 8.1 .2 Clasificación de las máquinas herramientas 8.2 Herramienta de corte
54 54 55 55 56
8.2 .1 8.2 .2
8.3
8.4 8.5
8 .6
Angulos de la herramienta Material de las herramientas de corte Elementos de corte 8.3.1 Movimiento de corte 8.3.2 Movimiento de avance 8.3 .3 Movimiento de penetración o acercamiento Maquinabilidad de los metales 8 .4 .1 Fuerza de corte 8 .4 .2 Potencia de corte Dispositivos de las máquinas herramientas 8 .5 .1 Dispositivos de transmisión o mecanismos 8.5 .2 Dispositivos de mando o de maniobra 8.5 .3 Dispositivos de regulación Sistemas de fijación de la pieza y de la herramienta
9 Mecanismos : elementos de transmisión y de mando mecánicos 9.1 Elementos de máquinas 9.1 .1 Ejes y árboles 9.1 .2 Acoplamientos 9.1 .3 Cojinetes y soportes 9.2 Mecanismos demovimientocircular 9.2 .1 Correas y poleas 9 .2 .2Poleas de fricción 9.2 .3 Ruedas de cadena 9.2 .4 Ruedas dentadas y engranaje 9.2 .5 Sentido de rotación 9.2 .6 Inversores de movimiento 9.2 .7 Variadores de velocidad 9.3 Mecanismos paso a paso 9.4 Transformación del movimiento circular en lineal 9.5 Cadenas cinemáticas 10
11
Otros sistemas de transmisión de mando y de regulación 10 .1 Sistemas hidráulicos 10 .1 .1 Bombas 10.1 .2 Motor hidráulico 10 .1 .3 Cilindro hidráulico 10.1 .4 Conducciones 10.1 .5 Válvulas 10 .2 Sistemas neumáticos 10 .3 Sistemas mixtos: oleoneumáticos y neumohidráulicos 10 .4 Sistema eléctrico 10 .4 .1 Motores eléctricos 10.4 .2 Variadores de velocidad 10.4 .3 Convertidores y rectificadores 10 .4 .4 Interruptores y conectadores 10 .4.5 . Conductores 10 .4 .6 Densidad de corriente 10 .4.7 Aparatos de protección 10 .4 .8 Otros elementos de transmisión, mando o maniobra 10 .5 Posibilidades de mando 10 .5 .1 Mando dependiente de la voluntad del hombre 10 .5 .2 Mandos programados 10 .5 .3 Mandos secuenciales 10 .5 .4 Mandos numéricos 10 .5 .5 Preparación para la programación 10 .6 Sistemas de representación de los sistemas de mando y regulación hidráulicos, neumáticos y eléctricos 10 .6 .1 Representación gráfica 10 .6 .2 Representación simbólica 10 .6 .3 Representación por bloques Sujeción de las piezas en las máquinas herramientas 11 .1 Características generales de los medios de fijación 11 .2 Sujeción de piezas por medio de mordazas o tornillos de máquina 10
56
11 .2 .1 11 .2 .2
57 58 58 59
11 .3
60 60 60 60 60
11 .4
61 62 62 63
12
64 65 65 65 66 67 67 71 71 72 73 74 74 75 75 75 79 80 80 80 81 81 81 81
13
87 87 87 88 88 88 89 90 90 90 90
95 95
Lubricación y lubricantes 12 .1 Lubri ación : su objeto 12 .2 Produ12 ctos lubricantes y su clasificación .2 .1 Clasificación según su estado 12 .2 .2 Clasificación según su origen 12 .2 .3 Obtención 12 .2 .4 Lubricantes sólidos 12 .2 .5 Aceites 12 .2 .6 Grasas 12 .3 El en rase en la maquinaria 12 .3.1 Normas para el engrase 12 .4 Lubric12 ación en el corte .4 .1 Sustancias empleadas en la lubrificación y refrigeración 12 .4 .2 Materiales que no se lubrican ni se engrasan 12 .5 Sistem12 as de engrase .5 .1 Engrasadores 12 .5 .2 Engrase por anillo y cámara de grasa 12 .5 .3 Engrase por baño de aceite 12 .5 .4 Engrase por bomba de aceite 12 .5 .5 Otros tipos de engrase
95 96 96 96 96 97 97 98 99 99 99 99 100 100 100 101 101 102 102 102 102 102 102 103 103 103 103 103 106 106 106 106 107 107 107
TORNO PARALELO
82 82 82 84 84 84 86 86 86
95
Colocación correcta de piezas Diversas formas de sujeción de piezas Sujeción de piezas sobre la mesa 11 .3 .1 Piezas con superficie de referencia mecanizada 11 .3 .2 Piezas en bruto sin referencia de apoyo 11 .3 .3 Nivelación 11 .3 .4 Embridado 11 .3 .5 Topes Otras maneras de sujetar las piezas 11 .4 .1 Platos magnéticos 11 .4 .2 Platos de garras autocentrantes 11 .4 .3 Plato plano 11 .4 .4 Pinzas 11 .4 .5 Entrepuntos 11 .4 .6 Utillajes para trabajos en serie
14
Partes principales del torno y cadenas cinemáticas 13 .1 Torno paralelo 13 .2 Partes principales del torno paralelo 13 .2 .1 Bancada 13 .2 .2 Cabezal 13 .2 .3 Contracabezal o cabezal móvil 13 .2 .4 Carros 13 .2 .5 Cadena cinemática para mover los carros 13 .2 .6 Esquema de cadenas cinemáticas en tornos paralelos 13 .3 Características principales de un torno paralelo 13 .3 .1 Diámetro máximo admisible sobre bancada 13 .3 .2 Diámetro máximo admisible sobre el escote 13 .3 .3 Diámetro máximo de torneado sobre los carros 13 .3.4 Distancia máxima entre puntos 13 .3 .5 Ancho del escote 13 .3 .6 Número de velocidades del eje principal 13 .3 .7 Paso del eje de roscar 13 .3 .8 Características de la caja de avances 13 .3 .9 Potencia del motor 13 .4 Trabajos característicos en el torno paralelo 13 .5 Accesorios principales del torno y elementos auxiliares Herramientas del torno 14 .1 Forma de las herramientas del torno 14 .1 .1 Vástago 14 .1 .2 Cabeza de corte
109 109 109 110 111 114 114 117 119 119 120 120 121 121 121 121 121 121 121 122 123 125 125 126 126
14.1 .3 14.1 .4
14 .2
14 .3 14 .4
14 .5
14 .6
15
16
Herramienta derecha o izquierda Herramienta recta, curvada y acodada Herramientas normalizadas del torno 14 .2 .1 Cuchillas de desbastar 14 .2 .2 Cuchillas de afinar 14 .2 .3 Cuchillas de corte lateral 14 .2 .4 Cuchillas para interiores 14 .2 .5 Cuchillas de trocear 14 .2 .6 Cuchilla de forma 14 .2 .7 Cuchilla de roscar Material de las herramientas de corte 14 .3 .1 Herramientas con plaquitas de metal duro Montaje de las herramientas de corte 14 .4 .1 Rigidez en la fijación 14 .4 .2 Voladizo de las herramientas 14 .4 .3 Influencia de la altura en el ángulo de desprendimiento 14 .4 .4 Portaherramientas 14.4 .5 Influencia del ángulo de colocación o posición Mejoras en las herramientas de torno 14 .5 .1 Rompevirutas 14 .5 .2 Angulo de desprendimiento negativo 14 .5 .3 Tratamientos especiales Designación de las herramientas normalizadas 14 .6 .1 Designación para herramientas de acero rápido 14 .6 .2 Designación para herramientas de torno con plaquitas de metal duro
Montaje de las piezas que se han de tornear 15 .1 Generalidades 15 .1 .1 Normas prácticas de preparación para antes de comenzar un trabajo 15 .2 Montaje de piezas en el torno 15 .2 .1 Montaje entre puntos 15 .2 .2 Montaje al aire 15 .2 .3 Montaje entre el plato y contrapunto 15 .2 .4 Montaje entre plato y luneta fija 15 .2 .5 Montaje con luneta fija o móvil de piezas largas 15 .2 .6 Montaje sobre el carro o sobre la bancada Trabajos en el torno: trabajos elementales 16 .1 Introducción 16 .1 .1 Cuestiones previas a operaciones de torneado 16 .2 Cilindrado exterior 16 .2 .1 Sujeción de la pieza 16 .2 .2 La herramienta 16 .2 .3 Elementos de corte 16 .2 .4 Cilindrado en desbaste 16 .2 .5 Cilindrado de acabado 16 .2 .6 Verificación de cilindros exteriores 16 .3 Torneado de conos exteriores 16 .3 .1 Importancia de la colocación de la herramienta 16 .3 .2 Verificación de conos 16 .3 .3 Torneado de conos por inclinación del carro orientable 16 .3 .4 Torneado de conos con copiador 16 .3 .5 Torneado de conos entre puntos con desplazamiento del contracabezal 16 .4 Taladrado 16 .4 .1 Movimientos principal y de avance y montaje de la broca 16 .4 .2 Montaje de la pieza para el taladrado 16 .4 .3 Operación de taladrado 16 .5 Torneado de interiores o mandrinado 16 .5 .1 Taladrado con ayuda de luneta 16 .5 .2 Herramienta de interiores
126
16 .5 .3 16 .5 .4 16 .5 .5
Porta-herramientas Refrigeración Elementos de corte en el torneado de interiores 16 .5 .6 Verificación de cilindros interiores 16 .5 .7 Torneado de conos interiores 16 .5 .8 Repasado de mandrinado con herramientas fijas 16 .6 Refrentado 16 .6 .1 Sujeción de la pieza 16 .6 .2 Herramientas 16 .6 .3 Velocidad de corte y avance . Influencia de la variación de diámetros 16 .6 .4 Verificación de superficies refrentadas 16 .6 .5 Operación de refrentado 16 .7 Troceado 16 .7 .1 Herramienta de trocear 16 .7 .2 Velocidad de corte 16 .7 .3 Operación de troceado 16 .8 Grafilado o moleteado 16 .9 Pulido 16 .10 Otras operaciones
126 127 127 127 127 127 127 128 128 128 128 129 129 130 130 131 132 132 132 133 133 134 134 134 136 137 137 137 137 140 141 141 142 142 144 144 144 145 145 145 145 146 147 149 151 151 151 151 152 153 154 154 154 155 155 155 156
17
Roscado en el torno. Sistemas de roscas 17 .1 Introducción 17 .2 Sistemas de roscas empleados 17 .2 .1 Sistemas de roscas 17 .2 .2 Especificaciones 17 .2 .3 Principales sistemas empleados 17 .3 Sistema Whitworth 17 .3 .1 Forma y proporciones del filete 17 .3 .2 Diámetros y pasos 17 .3 .3 Denominación de roscas Whitworth 17 .3 .4 Empleo de roscas Whitworth 17 .4 Sistema Sellers 17 .4 .1 Forma y proporciones del filete 17 .4 .2 Diámetros y pasos 17 .4 .3 Denominación de la rosca Sellers 17 .4 .4 Empleo de las roscas Sellers 17 .5 Sistema internacional S.I . 17 .5 .1 Forma del filete 17 .5 .2 Diámetros y pasos 17 .5 .3 Denominación de las roscas S. I . 17 .5 .4 Empleo de la rosca S.1 . 17 .5.5 Sistema francés 17 .5 .6 Sistema DIN 17 .6 Sistema ISO 17 .6 .1 Perfil de rosca 17 .6 .2 Instrucciones 17 .7 Rosca trapecial 17 .7 .1 Rosca Acme 17 .7 .2 Rosca trapecial DIN 17 .8 Rosca en diente de sierra 17 .9 Rosca fina 17 .9 .1 Rosca fina métrica 17 .9 .2 Rosca fina Whitworth 17 .10 Rosca basta 17 .11 Comparación de los perfiles de rosca triangular
17 .12 Deducción de las fórmulas y dimensiones de los perfiles teóricos 17 .12 .1 Deducción de las fórmulas para roscas Whitworth 17 .12.2 Deducción de las fórmulas para roscas Sellers 17 .12.3 Deducción de las fórmulas para las roscas S. l . 17 .12.4 Deducción de las fórmulas para la rosca DIN 17 .12.5 Deducción de las fórmulas para roscas ISO 17 .12.6 Denominación de las roscas en pulgadas 17 .13 Diámetros de las brocas para tuercas
156 156 156 156 157 157 158 158 158 158 159 159 159 160 160 160 161 161 162 164 164 165 165 165 165 165 165 166 166 166 167 167 167 167 167 167 167 168 168 168 169 169 169 169 170 170 170 172 172 173 173 174 174 174 176 176 176 177 178 179 179 180
18
19
Roscado en el torno. Cálculo de ruedas de recambio 18 .1 Generalidades 18 .1 .1 Roscado con herramientas especiales 18 .1 .2 Roscado con herramienta simple 18 .2 Caja de avances 18 .2 .1 Anulación de la caja de avances 18 .3 Cálculo de las ruedas de recambio 18 .3 .1 Regla general para el cálculo de las ruedas de roscado 18 .3 .2 Reducción de unidades métricas a pulgadas y al revés 18 .3 .3 Aclaración sobre el paso o avance en pulgadas 18 .3 .4 Paso del tornillo patrón más corriente 18 .3 .5 Problemas resueltos 18 .3 .6 Comprobación 18 .3 .7 Cálculos aproximados
184 184
Roscado en el torno. Ejecución de roscas 19 .1 Introducción 19 .1 .1 Diámetro de tornillos y tuercas 19 .2 Tallado de roscas triangulares 19 .2 .1 Forma del útil para filetes triangulares 19 .22 Colocación del útil para filetes triangulares 19 .2 .3 Procedimiento de roscado para roscas triangulares 19 .3 Construcción de roscas cuadradas y trapeciales 19 .3 .1 Roscas cuadradas 19 .3 .2 Forma del útil para roscas trapeciales 19 .4 Roscado de tuercas 19.5 Velocidad de corte y profundidad de pasada . Lubricación 19 .6 Salidas de rosca 19 .7 Retorno del carro 19 .7 .1 Retroceso automático del carro 19 .7 .2 Retroceso a mano 19 .8 Medición y verificación de roscas 19 .8 .1 Medición de roscas 19 .8 .2 Verificación de las roscas con calibres fijos
192 192 192 192
185 185 186 186 186
20 .6 20 .7 20 .8 21
186 187 188 188 188 190 191
22
193 193 193 194 194 195 195 196 196 196 196 196 197 197
23
199
FRESADORA UNIVERSAL 20
Partes principales de la fresadora universal y cadenas cinemáticas 20 .1 La fresadora 20 .1 .1 Clases de fresadoras 20 .2 Fresadora universal 20 .2 .1 Partes principales de la fresadora universal 20 .3 Cadena cinemática de la fresadora universal 20 .3 .1 Transmisión del movimiento al eje principal 20 .3 .2 Transmisión del movimiento a la caja de cambios para avances 20 .3 .3 Caja de cambios para avances y mecanismo de inversión 20 .3 .4 Transmisión del movimiento a los mecanismos de la ménsula 20 .3 .5 Mecanismos en ménsula y carros para los avances automáticos y manuales 20 .3.6 Otros mecanismos 20 .4 Engrase de la máquina y sistema de refrigeración y lubricación en el corte 20 .4 .1 Engrase por baño de aceite 20 .4 .2 Engrase por bomba de aceite 20 .4 .3 Refrigeración y lubricación en el corte 20 .5 Esquemas de cadenas cinemáticas de fresadoras 12
201 201 201 202 203 203
Características principales de la fresadora universal Trabajos características en la fresadora universal Accesorios principales empleados en la fresadora
Fresadora universal : herramientas y porta-herramientas para fresadora 21 .1 Fresa 21 .2 Clasificación de las fresas 21 .2 .1 Clases de fresas según el tipo del diente 21 .2 .2 Clasificación de las fresas según su aplicación 21 .2 .3 Clasificación de la fresa según su sistema de fijación 21 .2 .4 Sujeción de la fresa 21 .3 Herramientas de mandrinar 21 .3 .1 Sujeción de la cuchilla 21 .4 Material de la fresa 21 .5 Angulos de corte Fresadora universal . Trabajo en la fresadora. (Preliminares) 22 .1 Generalidades 22 .2 Velocidad de corte 22 .3 Avance 22.3 .1 Selección de avance 22 .3 .2 Sentido de avance 22 .4 Sujeción de la pieza 22 .5 Aparatos divisores. Clasificación 22.5 .1 Aparato divisor sencillo 22 .5 .2 Aparato divisor de tornillo sin fin y círculo de agujeros 22 .5 .3 Aparato divisor con engranajes 22.5 .4 Aparato divisor universal 22.5 .5 Aparato divisor vertical 22 .5 .6 Aparato divisor lineal sencillo 22 .5 .7 Aparato divisor lineal con engranajes Fresadora universal : trabajos característicos 23 .1 Generalidades 23 .2 Fresado plano o planeado 23 .3 Ranurado 23 .3 .1 Ranurado simple 23 .3 .2 Fresado de ranuras T 23 .3 .3 Ranurado equidistante 23 .4 Fresado de chaveteros 23 .4.1 Chavetero abierto 23 .4.2 Chavetero cerrado 23 .4 .3 Chavetero circular tipo Woodruff 23 .5 Corte con sierra circular 23 .6 Fresado de perfiles 23 .7 Fresado de polígonos 23 .7 .1 Normas prácticas
203
MUELAS Y ELECTROAFILADORAS
204
24
204 205 205 206 206 207 207 207 207
Muelas abrasivas 24 .1 Abrasivos 24 .1 .1 Corindón artificial 24 .1 .2 Carburo de silicio 24 .1 .3 Diamante 24 .2 Muelas 24 .2 .1 Composición del abrasivo 24 .2 .2 Grano 24 .2 .3 Aglutinante 24 .2 .4 Grado o dureza de la muela 24 .2 .5 Estructura 24 .2 .6 Forma 24 .2 .7 Marcaje de las características de las muelas 24 .3 Velocidad de las muelas 24 .4 Montaje de las muelas 24 .4 .1 Normas prácticas
207 208 209 210 210 210 211 213 216 216 220 220 221 221 222 222 223 223 223 226 226 226 227 227 229 230 232 232 233 235 236 236 237 237 237 238 239 239 239 239 240 240 240 241
243 243 243 244 244 244 244 244 244 245 246 246 246 247 248 248
25
Electroafi¡adores 25 .1 Generalidades 25 .1 .1 Cómo corta la muela 25 .2 El afilado en general 25 .3 Afiladora de herramientas o electroafiladora 25 .3 .1 Máquina para afilar herramientas de metal duro 25 .3 .2 Accesorio para afilar brocas 25 .3 .3 Precauciones en el manejo de las máquinas de afilar 25 .4 Afilado de herramientas de acero rápido 25 .5 Afilado de herramientas de metal duro 25 .6 Control de los ángulos de la herramienta 25 .7 Pulido del filo de la herramienta
250 250 250 251 251
TALADRADORA 28
252 252 252 253 253 254 254
MAQUINAS DE MOVIMIENTO ALTERNATIVO. LIMADORA 26
Máquinas de movimiento alternativo. Limadora 26 .1 Máquinas de movimiento alternativo 26 .2 Limadora 26 .2 .1 Principales órganos de la limadora 26 .2 .2 Observaciones sobre el funcionamiento de la limadora 26.3 Herramientas de la limadora 26 .3 .1 Material de las herramientas de la timadora 26 .4 Trabajo en la limadora 26 .4 .1 Fijación de la pieza 26 .4 .2 Preparación de la máquina 26 .4 .3 Trabajos característicos en la timadora 26 .5 Características de las limadoras 26 .5 .1 Carrera máxima del carnero 26 .5 .2 Desplazamiento máximo admisible del carro portaherramientas 26 .5 .3 Dimensiones máximas de la mesa 26 .5 .4 Recorrido transversal máximo de la mesa 26 .5 .5 Recorrido vertical del carro principal 26 .5 .6 Medida máxima admisible de las gu ías del carnero a la mesa 26 .5 .7 Número de golpes del carnero 26 .5 .8 Avance de la mesa 26 .5 .9 Potencia del motor
257 257 257 258 260 261 262 262 263 264 267 268 268 268 268 268 268 268 268 268 268
SIERRA MECANICA 27
Sierra mecánica 27 .1 Tipos de máquinas de serrar 27 .2 Máquina de serrar de movimiento rectilíneo alternativo 27 .2 .1 Bancada 27 .2 .2 Mecanismo motriz 27 .2 .3 Arco y mecanismo de avance 27 .2 .4 Tornillo o mordaza de fijación de la pieza 27 .2 .5 Sistema de refrigeración 27 .2 .6 La hoja de sierra 27 .2 .7 Proceso de aserrado en la máquina de movimiento alternativo 27 .3 Máquina de serrar de sierra sin fin 27 .3 .1 Ventajas e inconvenientes con respecto a la sierra alternativa 27 .3 .2 Cadena cinemática 27 .3 .3 Normas prácticas 27 .4 Máquina de serrar circular 27 .4.1 Trozadora 27 .5 Máquina de ciclo automático 27 .6 Características de las máquinas de serrar 27 .6.1 Dimensiones de la herramienta 27 .6 .2 Dimensiones máximas a trozar
Taladradora. Herramientas y trabajo en la taladradora 28 .1 Máquina de taladrar 28 .1 .1 Bancada 28 .1 .2 Mesa 28 .1 .3 Cabezal 28 .2 Máquinas especiales 28 .2 .1 Banco de taladradoras múltiples 28 .2 .2 Taladradora de husillos múltiples 28 .2 .3 Taladradora radial 28 .2 .4 Taladradora con husillo revólver 28 .2 .5 . Máquina horizontal de taladrar . Mandrinadora 28 .2 .6 Máquina de precisión o punteadora 28 .2 .7 Máquina programada 28 .2 .8 Máquina portátil de taladrar 28 .3 Caracterr"sticas de las máquinas de taladrar 28 .3 .1 Dimensiones útiles de la mesa portapiezas 28.3 .2 Recorrido máximo de la mesa 28 .3 .3 Tipo y dimensión del cono del eje principal 28 .3-4 Recorrido máximo del eje principal 28 .3 .5 Distancia mínima entre la mesa y el extremo del eje principal 28 .3.6 Distancia máxima entre la mesa y el extremo del eje principal 28 .3 .7 Distancia entre el eje principal y la columna o montante 28 .3 .8 Número devueltas del eje principal 28 .3 .9 Número de avances automáticos (si los hay) 28 .3 .10 Potencia y características del motor principal 28 .4 Herramientas para taladradora 28 .4 .1 Broca 28 .4 .2 Broca helicoidal 28 .4 .3 Brocas especiales 28 .4 .4 Material de las brocas 28 .5 Trabajo en la taladradora 28 .5 .1 Elección de la máquina 28 .5 .2 Colocación de la broca 28 .5 .3 Fijación de la pieza 28 .5 .4 Elección de la velocidad de corte y avance
279 279 279 280 281 282 282 282 282 283 284 284 285 285 286 286 286 286 286 286 286 286 286 286 286 287 287 287 289 290 291 291 291 291 292
CALCULOSDETALLER 270 270 270 271 271 271 272 273 274 274 275 275 276 276 276 276 277 277 277 277
29
Conos y roscas. Tiempos de mecanizado 29 .1 Conos 29 .1 .1 Conicidad 29 .1 .2 Inclinación 29 .1 .3 Acotación de la conicidad del ángulo del cono, de la inclinación y del ángulo de inclinación 29 .1 .4 Fórmulas para los troncos de cono 29 .2 Metrología trigonométrica 29 .2 .1 Medición de ángulos con rodillos 29 .2 .2 Medición trigonométrica de longitudes. Problemas fundamentales 29 .3 Verificaciones prácticas de conos 29 .3 .1 Verificación de la conicidad con calibre fijo 29 .3 .2 Verificación de piezas interiores (ejes1 con calibre de rendija 29 .3 .3 Verificación y medición de conos con comparadores 29 .3 .4 Verificación del diámetro del cono 29 .4 Verificación de roscas 29 .4 .1 Verificación del ángulo del perfil de la rosca 29 .4 .2 Verificación del diámetro de la rosca con rodillos 29 .4 .3 Diámetro de los alambres para verificar el diámetro de rosca 13
295 295 295 295 297 299 301 301 304 306 306 306 307 307 309 309 310 311
29 .5 30
Cálculos de tiempos de mecanizado 29 .5 .1 Tiempo de corte
Ruedas dentadas de diente recto (engranaje) 30 .1 Conceptos generales 30.1 .1 Engranaje 30 .1 .2 Rueda y piñón 30 .1 .3 Número de dientes (z) 30 .2 Elementos y dimensiones fundamentales de las ruedas de dientes rectos 30 .2 .1 Circunferencia primitiva y diámetro primitivo (L y d) 30 .2 .2 Paso circular (p) 36 .2 .3 Módulo (m) 30 .2 .4 Forma del diente 30 .2 .5 Circunferencia exterior y diámetro exterior (d e) 30.2 .6 Circunferencia interior y diámetro interior (di) 30.2 .7 Recopilación de las fórmulas para el
312 312 317 317 317 317 318
30 .3
318 318 318 318 319 321 322
30 .4
cálculo de ruedas dentadas de diente recto 30 .2 .8 Problemas referentes a una rueda dentada de diente recto Par de ruedas formando engranaje 30 .3 .1 Distancia entre centros 30 .3 .2 Números de revoluciones de los árboles unidos por ruedas dentadas 30 .3 .3 Recopilación de las fórmulas a juegos de ruedas dentadas (engranaje) de diente recto 30 .3 .4 Problemas referentes a un par de ruedas ón y verificación de ruedas dentadas de Medicidiente recto 30 .4 .1 Determinación del módulo (m) 30 .4 .2 Determinación del ángulo de presión 30.4 .3 Determinación de -las dimensiones del diente
322 322 323 323 323 324 324 325 325 325 325
1.
Metrología
Tema 1 .
Medir, comparar, verificar
OBJETIVOS - Aclarar conceptos fundamentales sobre medir, comparar y verificar.
GUION - Medir.
- Comparar . - Verificar.
PUNTOSCLAVE
- Diferenciar con claridad los conceptos: medir, comparar y verificar.
CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS - Sistema métrico decimal . - Sistema de medidas inglesas .
Fig. 1. 1
Medición con regla.
Fig. 1.2
Medición con pálmer .
EXPOSICION DEL TEMA 1 .1
Medir
Es la operación por la cual se establece cuántas veces una magnitud es mayor o menor que otra, tomada como unidad . Supone esta operación expresar concretamente cuánto vale esa magnitud, con una exactitud mayor o menor, según la precisión de los instrumentos empleados . Generalmente no hace falta ningún cálculo previo o posterior para saber cuánto vale, ya que el instrumento da directamente la medida .
Ejemplos Se está midiendo cuando se comprueba : - la distancia entre dos aristas o superficies, con una regla (fig . 1 .1) o con un pálmer * (fig. 1 .2), etc.; - el ángulo o apertura formado por dos superficies, con un goniómetro (fig . 1 .3) ; - la dureza de un material ; ésta es una medición compleja porque se ha de medir : a) el diámetro de la bola ; b) el diámetro de la huella o su profundidad ; c) el peso o carga ejercida . Además, requerirá el empleo de tablas o efectuar el cálculo con fórmulas adecuadas (Dureza Brinell, fig . 1 .4) . 15
Fig. 1.3 Medición de un ángulo con goniómetro.
1 .2 Comparar Es la operación con la que se examinan dos o más objetos o elementos geométricos, para descubrir sus relaciones, diferencias o semejanzas . Con esta operación se comprueba si son iguales, si tienen la misma forma, pero sin expresar numéricamente su valor . Ejemplos
pieza
Fig. 1.4 Ensayo de dureza Brinell : D, diámetro de la bola; d, diámetro de la huella; P, carga de ensayo; f, flecha o profundidad de la huella.
Fig. 1.6
Se está comparando cuando se examina : - si dos superficies forman un ángulo igual a otro, por medio de una escuadramármol (fig . 1 .5) ; - si una curva tiene o no un radio determinado, por medio de unas galgas * o plantillas (fig . 1 .6) ; - si la distancia entre dos superficies es igual o no en todos sus puntos : por medio de' compases (fig . 1 .7) ; por medio de palpador de reloj (fig . 1 .8); - si varias piezas tienen o no la misma altura : con minímetro (fig . 1 .9) . Generalmente, para saber la medida real de una distancia obtenida por comparación hay que hacer alguna operación matemática, a veces tan simple como una suma ; a veces, más complicada .
Fig. 1.5 los.
Plantilla de verificación .
Verificación de ángu-
Fig. 1 .9
Comparación de alturas por medio del minirnetro .
1 .3 Verificar
Fig. 1.7
Comparación de interiores con compás.
Es comprobar si una cosa es verdadera . En Mecánica la operación de verificar comprende tanto el medir como el comparar . En Mecánica la verificación es fundamental . Puede extenderse lo mismo a formas y medidas que a propiedades y características de materiales o acabado de superficies, para saber si las piezas, aparatos o máquinas reúnen las condiciones necesarias para cumplir la función o funciones a que se destinan . Así se puede verificar: - si una pieza tiene la forma debida (fig . 1 .10) ; - si tiene el acabado superficial adecuado (fig . 1 .11), con rugosímetro* (fig . 1 .12) ; - si un eje es, o no, concéntrico (fig . 1 .13) . En los temas 2, 3 y 4 se describen algunos de los aparatos más empleados para verificar en mecánica . Las aplicaciones de los mismos y las de otros, no descritos en estos temas ni en 1 .er curso, se darán en las operaciones que sean necesarias en los procesos de mecanizado .
Fig. 1.8 Comparación de paralelismo por medio del comparador de reloj.
Fig. 1. 10
16
Galgas de radios y su aplicación.
MEDIOS DIDACTICOS
superacabado
Audiovisuales
R1 = 0,4
Diapositivas : 4 .1 .1 Verificación con rugosímetro .
Fig. 1.11 gosidad.
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Estudio breve sobre acabados superficiales y maneras
Indicación de ru-
de verificarlos . - Importancia del acabado superficial en algunas piezas : a) para cumplir su finalidad ; b) para poder medir o comparar correctamente .
EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION - Medir las dimensiones de la clase .
- Medir las dimensiones del tablero de la mesa . - Pesar varias piezas, a ser posible, con balanzas distintas . - Comparar los resultados obtenidos con los que obtengan los compañeros ; ¿por qué esas diferencias?
CUESTIONARIO - Citar, al menos,
tres instrumentos de medida . - ¿Qué diferencia hay entre emplear un instrumento de verificar con graduación o sin ella? - ¿Para qué se mide? - ¿Para qué se compara? - ¿Qué maneras de indicar el acabado superficial conoces? - ¿Para qué utilizar signos de acabado superficial? ¿No hay que dejar la superficie lo mejor acabada posible? - Citar dos maneras de comprobar el paralelismo de superficies . - Si al comprobar con un pie de rey o pálmer un cilindro se obtiene siempre la misma medida, ¿puede decirse que no hay ningún error? - Se trabaja una pieza con gran velocidad y se calienta hasta 40° . Si en ese momento se la mide con un útil que esté a unos 20°, ¿será real o no la medida? ¿qué debe hacerse?
Fig. 1. 12
Rugosimetro y verificación.
VOCABULARIO TECNICO
Galga : Instrumento para medir espesores de alambres o chapas, o una chapa de acero con un perfil determinado para comparar, por superposición, formas de piezas de contornos más o menos raros . Pálmer : Instrumento de medida para exteriores, de mediana precisión, con forma característica, también denominado micrómetro ; fue inventado por el francés Jean Pálmer en el año 1848. Rugosímetro : Instrumento empleado para medir las asperezas que presentan las superficies mecanizadas .
Tema 2.
Fig. 1.13 Verificación cidad en eje .
de
concentri-
Micrómetro
OBJETIVOS - Conocer el micrómetro. - Comprender y dominar la lectura en los diversos tipos de micrómetros. - Aprender a medir con el micrómetro. GUION' - El
micrómetro . - Principio del micrómetro . - Funcionamiento del micrómetro .
Fig. 2.0
17 2.
Tecnología del Meta/ / 2
Micrómetro con su soporte.
Apreciación del micrómetro . - Clasificación de los micrómetros . - Empleo y conservación de los micrómetros. -
PUNTOS CLAVE - Manejo del micrómetro . - Lectura en micrómetros de diversas escalas y sistemas . EXPOSICION DEL TEMA 2 .1
El micrómetro'
Es un instrumento de precisión, empleado en el taller mecánico, pare-s> conseguir medidas más exactas que las obtenidas mediante reglas o pie de.->, rey . El micrómetro para medidas exteriores se llama pálmer ; los empleadospara interiores, se llaman simplemente micrómetros . El pálmer, básicamente, está compuesto de los siguientes elementos(fig . 2.1, transparencia 5.5) : 1 cuerpo en forma de herradura; 2 tope fijo ; 3 tope móvil ; 4 anillo de blocaje ; 5 caña roscada ; 6 cilindro graduado ; 7 eje roscado ; 8 tambor graduado ; 9 tuerca de ajuste ; 10 cono de arrastre ; 11 seguro contra exceso de presión; 12 atacador ; 13 tornillo .
tuerca
Fig. 2.2
Fundamento del micrómetro.
Fig. 2. 1
2 .2
Enumeración de los elementos de un pálmer .
Principio del micrómetro
El principio en que se basa el micrómetro es el del tornillo-tuerca : si en una tuerca fija se hace girar un tornillo una vuelta completa, avanzará axialmente* una distancia igual a un paso (tornillo de una entrada) (fig . 2.2) . En la figura 2 .3 se presenta un pálmer simplificado en sus elementos esenciales .
1 Micrómetro es una parte decimal o submúltiplo del metro equivalente a 10 m, o también 1() mm . Se abrevia con la letra griega 1.t y en el lenguaje de taller se llama micra o micrón . Aquí emplearemos la palabra micrómetro como nombre de un aparato para medir con precisión. -6
1
Fig. 2.3 Partes esenciales de un pálmer.
18
3
En el cuerpo principal (1) lleva una tuerca (2), en cuya parte exterior tiene una grabación longitudinal (3); el tornillo (4) es solidario del mango o atacador (5) ; este mango ajusta en el cilindro exterior de la tuerca, puede girar libremente sobre él y lleva, en su parte anterior, un chaflán con una serie de divisiones en forma de tambor graduado (6) . Cuando el pálmer está cerrado, hacen contacto los topes (7-8), en cuyo momento el tambor (6) tiene el 0 (cero) de su grabación coincidente con el de la escala grabada (3) . 2.3
Funcionamiento (fig . 2.4)
El tambor tiene 50 divisiones y la grabación recta es doble, por debajo de la línea divisoria de referencia ; está grabada en milímetros (figuran inclinados para facilitar la lectura) ; por encima está grabada también en mm pero corridos, respecto a la otra escala, exactamente 0,5 mm (detalle B) . El tornillo tiene un paso de 0,5 mm . Abrase el pálmer, girando el tambor : partiendo de la posición 0 (detalle A) . Si se da una vuelta entera, el 0 del tambor volverá a coincidir con la línea de referencia ; además, el borde del mismo se habrá desplazado axialmente 0,5 mm (paso del tornillo) y, por tanto, ya no estará sobre la línea inclinada de la escala inferior marcada en el 0, sino con la vertical primera de arriba (detalle C) . Si se continúa girando el tambor, a base de vueltas enteras, se volverá a situaciones iguales; es. decir, coincidirá en cada una de ellas el 0 del tambor con una de las líneas de la regla; si es la de abajo, estará midiendo en milímetros enteros (detalle B) ; si es la de arriba, en medios milímetros (detalle C) . Como el tambor se puede girar, no sólo a vuelta entera, sino en cualquier fracción de vuelta, sucederá que se podrán apreciar dimensiones menores de 0,5 mm . Observando la línea del tambor, que coincide o está más próxima a la línea de referencia (detalle D), la lectura se hace así : 1 .° Se leen los milímetros enteros de abajo, indicados por la última de las líneas : 6 mm . 2.° Si aparece alguna recta de las de medio milímetro, entre la inclinada y el tambor, se añaden 0,5 mm a la lectura anterior que se convertirá en 6,5 mm . 3 .° Se leen, a continuación, las divisiones del tambor, 26, que se añaden a la lectura anterior como parte decimal, 6,5 + 0,26 = 6,76 mm . 4.° Si no coincidiese una línea del tambor, por estimación, se podría apreciar aún una tercera cifra decimal . línea de referencia
Fig. 2.4 Detalle del fundamento del nonio.
2.4
Apreciación
Se ve que, a cada vuelta, el tornillo avanza 0,5 mm, que es la menor división de la regla principal (3), (fig . 2 .3) ; como el tambor tiene 50 divisiones, cada una supondrá : 0 .5 - 5 = 1 mm 50 500 100 19
Se puede decir, como en los calibradores : a
menor división de la regla número de divisiones del tambor
6
0 1 23 4 5 A
1000 -4430 X435
Problema Un pálmer en pulgadas tiene la regla dividida de manera que 1" tiene 40 divisiones , el tambor tiene 25 divisiones . ¿Cuál es su apreciación?
6, 40 0 mm a =
menor división de la regla
número de divisiones del tambor
_1" 40 25
__
1" 40-25
__
1" 1000
es decir, 0,001" .
Hay micrómetros que, con el auxilio de un nonio o de otros medios, pueden llegar medir milésimas de milímetro (figs. 2.5A y 2.513) . En la figura 2.6 se ve cómo se maneja el pálmer en diversas mediciones .
Fig. 2.5 A A y B, nonospara lecturas de apreciación de una micra; C, nonio con apreciación de dos micras.
B
Fig. 2.5 8 A, pálmer con apreciación de una micra y lectura directa ; B, apreciación de dos -' micras.
2 .5 Clasificación de los micrómetros Los micrómetros se clasifican : 2 .5.1 -
-
Según las piezas a medir para exteriores, pálmer (fig . 2.1); para interiores (fig . 2 .7) ; para profundidades (fig . 2 .8) ; para roscas (fig . 2 .9) ; de platillos para medir engranajes (fig. 2 .10) ; para otros tipos de piezas o mediciones especiales (fig . 2 .11) .
2.5 .2 Según su capacidad
Fig. 2.6
Diversas formas de medir con palmers de exteriores.
Se escalonan de 25 en 25 mm o de pulgada en pulgada : Para mediciones de 0 a 25 mm o de 0,a 1 " Para mediciones de 25 a 50-mm o de 1" a 2" Para mediciones de 50 a 75 mm o de 2" a 3" Para mediciones de 75 a 100 mm o de 3" a 4" Formando juegos como los de la figura 2.12 . 20
A
Fig. 2.7 Micrómetros para interiores : A, micrómetro de tres contactos; E imicro; C, tornillo micrométrico de orejetas; D, tornillo micrométrico pare agujeros grandes;
Fig. 2.8 Micrómetros para profun didades: A, simple; B, con accesorio de apoyo; C, aplicación.
Fig. 2.9 Micrómetro para roscas : A, por contactos angulares; B, por rodillos .
Fig. 2.10 Micrómetro para medir engranajes : A, micrómetro ; B, forma de medir. 21
B
Fig. 2. 11 Otros tipos de micrómetros : A, para espacios pequeños; B, de apoyo esférico ; C, vertical- :. de base ancha; D, para medir en tres contactos de 1200; E, para medir chapas; F, de doble medición` para tolerancias; G, para medir tubos.
Fig. 2. 12
Juego de micrómetros.
Para interiores o profundidades, y en casos más raros para exteriores suelen emplearse varillas intercambiables y así, con un solo micrómetro pueden hacerse mediciones de capacidades muy amplias (fig . 2 .13) . Los de interiores de tres contactos (tipo imicro o similares) suelen ser dé una capacidad más pequeña, según los juegos (consultar catálogos) .
2.5.3 Según su precisión Los normales suelen apreciar de 0,01 mm o 0,00V', pero los hay di mayor precisión, de 0,001 mm y 0,0001 " .
2 .6 Fig. 2.13 Micrómetros de varillas intercambiables: A, para exteriores; B, para interiores.
Empleo y conservación
Por tratarse de una herramienta de precisión, el micrómetro debe manejarse y conservarse con gran cuidado: - Mantenerlo limpio .
22
- Guardarlo siempre en su estuche o encima de una gamuza o bayeta limpia . - Al medir, no extremar nunca la presión sobre la pieza; emplear el atacador . - No deslizar los topes sobre las piezas ; si se quiere comprobar paralelismo o superficies o diámetros de cilindros en varios puntos, se hace lectura individual cada vez, abriendo y cerrando el micrómetro . - No emplearlo en piezas en movimiento . - Medir sobre piezas limpias y pulidas . - En las mediciones de interiores de dos contactos asegurarse que se mide según un diámetro y no en una cuerda (fig . 2 .14) . - Al medir redondos, será prudente hacer al menos dos mediciones sobre diámetros distintos, por si la pieza no es perfectamente circular (fig . 2.15) .
mía. q
aA w
Fig. 2. 14 Medición de interiores con micrómetro .
2 .6 .1
Fig. 2.15 Medición correcta de exteriores .
Puesta acero y reglaje de un pálmer
Con el uso pueden desgastarse los contactos o simplemente desajustarse . Veamos cómo podemos volverlo a su posición correcta : Si el pálmer es de capacidad de 0 a 25 mm, se colocan los topes en contacto con ayuda del atacador . Si no coincide el cero del tambor con el de la escala, se gira el cilindro graduado (6) (fig . 2.1) con una llave de gancho (fig . 2.16A) hasta su perfecta coincidencia . Si el pálmer es de mayor capacidad, se emplea un bloque patrón cuya dimensión sea la menor capacidad del pálmer (fig . 2 .1613) . Si la rosca del tornillo (7) (fig . 2.1) se desajusta, puede reajustarse por medio de la tuerca (9) (fig . 2 .16C) . Si el atacador no tiene la fuerza necesaria, puede regularse como se muestra en la figura 2.16. A
D
Fig. 2.16 Reglaje y puesta a cero de un pálmer.
23
PROBLEMAS
1 Un pálmer tiene un husillo de 0,5 mm de paso ; el tambor de 50 divisiones y el nonio con 5 divisiones . ¿Cuál es su apreciación? 2 Con el pálmer del problema anterior, se mide una pieza de 22,374 mm ; hacer un croquis de la posición de medida en las escalas. 3 En un pálmer cerrado, hay que dar 40 vueltas para medir 1" y el tambor tiene 50 divisiones . ¿Cuál es su apreciación? 4 Si se quiere apreciar con el pálmer del ejemplo anterior 0,0001" por medio de un nonio, ¿cuántas divisiones deberá tener éste? 5 En un pálmer de apreciación 0,001", con una regla dividida en
40
y 25 divisiones
en el tambor, se quiere medir 0,487" . ¿Cómo aparecerán las escalas? Hacer un croquis. MEDIOS DIDACTICOS Audiovisuales
Transparencia : 5.5 Mecanismo de un micrómetro .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Estudiar y explicar cómo puede apreciarse 0,001 mm con un pálmer . - Tipos de pálmer especiales . EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION - Mediciones con varios tipos de micrómetro, tanto interiores como exteriores y con escalas diversas . - Realizar las lecturas propuestas en la figura 2 .17 . CUESTIONARIO
- ¿Es lo mismo pálmer que micrómetro? Explicarlo . - ¿Cuál es la finalidad de los micrómetros? - ¿En qué se basa el micrómetro? - ¿Se pueden medir micras con un pálmer? - ¿Cómo suelen ser los puntos de contacto de los micrómetros para evitar su rápido desgaste? - ¿Cuál es el valor del paso de un tornillo micrométrico? - ¿Por qué es necesario mirar de frente a la lectura del micrómetro? - ¿Para qué sirve el anillo de freno?
O Fig. 2.17 Posiciones de escalas de pálmer para ejercicios de lectura.
VOCABULARIO TECNICO
Axialmente: Relativo al eje. Avanza axialmente : avanza en la dirección del eje .
Tema 3 .
Comparador de reloj
OBJETIVOS
- Conocer y aprender a manejar el comparador de reloj,
- Conocer las características y tipos de comparadores . GUION
Fig. 3. 1
Comparador de reloj.
24
Comparadores normales. Amplificadores . Modelos de comparadores . Calidades y precisión de los comparadores . Normas para su empleo y conservación .
PUNTOS CLAVE - Aprender a seleccionar
el comparador adecuado según la precisión requerída . - Manejo de los comparadores : aplicaciones prácticas .
EXPOSICION DEL TEMA 3.1 Comparadores El comparador de reloj (fig. 3 .1) es un instrumento de verificación que sirve para comparar unas medidas con otras. No da directamente la medida de una magnitud, sino sólo por comparación con otra conocida . Todos ellos emplean un sistema de amplificación de engranajes o de palancas . El mecanismo (fig. 3 .2A) va encerrado en una envoltura o caja de acero o aluminio deforma circular . Un eje atraviesa la caja, deslizándose sobre unos . o guías cuidadosamente trabajados . cojinete El extremo de este eje termina en una bola de acero templado o de metal duro, que es la que se pone en contacto con la pieza a verificar ; sus movimientos se transmiten por medio de un mecanismo interior, a base de engranajes, a una aguja que gira sobre una esfera semejante a la de un reloj, dividida en cien partes iguales . La esfera es generalmente giratoria, para que pueda llevarse el cero a la posición más conveniente . La mayoría de los comparadores llevan otra aguja pequeña que indica vueltas completas de la grande. En el comparador centesimal corriente, cada división de la esfera mayor corresponde a un desplazamiento del vástago de 0,01 mm y cada división de la esfera menor a 1 mm . El desplazamiento máximo suele ser de 10 mm ; pero, para usos especiales, algunos tienen hasta 30 mm. Los comparadores se fijan en un soporte, de muy variadas formas, según la verificación que se trate de hacer (fig. 3.2B) ; pero deben colocarse siempre de tal manera que el vástago del comparador sea perpendicular a la superficie que se quiera comprobar . Si no se hace así, las indicaciones de la aguja resultarán falsas (fig. 3 .3) .
Fig. 3.2 A Mecanismo de un comparador de reloj: 1, eje con cremallera; 2, 3, 4 y 5, tren amplificador de engranajes; 6, eje de la aguja grande.
Fig, 3,3 Posición para la comparación, con el comparador de reloj.
Fig. 3.2 B Soportes para comparador de reloj: 1, base prismática ; 2, base magnética; 3, base de diabasa; 4, con mármol o estático ; 5, con brazo articulado flexible.
Fig. 3.4
Verificación de paralelismo .
del paralelismo dedos Se emplean los comparadores para la verificación concentricidad de ejes y agujecaras (fig. 3.4), para comprobar la redondez y (fig. 3.5), herramientas ros, para la colocación de las piezas en las máquinas usos, hasta el multitud de para medir y clasificar piezas (fig . 3 .6) y para universales de más punto de poder afirmarse que es uno de los aparatos comprobación .
Fig. 3.5 Colocación y centrado de piezás en máquinas.
Fig.3.6
Clasificación y medición de piezas.
Amplificadores y comparadores especiales (medida y paralelismo) Cuando la precisión en la verificación de piezas de palanca o comparadores los emplearán deba ser mayor de 0,01 mm, se amplificadores, llamados también minímetros (figs. 3.7A y B) . describe más que un En estos instrumentos, generalmente la aguja no mm y su capacipequeño arco de círculo . La apreciación suele ser de 1/1000 precisión, por ejemplo, dad sólo de 0,1 a 0,2 mm, aunque los hay de mayor el microkator que aprecia 0,1 micras (fig. 3.8) . verificarse la pieza con un Antes de emplear estos comparadores, debe comparador normal de reloj . verificación debe ser Quiere esto decir que el empleo de los aparatos de menor precisión, y progresivo, es decir, que primero hay que emplear los de mayor precisión : cuando estos ya no den variación apreciable, emplear los de y soporte Minímetro Fig. 3.7A los 1 .0 de apreciación de 0,01 portaminímetro . 2 .° los de apreciación de 0,001 3 .° los de apreciación de 0,0001, si hace falta . especiales por De entre una gran variedad de modelos, se destacan como angulares . En la palpadores su gran aplicación en ajustes y en máquinas, los mode. Otro figura 3.9, se puede ver su mecanismo interior y sus aplicaciones en la aparece esquema lo, también interesante, es el Cary (fig . 3 .10), cuyo figura 3.11 . 3.2
a-p=rb
ap
Fig. 3.8
Comparadorminímetro. 26
Microkator de 0,1 micra de apreciación.
Fig. 3. 10
Comparador Cary .
Fig. 3.9 Palpador angular y sus aplicaciones : 1, esfera graduada; 2, sistema de amplificación; 3 y 4, placa doble para cambio automático de sentido de la medición; 5, cojinete regulador del movimiento . Fig. 3. 1 1
3.3 Calidades y precisión de los comparadores Los comparadores y minímetros, como todo otro aparato, tienen unas tolerancias de aplicación y también posibles defectos. Naturalmente, éstos son menores cuanto mayor es su precisión . Cuando las tolerancias en las medidas sean muy estrechas, deberán utilizarse los de mayor precisión y con soportes adecuados . Los de apreciaciones superiores a la micra no suelen emplearse nunca en el taller, sino en los laboratorios de medida, ya que el calor, las vibraciones, etc ., podrían falsear las mediciones. Los alcances de medida son también proporcionales a las precisiones . A título de orientación, he aquí la tabla siguiente :
3.4
Precisión apreciada en el aparato
Capacidad o longitud de carrera
Aconsejable para tolerancias de
0,01 mm 0,001 mm 0,0005 mm
10 mm 0,5 a 1 mm 0,025 mm
0,015 a 0,075 0,005 a 0,015 0,002 a 0,005
incorrecto
Fig. 3. 12 rador.
Esquema del comparador Cary .
correcto
Manera de sujetar el compa-
Normas para su empleo y conservación
Los comparadores son aparatos delicados, por lo que hay que tratarlos con sumo cuidado si se desea que tengan larga vida en perfectas condiciones . Normalmente, van protegidos contra choques en el eje principal pero no así en el resto . Otra de las precauciones que hay que observar es la fijación al soporte cuando se haga por la caña. Debe apretarse con una brida y nunca con un tornillo directamente (fig. 3 .12) . En muchos de estos aparatos está prevista la posibilidad de utilizar tapas distintas (fig. 3.13), para poderlos sujetar de diversas maneras, según las necesidades . También se puede disponer de puntas palpadoras de varias formas y tamaños, a fin de dotarlos de mayores posibilidades de utilización (figs . 3 .14, A, B, C) . 27
Fig.3 .13 Tapas con diversas formas para sujetar los comparadores .
Fig. 3.14 A, Puntas de comparador para diversas aplicaciones ; B, alargador; C, dispositivo para levantar el eje del comparador.
Fig. 3.15
Verificación simultánea de medidas combinadas.
Fig. 3.16 Comparador neumático: su esquema y aplicación.
Fig. 3.17
Fig. 3. 18
Comparador electrónico.
28
Comparador de avisador luminoso.
4
5
Fig. 3.19 Alexómetro para verificación de interiores : 1, alexómetro; 2, detalle de la cabeza; 3, forma de medición; 4, detalle de la forma del movimiento al medir; 5, ajuste de medida ; 6, aplicación.
Con estos aparatos pueden hacerse infinidad de montajes, incluso para verificaciones simultáneas de medidas combinadas (fig . 3 .15) . Hoy día se están imponiendo también, para verificaciones en serie, los aparatos neumáticos (fig . 3 .16) y los electrónicos (fig . 3.17) . Se usan, además, los avisadores luminosos, que señalan rápidamente las posiciones correctas o defectuosas (fig . 3.18) . También tienen aplicación para verificación de interiores (fig . 3.19) . MEDIOS DIDACTICOS Audiovisuales Diapositivas : 6.2 .1 Mecanismos de un comparador de reloj . 6 .2 .2 Comprobación de centraje en el torno con comparador milesimal . 6.2 .3 Comprobación de conicidad con comparador milesimal y mesa de centraje . 6.2 .4 Minímetro. TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Describir los comparadores o amplificadores que se conozcan . - Hacer una lista de aplicaciones que puedan lograrse con los amplificadores . EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION Verificaciones simples y combinadas con varios amplificadores y comparadores . CUESTIONARIO
- ¿Qué es un comparador de reloj? - ¿Por qué se llama así? - ¿Qué finalidad tiene que la esfera exterior sea giratoria? - ¿Cuál es la cualidad principal que debe tener un comparador? - ¿Qué otros nombres recibe un amplificador? - ¿Para qué tipos de medidas se puede emplear el comparador de reloj? - ¿Tiene alguna relación la precisión con la amplitud o recorrido del aparato? - ¿Por qué es necesario levantar el palpador para cada medida? - ¿Todos los aparatos son de la misma precisión? - ¿Por qué no se puede utilizar el comparador en una distancia superior a 10 mm? - Si se conoce algún aparato neumático de comparación, describirlo brevemente en sus líneas generales. - ¿Qué es un aparato con indicaciones luminosas? ¿Qué ventajas tiene? 29
Calas . Galgas y otros instrumentos de verificación
Tema 4. OBJETIVOS -
Conocer Conocer Conocer Conocer
los bloques patrón o calas y algunas de sus aplicaciones. las normas para tomar diversas medidas . los accesorios para ampliar las aplicaciones de las calas. el uso de las galgas y de otros instrumentos de verificación .
GUION - Bloques patrón o calas. - Galgas . - Caja luminosa, proyectores y microscopios de taller . - Niveles . PUNTOSCLAVE - Manejo de los bloques patrón . EXPOSICION DEL TEMA Bloques patrón o calas
4.1
Las calas de precisión, bloques patrón o placas Johannson, están constituidas, generalmente, por rectángulos de acero especial templado y con un grado de acabado extraordinario de superespejo . El empleo de instrumentos de precisión crea la necesidad de disponer de calibres patrón para el contraste de aquéllos. Las formas de estos patrones suelen ser : - patrones cilíndricos ; - patrones prismáticos ; - varillas patrón . Los más universalmente conocidos y empleados, son los prismáticos . El primer fabricante fue Carl Edvard Johannson ; de ahí que sean conocidos con el nombre de calas o bloques Johannson (fig . 4 .1) . Tamaños y tolerancias de los bloques patrón La longitud del bloque o cala es la distancia perpendicular entre las dos superficies planas . La medida se entiende entre una superficie plana de apoyo y la superficie libre (fig. 4 .2) . Se fabrican de diferentes grados de precisión, como se aprecia en la tabla 4.3. 4 .1 .1
Tabla 4.3 Calas Johannson : tolerancia de forma en micras según grados de precisión Medidas de la cala en mm
Fig. 4. 1 Bloques patrón o bloques Johannson.
30
de
a
25 50 100 200 500
25 50 100 200' 500 1000
AA
A
Grados o clase H Tolerancias en
0,05 0,06 0,07 0,09 0,15 0,25
0,07 0,08 0,09 0,12 0,22 0,40
0,09 0,10 0,12 0,15 0,27 0,50
C
W
0,11 0,12 0,15 0,20 0,35 0,60
0,15 0,17 0,20 0,30 0,50 0,90
N
4.1 .2
Combinación de los bloques patrón para la obtención de medidas La posibilidad de medidas depende del número de piezas que compone la colección . La casa Johannson prepara colecciones o juegos muy variados . Así la M1 con 112 piezas, es la más completa (fig . 4.1) con el siguiente reparto : Intervalo o escalonamiento 0,0005 0,001 0,01 0,5 25
'
Medidas en mm 1,0005 1,001 1,002 . . . 1,009 1,01, 1,02 . . . 1,49 0,5, 1,00 . . . 24,50 25,50, 75,100
Número de piezas: Calidades AA-A-B C-W 1 9 49 49 9
_ 9 49 49 4
Si se unen convenientemente varios bloques, se podrá obtener prácticamente cualquier medida . Para formar estas medidas, se comienza siempre por el bloque que dé la tercera cifra decimal ; después, se añade la que dé la segunda cifra decimal ; luego, la mayor posible y, finalmente, la diferencia hasta la medida total .
Fig. 4.2
~1 Y Dimensión del bloque.
C o rJ .StrWT®
Problema ¿Qué bloques se emplearán para formar las medidas : 39,605 ; 60,43 y 99,995 mm?
~®R~
D
c
cr~ L k S
csr~,ppN~2L"
Solución 1,005 1,100 25,000 12,500 39,605
1,430 50,000 9,000 60,430
1,005 1,490 75,000 22,500 99,995
Al formar estas combinaciones, hay que tener en cuenta : - Elegir el menor número de bloques posible. - Que los bloques pequeños queden en el centro . - A ser posible, emplear bloques protectores en los extremos . Estos bloques protectores son de 1 ó 2 mm de espesor y de metal duro, precisamente porque, al ser de gran dureza, no se desgastan con el roce de los aparatos (fig . 4 .4) . - Que la adhiarencia sea perfecta . 4 .1 .3
Precauciones en el manejo de los bloques patrón
Como quiera que son de gran precisión, deberán tratarse con cuidado especial : - Protegerlos de la humedad y de las variaciones bruscas de temperatura . - Protegerlos contra suciedad, virutas, etc., que puedan dañar la superficie de medida (de pulimentación especular) . - Evitar su imantación no sujetándolos a platos magnéticos o exponiéndolos a campos magnéticos . - Guárdense siempre, después de limpiarlos bien con una gamuza, y protéjanse con una fina capa de vaselina neutra de primera calidad, exenta de humedad y de ácidos . Para engrasarlos, impregnar una gamuza con vaselina y frotar suavemente la cara de la cala . 31
Fig. 4.4
Protectores de metal duro .
Evitar, a toda costa, los golpes y la fuerte presión contra aristas vivas. - Evitar deslizarlos sobre piezas poco pulidas o con rebabas o aristas ; podrían rayarse y no adherirse entre sí . - Si, de todas maneras, se producen algunas pequeñas rayas o rebabas, frótese suavemente en una piedra de diabasa número 79 CEJ de dimensiones 60 x 40 x 20, cuyas dos caras mayores estén lapeadas especialmente (fig. 4.5) . Si las rayas son profundas, no hay que intentar repararlas, sino enviarlas a reparar a casas especializadas . -
Fig . 4 .5 Piedra de diabasa para repasar calas.
4 .1 .4 Accesorios para calas Para sacar buen rendimiento de las calas, es necesario disponer de un buen juego de accesorios ; en la figura 4.6, aparecen algunos de ellos, tanto para trazar como para verificar . Véase en la figura 4 .7 una aplicación .
A
D
E
Fig. 4.8 Juego de galgas de espesores.
Fig. 4.6 Juego de accesorios: A, estuche para accesorios; B, detalle de la regleta; C, puntos de marcar; D, base para el gramil; E, accesorio para montaje de calas.
4.2
En mecánica se emplea la palabra galga en varios sentidos : - como calibre de espesores de chapas y alambres ; - como instrumento para medida de juegos u holguras ; - como instrumento de forma para comprobación de perfiles y radios .
Galgas de espesores Para comprobar rápidamente los pequeños juegos u holguras, se emplean las galgas o sondas de espesores, sobre todo en automovilismo . Combinando dos o más galgas del mismo juego, podrán obtenerse medidas intermedias (figs . 4 .8 y 4.9) . Para usarlas, se irán probando sucesivamente las diversas medidas, haciéndolas entrar sin forzarlas . Cuando una medida entre y la siguiente no, el valor del juego se encontrará entre ambas . Su conservación se reduce a mantenerlas limpias y ligeramente engrasadas con vaselina, evitar los golpes y, sobre todo, no emplearlas para otro uso que no sea el suyo propio. 4.2.1
Fig. 4.9 Aplicación de las galgas de espesores .
Galga
32
Fig. 4.7
Aplicación de las calas y accesorios.
4 .2 .2
Galgas de perfiles
Fig. 4. 10 Juego de galgas de radio y su aplicación.
Existen dos tipos de galgas de perfiles : de radios y especiales . 4.2 .2 .1
Galgas de radios
Se emplean para comprobar los redondeados de las piezas mecanizadas, para croquizarlas y también para su verificación durante la ejecución . Deben conservarse limpias y ligeramente engrasadas con vaselina, y al verificar la pieza no deslizarlas contra la misma . Pueden ser cóncavas o convexas, y suelen ir agrupadas en juegos de diversas medidas (fig . 4.10) . Un uso muy particular son las galgas para diámetros de toberas (fig . 4.11) . 4.2 .2 .2
4 .3
Caja luminosa . Proyectores de perfiles y microscopios de taller En ocasiones los instrumentos estudiados no son apropiados . Pueden emplearse entonces algunos de los siguientes medios .
Fig. 4- 12
Galga de forma.
la
14t7 , tAKM/A
Caja luminosa (fig . 4 .14)
En la elaboración de dos superficies delgadas, que deban unirse entre sí, es útil el uso de la caja luminosa, que consiste en una lámpara eléctrica en el interior de una cámara, libre por un lado, para proyectar la luz a través de un cristal perfectamente plano y traslúcido . Apoyando la pieza trabajada en el vidrio iluminado y acercando la arista de comprobación, podrá observarse la precisión alcanzada y los puntos que deban retocarse. Podrá también pegarse un dibujo, hecho en papel de seda, en la parte interna del vidrio y comprobar si la pieza, que podrá ser de distintas formas, coincide con el perfil dibujado . Este método es un auxiliar muy eficaz para la preparación de galgas de perfiles raros y también para el ajuste de piezas delicadas, matrices, punzones, etc. Se le denomina también rendija luminosa . 33 3.
Galgas para diámetros de to-
Galgas para perfiles especiales
Se emplearán galgas preparadas expresamente (fig . 4 .12) y deberán construirse con mucha precisión, ordinariamente con ayuda de cajas luminosas o proyectores de perfil sobre dibujos hechos con gran exactitud. Estas galgas se hacen de chapa de suficiente espesor como para que sean rígidas, de 3 ó 4 mm ; para que el perfil resulte de precisión, al contrastarlas con las piezas, se les hace un bisel . Otras galgas, muy empleadas en mecánica, son las usadas para verificar pasos de roscas (fig . 4.13) .
4 .3 .1
Fig, 4. 11 beras.
Tecno1ogia del Meta/ / 2
Fig. 4.13 ción .
Galgas de roscas y su aplica-
Fig. 4.14
Caja luminosa .
4.3 .2
Proyector de perfiles
4.3 .3
Microscopio de taller
Para mayores precisiones, se emplean los comparadores ópticos o proyectores de perfiles, los cuales proyectan una sombra del objeto a examinar, con lo cual revelan cada uno de sus detalles y dimensiones .(fig. 4.15) aumentados de tamaño . Verificaciones extremadamente difíciles se efectúan en pocos segundos, con apreciación instantánea de errores tan pequeños como 0,0025 mm . Hay una gran variedad de modelos, de pequeña o gran precisión, que sirven para comprobar engranajes, roscas, fresas, etc ., por medio de plantillas .
Fig. 4.15 Proyector de perfiles .
También se emplean para estos casos microscopios de taller (fig . 4 .16) . Estos microscopios de taller tienen un anteojo en cuyo objetivo se ve una retícula o perfil adecuado . La pieza que se quiera comprobar se desplaza microméticamente hasta lograr la coincidencia con la retícula del objetivo . La medición de los desplazamientos de la pieza sirve para medir o verificar. 4.4
Niveles
Los niveles son aparatos destinados a comprobar la horizontalidad de una línea o plano . Consecuentemente, pueden comprobar la verticalidad de un eje o un plano, combinados con una escuadra . Los principales son : - de agua ; - de burbuja . Los más empleados en mecánica son los de burbuja, que pueden ser esféricos o lineales, y como variante de éstos los de cuadro .
Fig. 4.16 Microscopio de taller. A
B
Fig. 4.17 Niveles: A, normal; B, de cuadro; C, micrométrico.
4 .4 .1
Nivel de burbuja (fig . 4.17)
El nivel de burbuja es un instrumento constituido por un receptáculo de vidrio (tubular o esférico) colocado, ya fijo, ya orientable, sobre una base metálica . Esta base está perfectamente aplanada y suele llevar un rebajo en forma de V para poder apoyar el instrumento en ejes y superficies cilíndricas . En la figura 4 .17A puede verse un nivel de precisión. El tubo o depósito de vidrio, protegido por una envoltura metálica, está lleno de alcohol o éter, de tal manera que quede una burbuja de aire, que por su menor densidad quedará en la parte superior del tubo y se desplazará de una a otra parte al inclinar el nivel . El objeto de los niveles es comprobar si un plano, superficie o línea eso no horizontal . 34
Los niveles esféricos comprueban la horizontalidad en todas las direcciones, pero resultan menos precisos que los lineales y se emplean poco en mecánica . Los lineales sólo comprueban en una sola dirección . Para comprobar si una superficie es horizontal en todas las direcciones, será preciso colocar el nivel en varias posiciones, al menos en dos. Para que el plano sea horizontal es preciso que la burbuja ocupe la parte central entre las señales mayores del tubo; si la superficie no es horizontal, la burbuja se desplazará hacia la parte más alta del plano . Además de las señales que indican la situación central de la burbuja, lleva otras a ambos lados, generalmente con 2 mm de separación unas de otras . 4.4.2
Verificación de los niveles Antes de utilizar un nivel, es preciso comprobarlo . Estará a punto cuando, haciendo con él dos lecturas sobre el mismo plano y sentido inverso, girando el nivel 180°, en las dos lecturas la desviación sea la misma y hacia el mismo lado. De no ser así, deberá ponerse a punto, por medio de un tornillo de regulación . Se procede así (fig. 4 .18) 1 .° Sobre un plano, inclinable a voluntad, se centra la burbuja . 2.° Se invierte el nivel y al no estar corregido se desviará la burbuja . 3.° Con el tornillo de regulación, se corregirá el nivel hasta que la burbuja ocupe una posición intermedia entre la que ocupaba y la central . 4.° Se mueve el plano hasta que la burbuja recorra el resto del trayecto y quede centrada . 5.° Se invierte de nuevo el nivel . Si las operaciones se han ejecutado correctamente, la burbuja seguirá centrada, el nivel quedará corregido y el plano estará horizontal . Si todavía quedase una pequeña desviación, se volverá a empezar el ciclo . Si el nivel es de mucha sensibilidad, tal vez sea preciso efectuar el ciclo dos o tres veces . 4.4 .3
Conservación y empleo de los niveles de precisión Los niveles empleados en mecánica son aparatos de alta precisión que necesitan un delicado cuidado, ser guardados siempre en estuche y evitar aun los más pequeños golpes . Para mediciones de precisión, hay que recurrir a los laboratorios de metrología, los cuales además de poseer aparatos de precisión, están acondicionados en cuanto a temperatura y humedad, a fin de que no tengan influencia los agentes externos . MEDIOS DIDACTICOS Audiovisuales
Diapositivas : 6.4 .1 Bloques patrón . 6.4 .2 Unión de bloques patrón . 6.4.3 Unión de bloques patrón . 6.4.4 Diversos tipos de calibres fijos . 6.4.5 Comprobación de superficies curvas . 6.4.6 Nivelación de la mesa de una limadora .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Hacer un estudio sobre la fabricación de los bloques patrón . - Visitar un laboratorio de metrología y exponer las propias impresiones .
Fig. 4.18 Comprobación de horizontalidad con nivel.
EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION se emplearían - Con unas piezas mecanizadas y conociendo su uso, citar qué medios propuesta y, acuerdo con la verificación de para su verificación . Luego, hacer alguna logrados . los resultados autocrítica según posteriormente, hacerse una CUESTIONARIO
- ¿Son los bloques patrón instrumentos de medida? - ¿Se emplean solos o combinados? los - ¿Conoces algún útil o accesorio que amplíe las posibilidades de utilización de bloques patrón? - ¿Sabes si hay algún instrumento más preciso que los bloques patrón? - ¿Qué precauciones principales hay que observar al emplear los bloques patrón? - ¿Para qué sirven los niveles? - ¿Qué es un microscopio de taller? - ¿Para qué sirve un proyector de perfiles?
2.
Operaciones a mano
Tema 5.
Trazado al aire
OBJETIVOS - Conocer . la técnica del trazado al aire, como preparación al mecanizado . - Dar una idea para los procesos de trazado . GUION - Finalidad del trazado al aire. - Problemas fundamentales del trazado al aire . - Orden de las operaciones en el trazado . - Trazado de precisión . PUNTOS CLAVE - Cuándo hay que realizar el trazado y cuándo no . - Trazado de precisión . EXPOSICION DEL TEMA 5 .1
Finalidad del trazado al aire Ante todo, recomendamos repasar lo dicho en los temas 14 y 15 de Tecnología del Meta/l1, de esta misma Editorial . Completaremos en este tema algunos detalles no tratados allí, como operación previa al mecanizado en máquinas herramientas y sobre el trazado de precisión . Los fines que aquí nos interesan son : - Trasladar a la pieza, o piezas, el dibujo o forma de las mismas, para que sirva de guía en el proceso de mecanizado. - Controlar si la pieza en bruto tiene la forma y el material suficiente para la obtención de la pieza acabada que se necesita . Si las distancias de centros de los agujeros o cubos es correcta, si hay suficiente demasía para el mecanizado, etc . - Asegurar con él, la perfecta colocación de las piezas en las máquinas herramientas . Ya se ha dicho en Tecnología del Metal/1 que el trazado no suple a las diversas verificaciones, sobre todo si se tiene en cuenta que el trazado, en 37
Fig. 5. 1 Pieza que se ha de trazar.
general, no podrá hacerse con precisiones mayores de 0,1 a 0,3 mm, cuando sabemos que estas precisiones son insuficientes en la mayoría de las piezas mecanizadas . A pesar de estas limitaciones, en ocasiones, se hace imprescindible para la obtención de plantillas o perfiles que no respondan a curvas realizables automáticamente . En estos casos, deberá trazarse con la mayor precisión posible, como luego veremos en el llamado trazado de precisión . 5.1 .1
Conceptos previos
Antes de proceder al trazado, es indispensable estudiar detalladamente el plano de mecanizado . También deberemos, a ser posible, estudiar el plano de conjunto para ver las relaciones con las otras piezas y deducir las cotas funcionales . De estos exámenes se deduce el tipo de trazado necesario y si sólo se utilizará para mecanizar las superficies de apoyo o las de referencia y la precisión necesaria . Superficies de referencia Se llaman así a las que sirven de apoyo o deslizamiento y, por tanto, entran en contacto con otras piezas del conjunto . A veces, estas superficies son virtuales, es decir, no aparecen realmente como tales superficies ; sólo son aparentes o imaginarias (como los ejes de simetría) . En estos casos, los llamaremos planos de referencia . Las superficies o planos de referencia dan lugar a las llamadas cotas funcionales (ver Técnicas de expresión gráfical2) . También se consideran como superficies de referencia aquéllas que se mecanizan en primer lugar y que sirven de base o punto de partida para comprobar las medidas y las relaciones con otras superficies o elementos de la pieza . Estas superficies dan lugar a las cotas de fabricación . 5.1 .1 .1
Fig. 5.2 Trazado de un plano que pase por tres puntos dados.
5.1 .1 .2 Superficies de partida Son aquellas superficies de la pieza en bruto, por las que se apoya en la máquina o en el utillaje de fijación y que aseguran el posicionado de la pieza . En el trazado, la superficie de partida es la que se apoya en el mármol . Esta superficie del mármol es la superficie de referencia principal en esta operación . 5.1 .1 .3 Superficies asociadas Son las que están unidas geométricamente y que se mecanizan en la misma postura de la pieza. También por extensión, en nuestro tema son aquéllas que se trazan en la misma postura . Fig. 5.3 Trazado de un plano perpendicular a otro, pasando por dos puntos dados.
.5.4 Fig
Otra solución del problema anterior.
Problemas fundamentales que se plantean en el trazado al aire En este punto vamos a estudiar, por medio de unos ejemplos, los problemas fundamentales que se pueden presentar en el trazado al aire . Como fundamentales, nos servirán de base para solucionar otros casos particulares o derivados de éstos. Antes de pasar a su estudio, recordemos algunas condiciones o trabajos previos al trazado propiamente dicho . 5.2
5.2.1 Condiciones previas al trazado Pintado de la pieza total o sólo donde debe trazarse . (Recordar lo dicho en Tecnología del Metalll, tema 14) - Taponar los agujeros o huecos en los cuales debe trazarse algún punto de referencia o apoyo para el trazado, con madera dura o, incluso, con una chapa claveteada a dicha madera, con el fin de tener mejor apoyo y sobre todo que sea más duradero y preciso . - Desbarbar o repasar irregularidades que hayan podido quedar de la fundición o forjado y que pueden ser obstáculo durante el trazado o simplemente para el buen apoyo de la pieza . 38
- Preparar un buen apoyo de la pieza, si el peso solo no es suficiente para que se conserve fija, sin peligro de moverse . Durante el trazado se fija a escuadras, mesas, etc . 5.2 .2
Problema 1
Trazar un plano que pase por tres puntos dados A, B y C de la pieza de la figura 5.1 . Téngase en cuenta que cuando hablamos de trazar un plano, en realidad que se hace es marcar la traza o intersección de dicho plano lo con la superficie de la pieza . Pasemos a la solución del problema : - Apoyar la pieza en el mármol, con ayuda de calzos, cuñas, gatos, etc . Generalmente se apoya en tres puntos : uno se mantiene fijo y se actúa sobre los otros dos para la nivelación . - Actuando sobre los apoyos móviles se logra que los puntos A, B y C queden a la misma altura, lo que se comprueba con el gramil (fig . 5.2) . Con el mismo gramil se traza el plano pedido . 5.2 .3
Problema 2
Trazar un plano perpendícular a otro y que pase por dos puntos dados. En la misma pieza del ejercicio anterior trazar un plano perpendicular al que pasa por BC y que, a su vez, pase por los puntos CD . Hecha la traza del plano ABC, sin mover la pieza, se coloca sobre el mármol la escuadra de trazar E; apoyando sobre la cara vertical de ésta el gramil (fig . 5.3), se va corriendo la escuadra hasta que los puntos C y D estén a la misma distancia de dicha cara, obtenido lo cual fácilmente se dibujará la traza pedida . Hay casos en los que será más conveniente, una vez trazado el plano ABC, mover la pieza y colocar dicho plano paralelo a la cara vertical de la escuadra (fig . 5.4) procurando, al mismo tiempo, que los puntos C y D estén a la misma altura sobre el mármol en que se apoya el gramil para obtener la traza pedida . 5.2 .4
Fig. 5.5 Trazado de planos paralelos distantes entre si una longitud dada-
. 5.6 Gramil con regla graduada y Fig su aplicación .
Problema 3
Trazar un plano paralelo a otro y que pase por un punto dado . En la misma pieza anterior trazar un plano paralelo al CDF (fig . 5.5) y separado del mismo una distancia dada . Obtenida la traza del plano CDF, sin mover la pieza ni la altura del gramil y sirviéndose de una regla vertical, se halla la distancia entre el plano CDF y la superficie del mármol ; se suma o resta esta altura a la distancia dada, según que el plano pedido haya de estar por encima o por debajo del CDF, tomando el resultado con el gramil sobre la regla vertical y, a continuación, se traza el plano pedido . A ser posible, utilizar un gramil graduado igual o similar al de la figura 5.6, con lo que se facilitará la operación pudiendo lograr, además, mayor precisión . 5 .2 .5
Problema 4
Trazar un plano perpendícular a otros dos y que pase por un punto dado . Sea la pieza de la figura 5.7 en la cual hay que trazar un plano perpendicular a otros dos ABC y ABD y que pase, además, por el punto P. Sitúese la pieza con apoyos convenientes de modo que los planos dados resulten perpendiculares al mármol, comprobando con gramil y escuadra . Con la punta del gramil se busca el punto P y por él se traza el plano pedido .
Fig. 5.7 Trazado de un plano perpendicular a otros dos dados y por un punto también dado .
5.2 .6 Problema 5 Trazar un plano que forme un cierto ángulo con otro y que pase por dos puntos dados. e
Fig. 5.8
Pieza que se ha de trazar.
Fig. 5.9 Trazado de un plano que pasa por dos puntos dados y que forme un ángulo dado con el plano de la base.
Sea la pieza de la figura 5.8, en la cual hay que trazar un plano que pase por los puntos P y 0 y que forme un ángulo de 30° con el plano de base
ABC.
Se necesita un plano auxiliar que forme con el mármol el ángulo pedido de 30° . (Puede ser una mesa orientable o una pieza preparada de antemano) . Apoyada la pieza en dicho plano auxiliar, se va girando hasta que los puntos P y 0 queden a la misma altura respecto al mármol, lo que se comprueba con el gramil (fig. 5.9) . Si el plano determinado por los puntos ABC no es real, sino virtual, se puede proceder así : Se prepara una pieza auxiliar que apoye en la pieza y unida de manera que forme como una sola, y se cepilla la cara opuesta de manera que sea paralela al plano virtual ABC (fig. 5.10) . Apoyando esta cara cepillada en el plano de 30° operaremos como en el caso anterior : Se va girando hasta obtener que los puntos P y 0 estén a la misma altura del mármol (gramil G) y simultáneamente se comprueba que el plano ABC sea paralelo a la superficie del plano auxiliar (gramil F, fig . 5.10) . Esta última comprobación no es necesaria si no se han soltado las piezas después de cepillada la pieza auxiliar .
5.3 Orden de las operaciones en el trazado al aire
Fig. 5. 10
Trazado de una pieza con pieza auxiliar.
El orden de las operaciones en el trazado al aire no siempre será el mismo, puesto que hay gran diversidad de piezas; pero, para la mayoría de los casos, ténganse en cuenta las siguientes observaciones : - Los planos o puntos que hay que marcar son aquéllos que están acotados en el dibujo y que se han de mecanizar . - Los puntos y centros se determinan por la intersección de dos planos con la superficie de la pieza . - Así como en los dibujos las cotas se refieren casi siempre a dos ejes perpendiculares, en el trazado todos los planos se suelen referir, si es posible, del a tres planos perpendiculares entre sí, que se corresponden con los ejes dibujo. - Los planos que hay que elegir serán planos ya mecanizados en operaciones anteriores, siempre que esto sea posible, o si no, los planos de simetría de la pieza . - Siempre será más exacto marcar distancias que ángulos. Por tanto, si convela operación es de precisión y el dibujo trae ángulos acotados, será de la Geomemedio de las reglas distancias por niente muchas veces calcular tría o de la Trigonometría y efectuar el trazado según estas distancias. Esto no será necesario cuando se disponga de escuadras fijas de precisión para los ángulos dados . En cualquier caso, no se omita nunca la comprobación de las operaciones y el visto bueno del encargado responsable . En los casos más ordinarios el orden será: 1 .° Trazado de un plano principal . 2 .° Trazado de los planos paralelos a él . 3.° Repetir las dos operaciones anteriores con el segundo plano. 4.° Repetir igualmente con el tercer plano. 5.° Trazado de puntos o planos singulares, si los hay . 6 .° Trazado de agujeros, si es necesario . Como ejemplo práctico veamos el siguiente ejercicio : Trazado de la bancada de taladradora dibujada en la figura 5.11 . Taponados los agujeros de fundición y embadurnada de blanco la banca-
Fig. 5.12 Colocación para plano de sirnetriá .
Fig. 5. 11
trazar el
Croquis acotado de una pieza que se ha de trazar.
da, se buscan con un compás los centros de todos los cubos A, B, C, D, E, procurando que su parte externa quede lo mejor centrada posible . A continuación, se la coloca sobre el mármol, tal como indica la figura 5 .12, de manera que dichos centros queden a la misma altura . Si por imperfección del modelo o por deformación de la pieza fundida no fuera esto posible, se distribuyen las diferencias proporcionalmente a la importancia de cada agujero . Hecho esto, se toma con el gramil la altura de los centros y se marca la traza del plano de simetría . Después, sin mover la pieza, se toma la altura de la punta del gramil en la regla vertical y sumando o restando de esta altura las distancias de 35 y 40 mm (fig. 5 .11) se limita, respectivamente, la parte superior e inferior del cubo MN. A continuación, se coloca la bancada sobre el mármol, en una segunda posición, de manera que la traza del plano de simetría quede perpendicular al mismo (fig. 5.13), lo que se comprueba con una escuadra ordinaria o, mejor, con el gramil apoyado en la escuadra de trazar ; procúrese que los puntos C y D, así como los M y N, queden a la misma altura, distribuyéndose, en caso contrario, las diferencias como antes se dijo . Obtenido esto, se toma con el gramil la altura de los puntos C y D y se dibuja la traza del plano paralelo al mármol, que pasa por los mismos . Restando de esta altura la distancia de 160 mm (fig . 5.11) y tomando con el gramil el resultado sobre la regla vertical, se dibuja de la misma manera el plano que pasa por el punto E. Después, siguiendo el mismo procedimiento, se marcan las trazas de los planos que pasan por !os puntos M y N, por el A y por el B . Por último, sin mover la pieza, se coloca la escuadra de trazar tal como lo indica la figura 5.14, procurando que quede perfectamente perpendicular a los dos sistemas de planos dibujados en las operaciones anteriores, con lo cual será fácil dibujar las trazas de los planos NM y AB (figs. 5.11 y 5.14) ; paralelamente, se trazan los planos que pasen por C, por D y por E, y el ST. Estos son secundarios y pueden no trazarse . Haciendo luego centro en los puntos A, B, C, D, E, M y N y con las aberturas de compás apropiadas, se dibujarán las trazas de los mandrinados de los agujeros (fig. 5.15) . Observaciones 1 .a No es siempre preciso dibujar enteras las trazas de los planos . Se suelen dibujar solamente las partes que corresponden a superficies que se han de mecanizar y que señalan centros de agujeros. 2. a Si el vástago del gramil que se utiliza está graduado, no es preciso utilizar la regla vertical para tomar medidas, por ser más ventajoso . 41
Fig. 5.13 Segunda colocación .
Fig. 5.14 Trazado con el grainil apoyado en la escuadra.
Fig. 5.15
Trazado de los agujeros.
En 3. a lugar de utilizar la escuadra de trazar para las últimas operaciones de trazado de planos, se podrían ejecutar éstas poniendo la bancada con su eje principal vertical, en una tercera posición, de modo que los planos trazados anteriormente resultasen perpendiculares al mármol . 4 .a Según la máquina herramienta de que se disponga para trabajar esta bancada, necesitaremos todas las operaciones indicadas o no será necesario un trazado tan detallado . 5.a Para simplificar los dibujos, se ha prescindido de representar las bridas o medios de fijación que en algunas de las fases serán necesarias. 5.4 Trazado de precisión Para muchas piezas el trazado es innecesario ; para otras es de orientación en el mecanizado y para otras, finalmente, es básico y fundamental, de manera que un trazado bueno o malo hará que la pieza resulte aprovechable o no . Para estas piezas es necesario realizar un trazado de precisión . El trazado de precisión se hace siempre sobre piezas mecanizadas y, por supuesto, habrá que realizarlo con herramientas de la mejor calidad y por operarios cualificados y responsables. El pintado de la superficie debe hacerse con una capa fina, uniforme y muy estable ; si la pieza es de acero, la mejor preparación es un cobreado fino . La punta de trazar debe ser de acero duro y perfectamente afilada y rígida para lograr un auténtico surco en el metal, no sólo un rayado de la pintura . La pieza debe quedar perfectamente apoyada en el mármol sobre la superficie de referencia, bien mecanizada o fijada a otros elementos como escuadras, cubos o aparatos divisores . Es fundamental asegurar la buena realización de esta primera fase y que la pieza permanezca rígida durante todo el proceso . El trazado de precisión se realiza por puntos, los cuales se determinan por coordenadas rectangulares o polares . Orden de las operaciones en el trazado de precisión Para el trazado por coordenadas se apoya la pieza sucesivamente sobre dos superficies perpendiculares, previamente mecanizadas . Si estas superficies no están mecanizadas se fija a un cubo de trazar y las superficies del cubo sirven de superficies de referencia (ver Técnicas de Expresión Gráfica/2, tema 4) . Para el trazado de coordenadas polares se fija la pieza a un aparato divisor de precisión y se obtienen los puntos haciendo girar para cada uno de ellos un ángulo previamente determinado y se traza un rayo con ayuda del gramil (fig. 5 .16) ; a partir del centro se traza con el compás sobre cada rayo la distancia polar correspondiente (fig. 5.17) . Una vez obtenidos los puntos se unen con ayuda de plantillas de curvas, pero lo importante es que los puntos estén bien señalados y que no se borren durante el mecanizado, ya que ellos son los que de verdad guían durante el mismo. Las circunferencias o arcos circulares se trazan con ayuda del compás siguiendo las leyes de tangencias o enlaces . Para las curvas técnicas como espirales, elipses, parábolas, etc ., se emplean plantillas de dibujo. 5.4.1 Fig. 5.16 Trazado de una leva auxiliado del aparato divisor y grarnil.
Fig. 5.17
Trazado de una leva .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Hacer una lista de los elementos y herramientas empleados en el puesto de trazado, diciendo sus fines principales .
SEGURIDAD E HIGIENE
- Mantener los objetos punzantes (puntas de trazar, compases, gramil, etc.) en lugar adecuado y protegidos para evitar accidentes . Este cuidado debe extremarse en el momento de su utilización . EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION
Hacer el trazado de los problemas fundamentales descritos en el tema .
CUESTIONARIO ¿Cuáles son las finalidades del trazado? ¿A qué se llama superficie de referencia? ¿Qué son las superficies asociadas? ¿Qué operaciones preceden al trazado? ¿Cuál es el orden general a seguir en el trazado?
Tema 6.
Escariado a mano
OBJETIVOS - Conocer la importancia del escariado. - Conocer las partes fundamentales del escariador. - Aprender a escariar, sus peculiaridades y casos que pueden presentarse. GUION - Escaríado . - Escariador . - Trabajos de escariado . PUNTOS CLAVE
- Demasías de material para el escariado.
EXPOSICION DEL TEMA 6 .1
Escariado
El escariado es una operación que tiene por objeto repasar agujeros taladrados con broca para dejarlos a las medidas convenientes y con la tersura adecuada . La cantidad del material cortado y, por tanto, el agrandamiento del agujero es pequeño . Modernamente se recurre a otros procedimientos más rápidos y que dan mejor calidad de trabajo . El escariado, no obstante, se presta bastante bien para trabajos en serie, en los cuales lo más importante es la uniformidad en las medidas de todos los agujeros .
Es la herramienta destinada a repasar los agujeros taladrados . Los hay de muy variados tipos y construcciones, pero en todos ellos hay que distinguir las partes principales siguientes : mango, cuerpo y punta.
Mango. La parte por la cual se toma el escariador para trabajar con él . Puede ser cilíndrico o cónico. Los cil índricos se emplean para escariar a mano y suelen llevar en su extremo una mecha cuadrada (fig. 6 .1) . Los cónicos son iguales a los mangos cónicos de las brocas (fig. 6.2) . - Cuerpo. Es la parte cortante del escariador. Está cubierto por unas ranuras rectas o helicoidales . El diámetro del escariador es siempre mayor que el nominal . Es decir, que un escariador de 20 mm de diámetro nominal tendrá como mínimo esta medida y, normalmente, alguna milésima más . - Punta . Es el extremo del cuerpo que tiene una ligera conicidad para facilitar la entrada . Es la parte principal del escariador porque de ella depende el conseguir un buen rendimiento; el filo de los dientes de la punta (llamados filos de la punta o filos principales) son los que cortan la mayoría del material, mientras que los filos del cuerpo no hacen más que alisar y dejarlo a la medida precisa . -
Fig. 6.3
Fig. 6.5
Bandeador.
Trabajo del escariador helicoidal.
Fig. 6. 1
Escariador de mano .
Fig. 6.2
Escariador de máquina.
UNE 16 .005
6.2.1 Clasificación de los escariadores Los escariadores se pueden clasificar en dos grandes grupos, a saber : - Escariadores a mano (fig. 6.1 ) . - Escariadores a máquina (fig. 6 .2) . De éstos se tratará más adelante . 6.2.1 .1 Escariadores a mano Estos escariadores tienen el mango cilíndrico (fig. 6 .1) y llevan una mecha cuadrada para hacerlos girar con la ayuda de un bandeador o volteador (fig. 6.3) . La punta tiene una conicidad que varía según los constructores . En muchos escariadores lleva ligeramente iniciada una rosca para romper la viruta y para facilitar el avance.
Fig. 6.6
Ranuras equidistantes .
6.2.1 .1 .1 Formas de ranuras Las ranuras pueden ser rectas y helicoidales . Los escariadores de ranuras rectas (fig. 6 .1) se emplean para agujeros sin ranuras o resaltos y para desbastar . Los escariadores helicoidales (fig. 6 .4) se emplean en trabajos finos (porque dejan una superficie más lisa) y en agujeros con ranuras (fig. 6 .5) . Para que un escariador tenga buen rendimiento es preciso que los ángulos de los dientes en su sección transversal sean correctos .
Fig. 6.4
Escariador de ranuras helicoidales .
Sección transversal de los escariadores Las ranuras pueden ser equidistantes (fig . 6 .6) o no equidistantes (fig . 6 .7) . Para los trabajos ordinarios las ranuras son equidistantes . Las ranuras con espacio irregular trabajan mejor y se evita con ellas el que se produzcan resaltos en el agujero . Para evitar este resalto se emplean, a veces, escariadores de un número impar de ranuras que no siempre resultan eficaces. 6 .2 .1 .1 .2
Fig. 6.7
Ranuras no equidistantes.
Los ángulos del filo de los escariadores pueden variar según el material que se trabaje, como puede verse en la figura 6.8 . Las ranuras tienen como fin, además de dar al útil los ángulos apropiados, el dar salida a las virutas, por lo que deben ser suf*cientemente grandes . Para que los dientes queden robustos, el fondo de las ranuras se hace siempre redondeado. La forma de las ranuras debe variar también según se trate de escariadores a mano o a máquina y según el material que se trabaje . Ciertos escariadores llevan faja-gu la como las brocas . 6.2 .2
Escariadores especiales
Fig .6.8 Angulo de desprendimiento de los escariadores.
Se fabrican gran variedad de escariadores especiales .
6.2 .2 .1
Escariador extensible (fig . 6.9)
La rápida inutilización, por desgaste del filo de los dientes de los escariadores fijos, supone un gran inconveniente cuando se trata de obtener tolerancias estrechas . Para alargar la vida y poder seguir obteniendo durante mayor tiempo las medidas que se precisan, se hacen huecos con unas ranuras longitudinales para facilitar el ensanchamiento, lo cual se logra por un tornillo con un extremo cónico, Resultan delicados y con ellos sólo pueden rebajarse pequeñas porciones de material . La punta lleva un trazo sin ranuras y con el diámetro ligeramente inferior a la medida nominal del escariador, que se llama piloto y sirve de guía al escariador .
Fig. 6.9
6 .2 .2 .2
Fig. 6. 10 tizas.
Escariador extensible.
Escariador extensible de cuchillas postizas
Puede verse en las figuras 6.10 y 6.11 . Las cuchillas postizas son siempre rectas, por lo cual no pueden usarse en agujeros con ranuras . La variación del diámetro se logra dando cierta pendiente al fondo donde van apoyadas las cuchillas . La regulación del diámetro de las cuchillas se hace con unos calibres fijos en forma de casquillos . Para emplear este escariador hay que escariar antes con otro, cuyo diámetro tenga algunas milésimas de milímetro menos . Tienen la ventaja de que pueden regularse entre límites bastante grandes, 2 6 3 mm según los tamaños . 6.2 .2 .3
I"
Escariadores para conos Morse (figs . 6.12 y 6.13) Se emplean para repasar los asientos de los conos Morse en soportes y husillos de máquinas . Se construyen con ranuras rectas y con mango cil índrico o cónico . Los escariadores de desbastar llevan a lo largo de los dientes unas entallas para romper las virutas .
6 .2 .2 .3 .2
Fig. 6.13
.
21VIIIII1251
Fig. 6.11 Sección del escariador de cuchillas postizas.
6.2 .2 .3 .1
Escariador para conos Morse, para des-
Me. 1%
~o%i
\.
Escariadores cónicos
Se utilizan, principalmente, para herramientas y pasadores :
Fig- 6.12 bastar.
Escariador de cuchillas pos-
Escariador para conos Morse, para pulir.
Escariadores para pasadores cónicos
Son semejantes a los descritos para conos Morse, pero en general de pequeño diámetro . La conicidad de estos escariadores es 1 :50 . 45
,o,.
taladro
z^
taladro Ser . taladro
Fig. 6.14
Taladrado previo para escariado de agujeros cónicos.
En un juego de estos escariadores el diámetro menor de cada uno debe ser menor que el diámetro máximo del otro, para así poder ir utilizando uno después de otro, en el mismo agujero, si fuese preciso . Cuando los agujeros son algo largos, será recomendable hacer el taladro escalonado con varias brocas, como indica la figura 6 .14 ; así resultará más económica la operación, ya que el trabajo con esos escariadores es lento. Si se pretende darles un avance rápido, se clavan y se rompen con facilidad cuando son pequeños . Si se dispone de brocas especiales, para este objeto, lo mejor y más rápido será hacer uso de ellas. 6.2 .2 .4
Escariadores poligonales
6.2 .2 .5
Escariadores de montador (fig . 6.16)
En lugar de ranuras llevan unos rebajos planos, de manera que las aristas del polígono formado son las aristas cortantes. Se emplean únicamente para quitar rebabas o hacer pequeños chaflanes, por lo cual son siempre cónicos (fig . 6.15) .
Fig. 6.,15
Escariadorpoligonal.
Se llaman también de puentes o de automóviles ; tienen la punta larga y cónica para facilitar la entrada en agujeros que no estén alineados . 6 .3
Trabajos de escariado
Para conservar los escariadores en buenas condiciones de trabajo y lograr un alisado perfecto convendrá tener'en cuenta lo que sigue :
Fig. 6.16
Escariadordemontador.
6 .3 .1
Demasía para escariar
6 .3 .2
Iniciación del escariado
El agujero previo, el dejado por la broca, no debe ser demasiado pequeño, es decir, no debe dejarse demasiado material para que lo corte el escariador; el trabajo, además de fatigoso, resultará de baja calidad. Los excesos recomendados como máximos son los siguientes : 0,13 mm para escariadores de 7 mm 7 a 20 mm 0,2 " " " 20 a 50 mm 0,4 mayores de 50 mm . 0,6 Las brocas habrá que afilarlas correctamente y emplear máquinas con ejes bien ajustados y tomar precauciones con el fin de que no resulte el agujero mayor que el previsto . Por el contrario, cuando la broca más próxima disponible sea menor que la correspondiente, se la podrá afilar expresamente con labios desiguales para lograr un agujero mayor . Para aleaciones ligeras los excesos pueden ser mayores .
Procurar que el escariador entre perfectamente alineado desde el principio . Si entra inclinado, aunque sólo sea al principio, se corre el riesgo de que arranque de un lado más de lo necesario y, aunque luego quede alineado, la boca del agujero quedará ya ovalada. Si esta inclinación fuese muy grande, hasta podrían romperse los dientes. Siempre que sea posible, se hace el escariado inmediatamente después de taladrar y sin mover la pieza. Se puede ayudar con un punto colocado en el lugar de la broca, y con él, hacer que entre el escariador y siga alineado durante la operación . 6.3 .3
Sentido de giro
Si el escariador se clava, debe dejar de girarse enseguida y retirarlo con precaución ; no debe girar nunca en sentido contrario, ya que además de desafilar la herramienta se corre el riesgo de mellar o romper los filos. 46
6.3 .4
Velocidad y avance
Lógicamente, en el escariado a mano la velocidad de corte será siempre pequeña ; el avance no debe hacerse, por el contrario, innecesariamente pequeño . Como orientación conviene recordar que para escariadores menores de 20, los avances pueden ser de 0,2 a 0,5 mm para cada vuelta ; para diámetros de 20 a 50, avances de 0,4 a 1 mm/vuelta . El avance se logra dando al bandeador un empuje axial, al mismo tiempo que se produce el giro . Sobre todo, al empezar, habrá que procurar que el empuje axial sea perfectamente equilibrado . En los escariadores cónicos el empuje axial debe ser muy pequeño . Si se pretende darles un avance grande, se clavan y rompen fácilmente . 6.3 .5
Lubricación
Fig. 6. 17 A de la broca.
Cálculo
de profundidad
El bronce, latón y fundición de hierro se trabajan en seco . Para el acero puede emplearse aceite . Debe evitarse emplear aceite demasiado denso para no dificultar la evacuación de las virutas . Si las paredes resultan retembladas o vibradas querrá decir que la lubrificación no es adecuada o que el escariador está desafilado . 6.3 .6
Agujeros cónicos
En los agujeros largos y de gran conicidad el material que debe removerse con el escariador es muy grande, resultando por ello tarea larga y penosa . Se puede facilitar el trabajo haciendo un taladrado escalonado a distintos diámetros y longitudes . Por supuesto, en ningún punto estos escalones deben penetrar más allá de las generatrices del cono (fig . 6.17A) . De acuerdo con las dimensiones del agujero y de su conicidad, se harán más o menos escalones . Véase con un ejemplo cómo se pueden calcular los diámetros y longitudes . Antes conviene recordar las nociones de conicidad e inclinación. (Ver Tema 5 de Técnicas de Expresión Gráfical2, de esta misma Editorial) . Conicidad es la relación entre la diferencia de diámetros de un cono (o tronco de cono) y su longitud . Se suele expresar por 1 :x que quiere decir : en una longitud x mm del cono, el diámetro varía 1 mm . Inclinación es la relación entre la diferencia de radios y la longitud del cono . Suele expresarse por 1 :y que quiere decir : cada y mm de longitud el radio varía en 1 mm .
Fig. 6.17 B Medidas del agujero a obtener.
Problema Se tiene que hacer un cono cuyas dimensiones son : diámetro menor, 14,9 mm ; longitud, 57,6 y conicidad, 1 :20,02 (fig . 6.1713) . Solución De acuerdo con el concepto de conicidad y por simple proporción, según la figura 6 .1713, tenemos : D - d = _1 L x D
= X. L +d
de donde =
20,02 .
57,6 + 14,9 = 2,877 + 14,9 = 17,77 mm
Si se deja una demasía para escariar de 0,25 mm, el diámetro de la broca menor será : 14,9 - 0,25 = 14,65 - 14,5 mm . Si se quieren hacer los escalonamientos de 1 mm de diámetro, las brocas a emplear serán : 14,5 ; 15,5 y 16,5, a las cuales correspone una profundidad de : 1 .° toda la longitud = 57,6 para la broca de 14,5 . 2.° 57,6 - 20,02 = 37,5 para la broca de 15,5 . Recordemos que 20,02 = x, en nuestro caso la longitud axial necesaria para que haya una diferencia de diámetros de 1 mm . 3. ° 57,6 - 2(20,02) = 17,55 mm . En la figura 6.17C quedan reflejados estos resultados . 47
Fig. 6.17 C Proceso de los resultados obtenidos.
6.3 .6 .1
Fig. 6.18 Aplicación para posicionamiento de piezas .
Agujeros para pasadores posicionadores
Una de las aplicaciones de los pasadores cónicos es asegurar la posición de ciertas piezas (fig . 6.18) . Para ello, suele hacerse el montaje correcto de las piezas ; se fijan firmemente y entonces se efectúa el taladrado y posterior escariado . En estos casos puede emplearse también la técnica de los agujeros escalonados y suele hacerse a base de calcular las brocas que pueden emplearse en cada pieza . También se emplean brocas cónicas. Hoy día, en lugar de estos pasadores, suelen emplearse los cilíndricos, estriados o elásticos que tienen la ventaja de no necesitar escariado. PROBLEMAS
Fig. 6.19 Soporte.
1 Se quiere asegurar la alineación del soporte de la figura 6 .19 por medio de dos pasadores cónicos 8 x 40 UNE 17060. ¿Con qué brocas podremos taladrar el soporte y la base respectivamente, si las demasías de escariado no deben sobrepasar los 0,15 mm? 2 Calcular los diámetros de las brocas que utilizaremos para taladrar el cubo y eje de la figura 6.20 si el pasador es 10 x 55 UNE 17060 y el diámetro del eje y del cubo son respectivamente 30 y 50 mm . SEGURIDAD E HIGIENE
Evitar el contacto directo con los filos del escariador porque puede producir cortes profundos. Al emplear los escariadores pequeños, evitar esfuerzos que puedan dar lugar a roturas violentas del escariador ; se rompen generalmente en formas muy punzantes. Las virutas del escariado suelen ser en forma de finos hilos que fácilmente se clavan en la piel ; evitar su contacto . NORMALIZACION
Fig. 6.20 Aplicación de pasadores cónicos.
Hay herramientas y elementos constructivos normalizados, que deberán emplearse con preferencia a los no normalizados . MEDIOS DIDACTICOS
Consultar catálogos de herramientas y hacer una lista de los tipos de escariadores .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO Hacer un extracto de normas sobre escariadores de mano cilíndricos y cónicos. CUESTIONARIO
¿Qué es un escariador? ¿Recibe otros nombres? ¿Cuál es el fin principal del escariado? Partes de un escariador . ¿Cuál es la más importante para el corte del material? Ventajas de los escariadores extensibles . ¿Cuál es la forma de la sección transversal? . ¿De qué depende la forma y ángulos de los dientes? ¿Por qué las demasías para escariar no deben ser muy grandes? ¿Qué materiales no necesitan lubricación? ¿Puede girarse el escariador en cualquier sentido? ¿Por qué?
Tema 7.
Rasqueteado
OBJETIVOS - Conocer las aplicaciones del rasqueteado. - Conocer las herramientas para el rasqueteado . - Conocer la técnica del rasqueteado. GUION - Rasqueteado . - Rasquetas . - Operación de rasqueteado.
Fig. 7. 1
Rasqueteado a mano.
Fig. 7.2
Rasqueteado a máquina.
Fig. 7.3
Gulas de torno rasqueteadas.
PUNTOSCLAVE - Afilado de las rasquetas . - Verificación de superficies con el mármol . EXPOSICION DEL TEMA 7.1
Rasqueteado El rasqueteado, o rascado, es una operación que tiene por objeto la terminación de superficies planas o curvas, que han de alcanzar la mayor precisión posible, por medio de una herramienta con uno o varios filos, llamada rasqueta . El rasqueteado puede realizarse : - a mano (fig. 7 .1) ; - por procedimientos semimecánicos . El movimiento de la rasqueta lo produce la máquina, el operario guía la rasqueta (fig. 7 .2) . 7 .1 .1 Aplicaciones del rasqueteado Se emplea mucho el rasqueteado cuando hay que adaptar entre sí dos piezas que deben deslizarse o girar una sobre otra y, en general, cuando interesa que su contacto sea perfecto para disminuir el rozamiento (figs . 7 .3 y 7.4) . El rasqueteado se utiliza para el acabado de : - cojinetes ; - superficies planas de precisión como : reglas, mármoles, bases de niveles, bancadas de máquinas y aparatos de medidas . 7.2
Rasquetas
Las rasquetas son las herramientas que se emplean para hacer el rasqueteado . Tienen forma distinta según el trabajo y la forma de la superficie que se ha de trabajar . Se construyen en acero extraduro y templado, sin revenir o, en todo caso, con un revenido muy suave para que se conserve el filo en perfectas condiciones, aun con un trabajo duro y prolongado . Las rasquetas de metal duro llevan unos filos postizos, formados por plaquitas de carburos metálicos atornilladas, o bien soldadas a la rasqueta (fig. 7.5) .
Fig. 7.4 Rasqueteado en instrumentos de precisión.
7 .2 .1 Tipos de rasquetas Según la forma de la pieza o la superficie que se desea obtener, las rasquetas pueden ser : 7 .2 .1 .1 Rasqueta doblada Se utiliza para las superficies planas, cuando es preciso eliminar una cantidad importante de material (figs . 7 .6 y 7 .7); trabaja a tracción y se emplea, en primer lugar, para matar las crestas. 49 4.
Tecnología del Metal / 2
plaquita de metal duro
Fig. 7.5
Rasquetas de metal duro.
7 .2 .1 .2 Fig. 7.6
Rasqueta doblada.
Angulos de la rasqueta doblada.
Fig. 7.7
Rasqueta común.
Fig. 7.8
Rasqueta plana ordinaria
convexas Se emplea para rascar superficies planas o superficies curvas más pero ligeramente plana sin picado, una lima (fig . 7 .8) . Es semejante a ancha en la punta. El rasqueteado se realiza en seco sobre toda clase de materiales, . exceptuando las aleaciones de metales ligeros para las que se utiliza alcohol cortantes iguales, queden dos aristas que La punta se afila de modo mayor ligeramente convexas . El ancho de la punta de la rasqueta no suele ser 4 mm . de 20 mm y el grueso de unos de Haciendo aristas convexas, es posible cortar porciones más pequeñas punta, y el ancho de la rebajarse con todo debe material, con la arista plana rascada. superficie hay peligro de rayar la barra de acero, Las rasquetas planas pueden fabricarse partiendo de una sobre la que se suelda una plaquita de metal duro . . Se utiliza para trabajar a empuje y en la operación del rascado final Otro tipo de rasqueta plana moderna es el de la figura 7 .9 . 7 .2 .1 .3
Rasqueta para motivos y dibujos
7.2 .1 .4
Rasqueta triangular
Fig. 7.11
Rasqueta triangular.
La rasqueta de la figura 7 .10 se embellecimientos especiales o jaspeado . Fig. 7.9
Rasqueta plana.
Fig. 7.13
el
rasqueteado de
La rasqueta triangular se emplea para rascar superficies cóncavas (fig . 7 .11) ; es poco adecuada para el rasqueteado de precisión .
13
Fig. 7.10
utiliza para
Rasqueta para jaspear.
Rasque ta helicoidal .
7 .2 .1 .5
Rasqueta de cuchara
Fig. 7.12
Rasqueta de cuchara.
Se utiliza para el rasqueteado de cojinetes, rótulas, casquillos de bronce, de metal blanco o de fundición blanda (fig . 7 .12) .
7 .2 .1 .6
Rasquetas especiales
de Las rasquetas especiales o helicoidales se utilizan para los cojinetes grandes dimensiones (fig . 7 .13) . Preparación y afilado de la rasqueta plana Antes del temple debe darse la forma conveniente a la rasqueta, por con medio de un afilado basto . Después del temple, se da un segundo afilado, pierda caliente y taladrina, para que no se un chorro abundante de agua o aceite, dureza . Por último, se acaba de asentar el filo en una piedra de liso (fig . 7.14) . procurando que quede perfectamente de Los ángulos de una rasqueta son los ya conocidos de toda herramienta de el ángulo siempre es negativo corte, con la variante de que desprendimiento . 7 .2 .2
Fig. 7.14
Afilado de rasqueta : A, esmerilar; B, pulirla en piedra.
7 .3
Operación de rasqueteado Para facilitar la descripción, se divide el trabajo de rasqueteado en : - rasqueteado de superficies planas - rasqueteado de superficies angulares - rasqueteado de superficies complejas.
7.3 .1
Operación de rasqueteado plano El rasqueteado a mano es un método de acabado de superficies por extracción de virutas finas. El rasqueteado se emplea sobre superficies ya mecanizadas previamente en el torno, en la limadora, en la fresadora o con la lima . Es un procedimiento lento y laborioso ; cuando es posible, se sustituye por el rectificado a máquina .
Fig. 7.15 Manejo de la rasqueta ordinaria.
7.3 .1 .1
Manejo de la rasqueta La rasqueta se toma por el mango, con la mano derecha, dando el empuje para que avance, mientras con la mano izquierda se agarra fuertemente lo más cerca posible de la punta, haciendo presión para producir corte (fig . 7.15) . El valor del ángulo de posición, para que trabaje correctamente, debe ser aproximadamente de 30° a 45° . En la figura 7 .16 se ve la forma de trabajar un cincel, con ángulo de desprendimiento positivo y una rasqueta, con ángulo negativo . La arista cortante de la rasqueta se incrusta en el metal y levanta una viruta muy pequeña . Puede penetrar muy poco en él, por tener el ángulo de desprendimiento negativo . Cuanto más aumenta el ángulo de corte R, más pequeña sale la viruta . Los golpes de la rasqueta no deben darse siempre en la misma dirección, sino que debe procederse por pasadas como en el limado, haciendo de manera que cada una se cruce con la anterior . 7 .3 .1 .2
Fig. 7.16 Efecto de corte y rasqueteado .
Fig. 7.17
Comienzo del rasqueteado .
Defectos en el manejo de la rasqueta
Debe evitarse que se produzcan rayas. Este defecto se origina cuando no está bien afilada la herramienta o no se coloca la rasqueta en posición correcta . Otro defecto que debe evitarse es que el trabajo presente seriales de vibración . La vibración puede ser consecuencia de no ejercer una presión uniforme con la rasqueta o de que ésta tenga inclinación excesiva, con lo cual tiende a clavarse . 7 .3 .1 .3
Manera de proceder en el rasqueteado y verificación de superficies planas
las
Antes de rasquetear, las superficies han de quedar con el mecanizado, lo Más finas posible (fig . 7.17) . Las superficies planas se rascan previamente, con dirección de 45 ° respecto a la base de la pieza . En el rascado previo no se recurre al entintado con colorante . La dirección del trabajo debe cambiarse, con frecuencia, en 90°, porque así se reconocen las faltas de planicidad más fácilmente (fig . 7.18), en la figura 7 .19 se ve el orden de las pasadas . Las pequeñas estrías que, en el primer rasqueteado no se han eliminado y que no se aprecian a simple vista, se descubren empleando el método del entintado (ver tema 12 de Tecnología del Metal 1/1) . A continuación, se pasa la pieza por el mármol imprimiéndole un ligero movimiento circular . Todos los puntos y zonas de relieve quedan acusados por las manchas del colorante que rodean a unos puntos brillantes, estos puntos son los que hay que eliminar con la rasqueta, arrancando virutas muy finas y dejando una 51
Fig. 7.78
Rasqueteado cruzado .
1
2
3
4
F;g. 7.79 Arden en el proceso de rasqueteado .
Fig. 7.22 Superficie jaspeada .
Fig. 7.23
pintura (fig . 7 .20) . pequelía faja exterior, lo más uniformemente posible de la cuidadosamente a limpiar Después de cada pasada se procede hace operación se . Si la superficie rascada y se vuelve a comprobar más puntos señalados con quedarán nueva pasada a cada concienzudamente, el color. de los puntos de contacto es Así se procede hasta que la uniformidad satisfactoria (fig . 7 .21) . la superficie con la rasqueta, Para obtener el jaspeado, una vez planeada uniformes los trazos, haciendo se dan pasadas finas de modo que queden anterior, hasta obtener el aspecto cada pasada, siempre cruzada con la deseado (fig . 7 .22) . como en la operación de Tanto en la operación de pulir o jaspear, material sea uniforme y no se planear, se ha de procurar que el arranque de o medidas. Para el paralelismo pierda, por estas operaciones, precisión en y formas, medidas las evitar este inconveniente, compruébense simultáneamente con el rasqueteado .
Comprobación de un ángulo con la escuadra-mármol.
Fig. 7.20 Puntos marcados.
F.ig. 7.21 teada.
Superficie
correctamente
rasque-
Rasqueteado de superficies angulares importantes a realizar es la Una de las operaciones de rasqueteado más ejemplo las guías de rasqueteado de superficies angulares, como por
7 .3 .1 .4
Fig. 7.24 Utilización de las rasquetas triangulares y mediacañas o cuchara.
del máquinas . rasquetear superficies planas, Se usa el mismo procedimiento que para o prismas de forma adecuada pero se emplean para verificarlo, reglas por una superficie y, cuando (fig . 7 .23) que sustituyen al mármol ; se empieza comprobando con la regla-mármol . ésta ya está plana, se sigue con la otra, Rasqueteado de otras superficies debe disponer de piezas Si la superficie que se ha de rascar no es plana, se ha de verificar, y perfecque tengan el perfil exacto de la superficie que se 7 .3 .2
tamente rectificadas . se ha de disponer de Así, para la comprobación de cojinetes cilíndricos . Muchas veces se em cilindros que tengan exactamente el diámetro del eje plea la misma pieza que se debe ajustar . sacar con la rasqueta los Retirada la pieza de verificar, se procede a por completo desaparezcan puntos que quedaron señalados, no haciendo que . las señales, como se ha dicho para las superficies planas triangulares, mediacaña o Para estas superficies se emplean las rasquetas especiales . manejan como se ve Las rasquetas triangulares y mediacaña se toman y lateral . en sentido en la figura 7 .24 . El golpe de rasqueta se da
SEGURIDAD E HIGIENE Las rasquetas son peligrosas; sus aristas pueden producir cortes profundos . Son particularmente peligrosas las triangulares o mediacaña . Cuando no se emplean, deben protegerse con tubos o fundas de goma. En la operación de rasqueteado se tendrá cuidado especial al trabajar en los extremos de las superficies ; un descuido o un empuje inadecuado a la rasqueta puede producir un accidente . EJERCICIOS PRACTICOS Rasqueteado de superficies planas, hasta lograr buena calidad de planitud y jaspeado agradable . Ajuste de cojinetes, bielas o piezas redondas . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO Resumir el tema haciendo una descripción de los tipos de rasquetas, forma de trabajo y operaciones que se pueden realizar . CUESTIONARIO - ¿Por qué se rasquetean las superficies? - Explicar los principios del rascado previo . - Citar tres ejemplos de superficies rasqueteadas . - ¿.Cómo actúa una rasqueta doblada? ¿Para qué se emplea? - ¿Por qué se invierte el sentido del raspado? - ¿Qué finalidad tienen las tintas o colorantes? - ¿El ángulo de desprendimiento de viruta tiene valor positivo o negativo? Razonar la respuesta . - Citar las ventajas e inconvenientes de realizar un jaspeado al terminar las piezas .
Máquinas herramientas . Generalidades
3:
Terna 8 .
Principios fundamentales y generalidades
OBJETIVOS
- Conocer la división de las máquinas-herramientas . - Conocer los elementos de corte. - Conocer y distinguir los conceptos de mando y regulación . - Aprender mecanismos y transmisiones generales para máquinas. - Saber la metodología que se seguirá en el estudio de las máquinas herramientas. GUION - Máquinas-herramientas . -
Herramientas de corte . Elementos de corte . Maquinabilidad de los metales . Dispositivos en las máquinas-herramienta . Sistemas de sujeción de las herramientas y de las piezas .
PUNTOSCLAVE - Conocer la importancia
que tienen los elementos de corte . principales de las herramientas . son los ángulos - Saber cuáles
EXPOSICION DEL TEMA 8.1
Máquina-herramienta
Máquina, en general, es un artificio para aprovechar, dirigir o regular la acción de una fuerza . También entran en la palabra máquina aquellos medios o instrumentos de producción, que sirven para sustituir o auxiliar las fuerzas físicas del hombre y disminuir su fatiga . Herramienta se aplica a aquellos instrumentos que pone en movimiento la mano del hombre, como, por ejemplo : el martillo, la palanca, la garlopa, etc . Máquina-herramienta es la que, por procedimientos mecánicos, hace funcionar una herramienta, sustituyendo la mano del hombre .
Las ventajas de las máquinas se pueden resumir en las siguientes : - Transforman y aumentan las limitadas fuerzas del hombre, haciendo más llevadero su trabajo. - Aumentan la velocidad del trabajo, haciendo mayor la producción y disminuyendo el coste de la misma. 8.1 .1
Objeto de las máquinas-herramienta
Las máquinas-herramienta tienen por objeto sustituir el trabajo manual por el trabajo mecánico, en la fabricación de piezas u objetos de metal o de otros materiales . Otras veces, ejecutan operaciones que manualmente serían imposibles por el tamaño de las piezas u otras circunstancias . 8.1 .2
Clasificación de las máquinas-herramienta
E3
Las máquinas-herramienta para trabajar metales, pueden producir trabajos de deformación o bien de separación de masa . A su vez, las máquinas que trabajan con separación de masa pueden arrancar trozos enteros de material como la cizalla ; separar viruta con una o varias cuchillas cortantes, como el torno o la fresadora; o separar viruta muy fina, por medio de grano abrasivo, como las máquinas de rectificar. Esta clasificación se puede resumir en el siguiente cuadro :
Máquinasherramienta
Que trabajan por deformación (sin separación de material)
Martinete [prensa de embutir Separación de grandes masas
Que trabajan con separación de masa
Cizalla Tijera Guillotina
profundidad de pasada
Separación de Torno, Fresadora, pequeñas porciones [Taladradora Separación de virutas finas
Amoladora Rectificadora Lapeadora, etc.
Fundamentalmente, se van a estudiar las del grupo que trabaja por separación de pequeñas porciones o, como ordinariamente se dice, por arranque de viruta . 8.1 .2 .1
Máquinas que trabajan por separación de virutas Las máquinas-herramienta que trabajan por separación de viruta, disponen, en general, de una o más herramientas o útiles cortantes . La herramienta o la pieza que se trabaja, tiene que moverse y este movimiento será en línea recta o en forma circular . De ahí los tipos más importantes de máquinas comprendidas en este grupo : 1 .° máquinas de movimiento rectilíneo, que trabajan con herramienta simple : limadora, cepilladora o planeadora y mortajadora (fig . 8 .1) ; 2.° máquinas de movimiento rectilíneo, que trabajan con herramienta múltiple : aserradora alternativa, brochadora (fig . 8.2) ; 3 .° máquinas de movimiento circular, que trabajan con herramienta simple : torno (fig . 8.3) ; 4.° máquinas de movimiento circular, que trabajan con herramienta múltiple : fresadora, taladradora, mandrinadora, sierra circular, rectificadora (fig . 8.4) ; 5 .° máquinas de tallar engranajes : estas máquinas, aunque pertenecen siempre a uno de los tipos anteriores, conviene considerarlas aparte, por sus especiales características (fig . 8.5). 55
Fig. 8.1 Máquinas con movimiento rectilíneo, alternativo con herramientas simples : A, limadora; B, cepilladora; C, detalle del corte de la herramienta; D, mortajadora; E, detalle de trabajo en la mortajadora.
pieza
brocha
Fig. 8.3 Máquina con movimiento circular y herramienta simple: A, torno; B, detalle del corte.
Fig. 8.2 Máquinas con movimiento rectilíneo y herramienta múltiple: A, brochadora; B, brocha en posición de trabajo; C, detalle del corte con la brocha; D, sierra .
B
Fig. 8.5 Máquina de tallar engranajes : A, máquina; B, forma de trabajo .
Fig. 8.4 Máquina con movimiento circular y herramienta múltiple: A fresadora; B, herramienta y forma de corte.
8 .2 Fig. 8.6
Herramienta de una sola cara de corte.
Estas herramientas trabajan en forma parecida a como lo hace el cortafrío o el buril . La herramienta o útil cortante termina en una cuña afilada, que la obliga a penetrar en la pieza que se trabaja bajo un ángulo determinado y arranca virutas más o menos grandes . Algunas veces la cuña no trabaja más que por una sola arista (fig. 8.6), pero también puede hacerlo por dos o por tres (figs . 8.7 y 8.8) . Angulos de la herramienta Para el buen rendimiento de la operación, la cuña no puede tener una forma cualquiera, porque debe atacar la pieza según un ángulo conveniente . 8.2 .1
Fig. 8.7
Herramienta dedos caras de corte.
Herramienta de corte
56
Los ángulos que hay que considerar en la herramienta son, priincipalmente, tres (fig . 8.9) : - ángulo de incidencia a ; - ángulo de útil o ángulo de cuña 0 ; - ángulo de dé'sprendimiento y . La cuña tiene dos caras : una, en la que apoya la viruta al salir (superficie de desprendimiento) y otra, que avanza junto a la pieza (superficie de incidencia) .
Fig. 8.9
Angulos de la herramienta.
8.2 .1 .1
Angulo de incidencia
Se llama ángulo de incidencia a, al ángulo que forma la superficie de incidencia con la superficie trabajada de la pieza (o con la tangente, sí ésta fuese curva) . Tiene por objeto el que la herramienta no roce con la pieza . 8.2 .1 .2
Angulo del útil
Se llama ángulo del útil a, o ángulo de cuña, al ángulo que forma la superficie de incidencia con la de desprendimiento . 8.2 .1 .3
Angulo de desprendimiento
Se llama ángulo de desprendimiento y, al ángulo que forma la superficie de desprendimiento con la perpendicular a la superficie de la pieza . Evidentemente, los tres ángulos de incidencia, de cuña y de desprendimiento suman 90° . 8.2 .1 .4
Valor de los ángulos en una herramienta El valor que deben tener los ángulos, en cada caso, depende del tipo de máquina, del material que se haya de trabajar y del material de que esté fabricada la herramienta; se estudiarán en los capítulos correspondientes a cada máquina. En general, hay que decir que la herramienta, como cuña que es, penetrará tanto más fácilmente cuanto más aguda sea; pero, en cambio, se romperá y se gastará más rápidamente . 8 .2 .2
Material de las herramientas de corte
Las herramientas de corte que se emplean en las máquinas-herramienta pueden ser, principalmente de : - acero; - metal duro; - diamante; - material cerámico . 57
Fig. 8.8 Herramienta de caras de corte.
tres
8.2.2.1 Acero Se emplean para este uso, principalmente, los aceros duros al carbono y y aceros de baja aleación para velocidades de corte relativamente pequeñas los aceros rápidos para velocidades mayores . Metal duro Son, en general, aleaciones o combinaciones de wolframio, titanio, cromo, etc ., fundidos o conglomerados con cobalto o níquel principalmente . Los metales duros fundidos se conocen, en general, con el nombre de estelitas . Los metales duros conglomerados están, en general, fabricados a base de carburos de tungsteno . A este grupo pertenece la wídia y sus similares (volamita, titania, mefemant, labherit, miramant, etc.) . En general, no se construyen herramientas totalmente hechas de metal duro sino que éste se emplea en forma de plaquitas, que se sueldan o adaptan a la punta de la herramienta para formar el filo o los filos. Los metales duros se emplean para trabajar materiales a grandes velocidades de corte y para materiales no metálicos (aunque se prestan mal para herramientas que han de estar sometidas a choque o vibraciones) ; y puede elevarse bastante la temperatura sin que pierdan su dureza y capacidad de corte . 8.2.2.2
8.2 .2 .3
Diamante
Se emplea también en pequeñas plaquitas con una cara pulimentada y adaptadas a la punta de la herramienta . Se emplea para materiales sumamente duros, o cuando lo principal es conservar el filo largo tiempo sin desgaste apreciable o para conseguir superficies muy exactas . 8 .2 .2 .4 Material cerámico Modernamente, se están empleando para herramientas de corte materiales cerámicos, formados por óxidos metálicos sumamente duros . Elementos de corte Según ya se ha dicho, hay que dotar a las herramientas de ciertos movimientos, para lograr el corte del material. Estos movimientos se pueden reducir a tres : - movimiento de corte,- movimiento de avance, - movimiento de penetración o acercamiento . desplaCada uno de estos movimientos se caracteriza por su velocidad y zamiento.
8.3
8.3.1 Movimiento de corte Es el movimiento relativo de la herramienta respecto a la pieza, que proporciona la fuerza de corte. Se caracteriza por su velocidad . 8.3 .1 .1
Fig. 8. 10
Representación gráfica de la velocidad de corte,
Velocidad de corte
Es la velocidad relativa de la herramienta con respecto a la pieza . Se suele medir en metros por minuto (m/min) (fig . 8 .10) . Se llama velocidad relativa, porque puede darse el caso de que la herramienta se mueva y la pieza esté fija, como en la timadora o la fresadora ; o la bien, que la herramienta esté fija y sea la pieza la que se mueva, como en cepilladora y en el torno. Igual que los ángulos de corte, la velocidad de corte más conveniente depende del tipo de máquina, del material que se trabaja, del material de la herramienta y la refrigeración .
Casi toda máquina herramienta está dispuesta de modo que la velocidad de corte pueda variarse dentro de ciertos límites. Para la máquina de movimiento circular, la velocidad de corte viene dada por la fórmula :
en la cual V = velocidad de corte, se obtiene de las tablas según el material y herramienta ; d = diámetro de la pieza o herramienta en mm ; n = número de vueltas de la herramienta o pieza por minuto . Ordinariamente, lo que interesa es saber a qué número de revoluciones hay que hacer girar la herramienta o pieza, y se calcula por la fórmula deducida de la anterior :
Fig. 8. 11 Movimiento ae avance transversal.
n = 1000 - V 7r -d Ejemplos: 1 .°
¿Cuántas revoluciones tiene que dar por minuto una broca de 18 mm de diámetro para que gire a una velocidad de corte de 30 m/min? n
= 1000 - V 7r - d
= 1000 .30 = 530 rm . p 3,14 . 18
Fg. 8. 12 Avance en movimiento alternativo.
deberá, por tanto, dar 530 vueltas por minuto . 2.° ¿Cuál es la velocidad de corte de una broca de 25 mm de diámetro que gira a 170 vueltas por minuto? ir - d - n _ 3,14 - 25 - 170 = V = 13,345 --^ 13 m/min 1 000 1 000 3. ° ¿Cuántas revoluciones por minuto deberá dar una broca de acero rápido de 10 mm de 0 para taladrar fundición? Según las tablas de velocidad de corte, se tiene que V = de 15 a 20 m/min ; n i = 1000 - V, = 1000 - 15 = 480 r p m 7r - d 3,14 10
n2
=
1000 ' V 2 7r-d
= 1000 - 20 = 636,9 = 640 rpm 3,14 .10
Se ajustará la máquina para alguna de las velocidades disponibles comprendida entre 480 y 640 rpm.
8.3 .2
Movimíento de avance
Como, generalmente, la herramienta es mucho más estrecha que la superficie a trabajar o mecanizar, no efectúa su trabajo de una sola pasada,»sino que necesita varias, y realiza su trayectoria, cada vez, a pequeña distancia de la anterior y paralelamente . Esto se consigue desviando lateralmente un poco, a cada pasada, la herramienta o la pieza, lo cual puede hacerse de manera intermitente (máquinas de movimiento alternativo) o de manera continua (máquinas de movimiento circular o continuo) . 8.3 .2 .1
Avance
Se llama avance a la desviación lateral que sufre la cuchilla o la pieza (fig . 8.11), para cada pasada de la herramienta en los movimientos alternativos (fig . 8.12), o para cada vuelta de la pieza o herramienta, en los de movimiento circular (fig . 8.13) . Se suele medir en milímetros por vuelta o carrera .
Fig. 8.13 Avance en moviinien to circular.
Movimiento de penetración o acercamiento
8.3 .3
movimiento de penetración
Fig. 8. 14 A
Dirección del movimiento de penetración .
Así se llama al movimiento que se da a la herramienta, en dirección perpendicular a la superficie trabajada y que se caracteriza por el espesor de material arrancado (fig . 8.14A) . 8.3 .3 .1
Profundidad de corte
Es el resultado, para cada pasada, del movimiento de penetración; determina el espesor de viruta, en dirección perpendicular a la superficie trabajada y se mide en mm (fig . 8.1413) . Se llama también profundidad de pasada . Maquinabilidad de los metales
8.4
Se llama mecanizado de los metales al trabajo con una máquina-herramienta por levantamiento de viruta, o por deformación . Maquinabilidad es un concepto no bien definido todavía; pero, para nuestro objetivo, es suficiente decir que hace referencia a la mayor o menor facilidad que presenta un material a ser mecanizado . La maquinabilidad influye de una manera esencial en los elementos de corte, como se verá para cada máquina . Fig. 8.14 8 Profundidad de corte.
8.4 .1
Fuerza de corte
El material opone cierta resistencia a ser separado del resto de la masa . Así que la fuerza de corte depende, sobre todo, de la naturaleza del material y de su estado . La fuerza de corte para un material se da en las tablas en kgf/mm 2 ; se llama fuerza específica o unitaria de corte y se representa por Fu . Se sabe la fuerza total de corte, para un determinado valor de profundidad y avance (sección de la viruta), multiplicando la fuerza específica por la sección en milímetros (fig . 8 .14C) : Fc= Fu-S= Fu -a-p Fc Fu S a p 8.4 .2
= fuerza de corte en kgf = fuerza unitaria de corte: kgf/mm 2 = sección de viruta : mm 2 = avance : mm/vuelta = profundidad de corte en mm Potencia de corte
Potencia es el producto de velocidad por fuerza . Normalmente, la potencia suele ser constante en la misma máquina, por lo cual resulta que la fuerza de que se dispone a gran velocidad será pequeña.
El-
Fc-V
N = potencia de corte : kgf m/s Fc = fuerza de corte: kgf V = velocidad de corte : m/s 8.5
Fig. 8.14 C Influencia del ángulo de posición de la herramienta en las fuerzas de penetración y de avance; F c = fuerza de corte; Fp = fuerza de pene tración; Fa = fuerza de avance.
Dispositivos de las máquinas-herramienta
Para ajustar convenientemente los elementos de corte a la maquinabilidad del material, al grado de acabado necesario, y a la vez que sea fácil de manejo para poder así lograr un buen rendimiento, es necesario dotar a la máquina de dispositivos adecuados. Estos dispositivos se pueden dividir en tres grandes grupos, a saber : - dispositivos de transmisión o mecanismos; - dispositivos de mando o maniobra ; - dispositivos de regulación ; 60
Se da, a continuación, una breve y sencilla idea de su finalidad y, más adelante, se detallarán, con más extensión, algunos de ellos. 8.6.1
Dispositivos de transmisión o mecanismos
En toda máquina herramienta los movimientos suelen derivar del movimiento circular de un motor eléctrico . Se llama mecanismo o transmisión a la serie de dispositivos empleados para lograr la transformación del movimiento del motor en el movimiento de corte o de avance . En todo mecanismo o transmisión de transformación, existen fundamentalmente los elementos siguientes : 1 un soporte, bancada o zócalo, que sirve de apoyo a los elementos del mecanismo propiamente dicho ; 2 un elemento con movimiento propio, elemento de propulsión a motor; 3 un elemento receptor del movimiento, elemento inducido, arrastrado o conducido; 4 los elementos intermedios, entre el propulsor y el inducido, o elementos de transmisión . Según sea el medio de accionamiento propulsor y de los elementos de transmisión, se habla de mecanismos : - mecánicos,- eléctricos,- hidráulicos,- neumáticos. Pueden emplearse independientemente o bien combinados unos con otros. En los ternas siguientes se hablará de ellos. 8 .5 .1 .1
Cadena cinemática
Así se (lama la representación esquemática (fig . 8.15) de los mecanismos . Para facilitar la representación y la interpretación de cada elemento se representa éste por un símbolo normalizado, según se indica en la figura 8 .16 . Fig. 8.15 Fresadora vertical y universal: A, sección de fresadora vertical; B, cadena cinemátida de una fresadora universal.
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2-- .- ._ . ._ . ~ . _. ;
~~z
Fig. 8.16 Cadena cinemática de una fresadora vertical con símbolos norma/izados.
61
Dispositivos de mando o de maniobra Para iniciar o interrumpir los movimientos de las máquinas-herramienta y de los mecanismos, hay que servirse de los dispositivos llamados de mando 0 maniobra . En todo sistema de maniobra (fig. 8 .17) suelen existir estos elementos : 1 Elemento de maniobra : pulsadora, manivela, pedal, etc . 2 Trecho maniobrado : el mecanismo afectado por la maniobra . 3 Eslabón de ajuste : los elementos intermedios entre el elemento de maniobra y el trecho maniobrado . 8.5.2
Representación esquemática de los dispositivos de mando Es una representación en la que se muestran las conexiones entre los diversos elementos de mando (fig. 8.18) . Siempre que existan, se emplearán símbolos normalizados para su representación . 8.5.2 .1
Representación de bloques Para simplificar la representación de los dispositivos de maniobra, se reducen los elementos principales, o conjunto de pequeños elementos que forman un todo, a rectángulos (bloques) enlazándolos por medio de flechas (fig. 8.19) . Las flechas indican el sentido en que actúa la maniobra. También se llama a esta representación esquema de conexiones de bloques. Como puede apreciarse en la figura, las flechas están en una cadena abierta ; es decir, las acciones de los bloques posteriores no afectan a los precedentes . Por esta razón se llama al mando proceso abierto y se actúa una sola vez . 8.5.2 .2
Fig. 8.17 Dispositivos de mando: elementos de maniobra.
O O motor
Fig. 8.19
Fig. 8.18
i
Esquema de un circuito de mandos.
p~~n ,
shq" .,, 1
Fig. 8.20
Regulador de Watt.
Esquema de representación de bloques .
Procesos de mando programado Para llevar a cabo un proceso que consta de varias tareas o fases, es necesario realizar una o varias maniobras para cada fase. Esto puede hacerse manual o automáticamente . Para lo primero no hay más que estar atento a la ejecución de cada tarea o fase y cuando está terminada realizar la maniobra para la siguiente . Cuando el proceso se tiene que repetir muchas veces, puede prepararse un dispositivo que dé las órdenes de maniobra conforme se van terminando las fases anteriores. Estos dispositivos se llaman programadores, y a los procesos realizados con ellos se les denomina procesos de mando programado . 8.5.2 .3
Dispositivos de regulación Cuando una instalación o máquina debe funcionar durante un cierto tiempo en determinadas condiciones y existen elementos que tienden a hacer variar estas condiciones, será necesario emplear dispositivos eficaces para contrarrestar dichos elementos perturbadores. El conjunto de elementos empleados para lograr este fin se llama dispositivo de regulación . En la figura 8.20 se muestra el clásico regulador de Watt, empleado en gran número de mecanismos . 8.5.3
62
Para lograr que una turbina gire a un número de revoluciones constante, si el eje tiende a disminuir su velocidad a causa de una mayor resistencia en el mecanismo arrastrado, entra en acción el regulador, dando una orden al distribuidor de la turbina, el cual, dejando pasar mayor cantidad de fluido, aumenta la fuerza de empuje, contrarrestando la acción perturbadora del frenado y manteniendo así la velocidad entre pequeñas variaciones . Otro ejemplo de regulación lo tenemos en un horno de templar (fig. 8.21). Al iniciar el proceso, el horno empieza a calentarse hasta alcanzar la temperatura deseada, en cuyo momento se dispara el circuito de alimentación . Si se introduce una pieza fría, se abren las puertas, o simplemente se va disipando el calor, a través de sus paredes, el horno se enfría ; en este instante el sistema de regulación conecta la fuente de alimentación recuperando el calor perdido y con él la temperatura . 8.5.3.1 Representación esquemática de la regulación Es la representación gráfica de los elementos de regulación, enlaces o conexiones . De aqu í que también se llame conexión de regulación (fig. 8.21) . Siempre que sea posible se emplearán símbolos normalizados y con preferencia se empleará la representación por bloques (fig. 8.22) . 8.5.3 .2 Actuación en la regulación La regulación se logra según este orden : 1 .° Medición del valor real de la magnitud regulable . 2.° Comparación de este valor con el teórico deseado . 3.° Eliminación de las discrepancias, por medio de la magnitud de ajuste o regulación. En la conexión de regulación los valores reales son comparados con los teóricos previstos . Cuando no son coincidentes, entra en acción el sistema regulador, para contrarrestar los elementos perturbadores . La magnitud de ajuste actúa sobre los eslabones de regulación hasta lograr el equilibrio . Esta interdependencia entre los elementos del sistema, como consecuencia de la comparación de la magnitud real y la teórica, hace que el circuito sea cerrado ; de aquí, que se denomine proceso cerrado . Su actuación es continuada . Los sistemas de regulación pueden ser, al igual que los mecanismos de transmisión o de mando : mecánicos, hidráulicos, eléctricos, electrónicos o neumáticos . En cursos superiores se estudiarán estos sistemas . 8.5.3.3 Regulación guiada Cuando la regulación no se reduce a mantener una magnitud constante, sino que interesa que varíe de acuerdo con un programa establecido de antemano, se tiene una regulación guiada . 8.6 Sistemas de fijación de la pieza y de la herramienta De poco servirían los dispositivos explicados en los apartados anteriores, si no se dotase a la máquina de sistemas eficaces y rápidos, para sujetar las piezas a mecanizar y para fijar las herramientas . Se dice sistemas eficaces porque durante el trabajo pueden llegara estar solicitados por fuerzas considerables tendentes a arrancarlos de su posición . Interesa también que estos sistemas sean rápidos, para emplear el mínimo tiempo posible en las operaciones de preparación . En temas aparte se tratarán estos interesantes asuntos (Tema 11 ). NORMALIZACION - Normas sobre herramientas de corte. MEDIOS DIDACTICOS Convendrá visitar el taller y fábricas con diversos sistemas de procesos ; a ser posible, algunas donde los sistemas de regulación sean importantes . 63
Fig. 8.21 Horno con control automático de temperatura: 1, interruptor manual ; 2, relé mandado desde el microrrelé del indicador; 3, pirómetro, medidor de la temperatura y generador de la corriente para accionar el microrrelé; 4, indicador de temperatura, programador y microrrelé ; 5, resistencia eléctrica; 6, pieza.
interruptor
Fig. 8.22 Esquema de horno de tratamiento.
bloques
del
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO De la visita hecha al taller o fábrica, hacer una memoria, destacando los procesos de mando y regulación que más hayan llamado la atención . CUESTIONARIO
¿Qué es una máquina-herramienta? ¿Cómo se clasifican las máquinas-herramienta? Partes principales de la herramienta de corte . Angulos principales de la herramienta de corte. ¿Qué sé entiende por elementos de corte? ¿Cuáles son los principales? ¿Qué se entiende por mecanizado? ¿Qué se entiende por maquinabilidad? ¿Qué es un mecanismo de transmisión? ¿Qué es un mecanismo de mando? ¿Qué es un sistema de regulación? Diferencias entre sistemas de transmisión, de mando o de regulación . ¿Qué es una cadena cinemática? ¿Qué es una representación de bloques?
Tema 9.
Mecanismos : elementos de transmisión y de mando mecánicos
OBJETIVOS
- Conocer distintos elementos mecánicos de transmisión empleados en
máquinas-herramienta. - Conocer algunas cadenas cinemáticas de máquinas-herramíenta . - Saber resolver problemas sencillos de transmisiones. Fig. 9. 1 Acoplamientos rígidos.
GUION
- Elementos de máquina . Mecanismos de movimiento circular . Mecanismos paso a paso . Mecanismos de movimiento lineal . Cadenas cinemáticas .
PUNTOSCLAVE
- Cálculo de relaciones de transmisiones simples.
EXPOSICION DEL TEMA
Fig.9.2
Acoplamiento
articulado o junta Cardán.
Ya hemos dicho que las máquinas-herramienta han de estar dotadas de mecanismos apropiados para lograr las variaciones adecuadas de los movimientos de corte, de avance y de penetración (Tema 8) . En este tema estudiaremos algunos de los más simples, aplicados a las máquinas-herramienta . Algunas sólo se emplean para transmisión, otras, para transmisión o maniobra, según los casos. Algunas se emplean también como elementos de regulación .
9.1
Elementos de máquinas
goma
Estudiamos seguidamente algunos de los elementos de máquina básicos para los mecanismos de máquinas-herramienta y que no han sido estudiados en primer curso. 9.1 .1
Ejes y árboles
Se llama eje toda pieza (móvil o no) en la cual se apoya otra pieza que gira . Arbol es una pieza que tiene por objeto transmitir una potencia por medio de su giro . Ambos suelen tener forma cilíndrica . El árbol es siempre giratorio y el eje no siempre . El eje sufre principalmente esfuerzos de flexión y el árbol de torsión. Sin embargo, en la práctica se utiliza muchas veces la palabra eje para designar, indistintamente, los árboles y los ejes propiamente dichos . 9.1 .2
Fig. 9.3
Acoplamientos elásticos.
Fig. 9.4
Manguito de unión.
Acoplamientos
Los acoplamientos son elementos que tienen por objeto transmitir el movimiento de un árbol a otro, colocado a continuación del primero . Pueden ser permanentes o móviles, de diversas formas y tipos .
9.1 .2 .1
Acoplamientos permanentes - permanentes rr'gidos (fig . 9.1 ) ; - permanentes articulados (fig . 9 .2) ; - permanentes elásticos (fig . 9 .3) . Permanentes rígidos . Cuando, por necesitarse un árbol muy largo o por
otras causas, es necesario empalmar permanentemente dos ejes, se utilizan acoplamientos rígidos. Los más empleados son los manguitos de unión, de los que existen diversos tipos (fig . 9.4) . Los manguitos de unión deben estar construidos de modo que no presenten ningún saliente o que éstos estén totalmente cubiertos, para evitar accidentes . La unión de los manguitos al eje puede hacerse por simple rozamiento para pequeñas potencias ; por chaveta o por estriados para mayor potencia . Otro tipo de acoplamiento es el de discos o platos, generalmente lisos ya veces dentados (fig . 9.1 ) . Permanentes articulados . Las juntas de articulación se emplean para árboles que han de formar un pequeño ángulo fijo o variable durante el mismo movimiento . La más conocida es la junta Cardán (fig . 9.2). Consiste en una cruz con cuatro gorrones que se introducen en los alojamientos de dos horquillas, una para cada eje. Permanentes elásticos . '_os acoplamientos elásticos se emplean para hacer más suave la transmisión del movimiento en ejes que lleven movimientos bruscos, y también cuando no se puede garantizar la perfecta coincidencia de los dos ejes . Hay muy diversos tipos de acoplamientos elásticos, fundados en uniones por correas, por láminas de acero o por uniones con caucho (fig . 9 .3) . 9 .1 .2 .2
Embrague o acoplamiento de
Embragues
Los embragues son acoplamientos que se pueden acoplar o desacoplar a voluntad, aun durante el funcionamiento de los árboles . Constan de un elemento fijo al árbol que transmite el movimiento, o árbol conductor, y otro desplazable que va sobre el árbol que recibe el movimiento, o árbol conducido . Los tipos más corrientes de embragues pueden ser: - embrague de dientes (fig . 9 .5) ; - embrague de fricción (f ig . 9 .6) ; - embragues de fricción de discos múltiples (fig . 9.7) . 65 5.
Fig. 9.5 dientes.
Tecnologia del Metal / 2
Fig. 9.6 Embrague o acoplamiento de fricción cónico.
: es "p~,e Eea=ee . ~.~ .i,',e,E e,r.
1,
s1m2N
Fig. 9.7 ples.
Fig. 9.8
Embrague o acoplamiento de plato.
Embrague de dientes . Los tipos más corrientes de los embragues de dientes pueden verse en la figura 9.5. Ordinariamente se accionan con los árboles parados. Embrague de fricción (figs. 9 .6 y 9 .8) . Se fundan en la fuerza de rozamiento que se presenta cuando dos superficies se oprimen una contra la otra. Esta presión se puede hacer en sentido axial (embragues planos y cónicos) y en sentido radial (embragues cilíndricos) . Embrague de discos múltiples (fig. 9 .7) . Son muy utilizados actualestán mente, por su fácil manejo, rentabilidad y tamaño reducido . Los discos lubricados, por lo cual el desgaste es muy pequeño y, por consiguiente, tiene larga duración . 9 .1 .3
Fig. 9.9
Fig. 9. 70
Cojinete.
Cojinete y su soporte.
Cojinetes y soportes
para Tanto los ejes giratorios como los árboles necesitan puntos de apoyo . desplazamientos sostener su peso, para guiarlos en su rotación y para evitar ejes (fig. 9 .9) . Se llaman cojinetes los elementos en que se apoyan los Los cojinetes van algunas veces colocados directamente en el bastidor de convela pieza o máquina, pero con frecuencia van montados en soportes 9 .10) . nientemente dispuestos para facilitar su montaje (fig . 9.1 .3.1 Clasificación de los cojinetes Los cojinetes, por su estructura, se clasifican en cojinetes de fricción y rodamientos . En los primeros (fig . 9 .11A), los ejes rozan por deslizamiento en sus apoyos. En los segundos (fig. 9 .11 B), se interponen entre el eje y su apoyo esferas, cilindros o conos, que hacen que el rozamiento sea sólo de rodadura . Por la dirección del esfuerzo que soportan, se clasifican los cojinetes en axiales, radiales o mixtos. Los cojinetes axiales (fig . 9 .12) impiden el desplazamiento en la dirección del eje, los radiales impiden el movimiento en la dirección del radia, o sea, transversalmente (fig . 9 .13), y los mixtos hacen el efecto al mismo tiempo de los cojinetes axiales y los radiales (fig. 9 .14) . Los cojinetes axiales pueden ser de simple efecto a de doble efecto, según que impidan el desplazamiento del eje en un sentido o en los dos (ver Técnicas de Expresión Gráfica 1 .e r grado, 2.° curso, de esta misma editorial) . 9 .1 .3 .2
Fig, 9, 17 Tipos de cojinetes según e! sistema: A, cojinete de fricción; B, rodamiento .
Embrague o acoplamiento de discos múlti-
Engrase
Los cojinetes y algunos otros elementos de máquinas, como los engranajes, deben tener un sistema conveniente de engrase . El engrase es importantísimo, pues si no existiese o se descuidase, se perdería mucha potencia, se calentarían los cojinetes y se llegaría rápidamente a la destrucción del mecanismo (Tema 12) . 66
9.2
Mecanismos de movimiento circular Los mecanismos más empleados son los de movimiento circular . De estos vamos a estudiar : poleas y correas; ruedas de cadena y engranajes . 9 .2 .1
Correas y poleas
Las correas son cintas cerradas de cuero u otros materiales, que se emplean para transmitir un movimiento de rotación entre dos ejes, generalmente paralelos. Las poleas son ruedas de forma conveniente para que se apoyen sobre ellas las correas. Si una polea fija a un árbol se une (cumpliendo determinadas condiciones) por medio de una correa, a otra polea solidaria de otro árbol, el movimiento de rotación de uno de éstos, llamado árbol conductor, se transmitirá al segundo que recibe el nombre de conducido (fig . 9 .15A) . Dichas condiciones se refieren, por una parte, a la fuerza que se ha de transmitir, velocidad tangencial, anchura, grueso y tensión de la correa ; y, por otra, a la posición recíproca de poleas y ejes. Por lo que respecta a la primera clase de condiciones, sólo advertiremos que la transmisión del movimiento por correas es debida al rozamiento de éstas sobre las poleas, de manera que sólo será posible cuando el esfuerzo que se ha de transmitir sea inferior a la fuerza de rozamiento y a la resistencia de la correa a la tracción . Se comprende que el valor del rozamiento depende, sobre todo, de la tensión de la correa, y la resistencia de ésta, de su material y dimensiones .
Fig. 9.12 Rodamiento axial.
ENEN Fig. 9.13 Rodamiento
radial.
remache
U
Fig. 9.15 B
9.2 .1 .1
.9.14 Fig
Rodamiento
mixto.
Formas de empalmar correas.
Forma y materia/ de las correas
Las correas adoptan principalmente dos formas : correa plana y correa trapecial. Para correa plana el material más corriente es el cuero curtido. No pudiendo construirse de una sola pieza, se unen varios trozos entre s í (fig . 9 .15B) . También se construyen de cáñamo, de lona o pelo de camello . Se emplean mucho las correas de fibras textiles embebidas en caucho . Finalmente, en algunas ocasiones, se emplean también-cintas de acero. Las correas trapeciales son de fibras textiles y algunas veces de hilos metálicos recubiertos de goma (fig . 9 .16) . Normalmente se emplean cerradas y las hay de varios tamaños de perfiles y de longitudes distintas (tabla 9 .17) . Tiene la ventaja sobre las planas de que, al ir alojadas en la garganta de las poleas, tiende a producir el efecto de cuña con lo que se aumenta la fricción con la polea, necesitando por esta causa menor tensión que las planas . Tienen, sin embargo, un gran inconveniente para trabajar con poleas de poco diámetro . 67
Fig. 9. 15 A m¡ento.
Transmisión
de
movi-
Fig. 9.16 Composición, de una correa trapecial,
Tabla 9 .17
Tamaña 1 A 2A 3A 3 A-1 4A 4 A-2 5 A 5 A-2 6A 7 A
676 A 795 A 913 A 994 A 1 094 A 1 156 A 1 194 A 1 245 A 1 322 A 1422A
gitud Longitud primitiva mm
11 1 1 1 1 1
Longitud exterior mm
T
710,6 820,6 938,6 1 019.6 1119,6 1 181,6 1 219,6 1 270,6 1 347,6 1 447,6
676,6 795,6 913,6 994,6 094,6 156.6 194,6 245,6 322,6 422,6
Longirad primitiva mm
m
2 B 3B 4 B 5 B 5 B-1 6 B 7 B 8B 9 B
1 1 1 1 1 1 1 1 1
005 033 105 205 256 333 453 557 618
924,8 8 1 005,8 8 1 033,8 8 1 105,8 8 1 205,8 8 1 256,8 8 1 333,8 8 1 453,8 8 1 557,8 8 1 618,8
Longitud exterior mm
Tamaña
955,8 1 C 1 036,8 2 C 1 064,8 3 C 1 136,8 4 C 1 236,8 5 c 1 287,8 6 C 1 364,8 7 C 1484,8 8 C 1 588,8 9 C 1 649,8 9 C-2
Designación UNE 18 006
Longitud primitiva mm
Longitud exterior mm
1 342 1 566 1 952 2106 2211 2336 2491 2637 2720 2898
1 342,6 1 566,6 1 952,6 2106 .6 2211,6 2336,6 2491,6 2637,6 2720,6 2898,6
1 384,6 1 608,6 1 994,6 2148,6 2253,6 2378,6 2533,6 2679,6 2762,6 2940,6
C C
c C C C C C C C
SECCION E 38 mm ancho 25 mm grueso Angulo 40°
SECCION O 32 mm ancho 19 mm grueso Angulo 40°
SECCION C 22 mm ancho 14 mm grueso Angulo 40°
SECCION 8 17 mm ancho 11 mm grueso Angulo 40-
SECCION A 13 mm ancho 8 mm grueso Angulo 40° Designación UNf 18 006
Dimensiones de las correas trapeciales
Tamaña 1 2 3 3 4 6 8 9 10 12
D D-3 D D-3 D-2 D D-2 D-1 D D-2
Designación UNE 18.006 3116 3 531 3727 4081 4461 5021 5727 6301 6861 8031
Longitud primitiva mm
D 3116,1 D 3 531,1 D 3727,1 D 4081,1 D 4461,1 1 5021,1 D 5727,1 D 6301,1 D 6861,1 D 8031,1
Langitud exterior mm
_ maña
3175,1 3 590,1 3786,1 4140,1 4520,1 5080,1 5786,1 6360,1 6920,1 8090,1
2 E 3 E-2 4 E-1 5 E 6 E-2 8 E 8 E-2 9 E-2 12230 E 13 750 E
22
7
5044,4 5 750,4 6306,4 6866,4 8036,4 9151,4 10006,4 11 206,4 12230,0 13750,0
I
ConLongitud exterior mm 5112,4 5 818,4 6374,4 6934,4 8104,4 9219,4 10074,4 11 274,4 12298,0 13818,0
¡
1
-
I c
B
A
5044 E 5 750 E 6306 E 6866 E 8036 E 9151 E 10006 E 11 206,E 12230 E 13750 E
Longitud primitiva mm
38
32
13
Ta-
Designación I UNE 18 006
D
E
Todas estas correas tienen el inconveniente de que siempre se producen resbalamientos y no se pueden obtener relaciones de transmisión constantes . Para evitarlo, se emplean correas provistas de dientes (fig . 9 .18) .
Fig. 9.18
Correa dentada .
Fig. 9. 19
Polea de una sola pieza.
9 .2 .1 .2
Forma y material de las poleas
9 .2 .1 .3
Relación de transmisión
Las poleas empleadas en máquinas se hacen siempre de una sola pieza . Para evitar que la correa se salga es necesario que al menos una de las poleas, generalmente la conducida, sea ligeramente bombeada (fig . 9.19) . Suelen ser siempre algo más anchas que la correa correspondiente. Las poleas para correas trapeciales tienen ranuras con dimensiones adecuadas a la correa que se va a emplear (tabla 9.20) . Pueden ser de una sola pieza para diámetros pequeños (fig . 9.21) . Para diámetros mayores se emplean de varias piezas (fig . 9 .22) . Cuando el diámetro es muy grande puede ser la polea sin garganta y apoyar la correa por su base en lugar de las caras laterales (fig . 9 .23) . Esto es, sobre todo, posible cuando la otra polea es considerablemente más pequeña, Se emplean de una o más gargantas, dependiendo de las condiciones de transmisión,
Fácilmente se puede demostrar que entre dos poleas unidas - por una correa se cumple siempre la siguiente igualdad :
Fig. 9.21
Sección de polea de una sola pieza .
A esta igualdad la llamamos ley de transmisión (fig . 9 .24) y en ella tenemos : di ni d2 n2
Fig. 9.22
Sección de polea de varias piezas.
=diámetro de una polea =número devueltas por minuto de d i = diámetro de la otra polea = su número de revoluciones .
Con esta sencilla relación podremos resolver los problemas de transmisión que se presenten .
Tabla 9 .20
Dimensiones de poleas para correas trapeciales, según DIN 2 217 De uno ronu,o
De varios ronura5 Norma
0
~
aE
w
I~//,
6
I
.t-J!
i
oc
i b
Al mismo tiempo ancho superior de la correa
5
c e
máxima
1 a22,5 6
_-
_.
mínima
-
Correa sin fin y con fin
Diámetro mínimo
Correa sin fin
de la polea dm
Correa sin fin y con fin
20
Dif, adm dm
355
Dif . adm.
22 400
450
-r . 4
28 500
32
(22)
6
25
32
40
12
7
15
18
8
20
22
10
12
27
16
34
42
6
2
2~
0,5
3
3
0,5
1
1
1
1
0 ,5
5
6
8
7
10
9
12
32
12
40
45
63
50
_ 1 _ 90
63
80
100
_
50 171
34-
25 0,5
20
5
_6 22
22
32° dm
0,5
0,5
36-
Angulo de garganta «
17
4
12 -_
_ Correa sin fin
t
13
3
_-10
1 r+
10
100
140
45
63
32
J
_
- 24
26
30
4
4
38
46
58
7
1,5
5
1,5
6
6
8
1,5
2
1,5
2
2
2
2,5
2,5
3
4
5 40
16 _ 1
18
2
22
21
-
27
32
125
180
26
38
180
250
355
47
132
212
31
-
236
500
710
315
450
600
112
Para diámetro de la polea dm > 200
280
90
125
400__ 780
475
560
212
800
250
355
Para diámetros dm más pequeños (véase el valor de C3) 36
560' 630
40
1
770 5
45 800
50 900
56
63
~
7J89
1000 1120 1 ~
6
0
50
100 2 1112
725
140 ~
160 2,5
1 600
500
710
DIN 2 218 180
200
224
250 f 3
280
00 1800 2000 2240 2500 2800 3150 3550 4000 4500 5000 5600 1 8 = 7 i 10 +12
d, = 90 mm
Fig. 9.23 ganta .
Poleas grandes sin
gar-
Fig. 9.24 rreas.
Relación de transmisión por coFig. 9.25
Problema 1
CA cuántas revoluciones gira el eje 2 de la figura 9 .25 si d i = 40 mm, n i = 1400 r .p .m . y d 2 = 90 mm? Solución n i d i = n2 d 2 ;
315
d i n, = 40 , 1400 , n2 = 622 r .p .m 90 d2
Problema 2
En la figura 9 -.26, tenemos dos poleas escalonadas de manera que puedan unirse de dos en dos sucesivamente por una correa . Escribir las ecuaciones del sistema . Solución 1 .° Por la ley de transmisión se debe cumplir : n i d i =n 4 d 4 (1) n2 d2 = ns ds (2) n3 d3 = n 6 d e (3) 2 .° Si ha de emplearse la misma correa (de longitud constante), debe cumplirse, además : d 1 + d 4 = d 2 + d s = d 3 + d 6 (4)
Fig. 9.26
69
tendremos Si el eje 1 es el del motor y gira siempre al mismo número de vueltas, transforma en : n, = n2 = n3 y el sistema se ni ni ni di Fig. 9.27
d, = d2 = d3 = +d 4
n4 d4 (1) n s d 5 (2) nb d b (3) =d 2 +d 5 =d 3 +d,, (4)
Problema 3
1950 y 2550 r.p .m . El motor Queremos que el eje de una taladradora gire a 1500 gira a 1500 r.p .m . de diámetro . La polea más pequeña del eje del taladro debe ser de 65 mm Calcular los diámetros de las otras poleas . de esta manera : Supongamos que en la figura 9.27 los valores corresponden nb = 1500 ; n s = 1950 ; n4 = 2250 ; d4 = 65 mm y n i = n2 = n3 = 1500 Solucíón
Empleando el sistema del ejemplo 2 tenemos, según (1), di
= d4 - n4 = 65 .2550- 110 mm 1500 ni d i +d 4 =110+65=175
de las
(2) d2 - n i = d s - ns (4) d 2 + d s = 175
despejando en la (4) tenemos : (5) d 2 = 175 - d s y sustituyendo en la (2) resulta (175-d s ) - n i = d5 - n5 ;dedonde : 175n, -d s n i =ds n s 175 n i = ds n 5 + n i ds 175 n, = ds (ns +n i ) 175-1500 = 175 -150 0 _76 mm _ 175-n 1 ds3450 ns + n i 1950+1500 y en (5) tenemos : Fig. 9.29
d 2 =175-d s =175-75 =100 mm
Poleas de fricción ranuradas.
Haciendo lo mismo con las (3) y (4) tenemos : (3) d 3 n i = nb d 6 (4) d 3 +d b = 175 = 175 - n, = 175 - 1500_ -_ 1_75 = 87,5 mm 2 1500 + 1500 n6 + n i d 3 = 175 - 87,5 = 87,5 mm . Problema 4
Fig. 9.30 Poleas de fricción cilíndricas.
taladradora Calcular las revoluciones por minuto a que puede girar el husillo de una de diámetro : si la polea A tiene como la representada en la figura 9.28, 188, d 2 = 215, d i = 238 ; d6 = 105, d s = 133, d 4 = 162, d3 = 110, y la polea B tiene de diámetro : d, 2 = 220, d i , = 192, d i 0 = 163, d 9 = 137, d8 = d 7 = 87 . El motor gira a 1450 rpm . el número Como se ve en el croquis, las poleas se pueden cambiar de ejes ; por tanto, 12 . será en total dé de velocidades 70
Solución n7 .d7=nt 'd, ;
ni _
n7 . d7 = 1450 87 di 238
d n8 8 = 1450 - 110 n2 = ti 742 ; 215 d2
530 ;
n3 = 1450 - 137, 188
1057
n4 = 1451062163 ~ 1459 ; n5 = 1450 - 192 ~ 2093 ; 133 n _ 1450 - 220 " 3038 ; n7 = 1450 - d, = 1450 - 238 c' 105 87 d7 __ 1450188 ns = 1450 - 215 ~, 2834 ; nv 110 ^ 1990 ; 137 nao
__ 1450- 162 163
1441 ;
ntt =
1450 - 133, ~ 1004 ; 192 92
queda así el escalonamiento :
n,
n, 2 n2 ni , n3 n, o
= 530 rpm = 692 rpm = 742 rpm = 1004 rpm = 1057 rpm = 1441 rpm
n 4 = 1459 n 9 = 1990 n ; = 2093 n8 = 2834 n6 = 3038 n7 = 3967
3967 ; husillo
Fig. 9.28
motor
ni2 = 1450 105 692 ; ~ 220
rpm rpm rpm rpm rpm rpm
9.2.2
Poleas de fricción Si la distancia de los ejes es pequeña o si estos ejes no son paralelos, podrán emplearse poleas de fricción, en lugar de poleas corrientes y correas . Sólo se emplean para pequeñas potencias, ya que tienen tendencia a resbalar . Para evitar que resbalen se aumenta la presión entre ellas o se emplean poleas acanaladas y de materiales con buena adherencia (fig. 9.29) .
Fig. 9.31 Poleas de fricción cónicas .
9 .2 .2.1
Poleas cilíndricas Veamos algunos mecanismos sencillos : en la figura 9 .30 aparecen dos poleas cilíndricas cuya relación de transmisión es : n i . d, = n 2 , d 2 . 9 .2.2 .2
Poleas cónicas En la figura 9 .31 se muestran unas poleas cónicas para transmitir el movimiento entre ejes que se cortan . La relación de velocidades es constante, ya que, la relación entre dos diámetros cualesquiera que tengan un punto común, es constante, y se cumple la misma ley de transmisión .
Fig. 9.32 A Roed dentada y cadena .
9.2.3
Ruedas de cadena Para potencias mayores, o cuando se quiere tener una relación de velocidad constante, se sustituyen las poleas por ruedas dentadas y las correas por cadenas (fig . 9 .32A) .
Fig. 9.32 8 lados.
Cadena de rodillos articu-
9.2 .3.1
Tipos de cadenas Las cadenas más empleadas para la transmisión de movimiento son las articuladas de rodillos (fig . 9 .3213) con ruedas cuyos dientes tienen forma semejante a las de la figura 9 .33 . Cuando se quiere una transmisión más silenciosa y suave se emplean las cadenas articuladas como las de la figura 9 .34, llamadas silenciosas . Las ruedas tienen los dientes como indica la fitura 9.33 . 71
u Fig. 9.33 Rueda para cadena articulada silenciosa.
En todas ellas podemos decir que la relación de transmisión es : Z,
-ni= Z2 -n2
siendo z el número de dientes de las ruedas y n el número de vueltas de la misma. 9.2 .4 Fig. 9.34
Cadena articulada silenciosa.
Ruedas dentadas y engranaje
Para evitar el deslizamiento en las poleas de fricción, se pensó en dotarlas de dientes y vanos que se acoplarían entre sí. Esta idea dio lugar a las llamadas ruedas dentadas, cuyos dientes están estudiados de manera que se produzca un movimiento uniforme (fig. 9.35) . Naturalmente, no se pueden hacer de cualquier medida puesto que en cada juego los dientes deberán engranar perfectamente y los diámetros serán, en general, proporcionales a los dientes . Aquí la ley de transmisión suele relacionarse por los dientes en lugar de los diámetros . Así tendremos : z, - n, = Z 2 . n,, donde z, y z 2 son el número de dientes de las ruedas en los ejes que giran a n, y n 2 respectivamente. El conjunto de, al menos, dos ruedas dentadas se llama engranaje . Hablando ordinariamente se suele llamar a una rueda dentada engranaje, pero no es correcto . 9 .2 .4 .1
Sistemas de engranaje
Tren simple. Se llama así cuando dos, tres o más ruedas engranan directamente entre sí (fig. 9.36), en un mismo plano . Sólo tienen influencia la primera y la última rueda, y la relación será :
n, . z , = nn . Zn Fig. 9,35
Ruedas dentadas, engrana¡es.
tas.
Las colocadas entre la primera y la última se llaman intermedias o parási-
M Fig. 9.36
Tren simple de engranajes.
Tren compuesto. Se llama así cuando al menos existen cuatro ruedas dentadas que no estén engranando más que de dos en dos (fig. 9 .37) .
En este mecanismo, para cada par de ruedas tenemos : ni - zi = n2 ' Z2
; n2 -
= n4 - Z4
Z3
ordenando y dividiendo miembro a miembro, nos dará : ni - z, = n2 -
Z2
n i - zi _ z_2 n4 - Z4 Z3 Fig. 9.37
Tren compuesto de engrana¡es.
n4 . n4
= n2 .
Z4
= n, -
Z, - z3
Z2-
Z4
Cuando deseemos diferentes números de revoluciones en el eje receptor, se emplean ruedas desplazables (fig. 9.38) . En estas, como en las poleas de 72
escalones, las sumas dientes es los dientes
las relaciones son función de las ruedas que engranan y, además, de los radios primitivos deben ser iguales . Si el tamaño de los igual en todos los pares de ruedas, podremos decir que la suma de de cada par deberá ser igual, de donde tendremos : zl - n1, = Z2 - n2 ; Z3 - n3 = Z4 - n4 ; ZI + Z2 = Z3 + Z4 .
Con las ruedas dentadas pueden hacerse muchas combinaciones, lo cual dará lugar a mecanismos diversos ; en las figuras 9 .39 a 9 .41, tenemos mecanismos con acoplamientos, con desplazamientos de chaveta móvil y mecanismo Norton, respectivamente . También pueden emplearse sistemas de ruedas cónicas para ejes que se corten (fig. 9.42), o de tornillo sin fin y helicoidales para ejes que se crucen (fig . 9 .43A y 9 .4313) .
Fig. 9.38 Trenes desplazables : 1, 2 y 3, conjunto de ruedas desplazables : 4, 5 y 6, ruedas fijas.
Posición 1
posición 2
Fig. 9.39 Tren con embrague de dientes. balancín
Fig. 9.40 Tren con chaveta desplazable.
Fig. 9.41
Mecanismo Norton .
9.2.5 Sentido de rotación Puede ser interesante que un mecanismo gire en un solo sentido o en los dos. Desde luego, para la mayoría de mecanismos puede hacerse cambiar el sentido de giro del árbol conducido cambiando el del eje conductor . Veamos los casos más importantes.
o
: -
NI
..?
J IgaIlIt~~ ~ iJ Fig. 9.42
Ruedas cónicas.
9 .2.5.1
Sentido de giro en los mecanismos de correas Cuando dos árboles están unidos por una correa abierta (fig. 9 .44A), giran en el mismo sentido . Si la correa es cruzada (fig. 9.4413) giran en sentido contrario . Leyes de transmisión por correas planas. Sea cual sea la disposición de dos o más poleas para que no se salgan las correas, además del bombeado, es preciso que se cumpla la siguiente ley fundamental . El punto en que la correa abandona cada una de las poleas debe estar en el plano medio de la polea siguiente (fig. 9 .45) .
Fig. 9.44 8
Correa cruzada .
Fig. 9.45 planas.
Fig. 9.43 A fin.
Ruedas
sin
Ley de transmisión para correas Fig. 9.43 8 licoidales.
9.2 .5.2
Sentido de giro en los mecanismos de ruedas de cadena de engranaje y ruedas de fricción Entre árboles paralelos. Hay que considerar los casos de transmisión por cadena y por engranaje : - Si la unión es por cadena, los árboles giran siempre en el mismo sentido . 73
Fig. 9.44 A
Correa abierta.
Ruedas he-
conducida
conductora
Fig. 9.46 Sentido de giro en el mecanismo de dos ruedas .
conductora intermedia
conducida
Fig. 9.47 Sentido de giro con rueda intermedia.
Si la unión es por ruedas dentadas o poleas de fricción, depende del número de ruedas . Las ruedas en los puntos de contacto siempre giran en sentido contrario (fig . 9.46) ; si se trata de un tren de ruedas, ya sea simple o compuesto, cada eje inmediato gira en sentido contrario y cada dos ejes giran en el mismo sentido (fig . 9 .47) . Poniendo una rueda intermedia podemos hacer cambiar el sentido. Entre árboles que se cruzan . En estos casos, las ruedas dentadas y el tornillo sin fin (fig . 9.4313) pueden tener los dientes o entradas con distinta inclinación ; el sentido de giro no puede decidirse sin estudiar caso por caso . -
9.2 .6
lnversores de movimiento
9.2 .7
Variadores de velocidad
Cuando sea necesario que un eje gire en los dos sentidos y el eje conductor deba girar siempre en el mismo sentido, se recurre a los llamados inversores. En la figura 9.48 se muestra uno de ellos. Ya hemos visto cómo es posible dotar al eje conducido de diverso número de revoluciones empleando poleas escalonadas (fig . 9 .49) o trenes de engranajes (fig . 9 .38) . En ocasiones esto no es satisfactorio, ya que se necesita que el cambio de revoluciones sea continuado, sin saltos . Para lograrlo se recurre a los llamados variadores. 9 .2 .7 .1
Fig_ 9.48 Inversor.
Clases de variadores
Los- más sencillos para potencias pequeñas son los de correas, como vemos en la figura 9.50 ; si hacemos variar los diámetros donde actúan las correas, las relaciones de transmisión varían . Así, si los diámetros de las dos poleas pueden variarse de 50 a 150 mm, el eje motor 1 gira a 1500 r .p .m .; el eje conducido 2, podrá girar entre : n i -d i mín =n 2 mín - d2 máx n i -d i máx=n2 máx-d 2 mín i mín = 1500-50 n2 mín=ni 'd =500 rpm d i máx 150 ni da m x _ 1500 n máx = dm 2
-
150 _
4500 rpm
Fig. 9.49 Poleas escalonadas.
.mayor velocidad,
abiertas posición extrema
Fig. 9.50
Fig. 9.57
Variador de poleas de fricción .
cerradas posición inicial
Variador de correa .
Tendremos la posibilidad de obtener desde 500 a 4500 rpm en el eje arrastrado o conducido sin saltos bruscos. También se emplean variadores de fricción como se ven en las figuras 9 .51, 9 .52 y 9 .53) . 74
9.3
Mecanismos paso a paso
Son mecanismos que dan movimiento con intermitencias, por ejemplo por manivela y trinquete (fig . 9 .54) . En ellas, cada vuelta del plato manivela produce una fracción de vuelta en el eje de la rueda trinquete. En' algunas, como la de la figura, variando el radio de la manivela, se puede hacer que el giro sea de uno o varios dientes del trinquete . También puede estar dispuesto para poder girar en un solo sentido o en los dos, cambiando la posición de la uña (fig . 9 .55) . La Cruz de Malta en sus diversas construcciones puede emplearse para giros de 1/3, 1/4, 1/5 de vuelta por cada vuelta del eje manivela . El mismo mecanismo hace imposible el giro en los instantes entre giro y giro (fig . 9 .56) .
Fig. 9.54
cono de revolución
Fig. 9.52 Poleas con variador de velocidad: variador.
Manivela y trinquete.
Fig. 9.55 Rueda de trinquete para giro en ambos sentidos.
eje conducido
Fig. 9.56 Cruz de Malta.
velocidad mínima
9.4
Transformación del movimiento circular en lineal Son mecanismos que transforman el movimiento circular en rectilíneo . También al revés, de rectilíneo a circular . Los mecanismos más empleados son - tornillo y tuerca (fig . 9 .57) ; - rueda dentada y cremallera (fig. 9 .58) ; - biela manivela (fig . 9.59) ; - levas radiales (fig . 9.60) ; - levas axiales (fig . 9 .61) .
Fig. 9.53 Poleas con variador de velocidad: variador .
r~ yn' nyz~~
s Fig. 9.57
Tornillo y tuerca .
cruceta
Fig. 9.59
9.5
Jp1i7A
biela
Fig. 9.58 mallera.
-
Biela-manivela.
Rueda dentada y cre-
manivela
Fig. 9.61
Leva axial.
Cadenas cinemáticas
Ya hemos dicho que los mecanismos suelen combinarse para formar otros más complejos ; en las figuras siguientes vemos los de algunas máquinas herramienta, dando lugar a diversas cadenas cinemáticas. Para este tipo de representación se usan unos simbolismos normalizados, algunos de los cuales se muestran en la tabla 9 .62 . 75
Fig. 9.60 Leva radial,
Tabla 9 .62
Representación de símbolos normalizados de mecanismos
Mecanismo de biela y manivela .
Resorte de compresión .
Eje sobre rodamientos biaxiales .
Resorte de tracción .
En las figuras siguientes se muestran las cadenas cinemáticas de algunas máquinas : - cadena cinemática de una limadora (fig . 9.63) ; - cadena cinemática de una taladradora (fig . 9 .64) - cadena cinemática de una sierra de cinta (fig . 9 -)5) ; - cadena cinemática de un torno (fig . 9 .66) ; - cadena cinemática de una fresadora (fig . 9 .67 ; .
Fig. 9.63 Cadena cinemática de una timadora.
Fig. 9.64
Cadena cinemática de una taladradora.
.7I I
Irla
nl~- ~ .i
Fig. 9.66 A
16
15
11e
~¡~L 9
Cadena cinemática de un torno paralelo.
volante
14
9
ü
ygS
Tu I
91,11 8
Fig. 9.66 8 Cadena cinemática de un torno. 1, motor; 2, caja de velocidades; 3, polea motor, 4, cabezal fijo ; 5, eje principal; 6, tren de engranajes de la guitarra; 7, caja de avances; 8, barra de cilindrar- 9, husillo de roscar, 10, cremallera; 11, cuerpo carro ; 12, carro longitudinal ; 13, carro transversal, 14, carro porta-herramientas ; 15, torreta, 16, cabezal móvil.
Fig. 9.65 Cadena cinemática de una sierra alternativa .
motor
Fig. 9.67 Cadena cinemática de la caja de avances de una fresadora moderna.
PROBLEMAS Problema 1 Se desea instalar una transmisión que gire a 220 revoluciones por minuto, movida por un motor cuya polea mide 12 cm y gira a 1450 r .p .m . ¿Cuál será el diámetro de la polea de la transmisión? No se considera el deslizamiento . Problema 2 El árbol de una máquina-herramienta debe girar a 370 r .p .m . mientras que el motor de accionamiento gira a 1350 r .p .m . La polea del motor mide 70 mm de diámetro . ¿Cuál debe ser el diámetro de la polea arrastrada en el árbol de la máquina-herramienta? Problema 3 Los conos de poleas que equipan a una taladradora de sobremesa, tienen los diámetros de la figura 9 .68 . El motor tiene dos velocidades, 400 y 1000 r .p .m . Calcular : El número de r .p .m . correspondientes a cada velocidad que puede obtenerse con la máquina . La pérdida por deslizamiento está calculada en una media del 3,7 %. Problema 4 Sabiendo que el piñón de un mecanismo sencillo gira a razón de 500 r .p .m . y tiene 50 dientes Calcular: El número de r .p .m . a que girará la rueda siendo su número de dientes 88 . Problema 5 Averiguar la gama de velocidades que proporciona una taladradora en el eje de la broca, sabiendo que el cono de poleas del motor gira a 1275 r .p .m . y dispone de los siguientes diámetros : 60, 80, 100 y 120 mm . El cono del husillo tiene los mismos diámetros y está dispuesto simétricamente respecto al anterior . Problema 6 Una bomba de aceite gira a 650 r .p .m . y va movida por un motor que gira a 1200 r .p .m . Deseando aumentar el número de r .p .m . de la bomba en un 30 %, calcular la velocidad a que debe girar el nuevo motor que pretendemos acoplar . Pérdidas por deslizamiento : 2 % en ambos casos .
Fig. 9.68
Cono de poleas de una taladradora de sobremesa.
Problema 7 La polea de una rectificadora, cuya muela tiene 300 mm de diámetro y debe girar a una velocidad tangencial de 25 metros por segundo, tiene 200 mm de diámetro . La polea de su motor mide 800 mm de diámetro . ¿A cuántas r .p .m . debe girar? Deslizamiento considerado : 4 % . 78
SEGURIDAD E HIGIENE Todo elemento en movimiento es un principio de posibles accidentes . Hay que evitar que estos elementos estén al alcance de las personas, protegiéndolos con corazas o resguardos adecuados . Si es imposible proveerlos de esa protección, deberán, al menos, estar desprovistas de tornillos, pasadores, etc ., que sobresalgan y puedan ser causa próxima de accidentes . A ser posible, las protecciones no deberán poder quitarse con la máquina en marcha . El ideal sería que, al intentar quitarla, automáticamente se parase la máquina . Donde no sea posible una protección directa, póngase una protección a distancia : con vallas, carteles avisadores, franjas pintadas, etc . Cuando se está trabajando en equipo (dos o más personas), asegurarse de que no se puede poner en marcha la máquina, si se está manipulando en alguna parte de la misma .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Recopilar una serie de variadores de velocidad, diciendo
las ventajas e inconvenientes de cada uno, según tu criterio . - Haz un estudio sobre inversores de velocidad de varios sistemas . Describe brevemente su funcionamiento .
CUESTIONARIO - Cita cinco elementos
de unión, empleados en transmisiones . - ¿Qué diferencia hay entre acoplamiento permanente y embrague? - Clases de cojinetes según su funcionamiento . - ¿Qué tipos de correas empleadas en transmisiones conoces? ¿Qué tipo te parece mejor y por qué? - ¿Cómo pueden ser las poleas? - ¿Qué diferencia hay entre poleas para transmitir el movimiento por correas y poleas o discos de fricción? - ¿Cuál es la ley fundamental de transmisión para poleas y para ruedas dentadas? - ¿Cuántos tipos de cadenas metálicas conoces? Indica en qué máquinas o aparatos las has visto emplear . - ¿Qué diferencia hay entre un tren de ruedas simple y uno compuesto? - ¿Qué es una rueda parásita? - ¿Cuál es la ley fundamental, para que sea posible la transmisión por correas planas? - ¿Qué son los inversores? Haz una lista de los sistemas que conozcas . - ¿Qué e s un variador de velocidad? - ¿Qué ventaja tienen los variadores? - ¿Qué es una transmisión paso a paso? - ¿Qué mecanismos conoces para transformar el movimiento circular en lineal o al revés? Dibujar una o más cadenas cinemáticas de máquinas .
Tema 10 .
Otros sistemas de transmisión de mando y de regulación
OBJETIVOS Conocer sistemas modernos de transmisión, mando y regulación. - Adquirir nociones sobre elementos empleados en sistemas hidráulicos, neumáticos y eléctricos. - Dar una idea elemental de mandos y regulación programada. -
79
GUION -
Bomba de engranajes.
Fig. 10. 1
Sistemas hidráulicos . Sistemas neumáticos . Sistemas mixtos . Sistemas eléctricos . Programadores .
PUNTOSCLAVE
- Interpretar esquemas sencillos de sistemas hidráulicos, neumáticos o eléctricos . CONOCIMIENTOS PREVIOS
- Conceptos sobre fluidos y electricidad .
EXPOSICION DEL TEMA 10 .1
Fig. 10.2
Bomba de paletas de caudal variable.
Sistemas hidráulicos
El accionamiento se logra por un fluido sometido a presión (aceite), inyectado a través de conductos tubulares . La fuerza se obtiene generalmente por la presión estática, ya que la energía de velocidad es muy pequeña . Los mecanismos hidráulicos tienen algunas ventajas sobre otros mecanismos : 1,a No existen elementos de transmisión como palancas, poleas, ruedas
dentadas, etc . 2 .a Pueden transmitirse grandes fuerzas sin dificultad . 3 .1 Pueden regularse con facilidad las velocidades sin escalonamiento, variando el caudal del aceite . 4 .a maniobra se realiza por sencillos dispositivos mecánicos y, freLa cuentemente, por combinaciones de mandos eléctricos . 10 .1 .1
Bombas
Tienen como finalidad obtener la cantidad de aceite necesario, a la presión prevista . Pueden ser de caudal constante o de caudal variable .
Fig. 10.3 Bomba de pistones de caudal variable : 1, eje de accionamiento; 2, placa giratoria de accionamiento; 3, eje del bloque de los cilindros; 4, bloque de cilindros giratorios; 5, pistón ; 6, conducto de entrada; 7, boca de admisión; 8, caja de la bomba ; 9, tubo de salida ; 10, bielas; 'Y, ángulo cuya varia ción determina el caudal del agua.
10 .1 .1 .1
Bomba de caudal constante
10 .1 .1 .2
Bomba de caudal variable
10 .1 .1 .3
Comparación de los dos sistemas
En la figura 10 .1 se ve una bomba de engranajes . Es del tipo de caudal constante.
En la figura 10 .2 aparece una bomba de paletas de caudal variable, y la figura 10 .3 muestra una bomba de pistones, también de caudal variable .
Las de caudal constante tienen la ventaja de que son más baratas ; pero, en cambio, tienen el inconveniente de que siempre han de trabajar a plena carga, con mayor consumo de energía y necesitan llevar válvulas reguladoras. 10 .1 .2
entrada fluido
bomba
Fig. 10.4
Motor hidráulico.
Motor hidráulico
Es una máquina inversa de la bomba ; transforma la presión del fluido en movimiento de rotación (fig . 10 .4), cuya mayor o menor velocidad se logra regulando el caudal, ya sea en la bomba de caudal variable o con válvulas regu ladoras. 80
10 .1 .3
Cilindro hidráulico
10 .1 .4
Conducciones
4
El cilindro es el elemento más usado para obtener movimientos rectilíneos . Son, al fin y al cabo, unos motores lineales que, según el tipo de construcción y su funcionamiento son muy variados . En unos, el cilindro es fijo y móvil el pistón ; en otro, es al revés . En la figura 10 .5 pueden verse algunos esquemas de cilindros .
Son tubos, generalmente de acero, ya que los de cobre descomponen algunos aceites. Han de ser de sección suficiente para que la velocidad del aceite no sea excesiva y no puedan producirse perturbaciones en su funcionamiento . También debe estudiarse el trazado o recorrido de las tuberías para evitar las bolsas de aire, tan perjudiciales para su perfecto funcionamiento . Los racores, o manguitos de acoplamiento, son un accesorio complementario .
Fig. 10.5 Cilindros hidráulicos: A, de simple efecto, con resorte de recuperación; B, de doble efecto .
Válvulas
10 .1 .5
salida
Las hay para varios fines, como : - reguladoras de caudal (fig . 10 .6) ; - distribuidoras (fig . 10 .7) ; - reguladoras de presión (fig . 10 .8) ; - anti-retorno (fig . 10 .9) . 1 .° Válvula reguladora (fig . 10 .6) . Sirve para dar mayor o menor caudal y regular la velocidad de los motores, ya sean éstos circulares o lineales . Válvula 2 .° de distribución . Tiene como finalidad canalizar el flujo del aceite hacia los distintos puntos de trabajo. Puede ser corredera (fig . 10 .7) o giratoria (fig . 10 .10) y de mando manual o automático . 3 .° Válvula reguladora de la presión máxima . Tiene como finalidad mantener constante la presión de trabajo. Puede servir también como válvula de seguridad (fig . 10 .8) . 4 .° Válvula anti-retorno . Es aquella que deja pasar el líquido en un sentido, mas no en el contrario (fig . 10 .9) .
MINIR cono de regulación
Fig. 10.6 dal-
entrada
Válvula reguladora de cau-
1.° posición
2' posición
2011=M-55.1~
5NrfW~r¡...~~ Avance
Posición neutra
Retorno
hacia el depósito hacia la válvula
hacia el depósito
hacia el depósito
de la bomba :-
10 .2
distribuidora
de
hacia la válvula
Válvula distribuidora giratoria.
Fig. 10 .8 Válvula reguladora depresión.
Sistemas neumáticos
Son similares a los hidráulicos, pero trabajan a presiones menores y a mucha mayor velocidad ; de ahí que resulten mucho más duros o bruscos que los hidráulicos. Se emplean preferentemente para mandos o maniobras y para realizar pequeños esfuerzos. Resultan más baratos que los sistemas hidráulicos. Como en Hidráulica, los elementos empleados son : depósito de aire a presión y compresores (equivalen a los acumuladores y las bombas hidráulicas, respectivamente), válvulas, conductos (sólo de ida, ya que el retorno no existe por escapar al aire ambiente), cilindros y motores rotativos. 81 6.
Válvula
de la bomba
de la válvula
Fig. 10 . 10
Fig. 10 .7 corredera.
Tecnología del Metal / 2
salida
` entrada
l
Fig. 10.9 rretorno.
Válvula anti-
10 .3
4
Fig. 10.11 Sistema neumohidráulico : 1, cilindro de aire; 2, cilindro de aceite de frenado; 3, cilindro de equilibrado de cantidades; 4, regulación del avance; 5, retroceso acelerado; 6, avance .
Sistemas mixtos : oleoneumáticos y neumohidráulicos
Combinando el sistema neumático y el hidráulico, se logran los sistemas mixtos que aprovechan las ventajas de ambos sistemas y evitan sus inconvenientes. Así, en el esquema de la figura 10 .11, se ve cómo la acción rápida del aire queda frenada por el regulador hidráulico . En la carrera de trabajo la velocidad queda regulada, ya que la válvula anti-retorno no deja pasar el I íquido en esa dirección, sino que debe hacerlo a través de la válvula reguladora ajustable a voluntad . En la carrera de retroceso, el líquido puede pasar por la anti-retorno y por la reguladora, con lo que la velocidad del cilindro puede ser mayor . Combinando estos dos sistemas, pueden lograrse conjuntos muy estimables ; en la figura 10 .12A se ve un sistema empleado en múltiples aplicaciones cuyo funcionamiento es el siguiente : el aire, a presión normal de 6 kg/c m2 que se hace llegar a un amplificador oleoneumático, empuja al pistón A de gran superficie, por ejemplo de 180 cm' . En el otro extremo, el pistón va ajustado en un cilindro hidráulico de sólo 3 cm' , con lo que la relación de presión en el sistema es : 6 x 180 = p x 3; p = 360 kg/cm' , la cual puede conducirse a través de tubos flexibles, a los lugares de utilización . 10 .4
Fig. 10. 12 A
Sistema neumohidráulico : A y B, pistón.
Fig. 10. 12 $
Sistema eléctrico.
Sistema eléctrico
Solo o combinado con los sistemas mecánicos, hidráulicos o neumáticos, se emplea el sistema eléctrico (fig . 10 .12B), de suerte que, sin él, es imposible imaginar una máquina-herramienta moderna . 10 .4 .1
Motores eléctricos Puede decirse que los motores eléctricos son máquinas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica . Los motores se pueden dividir en dos grandes grupos, de acuerdo con la corriente empleada : - motores de corriente alterna; - motores de corriente contina. Los de corriente alterna son más empleados, por su sencillez de construcción y, además, porque la corriente alterna es la más frecuente en todo tendido eléctrico . Tiene el inconveniente de que, salvo modelos especiales, son de velocidad constante. Los de corriente continua, por el contrario, son más complicados ; además, no es fácil tener corriente continua ; en la mayoría de los casos, hay que obtenerla en la misma planta e, incluso, en el mismo puesto de utilización . Tienen la ventaja de que con ellos se pueden lograr velocidades regulables dentro de ciertos límites. 10 .4 .1 .1
Motores de corriente alterna
Como se dijo anteriormente, son los más empleados, sobre todo los trifásicos . Velocidad. Se determina en función del número de polos y de la frecuencia de corriente, según la fórmula : = 60-f_= r . p .m . p
en la cual
n = número de revoluciones por minuto f = frecuencia, que normalmente vale 50 Hz . p = número de pares de polos.
Según esto, las velocidades más empleadas son (tabla 10 .12C) : Tabla 10.12 C
Fig. 10.13 Comparación del tamaño de motores de igual potencia y distintas r.p .m .
p n.° (r.p .m,)
Velocidades más empleadas en motores de corriente alterna
1
2
3
4
5
6
3000
1 500
1000
750
600
500
No es frecuente el empleo de velocidades menores porque los motores resultan muy voluminosos (fig . 10 .13A) . Estas velocidades son ciertas en los motores llamados sincrónicos ; sin embargo, los que más se emplean son los asincrónicos, por su sencilla construcción . En ellos, por el fenómeno de deslizamiento, se pierde del 3 al 6 de revoluciones . Se pueden fabricar motores de varias velocidades, cambiando el número de polos, lo que se logra por medio de conmutadores . Las combinaciones posibles son : 1 .a
Motores de dos velocidades (tabla 10 .13B) Tabla 10 .13 B
Motor de dos velocidades
Escalonamiento
1,3
1,5
2
3
4
Número de revoluciones por minuto
1 000/750
1 500/1 000 750/ 500
3000/1 500 1 500/ 750 1 000/ 500
3000/1 000 1 500/ 500
3 000/750
2.a
Motores de tres velocidades (tabla 10 .13 C) Tabla 10 .13 C
Escalonamiento Número de revoluciones por minuto
3.a
Motores de tres velocidades
1,5-1,3 __
1,3-1,5
2-1,5
3-2
1 50011 0001750
1,5-2
1 000/750/500
3 000/1 500/1 000 1 500/ 750/ 500
3 000/1 000/500
1 500/1 000/500
Motores de cuatro velocidades (tabla 10 .13D) Tabla 10.13 D
Escalonamiento Número de revoluciones
Motores de cuatro velocidades 1,5-1,3-1,5
2-1,5-2
1 500/1 000/750/500
3 000/1 500/1 0001500
De los motores de varias velocidades, los más empleados son los de dos velocidades. Los de tres y cuatro tienen el inconveniente de sus escalonamientos desiguales, lo que complica su aplicación cuando se quieren tener progresiones de velocidades homogéneas . Potencia . Es constante para cada número de revoluciones y proporciona¡ a ellas. Así, los de una revolución tienen potencia única . Los de 2, 3 y 4 tienen 2, 3 y 4 potencias distintas, lo que es muy interesante porque, cuanto mayor es la velocidad, tanto mayor es también la potencia . Pueden emplearse desde pequeñas potencias, fracciones de caballo, hasta grandes potencias de miles de caballos . 10 .4 .1 .2
Velocidad de los motores de corriente continua Ya se ha dicho que poseen la ventaja de poder variar la velocidad entre ciertos límites; pueden llegar a variaciones de 1 a 20 . Pueden obtenerse efectos semejantes con semiconductores electrónicos ; lo que es muy útil para motores de pequeñas y medianas potencias (de 0,4 a 15 kW) . Estos motores son de gran aplicación para mando y maniobra y, en casos especiales, para transmisión, logrando una gran simplificación en la cadena cinemática . 10 .4 .1 .3
Frenado y cambio de sentido en la rotación Los motores eléctricos admiten una rápida parada a base del frenado eléctrico ; su funcionamiento es distinto, según sean de corriente alterna o continua .
Tienen el inconveniente de complicar un tanto la instalación . Para pequeñas potencias, pueden emplearse frenos de tipo mecánico de cinta o mordazas, mandadas por electroimanes, que se activan al producirse el corte de la corriente en el circuito del motor (fig . 10 .14) . Una ventaja de los motores eléctricos es la facilidad con que se logra la inversión de giro . Si las inversiones no pasan de 800 por hora, en general, no es necesario tomar precauciones o colocar dispositivos especiales ; en cambio, conviene disponer de sistemas adecuados de enfriadores cuando el número de inversiones es muy grande, ya que influyen mucho en el funcionamiento y en el frenado las masas en movimiento, etc.
freno
electroimán
Fig. 10. 14
Freno por electroimán.
10 .4 .2
Variadores de velocidad
Modernamente se está empleando este sistema que consiste, esencialmente, en un motor trifásico normal, acoplado a un sistema magnético, que permite un deslizamiento mayor o menor, autorregulable . Las variaciones pueden llegar de 0 (parado) al máximo número de revoluciones del motor trifásico : 750, 1500 ó 3000 r.p .m . No hay acoplamiento mecánico, ni anillos rozantes o escobillas ; es decir, que no hay desgaste alguno . Son de coste algo elevado (figs . 10 .15 y 10 .16) . Se está trabajando con el fin de lograr sistemas aplicables para cualquier potencia y relativamente económicos . bobina excitación de campo fijo soporte bobina generador tacométrico
red de trifásica
motor de corriente continua
rodillo ', -máquina excitatriz de maniobra (controla)
Fig. 10. 15 Accionamiento Leonard para variador de velocidades.
rotor motor trifásico
Fig. 10 . 16
10 .4 .3
Variador eléctrico.
Convertidores y rectificadores
Ya se ha indicado la dificultad existente en los motores de corriente continua, por lo difícil que es disponer de esta corriente . El problema se soluciona empleando convertidores y rectificadores de corriente.
0
J,r '
`
Circuito cerrado lámpara encendida
10 .4 .3 .1
Convertidor
10 .4 .3 .2
Rectificador
En I íneas generales, un convertidor consta de un motor que mueve a una dinamo o generador de corriente continua . Se emplea para potencias medianas o grandes. El rectificador más empleado, hoy día, es el de placas de selenio, o bien, un tipo de semiconductores que transforman la corriente alterna en continua por el sencillo sistema de dejar pasar la corriente sólo en una dirección .
Circuito abierto lámpara apagada
Fig. 10.17 Funcionamiento del interruptor.
10 .4 .4
Interruptores y conectores
Sirven para conectar o desconectar la corriente eléctrica ; es decir, para cerrar o abrir el circuito eléctrico de una manera permanente y a voluntad (fig . 10 .17) . 84
10 .4 .4 .1
Interruptor
Un interruptor consta de dos bornes (fig . 10 .18), a los que van conexionados el conductor de entrada y el de salida, y de una pieza metálica, que interrumpe o establece el contacto eléctrico entre ambos. 10 .4 .4 . 1 .1
Clases de interruptores
Por su funcionamiento y construcción el interruptor puede ser muy variado. Véanse algunos ejemplos . . - Interruptor de cuchillas. Actúa de una vez y permanece abierto o cerrado hasta una nueva maniobra (fig . 10 .19) . No debe emplearse, por su difícil protección, en lugares demasiado accesibles, salvo construcción especial ; en general, lleva apagador de chispa, particularmente, cuando es de potencia elevada . - Interruptor de pulsadores. Sólo se cierra el circuito mientras se aprieta (fig . 10 .20) . También puede emplearse el de función inversa (fig . 10 .21) que abre el circuito al pulsar . Los hay de doble acción ; el pulsador de estos desconecta y conecta dos circuitos (fig . 10 .22) ; de aquí su nombre de pulsadores de conexión y desconexión . - Interruptor a distancia o relé. Es un aparato muy sensible a ciertas magnitudes eléctricas . Hace accionar el circuito principal actuando sobre un circuito auxiliar de corriente débil . Existe una gran variedad, de acuerdo con su principio de funcionamiento . En la figura 10 .23 está representado uno de electroimán . Sirven, no sólo para maniobra, sino también como protectores, de manera que, si se produce una sobrecarga o perturbación, se abre el circuito . - Interruptor sincronizado y secuencial o de paso a paso . Por medio de un árbol de levas, movido por un motor a la velocidad prevista, se conectan o desconectan diversos contactos, de acuerdo con un programa previsto (fig . 10 .24) . - Interruptor fin de carrera. Así se llama al que, al terminar el recorrido de un mecanismo o aparato, es accionado por el mismo aparato en movímiento y desconecta el circuito ya sea directamente, ya a través de relés. - Conmutador. Es un interruptor que, además de abrir o cerrar un circuito, puede cambiar la conexión, de manera que la corriente fluya por otro camino . Ejemplo clásico es el conmutador de estrella-triángulo, para la puesta en marcha de los motores (fig . 10 .25) . Otros más corrientes, son los empleados en instalaciones de iluminación para que una misma luz pueda apagarse, en un punto del circuito y encenderse, desde otro . En estos casos, hace falta un tercer hilo, para hacer el retorno (fig . 10 .26) .
Fig. 10 .18 dera.
Fig . 10.19 llas.
Interruptor de
corre-
interruptor de
cuchi-
Fig. 10.20 miento Pulsador de conexión.
Fig. 10.21 xión.
Pulsador
de
descone-
Fig. 10 .22 Pulsador de conexióndesconexión.
Fig. 10 .24 Interruptores sincronizados y programados.
Fig. 10.25 triángulo,
Conmutador
de
estrella-
Fig. 10 .26 Circuito eléctrico conmutador.
Tabla 10 .27 Intensidad máxima admisible en los conductores de cobre con aislamiento normal
Sección en mm 2
0,75 1,0 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 100 120 150 200 300 400 500
Intensidad minima en Amperios
Densidad máxima aproximada en Amperios mm 2 8 8 7,5 6,9 6,1 5,6 5,1 4,5 3,8 3,2 3 2,5 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,45 1,4
6 8 11,25 17,25 24,40 33,60 51 72 95 112 150 1 . 75 199,50 200 228 270 340 480 580 700
En los conductores encerrados dentro de tubos aislantes, la corriente máxima admisible se reducirá a las tres cuartas partes.
10.4.5
Conductores
10.4 .6
Densidad de corriente
10.4.7
Aparatos de protección
unir eléctricamente los Así se llaman los cables o hilos que sirven para eléctrica. la corriente transportar distintos aparatos receptores a la red y para capacidad por su buena el cobre, El material más empleado es evitaen protegidos, convenientemente transportar la corriente. Deben estar ción de contactos involuntarios. al número de ampeSe llama capacidad de conducción o conductividad de sección . También se ímetro cuadrado mil rios que puede transportar cada . denomina densidad de corriente cañerías son de la En la distribución de agua de una vivienda, no todas las de gran sección, y los misma sección . La acometida general es un tubo que se desea . cantidad de agua a la demás, de secciones proporcionales eléctrica. El corriente distribución de la la Algo parecido sucede con alimentar una el que debe mismo que no es lo cable de la acometida general simple bombilla . puede circular Conviene tener una idea de la cantidad de corriente que con revesticables de cobre, valores para .27 da los por un cable . La tabla 10 miento normal . excesivos de la intenSirven para proteger la instalación contra aumentos (sobrecarga), bien por funcionamiento anormal de la instalación sidadbien , los conductores (cortocirporque se establece un contacto directo entre cuito) .
Cortocircuitos
10.4 .7.1
determinada (reCuando en un circuito hay intercalada una resistencia normal, si se han empleado considera ceptores), la corriente que lo recorre se de calentamiento intensidad ; el esa conductores apropiados para transportar éstos es despreciable . los dos conductores de Mas, si por cualquier causa, se unen directamente corto) . La resistencia de ese circuito una línea, se forma un cortocircuito (o se eleva a límites peligrosos, intensidad circuito se hace muy pequeña y la destrucción de los que llega a la conductores, con gran calentamiento de los . Estos puelos cortacircuitos protegida por mismos, si la instalación no está den ser :
10.4.7.1 .1
Cortacircuito fusible
10 .4.7 .1 .2
Cortacircuito automático
el circuito, de modo que Es un elemento que se conecta en serie con base, con dos conductores circule por él toda la intensidad . Consta de una una pieza enchufable, en la fijos, sobre la que se conecta, a rosca o a presión que va montado el elemento fusible . que los conductores, Este elemento fusible es un hilo de menor sección antes de que se estropee la que se funde al paso de una corriente excesiva instalación. representados en la Hay varios tipos de fusibles ; los más usados son los evitar incendios al producirse la figura 10 .28. Han de estar protegidos, para fusión del elemento .
de tapón
Fig . 10.28
Cortacircuitos, fusibles.
corriente . Se llama también interruptor automático o limitador de . Los hay de tipos: magnético y magnetotérmicos la instaMagnéticos. Están formados por un electroimán . La corriente de la normal corriente es Cuando la lación pasa por la bobina del electroimán. de una mayor a causa intensidad es no se activa el núcleo ; pero, cuando la . el circuito sobrecarga, se activa el núcleo y desconecta 86
Magnetotérmicos . Llevan, además del dispositivo anterior, unas, láminas bimetálicas que, cuando existe la sobrecarga, aunque sea débil pero persistente, se calientan y se dilatan arqueándose, con lo que provocan la apertura del contacto (fig . 10 .23) . Eliminada la causa que provocó la desconexión, se ponen de nuevo en servicio, merced a una palanca o pulsador exterior que suelen llevar . Otros elementos de transmisión, mando o maniobra Los principales son : reóstato, embrague electromagnético y electrovál-
10 .4 .8 vulas.
10 .4 .8 .1
Reóstato
Los interruptores conectan o desconectan toda la corriente, pero el reóstato puede variar la intensidad, intercalando una resistencia de magnitud variable (fig . 10 .29) . 10 .4 .8 .2
Acoplamiento o embrague electromagnético
Suele ser del tipo de discos múltiples . Pero la fuerza que aprieta los discos del eje motor y del arrastrado se ejerce por medio de un electroimán (fig . 10 .30) en lugar de hacerlo por un medio mecánico .
Fig, 10 .31
Electroválvula.
Fig. 10.30 Embrague magnético .
10 .4 .8 .3
Electroválvula
Es un elemento muy empleado en los sistemas neumáticos o hidráulicos, consistente en una válvula de distribución neumática o hidráulica, accionada por un electroimán (fig . 10 .31) . Para lograr que la armadura del imán se deslice en un sentido u otra basta hacer que la corriente circule en un sentido o en el inverso, como se ve en la figura 10 .32. En la figura 10 .33 se puede ver un esquema de mando por electroválvulas y los relés que las pilotan . 10.5
Fig. 10.32 cambio de sentido en las electroválvulas.
Posibilidades de mando
Todos los sistemas de mando necesitan una orden o señales para producir la maniobra prevista . Dada la importancia que tiene el mando en toda máquina, se describen a continuación algunas posibilidades para provocar o iniciar esas maniobras. 10 .5 .1
Mando dependiente de la voluntad del hombre
Es el más simple ; como el mismo nombre da a entender, es la voluntad del hombre la que, con medios manuales o pedales, provoca la puesta en marcha o parada de los elementos accionados . 87
Fig. 10.33 Esquema de electroválvulas.
mando por
o Se emplea este sistema para mandos sencillos, como poner en marcha otro . sentido o en parar, hacer girar en un modalidad Aun en los casos de automatización completa, es normal la o para paradas. marcha inicial la puesta en manual, al menos para 10 .5 .2
Mandos programados
10 .5 .3
Mandos secuenciales
al Cuando se necesita un proceso, completamente automático, se recurre y recorrido mando programado . Estudiadas las características de velocidad, o sistemas duración de cada función o fase del proceso, y previsto el sistema que puede ser a emplear, se prepara el programa y se traslada al programador, magnétide muy diversas formas : árbol de levas, cintas perforadas, cintas cas, etc. . El árbol de levas se La figura 10 .24 muestra un programador de levas constante) ya sea directamueve por un motor sincrónico (de velocidad eléctricos los contactos mente, ya sea intercalando un reductor, y hace cerrar de tantos circuitos como levas. Puede accionar a electroválvulas, relés, válvulas neumáticas, etc. (un movimiento, un En este tipo de mando, al terminar una función función . recorrido, etc.) se origina el inicio de la siguiente una función, interrumpe Si, por cualquier perturbación en el sistema, se mientras no se posición, el sistema queda bloqueado permaneciendo en esa elimina la perturbación . siguiente ; es un Cada función realizada provoca la señal para iniciar la para lograr un es el más seguro sistema que necesita muchas órdenes, pero proceso perfecto . Puede ser automático o semiautomático . 10.5 .3 .1
Automático
10 .5 .3 .2
Semiautomático
orden para iniciar la Cuando terminado un ciclo, la última función da la siguiente, y así indefinidamente . para provocar Cuando realizado un ciclo, hay que dar una señal manual vez . así cada el comienzo del siguiente, y 10 .5 .4
Mandos numéricos
dotado, Es un mando programado (ordinariamente en cinta perforada) y . regulación a la vez, de un sistema de 10 .5 .4 .1
Control numérico
herramienta o carros, En la cinta se programa, para cada posición de la de revolucioun número de pasos. Simultáneamente, está previsto el número cada uno de un registrador de cada momento, 10 .34) . En nes y el avance (fig . movimiento ; si no características del posición y controla la los movimientos concuerdan las posiciones reales con las que deberían existir, se realimenta el la situación sistema hasta una perfecta concordancia entre lo programado y reaI . coordeY. nad s nadas Xavance de la cinta avances -
número de revoluciones
comparador de impulsos
Fig. 10.34 Cinta perforada para el mando y regulación numérica . 88
Este sistema puede ir complementado con la indicación visual de la situación instantánea o lectura de posición digital . Se llama control numérico porque en la programación se emplea un código a base de números . Las figuras 10 .35 y 10 .36 presentan dos sistemas de numeración . Cada orden es dada por una señal de la cinta. Esta señal aparece al fin de cada uno de los bloques previstos en la cinta . Si cada impulso o paso equivale a 0,01 mm, para lograr un desplazamiento de 308,47 mm habrá que dar 30.847 impulsos . Esto se logra en los dos sistemas tal como queda indicado en la figura 10 .37. En cada código se llama longitud de bloque al máximo número de impulsos entre señal y señal . En el de la figura 10 .37A esta posibilidad es de 99999 impulsos, y en el de la figura 10 .3713 es 15 0
2n=20 +2 1 +2 Z + . ..+2 14 +2 15 =65535 .
Una gran ventaja de este sistema es la sencillez de preparación de la máquina, pues basta montar la cinta en el programador . Puede ser completamente automático o semiautomático, en cuyo caso toca al operario retirar la pieza, colocar otra nueva y dar la orden para recomenzar el ciclo. 10 .5 .4 .2
Fig. 10.35 Codificación de cinta perforada por cuadros. Cada cifra puede obtenerse por una o varias perforaciones en el mismo cuadro : la suma de los números correspondientes a cada cuadro da la cifra correspondiente : 8 en el primer cuadro; 2 en el segundo cuadro; 1 + 2 = 3 en el tercer cuadro; 2 + 4 = 6 en el cuarto cuadro. La cifra es, en este caso, 8 236.
Control analógico
En lugar de recibir la orden por la cinta perforada, impulso a impulso, (procedimiento digital), puede lograrse el desplazamiento de los carros o herramientas por impulsos de acuerdo con la posición de un palpador sobre una plantilla (copiador), que hace que un potenciómetro dé la orden, con mayor o menor intensidad (estos sistemas se llaman analógicos) . 10.5 .5
coordenadas X
longitud del bloque coordenadas X
z'.z'" 1 ro .1 u ~9134 . 0 , , s , 1'° 2a2~1:1~?~251 6 1~1 °?91 pi1~71~'i<1r ~A1o
Preparación para la programación
Para el nivel del presente curso, sólo queda por decir cuál sería el camino a seguir para preparar una programación . Es misión de la Oficina Técnica de preparación y programación, la realización y elección de los sistemas de mando o regulación más adecuados. La importancia de estas técnicas ha creado una nueva especialidad en la formación profesional del metal, llamada : automatismo y oleohidráulíca . He aquí en líneas muy generales el orden a seguir . A partir del dibujo de taller, se determinan las operaciones a realizar, desarrollando claramente aquéllas que deben hacerse simultáneamente : - Posición de la parte activa de la herramienta, respecto a tres planos de referencia (generalmente tres ejes o planos de coordenadas) . - Velocidad de la herramienta (o de la pieza) . - Clase de herramienta. Con estos datos se perfora la cinta o se prepara el programador de levas, las plantillas, etc., según el sistema de que se trate. La figura 10 .38 muestra un diagrama de movimientos para cada elemento a programar .
Fig. 10.36 Codificador de cinta perforada, sistema exponencial integrador . Cada perforación corresponde a una potencia de 2. En la figura se han perforado : 2 1 , 24 , 21 0 y 2 13 , que dan una suma de: 2 1 = 2; 24 = 16; 2 10 = 1024 ; 2 1 3 = 8 192. Total = 9 234.
coordenadas X
Fig. 10 .37 A Programador con cinco cuadros preparado para 30 847 fripulsos en un bloque.
con instalación de cálculo
con simulador
a mano
simulador automático
consulta de manuales
aparato de maniobra
calculadora de mesa
cálculos
señalización de programa
máquina herramienta
coordenadas X
organización de la cinta perforada
Fig. 10.37 8 Programador exponencial preparado para 30 847 impulsos en un bloque .
Fig. 10.38 Proceso de programación según el sistema empleado,
89
émbolo
Fig. 10.41.
Representación gráfica y esquemática.
Sistemas de representación de los sistemas de mando y regulación hidráulicos, neumáticos y eléctricos regulaPara dibujar los elementos empleados en los sistemas de mando o símboiniciados, se emplean comprensible para ción, de una manera rápida y los normalizados . En las tablas 10 .39 y 10 .40 se representan los símbolos más empleados en hidráulica, neumática y electricidad . El dibujo de los distintos símbolos, enlazados por tuberías o cables, da la representación esquemática o simplificada del conjunto de mando o regulación . por Las principales maneras de representación son : gráfica, simbólica y bloques . 10 .6
10 .6 .1
Representación gráfica
10 .6 .2
Representación simbólica
Es la más cómoda para el montador de taller . En este sistema se represen.41 ) . tan los elementos de una manera simplificada, pero a escala (fig . 10 y de los mecanismo o función intuitiva de su una idea Cada elemento da enlaces necesarios . Es una representación similar a la anterior, en la que los elementos son representados por símbolos más o menos expresivos, pero normalizados . Las conexiones o enlaces se hacen de una manera muy simple . Esta representación es muy cómoda para el estudio del sistema en la Oficina Técnica o para ser estudiado por técnicos especializados . En la figura 10 .42 se muestran más ejemplos .
r- Sl
Fig. 10.42
10 .6 .3
Fig. 10.43 Representación por bloques de un vehículo automotriz.
c
:IIIF.IEl
Mc-B-
__C/"
IIIIINI"\Q
Representación real y simbólica de una instalación neumática .
Representación por bloques
Es una representación aún más simple ; se reduce a unos rectángulos o bloques, cada uno de tos cuales representa un conjunto de elementos que se realizan una función concreta, pero compleja . El enlace de estos bloques hace por flechas, que indican el sentido o secuencia de las órdenes . Es un sistema adecuado para un estudio de conjunto . En las figuras 10.43 se pueden ver unos ejemplos .
Tabla 10.39 Simbolos de elementos hidráulicos 1 Ne
Símbolo endado
1'1
1 .2
1 .3
1-4
1-5
1-6
3
Denommauon
Observaciones
Tubería de trabajo . 20 E) LL= L-9, dei trazo E=ESpesordelvazo
Tubería de pirrado.
5 E)
(L
Tubería de evocuaao~t de fugas .
V
Denomn r a cron
Solo acwa en un sentido .
3-2
Cilindro de doble efecto .
- Da vánagp simple. - De vástago doble,
Tubería flexible.
Unión de tuberías .
1 -~--
3-3
Motor hidráulico tirada constante .
rotativo de
3-4
Moto fdaráulico ladarv noble .
rotativo
3-5
Motor hidráulico osc'rlame .
DIlecClae del flujo.
-Por encim a del n~e l dal rgr:ido -- Por debato del n vel del liquido.
1-11
Tapón .
Orificio obturado
Puesto de control .
Por ejemple un manbmetro .
/l --
..
tubera .
- De u senado de m reno . - De dos se mirlos de m ¢Ira.
Estrangulación convante-
RacoM de acoplamlento d, 11--le rápido.
1 -15 Y' Y ~Y Y
ndapetly a 6n u epew~rrz - Con dos x c apetsu a nurretarno . -
Simbola endado
N~
Junta 9vatpria'
De --De tres vías .
Simbola mleradp
Denan'rnacran
Arbei ylramri° .
4 -2
-
4-3
U
4 4 2
MECANISMOS DIVERSOS
Símbolo tolerado
4-1
1-16
2-2
cilio-
de
4
2-1
de
_
Toma de P.--
U
Símbolo Rec endado
De un en - De dos sendos de macha.
Cruce de tuberas vn unión .
Purga de alre
N,°
Observaciones
Cilindro de simple efecto.
Retorna las fugas al depósito .
1-70
1'14
CILINDROS Y PA070RES HIORAULICOS ROTATIVOS
Símbolo tolerado
3-1
deTre nsporta¿I n liquldp que srtve de mando los ne a smos del arcano.
Tubería de negada al depdsiw.
1'13
Simbola endado
Transmite la e ergio.
t g
1-12
Ar,
l.crre%iÓn .
.~-
1 .7
1-8
CONDUCCIONES
Símbolo mlerado
~
Obseracones
La Ilecha solo indica mtaupn, no servido.
Panel e caja de m ecanismcs. Depesim,
~--
Válvula o grito.
--
Mandmeno .
BOMBAS penornura
Bombas sump les ae cilindrada constante .
bombas s n,plrs de cilindrada variable .
4-5 Observacrones
4-6
Cont
4'7
Acumulador.
-- De nn s nddp de caudal . - De dos sentidos de caudal.
to de presión regulable .
A ore n s predeterminadas y generaime regulables se dispara un contac olictrerce-
(
- De smide de caudal. -. De dossenlidos de caudal .
4-8
4 g
_
"
i-
Fdvo
Momr rlácvico-
I
4-10
'~~-
4-17
1 77111f111
- Montado en el epdóesito sboobmre la tuoría dapdbdn a ba. -- Montado linear sobre la tubería . ._ Propordnnal.
--_
Mubipiicadpr do presión .
Refrigerador .
4-12
Otros mecanismos-
91
Meca ism en rclriycrar al liquidadel crzcup,eado it r bidr;iulica. Sr~o
r en el circulo la
rglerenclo del
Tabla10.39 Símbolos de elementos hidráulicos (continuación) -
5 Slnrbolo tolerado
Slnrbolo rec endado
N."
Observaciones -
Denpminacron
Simbglp mendado
N"
~
B- 2
~
5-4
L ._J
U
u
5 5
8-3
1L
8-4
'
~LJ
Válvula dbeao.
L..J
~Lb
.
I
de
secuencia
del
manda
Permite el pasa del Ilquldo cuando la pieon de ene vence fa tuerza del resorte .
Reductor de presión .
Slmb°la S¡,'5~
regulable .
- Ejemplo de aplicación .
extern de - Regulable vn ¢vaco fugas. - Regulable con evac u ación rón externaa de togas.
U
8,7
Manda manual por pulsada
8-
Mando por rodillo y l va .
M
8-10
Valvula abierl
u
7
de
Trenado
nom~afmeme
1
Observaciones
Denorrunacidn
7-1
Valvula nnt rretorno .
7-2
leo
Mando hidráullco gmpenaador,
-~
I
WI
por
sobre
dispositivo
La acción es luecióo de la 11-6o de la pmaión del ,ligwdo de pilptado`
Mando por electroimán .
Mando por servo motor .
-
6-15
-~
8 , 16
®
8-18
Forma pana del mecanismo
are comPrlmldo .
Mpedpc ¢srdeslqualesn~dróuhco
u
8-13
Laaodadon°
Mando por alindro de doble electo .
Mando po motor hidriutmo rotanv Mando por motor eléctrico .
Mando PPr contacto y Plantilla.
8-17
MECANISMOS ANTIRRETORNO
Sio rado
Mando po
-
8-14
6-3
palanca
Mando por pedal.
8
Regulador de caudal .
6-2
Mando p
a-6
8-12
dado
Mando por liquida de p11olale.
Mando par volame .
g .9
S,rrre
- Ejemplo'. resora regulable.
8-5
MECANISMOS O£ REGULACION DE CAUDAL
6
N
Indicación de que u ° mecanismo regulable .
descarga mandada a disV nlc' la de
-
5-3
Observaciones
Den°mmacibn Resorte.
8-1
Llmitador de Presión mandada a distancia .
5-2
Slmb°lo tolerado
De resorte .
Limltador de presión .
6-1
DISPOSITIVOS DE MANDO DE ACCION DIRECTA
8
MECANISMOS DE REGULACION DE PRESION
Mando hidráullco por llgvldo de pllotala .
---~
Sólo permito circular Ilbremente el liquido n un servido . 9
l cála amlrremrrP mamada a N.°
Sirnbalo endado
re c
DISPOSITIVOS DE MANDO DE ACCION INDIRECTA
Simbolq tolerado
Mando electro-hidráullco Por elec- ~ troin,áo 1 pdotedo hldráplkP .
9 2
l0
10-1
92
Observaciones
El re dio izquierdo llevará el sio bol . del mando primaria que recibe la señal del e el r uadro derecho llevará el simbolgr del mando se a ndarlo e s función de amplificador do fuerzo.
Símbolo básico,
9-1
N ."
Denanvnecibn
Slnrbolo endado ~~
.
Slmbol° !olerad°
DISPOSITIVOS AUXIL/ARES DE MANDO Denpnunaciún
Observaciones
Dieposilivo de n,dntemmrenlo en Pas'rcidn .
10-2
Dlspositivo de
nclavanfiento,
10-3
Dlspositivo de expansión brusca .
acclonede solo podrá El m despuéssdelraes^ncl ;vamün~o.ol s Imbolo deimandoade deseoalavao,iomo.
Tabla 10 .39
Símbolos de elementos hidráulicos (continuación)
71 S7mb .lo enlodo
N .'
17
7
Tabla
EJEMPLOS DE COMBlNAC10NES DE SIMBOLOS BAS/COS Simból° ro/era
penomrnacidn
~
N.^ Observauones
Símbolos
de
los
Hecep(ores
N .°
puma de luz .
24
'I ~~`~
Samba doble eléctrico .
mandada
por
mol
La de la Izpuierda es de cilindrada variable con reglale de caudal por compensación del efecto de la va ación de presión.
Bombasln,p,e n d va viable andada po o torl'ndmda eléctrico-
Vilvuta de se !
l
!
e de mando dL regulable. con iiclapem
ntirretorndo
Valvula rle s andáda a radoaregvlable, c nclapptn intirretorno incorporado.
71-5
RegWadón de la ¡miaclón de la cilindrada por volante y po cill^dro hidráulso.
~
a
~
-}ú
Red .aor ae p r ^ de ta ario regpJable c ^ ndapero anartel .rno ruco ppradp~
17 6
11_7
Tubo
7
Timbre-zumbador.
8
~
luminoso .
,0
~
Devanado ónguto
trilásico,
71
~
pwanado rella.
trilásicp . conexron
conexion
Rneau d., - de nodal negulablc c lint aor ~ pr presión cprporado. o
~'~ r
73
u
V V V V
Bnteria de pilas o acumuladores.
pila da tansron variable .
Generador de alterna o contrn
--1~
Termopar.
AOarams de medida
29
Vobimetro .
30
Amperimelro.
3,
~
Ohmimetro.
32
~
R" atimetto .
33
L . .- . .~ ._
I
N .^
Timbre .
12
I
+
28
Zumbador.
Regulacfornderetprndalirtcgulable c =lapetn a t o o poradp.ot
17-8
Elemento de pila,
O
Lámparas de señallzaaón .
6
_-
21
Grupo de lámparas (6 " 25 w)-
9 r.
ZI ~
25
Lámpara po tatrl . SF15
a
eléctricos
senerad.res
25
Lámparas de stñalixacrón.
V
3
4
71
elementos
Bomba de mana mandada por palanca. 2
77 .2
10 .40
I
I-
34
Resistencia óhmlca .
Resi tencia provista de indocta
3-
~~
3s
©
Indmador d . servido de comen
.,)
~
Vály.ladahanadonprmalmenteabicr " düpet a nrelo no ncorporado andró p rlt lcva rv roadlo c evacuaad externa de fugas
~
71, .
U
71-70
iW1_'
Distribuidor de tres posiciones Y orificios nandado m,óaplomer nca Y~co o e sane ^ Posradn c enttrral
1~,~
l'Y N / 7111 iy~. " N~~~7~J 1^ÍO
~t1J
W'
11-72
('-
.
I- ÍI-1MLl '" ' ,L
1,,13
` ~%~'
_
Drsvibuldcor de ríos posManes pnbd s manindo léctr¢amen V opilotaao niará.Iieameme.
-
r
-
i ¡1 t
®I
I
~
_ i~~V ..~
-~ i~~~
'~
.
1s
~~~
16
~
17
D'isvib.iaor de dos posiciones y retomllicios ileso ta ap hidr:,uiso s o Por r r e.
18
Dlsmbuidor de tres posiciones v coaretpórillclos con Pilotaje hidráulico V no por resorte pn posiaón central .
19
O
20
¡.~ 3s
Dievib.iapr da 1dad . por dos elecvormanes y rein r por resorte en posición central .
--
a)
74
D'sti br - dar de dos prós'c ones m d~do p.rad laPtrp n n ieta Por r ~~re
O~ "
7
21
i
.,6
y~l
~i'
I
'
ül.~ló!
p
pl
t'b . d
d
á
I n'dé .
arte plotado
d
I°d
p
el
p .tanddmotrp ap cpntinW.
I
~..
rcgwación
Z
ora
23
e .n ;ad.r de anergia .
N.°
37
Relé.
38
Lineas
Corriema alterna . \/
- --
Relé.
Motor .
Mot nd.ddp t 135ko on cprtocncuuo .
un co sductor o gmpos de co duaore .
39
~~-
Conductor flexible.
40
~-
41
_
4.
A -/-
L"n ., dP n conrvmorus.
43
~
Derivauan de conducores .
Linea con dos conductores.
LI^aa con vas conductores-
Translorrnador.
y cva
ZZI ~ Pt°rn o Par
por
Bobina .
n11 .LSr,
Transformador de intensidad . a4
ú
11-r7
re g dable
Transformador.
22 ~,OVIMIMI L___ s~
Potenciómelro puntas.
Do51a naiapetu anbrretornp
93
a
~ ~ b
4r n
T Yniil c n . o Ilo rarininal annraet. n,pyll .
Simbolos de los elementos eléctricos (continuación)
Tabla 10 .40 Aparatos de accronamienzo ..
N. ^
pulsador
N^
55
67
62
Deslizante .
68
Conmutador (intereuptor de grupos).
63
Base de enchufe .
(mnmmador de cruzanuentos).
64
Base con puesta e ueue .
65
Clavija de enchufe .
61
7ripolar.
~
In`e mpaor amomauco de sobrenaid d .
Y O
O
O
Clrcwto disparador .
Contacto cenado.
-~(~-
56 N.^
69
I
I
Shunt .
lntenupror
49
~~
50
j o-
51
Bpta,.vo .
UniPnlar .
Aparatos de prplecddn
N^
Contacto abierto.
47
48
b
54
Conmutador de ante
gro
Conmutadores
57
TriPolar .
5g
Conmutador
5s
Con tadnr pn eup,nr ea =aras) .
InterruPtor 1
~
(unlpolar),
InterruPtor 2 {bipolar),
52
X
Unipolar.
60
O p0
00
Conmutador medida.
O
(inversor) .
66
de ins vumenlos de
~
Clavija con puesta a lier :a.
Fusible a cortacncudo.
70
71
0
Y
Mesa .
72
73
Cortacircudo secmonador.
~.J--
Contacto de Berra .
Interruptor 3 (tripolar) .
53 i
SEGURIDAD E HIGIENE
hacer resbaladizo el suelo y ser Las pérdidas o derrames del fluido hidráulico pueden causa de accidentes que es necesario evitar . forma de chorro . Hay que asegurarse de Más peligroso aún es un escape de fluido en a utilizarla y comprobándola perióal comenzar probándola que la instalación es correcta dicamente con una sobrepresión de seguridad . exista presión en el Antes de desmontar un elemento, hay que asegurarse de que no
circuito . etc ., hay que tener Al conectar o desconectar conducciones de aire, rácor elástico, podrían lastimar alguna parte vital : latigazos, que produzcan que no se precaución de ojos, brazos, etc . instalaciones con La electricidad es un peligro latente ; por tanto, hay que realizar las . en perfecto estado mantenerlas reglamentarias y toda clase de protecciones incendios o explosiones ; se ser causa de etc ., pueden interruptores, cortacircuitos, Los pueden ser los apagaprevén estos accidentes empleando los elementos adecuados, como
chispas . Todas las máquinas o aparatos que utilizan corriente eléctrica deben estar conectados a masa para evitar sacudidas peligrosas y aún mortales . NORMALIZACION
normalizados, estudiaEstudiar y consultar las normas correspondientes a elementos dos en este tema . Utilizar siempre los elementos normalizados, en estos tipos de instalaciones . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO o Hacer una visita al propio taller o a otros, y redactar un informe de las máquinas este estudiados en mecanismos o sistemas de los procesos en los que se aplican algunos tema .
CUESTIONARIO
- ¿Por qué algunos sistemas de mando y regulación se llaman hidráulicos? - ¿Por qué neumáticos? - ¿Qué ventajas tienen los mecanismos hidráulicos sobre otros? - Citar algunas máquinas en que se apliquen estos sistemas . - ¿Qué es un motor? - Citar los tipos de motores conocidos . - Citar algunos elementos o dispositivos empleados en sistemas hidráulicos, neumáticos, eléctricos, electrónicos . - ¿Qué diferencia hay entre las representaciones gráficas de los sistemas de mando del sistema eléctrico y el mecánico? - ¿Y entre el neumático y el hidráulico?
Tema 11 .
Sujeción de las piezas en las máquinas herramientas
OBJETIVOS - Conocer los medios de que se puede disponer para sujetar las piezas durante el mecanizado. - Determinar las características generales de los medios de fijación en las máquinas-herramienta . - Conocer las normas y precauciones a seguir en el embridado de las piezas. - Saber las aplicaciones de utillajes para la fabricación en serie. Condiciones y advertencias para el empleo de utillajes especiales . GUION
2
Características generales de los medios de fijación . Mordazas o tornillos de máquinas . Sujeción sobre la mesa . Embridado . Topes . Otras maneras de sujetar las piezas .
5
PUNTOSCLAVE Precauciones : - en el embridado ; - en las piezas delicadas ; - en las piezas susceptibles de soltarse en el desbaste a grandes velocidades .
CONOCIMIENTOS PREVIOS - Conceptos de superficies de
referencia, superficies de partida, superficies asociadas (ver Técnicas de Expresión Gráfical2) . - Conceptos de Física ; palanca, pares, etc .
Fig. 11 . 1 A Tornillo con mando mecánico : 1, base; 2, corredera; 3, varilla gurá; 4, husillo con punta, DIN 78; 5, tornillo .
EXPOSICION DEL TEMA 11 .1
Características generales de los medios de fijación
Para trabajar en las máquinas-herramienta, es necesario que las piezas estén colocadas en su posición precisa y sujetas fuertemente, pero sin que haya riesgo de deformación o rotura . Las características que debe reunir cualquier medio empleado son : - Fijación permanente, mientras dure la operación ; - Permitir el acceso a los puntos de trabajo, sin producir dificultades; - Ser rápido, en particular para series de piezas; - Ser seguro y no entrañar riesgo; - No deformar la pieza . 11 .2
Sujeción de piezas por medio de mordazas o tornillos de máquina
Para piezas de forma regular y de tamaño pequeño, se suelen emplear las mordazas o tornillo de máquina, con mando mecánico (fig. 11 .1 A), neumático o hidráulico (fig. 11 .1 B), las cuales se sujetan a la mesa. 11 .2.1
Fig. 11. 1 8 Tornillo con mando neumático : 1, base; 2, corredera; 3, tornillo; 4, vástago; 5, muelle; 6, carcasa de cilindro; 7, tapa; 8, entrada y salida de aíre.
Colocación correcta de piezas
Para colocar las piezas a la altura requerida, se emplean unos paralelepípedos, llamados paralelas, de acero templado y rectificado . Conviene disponer de juegos de ellos con espesores variados y siempre por parejas para poder hacer diversas combinaciones (fig. 11 .1C) . Si las piezas ya están mecanizadas 95
Fig. 11. 1 C Aplicación de un juego de paralelas: 1, paraleleplpedos; 2, pieza.
deformen o queden por las caras de amarre, hay que cuidar que no se marcadas .
11 .2 .2 Diversas formas de sujeción de piezas sujeción . Para En la figura 11 .2 se pueden ver algunas disposiciones de
calzos en V
tope doble
mordazas facilitar el trabajo y la orientación de las piezas, pueden emplearse mordazas puetipos de .4) . Otros (fig. 11 giratorias (fig. 11 .3) y orientables den verse en la figura 11 .5 . cuñas
tope exterior
Fig. 11 .2
apriete con rodillo
Algunos sistemas de
sujeción .
Fig. 11,3
lisa y estriada. Mordazas giratorias: 1, base; 2, tipos de mordazas :
Fig. 11 .4 Mordazas orientables: A, giro en dos posiciones ; B, giro en tres posiciones . husillo; B, para sujetar cilindros; C, de imán Fig. 11 .5 Otros tipos de mordazas : A, rápidas sin . permanente
11 .3 Sujeción de piezas sobre la mesa
Pueden presentarse dos casos : 1 .° que tengan alguna superficie de referencia mecanizada ; 2 .° que no la tengan .
11 .3.1
Piezas con superficie de referencia mecanizada
medio de calzos En este caso se apoyan sobre la mesa directamente o por . o paralelas, o sobre cubos o escuadras de montaje
11 .3.2 Piezas en bruto sin referencia de apoyo
Fig. 11 .6 Apoyos para piezas sin superficie uniforme : uno fijo y los otros móviles.
una chapa Se apoyan en un punto sobre la mesa, directamente, o sobre regular la poder o gatos para de acero o aluminio . Luego, se colocan cuñas primero y lo con el línea recta altura en otros dos puntos que no estén en más distantes posible (fig. 11 .6) . 96
11 .3.3 Nivelación La nivelación se comprueba con niveles o palpadores si tiene parte de su superficie trabajada como en el primer caso; o por medio de un gramil, utilizando como guía el trazado de la pieza (fig . 11 .7), en el segundo caso. La misma herramienta o una figurada puede servir para comprobar la situación de la pieza, moviendo la mesa o la herramienta . 11 .3.4
Embridado
Una vez nivelada la pieza, se procede a colocar las bridas y tornillos (fig . 11 .8) . Fig. 11.7 ción.
Comprobación de la alinea-
gato . Soporte graduado y aplicación
brida con recuperación
bridas y aplicaciones
bridas articuladas
tope escalonado
brida simple
brida con extremo
brida con nariz
achaflanado
escaleras y aplicación
Fig. 11 .8
brida con dentado escalonado
brida con extremo redondo
brida acodada
Bridas y tornillos.
11 .3.4.1
Precauciones del embridado 1 .a Recordar el principio fundamental de la palanca : que el tornillo o punto donde actúe la fuerza, esté lo más cerca posible de la pieza (no del apoyo), para que la fuerza mayor la ejerza sobre aquélla (fig . 11 .9) . 2 .a Colocar la brida de manera que tenga un apoyo directo hasta la mesa (fig. 11 .9), ya que de no hacerlo así, podría deformarse la pieza e incluso romperse. Téngase especial cuidado cuando se trate de piezas de hierro fundido, ya que son fáciles de romper . 97 7.
Tecnologia del Metal / 2
Fig. 11 .9
Embridado,
de que, al Otros materiales tal vez cedan sin romperse, mas cabe el riesgo deformada y quede forma inicial soltar la pieza, vuelva a recobrar su .EEPC-,0iq0 I (fig . 11 .10) . para que 3.a Las bridas y tornillos deben ser lo suficientemente fuertes, elementos están Estos no se deformen y sujeten fuertemente las piezas . templado . normalizados y se fabrican en acero estampado y que apretar las bridas hay que tensarlas todas a la vez, para evitar Al 4. 1 al o se rompa luego deformada se levante la pieza en algún apoyo y quede apretar los demás tornillos . trabaComprobar que las bridas o tornillos no estorben, durante el 5. a Fig. 11 . 1Q Pieza que recobra la forma la máquina. accesorios de jo, el paso de la herramienta, o elementos y al soltar las bridas. 6. a Antes de dar por terminada la fijación, hay que comprobar si la movido con la pieza sigue bien nivelada y orientada; es decir, que no se haya operación de embridado.
IIIN
~ \ wflll'
11 .3 .5
Topes
fuerzas consideraEl trabajo en las máquinas-herramienta puede originar se presentan las la figura 11 .11, efecto ; en bles y de distinta orientación y íneamente; en otras trabajan rectil que que se producen con herramientas giro . (fig . 11 .12) provoca efectos de
calzos
Fig. 11, 12
Fig. 11 . 11
Fig. 1 1. 13 B
Fuerza de mecanizado y topes.
Aplicación de bridas diagonales .
Efectos de giro y topes.
mucho más Las bridas pueden ser suficiente en ocasiones, pero será el arrastre prudente, y a veces imprescindible, disponer unos topes para evitar de la pieza. 11 .13A, que Unos topes muy buenos son los representados en la figura casos en que pueden servir incluso para suplir a las bridas normales en los aquellas no puedan colocarse (fig . 11 .1313) .
Fig. 11 . 13 A
Bridas o mordazas que suplen a los topes.
11 .4
Otras maneras de sujetarlas piezas
Entre la gran variedad de sistemas posibles, enumeramos los más importantes . 11 .4 .1
Platos magnéticos (fig . 11 .14)
Ante todo hay que decir que deben tener suficiente fuerza para el trabajo a que se destinen . Se construyen de dos tipos: electromagnéticos y de imán permanente . Los electromagnéticos suelen ser de mayor capacidad o fuerza coercitiva que los imanes permanentes. Puede suceder que un fallo de la corriente deje libre la pieza con graves consecuencias . Una limitación de los platos magnéticos es la de que sólo sirven para piezas magnetizables . Otro inconveniente es que puede quedar en las piezas cierta magnetizacíón permanente, pero esto puede eliminarse con aparatos de desmagnetizar una vez terminado el trabajo. Para el torneado, pueden emplearse montajes en :
2
Fig. 11.15 Fijación en el torno con plato de garras : A, de tres garras ; B, de cuatro garras independientes.
4
Fig. 11 . 14 Platos magnéticos y sus aplicaciones : 1, calzo en V; 2, plano para ángulos variables ; 3, para tubos de 90 0; 4, circular plano; 5, rectangular plano.
11 .4 .2
Platos de garras autocentrantes
De garras independientes, de garras blandas (fig . 11 .15) . 11 .4 .3
Plato plano
Fig. 11 .16 Fijación en el torno con plato plano.
Semejante a lo dicho para la sujeción a la mesa (fig . 11 .16) . . 99
11 .4 .4
Pinzas
11 .4 .5
Entre puntos
Para barras calibradas (fig . 11 .17) . Directamente o sobre torneadores (fig . 11 .18) .
Utillajes para trabajos en serie (fig . 11 .1 g), que debe Puede ser económico el empleo de utillaje especial reunir estas condiciones : . 1 . a Situar la pieza o piezas en posición de mecanizado posibilidad de una fijación 2. a Buen apoyo de la pieza en el utillaje y mecánicos o por medios enérgica y rápida, pero sin riesgo de romperla, ya sea oleoneumático ya descrito hidráulicos; la figura 11 .20A muestra un sistema 11 .4 .6
en el tema 10 . (taladrado) o asegurar el 3.a A veces, posibilidad de guiar herramienta reglaje (fig . 11 .2013) .
Fig. 11 .17 Fijación en el torno con pinzas.
Fig. 11, 18 tos.
Fijación en el torno entre pun-
Fig. 11 . 19
Util para mecanizado en serie.
Advertencias :
sido suficientemente estabilizadas 1 .a En piezas fundidas o forjadas, que no hayan quitar materal con el mecanizaque, al resultar internas) puede (eliminadas las tensiones internas, y que al soltar . l a pieza y do, disminuya la resistencia de las piezas a esas fuerzas inutilizadas o cuando y queden se deformen quedar libre de la opresión de las bridas, será prudente proceder a tal cosa, pueda prever que se menos defectuosas . En el caso de si ha habido deformaciocomprobar un desbaste general de las piezas, soltar las bridas y . embridar de nuevo nes. Seguidamente se procede a calzarlas y a o en las que no pueda ejercerse fuerza 2. 1 En piezas cuya fijación sea complicada a un desbaste de todas las suficiente (por peligro de deformación), convendrá proceder durante el mecanizado de desbassuperficies antes de realizar el acabado, por si se mueve te .
Fig. 11.20 A
Sistema oleoneumático de bridas .
SEGURIDAD E HIGIENE que, por su manera de trabajar, - Poner gran atención en la fijación de las piezas puedan resultar peligrosas si se sueltan durante el trabajo. que no quede nada suelto que - No poner la máquina en marcha, hasta asegurarse de máquinas . pueda provocar daños a las personas o a las trate de piezas con formas poco - En piezas giratorias, prever protecciones cuando se corrientes de brazos o partes salientes . NORMALIZACION normalizados : bridas, calzos, Siempre que sea posible, emplear medios de fijación tornillos, paralelas, etc. MEDIOS DIDACTICOS Audiovisuales Diapositivas : . 11 .4 .1 Marcas producidas por excesiva presión de las mordazas
Fig. 1 1.20 8 Sujeción de pieza con útil y guiado de herramienta .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO elementos normalizados de fijación . - Recoger cuanta documentación se pueda sobre . máquinas-herramienta en de piezas - Hacer una relación de montajes 100
EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION
Con varias piezas y sus dibujos (para saber qué superficies deben mecanizarse), elegir la fijación a emplear y llevarla a la práctica . CUESTIONARIO
- Es importante la sujeción de piezas? - En el concepto que se explicó en otro tema : el embridado, o cualquier otro sistema de fijación, ¿.es una operación? ¿Por qué? - Citar algunas precauciones a tener en cuenta, en la fijación de las piezas . - Citar cinco sistemas de fijación, en cualquier máquina . - Enumerar diez elementos empleados en la fijación de piezas .
Íema 12 .
Lubricación y lubricantes
OBJETIVOS - Conocer los principales lubricantes y su utilización. - Conocer el objeto de la lubricación y refrigeración en el corte de metales mientras dura el proceso de trabajo, y clases de sustancias empleadas en cada caso. GUION
Lubricación ; su objeto . Productos lubricantes y su clasificación . El engrase en la maquinaria . Lubricación en el corte. Sistemas de engrase.
PUNTOSCLAVE Asegurarse qué lubricante es el más apropiado en cada caso y con qué frecuencia debe usarse . CONOCIMIENTOS PREVIOS Conceptos de rozamiento, sus clases, modo de aminorarlo y sus peligros . EXPOSICION DEL TEMA 12 .1
Lubricación: su objeto
Cuando dos piezas, metálicas o no, se deslizan una sobre otra, se producen rozamientos que dan lugar a pérdidas de potencia, calentamientos, desgastes y, a veces, producen el agarrotamiento o adherencia, con la consiguiente inutilización de la máquina o aparato en donde se ha producido. Para evitar estos efectos perniciosos, es preciso disminuir el rozamiento entre las piezas en contacto por interposición de una sustancia entre ambas : esta operación se llama lubricación o engrase. A pesar de ello, el rozamiento no se puede anular del todo, produciéndose siempre un calentamiento mayor o menor, que puede dar lugar a temperaturas peligrosas . Si este calor no se disipa fácilmente por sí solo, el mismo lubricante puede ayudar a eliminarlo, si se usa en abundancia . Entonces, además de la lubricación, se produce el efecto refrigerante .
12 .2
Productos lubricantes y su clasificación disminuir el rozaLos lubricantes son las sustancias que se utilizan para
miento entre dos piezas . 12 .2 .1
Clasificación según su estado
tres grupos : Los lubricantes pueden clasificarse, según su estado, en - sólidos; - líquidos o aceites; - pastosos o grasas . Clasificación según su origen según su origen, de la igualmente, los lubricantes pueden clasificarse,
12 .2 .2
siguiente manera : - de origen animal, - de origen vegetal; - de origen mineral; - sintéticos . sino que se complementa Hov día, casi ningún lubricante se emplea puro, que ayudan a mejorar sus con aditivos de diverso origen y composición, propiedades. 12 .2 .3
Obtención
Los aceites y las grasas se obtienen : - de la destilación del petróleo; - de la destilación de lignitos o pizarras bituminosas; o coque; - del alquitrán de hulla procedente de las fábricas de gas a presometidos por disolventes - de vegetales o de animales tratados genese mezclan, Para su empleo sión, con el consiguiente refinado ulterior . ralmente, con aceites minerales ; sustancias; - de mezclas de varios aceites o grasas entre sí o con otras mineorigen con grasas de frecuentemente por ejemplo, el grafito se mezcla ra I o vegetal . Observación : lubricantes . Los lubricantes sólidos y pastosos tienen únicamente efectos en se emplean refrigerantes, si efectos además, Los aceites pueden tener, abundancia . 12 .2 .4
Lubricantes sólidos
12 .2 .5
Aceites
; mas sí, con frecuencia, uricantes sólidos rara vez se emplean solos Los lb son : grafito, talco, azufre, bisulfuunidos a otros lubricantes . Los principales ro de molibdeno, etc . . Se emplean, generalmente, Se denominan aceites los lubricantes líquidos y facilidad de reposición de rápidos movimientos en los casos en que hay efectos refrigerantes. lubricante y siempre que se requieran, además, obtenidos de la destilación aceites minerales los Los más utilizados son separando los más ligeros de los más del petróleo . En esta destilación se van movimientos muy rápidos y en pesados . Los más ligeros se emplean para movimientos más lentos o en tiempo frío ; los más pesados, en cambio, para caliente . emplean adecuadamente ; no oxiSe conservan bien y no envejecen si se máquinas-herramienta, en cojidan las piezas . Se usan en automovilismo, en netes de fricción y en las máquinas en general. peor que los minerales y, Los aceites vegetales y animales se conservan utilizan solos. Acompañan, muchas veces, atacan los metales . Rara vez se minerales. como aditivos, a los aceites . Hay también aceites sintéticos, obtenidos químicamente 102
12 .2 .6
Grasas
Se denominan grasas los lubricantes pastosos . Se emplean en movimientos lentos y cuando hay que pasar bastante tiempo sin lubricar y, muchas veces, en rodamientos de bolas o de rodillos . Las grasas son, generalmente, mezclas de aceites minerales, jabón común, agua y, a veces, aditivos . Por ello, han de considerarse, en general, como compuestos de sustancias minerales y vegetales o animales . Se utilizan en las partes de los automóviles no sometidas a giros, en los rodamientos de toda clase de máquinas, en el engrase de maquinaria pesada de poca precisión, etc. A veces, se emplean grasas vegetales o animales, como la manteca de cerdo; pero, generalmente, dichas grasas (o aceites) se convierten, primero, en jabón, para adicionarlas, luego, a las sustancias minerales. 12 .3
El engrase en la maquinaria
El engrase es la reposición de lubricante en la maquinaria . A veces, se toma como sinónimo de lubricación. El engrase es importantísimo, ya que si no existe o si se descuida, se llega rápidamente a la destrucción del mecanismo. Puede ser manual o automático . 12 .3 .1
Normas para el engrase
1 .a Engrásese siempre con el lubricante apropiado. Las casas fabricantes de maquinaria suelen indicar cuál es el que requiere cada parte de la máquina . 2.a Engrásese con la suficiente frecuencia y en suficiente cantidad . Igualmente, los fabricantes suelen dar instrucciones al respecto . 3.a Recuérdese siempre que el emplear un lubricante de baja calidad significa ahorrar una peseta y tirar mil . 4. a Sígase siempre el mismo orden para engrasar . 5.a Si hay un calentamiento anormal, averígüese la causa y corríjase antes de que sea demasiado tarde o se produzca una avería irreparable . 12 .4
Lubricación en el corte
Un caso particular, pero muy importante, de lubricación, tiene lugar en el corte de metales, al trabajar con una máquina-herramienta : taladradora, torno, etc. La broca (o herramienta de que se trate) desprende calor al rozar fuertemente con la viruta que se está produciendo, siendo preciso lubricarla y refrigerarla para conservar el filo . Pueden darse tres casos: - Lubricación simple . Por ejemplo, en el caso de los machos de roscar a mano . - Refrigeración simple . Como en la rectificación con muela . - Lubricación y refrigeración . Es el caso más general en taladradoras, tornos, etc . 12 .4 .1
Sustancias empleadas en la lubrificación y refrigeración
Las sustancias más empleadas son : 1 .° Aceites de corte. Son aceites minerales con aditivos sintéticos, vegetales o animales, que los hacen muy untuosos, de suerte que aguantan grandes presiones . Se emplean tal como se adquieren en el comercio . Son muy buenos lubricantes y también refrigerantes . 2.° Aceites solubles o taladrinas . Son aceites compuestos que tienen la propiedad de emulsionarse con agua . Para usarlos se mezclan con agua, en la proporción del 1 al 10 por ciento, según la calidad y la aplicación a que se destinen . 103
Tienen un poder refrigerante mayor, en general, que los aceites de corte ; pero es mucho menor su poder lubricante. 3.° Sustancias simplemente refrigerantes . Son líquidos no lubricantes, de baja viscosidad y que conducen bien el calor . Los principales son el agua de sosa y la llamada taladrina verde. Deben emplearse sólo en el trabajo con muela y con la debida precaución . 4.° Otros productos. En casos particulares se emplean petróleo, grasa de cerdo, etc . En la tabla 12 .19 se reseñan los principales lubricantes empleados con sus características y aplicaciones . Tabla 12.19 A
Nombre Comercial C-2
Coray Coray Coray Coray
34 35 36 40
Aceites de engrase general y movimientos sin exigencias
Refinería
C. S.
Regular SAE 10 Coray 45 Talia 43 Victor 120 Victor 250 Carnea 27 Vitrea 27 «A» 5 «A» 7
C. S. C. S.
«C» 4 «C» 7 «A» 5 «A» 7
Coray 50 Coray 53
Vol 45 Vol 50 Vol 55
Victor 300 Victor 450 Carnea 31 Carnea 35
Vol 60
Victor 650 Carnea 41 Carnea 51 Coray 80 Carnea 69
Vol 75 Vol 85 BVR 90 Vol 90
Carnea 72
125
Coray 100
Punto Fluidificación
°C
°C
2-2,5 1,35 1,6 1,8 2,3 2 2,6-3,5 3,5
175
-10
190
-25
2,4-2,8 3,2-3,9 13,4 3
175 200
-10 -10
4,5-5 6,5-7 4-4,5 6,5-7 4,7 6,8 4,5 6,5 4,5 5 6 4,5-5 6,5-7 4,5 6 7,5 9 7,5
180 190 190 200 200 215
-10 -10 -10 -10 - 8 - 9
200 210
-10 -10
220
-10
239
- 8
50 ESSO ESSO ESSO ESSO ESSO C. S. ESSO ESSO REPESA REPESA SHELL SHELL
Vol 38
Punto lnflam .
Viscosidad Engler a
C. S. C. S.
CAMPSA CAMPSA ESSO ESSO ESSO ESSO ESSO REPESA REPESA SHELL SHELL ESSO REPESA SHELL SHELL ESSO SHELL ESSO ESSO ESSO ESSO SHELL CAMPSA ESSO
(
OC
2,8
10 15
14 12 16 22 20 21 24 25
Observaciones
Puede emplearse en cojinetes con velocidad inferior a las 5 000 rpm .
AO AO
Tabla 12 .19 B
Nombre comercial
Refinería
Aceites para movimientos
Viscosidad Engler a
Punto inflam .
Punto fluidificación
50 OC
~C
OC
Observaciones
White Needle B/F V 2 Libra F Necton 42 Necton 45 Hidraulic 150 Victor 120 Victor 250 Aleph 1 Mesopa 1
CALTEX C. S. CALTEX ESSO ESSO HOUGHTON REPESA REPESA CALTEX CALTEX
2,02 2= 2,5 2,68 2,8 3,5 2,7= 2,90 2,4-2,8 3,2-3,9 4,72 5,4
180 170
-30 -15 -40
Muy refinado . Anti oxidante untuoso . Mineral puro .
175 200 175 218
-45 -10 -10 -24 -30
AO AH AE hidráulico .
V 4 V 6 Esstic 50 Esstic 55 Necton 50 Necton 55 Pen-O-Led EPI
C. S. C. S. ESSO ESSO ESSO ESSO ESSO
4-4,5 6-6,5 4,7 6,5 4,7 6,5 5
195 210
-15 -15
Talia 47 Talia 52 Talia 56 Teresso EP 47 Teresso EP 52 Teresso EP 56 XP Compound SAE 80 EP
ESSO ESSO ESSO ESSO ESSO ESSO
4 5 6,3 4 5,2 6,3
221 221 221
-
ESSO
6,6
Victor 300 Victor 450 Dentax 80
REPESA REPESA SHELL
4,5-5 6,5-7 6,5
Macoma 33 Macoma 39 Spinax 80 EP
SHELL SHELL SHELL
5 9 7
Meropa 2 I-7 Esstic-65 Ferol 70 Macoma 68 Vitrea 41
CALTEX CAMPSA ESSO REPESA SHELL SHELL
11,1 7,40 9,3 11,5 10 8,1
Vitrea 69 En¡ 80
SHELL ESSO
11 15
I-16 Necton 78 Muray 76
CAMPSA ESSO ESSO
12,5 12
Muray 96
ESSO
15
Dentax 90 Macoma 72 Vitrea 75
SHELL SHELL SHELL
14,5 15 23
Calvar 140 Gear SAE 250
C. S. ESSO
30 103
7 7 7
- 30
200 210
-10 -10
262 225
-26 -10
180
-10
244
-
269 -
-13 - 3
9
Engranajes fuertemente cargados, que no precisan E . P. no ataca al cobre . Aditivos AE AO AH . AE AO AH . AO AH AE . AO AH AE . Muy refinado . Muy refinado . Resistencia al agua, engranajes fuertemente cargados, tornillos sin fin, etc . AO . AO A0 . Aditivos de EP . Aditivos de EP . Aditivos de EP . Especial engranajes hipoides cajas de cambio y puentes traseros de automóviles sometidos a extrema presión . A0 . A0 . Engranajes fuertemente cargados no hipoidales. Engranajes cargados . Engranajes cargados. Aditivos EP cajas de cambio, puentes traseros y en granajes hipoidales. Elevada carga sin EP . Vagones ferrocarril . AO AC AE . Vagones de ferrocarril . Aditivos anti-desgaste . Aceite para movimiento mejorado . Movimientos mejorados . Aceite negro para engranajes . Aceite sin refinar . Gran calidad . Para altas temperaturas y presiones. Para elevadas presiones y temperaturas . Fuertes presiones sin EP Fuertes presiones sin EP Fuertes cargas de cojín etes . No ataca al bronce . Engranajes muy cargados.
Tabla 12 .19 C
Nombre comercial
Refinería
Lubricantes para guías y deslizaderas Punto Viscosidad Punto fluidiEngler a I inflam . i i ficación 50 oC
Fig. 12. 1
Tonna 27
SHELL
Tonna 33 Vactra 4
SHELL VACUUM
oC
°C
3 5,3 14,1
194
Observaciones
-18
Responde a la especificación Cincinnati . Especificación Cincinnati :
Engrasador simple.
12 .4 .2
bola
Materiales que no se lubrican ni se .engrasan
El bronce, latón y fundiciones de hierro no necesitan engrase en su mecanización . engrasador
12 .5
Fig. 12.2
Sistemas de engrase
Los principales sistemas son : - Engrase por medio de engrasadores . - Engrase por anillo y cámara de grasa. - Engrase por baño de aceite . - Engrase por bomba. - Otros tipos de engrase.
Engrasador de bola.
bola
12 .5 .1
Engrasadores
Se llaman engrasadores los pequeños depósitos o cajas donde se deposita el lubricante para que llegue a los órganos de las máquinas en movimiento . 12 .5 .1 .1
Fig. 12.3 grasa consistente
Su -
Engrasador de copa . tapa regulable de presión
12 .5 .2
Forma de los engrasadores
forma es muy variada. Véanse algunos modelos : engrasador simple (fig . 12 .1) ; engrasador de bola (fig . 12 .2) ; engrasador de copa (fig . 12 .3) ; engrasador tipo Stauffer (fig . 12 .4) ; engrasador de mecha (fig . 12 .5) ; engrasador para grasa consistente (fig . 12 .6) . Engrase por anillo y cámara de grasa
En el engrase por anillo (fig . 12 .7) el fondo del soporte del cojinete forma un depósito que se llena de aceite, en el cual se sumerge parcialmente un anillo, verificándose el engrase con el aceite que lleva adherido . Cuando el engrase se hace por grasa consistente hay un sistema similar : la cámara de grasa no necesita anillo (fig . 12 .8) . conducto de engrase
Fig. 12 .4 Stauffer.
Engrasador
vástago
tipo
~wwwwwWWWW
YE i0,
Fig. 12 .5 Engrasador de mecha para eje vertical.
Fig. 12 .6 Engrasador para grasa consistente.,
106
Fig. 12.7 Engrase por anillo : A, anillo; B, eje; C, casquillo; D, lubricante.
Fig.
12 .8
1,0
grasa
pieza
Engrase por cámara de grasa.
12 .5 .3
Engrase por baño de aceite
Se emplea mucho en las cajas de velocidades de máquinas-herramienta y otros mecanismos semejantes . Consiste, simplemente, en una caja cerrada de fundición, dentro de la cual va el mecanismo que ha de engrasarse (fig . 12 .9) . Las piezas que giran van sumergidas parcialmente en el aceite y, al girar, lo van recogiendo y comunicando a los otros elementos . 12 .5 .4
Engrase por bomba de aceite
Fig. 12.9
Engrase por baño de aceite.
En este sistema de engrase, hay un depósito de aceite donde va encerrado el mecanismo que se ha de engrasar . Todo el aceite que va fluyendo de los mecanismos cae al depósito . De ahí, lo recoge la tubería de aspiración de una bomba y lo manda por diversas tuberías a los puntos que debe engrasar, filtrándolo en algunos casos previamente (fig . 12 .10) . Un tubo de cristal o una mirilla permite muchas veces darse cuenta del buen funcionamiento . Este tipo de engrase se llama automático y los tipos de bombas empleadas son muy variados : - de engranajes (fig . 12 .11 ) ; - de paletas (fig . 12 .12) ; - aspirante-impelente (fig . 12 .13) . Fig. 12.10 Engrase por bomba aceite,
Fig. 12. 11 najes.
12 .5 .4 .1
Bomba de engra-
Fig. 12.12 Bomba de paletas.
de
Fig. 12.13 Bomba aspirante-impelente.
Engrase por borboteo
Una variante es el engrase por borboteo (fig . 12 .14) empleado en cigüeñales : una cuchara va recogiendo, a cada vuelta, el aceite de una bandeja mantenida por la bomba a nivel constante y así se introduce el aceite en el cojinete . 12 .5 .5
Otros tipos de engrase
Existen otros tipos de engrase ; los principales son : 12 .5 .5 .1
Engrase por nube de aceite
El aceite es pulverizado y así, finamente dividido, es llevado por una corriente de aire hasta los elementos que ha de engrasar (fig . 12 .15) . aire
aceite
biela
mezcla
aceite
Fig. 12 .15 Engrase por nube de aceite .
Fig. 12.14 borboteo.
12 .5 .5 .2
Engrase por
Engrase por mezcla con el combustible
Empleado en mátores de explosión . El aceite se mezcla con la gasolina o el combustible líquido de que se trate y, de esta manera, se introduce en los mecanismos del motor (fig . 12 .16) . 10 7
aceite
Fig. 12 . 16 Engrase por mezcla con el combustible,
partículas de material lubricante en los poros
Fig. 12.17 Engrase por cojinetes porosos.
12.5.5.3
Engrase por cojinetes porosos
12.5.5.4
Engrase a presión
Los cojinetes porosos se fabrican a base de conglomerados metálicos y entre sus finos poros se inyecta a presión el aceite . Se llaman también cojinetes autolubricados (fig . 12.17) .
Se hace por medio de bombas manuales para inyectar grasa (fig . 12.18) .
SEGURIDAD E HIGIENE
- Precauciones en el empleo de aceites o grasas que puedan atacar a la piel . - Quitarse bien todo el lubricante de las mareos, por razón de seguridad : las manos engrasadas pueden resbalar al intentar hacer alguna operación, lo cual puede ser peligroso. - Al elegir los lubricantes, procurar seleccionarlos entre los innocuos para la salud. TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO Hacer una lista de varios lubricantes con sus nombres comerciales y características y, a ser posible, con sus precios. EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION
Hacer el esquema de una máquina, diseñando los puntos o partes a lubricar, el lubricante conveniente y la frecuencia con que se usa. CUESTIONARIO
salida a presión de la grasa
Fig. 12.18 Engrase por presión.
-
-
-
¿Cuál es la finalidad de la lubricación? ¿Es igual lubricar con cualquier producto aun siendo de buena calidad? ¿Por qué? Citar tres lubricantes por su nombre comercial y sus características . ¿Cada cuánto hay que engrasar una máquina? ¿Qué es el engrase por borboteo? ¿Qué es el engrase automático? ¿Qué es el engrase a presión?
Torno paralelo
4.
Tema 13 .
Partes principales del torro y cadenas cinemáticas
OBJETIVOS
- Conocer las partes principales de que consta un torno y su funcionamiento . - Conocer los trabajos principales que pueden hacerse en el torno. - Dar una idea de conjunto del torno y de su cadena cinemática . GUION
Fig. 13 .0
El torno paralelo . Parte principales del torno paralelo . Características principales del torno paralelo . Cadenas cinemáticas . Trabajos característicos en el torno paralelo . Accesorios principales del torno paralelo . PUNTOSCLAVE
- Distinguir claramente las partes principales del torno. - Saber qué trabajos principales pueden hacerse en el torno. - Conocer las normas de seguridad básicas, para la utilización del torno.
EXPOSICION DEL TEMA 13 .1
Torno paralelo
13 .2
Partes principales del torno paralelo
El torno es una máquina-herramienta en la cual, la pieza que se ha de mecanizar, tiene un movimiento de rotación alrededor de un eje. Así, en el torno la pieza verifica el movimiento de corte, en tanto que la herramienta, produce el avance y el movimiento de profundidad de pasada (fig . 13 .1) . El torno más corriente es el llamado torno paralelo (fig . 13 .2) ; los otros se consideran como especiales .
En la norma UNE 15411, se da la terminología de los elementos principales de un torno paralelo de cilindrar y roscar . En la figura 13 .3, se muestra un extracto de dicha norma. Véanse, en los puntos siguientes, algunas características y la finalidad de cada una de las partes principales. 109
detalle A
Fig. 13.1 Movimientos principales en un torno.
2
T
9
LE.
ala
Fig. 13 .10 Mecanismo de retardo y cono de poleas : 1, conjunto de un retardo de dos velocidades: total, 9 velocidades, 2, esquema del mecanismo: A, cono de poleas; B, rueda enchavetada al eje principal; C, eje excéntrico; p, pasador.
nuevo enlace se obtienen otras tantas velocidades . Una ventaja de este mecanismo es que con las marchas grandes el movimiento del eje se logra sin ruedas dentadas y resulta muy uniforme y sin vibraciones . Un inconveniente es que el cambio de marchas es engorroso . Sólo se emplea en tornos de pequeña potencia .
Fig. 13.12
Torno con movimiento directo del motor-
13.2.2.2 Mecanismo con trenes de engranaje Son varios los sistemas empleados en los cabezales de los tornos. Los principales son : - Cabezal monopolea. En estos cabezales el movimiento proviene de un eje, movido por una polea única (fig. 13 .11) . Por eso se llama monopolea . Las distintas velocidades o marchas se obtienen por desplazamiento de engranajes (fig. 13.9) . - Transmisión directa por motor. En lugar de recibir el movimiento a través de una polea, lo pueden recibir directamente desde un motor (fig. 13 .12). En este tipo de montaje es normal colocar un embrague, para evitar el cambio brusco del motor, al parar o invertir el sentido de la marcha . La potencia al transmitir es más directa, pues se evitan pérdidas por deslizamiento de correas . - Caja de cambios. Otra disposición muy frecuente, es la de disponer de una caja de cambio, situada en la base del torno ; desde allí se transmite el movimiento hasta el cabezal por medio de correas (fig. 13.13A) . Este sistema se presta muy bien para tornos rápidos y, sobre todo, de precisión . El eje principal queda descargado de tensiones, haciendo que la polea apoye en soportes adecuados (fig. 13.13B) . - Variador de velocidades . Para poder lograr una variación de velocidades, mayor que las limitadas por los mecanismos anteriores, se emplean, en algunos tornos, variadores de velocidad mecánicos o hidráulicos (fig . 13 .14) .
. 13. 13 A Transmisión por medio Fig de caja de cambios en la base del torno.
Fig. 13.13 B Posición de la polea en el eje del cabezal.
Fig . 13.14 Variador de velocidades adaptado al cabezal de un torno.
13.2 .2 .3 Elementos principales del cabezal Todos los elementos tienen su importancia en un mecanismo ; pero, como se comprende, unos más que otros . En el cabezal destacan, por su importancia : - la caja o zócalo ; - el eje principal; - los rodamientos; - los engranajes.
13.2.2.3.1 La caja Suele ser de fundición y de tales dimensiones que pueda alojar los demás elementos para que, durante el funcionamiento, no se produzcan deformaciones ni vibraciones . Los alojamientos del eje principal deben estar perfecta mente alineados con las guías de la bancada . Esto se logra con una fabricación esmerada o previendo un sistema de alineación (fig. 13.1 S). Debe disponer de un depósito de aceite adecuado, según el sistema de engrase empleado. 13.2 .2.3.2
bancada
Fig. 13.15 Sistema de alineación del cabezal.
El eje princípal
Es el mecanismo que más esfuerzos realiza durante el trabajo . Por consiguiente, debe ser robusto y estar perfectamente guiado por los rodamientos, para que no haya desviaciones ni vibraciones (fig. 13 .16A) . Para facilitar el trabajo en barras largas suele ser hueco (fig. 13.1613) ; en la parte anterior lleva un cono interior, perfectamente rectificado, para poder recibir el punto y servir de apoyo a las piezas que se han de tornear entre puntos . En el mismo extremo, y por su parte exterior, debe llevar un sistema para poder colocar un plato portapiezas ; los sistemas pueden ser varios, siendo los más empleados los que se muestran en las figuras 13.17A y R . Estos ejes fabrican de acero de alta calidad y tratados adecuadamente . Fig. 13.16 8
13.2.2.3.3
cabezal
Fig. 13.16A Eje principal del torno, montado con todos sus mecanismos.
Eje principal de un torno.
Cojínetes o rodamientos
Los rodamientos tienen una gran importancia en todos los ejes, ya que de ellos depende, en gran parte, que el movimiento sea suave, sin vibraciones y sin pérdidas considerables de fuerza . Si esto es importante en todos los ejes, lo es más cuando se trata del eje principal del torno, ya que han de servir para mantenerlo en posición exacta durante el trabajo, sin juegos ni vibraciones . Los más generalizados, hoy en día, son los de bolas o rodillos (figs . "13 .18 y 13.19) . Si los cojinetes no son de calidad o el montaje no es correcto tienen el inconveniente de producir vibraciones, que se reflejan en la superficie trabajada. Esto se evita con los cojinetes de deslizamiento de bronce o metal (fig. 13.20) ; pero tienen un rozamiento mayor que los de rodamientos, por cuya razón se calientan más que aquéllos, aun con una buena lubricación . Como quiera que el torno no es una máquina a la que se pueda exigir una gran precisión (para eso están las rectificadoras o máquinas de acabados más perfectos), la mayoría de cabezales de torno van equipados con rodamientos . En las figuras 13:21 y 13 .22 se muestran algunos de este tipo.
B
Fig. 13.17 Dos sistemas de sujeción del plato portapiezas: A, por rosca; B, por rosca, chaveta y cono guía .
cuerpos rodantes
anillo interior
Fig. 13.18 Cojinete de bolas.
Fig. 13.19
Cojinete
de rodillos. '~~U .
~~e~I~~~~\~~~~
I--e
CorleA-B
Fig. 13 .20 Cojinete de bronce para torno, cónico exteriormente.
8.
Tecnologia del Metal / 2
Fig. 13.21
Sección de los mecanismos del eje principal de un torno especial.
13 .2 .2 .3 .4 Engranajes Los engranajes son los mecanismos que sirven para conseguir las diversas velocidades ; esto se logra por el desplazamiento axial de alguno de ellos a través de un eje estriado y por medio de palancas desde el exterior del zócalo . Los engranajes deben ser de acero templado y rectificado . Los dientes para facilitar el acoplamiento van afeitados (rebaje en forma de chaflán) .
Fig. 13.22 Sección de los mecanismos del eje principal de un torno paralelo.
Contracabezal o cabeza! móvil El Contracabezal o cabezal móvil, llamado impropiamente contrapunta, consta de dos piezas (fig . 13 .23) de fundición, dulas cuales una se desliza sobre la bancada y la otra puede moverse transversalmente a frotamiento duro sobre la primera, mediante uno o dos tornillos. Ambas pueden fijarse en cualquier punto de la bancada mediante una tuerca y un tornillo de cabeza de grandes dimensiones que se desliza por la parte inferior de la bancada . La superior tiene un agujero cilíndrico perfectamente paralelo ala bancada y a igual altura que el eje del cabezal . En dicho agujero entra a frotamiento suave un manguito cuyo hueco termina, por un extremo, en un cono Morse y, por el otro, en una tuerca . En esta tuerca entra un tornillo que puede girar mediante una manivela ; como este tornillo no puede moverse axialmente, al girar el tornillo el manguito tiene que entrar o salir en su alojamiento. Para que este manguito no pueda girar, hay una ranura en toda su longitud en la que ajusta una chaveta . El manguito puede fijarse en cualquier parte de su recorrido mediante otro tornillo . En el cono Morse puede colocarse una punta semejante ala del cabezal o bien una broca, escariador, etc. Para evitar el roce se emplean mucho los puntos giratorios (figs. 13 .24 y 13 .25) . Además de la forma común, estos puntos giratorios pueden estar adaptados para recibir diversos accesorios según las piezas que se hayan de 13 .2 .3
Fig. 13.23
Contracabezal o cabezal móvil.
Fig. 13.24 Punto giratorio.
tornear.
í:/~%////%///
1
Fig. 13.25 Contracabezal con punto giratorio sobre el mismo.
Fig. 13.26 Carro de un torno.
I
13 .2 .4 Carros (fig . 13 .26) En el torno, la herramienta cortante se fija en el conjunto denominado carro. La herramienta debe poder acercarse ala pieza, para lograr la profundidad de pasada adecuada y, también, poder moverse con el movimiento de avance para lograr la superficie deseada . Las superficies que se pueden obtener son todas las de revolución : cilindros y conos, llegando al límite de superficie plana (fig . 13 .27) . Por tanto, la herramienta debe poder seguir fas direcciones de la generatriz de estas superficies. Esto se logra por medio del carro principal, carro transversal y carro inclinable . 13 .2 .4 .1 Carro principal Consta de dos partes, una de las cuales se desliza sobre fa bancada y la otra, llamada delantal (fig . 13 .28), está atornillada ala primera y desciende por la parte anterior de la bancada . El delantal lleva en su parte interna los dispositivos para obtener los movimientos automáticos y a mano de la herramienta y, mediante ellos, efectuar fas operaciones de roscar, cilindrar y refrentar, que consisten, respectivamente, en construir pasos de roscas, cilindros y planos .
maneta,para movimiento transversal del carro superior
palanca de cilindrar y refrentar palanca del husillo patrón
Fig. 13.27 Límites de superficies a obtener en un torno .
13 .2 .4 .1 .1
tornillo patrón
Fig. 13.28 Carro principal.
barra del interruptor
Dispositivo para roscar
El dispositivo para roscar consiste (fig . 13 .29) en una tuerca en dos mitades, las cuales por medio de una manivela, pueden aproximarse hasta engranar con el tornillo patrón o eje de roscar . El paso que se construye variará según la relación del número de revoluciones de la pieza que se trabaja y del tornillo patrón . Separadas las dos mitades de la tuerca, el carro queda libre. 13 .2 .4 .1 .2
Díspositívo para cilindrar y refrentar
El mismo dispositivo empleado para roscar podría servir para cilindrar,
con tal de que el paso sea suficientemente pequeño. Sin embargo, se obtiene
siempre con otro mecanismo diferente. Sobre el eje de cilindrar va enchaveta do un tornillo sin fin que engrana con una rueda, la cual, mediante un tren basculante, puede transmitir su movimiento a un piñón que engrana en una cremallera fija en la bancada o a otro piñón en el tornillo transversal . El tren basculante puede también dejarse en posición neutral. En el primer caso, se mueve todo el carro y, por tanto, el torno cilindrará ; en el segundo, se moverá solamente el carro transversal y el torno refrentará ; en el tercer caso, el carro no tendrá ningún movimiento automático . Los movimientos del tren basculante se obtienen por medio de una manivela exterior . El carro puede moverse a mano, a lo largo de la bancada, por medio de una manivela o un volante. En las figuras 13 .30 y 13 .31 se presenta alguna de las formas más comunes de delantales del carro . En otros tornos se ha sustituido el mecanismo basculante por otro de engranajes desplazables y embrague de conos.
Fig. 13.29
Dispositivo para roscar.
carro transversal
rsal
cono de e cremallera de la bancada
basculante 'm'"~ra k _ancada
delantal
mando del embrague - del eje de roscar
~~
~9ar!OIUI`'"Ilr'rb)r)Jr
eje de roscar
-r
eje de cilindrar
mando de cilindrar a mano
rb- r320
tornillo sin fin
Delantal: sistema basculante .
mando del automático de cilindrar o refrentar
eje de cilindrar
tornillo sin fin mando de cilindrar a mano
mando del embrague de la tuerca de roscar mando del automático de refrentar
tuerca del embrague de cilindrar
Fig. 13.31 Delantal : sistema de embrague .
Carro transversal
13 .2 .4 .2
de la bancada y sobre El carro principal lleva una guía perpendicular a los sin juego (fig . 13 .32A) . ella se desliza un carro a frotamiento suave, pero pasada o acercar la Puede moverse a mano, para dar la profundidad de para lograr el herramienta a la pieza, o bien se puede mover automáticamente Para saber el giro que se llamado refrentado, con el mecanismo ya explicado. del carro transversal y la da al husillo y con ello, apreciar el desplazamiento accionamiento, profundidad de la pasada, lleva el husillo, junto al volante de una posición deterun tambor graduado que puede girar.loco o fijarse en las operaciones de minada (fig . 13 .328) . Este tambor es de gran utilidad para respectivos . cilindrado y roscado, como veremos en los temas
Fig. 13.32 8 Desplazamiento del carro al girar una vuelta el tambor : l, anillo de blocaje; 2, tambor.
Fig. 13.33
Carro orientable o portaherramientas.
de los carros y sujeción de la herraFig. 13 .32 A Sección transversal de los mecanismos 4, carro orientable; mienta : 1, carro principal ; 2, carro transversal; 3, plataforma giratoria; portaherramientas ; 7, dispositivo para fijar la ; 6, torre portaherramientas eje de la torre 5, ; 9, husillo; 10, tuerca ; posición del carro principal sobre la bancada; 8, tambor graduado . 11, husillo del carro orientable
13 .2 .4 .3
Fig. 13.34
Torre portaherramientas.
Carro orientable (fig . 13 .33)
está apoyaEl carro orientable llamado también carro portaherramientas, alrededor puede girar do sobre una pieza llamada plataforma giratoria, que por medio transversal de un eje central y fijarse en cualquier posición al carro posición en cualquier de cuatro tornillos. Un círculo o limbo graduado indica la bancada. Esta pieza el ángulo que el carro porta herramientas forma con que se desliza el carro lleva una guía en forma de cola de milano en la sino a mano, mediante orientable . El movimiento no suele ser automático, volantito. Lleva manivela o un un husillo que se da vueltas por medio de una transversal . el husillo un tambor similar al del husillo del carro Torre portaherramientas (fig . 13 .34) trabajo . Los dispositiEn el carro orientable se fijan las herramientas de vos empleados para sujetarlas son muy variados . varias Puede servir para una sola herramienta (fig . 13 .35A y B) o para 13 .2 .4 .4
(figs. 13 .36A y B) .
Fig. 13 .35 8 Portaherramientas americano con cuña graduable.
plantilla reguladora de la altura de la herramienta
Fig. 13.35 A Portaherramientas sistema brida para una sola herramienta .
La sujeción de una herramienta por simple brida (fig . 13 .35A) tiene el inconveniente de que es complicado colocar el filo de la herramienta a la altura conveniente, porque se han de emplear suplementos calibrados . Esto se remedia con los soportes americanos (fig . 13 .3513), en los cuales es posible, con gran sencillez, variar ligeramente la altura del filo . Para varias herramientas se emplea, con frecuencia, la torre que se ve en la figura 13 .36A, la cual puede llevar hasta cuatro herramientas que se disponen en posición de trabajo por un giro de 90° . Tiene también el inconvenien te de necesitar el uso de suplementos, por lo cual se emplea, aún en estas torres, el sistema americano, o bien se utilizan otras torretas que permiten la graduación de la altura de la herramienta (fig . 13 .3613) que, además, tiene la ventaja de que se puede cambiar todo el soporte con la herramienta y volverla a colocar en pocos segundos ; con varios soportes de éstos se pueden tener preparadas otras tantas herramientas . 13 .2 .5
Fig. 13.36A Portaherramientas con cuatro herramientas,
Cadena cinemática para mover los carros
Ya se ha dicho que la herramienta está colocada sobre los carros y es solidaria de ellos; por tanto, su movimiento depende de los de éstos. Los movimientos pueden obtenerse de dos maneras : a mano o automáticamente . Para el movimiento a mano, llevan los carros unos volantes o manivelas de fácil manipulación (fig . 13 .28) . Para el movimiento automático es necesario disponer de un sistema de transmisión del movimiento desde el eje principal, compuesto de las siguientes partes : 1 . Sistema de inversión. 2 . Ruedas de recambio . 3. Caja de cambio de avances. 4. Barras de cilindrar y roscar. 5. Mecanismos en los carros. En la figura 13 .37 se muestra esta cadena cinemática . Se comprende que cada constructor puede hacer estos elementos básicos, según distintos criterios . He aquí los más sencillos.
Fig. 13.368 duable.
Portaherramientas gra-
cambio de velocidades
inversor
Fig. 13.38 Mecanismo de inversión de un torno.
Fig. 13.37 Cadena cinemática de un torno.
13 .2 .5 .1
Mecanismo de inversión (fig . 13 .38)
El mecanismo de inversión puede hacerse por el sistema de embrague de dientes (fig . 13 .39), o basculante (fig . 13 .40A y B) . Sea cual fuere el sistema, hay que lograr que el eje de salida, de donde toman el movimiento las ruedas de recambio, gire al mismo número de vueltas que el eje principal, por razones que se comprenderán al estudiar el roscado a torno.
Fig. 13.39 dientes.
Inversor por embrague de
13 .2 .5 .2
Ruedas de recambio (fig . 13 .41)
Para transmitir el movimiento, desde el último eje del mecanismo de inversión hasta los ejes de cilindrar y roscar o hasta la caja de cambios para avances, se emplea un tren de engranaje. Como las velocidades de los avances han de poder variarse a voluntad, este tren de engranaje tiene sus diversas ruedas intercambiables . La-primera va en el eje del mecanismo de inversión ; la última va en el eje de ataque de la caja de cambios para avances; las demás van en unos ejes cortos que se acoplan a las ranuras de una placa especial llamada /ira o guitarra (fig . 13 .42) . Y
punto neutro
B
Fig. 13 .40 Inversor por engranajes basculantes.
rueda dentada tornillo
/'
chaveta
rueda dentada
chaveta
casquillo detalle A
Fig. 13.42 Lira o guitarra. Fig. 13.41
Ruedas de recambio .
El número de ruedas del tren, como mínimo, es de tres ; pero puede serlo de cuatro, cinco, seis y aun siete . Dichas ruedas dentadas se eligen entre las que pertenecen a un juego que todos los tornos llevan consigo. Excepcionalmente, puede eliminarse la lira y transmitirse el movimiento por correa y poleas : sistema éste que resulta muy práctico para las velocidades grandes, obteniéndose una transmisión más silenciosa, pero no sirve para roscar . Para evitar pérdidas de tiempo al cambiar las ruedas, se recomienda un cuidado especial para mantener en perfecto estado los ejes, casquillos, chavetas y elementos de fijación, así como en perfecto orden las ruedas de recambio . No descuidar el engrase de los casquillos giratorios . 13 .2 .5 .3
Fig. 13.43
Mandos de la caja de avances.
Caja de cambio para avances
Como el cambio de ruedas en la lira resulta una operación lenta y engorrosa, la mayoría de los tornos tienen en la parte anterior de la bancada (fig . 13 .43) una caja de cambios, más o menos compleja, para obtener diversas velocidades a su salida, sin cambiar las ruedas de recambio (fig. 13 .41) . Uno de los mecanismos más empleados es el de Norton (fig . 13 .44), por lo que algunos lo llaman impropiamente caja Norton . En la figura 13 .45 se ve la -combinación de varios mecanismos en una moderna caja de avances .
Fig. 13.44 Mecanismo Norton .
efe de cilindrar
Fig. 13.45 Moderna caja de avances.
13 .2.5.4
Fig. 13.46 Eje de cilindrar y de roscar.
Eje de roscar (fig . 13.46)
La salida dula caja de avances da movimiento al eje de roscar o tornillo patrón, que es el encargado de dar movimiento de precisión al carro, ya que se necesita para la ejecución de las roscas . Es un largo tornillo, de rosca trapecial, apoyado en sus dos extremos : uno, en la caja de avances y el otro, en un soporte a propósito situado en el otro extremo de la bancada. Tiene que girar suavemente, pero no debe tener juego axial (fig . 13.47) .
13.2 .5.5
Eje o barra de cilindrar
El eje de cilindrar recibe el movimiento en la misma caja de avances. Es una barra cilíndrica, con una ranura o chavetero en toda su longitud que es la que hace girar al tornillo sin fin del mecanismo explicado para cilindrar y refrentar, y va apoyado en los mismos soportes que el eje de roscar (fig . 13 .47) . Con una palanca en la caja de avances, se puede hacer que gire una barra u otra . También debe haber un dispositivo en el delantal para que no se puedan colocar, al mismo tiempo, el dispositivo de roscar y el de cilindrar; este dispositivo se llama seguro, porque evita que se produzcan enclavamientos peligrosos, ya que, si los dos dispositivos se colocasen simultáneamente, el carro debería, a la vez, desplazarse con dos velocidades distintas, cosa imposible .
detalle X
13.2 .6
Esquemas de cadenas cinemáticas en tornos paralelos En las figuras 13.37, 13.48 y 13 .49, se representan las cadenas cinemáti-
cas de tres marcas distintas de tornos .
13.3
Características principales de un torno paralelo
Se llaman así a algunas medidas geométricas que determinan las posibilidades de trabajo de cada torno . La norma UNE 15413 define estas medidas características. Se hace un extracto de esta norma, referida a la figura 13.50 .
Fig. 13.47 Soporte de sujeción de los ejes de roscar y cilindrar .
16
Fig. 13,48
¡m
Í
a
Cadena cinemática de un torno sencillo .
_. 10
Fig. 13.49 Esquema de la cadena cinemática de un torno moderno: 7, motor eléctrico; 2, caja de velocidades; 3, polea motor; 4, cabezal fijo; 5, eje principal; 6, tren de engranajes de la guitarra; 7, caja de roscas y avances; 8, barra de cilindrar; 9, husillo de roscar; 10, cremallera; 11, cuerpo carro; 12, carro longitudinal; 13, carro transversal; 14, carro portaherra mientas; 15, torreta; 16, cabezal móvil.
r U
Fig. 13 .50 Diámetros máximos admisibles sobre bancada .
Diámetro máximo admisible sobre bancada Es el diámetro máximo de una pieza que, montada en el torno, gire libremente por encima de la bancada . Corresponde el diámetro d de la figura ; se expresa en milímetros y se designa de la forma siguiente : 13.3.1
1 S. bancada UNE 15413 Diámetro máximo admisible sobre el escote Es el diámetro máximo de una pieza que, montada en el torno, gire libremente por encima del escote . Corresponde al diámetro d, de la figura ; se expresa en milímetros y se designa de la forma siguiente : 13.3 .2
o S . escote UNE 15413 120
13.3.3
Diámetro máximo de torneado sobre los carros Es el diámetro máximo a que puede tornearse, en toda su longitud, una barra que, montada en el torno, gire libremente por encima de los carros. Corresponde al diámetro dz de la figura, se expresa en milímetros y se designa de la forma siguiente : 0 S. carros UNE 154131 13.3.4
Distancia máxima entre puntos
Es la distancia máxima que puede haber entre los vértices de los puntos del cabezal fijo y del contracabezal, sin que éste, situado en su posición extrema, pierda parte alguna de su apoyo sobre las guías. Corresponde a la cota /de la figura ; se expresa en mil ímetros y se designa de la forma siguiente : D .e.P. UNE 15413 13.3.5 Ancho del escote Es la medida del escote en el sentido longitudinal de la bancada . Corresponde a la cota 1, de la figura y se expresa en mm. Suelen completarse estas características con las siguientes : 13.3.6
(húmero de velocidades del eje principal Suele darse el número de velocidades y el valor de la mínima y máxima también el valor de cada una de ellas . 13.3 .7
y
Paso del eje de roscar
Por lo favorable que resulta para la construcción de los pasos ingleses, es frecuente, aún hoy día, que los pasos del tornillo patrón se dé en pulgadas inglesas. También se fabrican tornos cuyo husillo está en milímetros. 13.3.8 Características de la caja de avances (fig. 13.51 A) Suelen darse el número de pasos y los valores máximos y mínimos para cada uno de los movimientos principales : - avances longítudinales; - avances transversales,- pasos de rosca en milímetros,- pasos de rosca en pulgadas . Tabla 13 .51 A
Avances en el torneado
Avance en mm
Posición
3,512 0,678 0,644 0,410 0,376 0,741 0,307 0,273
0
0,256 0,239 0,222 0,205 0,188 0,171 0,154 0,137
6
0,128 0,119
A
0,111 0,102 0,094 0,085 0,077 0,058
A, \\\\""
13.3.9 Potencia del motor Para orientar en las posibilidades en cuanto a las secciones máximas suele darse la potencia del motor en CV . Ejemplo :
Características del Torno Graziano (fig. 13.51 B)
Características principales
Diámetro máximo admisible sobre la bancada : Diámetro máximo admisible sobre el escote : Diámetro máximo de torneado sobre los carros : Distancia máxima entre puntos : Ancho del escote : 2. Características secundarias
Velocidad del eje principal :
Avances y pasos de rosca : 80 avances longitudinales 80 transversales 40 pasos Whitworth 40 métricos Paso del eje de roscar Potencia del motor 3. Otras características: Dimensiones mínimas (Galibo) Peso aproximado
bomba
13 .4
Fig. 13.53 Diferentes tipos de platos: A, de .dos garras; B, de tres garras (universal) ; C, de garras independientes; D, plano.
375 mm 500 mm 215 mm 1000 mm 275 mm
UNE UNE UNE UNE UNE
15413 15413 15413 15413 15413
12 velocidades de 40 a 1500 r.p .m . de 0,020 a 0,44 mm/vuelta de 0,010 a 0,22 mm/vuelta de 46 a 3 hilos por pulgada de 0,375 a 5,75 mm 3/8" 5,5 C .V . longitud C = 2300 mm ancho A = 800 mm altura B = 1410 mm 1250 kg .
bandeja
Trabajos característicos en el torno paralelo (tabla 13 .52)
Los trabajos característicos que se hacen en el torno paralelo Y que servirán como título a otros tantos temas son : - Cilindrado exterior . - Refrentado . - Torneado de conos exteriores . - Troceado y ranurado. - Otros trabajos de torneado. - Roscado en el torno. 122
Tabla 13 .52
Cilindrado exterior-interior
Trabajos característicos del torno paralelo
Torneado de conos exteriores
Refrentado
Troceado y ranurado
ME 7 Fig. 13.54
Lunetas: fija y móvil.
W
,~ ii-
,,r_%/
f~~,
Roscado exterior-interior
1111
1
Varios Taladrado
Moleteado
1011r 7
Especiales
4
-
bien
13.5
Accesorios principales del torno y elementos auxiliares Dada la importancia que tienen algunos elementos empleados en el torno, aunque propiamente no sean parte esencial del mismo, se da aquí una breve reseña de ellos, dejando el estudio detallado para el momento de su utilización en los trabajos característicos . Entre los principales se pueden señalar : - platos : universal, plano de garras independientes, etc . (fig. 13 .53) ; - lunetas : fija o móvil (fig. 13.54) ; - escuadras y bridas (fi g. 13.55) ; - sistema de refrigeración : bomba, depósito, bandeja (fig. 13 .51 C) ; - sistema eléctrico de mando e iluminación (fig. 13.51 C) ; - sistemas de seguridad (fi g. 13.51 C) .
mal
2
plato
Fig. 13.55 Accesorios para sujeción de piezas en el plato del torno: 1, por bridas; 2, por escuadras.
Fig. 13.51 C Sistema de seguridad en el torno. 123
SEGURIDAD E HIGIENE
Es de todo punto indispensable una esmerada atención en el trabajo, porque la menor distracción puede ocasionar la pérdida o el deterioro de lo que se tiene entre manos, con grave perjuicio de intereses o de la misma integridad física .
Por ello, el tornero : - Debe consagrarse por entero y con gusto a su trabajo . Un operario de medianas
cualidades, pero concentrado, puede ofrecer un trabajo mejor realizado que otro más hábil, pero distraído . - Obsérvese el sentido de avance del carro transversal y del carro portaherramientas, en relación al sentido de rotación de la manilla . Algunos tornos avanzan girando a la derecha ; otros, en cambio, retroceden ; es muy importante que el tornero esté familiariza do con estos movimientos, para que la mano responda prontamente y con seguridad al pensamiento y se eviten graves daños en el trabajo y en caso de accidente al operario . - Los movimientos del torno están normalizados en las normas UNE 15412 (fig . 13 .56) pero aún hay tornos que no las siguen, por lo cual se ha de prestar mucho cuidado
y atención . - Antes de poner en marcha el torno conviene probarlo siempre a mano, haciendo girar el eje, para desplazar los carros y asegurarse de que no hay estorbos . - El torno, de por sí, no es una máquina que ofrezca mayores peligros ; pero como cualquier otra máquina, puede producir desgracias, y a veces graves, para el tornero distraído y el que descuida las normas específicas .
Figuras A
Elemento de maniobra
Parte movida Denominación
Movimiento
Denominación
Movimiento
Carro principal .
Hacia la derecha .
Volante manivela .
Giro a la derecha .
2
Carro transversal .
Se aleja del operario .
Manivela .
Giro a la derecha .
4
Carro superior.
Se aleja del mando .
Manivela .
Giro a la derecha .
5
Eje del contrapunto .
Hacia la izquierda .
Volante manivela .
Giro a la derecha .
6
Tuerca del husillo .
Se acopla al husillo .
Palanca .
Giro a la derecha .
7
Garras del plato .
Hacia el centro .
Llave .
Giro a la derecha .
8
S o porte del eje .
Se ciñe al eje .
Palanca .
Giro a la derecha .
1
Fig. 13.56 Movimientos del torno. Normas prácticas 1 .a El tornero debe usar, en cuanto sea posible, un mono ajustado, porque un
vestido amplio y flotante fácilmente puede quedar aprisionado por los órganos de la máquina en movimiento . Peor aún sería utilizar corbata o bufanda . 2.a Durante el trabajo debe mantener una posición correcta, sin apoyar el busto o los codos sobre el torno, porque pueden originarse graves daños . 3.a Debe mantenerse limpio y sin estorbos el piso inmediato a la máquina, con lo cual se evitará el peligro de caer sobre el torno en movimiento . 4 .a Al quitar las correas hay que servirse siempre del pasacorreas o bien de una varilla, un tubo o una regla de madera . 5.a Antes de proceder a la limpieza de la máquina, a la lubricación, al desmontaje y montaje de una pieza interna, es necesario parar el torno y asegurarlo, para que no vaya a arrancar impensadamente . Si es posible, quítense siempre los fusibles . 124
6 .a No se toquen descuidadamente órganos o piezas en movimiento, porque un descuido de este género puede acarrear graves consecuencias . Algún obrero perdió un dedo por haber intentado limpiar un agujero, al introducirlo envuelto en un trapo (fig . 13 .57), o bien por querer quitar la viruta con las manos (fig . 13 .58) . 7 .a Al trabajar metales quebradizos, como el hierro colado y el bronce, es menester proteger los ojos con gafas . Esta precaución es necesaria también para cuando se afilan herramientas en la piedra de esmeril . 8 .a No se acerque nunca a la máquina de otro . Hay grave peligro para ambos . MEDIOS DIDACTICOS
Fig. 13.57 Peligro de cortarse al limpiar una rosca con el dedo .
En pequeños grupos explicar el funcionamiento y mecanismos de los tornos disponibles en el taller . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Estudiar y dibujar la cadena cinemática de un torno del taller . - Sacar las características del mismo torno . - Explicar el mecanismo de roscar y el mecanismo para cilindrar y refrentar . EJERCICIOS PRACT iCvS DE APLICAC ION - Comprobar el número de r .p .m . que da el eje principal del torno, al posicionar las
Fig. 13.58 Precauciones al separar la viruta.
diferentes velocidades y comprobarlas con las que marca el fabricante en las tablas . CUESTIONARIO
¿Qué características tiene que tener una bancada? ¿Para qué se utiliza el escote? ¿Qué es el retardo? ¿Para qué se utiliza el mecanismo Norton? ¿Qué es la lira? ¿Qué operaciones son características en un torno? ¿Qué normas de seguridad se han de tener en cuenta para trabajar en un torno?
Tema 14 .
Herramientas del torno
OBJETIVOS -
Conocer las herramientas específicas del torno y sus peculiaridades.
GUION Herramientas del torno . Material de las herramientas del torno . Montaje de las herramientas del torno . Mejoras en las herramientas del torno . Designación normalizada de las herramientas del torno . PUNTOSCLAVE - Saber seleccionar la herramienta adecuada para cada trabajo, tanto en cuanto a la forma, como a las características del material, de una manera especial los de metal duro .
EXPOSICION DEL TEMA 14 .1
Forma de las herramientas del torno
En el torno se trabaja ordinariamente con herramienta simple, aunque a veces se trabaja con herramientas de cortes múltiples (figs, 14 .1 y 14 .2) . 125
Fig. 14 .1 Torno y herramientas cortesimple. simple.
de
Anteriormente ya se han explicado la forma y ángulos principales de las herramientas en general . Véanse, ahora, algunas peculiaridades de las de torno . En las herramientas de torno hay que distinguir dos partes principales : el cuerpo o vástago y la cabeza de corte (fig . 14 .3) . Fig. 14 .2 Herramienta de corte múltiple.
14 .1 .1
Suele ser de sección rectangular o cuadrada, por su buena resistencia y facilidad de fijación . Algunas veces, se emplea el de sección circular que, aún siendo de más difícil fijación, tiene la ventaja de que puede girarse en su asiento y, con ello, variar algo la posición de los ángulos, sin necesidad de reafilarlos ; facilita además la puesta en altura correcta (fig . 14 .4) .
arista principal
14 .1 .2
cuerpo o vástago
Fig. 14.3
Fig. 14 .4
Fig. 14.7
Vástago
Partes de la herramienta.
Cabeza de corte
Tiene forma de cuña y es la que produce el arranque de viruta . Presenta formas numerosas, para adaptarse a los diversos tipos de trabajo, aunque se conservan los ángulos característicos principales. Pueden ser de una sola pieza (fig . 14 .5) ; o de dos piezas (fig . 14 .6) . Para la correcta designación de la herramienta conviene tener presente las siguientes definiciones :
Herramienta de vástago circular.
Herramientas de dos sentidos.
Fig. 14.5 Herramientas con la cabeza de corte de una sola pieza.
14 .1 .2 .1
Fig. 14.6
Herramientas con la cabeza de corte de dos o más piezas.
Arista principal
Generalmente, las aristas cortantes son dos (fig . 14 .3) . Se llama arista principal de corte, la arista cortante que cae del lado del avance y corta la viruta más ancha. La otra arista cortante se llama secundaría ; no todas las herramientas tienen arista secundaria . 14.1 .3
Herramienta derecha o izquierda
14 .1 .4
Herramienta recta, curvada y acodada
Si se coloca la herramienta con la cabeza dirigida hacia el pecho de la persona y con la arista cortante hacia arriba, se llama herramienta derecha o izquierda, según que la arista principal quede a la derecha o a la izquierda respectivamente (fig . 14 .7) . Fig. 14 .9 Herramientas curvadas.
Fig. 14 .10 Herramienta acodada .
izquierda
derecha
Se llama herramienta recta aquella cuyo eje, visto desde arriba y desde un lateral, es siempre recto (fig . 14 .8). Se llama herramienta curvada aquella cuyo eje, visto desde arriba, está curvado hacia la derecha o hacia la izquierda (fig . 14 .9) . Se llama acodada la que tiene el eje, visto lateralmente, curvado o acodado (fig . 14 .10) . 126
14 .2
Herramientas normalizadas del torno
Hubo un tiempo en que cada taller, y aun cada tornero, construía, a voluntad y según su personal experiencia, las herramientas del torno. Hoy, sin embargo, tras los estudios de numerosos investigadores y la experiencia de los grandes talleres y fábricas, se han llegado a seleccionar algunos tipos fundamentales, cuya eficiencia y rendimiento son difíciles de superar. En las figuras 14 .11 y 14 .12 se presentan las formas normalizadas, tanto para las cuchillas de acero rápido, como para las de plaquita de metal duro . Todas ellas se pueden clasificar en varios grupos . 14 .2 .1
Cuchillas de desbastar (figs . 14 .11 A, B y 14 .12A y B)
Tratan de arrancar la mayor cantidad posible de material en el menor tiempo, aprovechando al máximo tanto la capacidad de corte de la herramienta, como la capacidad y potencia del torno. Las cuchillas, por tanto, han de ser robustas . Pueden ser curvas y rectas, tanto a derecha como a izquierda .
G
¡sol
DIN 4971 A
IS0 2
¡so
8
¡so
9
DIN 4972 DIN 4973 DIN 4974 . DIN 4975 B
C
D
IS0 4
IS0 5
DIN 4976
DIN 4977
IS0 3 DIN 4978
DIN 4980
DIN 4981
F
G
H
I
J
E
IS0 6
¡SO 7
Fig. 14 .12 Formas normalizadas de las cuchillas de metal duro : A, cuchilla para desbaste, recta; B, cuchilla para desbaste, curvada; C, cuchilla para desbaste de interiores (de barrenar); D, cuchilla para ángulos interiores ; E, cuchilla para afinar, de punta recta; F, cuchilla para afinar, de filo ancho (de cortar) ; G, cuchilla para afinar, de punta curvada; H, cuchilla para refrentar, curvada; I, cuchilla para refrentar, recta; J, cuchilla para tronzar.
Cuchillas de afinar (figs . 14 .11 E, F, G, H, I, J, L, M y 14 .12E, F, G) Tratan de obtener una superficie cuidadosamente acabada, exacta de forma y pulida . La viruta arrancada debe ser pequeña. Interesan, por tanto, formas redondeadas y anchas . El corte de estas cuchillas debe repasarse con piedra de afinar, después de afilarlas; de lo contrario, dejan una superficie . áspera y rugosa . Cuando son de metal duro se afilan con muela de diamante 14 .2 .2
14 .2 .3
Cuchillas de corte lateral (figs. 14 .11 K, N y 14 .121, H)
14 .2 .4
Cuchillas para interiores
Se utilizan para refrentar ángulos muy marcados. Deben trabajar de dentro hacia afuera, ya que el corte secundario no es adecuado para el arranque de viruta .
Para mecanizar las superficies interiores de un agujero, hacen falta herramientas de cuerpo largo y sección reducida . Están expuestas a vibraciones, por lo que la sección de viruta arrancada debe ser pequeña. Generalmente, son curvadas y presentan dos formas fundamentales : para agujeros pasantes (figs. 14 .11C y 14 .12C) y para agujeros ciegos (figs. 14 .11D y 14 .12D) llamadas, también éstas, de refrentar interiores.
14 .2 .5
Cuchillas de trocear (figs. 14 .11 G, H, I y 14 .12J)
Sirven tanto para hacer ranuras o gargantas como para cortar en el torno. Para evitar que la cuchilla roce con la pieza, aquélla se estrecha en su cabeza, de delante hacia atrás y de arriba abajo (ángulo de desahogo o despu I la ) . 12 7
Fig. 14 .11 Formas normalizadas de las cuchillas de acero para torno y cepilladora; A, cuchilla para desbastar, recta; B, cuchilla para desbastar, curvada; C, cuchilla para desbastar interiores (agujeros pasantes); D, cuchilla para desbastar interiores (agujeros ciegos) ; E, cuchilla para afinar en punta, recta; F cuchilla para afinar en punta, acodada; G, cuchilla para afinar, de filo ancho, recta; H, cuchilla para afinar, de filo ensanchado, recta; I, cuchilla para afinar, de filo ancho, acodada; J, cuchilla para afinar de filo ensanchado, acodada ; K, cuchilla de costado, recta (para refrentar) ; L, cuchilla diagonal, para afinar, recta; M, cuchilla diagonal, para afinar, acodada; N, cuchilla de costado, curvada (para refrentar) .
Las cuchillas para cortar suelen tener la arista principal inclinada (fig . 14 .13), con el fin de que la pieza cortada no se desprenda hasta su completo troceado . 14 .2 .6
Fig. 14.13
Cuchilla de trocear y detalle de trabajo.
Cuchilla de forma
Numerosos trabajos de torno exigen un perfil determinado. Se realizan con barritas de acero rápido bien recocido, forjando la forma y acabando su perfil con limas de matricero (fig . 14 .14) . Después se templan con las máximas precauciones . Hoy día, se pueden lograr en máquinas rectificadoras, en las cuales se perfilan las muelas (ver afilados). Resultan así mucho más precisas, con la ventaja de que pueden rectificarse después de templadas (fig . 14 .15) . Es preciso no olvidarse de dar al ángulo de incidencia un valor correcto . Su reafilado se practica sólo por la cara superior para no modificar la forma . Mención especial merecen las cuchillas circulares o de rodaja, llamadas de perfil constante porque afiladas en dirección paralela a su radio, mantienen la forma constante (fig . 14 .16) .
Fig. 14.14 Diversas cuchillas de forma. Fig. 14 .15
Cuchilla de forma .
14 .2 .7
Cuchillas de roscar
Pueden considerarse como cuchillas de forma . Su corte varía con el perfil de la rosca que se ha de tallar . La dificultad de conservar un perfil exacto en el afilado de las cuchillas rectas hace que, modernamente, se tienda a sustituirlas por las de rodaja y aún por peines de roscar especiales . En las figuras 14 .17 y 14 .18 se resumen las aplicaciones de cada herramienta . 14 .3
Fig. 14 .16
Cuchilla circular oderodaja-
Material de las herramientas de corte
Exigiéndose a las herramientas de corte, por la misma naturaleza de su trabajo, una gran resistencia al esfuerzo de corte, al desgaste por rozamiento y a la elevada temperatura que el roce provoca, se comprende que la industria busque y produzca continuamente nuevos materiales de mejores características de corte y mayor rendimiento. En la tabla 14 .19 se indica la clasificación de aceros rápidos para herramientas, sus características, temperaturas de temple y revenido . 14 .3 .1
Herramientas con plaquetas de metal duro
El material más empleado es el llamado metal duro . Se prefiere clasificarlas por su mejor capacidad o adaptación para trabajar determinados materiales. i
/sol
IS02 IS03
Fig. 14 .18 Herramientas de roscar y cajear, trabajando en su forma normal.
Fig. 14 .17 Diversas cuchillas de metal duro en su forma normal de trabajo. 128
,
JO17 / 1 IN I,Ó1,1
o0' i
Tabla 14 .19 Clasificación y denominación común
Numeración f. H. A .
Aceros rápidos para herramientas
Principales elementos de aleación % C
% otros elemt.
Aplicaciones
Tratamientos
F-5510
Aceros rápidos 14 % W
0,7
Cr 4, W 14, Va 1
Cuchillas y otros útiles para tornear, cepillar, fresa ,, taladrar, roscar, etc .
F-5520
Aceros rápidos 18 % W
Temple, 1 250° aceite. Revenido, 540° aire .
0,75
Cr 4, W 18, Va 1
F-5530
Como el anterior, pero para trabajos pesados y en materiales difíciles .
Aceros extrarrápidos 5 % Co
Temple, 1 300° aceite . Revenido, 5700 aire .
0,8
Cr 4, W 18, Va 1
Utiles de corte de gran rendimiento y duración en materiales de gran resistencia .
Temple, 1 320° aceite . Revenido, 580° aire .
F-5540
Aceros extrarrápidos 10 % Co
0,85
Cr 4, W 18, Va 1, Mo 1, Co 10
Utiles de corte máximo rendimiento superior a todos los demás . No es apto para herramientas finas y delineadas .
Temple, 1 320° aceite. Revenido, 580° aire .
14.3 .1 .1
Normalización de las herramientas de metal duro Se han establecido tres grupos principales designados con las letras P, M y K y caracterizados, respectivamente, por tres colores distintivos, azul, amarillo y rojo, tal como se definen en la tabla 14 .20, que corresponde a la norma UNE 16 100. Estos tres grupos principales se subdividen en grupos de empleo, que se distinguen por números. Estos números se relacionan con la tenacidad y con la resistencia al desgaste del metal duro, de tal modo que cuanto mayor sea dicho número, mayor será la tenacidad y menor la resistencia al desgaste . Los grupos de empleo clasifican, a título indicativo, los materiales y sus condiciones de trabajo. El fabricante del metal duro podrá establecer las designaciones de sus plaquitas con relación a aquéllos . Estas clasificaciones y características de empleo, se indican en la tabla 14 .21 . Es muy importante el empleo de la calidad adecuada para cada material a trabajar, así como el afilado perfecto ; de lo contrario, el rendimiento es deficíente . Tabla 14 .20 Letra
Normalización de las herramientas de metal duro (UNE 16100) Grupo principal de arranque de viruta
P
Materiales férreos de viruta larga .
M
Materiales férreos de viruta larga o corta .
K
I
Materiales férreos de viruta corta, metales no férreos, materiales no metá licos .
Color Azul Amarillo Rojo
14 .4
Montaje de las herramientas de corte La colocación correcta de las cuchillas exige ciertas precauciones, que conviene recordar siempre, en evitación de accidentes, deterioro de la pieza trabajada y de la propia herramienta . 14 .4 .1
Rigidez en la fijación
Las herramientas deben quedar rígidamente sujetas en la torreta, a fin de que, en el trabajo, no se desvíen o produzcan vibraciones . Por tanto, los suplementos con que se calza la cuchilla deben ser planos y estar limpios. 129 9.
Tecnologia del Metal i 2
Tabla 14 .21 Grupo y color distintivo
I Designación
P (color azul)
antigua
m (color amarillo)
S 1
S 2
P 30
S 3
Acero, acero moldeado .
Torneado, torneado con copia, fileteado, así como fresado, altas velocidades de corte, pequeños a medianos avances .
Acero, acero moldeado, fundición maleable de viruta larga .
Torneado, torneado con copiador, fresado, medianas velocidades de corte, avances medianos, cepi¡lado con pequeños avances .
maleable de vi-
Torneado, cepillado, fresado, medianas a bajas velocidades de corte, medianos a grandes avances ; también en condiciones de trabajo menos favorables (1) .
Acero, acero moldeado, fundición ruta larga . Acero, acero moldeado con y porosidades .
S 4
Condiciones de trabajo
Acabado finísimo para torneado y taladrado, altas velocidades de corte, pequeños avances ; grandes exigencias de exactitud de medida y calidad de acabado de las superficies ; trabajos exentos de vibración .
Acero, acero moldeado .
P 20
P 40
1:
Material
Equiva
P 01
P 10
Metal duro . Calidades y aplicaciones
inclusiones de
arena
P 50
Torneado, cepillado, mortajado, para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento de viruta, condiciones de trabajo desfavorables, máxima exigencia a la tenacidad del metal duro .
iví 10
Acero, acero duro al manganeso, acero moldeado . fundición gris, fundición gris aleada .
Torneado, medianas a elevadas velocidades de corte, pequeños a medianos avances .
M 20
Acero, aceros austeníticos, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris esferoidal, fundición maleable .
M 30
Acero, aceros austeníticos, aleaciones de elevada resistencia al calor, acero moldeado, fundición gris
M 40
Aceros de más baja resisten ¡a, aceros blandos para máquinas automáticas, metales no ferrosos.
K 01
Acero templado, fundición dura de toquillas, con dureza _< 60 Rc (_ 85 Shore), fundición gris de elevada dureza, aleaciones de aluminio con gran contenido de silicio, materiales sintéticos muy abrasivos, papel prensado, materiales cerámicos .
K 10
H 1 (2)
Acero templado, fundición gris, D . B . ~ 220 kg/mmz, fundición maleable de viruta corta, aleación de cobre, aleaciones de aluminio con contenido de silitio, materiales sintéticos, ebonita, papel prensado, vidrio, porcelana, roca .
G
Fundición gris, con D . B- ~ 220 kg/mmz, cobre, latón, aluminio, otros metales no ferrosos, madera contrachapada fuertemente abrasiva .
K 20
1
Acero de baja resistencia, fundición gris de dureza, madera contrachapada .
K 30 K 40
baja
Metales no ferrosos, maderas duras en estado natural .
G 2
o
E 2 m m .c es. .H
Torneado, cepillado, mortajado y en algunos casos para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de aumentar el ángulo de desprendimiento de virutas, condiciones de trabajo desfavorables (1) .
Acero, acero moldeado de mediana a baja resistencia al desgaste, con inclusiones de arena y porosidades .
K (color rojo)
o
2 2 m c
E É
Q
I
p
La
s
¡
Torneado, cepillado, fresado, velocidades de corte medianas, medianos avances .
:°. ;; m .
~ .w
mv~ ó
corte
á - -0
E in-
Torneado, cepillado fresado, velocidades de medianas a grandes avances . Torneado, torneado de forma, tronzado, mente para máquinas automáticas .
d:gv =o
especial-
Torneado, acabado finísimo para torneado y taladrado, fresado fino, rasqueteado . _ Torneado, taladrado, do y rasqueteado .
avellanado,
o escariado,
v .5 _
fresa-
°: E =' ° m m m
Torneado, cepillado, avellanado, escariado, fresado, en trabajos que exigen elevada tenacidad del metal duro .
m
~v
Torneado, cepillado, mortajado, fresado, posibidad de gran ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1) .
2i =°
d Q
Torneado, cepillado, mortajado, posibilidad de mayor ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1) .
profundidades de corte variables, (1) Materiales irregulares, por ejemplo, corteza de fundición y de forja, durezas variables, etc ., sometidos a vibraciones, piezas ovaladas. el K 10 . (2) La denominación antigua H 2 correspondería a un K 05 intermedio entre el K 01 y
p
estar paraleLa brida de sujeción, cuando ésta tuere el medio usado, debe la al asiento (fig . 14 .22) . al eje La herramienta para desbastar debe colocarse perpendicularmente de eventual aumento ante un aquélla, de la pieza ; así se evita que si flexa .23) . (fig . 14 pieza trabajada en la esfuerzo de corte, penetre excesivamente ser girar. A torreta no pueda que la Por la misma razón debe asegurarse . posible, colocar la herramienta en la parte posterior de la torreta Voladizo de las herramientas es tanto mayor El esfuerzo de flexión que debe soportar la herramienta de que la cuanto mayor es el vuelo de su punta ; por tanto, debe cuidarse que la longicabeza cortante no sobresalga si no lo necesario . Es aconsejable de la cuchilla media el espesor vez y tud saliente no sea superior a (fig . 14 .24) . 14 .4 .2
bien
mal
Fig. 14.22 Precaución necesaria en la sujeción de la herramienta por brida .
desprendimiento 14 .4 .3 Influencia de la altura en el ángulo de bien el efecto producido en el corte conocer En particular, es interesante 14,25) . la cuchilla (fig . por la regulación de la altura de 130
I
< °'
Fig. 14.23 Colocación mienta al desbastar.
de
la
herra-
Fig. 14.24 Longitud recomendable de la cuchilla.
disminuir La colocación del filo, por encima dei centro de la pieza, hace cuchilla ataque . La valor del ángulo de aumentar el el ángulo de incidencia y superficie de la rozar (talonar) sobre peligro de corta mejor, pero corre resultados da buenos torneado cilíndrico, en el incidencia . Sin» embargo, encima del centro elevar el corte hasta un 2 % del diámetro de la pieza, por de ésta . incidenPor el contrario, una posición baja del filo aumenta el ángulo de desprende con dificulcia, a la vez que disminuye el de ataque . La viruta se tad y la cuchilla corre peligro de rotura . que se Es necesaria una exacta colocación de la punta cortante, siempre coincidir necesite un perfil exacto . En particular, la altura del filo debe torneado de exactamente con el centro de la pieza : en el torneado cónico, forma y en el tallado de roscas .
bien
~-...I
oL
a
Fig. 14 .26 A, cuchilla normal de torno y diversos tipos de portaherramientas; B, la consecuencia, al variar la inclinación de la herramienta, es que varrán los ángulos de trabajo .
misma. Fig. 14 .25 Efecto de la altura de la cuchilla, con respecto a los ángulos de la
14 .4 .4
Portaherramientas
alguno de La no pequeña dificultad que entraña el forjado y temple de mejor el mateaprovechar los tipos de cuchillas estudiadas y la necesidad de tipos de paso a diversos rial, siempre caro, de las mismas, ha ido abriendo torno . porta herramientas, adaptados a los diferentes trabajos de pequeñas Son éstos diversos dispositivos que permiten fijar rígidamente o bien tratadas, barritas de sección y perfil constante, convenientemente pastillas de metales duros, cerámicas o de diamante . herramientas ; se Ya se dijo en el tema 13, algo referente a la torre porta herramientas los porta amplían ahora los sistemas de fijación y algunos de
más empleados. Si la herramienta es suficientemente robusta, puede fijarse directamente herraen la torreta ; pero, siempre que sea posible, convendrá poner entre la evitar se semiduro, para de acero mienta y los tornillos un grueso o espesor deformen la herramienta y los tornillos. se emplean Para las torres ordinarias y cuchillas de pequeña sección 14 .27. las figuras 14 .26 y portaherramientas semejantes a los de la altura, Son de gran aplicación las torretas en las que se puede graduar micrométrico y tornillo base de un sin necesidad de espesores (fig . 14 .28) a
Fig. 14 .27 Cuchilla de trocear y diversos portaherramientas para dicha cuchilla.
sistemas de blocaje en el punto deseado ; una vez ajustada la altura, se fija con un sistema de contratuerca, o por otro sistema . Tienen gran aplicación para el trabajo ordinario ; pero donde mejor rendimiento proporcionan es en los trabajos en serie y en los que han de emplearse varias herramientas en operaciones sucesivas, ya que basta un movimiento de manivela, para quedar libre y poder retirar fácilmente la herramienta y soporte, sustituyendo en pocas décimas de minuto una herramienta por otra . 14 .4 .5
Fig. 14.28
Torreta que gradúa la altura de la herramienta.
Influencia del ángulo de colocación o posición
Para igual pasada y avance, la sección de la viruta permanece constante; pero su forma varía, como se aprecia en la figura 14 .29, al variar el ángulo de colocación . Ordinariamente, se toma un ángulo de 45° ; pero, si la pieza es delicada y tiende a doblarse, se aumenta el ángulo hasta casi los 90°, con lo que se reducen los esfuerzos radiales . En efecto, para un mismo esfuerzo cortante F, (fig . 14 .30) sus dos componentes, radial y axial, varían haciéndose tanto más peligrosas, cuanto menor es el ángulo de colocación . (En realidad F, no es constante ni para la misma sección ; se hace más grande para los pequeños ángulos de colocación, por lo cual éstos resultan aún más peligrosos) . Por consiguiente, siempre que sea posible hay que emplear ángulos de colocación mayores de 45° . Sólo para operaciones de pulido se pueden emplear ángulos menores.
Fig. 14.30 Influencia de las fuerzas de corte según la posición de la herramienta.
rompevirutas
Fig. 14.29 Influencia del ángulo deposición de la herramienta en la potencia del torno y sección de la viruta.
14 .5
Mejoras en las herramientas de torno
El estudio y la investigación han conducido a mejoras espectaculares en los materiales de las herramientas de corte, en las condiciones de trabajo con los rompevirutas, en las herramientas de ángulo de desprendimiento negativo y con los tratamientos especiales. Ya se habló del material de las herramientas. Veamos los otros elementos enumerados . 14 .5 .1
Fig. 14.31
Rompevirutas y suafilado.
Rompevirutas
Al trabajar con cuchillas de metal duro, las virutas resultan muy tenaces y peligrosas para el operario . Si se hace un rebaje con resalto en la parte del filo (fig . 14 .31), se logra que la viruta se rompa en pequeñas porciones evitando riesgo al operario y mejorando las condiciones de las mismas virutas. No es fácil determinar las dimensiones ideales del rompevirutas . Cada caso pide su forma y sus dimensiones llegando a alcanzarlas, a base de ensayos y experiencia. Se obtienen muy buenos resultados con los rompevirutas postizos (fig . 14 .32) . rompevirutas
placa de corte
Fig. 14.32
Rompevirutas
postizo.
El alemán Klopstock logró buenos resultados en cuanto a duración del filo de la herramienta y la superficie de desprendimiento a base de un pequeño canal prismático o redondeado, según los casos, practicado a unos mil íme tros por detrás del filo (fig . 14.33A) . El resultado fue que se economizaba energía y mejoraban, en general, las condiciones de trabajo . Esto puede hacerse también en las herramientas de acero rápido . La faja entre el filo y el acanalado se afila con el ángulo de desprendimiento adecuado (fig . 14 .3313) . 14 .5 .2
Fig. 14.33 A Acanalado detrás del filo de la cuchilla.
Angulo de desprendimiento negativo
Algunos investigadores han estudiado el efecto de un ángulo de ataque negativo, es decir, con superficie de ataque ascendente desde el filo hacia atrás . Un ángulo semejante ofrece ventajas dignas de consideraciones para la conservación del filo, ya que resulta más robusto y ofrece una mayor sección para la derivación del calor producido . El ángulo de ataque negativo, unido a una velocidad elevada, permite superficies perfectamente acabadas, ya que los granos del material no son cortados sino arrancados (fig. 14.34A) . Además, la gran velocidad de corte de la viruta hace que el calor de ésta no tenga tiempo de transmítirse ni a la pieza ni a la herramienta, por lo cual, el filo se conserva mejor y la pieza no sufre dilataciones que alteren su forma . Como contrapartida, la energía consumida es mayor, por lo que un ángulo negativo requiere tornos más potentes y robustos . La posición del filo principal ascendente o descendente desde la punta, hace que la viruta salga en una dirección u otra (fig . 14 .3413) .
Fig. 14.34 8 miento.
14 .5 .3
Fig. 14.33 8 miento.
Angulo de desprendi-
Dirección de la viruta según el ángulo de desprendi-
Tratamientos especiales
Dada la importancia que tiene la resistencia al desgaste en las herramientas, se ha llegado a resultados sorprendentes, con los siguientes procedimientos : 14 .5.3.1
Nitruración
Nitruración de la cabeza de la herramienta en baños de cianuros de sodio y potasio . La capa nitrurada debe ser fina . Se emplean para afinado de piezas previamente desbastadas .
inclinación posterior
14 .5 .3 .2 Sulfinización Es un tratamiento similar a la cementación con sales complejas, que da al acero una gran capacidad de resistencia al desgaste, aún sin aumentar la dureza . Las herramientas sulfínizadas pueden durar tres veces más . 14.5 .3 .3
Cromado duro
Se procede al cromado duro de las herramientas previamente templadas y revenidas . Tiene un efecto similar al sulfinizado y se emplea para el acabado de piezas desbastadas . 133
Fig . 14.34 A Angulo de desprendimiento negativo y detalles del corte.
14 .6
Designación de las herramientas normalizadas
Como para todas las piezas normalizadas, es una ventaja, y no pequeña, poder nombrar las herramientas de manera breve e inequívoca, por medio de la designación completa o abreviada . 14 .6 .1
Designación para herramientas de acero rápido
La designación se refiere a las dimensiones, a la forma y al material . En la norma correspondiente se da la designación completa con el nombre y la abreviatura . Basta la abreviatura. Se designa con el nombre genérico de herramienta0 de torno, el sentido del filoO~ con las dimensiones del mangoq el número de la norma®, la calidad del acero@y el valor del ángulo de desprendimientoQ Así, al designar una herramienta de desbastar, de sección cuadrada, derecha y acero rápido de calidad R, y un ángulo de desprendimiento de 12°, se hará :
0
R- 25q -D1 N 4971-R,-12°
(2) 0
9 0e lc
Herramienta de torno -R-25q - DIN,43?1 - R1- 12°
. Valor en grados del ánguio de desrendimiento
Calidad del acero
I
Númera de la norma Sección del cuerpo (25 x 25)
Sentido del filo (R, derecha ; L, izquierda) Nombre genérico de la herramienta
Al no haber, hasta la fecha, norma UNE para la designación de estas herramientas de acero rápido, se hace según las normas DIN . 14 .6 .2
Designación para herramientas de torno con plaquitas de metal duro
La designación de estas herramientas se refiere tanto a la forma de mango como a la de la placa de metal duro . La designación general se refiere según la UNE 16102 : - al sentido de la herramienta Dr (derecha), !z (izquierda) ; - a las dimensiones de la sección del mango en mil ímetros ; - a la forma de la placa (UN E 16101) ; - al grupo de aplicación de la placa (UNE 16100) ; - al número de la norma, según la forma de las herramientas . Cada forma de herramienta tiene asignado un número y las formas y dimensiones están dadas en una norma particular que tienen correspondencia con la ¡SO y DIN (fig . 14 .12) . Ejemplo (fig . 14 .35A) :
00 0 ®0 L
3Dr 25x1 68 P30 UNE-16 105
t
,
Herramienta de torno - 3 - Dr - 25x16 - B - P30 - UNE 16105 Número de la norma -Grupo de aplicación del metal Forma de la placa Sección del mango Sentido del filo Tipo de la herramienta Nombre genérico de la herramienta
Fig. 14.35 A
Designación para herramientas de torno con plaquita de metal duro .
OO Herramienta de torno 3, es la denominación de la herramienta (no es imprescindible) . El resto es la abreviatura y es suficiente, ya que con ella sabemos : ( El sentido del filo : Di - = derecha.
134
O La dimensión del mango : 25 x 16 es la dimensión de la sección transversal en milímetros . La longitud es proporcional a la altura h = 25, según UNE 16102 y que en este caso es 140 mm . ® La forma de la placa : queda determinada por la letra 8; la dimensión de ella se deduce de la dimensión que aparece en la UNE 16105: b = 8 mm ; en la UNE 16101 se ve la forma y dimensiones que serán : 8 x 12 x 5 . O La calidad de la placa está determinada por: P30 que es el grupo de aplicación, es decir, para trabajar material de viruta larga, grupo principal P de la UNE 16100 y, además, para el grupo 30 que tiene una buena tenacidad y regular la resistencia al desgaste . La forma acodada, las dimensiones y demás detalles constructivos, se hallan en la hoja de Norma UNE 16105. 14 .6 .2 .1
Plaquitas de metal duro para herramientas de corte
Las plaquitas de metal duro están normalizadas en sus formas y dimensiones, según la norma UNE 16101 y que concuerda con la ISO/R 242 . 14 .6 .2 . 1 .1
Dimensiones de las plaquitas
En la figura 14 .36 quedan representadas las formas de las plaquitas UNE 16101 y en la tabla 14 .37 un extracto de las dimensiones. a
D
Fig. 14 .36 Diversos tipos de plaquitas de metal duro normalizadas para herramientas de torno.
Tabla 14 .37 Dimensiones de las plaquitas de metal duro Tipos
A y 8
Longitud nomina/
C
D
E
b
h
l
r
b
h
l
b
h
l
3
-
-
4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
3 4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
3 4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
3,5 4,5 5,5 6,5 8,5 10,5 12,5 -
3 4 5 6 8 10 12 -
8 10 12 14 16 18 20 -
14 .6 .2 .1 .2
b
h
4 2,5 5 3 6 3,5 4 8 10 5 12 6 16 7 20 8 9 25 32 10 - I -
l 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 -
Designación de las plaquitas
La designación se hace por una letra que indica el tipo, seguida de la longitud nominal. A continuación, se indica el grupo de aplicación, según la UNE 16100 y, por último, el número de la norma UNE 16101 . Por ejemplo, la plaquita de la herramienta de la figura 14 .3513 se designa por :
asiento de plaquita plaquita
Fig. 14 .358 qui ta .
P laquita para herramie nta de to rn o B 12 P30 U NE 1 61 01 l 135
Alojamiento de la pla-
El tipo queda determinado por la letra B. La dimensión por la longitud nominal 12 mm, según la tabla de la norma UNE 16101 . El grupo de aplicación por P30 y las otras dimensiones y forma por las correspondientes en la norma UNE 16100. A la designación puede añadirse la marca de fábrica cuando haya preferencias. 14 .6 .2 .1 .3
Sujeción mecánica de las plaquetas
Las plaquitas de metal duro pueden también emplearse sin soldar al mango, con portaherramientas apropiados (fig . 14 .38) . NORMALIZACION
Consultar las normas sobre herramientas de torno .
MEDIOS DIDACTICOS
- Una colección de herramientas al natural de los diversos tipos normalizados . - Para las explicaciones magistrales son muy prácticas unas herramientas (simuladas) de gran tamaño, por ejemplo en madera . plaquita Fig. 14.38 Sujeción mecánica de la plaquita de metal duro.
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Hacer un estudio comparativo entre herramientas de acero rápido, de metal duro y cerámicas. - Hacer una recopilación de normas relacionadas con las herramientas de torno. CUESTIONARIO
- ¿Cómo puede ser la herramienta del torno? - ¿Cuáles son las superficies principales en una herramienta? - ¿Cuáles son los ángulos principales? ¿Cuánto suelen valer? - ¿Qué quiere decir herramienta normalizada? ¿Qué importancia y ventajas tienen las herramientas normalizadas? - ¿Qué ha de tenerse en cuenta en la fijación de la herramienta? - ¿Tiene importancia el material de las herramientas? ¿Por qué? - Indicar los materiales más importantes empleados para herramientas de corte. - ¿Qué es el rompevirutas y qué fin tiene? - ¿Qué tratamientos especiales conoces para mejorar la duración del filo? - ¿Cómo se designa una herramienta de acero rápido? - ¿Cómo se designa una herramienta de metal duro?
Tema 15.
Montaje de las piezas que se han de tornear
OBJETIVOS - Conocer los diversos sistemas de montaje de las piezas que se han de tornear, para hacerlo con rapidez y seguridad. GUION -
Fig. 15.0.
136
Generalidades . Montaje entre puntos . Montaje al aire . Montaje entre plato y contrapunto . Montaje entre plato y luneta fija . Montaje con luneta móvil. Montaje sobre el carro o sobre la bancada.
PUNTOSCLAVE
- En todo montaje recordar siempre que la seguridad es esencial . No descuidarse ni confiarse nunca. EXPOSICION DEL TEMA 15 .1
Generalidades
El tiempo que se invierte en el montaje de las piezas sobre el torno (o cualquier otra máquina) se considera tiempo muerto, esto es, tiempo en que la máquina está detenida y no produce . Cuando los montajes son frecuentes y diversos, en razón de las distintas formas de las piezas que se trabajan, puede ocurrir que se invierta en ellos casi tanto tiempo como para el mecanizado . De aquí la necesidad de conocer bien las operaciones de montaje, a fin de realizarlas con rapidez, seguridad y precisión . Un taller bien organizado está dotado siempre de una sección de preparación del trabajo en la cual, entre otras cosas, se preparan, con anticipación, los montajes, escuadras, equipos, contrapesos, herramientas, calibres, et , que necesite el trabajo, reduciendo así al mínimo el tiempo muerto de la máquina . Normas prácticas de preparación para antes de comenzar un trabajo
15 .1 .1
En esta sección de preparación : 1 .° eligen y preparan los materiales para mecanizar, según las exigenSe cias e importancia de las piezas determinadas en los dibujos . 2.° De las barras laminadas o trefiladas, se cortan a medida las piezas . 3.° Si es necesario, se normalizan o se recuecen los materiales que resultan demasiado duros para el trabajo . 4 .° Se averigua si las piezas están derechas, enderezándolas, si es necesario, con prensas a propósito. 5.° Se limpian las piezas de fundición, pues las arenillas que, a veces, van incrustadas en ellas son causa de un prematuro desgaste de las herramientas. 6 .° Estudiar y preparar los utillajes para montajes especiales . 15 .2
Fig. 15.1 Trazado de puntos : A, con gramil, ayudado de calzo; B, con compás.
Montaje de piezas en el torno
Las piezas que se han de trabajar en el torno pueden sujetarse en el mismo de varios modos: Entre puntos, al aire, entre plato y contrapunto, entre plato y luneta fija, con luneta móvil y montaje sobre el carro o la bancada . 15 .2 .1
Montaje entre puntos
Este montaje supone dos operaciones preliminares : el trazado de los puntos y su ejecución . 15 .2 .1 .1
Fig. 15.2 Trazado de puntos con escuadra de centros.
Trazado de puntos
En las piezas redondas puede hacerse de varias maneras : 1 . Con gramil. Unas veces (fig . 15 .1) se las sostiene sobre calzos ; colocando la punta de un gramil aproximadamente a la altura del centro de la pieza, se trazan líneas en ambos extremos de la misma, haciéndola girar a intervalos . Dichas líneas o se cortan en un punto, que será el centro de la pieza, o forman un pequeño círculo cuyo centro será también el centro de la pieza. 2. Con escuadras de centros. Puede usarse más cómodamente una escuadra de centrar (fig . 15 .2) o la campana de centrar (fig . 15 .3) . 13 7
Fig. 15 .3 Trazado de puntos con la campana de centros.
15.2 .1 .2
Ejecución de puntos
Trazados los centros, hay que hacerlos . Para ello, se emplea generalmente la máquina de taladrar ; pero, puede emplearse también el mismo torno . Hay máquinas especiales para ejecutar los puntos (fig . 15 .4). 15 .2 .1 .3
Fig. 15.4
Máquina de construir puntos.
Forma normalizada de los puntos
Los puntos de las piezas han de tener una parte cónica (con un cono de la misma conicidad que el cono externo de los puntos del torno, generalmente de 60° para tornos no muy grandes) y otra parte cilíndrica ; además, pueden tener una protección con un avellanamiento de mayor conicidad o una caja cilíndrica de mayor diámetro (fig . 15 .5) . Las medidas que se deben dar a los puntos, según los diámetros de, las piezas, están normalizadas y se pueden ver en la norma DIN 332 (ver Técnicas de Expresión Gráfica, 1 .e Grado, 2.° Curso) . DIMENSIONES FORMA A yR d2
d1 1 16
2,5
minimá 2,2
2,5
6,3
5,5
4
4
10
4
3,5
3 5
9
11
7
d, y d,, común a todas las formas a medida de trazado en cuya cara no ha de quedar el punto de trazado.
Fig. 15.5
Formas normalizadas de lospuntos en laspiezas.
15 .2 .1 .4
Fig. 15.7
Puntos sobre superficie oblicua.
Fig. 15.8
Punto sin parte cilíndrica.
Forma normalizada de las brocas de hacer puntos
Las brocas empleadas tienen la forma de la figura 15 .6, pero como quiera que estas brocas se rompen muy fácilmente y son caras, muchos prefieren hacer los puntos con dos brocas distintas, una para taladrar la parte cilíndrica y otra, afilada con ángulo de 60°, para avellanar la parte cónica .
Fig. 15.6 mismo.
UNE 16126 Fig. 15.9 Punto con la parte cónica mayor que la del punto.
Fig. 15.10 Punto con la parte cónica menor que la del punto.
15 .2 .1 .5
Broca de puntos y mecanización del
Defectos que deben evitarse
Los principales defectos que deben evitarse, al hacer los puntos, son los siguientes : construcción de puntos en superficies oblicuas (fig . 16 .7), construcción de puntos simplemente con el granete, construcción de puntos sin parte cilíndrica (fig . 15 .8), construcción de puntos con la parte cónica de distinta conicidad de la dei punto o contrapunto del torno (figs. 15 .9 y 15 .10), penetración excesiva de la broca (fig . 15 .11) y penetración insuficiente (fig . 15 .12) .
Fig. 15.11 Punto con mucha penetración de la broca. 138
~---u
Fig. 15.12 Punto con poca penetración de la broca.
15 .2 .1 .6
Montaje de la pieza en el torno
Construidos los centros, se coloca la pieza entre los puntos del torno, engrasando el centro correspondiente al contrapunto y fijando sólidamente éste de manera que la pieza gire libremente, pero sin juego. En el eje del torno se atornilla previamente un plato de arrastre (fig . 15.13) y en el extremo de la pieza correspondiente se fija un perro o corazón de arrastre (figs . 15 .14 y 15 .15) .
pivote
Fig. 15.13 Colocación del plato y perro de arrastre en un torno.
15 .2 .1 .7
Fig. 15.14 Perros rectos y detalle de colocación en el plato.
Torneadores o mandriles
Para tornear exterior o lateralmente piezas cilíndricas, que previamente han sido mandrinadas, se las obliga a entrar en cilindros perfectamente torneados, llamados torneadores o mandriles (fig . 15 .16) . La parte de estos mandriles, en que aquéllas deben quedar fijas, se tornea con una ligera comicidad . Los mejores torneadores son aquellos (fig . 15 .17) que están formados por dos partes, de las que la primera es un eje torneado cómicamente en casi toda su longitud y la otra es un manguito interiormente cónico y exterior mente cilíndrico ; este manguito tiene unas ranuras longitudinales, de manera que, al introducirse el eje cónico, su diámetro exterior aumenta, conservándose, no obstante, cilíndrico . De esta manera, el alisado de las piezas no sufre ninguna deformación .
Fig. 15 .16 Mandril fijo y su aplicación .
15 .2 .1 .8
Advertencias de carácter práctico
Fig. 15.17
Fig. 15.15 Perro de cola doblada y detalle de sujeción en el plato.
Torneado de piezas con ayuda de mandriles ajustables y extensibles.
1 .° Practicando los centros en una pieza torcida, antes de enderezarla, el asiento quedará defectuoso . 2.° La pieza debe ir ajustada entre los puntos sin juego; de no hacerlo así, habrá vibraciones al tornear. 3.° Tampoco debe apretarse demasiado, pues se deformarán los centros y posiblemente se quemarán los puntos : si, durante el trabajo, las piezas se dilatan, será menester aflojar algo el contrapunto y procurar que gire libremente. 4.° Es absolutamente necesario llenar de grasa o minio espeso el punto y centro que roza en la contrapunta y, de vez en cuando, verter algunas gotas de aceite, para evitar el excesivo calentamiento. Cuando se emplea el punto giratorio no es necesario. 5.° Antes de colocar una pieza entre los puntos, obsérvese que, en los centros, no haya limadura o viruta alguna . 139
garras normales (escalonadas hacia el exterior)
garras invertidas
ñ
15 .2 .2
Montaje al aire
Se pueden realizar de varias formas ; los principales accesorios y mecanismos son :
(escalonadas hacia el interior)
15.2 .2 .1
garras monobloque
Las piezas cilíndricas se trabajan al aire, sujetándolas sencillamente entre las garras de un plato universal, el cual tiene la propiedad de centrarlas automáticamente. La figura 15 .18 da clara idea de su mecanismo . 15 .2 .2 .2
Plato universal
Plato de garras independientes
Las piezas de forma irregular es preferible sujetarlas en platos de garras independientes (fig . 15 .19), pues resulta así mucho más fácil centrarlas .
corona-espiral
prisionero fijación piñón piñón
Fig. 15,19
15 .2 .2 .3
Plato de garras independientes.
Plato plano de agujeros
Cuando por la forma, peso o clase del trabajo que se ha de realizar no es posible sujetar las piezas en los platos universales o de garras independientes, se las coloca en platos planos (fig . 15 .20), a los cuales se fijan mediante bridas y tornillos. En estos platos se fijan, a veces, escuadras para facilitar la colocación de piezas determinadas (fig . 15.21) . En esta clase de montaje ha de procurarse equilibrar el peso de las piezas mediante contrapesos, de lo contrario el torno trabajaría en malas condiciones. Fig. 15.18 Plato universal y despiece del mismo.
15.2 .2 .4
Sujeción para trabajos en serie
Para trabajos en serie es frecuente usar boquillas o pinzas (fig . 15 .22A) . La boquilla que se emplee ha de ser la apropiada al diámetro de la pieza que se trabaja . Así, centra rápida y perfectamente la pieza. Las boquillas se emplean para piezas sacadas de barra, pero estas barras deben estar lisas y calibradas .
Fig. 15.20 Plato plano. parte fija
Fig. 15.21 Plato plano con escuadra para sujeción de piezas irregulares.
Fig. 15.22 A torno. 140
Pinzas y su adaptación al cabezal del
15 .2 .2 .4 .1
Platos neumáticos
Son semejantes a los universales; pero, en lugar de apretarse a mano, se hace mecánicamente por medio de un mando neumático. Este sistema es . indispensable en los trabajos de producción en serie (fi ,,. 15 .2213) .
Fig. 15.22 8
15 .2 .2 .5
Plato neumático y esquema de funcionamiento.
Advertencias de carácter práctico
1 .° Al fijar las piezas con las garras del plato, deben quedar suficientemente fuertes, para que no se aflojen o suelten durante el trabajo. 2 .° A veces, en piezas irregulares, es conveniente tornear la parte que ha quedar fija, con el fin de uniformar las superficies y lograr una fijación de correcta . 3.° En las piezas huecas, de paredes delgadas, se debe tener sumo cuidado para no deformarlas por un aprieto excesivo . 4.° Antes del aprieto definitivo, comprobar que las piezas quedan suficientemente centradas y con las superficies a mecanizar completamente li-
Fig. 15.23 Montaje entre plato y contrapunto .
bres .
15 .2 .3
Montaje entre el plato y contrapunto
Las piezas montadas al aire se sujetan, también, muchas veces apoyadas en el contrapunto, sobre todo cuando son largas y pesadas, porque así quedan más fijas (fig . 15.23) . 15 .2 .3 .1
Advertencias prácticas
Al hacer este montaje, conviene realizarlo así: se fija ligeramente la pieza entre las garras del plato; se acerca el contrapunto hasta apoyar en el punto, previamente preparado en la pieza ; y así apoyada, se aprietan definitiva y alternativamente las garras del plato y la tensión del contrapunto contra la pieza. De no seguir este proceso, se corre el peligro de que el punto de la pieza no quede centrado y fuerce la posición de la pieza respecto al contra-
Fig. 15.24 A Montaje entre plato y luneta.
punto. 15 .2 .4
Montaje entre plato y luneta fija
Cuando se ha de taladrar o mandrinar una pieza larga, se la sujeta entre el plato y la luneta fija (fig . 15 .24A) . 15 .2 .4 .1
Advertencias de carácter práctico
1 .a Asegurarse de que la parte de la pieza, destinada a apoyar en la luneta, está perfectamente cilíndrica y suficientemente lisa . Si esto no se cumple, puede apoyarse, provisionalmente, en otro tramo y tornear cuidadosamente el apoyo para la luneta . 2 .a La colocación de la luneta fija requiere asegurar que sus apoyos mantienen la pieza perfectamente centrada, respecto al eje del torno ; de no hacerlo así, puede resultar defectuoso el agujero torneado . Se puede ayudar
Fig. 15.24 8 do.
Verificación del centra-
para el centrado ..con el punto del contracabezal, o dando una pasada exterior (sí es posible) y comprobando si cilindra perfectamente (fig. 15 .2413) . 3.a La presión de los apoyos o garras de la luneta contra la pieza ha de ser tal, que no le deje juego, pero sí girar libremente. No se descuide la lubricación y vigílese durante el trabajo, para que no se calienten demasiado la pieza y la luneta, lo que podría dar lugar a agarrotamientos peligrosos. 4.a Estas lunetas se fijan a la bancada con una platina similar a la empleada para fijar el contracabezal . 15 .2 .5
Montaje con luneta fija o móvil de piezas largas
Las piezas cilíndricas largas vibran fácilmente al ser torneadas, lo que se evita guiándolas mediante lunetas (fig. 15 .25) . 15 .2 .5 .1 Fig. 15.25 Lunetas: A, fija ; B, móvil. Forma de trabajo de cada una.
Advertencias de carácter práctico
Si el montaje se hace con luneta fija hay que tener en cuenta lo anteriormente dicho sobre el apoyo adecuado y el centrado de la luneta . Para asegurarse de que no se fuerza la pieza con las garras, se puede colocar un comparador, opuesto al punto de la garra que se está ajustando, para así comprobar que no se flexa la pieza (fig. 15 .26) . 2.a Para la luneta móvil o de seguir que va sujeta al carro, debe preverse también un apoyo adecuado, y colocarla lo más cerca posible de la herramienta y que apoye en superficie mecanizada, ya que su finalidad fundamen tal es evitar que la fuerza de empuje de la herramienta (fig. 15 .27) doble la pieza . Naturalmente, si disminuye el diámetro de la barra donde se apoya la luneta, habrá que reajustar las garras de la luneta cada nueva pasada . Cuidado especial hay que tener para que las virutas del torneado no se introduzcan en los apoyos de la luneta, que estropearía e incluso inutilizaría la misma pieza . 3.a Recordar que la luneta sólo debe guiar a la pieza, pero no presionarla y hacer su efecto contraproducente . 1 .a
Fig. 15 .26 Comprobación de alineación de la pieza con la luneta. Detalle de los contactos de la luneta fija con rodamientos.
Fig. 15.27
Cilindrado de una pieza delgada y larga con la ayuda de la luneta móvil.
Montaje sobre el carro o sobre la bancada Este montaje se emplea para mandrinar agujeros en piezas que por su forma o dimensiones no permiten un montaje al aire (fig . 15 .28) . 15 .2 .6
15 .2 .6 .1
Montaje de la pieza sobre el carro
15 .2 .6 .2
Montaje en la bancada
Cuando se montan sobre el carro, se coloca la herramienta en un torneador (fig. 15 .29), y se hace avanzar el carro. Para cada pasada hay que hacer salir un poco la herramienta . Fig. 15.28
Fig. 15.29
Montaje sobre el carro.
Torneador para la sujeción de la herramienta .
Cuando se montan sobre la bancada (fig. 15 .30), es preciso disponer de torneadores especiales, en los cuales la herramienta puede desplazarse longitudinalmente . No es un montaje aconsejable, puesto que en la mandrinadora o en fresadoras resulta más fácil y rentable ; sólo se emplea este tipo de montajes en raras ocasiones . 142
M-
uuunuurmnnnuuw
Fig. 15.30
husillo roscado
p " nono.
Montaje en la bancada .
SEGURIDAD E HIGIENE si no se toman las Los montajes de piezas en el torno pueden ser causa de accidentes, muchas desgracias persodebidas precauciones. La falta de responsabilidad puede acarrear olvidar : se deben nales . A continuación se dan unas cuantas normas que no al terminar de j .a No dejar nunca puesta la llave del plato universal o de garras, una proyección aflojar o apretar una pieza : al poner en marcha el torno podría provocar peligrosa . que la pieza está 2.a No poner en marcha el torno hasta no tener la seguridad de sujeta suficientemente . etc ., hay que 3.a En el montaje en plato plano, con bridas, escuadras, contrapesos, marcha . asegurarse de que no queda nada flojo, antes de poner en en marcha antes 4.a Si las piezas montadas no están contrapesadas, no se debe poner producirse vibraciones de un equilibrado cuidadoso ; a gran velocidad, sobre todo, pueden pel igrosísimas . seguro de que no se S .a Antes de empezar a atacar la pieza con la herramienta, estar . desprenderá por la fuerza de corte evitar golpes 6.a Si la pieza sobresale de los límites normales, poner defensas, para que puedan causar accidentes graves. centrarlas en la Si se colocan piezas largas pasantes por el eje principal, hay que soporte y una 7.1 parte posterior con tres cuñas, y si sobresale mucho, se debe poner otro señal de advertencia . NORMALIZACION . Emplear, siempre que sea posible, elementos de fijación normalizados adecuadas, de dimensiones brocas de puntos, emplear Siempre que se construyen los acuerdo con las normas . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO dificultad e indicar las - Hacer un estudio de montaje para una pieza de cierta . y accidentes innecesarios previsiones a tomar, para evitar tiempos muertos montaje . preparación y de el proceso - A partir de una pieza, estudiar montaje de piezas en el fijación o en la elementos empleados una lista de - Hacer torno. CUESTIONARIO Por qué? - ¿Cuál es el primer principio a tener en cuenta en cualquier montaje? torno . piezas en el montaje de cuatro sistemas de - Enumerar son los defec- ¿Se pueden hacer los puntos de cualquier forma y medida? ¿Cuáles tos principales que han de evitarse? - ¿Qué precaución ha de tomarse al montar piezas en plato plano? - ¿Qué precauciones han de tomarse al hacer montaje con las lunetas? - ¿Cómo debe hacerse el montaje entre plato y punto? - ¿Qué montaje ha de hacerse para taladrar piezas largas? - Decir algunos posibles accidentes y manera de evitarlos . puntos? Explica el - Cómo se puede tornear piezas de parte a parte montadas entre procedimiento o procedimientos que propones .
Tema 16 .
Trabajos en el torno: trabajos elementales
OBJETIVOS - Conocer las operaciones fundamentales, que pueden realizarse en el torno. - Aprender a realizar con seguridad las operaciones elementales de torneado. GUION Operaciones principales que pueden hacerse en el torno. Torneado exterior : de cilindros y de conos. Taladrado y torneado de interiores . Refrentado . Troceado . Moleteado. Pulido . PUNTOSCLAVE
- Alcanzar seguridad absoluta en la realización de las operaciones fundamentales. - La seguridad en el manejo de herramientas, piezas y máquinas .
EXPOSICION DEL TEMA 16 .1
Introducción
Las operaciones principales que se pueden realizar en el torno son : torneado cilíndrico exterior, torneado de conos exteriores, taladrado, torneado de interiores, refrentado, troceado, moleteado o grafilado, pulido y roscado. Las piezas a realizar en el torno suelen ser de tal complejidad, que pueden necesitar varias de estas operaciones . Es de gran interés aprender las peculiaridades de cada una de ellas. Por eso, el programa de prácticas de taller está orientado en este mismo sentido, para ver de alcanzar seguridad en estas operaciones, y poder, luego, realizar piezas de procesos más complejos. El roscado, por su propia complejidad, y aún el cálculo de otras operaciones, se dejan para otros temas. Sin embargo, sobre la marcha, se presenta aquello que es imprescindible, mas sin entretenerse en ello . El detalle queda para los temas respectivos . Tampoco se hace hincapié, en este tema, sobre la realización de las verificaciones, ya que unas han sido estudiadas anteriormente, y otras, más complicadas, se tratan más adelante . Los detalles prácticos se detallan minuciosamente en el cuaderno de prácticas. 16 .1 .1 son
Cuestiones previas a operaciones de torneado
Varios son los elementos y circunstancias que intervienen ; los principales
16 .1 .1 .1
Fijación de la pieza (ver Tema 15)
El tipo de montaje determina la profundidad de pasada posible, sin peligro de que se mueva la pieza . También ayudan a ello, la forma de la pieza y su robustez o su propia facilidad de deformación. 16 .1 .1 .2
La herramienta y su montaje
Es importante emplear la herramienta adecuada y en perfectas condiciones de afilado y fijación ; esto es esencial para el buen rendimiento (ver Tema 14) .
16.1.1 .3
Elementos de corte
Hay que tener en cuenta, desde el principio, los elementos de corte :
velocidad, avance y profundidad de pasada, siempre de acuerdo con la herramienta que se emplea, el material y la fijación de la pieza, y el resultado que se desea, ya sea desbastar, ya sea acabar.
16.1 .1 .4
Lubricación
Fig. 16. 1
Debe hacerse desde el principio, de manera adecuada . Es esencial para la duración del afilado y de la herramienta, igual que para el rendimiento y calidad que se pretenden .
16.1 .1 .5
Desbastado y acabado
Es importante distinguir, desde el principio, entre las operaciones de desbastado, para arrancar gran cantidad de material, y las operaciones previas al acabado . En general, se obtiene mayor rendimiento con pasadas poco profundas y grandes avances, que no al revés. Todo ello debe compaginarse con lo dicho en el apartado 16.1 .1 .1 . Si la pieza es robusta y no ofrece peligro de deformación, ni existe el riesgo de soltarse de la máquina, es preferible ir desbastando y acabando, cara por cara ; sobre todo, cuando se puede emplear la misma herramienta para el acabado o cuando es fácil cambiarla . Si estas condiciones no se cumplen, es mejor desbastar toda la pieza y proceder, luego, al acabado de cada una de las caras. Para el acabado se han de tener muy en cuenta las necesidades de la pieza, y las limitaciones del torno, que, en general, no es una máquina de gran precisión para acabados extraordinarios, que solamente se obtienen con máquinas más precisas .
16.2
Cilindrado exterior
Es una operación para dar forma y dimensiones a la superficie lateral de un cilindro recto de revolución (fig . 16 .1) . Se realiza a través de las siguientes operaciones:
16.2.1
Sujeción de la pieza
De acuerdo con su forma y dimensiones, se hace el montaje adecuado, cuidando que se pueda mecanizar en toda la longitud que se desea (ver Tema 15) .
16 .2.2
La herramienta
Se emplea siempre la herramienta adecuada, recta o curvada, de acuerdo con la operación de desbaste o de acabado (ver Tema 14). La posición debe ser correcta para que se pueda realizar toda la longitud de la pasada sin interrupciones . Hay que asegurarse de que no estorban : el perro, las garras del plato, la contrapunta, las lunetas, etc.
16.2.3
Elementos de corte
Los factores o elementos ue corte que influyen en el torneado son :
Número de revoluciones. 5e selecciona previamente el número de revoluciones que ha de estar de acuerdo con el material a trabajar y con el de la
herramienta, igual que con el tipo de operación y la forma de la pieza . En la operación de acabado hay que asegurarse de que la herramienta va a aguantar toda la pasada sin desafilarse, por lo que, en ocasiones, habrá que reducir la velocidad. Diagrama de velocidades. Hay que prever las vibraciones para el caso de piezas delgadas, y acostumbrarse a utilizar el diagrama de velocidades para elegir el número de vueltas del torno (fig . 16 .2) . Si el torno no dispone de diagrama, es conveniente confeccionarlo para, así, ahorrar trabajo . Velocidad de corte . Conviene tener siempre una tabla, con las velocida145 10 .
Tecnologia del Meta/ / 2
Cilindrado exterior.
42 .5
50 80 71
85 100 118 140 160200236280
2000 1400
35 .5
000
30
710 600
25
yá 355
21.2 18 _
26 .5
QQ
L
7.5
300 250 212 180 X25 106
31.5 37 .5 45 53 6 5
mW ax
90 108 125 150180 212 250300 355 425500
90 75 53 53 45 37.5
6,7 6.0 5.0 4,0 3.5
26 .5
2.5
19
1 .8
Fig. 16.2
Diagrama de velocidades.
des de corte más usuales, para aquellos casos en que no estén señaladas en las hojas de instrucción (tablas 16 .3 y 16 .4) . Profundidad de pasada . La profundidad de la pasada depende, ante todo, del material a rebajar; si éste es mucho, hay que aprovechar al máximo la potencia del torno, trabajando con profundidades, que pueden variar de 2 a 10 mm, sin olvidar que es preferible trabajar con profundidades medias y
gran avance . Avance . El avance es distinto cuando se trata de desbastar o de acabar . El acabado, además de la herramienta apropiada, exige avances pequeños . En la práctica, para los trabajos normales pueden servir de orientación los valores de las tablas 16 .3 y 16 .4 . Antes de poner en marcha la máquina, es preciso prever el avance : ver si las ruedas son las correspondientes. Refrigeración. Asegurarse de que funciona el sistema de refrigeración, y de que hay cantidad de lubricante suficiente en el depósito . 16 .2 .4
Cilindrado en desbaste
Realizado cuanto antecede, se está en disposición de cilindrar. Precisa, para ello :
Fig. 16.5 Carros del torno: dispositivo de retroceso rápido del carro transversal.
1 .° Poner el torno en marcha. 2.° Acercar la herramienta hasta contactar con la pieza ; a continuación, sin mover el carro transversal, se corre el carro principal hasta que la herramienta queda distanciada de la pieza unos pocos milímetros . 3.° Poner en funcionamiento el equipo de refrigeración y graduar la cantidad y orientación del mismo. 4.° Dar una primera pasada . Si la pieza no es muy uniforme, esta pasada debe ser poco profunda, pero no tanto, que la cascarilla de la primera capa pueda dañar la punta de la herramienta ; de 2 a 4 mm resulta una buena profundidad . 5.° Poner el tambor a cero y medir el diámetro resultante ; en las siguientes pasadas de desbaste no es necesario medir el diámetro, ya que la lectura del tambor marca la profundidad rebajada, desde la primera pasada . Es muy importante asegurarse en el manejo del tambor desde un principio. Se prosigue dando pasada tras pasada . Al retroceder el carro, se separa la herramienta, para que no roce con la pieza . Hay tornos que poseen una palanca (fig . 16 .5), para hacer retroceder el carro transversal y la herramienta a la posición primitiva . Si el torno posee esta palanca con su dispositivo, es conveniente tenerla siempre en posición de trabajo, para evitar equivocaciones y disgustos. Puede ocurrir que, al final de la pasada, no tenga salida la herramienta : en tal caso, conviene levantar el automático un poco antes de llegar al punto final, y sujetar el volante de avance, con lo que se ha de frenar un poquito . Soltado el automático, se prosigue el avance a mano, al mismo ritmo y sin interrupción, hasta el final. Es preferible que cada pasada quede visible con un pequeño escalón; de no hacerlo así, es posible que, al coger mayor pasada, la herramienta tienda a clavarse en la pieza, provocando una muesca en aquélla, y, quizá, la rotura de la propia herramienta . 6.° Grado de acabado. Conviene practicar en el torno con varios tipos de piezas, hasta alcanzar seguridad en un mecanizado de acabado, porque esto es básico y fundamental en el torno . 146
Tabla 16 .3
Características del trabajo de torno con metal duro Velocidad de corte (1) mlmin
Material que se ha de trabajar
Des- Afinabaste do i
Ángulos ngulos de afilado A
8
A
8
6°
70°
65°
Fundición de dureza mayor de 180 Brinell
14
22
6°
75°
6°
70°
Cobre. Latón blando
50
80
8°
60°
6°
70°
22
40
6°
80°
200
250
8°
60°
100
150
6°
75°
8°
60°
Aceró 45=65 kgf/mmz
25
40
6°
Acero 65 = 85 kgf/mmz
20
30
Acero fundido hasta 70 kgf/mmz Acero 85=100 kgf/mm2
15
20
Acero de más de 140 kgf/mmz Acero inoxidable de más de 70 kgf/mm2
Des- Afinabaste do
Ángulos de afilado
30
45
15
de corte (1) mlmin
22
30
10
Material que se ha de trabajar
Fundición de dureza hasta 180 Brinell
Hierro . Acero hasta 45 kgf/mmz
Acero inoxidable hasta 70 kgf/mmz Acero fundido 70=100 kgf/mmz Acero 100=140 kgf1mm z
Velocidad
6°
75°
Latón duro . Bronce
Aluminio . Aleaciones ligeras blandas
Aleaciones ligeras duras 5
8
6°
80°
Avances. (En milimetros por revolución) Piezas con grandes aumentos de material, procedentes de forjado o fundición : desbaste a gran pasada con tornos de suficiente potencia
1
a 1,5 mm
Piezas con aumentos prudenciales de material, desbaste con pasada corriente
0,6
a 0,8 mm
Piezas que después del torneado son terminadas en la rectificadora: superficie sin afinación en pasada única
0,4
a 0,6 mm
Piezas pequeñas : desbaste con pasada ligera
0,25 a 0,4 mm
Afinados a punta de cuchilla
0,05 a 0,1 mm 0,15 a 0,2 mm
Profundidad de corte. (Valores normales medios) Desbaste de hierro y aceros Desbaste de metales y fundición de hierro Afinado
8 x avance 5 x avance 0,25 mm
(1)
las velocidades indicadas se pueden emplear con herramienta de acero rápido calidad R-2 (UNE F-5521) de 18 % W, 4 % Cr, 1 % Va . Si se emplean aceros superrápidos de 10 % de Co se pueden aumentar las velocidades en un 20 %, aproximadamente.
Aunque el torno no sea una máquina para obtener grados de acabado muy finos, tanto, desde el punto de vista de rugosidad, como del de precisión en las medidas, hay que lograr, con todo, un acabado uniforme en el desbastado, aunque las huellas de la herramienta queden bien patentes, como si fuese una rosca de paso fino . La uniformidad de estas huellas da la medida del grado de corte de la herramienta. La precisión en las medidas se logra con ayuda del tambor graduado, según antes se
dijo .
16 .2 .5
Cilindrado de acabado
Así como en el desbaste lo fundamental no es ni la rugosidad ni la precisión, sino el rendimiento en la cantidad de viruta cortada, en el acabado, dentro de las limitaciones del torno, lo fundamental es, precisamente, la precisión en las medidas y la rugosidad, que deben ser las pedidas en los dibujos de taller . 14 7
Tabla 16 .4
Material que se ha de trabajar
Características de trabajo con aceros rápidos (valores medios)
Velocidad de corte (1) mlmin
Angulos de afilado
Desbaste
Afinado
x
(i
Hierro . Acero hasta 45 kgf/mm 2
30
45
8°
60°
Acero 45 - 65 kgf/mm 2
25
40
6°
65°
Acero 65 _ 85 kgf/mm 2
20
30
6°
70°
Acero fundido hasta 70 kgf/mm 2 Acero 85 - 100 kgf/mm 2 Acero inoxidable hasta 70 kgf/mm 2 Acero fundido 70 - 100 kgf/mm 2 Acero 100 - 140 kgf/mm 2 Acero de más de 140 kgf/mm 2 Acero inoxidable de más de 70 kgf/mm 2
15
6°
20
70°
Material que se ha de trabajar
Fundición de dureza hasta A = 180 Brin .
Velocidad de corte (1) mlmin Desbaste
Angulos de afilado
Afinado
x
;i
22
30
6°
70°
Fundición de dureza mayor de A = 180 Brin .
14
22
6°
75°
Cobre. Latón blando .
50
80
8°
60°
22
40
6°
80°
200
250
8°
60°
100
150
6°
751
Latón duro . Bronce . Aluminio . Aleaciones ligeras blandas.
10
15
6°
75° Aleaciones ligeras duras
! 5
8
6-
80 ,
AVANCES. (En milímetros por revolución .) Piezas con grandes aumentos de material, procedentes de forjado o fundición : desbaste a gran pasada con tornos de suficiente potencia . Piezas con aumentos prudenciales de material, desbaste con pasada corriente. Piezas que después del torneado son terminadas en la rectificadora : superficie sin afinación en pasada única. Piezas pequeñas : desbaste con pasada ligera .
1
a 1,5 mm
0,6
a 0,8 mm
! 0,4
a 0,6 mm
0,25 a 0,4 mm 0,05 a 0,1 mm 0,15 a 0,2 mm
Afinados a punta de cuchilla . PROFUNDIDAD DE CORTE. (Valores normales medios .) 8 x avance Desbaste de hierro y aceros . Desbaste de metales y fundición de hierro . 5 x avance 0,25 mm Afinado .
R-2 (UNE F-5520) de 18 % W, (1) Las velocidades indicadas se pueden emplear con herramienta de acero rápido calidad aumentar las velocidades en un 20 %, aprose pueden de 10 %de Co emplean aceros superrápidos Cr, 1 % Va . Si se 4% ximadamente. Una cosa importante en el mecanizado de metales y, concretamente en el torneado, es el concepto de mínima pasada; ya que, si ésto no se tiene en cuenta, se suele perder tiempo y se obtienen acabados deficientes. Cada material y tipo de herramienta tiene un límite en la profundidad de pasada : si esta profundidad es muy pequeña, la herramienta produce un efecto de martilleo, que endurece la superficie, haciendo que el aspecto no sea uniforme, ni precisas las dimensiones o la forma . 16 .2 .5 .1
Pasada de precisión inclinando el carro porta-herramientas
Se puede conseguir cierta precisión en las pasadas de acabado, teniendo en cuenta que : Si se coloca el carro orientable paralelo al eje del torno, la punta de la herramienta se desplaza paralelamente sin dar pasada ; si, por el contrario, se
coloca perpendicularmente, cada vuelta del husillo acercará la herramienta a la pieza (profundidad de pasada) en un valor igual al paso del husillo . Sí se coloca inclinado con un ángulo pequeño, se puede lograr una aproximación más precisa . Los tambores suelen estar graduados en décimas de milímetro . Si se quieren apreciar las centésimas, hay que hacer que, mientras el carro avanza en dirección del husillo 0,1 mm, la herramienta avance en sentido perpendi cular al eje del torno 0,01 mm . Esto se logra inclinando el carro orientable en un ángulo de 5° 45'. Véase la figura 16 .6A. Al desplazarse el carro, la relación entre los desplazamientos en dirección perpendicular x y en dirección del husillo 1 es ~; pero
b
Fig. 16.6A Manera de obtener profundidades de corte centesimales .
esta relación es el seno del ángulo a, es decir : sen a
Como seno de 5° 45' = 0,1, se tiene que :
= 0,1 ; de donde, x= 0,1 - I . Si 1= 0,1, resulta que : x= 0,1 - 0,1 = 0,01 mm Inclinando, pues, la plataforma giratoria 5° 45', se da la profundidad de pasada con el carro porta-herramientas, en vez de darla con el carro transversal ; y las décimas leídas en el tambor del carro transversal representan otras tantas centésimas de profundidad de corte . Por este medio se puede conseguir una precisión bastante aceptable; pero, no se utiliza mucho, porque los acabados de precisión suelen conseguirse no con el torno, sino con la rectificadora, como ya antes se dijo . 16 .2 .5 .2
Fig. 16.6 B Manera de obtener profundidades de corte centesimales con ayuda del comparador.
Pasada de precisión con ayuda de comparador
Más fácilmente puede obtenerse el mismo fin, utilizando un comparador con base magnética (fig . 16 .613) . Para ello se fija la base magnética en el carro principal y se apoya el palpador del comparador en un punto del carro transversal, cuidando que el vástago quede paralelo al movimiento de dicho carro transversal . En este procedimiento, la pasada se toma normalmente, con la manivela del carro transversal ; pero, en vez de leer la profundidad de corte en el tambor, se lee en la esfera del comparador . (La lectura del comparador da diferencias de radios, no de diámetros) . 16 .2 .6
Verificación de cilindros exteriores
Aunque, como ya se sabe, las precisiones logradas en el torno no pueden ser muy grandes, hay que asegurarse de que las medidas previstas se consigan . Para precisiones pequeñas de décimas de milímetro se emplea el calibre o pie de rey (fig . 16 .7A) ; para precisiones mayores, el micrómetro o pálmer . Para grandes series, se emplean calibres fijos, tipo horquilla (fig . 16 .713) . Conviene hacer las mediciones por partes y a lo largo de las generatrices, para comprobar si los diámetros son iguales. En piezas largas, conviene hacerlas en los dos extremos y en el centro .
Fig. 16.7 A Verificación de cilindros exteriores con calibre y pie de rey.
Si, al hacer las mediciones, se advierte una variación progresiva de diámetros, quiere decir que el torno no cilindra . Mas, para asegurarse de si es un defecto del torno o una mera casualidad, hay que dar unas pasadas finas y hacer nueva comprobación . Si persiste el defecto, se procede a la búsqueda y corrección de las causas, que pueden ser distintas, según que la operación de torneado haya sido al aire o entre puntos . 16 .2 .6 .1
Corrección de la alineación del cabezal
Si el torneado ha sido al aire, el defecto es debido a desalineación del eje del cabezal respecto a las guías de la bancada . El proceso de verificación y consiguiente corrección puede ser : 1 .° Si la bancada tiene escote, se comprueba la buena alineación del puente y se corrige en caso de desalineación . 149
Fig. 16.7 B Verificación de cilindros exteriores con calibres fijos.
Fig. 16. 10
Comprobación de la alineación del contracabezal.
Fig 16. 11 Comprobación de alineado de los ejes del cabezal y contracabezal.
2.° Si ésta no es la causa, se comprueba si el eje principal está bien asentado y alineado en su soporte, que, si es de cojinetes de bronce, pueden éstos haberse desgastado desigualmente, los cuales será necesario corregir . 3.° Si, a pesar de esta corrección, el cabezal no está alineado, será por una de estas causas : a) Porque el cabezal esté apoyado y guiado en un prisma de la bancada, y que se hayan aflojado los tornillos, o la alineación de fábrica sea defectuosa . En tal caso, es preciso rasquetear las guías, solución bastante larga. b) Porque el cabezal esté simplemente apoyado y con dispositivo de centrado o alineación (tema 13, fig. 13 .15), que es el caso más corriente y fácil de solventar. Se coloca un mandril, perfectamente ajustado al eje del cabezal (fig . 16 .8) (ver norma UNE 15 .026), que debe poseer una longitud de, al menos, 300 mm, y estar perfectamente rectificado. Una vez colocado en el eje y comprobado su centrado, con ayuda de un comparador, se desplaza el carro, de manera que el comparador, fijo en él, haga contacto en la generatriz del diámetro horizontal (fig . 16 .8) . Aflojados ligeramente los tornillos, que fijan el cabezal a la bancada, se hace girar el tornillo o tornillos de alineación del cabezal hasta lograr que el mandril quede perfectamente alineado . Una vez apretados convenientemente los tornillos, se vuelve a comprobar la alineación ; esta vez, en lados de las generatrices superior y horizontal (fig . 16.8).
Para mayor seguridad puede también hacerse otra comprobación, trabajando, con pequeña pasada, un eje similar al mandril de verificación (fig . 16 .9) . Naturalmente, estas correcciones deben hacerse por el equipo de mantenimiento y con la supervisión del jefe de sección.
mandril de corrección
Fig. 16.8 Mandril rectificado para la verificación de la alineación del cabezal.
Fig. 16.12 Diversos sitemas de verifitación de la alineación entre puntos.
Otro sistema de comprobación de la alineación del cabezal.
Corrección de la alineación del eje del contracabezal Si se aprecia que el torno no cilindra cuando trabaja entre puntos, se procede a la verificación del torno, de este otro modo : 1 .° Se comprueba si los puntos del cabezal y del contrapunto están bien asentados en sus alojamientos, si están sucios, o han sufrido algún golpe. Se corrigen las anomalías y se observa si, con ello, desapareció el defecto. 2 .° Si persiste el defecto, se comprueba si las superficies cónicas de los puntos son concéntricas (fig . 16 .10) y se corrigen si son defectuosas. 3.° A continuación, con un mandril de verificación y un comparador colocado entre puntos, se comprueba la desalineación de los ejes del cabezal y contracabezal (fig . 16 .11) . El contracabezal tiene la pieza superior desplazable sobre la inferior (apartado 13 .2 .3). Aflojados los tornillos que unen a las piezas entre sí y los que unen el conjunto a la bancada, se procede a desplazarla, y se comprueba sobre el mandril dicho desplazamiento . Lograda la alineación y comprobada con el comparador, se coloca una pieza suficientemente larga (fig . 16 .12), y se le da una ligera pasada con la herramienta, comprobando la igualdad de los extremos torneados. Para hacer rápidamente esta verificación, conviene tener preparada una pieza a propósito, puesto que esta operación suele hacerse con cierta frecuencla . 16 .2 .6 .2
B
Fig. 16.9
150
Torneado de conos exteriores
16.3
En líneas generales, es muy parecido al torneado de cilindros. Pero presenta algunas peculiaridades . El torneado de conos puede hacerse de varias maneras : - con inclinación del carro orientable,- con aparato copiador,- entre puntos con desplazamiento del contracabezal. Para pequeñas series o piezas únicas suele emplearse el primer procedimiento . Tiene el grave inconveniente de que, al no tener movimiento automático el carro orientable, la uniformidad no puede ser muy buena ; salvo que se posea una gran práctica y destreza . Para grandes series es aconsejable emplear el segundo o tercer procedimiento . 16 .3 .1
limite de entrada mínima
limite de entrada máxima
Verificación de conos
La verificación de conos no es fácil ya que hay que atender simultáneamente a la conicidad y a las dimensiones. La conicidad se puede comprobar con comparadores o con calibres fijos (figs . 16 .13 y 16 .14) . La medida es difícil de determinar directamente, por lo cual es conveniente, siempre que ello sea posible, emplear calibres fijos, comprobando la penetración axial de los mismos (fig . 16 .15) (ver tema 5 en Técnicas de .e, grado, 2.° curso) . Expresión Gráfica, 1 Es muy importante tener en cuenta que, en las conicidades pequeñas, una pequeña variación en el diámetro puede suponer gran variación de penetración ; se acaba de ver cómo una inclinación de 5° 45' supone una relación de longitud al radio diez veces mayor (cinco veces más que el diámetro) . Para conicidades menores, esta relación es aún mayor ; no tener esto en cuenta puede dar lugar a sorpresas desagradables. 16 .3 .3
calibre hembra
Importancia de la colocación de la herramienta
Un detalle muy interesante, a tener en cuenta en cualquier sistema empleado en el torneado de conos, es : que la punta de la herramienta debe estar perfectamente a la altura del punto o eje del torno. Si no se hace así, la superficie cónica no resulta tal, ya que la herramienta no se desplaza sobre una generatriz, sino sobre una línea que se cruza con el eje, dando lugar a una superficie reglada cónica, pero no a un cono . 16 .3 .2
Fig. 16.13 Verificación de la conicidad con el comparador.
pieza
Fig. 16.14 Verificación de la conicidad con el calibre fijo .
Torneado de conos por inclinación del carro orientable
La inclinación del carro orientable no se puede hacer con precisión, solamente con la graduación del mismo, ya que normalmente no se alcanzan apreciaciones menores de 15'. Pero, es muy interesante como primera aproxi mación ; por eso, en los dibujos no debe faltar nunca la acotación de la inclinación o semiángulo del cono en grados (fig . 16 .15) ; aunque sólo sea aproximado . Si la inclinación no está acotada en el dibujo, se puede calcular de acuerdo con los datos que aparezcan en el mismo, según la fórmula siguiente :
Ejemplos Ejemplo N.° 1 Los datos acotados en un cono son (fig . 16 .16) : los diámetros exteriores y la longitud del cono : ¿cuál es el ángulo de inclinación o colocación?
Fig. 16.15 Comprobación de la conicidad, dependiendo de la penetración.
Solución : tg
a - D - d - 48 - 27 - 0,175 2-60 2 2-1
(Ver Técnicas de Expresión Gráfica 1/2) .
arc . t g 0,175 = 9,926 0 = 9 1> 55,57 z 10 1
Fig. 16.16.
Ejemplo N.° 2
en la figura 16 .17 . Un cono está acotado por la inclinación 1 :y, como se muestra colocación? ¿Cuál es el ángulo de Solución :
Fig. 16.17.
Inclinación 1 :7 (1 :y) quiere decir que, cada 7 mm de longitud del cono, medido sobre el eje, la línea generatriz varía respecto al eje 1 mm . Es sabido que : a 1 1 = 0, 143 = _ -_ _ t9 2 7 Y arc tg 0,143 = 8,13 ° = 8 0 7,8' z 8 0 8' Ejemplo N .o 3
vale el El cono de la figura está acotado por su conicidad 1 :x (fig . 16 .18) . ¿Cuánto ángulo de colocación? Solución :
Fig. 16.18.
Conicidad 1 :x (1 :12) quiere decir que, cada 12 mm de longitud (medido sobre el eje) diámetro del cono varía 1 mm . el De la figura 16 .18 se deduce que : 0,041
Ello
w w!
Fig. 16.19
IUl lil l,l
~~üNllllllyl
III
Comprobación de la conicidad.
arc tg 0,041 = 2,38° = 2° 23' Ya se dijo que conviene que el acotado sea dado en grados ; sin embargo, para el colocar con precisión el carro orientable o verificarlo, es más exacto emplear relación : inclinación, dado por la de la pendiente o valor en grados 1 = 1 - tg a , o bien por el seno de á (fig . 16 .19), que es la relación entre la y 2x 2 2 variación de radio 1 mm en una longitud de la generatriz z mm . En la figura se muestra cómo puede hacerse la colocación (fig . 16 .19) . Normas prácticas
- Cuando la acotación está dada en grados, hay que prestar atención si se refiere al eje del cono o a la base, y si se acota el ángulo o el semiángulo del cono . - Especial cuidado hay que tener cuando los valores son próximos a los 45°, ya que, entonces, es más fácil confundir el semiángulo del carro con su complemento . - Una vez colocado el carro en su posición, se aproxima la herramienta y se sitúa el carro, de manera que se pueda hacer toda la longitud del cono sin necesidad de mover el carro principal, y que el carro porta herramientas quede lo más apoyado posible en sus guías . - Se fija el carro con los tornillos-brida, que todos los tornos suelen tener, y se procede a desbastar el cono, siguiendo las normas dadas para el torneado de cilindros . - No hay que esperar a las últimas pasadas para verificar la conicidad y las medidas .
16.3 .4
Fig. 16.20
Torneado de conos con copiador mecánico .
Torneado de conos con copiador
Es el procedimiento recomendado para grandes series . El copiador puede ser hidráulico o mecánico ; pero, en ambos sistemas, la base fundamental es la plantilla guía (fig . 16 .20), cuyo ángulo debe ser el del semiángulo del cono . En la calidad y precisión de la colocación de la plantilla estriba la precisión de la conicidad . El acabado puede ser de buena calidad, por hacerse con el avance del carro principal, que, como es lógico, se mueve automáticamente igual que para el cilindrado . La verificación se hace, como anteriormente se indicó, en las primeras piezas ; ya que, trabajando normalmente, no se suele 152
desajustar el copiador y, por tanto, sólo habrá que verificar el diámetro para las otras piezas. Por seguridad, a cada cierto número de piezas, conviene verificar también la conicidad. Fig. 16.22 Posición desfavorable de la punta del contracabezal para el torneado de conos con desplazamiento del contracabezal.
Torneado de conos entre puntos con desplazamiento del contracabezal Es el tercero de los sistemas anotados ; como el anterior, se presta para series de conos largos de poca conicidad, ya que el desplazamiento de la contrapunta es limitado. En estos casos los puntos deben ser esféricos (fig. 16.21), ya que los normales no se apoyarían correctamente, sobre todo para los más desfavorables (fig . 16.22) . Por razones de desgaste, el punto del contracabezal conviene sea giratorio, ya que el contacto se reduce a una simple I ínea . El desplazamiento del contracabezal en milímetros se halla por la fórmula siguiente, de acuerdo con los datos de que se disponga : 16.3.5
IX (D-d)L -tg e21 2
Fig. 16.23
Fig. 16.21 Torneado de conos con desplazamientos de la contrapunta: A, forma de trabajo ; B, detalle de la contrapunta. Fig. 16.24
Ejemplos Ejemplo 1 Si el cono está expresado por los diámetros y la longitud (fig . 16 .23) . Solución : a) según la figura 16 .24 : (D-d) L __ (37-32)400 _3,125 mm e _ 21 2 .320 b) según la figura 16 .25 : e-
(D -d) L -_ (23-19)227 = 23-19 __ 2 mm 2 1 2 -227 2
Fig. 16.25
Ejemplo 2 Si el cono está determinado en grados (fig . 16 .26) : Solución : Se aplica la misma fórmula e=
(D 2 Id) L;
pero, como ya es sabido (16 .3 .3) que :
D - d = tg ce siendo a el semiángulo . Por tanto, la fórmula se reduce a : 21 e= L-tga= 220 tg
3 28 2
=220 .tg
3,
26
~ =200-tg 1,733° =2200,0302=6,657 mm . 153
Fig. 16.26
Preparada la pieza y la herramienta y, desplazado el contracabezal, se procede al trabajo, como si se tratara de cilindrar. Advertencias :
Para que las piezas salgan con la misma inclinación, es necesario que los puntos de la pieza estén bien igualados, pues, de lo contrario, la longitud L queda modificada . La figura 16 .27 muestra la influencia de la longitud . 2.a En la primera pieza hay que ir haciendo comprobaciones, hasta colocar el contracabezal en la posición correcta . 3.a Una vez terminado el trabajo, hay que volver el contracabezal a su posición de centrado, comprobando que el torno cilindra . (Ver apartado 16 .2 .3 .2) . 1 .a
Fig. 16.27 dad.
16 .4
Influencia de la longitud en la conici-
Taladrado
En su día se estudió la operación del taladrado con máquinas taladradoras, principalmente con brocas helicoidales . (Véanse los temas 32, 33, 34 de Tecnología del Metal, 1 er . grado, 1 er . curso) . Movimientos principal y de avance y montaje de la broca En toda taladradora el movimiento principal se logra haciendo girar la broca y permaneciendo fija la pieza ; en el torno, por el contrario, la que gira es la pieza (fig . 16.28), permaneciendo sin girar la broca . La broca se coloca, normalmente, en el contracabezal (fijado a la bancada), haciéndola avanzar manualmente contra la pieza, por medio del volante. Tiene este sistema el inconveniente de que el avance, a veces penoso para el operario por ser manual, es imposible que sea uniforme, y tenga un valor preciso. Para grandes brocas o series de piezas, puede dotarse a la broca de un movimiento automático . En algunos tornos es posible unir el contracabezal al carro principal (fig . 16 .29), de tal modo que adquiere el movimiento automático del carro . Para taladrar, por este sistema, se coloca la broca en su lugar normal, se ajusta la platina del contracabezal a la bancada, de manera que pueda deslizarse, pero sin juego, a fin de que no tienda a volcarse el mismo contracabeza I . 16 .4 .1
Fig. 16.28 Taladrado en el torno.
Fig. 16.29 Dispositivo de unión del contracabezal al carro.
16 .4 .1 .1
Montaje de la broca en la torreta
Es un método empleado para brocas no muy grandes ; tiene el inconveniente de que necesita una comprobación minuciosa del centrado . Con las torretas de mandíbulas ajustables (fig . 16 .30), es fácil mantener el centrado vertical ; para el centrado lateral, a ser posible, se utilizan topes fijos en el carro transversal. También hay que asegurarse de que la torreta no puede girar, ya que el momento * de giro puede ser muy considerable . El avance de la broca se hace avanzando automáticamente el carro principa I .
16 .4 .2
Fig. 16.30 Montaje de la broca en la torreta.
Montaje de la pieza para el taladrado
Naturalmente, para esta operación sólo pueden emplearse los montajes que dejen libre el extremo de la pieza : al aire, y entre el plato y la luneta fija .
16 .4 .3
Operación de taladrado
Antes de empezar a taladrar, conviene preparar la pieza, refrentándola y haciendo un pequeño avellanado con la herramienta ; o taladrar unos tres milímetros con una broca de hacer puntos, si la broca a utilizar es pequeña ; con esto, se evita que la broca flexe al comenzar a taladrar y se pueda romper o descentrar . Si se trata de piezas ya huecas, cuyo hueco está bien uniforme o centrado, es conveniente hacer una iniciación con herramienta y afilar la broca con el ángulo de punta cercano a los 180°, es decir, casi plana .
Fig. 16.31 Broca con ranura y con agujeros para la" -' lubrificación y refrigeración.
Advertencias
Intentar 1 .a ajustar el número de vueltas lo más posible al cálculo teórico, según el material y el diámetro de la broca; si esto no es posible, sobre todo para las brocas pequeñas, hay que poner un cuidado muy especial, para no romperla por avance excesivo . 2 .a No descuidar la lubricación y refrigeración desde el principio . 3 .a En agujeros profundos conviene interrumpir el avance, y sacar la broca para su limpieza y refrigeración. Si se trata de grandes series y agujeros muy profundos, puede ser económico emplear brocas con posibilidades de engrase y refrigeración interior (fig . 16 .31 ). 16 .5
A
Torneado de interiores o mandrinado
Esta operación consiste en realizar cilindros o conos interiores, cajas, ranuras, etc. (fig . 16 .32) ; como en el taladrado, el montaje debe ser tal, que deje libre el extremo de la pieza.
,719
11 1-1411 lo
16 .5 .1
¿b
r
Fig. 16.33A Errores debidos al mal centrado de la luneta : A, eje de la pieza por encima del eje del torno; B, eje de la pieza por debajo del eje del torno.
B
Fig. 16.32 jeado.
Torneado de interiores : A, cilindrado; B, refrentado; C ca-
Taladrado con ayuda de luneta
Hay que hacer hincapié sobre la necesidad de un perfecto centrado del eje de la pieza con el del torno, en el montaje entre plato y luneta, por ser más difícil la verificación de interiores ; es un detalle de gran importancia . En la figura 16 .33A se ve el efecto que podría producir un descentrado de la lu neta . El centrado debe cuidarse, tanto lateral como verticalmente . En general, hay que hacer el centrado por la parte exterior (fig . 16 .3313) . Si la pieza real (la que hay que mandrinar) no se presta para esta verificación, puede ser que sea preciso recurrir a piezas auxiliares (fig . 16 .33C) . También puede hacerse un pequeño chaflán en el agujero, aún con la luneta sin ajustar perfectamente, y apoyarla en un contrapunto colocado en el contracabezal (fig . 16 .33D) ; así, se puede proceder para preparar el asiento de la luneta (fig . 16 .33E) .
r Fig. 16.33D Achaflanado para facilitar el asiento de la cdntrapunta.
Fig. 16 .33 E Asiento para la colocación de la luneta.
luneta pieza auxiliar
pieza auxiliar
casquillo
z
v
Fig. 16.33 C Verificación del centrado en piezas irregulares. 155
casquillo
16 .5 .2
Herramienta de interiores
Una de las dificultades que presenta el torneado de interior procede de la forma y dimensiones de la herramienta, la cual, normalmente, no puede ser muy robusta y, frecuentemente, ha de trabajar en un largo voladizo desfavorable (fig . 16 .34) . Hay que asegurarse de que la punta de la herramienta llega hasta el final de la superficie a mecanizar, sin que la torreta o portaherramientas toque en la pieza ; pero, dejando la herramienta lo más corta posible . En los agujeros, sobre todo en los pequeños, se presenta otra dificultad : la curvatura de la circunferencia obliga a dar unos ángulos de incidencia grandes, para evitar el talonamiento de la misma herramienta (fig . 16 .35) . Fig. 16.34
Operación con herramienta de interiores.
16 .5 .3
Porta-herramientas
Las herramientas pueden ser de una sola pieza, o bien pueden ir colocadas en porta-herramientas apropiados . En la figura 16 .36 se muestran varios tipos de herramientas y portaherramientas .
E
Fig. 16.35 Angulo de incidencia en relación con el diámetro del agujero.
~. I Fig. 16.36 Portaherramientas: A, B, C y D, portaherramientas de interiores; E, F, G y H, portaherramientas de exteriores ; I y J, acoplamiento de la herramienta al portaherramientas; K, ángulos de la cuchilla .
16 .5 .4
Refrigeración
16 .5 .5
Elementos de corte en el torneado de interiores
detalle del ángulo de desprendimiento
La refrigeración, en cierto modo, presenta ventajas, ya que el mismo agujero sirve de bandeja y de protección ; pero, hay que asegurarse de que llega precisamente a la punta de la herramienta .
La velocidad de corte, en el torneado de interiores, frecuentemente, debe ser algo menor que para el trabajo de exteriores, ya que por la debilidad de la herramienta se presentan fácilmente vibraciones . Por la misma razón, las pasadas deben ser más pequeñas . Dado que es más difícil observar el trabajo, hay que poner mayor atención, para lograr el acabado y las dimensiones requeridas . Fig. 16.37 Verificación de cilindros interiores: A, con el alexómetro; B, con imicro; C, con el micrómetro de tres contactos.
16 .5 .6
Verificación de cilindros interiores
También existe mayor dificultad para verificar interiores que exteriores . Cuando no hace falta gran precisión, se emplea el pie de rey, que naturalmen156
te sólo sirve para pequeñas longitudes ; dificultad que se puede salvar con la ayuda de un compás de interiores, para comparar si la medida es aproximadamente igual en el interior que en la boca . Los micrómetros de interiores (fig . 16 .37) son la herramienta más eficaz para la verificación . Los calibres fijos de tolerancias también se emplean con frecuencia, en especial en la fabricación en serie (fig . 16 .38) . Observaciones 1 . 3 Para la utilización de los micrómetros de interiores y los calibres fijos, hay que tener la precaución de hacer una limpieza cuidadosa, antes de la comprobación ; pueden obtenerse precisiones erróneas y además deteriorarse los mismos útiles . 2.a Una precaución importante, al emplear calibres fijos, es la de no introducirlos con la pieza caliente ; un descenso de pocos grados de temperatura puede ser suficiente para blocar el útil .
16 .5 .7
Fig. 16.38 Verificación con calibres fijos.
de
agujeros
Torneado de conos interiores
Cuanto ya se ha dicho para el torneado de conos exteriores respecto a : altura de la herramienta, torneado con inclinación del carro orientable, y torneado con copiador, es válido para el torneado de conos interiores ; tenien do en cuenta, además, lo dicho para el torneado de cilindros interiores respecto a elementos de corte y herramientas y porta-herramientas . 16 .5 .7 .1
Verificación de tos conos interiores
También es válido lo dicho para los conos exteriores ; pero, en este caso, sólo es posible con calibres fijos (fig . 16 .39A) y neumáticos (fig . 16 .3913) . La conicidad de un cono interior se comprueba colocando unas señales, a lápiz blando, a lo largo de dos generatrices del calibre. Se introduce éste en el interior y se le hace girar imprimiendo sobre él una ligera fuerza axial . Si las señales de lápiz se borran a lo largo de toda la longitud de la generatriz, la conicidad es correcta ; si sólo se borran en los extremos, la conicidad no es correcta (ver apartado 5.6 .1 de Técnicas de Expresión Gráfica 1.2). `Para la medida de diámetros se usan los mismos calibres fijos empleados para la conicidad ; su mayor o menor penetración da la medida correcta .
Fig. 16.39 A Verificación de conos interiores con el calibre fijo.
Fig. 16.40 A Terminado con escariador : A, fijo; B, ajustable o extensible .
Fig. 16.39 8 Verificación de conos interiores con el comparador neumático.
16 .5 .8
Repasado de mandrinado con herramientas fijas
Para trabajos en serie se hace el mandrinado, como ya se ha dicho; pero con un diámetro inferior en unas centésimas y, seguidamente, se repasa en el mismo torno con escariadores fijos (fig . 16 .40A), o ajustables ; o con herramientas montadas en mandriles de ajuste micrométrico (fig . 16 .4013) . 15 7
Fig. 16.40 8 Refrentado y cilindrado con cabezal, de ajuste micrométrico,
16 .6
Fig . 16 .41
N
Refrentado.
Refrentado
Se llama así a la realización de superficies planas en el torno . El refrentado puede ser completo, en toda la superficie libre (fig . 16 .41), o parcial, en superficies limitadas (fig . 16 .42) . También existe el refrentado interior (fig . 16 .43) . 16 .6 .1
Sujeción de la pieza
16 .6 .2
Herramientas
16 .6 .3
Velocidad de corte y avance . Influencia de la variación de diámetros
Basta seguir cualquiera de los sistemas ya explicados en el tema 15 y las aclaraciones de los apartados 16 .4 y 16 .5 para interiores .
Fig. 16 .42
i;11,í
Refrentado parcial.
La velocidad de corte presenta una dificultad especial, sobretodo cuando se trata de superficies grandes con diferencias considerables de diámetro ; ya que, si se selecciona la velocidad para el diámetro mayor, ésta misma será pequeña para el menor.
slos
1 E 4
Fig. 16 .43
Las herramientas normales pueden ser las DIN 4978, 4980 y 4977 . También pueden emplearse las 4971 y 4876 y otras similares o'sus correspondientes UNEoISO . Detalle importante, a tener en cuenta, es el ángulo de posición ; hay que evitar que la herramienta tienda a acuñarse o clavarse en la pieza .
Refrentado interior .
Ejemplo
Si hay que referentar una superficie cuyo diámetro mayor es 120 mm y cuyo diámetro menor es 20 mm cuando el material necesita una velocidad de 25 m/min, se tendrá : para el diámetro mayor, = 1000 - v - 1000 - 25 = 66 r.p .m . 3'14-120 1r-d Con estas vueltas la velocidad en el diámetro menor sería : V20 Z°
_n
1000
1000
66
= 4,14 m/min, muy inferior a 25 m/min.
¿Qué solución adoptar? Se elige, ante todo, la mayor velocidad de corte para el diámetro mayor; si la velocidad de las tablas para el material en cuestión es de 32 a 22 m/min, para 32 metros se tiene que : n = 1000 - 32 = 84 r.p .m ., con lo que en el diámetro de 20 : 314 . 120 1000
= 3,14 - 20 - 84 = 5,27 m/min, 1000
todavía bastante más pequeña que la menor de 22 mlmin. ¿Y si se elige la velocidad menor para el diámetro menor? Entonces : 2°
1000 - 22 = 350 r.p .m ., y 3'14 -20
V/1 20 __
3,1 4 - 120 - 350 __ 131,9 m/min, 1000
lo que sería capaz de quemar la herramienta . Como se ve, la solución ideal es imposible, a no ser que se disponga de un torno de velocidad variable ; es decir, que para empezar con el diámetro de 120, se pondría el torno a unas 85 r.p .m . y, al llegar al de 20, debería ir a : Fig. 16 .44 Refrentado desde la periferia hacia el centro.
n - 1000 .22 - 350 r .p .m . 314 . 20 158
Mejor es mantener la misma velocidad, por ejemplo, 30 m/min . Para la cual, las revoluciones extremas necesarias son : n
max -
n
m in
o
-
1000 - 30 477 r .p .m . 314-20
A
1000 - 30 - 79 r .m . .p 314 . 120
Estas regulaciones deben hacerse, mientras el carro transversal avanza : 120-20 -50 mm 2
B
El avance puede ser similar en magnitud al de cilindrar; aunque, los tornos suelen llevar un avance en el carro transversal menor que en el principal . Lo más importante, sin embargo, es el sentido del avance ; éste depende, fundamentalmente, del tipo de herra mienta : para aquéllas que tienen el filo principal lateralmente (fig . 16 .41), el avance debe ser del centro hacia la periferia ; ya que, de hacerlo al revés, tiende a clavarse . Para las herramientas cuyo filo principal es frontal (fig . 16 .44), el avance debe ser de la periferia hacia el centro. En general, los materiales agrios, de viruta corta, se trabajan mejor con el segundo tipo de herramienta y, por tanto, con avance de la periferia al centro y los de viruta larga, al revés. Para cajas estrechas o lugares angostos, las herramientas de corte frontal (de fuera a adentro) suelen ser las más, prácticas y, a veces, las únicas posibles a emplear . 16 .6 .4
Verificación de superficies refrentadas
B
Sólo cabe, en este tipo de mecanizado, la verificación de la situación de la superficie refrentada, respecto a otra tomada como referencia, y situada a una medida determinada en la dirección del eje . Naturalmente, en caso de resaltos, o cajas, la profundidad es importante, pero queda limitada por otra superficie que es un cilindro, y lo que hay que verificar es la medida de éste . Otra cuestión importante es la de obtener verdaderamente una superficie plana, y no la de cono convexo o cóncavo (fig . 16 .45) . Si el torneado es correcto, debe planear perfectamente . Si no lo fuese, es preferible obtener un torneado cóncavo a uno convexo . 16 .6 .5
Fig. 16.45 Errores en el refrentado : A, convexo; B, cóncavo.
Operación de refrentado
D
Fig. 16.46 Troceado y cuchillas para esta operación: A, recta izquierda; B, recta central; C, recta derecha; D, acodada .
Preparadas la pieza y la herramienta, y seleccionada la velocidad, se procede a dar la pasada . Si la superficie es pequeña, se puede dar la profundidad de pasada con el carro principal, y, una vez lograda, se mantiene fijo el carro con una mano, mientras, con la otra, se da el avance a mano, accionando el husillo transversal, o se pone el automático de refrentar. Si la superficie es mayor y el trabajo es de precisión, es mejor hacer así : - se aproxima la herramienta con los carros principal y transversal ; - se fija el carro principal apretando el' sistema de frenado o fijación del mismo; - se da la profundidad de pasada por medio del carro orientable (conviene que esté paralelo al eje principal) . Si se han de dar varias pasadas, se pone el tambor a cero y se va controlando en el mismo la profundidad rebajada . Naturalmente, si la superficie es completa y se refrenta del centro hacia afuera, la pasada debe darse en marcha ; - se coloca el automático de refrentar ; - tanto si se emplea el refrentado en un sentido como en otro, hay que tener mucho cuidado con el centro de la pieza, para no pasarse de él . 16 .7
Troceado (figs. 16 .46 y 16 .47)
Consiste esta operación en cortar una pieza en partes . Es una operación delicada que requiere gran seguridad y experiencia ; pero, resultará más fácil, si se tienen en cuenta las causas de la dificultad . 159
Fig. 16.47 da.
Cuchilla de trocear inclina-
la viruta El peligro principal está en los inconvenientes que encuentra profundicanal tiene cierta cuando la particularmente para salir de la ranura ; dad. 16 .7 .1
Fig . 16 .48 Herramienta para trocear, rígida .
Fig. 16 .49 Herramienta de trocear elástica (cuello de cisne) .
Herramienta de trocear
poseer elasPara evitar excesivas roturas en las herramientas, éstas deben límites, dentro de ciertos de deformación, ser capaces ticidad ; es decir, deben desaparecer rápida al de recuperación sobrecargas y cuando se presentan aquéllas . Para pequeños espesores suelen emplearse herramientas rígidas, como indica la norma UNE 16109 (fig . 16 .48) . Para profundidades mayores hace falta emplear herramientas elásticas (fig . 16 .49), muy caras, por ser difíciles de preparar, o, más corrientemente, cuchillas montadas en porta-herramientas especiales elásticos, como los de la figura 16 .50A . refrenSi interesa que las piezas resulten sin rebabas y completamente la tadas, se hace que el filo no quede paralelo al eje, sino inclinado, con punta más larga junto a la pieza que se separa (fig . 16 .5013) . Por supuesto que el filo debe ser más ancho que el resto de la herramienta, que se debe introducir en la ranura o canal .
Fig. 16.50 A
16 .7 .2
Fig. 16 .50 8
Detalle del troceado .
Portaherramientaselásticos para trocear.
Velocidad de corte
Una de las dificultades mismas de la operación es la variación de velocidad de la periferia hacia el centro . Durante ella es conveniente, para grandes sería espesores, cambiar el número de revoluciones dos o más veces; lo ideal las disponer de variador de velocidad en el eje del torno . Esta es una de dificultades a tener en cuenta, para evitar roturas de herramientas . 16 .7 .2 .1
Avance
16 .7 .2 .2
Sentido de rotación
16 .7 .3
Operación de troceado
El avance suele hacerse a , mano, pero es mejor realizarlo con avance automático, aunque hay que prestar atención por si se presenta alguna dificultad . Fig. 16,51
Troceado con giro en sentido normal .
Fig. 16 .52
Troceado con giro y sentido invertido.
Fig . 16 .53 Inconveniente de que la herramienta esté por encima del eje de la pieza.
Una de las causas de rotura de herramientas es que, al girar en sentido arrasnormal (fig . 16 .51), la pieza tiende a montarse sobre la herramienta, y perfectas el torno está en trarla hacia adentro ; esto se evita, en parte, cuando condiciones, sin juego en el eje, y sin juego en el carro transversal ; también haciendo girar el torno en sentido contrario y poniendo la herramienta invertida (fig . 16 .52) . Para emplear este sistema, el plato debe fijarse de tal manera que no pueda aflojarse, con eÍ consiguiente desplazamiento axial y casi segura rotura de herramienta, y aún, de mayores daños, si no se está muy atento . En la mayoría de los tornos está esto solucionado por un sistema de fijación, distinto al de los antiguos, por rosca directa al husillo . ; Para esta operación hay que fijar la pieza con el menor voladizo posible por herramienta está adecuada . Si la y la herramienta, con el filo a la altura encima del centro de la pieza (fig . 16 .53), rozará la pieza en la cara de incidencia y la herramienta no cortará hasta obligarla a descender por rozamiento . Es preferible que la herramienta quede por debajo del centro de la pieza aunque sea muy poco . 160
También importa que esté perfectamente recta respecto a la canal, para evitar el roce con las caras laterales, posición que debe mantenerse durante toda la operación, lo cual supone que el portaherramientas y la torreta están perfectamente apretados, para evitar su giro, ya que el momento que se produce puede ser considerable (fig . 16 .54) . La mayor dificultad, aunque un observador superficial no lo crea así, es que la viruta no tenga salida fácil ; sería ideal que el material quebrase en pequeñas virutas, no siempre posible, sobre todo, con materiales plásticos. La viruta es de un ancho teórico igual arde la ranura ; pero, se deforma y aumenta de tamaño por el calor de corte . Al dilatarse se aprieta contra la ranura y aumenta el rozamiento y el calor, complicando constantemente el fenómeno . De donde, la necesidad de refrigerar y lubricar eficazmente pieza y viruta, para evitar el excesivo calentamiento y, así, disminuir la presión. Los aceites de corte resultan más adecuados que la propia taladrina, porque, si bien es cierto que no son tan eficaces como refrigerantes, lo son como lubricantes . Si el material no necesita lubricación, puede refrigerarse con aire a presión. Para pequeñas producciones hay quien utiliza un recurso queda buen resultado, pero que estropea más material y, además, no permite una superficie bien acabada . Consiste en dar a la herramienta un pequeño vaivén en sentido longitudinal, mientras avanza en profundidad, para que la ranura sea más ancha. En este caso, es preferible hacer el avance a mano ; de este modo, se pueden alternar los dos movimientos a voluntad . 16 .8
Durante la operación debe refrigerarse abundantemente, de preferencia con aceite de corte. La operación se desarrolla en dos o tres pasadas, limpiando moleta y pieza a cada pasada, para eliminar, por completo, las finas virutas que se van desprendiendo . Al dar una pasada sobre la otra, hay que oprimir las moletas con energía, para que ocupen la misma posición y refuercen el dibujo, en vez de destruirlo . Cuando el moleteado no deba cubrir toda la superficie, conviene hacer una ranura de final de moleteado (fig . 16 .59), para evitar una mala terminación . Conviene empezar desde la ranura hacia la punta (fig . 16 .59) . La forma de su representación gráfica puede verse en el apartado 8.9 de Técnicas de Expresión Gráfica 1.2.
Fig. 16.55 Pieza moleteada.
Fig. 16.56
Grafilas o moletas.
Fig. 16.57 Portagrafilas. parte de pieza .oleteada
Pulido
Para piezas de precisión no se debe emplear otro pulido mas que el producido por un acabado cuidadoso con herramientas . Si no se necesita exactitud de medidas, sino una brillante presentación, se puede emplear la tela de esmeril fina . Debe desterrarse el pulido a lima en todos aquellos trabajos que requieran precisión de medidas. Cuando el acabado con herramienta no es suficiente, se recurre al rectificado o amolado en el mismo torno o en máquinas especiales ; y, si ni aún esto es suficiente, se acude a los llamados superacabados: lapeado, rodado, etc.
Fig. 16.59 Moleteado parcial y posición de la moleta.
11 .
Fig. 16.54 Posición correcta de la cuchilla de trocear.
Graf¡lado o moleteado
Consiste en cubrir la superficie de las piezas cilíndricas con dibujos especiales (fig . 16 .55), para hacerlas rugosas o más agradables a la vista . Se emplean herramientas llamadas grafilas o moletas (fig . 16 .56), montadas sobre un soporte llamado portagrafilas (fig . 16 .57) . Es una :operación fácil, que sólo bien realizada, produce resultados aceptables . Es preciso que las moletas conserven afiladas sus aristas, para la fácil penetración, y correcta impresión de su dibujo . Al iniciar la operación, se aproxima la moleta a la pieza, de manera que sólo quede cubierta la mitad de la herramienta (fig . 16 .58), y, en esa posición, se aprieta instantáneamente ; el avance puede hacerse a mano o automáticamente, pero de un modo relativamente rápido .
16 .9
Fc
Tecnología del Metal / 2
moleta
Fig. 16.58 una pieza.
Inicio en el moleteado de
16 .10 Otras operaciones otras Además de todas estas operaciones, se pueden efectuar en el torno estuse que, en general, requieren accesorios especiales, que posteriormente diarán . SEGURIDAD E HIGIENE
Se recomiendan las siguientes normas para trabajar en el torno : 1 .a No se debe manipular ningún mecanismo, mientras el torno está en marcha ; es siempre que se trate de una más : conviene quitar los fusibles o desenchufar la corriente, . en sitio peligroso manipulación larga o 2.a Hay que tener siempre protegidos los engranajes de recambio, con la carcasa o el tren defensa apropiada . Cuando se trabaje en los engranajes de recambio, déjese libre tanto, no las ruedas y, por no girarían eje principal, basculante ; así, aunque girase el habría peligro . 3.a Hay que tener en cuenta la posición de las herramientas, al manipular las piezas o al verificar ; porque a veces, cortan como auténticos cuchillos . se deben dejar piezas con rebabas, porque pueden producirse cortes durante No 4 .1 . posteriormente el trabajo y apartan 5.a Las virutas pueden ser causa de accidentes, en manos y piernas . No se evitan este peligro . rompevirutas que pies ; existen con las manos desnudas, ni con los sobresalen de las piezas que los perros y los platos, vigilar las garras de 6.a Se deben las dimensiones habituales del torno .
NORMALIZACION etc .
tornillos, Conviene emplear siempre elementos normalizados : herramientas, bridas,
MEDIOS DIDACTICOS
bien estudiadas, Una buena serie de ejercicios prácticos hechos, según instrucciones completará las nociones descriptivas . instructivo si se Visitar la sección de tornos en una buena empresa, puede ser muy encargados . hace en grupos pequeños, con oportunidad de preguntar a operarios y
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO
contrastados, y Redactar una memoria de las visitas hechas, con los detalles prácticos desacuerdo . acuerdo o aportación dei propio hacer un análisis de las cuestiones con
EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION
una seguridad casi Prácticas de cada una de las operaciones básicas, hasta alcanzar absoluta .
PROBLEMAS
características del Para resolver los siguientes problemas conviene tener en cuenta las colocándose en la elegido ; modelo previamente torno en que se trabaja, o las de un el taller . ejecutarlo en tiene que el problema, actitud de quien, una vez resuelto Problema 1 Hay que mecanizar en un torno paralelo una pieza de velocidad de corte de 30 m/min . ; calcular : - El número de revoluciones a adoptar según gráfico .
20
30
mm de diámetro, con una
Problema 2 de corte es de Trabajar en un torno una pieza de 125 mm de diámetro . Si la velocidad m/min ; calcular : - El número de vuletas por minuto .
Problema 3 diámetro . El Se está efectuando el torneado de una pieza de aluminio de 80 mm de : r .p .m . ; calcular rápido a 500 trabajo se realiza con herramienta de acero . - La velocidad de corte a que se está trabajando y decir si es correcta 162
Problema 4 En un torno paralelo se ha de hacer una serie de 1000 piezas . El mecanizado se hará en una sola pasada de 5 mm . El diámetro exterior es de 80 mm, la velocidad de corte 24 m/min . y el avance de 0,1 mm/rev . ; calcular : - Número de r .p .m . a adoptar . - Sección de viruta que se obtendrá . Problema 5 Se tiene que desbastar en un torno, cuya sección máxima de viruta es de 14 mm z , una barra de acero suave de 80 mm de diámetro hasta 40 mm . El avance más idóneo, según las características del material y de la herramienta, es de 1,5 mm/rev . ; calcular : - Profundidad de corte . - Número de pasadas necesarias para rebajar el material sobrante . - Número de revoluciones apropiado para cada pasada . Problema 6 Se quiere mecanizar, en un torno paralelo, una barra de acero suave, de 60 mm de diámetro y 300 mm de longitud, en calidad de desbaste, hasta 46 mm . El avance es de 1 mm/revolución y la sección de viruta máxima que admite el torno es de 7 mm z ; calcular : Profundidad de la pasada en mm . Ver si esta profundidad de corte es correcta para una sola pasada . Número de revoluciones necesario, para conseguir una velocidad de corte apropiada . - Tiempo empleado en una pasada . Problema 7 Se está mecanizando en un torno una pieza de 80 mm de diámetro a 200 r .p .m . Si el avance es de 0,15 mm/rev . y la profundidad de corte de 5 mm ; calcular : - Velocidad de corte . - Sección de viruta . Problema 8 Se está efectuando el torneado de una pieza de acero suave de 50 mm de diámetro . El trabajo se realiza con herramienta de acero rápido a 300 r .p .m . ; calcular : - A qué velocidad de corte está trabajando . - ¿Es correcta? Problema 9 Se debe refrentar en desbaste una pieza hueca de acero F 612, cuyos diámetros exterior e interior son 250 y 60 mm respectivamente ; calcular : - Número de revoluciones más adecuado . - En caso de que una sola velocidad no sea apropiada, decir cuántos cambios hay que efectuar . Problema 10 Se tiene que tornear la pieza de la figura 16 .60 . Decir cuál es el sistema más apropiado para su ejecución : - Si hay que hacer una sola pieza . - Si hay que hacer 500 piezas . - Sistema de verificación a emplear . Calcular : - Los datos necesarios para la construcción del cono . - Número de revoluciones adecuado, si se trabaja con herramientas de metal duro y las piezas son de acero F-114 . - Las posiciones extremas del comparador, para hacer la verificación del cono .
CUESTIONARIO - ¿Qué cuestiones previas han de tenerse en cuenta
para tornear? - ¿Qué se entiende por torneado en desbaste? ¿Qué es lo más importante? - En el torno, ¿se pueden obtener grandes precisiones económicamente hablando? - ¿Cómo se verifican los cilindros? - ¿Cómo pueden corregirse los defectos de alineación del eje del cabezal y del contracabezal? - ¿Tiene importancia la colocación de la herramienta para el torneado de conos? ¿En qué sentido? - Describir la manera o maneras de tornear conos . - ¿Cómo se verifican los conos? ¿A qué hay que atender? 163
Fig. 16 .60
- ¿Qué herramienta se emplea para taladrar y maneras de sujetarla con las ventajas e inconvenientes de cada una? - ¿Presenta la misma dificultad el torneado de interiores que el de exteriores? ¿Por qué? - Indicar por qué la colocación de la luneta tiene importancia para que el torneado sea correcto o no . - ¿Qué es el refrentado? ¿Qué problemas se presentan principalmente? - ¿En qué consiste la operación de troceado? - ¿Es fácil trocear? ¿Por qué? - Describir los distintos tipos de herramientas empleadas en el troceado, y decir las ventajas o inconvenientes de cada una . - ¿Es importante la lubricación en el torneado? - Enumerar algunos líquidos empleados para lubricar y refrigerar . - ¿Qué es el moleteado? ¿Es fácil o difícil moletear? ¿Cómo se hace? - ¿Qué finalidad tiene el pulido en el torno? VOCABULARIO TÉCNICO
Momento: En Mecánica, se llama momento de una fuerza respecto a una recta o a un punto, al producto de la intensidad de la fuerza por la menor distancia entre la dirección de la fuerza y el punto o recta.
Tema 17 .
Roscado en el torno. Sistemas de roscas
OBJETIVOS
- Conocer los sistemas de roscas más utilizados normalmente .
- Tener datos concretos sobre dimensiones de roscas, para su ejecución en el taller. GUION - Sistemas de roscas empleados.
- Roscas triangulares . - Deducción de las fórmulas para las roscas triangulares . - Otras roscas .
PUNTOSCLAVE
- Conocer las peculiaridades de cada uno de los sistemas .
CONOCIMIENTOS PREVIOS
- Repasar los conceptos sobre roscas . Tema 22 de Tecnología del Metalll .
EXPOSICION DEL TEMA 17 .1
Introducción
Antes de entrar en la ejecución de roscas en el torno, se estudiarán con detalle las dimensiones y formas de las roscas . Ya, en el tema 22 de Tecnología del Metalll, se dieron los conceptos fundamentales de tornillos y tuercas ; clasificación, elementos, dimensiones, representación, designación y acotación de roscas . Se iniciaron los sistemas de roscas y se dieron unos extractos de tablas, como base suficiente para el roscado a mano . En el presente tema se van a completar aquellos conceptos .
17 .2
Sistemas de roscas empleados
Han sido muchos los tipos de roscas empleados . Para ahorrar gastos y confusiones, se han normalizado y clasificado las roscas por su forma y aplicaciones . Se ha establecido una serie de medidas escalonadas que pueden cubrir las necesidades comunes. 17 .2 .1
Sistema de roscas
Se llama sistema de roscas cada uno de los grupos en que se pueden clasificar las roscas normalizadas con sus especificaciones . 17 .2 .2
Especificaciones
Se refieren a : - forma y proporciones de los filetes; - escalonamiento de los diámetros,- paso que corresponde a cada diámetro; - tolerancias en las medidas. 17 .2 .3
Principales sistemas empleados
Los principales sistemas empleados son : - sistema Whitworth; - sistema Sellers; - sistema Internacional y sus variantes : Métrica DIN, ISO, Francesa; - roscas trapeciales . Acme, DIN, - roscas de diente de sierra; - roscas bastas; - roscas finas. 17 .3
Sistema Whitworth
Ha sido el más empleado hasta ahora, pero tiende a desaparecer y ser sustituido por la rosca Métrica o rosca Sellers. 17 .3 .1
Forma y proporciones del filete (fig . 17 .1) El filete es de forma triangular, con la cresta y el fondo redondeados (transparencia 13 .4) . El ángulo de flancos es de 55° . Llamando P al paso, las dimensiones del filete serán' Altura del filete H, = 0,64033 - P =
h3
LRadio de redondeamiento r = 0,13733 . P Estos valores se deducirán al final del tema, para mejor grabar las ideas . Como se ve en la figura, si H es la altura del triángulo teórico, el trunca6 miento de cresta y fondo será y la rosca teórica no tendrá juego . H= 0,96049 P H, =h3 =0,64P r =0,14 P
Di =d3=D-1,3P D1=dp=D-q64 P Hz = H, Truncamiento= Fig. 17.1
6
0,16P
Fórmulas yperfil de la rosca Whitworth.
1 Las dimensiones que aquí se dan son las teóricas de las tablas normalizadas . Por ejemplo, en la DIN l l . Con todo, para uniformar letras y nomenclaturas, se emplean siempre las mismas, sea el sistema que sea . Se adoptarán las recomendadas en la norma Iso. 165
17 .3 .2
Diámetros y pasos
más Los diámetros y pasos se expresan en pulgadas ; pero la manera cada que entran en el número de filetes paso, es por corriente de expresar el pulgada de longitud . Así, si una rosca tiene P =-!8-,, se suele decir : una rosca de 8 hilos en una simplemente, de 8 hilos por pulgada (fig . 17 .2, transparen-
pulgada, o, cia 13 .8) .
Fig. 17,2 Medición del paso en hilos por pulgada .
17 .3 .3
Denominación de roscas Whitworth
17 .3 .4
Empleo de roscas Whitworth
Las roscas Whitworth se expresan por el diámetro nominal (en pulgadas correspondientes al diámetro exterior) . Así, una rosca que tiene 1/2" de diámetro exterior, se denomina rosca de 1/2" . En las roscas con juego en las puntas, resulta que el diámetro exterior del tornillo ha quedado menor, por el rebaje de las crestas (fig . 17 .3), pero el valer de este rebaje o achaflanado no está normalizado . achaflanado
A pesar de que, como ya se ha dicho, deben evitarse, aún se emplean para usos corrientes en maquinaria y estructuras metálicas. Deben evitarse, sobre todo, las roscas de diámetro pequeño, porque resul. tan de paso muy grande y, por ello, aprietan poco y se aflojan con facilidad . roscas Whitworth En la tabla 17 .4 se dan las principales medidas de las
v Rosca Whitworth achaflanada .
Fig. 17.3
Tabla 17.4 Diámetro nominal D pulgadas 1 /4 5 /16 3/ a
'/ 2 5/ 8 3/ 4
1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6
/$
118 '/4 3/ 8
'/ 2
5/ 8 3/ 4
' /4 1 /2 3/4
'/ 4 '/ 2 3/4 '/4 '/2 3/4 1/ 4 '/2 3/ 4
I
Diámetro exterior D = d mm 6,350 7,938 9,525 12,700 15,876 19,051 22,226 25,401 28 31,576 ,751 34,926 38,101 41,277 44,452 50,802 57,152 63,502 69,853 76,203 82,553 88,903 95,254 101,604 107,954 114,304 120,655 127,005 133,355 139,705 146,055 152,406
Extracto de la rosca Whitworth
Hilos por pulgada Z
Paso 1, mm
20 18 16 12 11 10 9 8 7 7 6 6 5 5 4 4 4 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2
1,270 1,411 1,588 2,117 2,306 2,540 2,822 3,175 3,629 3,629 4,233 4,233 5,080 5,080 5,645 6,350 6,350 7,257 7,257 7,816 7,816 8,467 8,467 8,835 8,835 9,237 9,237 9,677 9,677 10,160 10,160
'/2
'/2 '/ 2
'/ 4 '/4
7/8 7 /e 3/4 3/4 s/a 5/e 1 /2 '/2
166
I AlturaDiámetro en los flancos del filete d2 = D2 h 3 = H, - mm mm 0,813 0,904 1,017 1,355 1,479 1,627 1,807 2,033 2,324 2,324 2,711 2,711 3,253 3,253 3,614 4,066 4,066 4,647 4,647 5,005 5,005 5,422 5,422 5,657 5,657 5,915 5,915 6,196 6,196 6,506 6,506
5,537 7,034 8,509 11,345 14,397 17,424 20,419 23,368 26,253 29,428 32,215 35,391 38,024 41,199 47,187 53,086 59,436 65,205 71,556 77,548 83,899 89,832 96,182 102,297 108,647 114,740 121,090 127,159 133,509 139,549 145,900
Diámetro interior D, = d3 mm 4,724 6,131 7,492 9,990 12,918 15,798 18,611 21,335 23,929 27,104 29,505 32,680 34,771 37,946 43,573 49,020 55,370 60,558 66,909 72,544 78,894 84,410 90,760 96,639 102,990 108,825 115,176 120,963 127,313 133,043 139,394
Broca para la tuerca Serie 1 mm 5,00 6,40 7,70 10,25 13,25 16,25 19,00 21,75 24,50 27,50 30,00 33,00 35,00 38,50 44,00 49,5 56,0 61,5 67,5 73,5 79,5 85,5 91,5 97,5 103,5 109,5 115,5 122 128 134 140
(-
Serie mm 11 5,1 6,5 7,9 10,5 13,5 16,5 19,25 22,00 24,75 27,75 30,5 33,5 35,5 39,0 44,5 50,0 56,5 62,0 68 74 80 86 92 98 104 110 116 122,5 128,5 134,5 140,5
17 .4
Sistema Se¡ lers
Es el sistema empleado en los Estados Unidos (transparencia 13 .9) . 17 .4 .1
Forma y proporciones del filete (fig. 17 .5) El filete es de forma triangular, con crestas y fondos achaflanados . El ángulo de rosca es 60° . Si se llama P al paso, las dimensiones del filete serán : 1 Altura del filete H I = 0,64952 - P = h3 Como se ve en la figura, si H es la altura del triángulo teórico, el chaflán
de la cresta y del fondo valdrá 8 .
Teóricamente no hay juego. En la práctica, se suele permitir un poco de juego, rebajando algo más las crestas que los fondos . H =086603 P
H, =h, = 0,65 P
c=0,11P
0r = d3 =D-1JP
Dz = dp =D-0,65P . HZ =HI
8 Fig. 17.5
= O,tOB P
Fórmulas y perfil de la rosca Sellers.
17 .4 .2 Diámetros y pasos Los diámetros se expresan en pulgadas . Los pasos, también en pulgadas ; pero como se ha dicho para la Whitworth, se suele expresar en forma de hilos por pulgada . 17 .4 .3
Denominación de la rosca Sellers La rosca Sellers se expresa por su diámetro exterior en pulgadas, seguido del número de hilos por pulgada y de las letras NC, NF, NS, según se trate de roscas bastas, finas o especiales, respectivamente . Por ejemplo, una rosca Sellers de 1" y 8 hilos por pulgada se denomina :
17 .4.4
Empleo de las roscas Sellers
La rosca Sellers es la que, prácticamente, se utiliza en todo tipo de roscas de fijación en los EE .U_U . ; pero se ha extendido mucho entre nosotros, sobre todo la rosca Sellers fina, conocida como rosca SAE, muy usada en automóviles . En la tabla 17 .6 se dan algunos valores de roscas Sellers Nacional Americana . 17.5
Sistema Internacional S.I . Es el sistema Métrico, elegido para sustituir los varios existentes (transparencia 13 .5) . 1,7 .5 .1
Forma del filete (fig . 17 .7) Es de forma triangular con la cresta achaflanada y el fondo redondeado . El ángulo de los flancos es de 60° . 16 7
01 d3 D2 r H H1 H2 D'
= = = = =
d - 1, 29904 P d -1, 4106 P d -0,64952 P 0, 054125 P 0,86604 P = h3 = 0,7053 P = 0,64952 P = d + 0,10825 P
Tabla 17.6
t Designac . (
0 1 2 3 4 5 6 8 10
4" 16 "
/ 5/
3/6 "
7 /16"
1/2 "
9 / 16"
5/8 "
3 /4 " 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3
/6 "
1 /a 1 /4 1 /2 3 /4
" " " "
1 /4 " 1 /2 " 3 /4 " "
Rosca nacional americana Sistema Sellers y rosca SAE (EE .UU .) Rosca fina (N. F.) = Rosca SAE
Rosca basta (N. C.) Diámetro exterior D=d mm 1,854 2,184 2,515 2,845 3,175 3,505 4,166 5,486 6,350 7,938 9,525 11,113 12,700 14,288 15,875 19,050 22,225 25,400 28,575 31,750 38,100 44,450 50,800 57,150 63,500 69,850 76,200
Diámetro Diámetro de los interior D 1 = da ` flancos d2 mm mm 1,388 1,594 1,827 2,021 2,351 2,473 3,134 4,110 4,700 6,104 7,463 8,755 10,162 11,538 12,875 15,750 18,559 21,276 23,861 27,036 32,600 37,850 43,468 49,818 55,250 61,100 67,950
1,596 1,889 2,171 2,433 2,763 2,989 3,650 4,798 5,525 7,021 8,494 9,934 11,431 12,913 14,575 17,400 20,392 23,338 26,218 29,393 35,350 41,150 47,134 58,484 59,375 65,725 72,075
N.o de filetes por puf .
paso en
64 56 48 40 40 32 32 24 20 1.8 16 14 13 12 11 10 9 8 7 7 6 5 4 1 /2 4 1 /2 4 4 4
0,397 0,454 0,529 0,635 0,635 0,794 0,794 1,058 1,270 1,411 1,588 1,814 1,954 2,117 2,309 2,540 2,822 3,175 3,629 3,629 4,234 5,080 5,645 5,645 6,350 6,350 6,350
mm
¡ Profun- Diámetro didad de ( exterior la rosca D=d h3 mm mm 1,524 0,258 1,854 0,295 2,184 0,344 2,515 2,845 0,412 0,412 3,175 0,516 3,505 4,166 0,516 0,688 5,486 6,350 0,825 0,917 7,938 1,031 9,525 11,113 1,179 1,269 12,700 14,288 1,375 1,500 15,875 1,650 19,050 22,225 1,833 2,062 25,400 28,575 2,357 2,357 31,750 2,750 38,100 3,300 3,666 3,666 4,125 4,125 4,1251-
~
Diámetro T Diámetro N.o de paso en interior ; de los flancos filetes mm D 1 = d3 ' d2 P Pul. mm mm 1,112 1,395 1,668 1,925 2,157 2,425 2,681 3,250 4,308 5,171 6,562 8,150 9,463 11,050 12,454 14,401 16,988 19,867 23,042 25,825 29,000 35,350 -
1,318 1,625 1,926 2,220 2,501 2,800 3,093 3,708 4,897 5,762 7,250 8,837 10,288 11,875 13,371 14,958 18,019 21,046 24,221 27,200 30,375 36,725 -
80 72 64 56 48 44 40 36 28 28 24 24 20 20 18 18 16 14 14 12 12 12 -
0,318 0,353 0,397 0,454 0,529 0,577 0,635 0,706 0,907 0,907 1,058 1,058 1,270 1,270 1,411 1,411 1,588 ~ '1,814 1 1,814 2,117 2,117 2,117 -
I
didad de la rosca h3 mm 0,206 0,229 0,258 0,295 0,344 0,375 0,412 0,458 0,589 0,589 0,688 0,688 0,825 0,825 0,917 0 917 1,031 1,179 1,179 1,375 1,375 1,375 -
Si P es el paso, se tendrá : Altura del filete H, = h3 = 0,7053 P l
6.
Llamando H a la altura del triángulo teórico, resultará el truncamiento de las crestas -H- y el redondeado del fondo Es pues, un sistema con el que, ya de salida, se cuenta con un juego en las puntas y, por tanto, con un contacto más fácil en los flancos, cosa que en los otros sistemas sólo se logra por aplicaciones prácticas, pero que teóricamente no está previsto . 17 .5 .2
Diámetros y pasos
17 .5 .3
Denominación de las roscas S.I .
17 .5 .4
Empleo de la rosca S.I .
Aquí todas las medidas se dan en milímetros .
Las roscas S .I . se designan por el diámetro exterior del tornillo precedido de la letra M y seguido de la sigla S .I . Ejemplo: rosca Métrica S .I . de 12 mm de diámetro exterior del tornillo y de 1,75 mm de paso : NI 12 - S .I . Es la más utilizada, pero, como se verá enseguida, ha sido modificada en algunos países, por ejemplo en Francia y Alemania . Para intentar unificar al máximo, la Comisión Internacional de Normalización ha recomendado el perfil o rosca ISO, que va ganando terreno en todos los países . 168
17 .5 .5
Sistema francés (transparencia 13 .5)
Es exactamente igual que el de la Sellers Americana, pero con las medidas en milímetros ; es decir, con crestas y fondos achaflanados a 17 .5 .6
8.
Sistema DIN (fig . 17 .8) (transparencia 13 .5)
La rosca DIN tiene la cresta del tornillo achaflanada deado también a $ -
8 y el fondo redon-
Es una rosca teóricamente sin juego, es decir, que la tuerca es al revés : cresta redondeada y fondo achaflanado :
3 = 0,64952 - P r=
= h
0,1082 - P
siendo P = paso . 17 .5 .6 .1
Denominación de la DIN
Igual que la S .I ., pero sin la sigla S .I . Así, M24 es una rosca DIN métrica de 24 mm de diámetro y 3 mm de paso . En la práctica, se achaflana la cresta de la tuerca y se redondean los fondos de la tuerca, con lo que se parece más a S .I ., pero con diámetro del núcleo mayor . 17 .6
Sistema ¡SO (fig . 17 .9) (transparencias : 13 .5 y 13 .7)
Es el perfil últimamente recomendado internacionalmente y hacía el cual hay que tender (ver normas UNE 17701-75 a 17704-75). En principio, es del estilo de los sistemas Sellers y Francés, es decir, achaflanado en fondos y cresta y ajuste total . La variante está en el fondo del tornillo y en la correspondiente cresta de la tuerca, de valor doble que en aquéllos, es decir Si P es el paso, se tendrá :
LH
4 en lugar de 8
= 8 " H = 0,54127 P
Estas son la forma y dimensiones teóricas, pero se prevén, para la aplicación práctica, unas variantes, como a continuación se expone : 17 .6 .1
Perfil de rosca
Sin juego de flancos (fig . 17 .10) . Se prevé un redondeado en el fondo de la tuerca con forma discrecional ; pero, el flanco ha de ser recto hasta alcanzar el diámetro D, teórico. El fondo del tornillo se hace redondeado, con previsión de un truncamiento máximo de de la tuerca valdrá :
6, con lo que el juego con la cresta
Con esto, la altura del filete del tornillo será : _H,+12=8H+B12 =P4H=0,61343 -P
Fig. 17 . 10 Perfil para ajuste sin juego en los flancos.
169
y el radio =6=0,14434-P Con esta variante, no quedarán afectados los diámetros de los flancos, que valen : D2 = d 2 = d -
4 H = d - 0,64953 - P
Tampoco varía la altura portante que vale H 1 . 17 .6 .2
Fig. 17.13 Perfil de la rosca Acme .
Tabla 17 .14 Extracto de la rosca trapecial ACME Diámetro pulgada
1 1 1 1 1 1 2 2 3 4 5
1 /4 5 / 16 3 /a 7 /16 1 /z 5/ 8 3/4 7 /a 1113 1 /4 3/9 1 /2 3/ 4 1/2
N.° de hilos por pulgada
Paso mm
16 14 12 12 10 8 8 8 5 5 5 5 4 4 4 2 2 2 2
1,588 1,814 2,117 2,117 2,540 3,175 3,175 3,175 5,080 5,080 5,080 5,080 6,350 6,350 6,350 12,700 12,700 12,700 12,700
Instrucciones
1 .a Elección de diámetros. Los diámetros nominales se toman, en primer lugar, de la columna 1, tabla 17 .11 . Si éstos no son suficientes, se toman los de la columna 2, y, finalmente, los de la columna 3. 2 .a Elección de los pasos. En primer lugar, se elige el paso mayor, es decir, el de la rosca ordinaria . Cuando, por razones de funcionamiento o construcción, convengan roscas más finas, pueden emplearse los otros pasos . No se olvide, sin embargo, que hacer paso más fino supone siempre mayor dificultad, por ser las tolerancias más estrechas . Se prefieren los pasos de : 3-2-1, 5-1-0, 75-0,5 . 3.a Denominación . Igual que la métrica DIN, las roscas ordinarias se designan por el símbolo M, seguido del diámetro nominal : M30, quiere decir una rosca de 30 mm de diámetro exterior y 3,5 mm de paso . Las roscas finas se designan por el símbolo M, el diámetro exterior seguido del signo x (por) y el paso en milímetros: M30 x 1,5, quiere decir, roscado 30 mm de diámetro exterior y 1,5 mm de paso . Observación En documentos extranjeros puede aparecer, para roscas menores de 5 mm, en lugar del símbolo M, el símbolo S . También se puede poner detrás ISO : ejemplo, M30 ¡SO . Para las aplicaciones prácticas se utilizan los datos de la tabla 17 .12 .
17 .7
Rosca trapecial
La rosca de perfil trapecial se utiliza, principalmente para la transmisión y transformación de movimientos . Hay dos sistemas en uso : - rosca Acme; - rosca DIN (ver transparencia 13 .10) . 17 .7 .1
Rosca Acme (fig . 17 .13)
La rosca Acme tiene un ángulo entre flancos de 29°, con juego en las puntas; los diámetros y pasos se indican en pulgadas . Las proporciones de la rosca, en función del paso, son las siguientes (medidas en mm) : Angulo de flancos= 29° Profundidad de rosca,
=h 3 =0,5-P+0,254mrn'
1 Estos valores son para roscas de paso de 10 hilos por pulgada, o más bastas . Para pasos de 12 hilos por pulgada o más finos se emplean las siguientes : H1 =h3 =0,5 P +0,157 mm f =0,157 mm b = 0,37069 - 0,066 mm En la tabla 17 .14 se dan los valores de las más empleadas . 170
Tabla 17.11 Diámetro nominal mm
Columna 1
Columna 2
Series de diámetros y pasos
Rosca regular
Columna 3
Sección
Paso P
3
núcleo mm 2
0,5
4,47
0,6
6
0,7
7,75
3,5 4 4,5
Rosca fina Sección núcleo en mmz para paso P en mm
3
2
1,5
1,25
1
0,75
9,0
10,1
0,8
12,7
1
17,9
1
26,2
1,25
32,8
1,25
36,0
39,4
43,8
1,5
47,5
51,3
52,3
1,5
60,5
64,8
65,9
1,75
75,0
79,8
76,2
11,9 15,1
5,5 6 7 8 9 10 11 12 14
2
105
2
144
18,8 20,3 29,0
56,3 81,1 116
15 16 17 18 20 22 24
_
157
171
180
195
205
221
242
259
277
2,5
282
300
319
3
339
324
365
386
407
399
421
444
473
497
522
513
537
563 650
427 519
544
596
623
686
714
733
763
3,5
647
675
4
759
820
884
916
4
913
980
1050
1080
040
1110
1140
35
864
40
Profundidad de contacto,
149
190
32
39
136
225
3,5
36
128
2,5
28
33
122
91,2
175
3
30
86,0
2,5
25 27
0,35 5,19
0,75
5
0,5
H.2 . . .=0,5 .Pmm
Profundidad superior, Juego en las puntas, rf== 0,254 mm' Anchura de la cresta, Anchura del fondo, Lb = 0,37069 - P - 0,132 mm'
i
7,41
Tabla 17 .12
H-0 86603 p H,= 5 H=0,54127.P
Perfil ¡SO
21
~..v
-
f ?
hh=23H=0,61343 .P d,=0,=d-2H,=d-1,06253 .P dz=D2=d-¡H-d-0,64952 .P
Tuerca
d3= d-2h3 =d-1,22687. P r= _ 0,14434 . F
I_ - serie I 1 I
1,6
I I
2 2,5 3
1`-
4
1'
5 6
I I
8 10 12
I
i
16
nominal serie 11 1,8 2,2 3,5 4,5 7
14 18
-o
Tornillo
6
I
lI
P 0
0
Paso
0 medio
del núcleo
agujero
P
d2 = O2
d3
D, = d,
h3
0,35 0,35 0,4 0,45 0,45 0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 1 1 1,25 1,5 1,75 2 2 2,5
1,373 1,573 1,740 1,980 2,208 2,675 3,110 3,545 4,013 4,480 5,350 6,350 7,188 9,026 10,863 12,701 14,701 16,376
1,221 1,421 1,567 1,713 2,013 2,459 2,850 3,242 3,688 4,134 4,917 5,917 6,647 8,376 10,106 11,835 13 ;835 15,294
0,215 0,215 0,245 0,27E 0,276 0,307 0,368 0,429 0,460 0,491 0,613 0,613 0,767 0,920 1,074 1,227 1,227 1,534
1,171 1,371 1,509 1,648 1,948 2,387 2,764 3,141 3,580 4,019 4,773 5,773 6,466 8,160 9,853 11,546 13,546 14,933
17 .7 .2
Radio del fondo
Sección
H,
r
mm 2
0,189 0,189 0,216 0,243 0,243 0,271 0.325 0,379 0,406 0,433 0,541 0,541 0,677 0,812 0,947 1,083 1,083 1,353
0,051 0,051 0,058 0,065 0,065 0,072 0,087 0,101 0,108 0,115 0,144 0,144 0,180 0,217 0,253 0,289 0,289 0,361
1,08 1,47 1,79 2,13 2,98 4,47 6,00 7,75 10,1 12,7 17,9 25,4 32,8 52,3 76,2 105 105 175
Altura filete
Broca para tuerca serie 1
serie 11
0,8 1 1,45 1,75 1,90 2,45 2,70 3,20 3,70 4,10 4,90 5,90 6,60 8,20 9,90 11,50 13,50 15,00
0,8 1 1,45 1,80 2,00 2,50 2,80 3,30 3,80 4,20 5,00 6,00 6,70 8,40 10,00 11,75 13,75 15,25
Rosca trapecial DIN (fig . 17 .15)
La rosca DIN tiene un ángulo de 30° con juego en las puntas . En la DIN 103, se dan las medidas para las roscas ordinarias . La rosca trapecial se designa siempre con el símbolo Tr, seguido del diámetro exterior del tornillo, luego el signo x y el paso . Ni que decir tiene, que todas las medidas figuran en milímetros . Ejemplo : una rosca de 30 mm de diámetro y 6 mm de paso se designará por : Tr . 30 x 6 En la tabla 17 .16, se da un extracto de las medidas de la DIN 103 y, en la 17 .17, las dimensiones de los filetes para varios pasos . 17 .8
Rosca en diente de sierra (transparencia 13 .10)
La rosca en diente de sierra DIN tiene un ángulo entre flancos de 33°, tal como puede apreciarse en la figura 17 .18 . Los diámetros y pasos se dan en milímetros . Las proporciones de la rosca, en función del paso, son las siguientes : Profundidad de contacto Anchura de las crestas Juego en el fondo 4 Fig. 17.15 Rosca trapecial DIN.
H 2 =0,75-P]
e = 0,2738741P]
b=0,11777-P1
Profundidades de la rosca (tornillo) 172
= H' 2 + b = 0,86777 - P
Profundidad de la rosca (tuerca)
H 2 =0,75-P
Truncamiento de la cresta (tornillo)
i = 0,52507
Truncamiento de la cresta (tuerca) Altura del triángulo teórico
0,4569P -
P
Pl Iti Fig. 17.18
t = 1,73205 - P
Rosca diente de sierra.
Redondeamiento del fondo (tornillo) Ir = 0,12427 --P Tabla 17 .16 TORNILLO Diám . de la rosca D mm
Diám. del núcleo d', mm
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 40 44 48 50 52 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
6,5 8,5 9,5 11,5 13,5 15,5 16,5 18,5 20,5 22,5 23,5 25,5 29,5 32,5 36,5 39,5 41,5 43,5 45,5 50,5 54,5 59,5 64,5 69,5 72,5 77,5 82,5 87,5
17 .9
Rosca trapecial DIN
Tabla 17 .17
TUERCA
Diám . en los flancos d'2 mm
Paso p mm
8,5 10,5 12 14 16 18 19,5 21,5 23,5 25,5 27 29 33 36,5 40,5 44 46 48 50,5 55,5 60 65 70 75 79 84 89 94
3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 7 7 8 8 8 9 9 10 10 10 10 12 12 12 12
Diám, exterior d mm
Diám . del agujero d, mm
10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5 22,5 24,5 26,5 28,5 30,5 32,5 36,5 40,5 44,5 48,5 50,5 52,5 55,5 60,5 65,5 70,5 75,5 80,5 85,5 90,5 95,5 100,5
7,5 9,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18 20 22 24 25 27 31 34 38 41 43 45 47 52 56 61 66 71 74 79 84 89
Paso p mm
Profundidad de la rosca en el tornillo h', mm
Profundidad de contacto h, mm
1,25 1,75 2,25 2,75 3,25 3,75 4,25 4,75 5,25 6,25
0,75 1,25 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5,5
2 3 4 5 6 7 8 9 10 12
Juego mm a
b
Radio r" mm
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
0,5 0,5 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Profundidad 1 de la rosca en la tuerca h, mm 1,00 1,50 2,00 2,25 2,75 3,25 3,75 4,25 4,75 5,75
.J Y
I
Se redondeará con el radio r = 0,25 si la rosca ha de transmitir' esfuerzos.
Fig. 17.19
Rosca finas.
Rosca fina
Se entiende por rosca fina aquélla que tiene el paso menor que el de la rosca ordinaria : una rosca de 16 mm de diámetro y 2 mm de paso, es una rosca ordinaria ; si el paso fuese de 1,5 mm se diría que es una rosca fina . La forma del filete es igual a la de la rosca ordinaria en su sistema correspondien te. Se empleará la rosca fina en todos aquellos casos en que la ordinaria tenga demasiada profundidad para el espesor disponible, como husillos huecos, tubos, etc . (fig . 17 .19) .
17 .9 .1
Proporciones del filete
Rosca fina métrica
Ya se ha dicho que la rosca a utilizar con preferencia es la rosca ¡SO . Con todo, si esto no fuese suficiente, podría emplearse la rosca DIN métrica. En la figura 17 .20 se ve la proporción de los filetes para una rosca ISO M64, y las finas correspondientes . 173
Fig. 17.20 Comparación de roscas métricas.
17 .9 .2
rosca exterior cónica conicidad 1 : 16
detalle X
Dentro de las roscas finas, se emplea internacionalmente la llamada de gas o, según las normas DIN, rosca de tubo Whitworth. El perfil es el de la Whitworth normal (fig . 17 .1) . En la norma DIN 259, se dan los valores para la rosca cilíndrica exterior y para la rosca cilíndrica interior .
Su empleo fundamental es para tuberías de conducción de fluidos con cierre estanco . Para lograr esta estanquidad, pueden emplearse, como medios auxiliares, masillas o pinturas entre los perfiles de tornillo y tuerca . Para mayor eficacia en estos casos, suele emplearse la rosca exterior cónica (fig . 17 .21), según la DIN 2999 . Además, resulta más fácil el montaje ya que, al principio, entra con juego y sólo al final se aprieta. 17 .9 .2 .1
rosca interior cilíndrica
Rosca fina Whitworth (transparencia 13 .9)
Designación de la rosca de tubo
La rosca de tubo se designa, no por el diámetro exterior de la rosca, como se hace con el resto de las roscas, sino por el diámetro interior del tubo ordinario, para el cual se emplea . Así, si se dice que una rosca de tubo tiene 1'r, no quiere decir que tenga el diámetro de la rosca 1 ", sino que esa es la medida del agujero del tubo . En los dibujos, se designa poniendo una R, seguida de la medida nominal del tubo en pulgadas :
R1
'r
Si se trata de una rosca para tuberías o sus accesorios, se completa así: rosca tubo R 1 rr DIN 2999
Fig. 17.21
Rosca de gas Whitworth.
Para lograr el perfil teórico con crestas y fondos redondeados, se usan peines en el tallado de la rosca. Para las medidas, ver la tabla 17 .22. Las roscas trapeciales tienen también su correspondiente rosca fina, ver DIN 378, así como la rosca diente de sierra DIN 514. 17 .10 Rosca basta
Algunos sistemas tienen también roscas de paso mayor que el ordinario para un diámetro determinado . La norma DIN 379 es de rosca trapecial basta ; la norma D I N 515, de rosca diente de sierra basta . En el sistema Sellers se emplea, a veces, la rosca basta . 17 .11
Comparación de los perfiles de rosca triangular
Para tener una idea de conjunto de la diferencia de roscas, en la figura 17 .23 se han representado los filetes de diversos sistemas de roscas, para un mismo paso y diámetro de tornillo d = 68, P = 6 mm . Con los perfiles teóricos se dan también las fórmulas fundamentales teóricas, deducidas más adelante . (En la transparencia 13 .6, comparación entre Whitworth y Métrica) . Observaciones
El que da mayor diámetro en el núcleo es el ISO (61,52 mm) y el menor, el S.I . (59,55) . Los W, SS y DIN dan el mismo (60,2) . 174
Tabla 17 .22 H=0,96049 P Ht
3
Roscas para tubos Whitworth manguito
P
=0,64 P
Z
Tuerca
1
r=0,14 P
=d =D-1,3P p2 =d2 =D -0,64 P
o
H2 = H,
6
~vry~Q0,
1
=g16P
tubo tubo
Diámetro nominal D pulgadas D = d R R R R R R R R R R R R R R R
Diámetros nominales, mm tubo comercial Exterior
Interior
10 13 17 21 26 33 42 48 60 75 88 100 113 138 164
6 8 10 15 20 25 32 40 50 65 80 90 100 125 150
1 /e
1/ 4
3/ 8
1/2 3 /4
1 1 1 /4 1 1 /2 2 2 1 /2 3 3 1/2 4 5 6
Diámetro exterior mm
Hilos
Paso mm
por pulgada Z
9,728 13,157 16,662 20,955 26,441 33,249 41,910 47,803 59,614 75,184 87,884 100,330 113,030 138,430 163,830
28 19 19 14 14 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
0,907 1,337 1,337 1,814 1,814 2,309 2,309 2,309 2,309 2,309 2,309 2,309 2,309 2,309 2,309
Diámetro del núcleo mm d3 = D,
Diámetro en los flancos mm d2 = D2
8,566 11,445 14,950 18,631 24,117 30,291 38,952 44,845 56,656 72,226 84,926 97,372 110,072 135,472 160,872
9,147 12,301 15,806 19,793 25,279 31,770 40,431 46,324 58,135 73,705 86,405 98,851 111,551 136,951 162,351
Altura del filete mm Hr
Distancia
h3 -
1
al plano de medida
Longitud de rosca útil L,
4,0 6,0 6,4 8,2 9,5 10,4 12,7 12,7 15,9 17,5 20,6 22,2 25,4 28,6 28,6
6,5 9,7 10,1 13,2 14,5 16,8 19,1 19,1 23,4 26,7 29,8 31,4 35 ;8 40,1 40,1
a
0,581 0,856 0,856 1,162 1,162 1,479 1,479 1,479 1,479 1,479 1,479 1,479 1,479 1,479 1,479
1
L
Designación de una rosca de tubo Whitworth para un tubo de paso nominal 1/2 (tamaño de la rosca R 1 /2") . Rosca de tubo R DIN 2999 . w
S.S.
3
P
P
a^I
p-
1.5,0
L
H H,
-- 0,96049 P -- h3 -- 0,64 P = 0,14 P D, = d, = D - 1,3 P D, = d, = D - V,64 P =
DIN
p
9T
SS
H, = H, Tmncemionw
S./ .
o
H
6
-- 0,16 P
d . = D - 1,3 P = 68 - 7,8 = 60,2 H, = 0,64 P -- 3,85
H H, c D, D, H, H 8
= -= = = = =
0,86603 P h, = 0,65 P 0,11 P d, -- D - 1,3 P d, -- D - 0,65 P H, 0,108 P
d, = D - 1'.3 P = 68 - 7,8 H, = 0,65 P = 3,9
=
H H, D' D, d,, H, H 8 H 16
60,2
= = = < = =
0 .86603 P h , -- 0,7 P 0 .05 P d + 0,11 P d - 1,3 P d - 1,41 P d - 0,65 P = 0.65 P = 0,108 P
H . H, , D, H, H 8
= = = = = --
0,86604 P H, = h, -- 0,65 P 0,11 P d, = d - 1,3 P H, 0,108 P
- 0,054 P
d, = d - 1,41 P -- 68 - 8,45 = 59,55
d, _ d - 1,3 P = H, - 0,65 P = 3,9
60,2
H H, c c D, D, H, H 8 H 4
= 0,86604 P = h, = H, = 0,54 P = P -- 0,125 P 8 -P = 0,25 P 4 = d, = d -- 1,08 P = d, = d - 0,65 P = H, = 0,108 P =0,216 P
d, = d - 1,08 P = 68 - 6,48 = 61,52 0,54 P - 3,24
60,2
60,2
59,55
60,2
61,52
3,85
3,9
3,9
3 .9
3,24
Fig. 17.23 Diferencia de los perfiles y diámetros para un perfiles de roscas.
0 de 68
y un paso de 6 mm en los varios
En cuanto a la altura portante, se ve que la ¡SO es la menor (3,24) y los otros son prácticamente iguales (3,9) . Se sugiere hacer el cálculo teórico y práctico para patentizar más estos valores . Las diferencias son muy pequeñas, por lo que las ventajas o inconvenientes son más de índole práctica que teórica, por razón de la dificultad de ejecución y por la multiplicidad de herramientas . De ahí que se tienda al empleo de un sistema único . 175
~-
Deducción de las fórmulas y dimensiones de los perfiles teóricos A continuación se realiza la deducción razonada de los principales sistemas de roscas más empleados . 17 .12
Deducción de las fórmulas para roscas Whitworth
17 .12.1
Según la figura 17 .24 se puede establecer :
a P _H = ctg _a ; H = P ctg =P ctg 27° 30' = . 1,92098 = 0,96049 - P 2 2 2 2 2 P 2
Los truncamientos son iguales en la cresta y fondo y valen6, de donde la altura del
Fig. 17.24 Perfil Whitworth.
filete valdrá : = h3 = H - 2 H = H - H =? H = 1 . 0,96049 P = 0,64033 P 3 3 3 6 Por tanto, los diámetros serán : Diámetros exteriores : D = d . Diámetros del agujero y del núcleo : Dl = d3 = D - 2H 1 = d - 2h 3 = D - 2 - 0,64033 P = D - 1,28066 P = d -1,28066 P Diámetro en los flancos: por ser simétrico, quedará en el centro del filete . =d d2 =
2
= D+(D-12806 P) = D-0,64033P=D-H 1 =d-h 3 2
Para el radio del redondeado : a r = sen H+r 2 6 r- H+r sen á-Hsená+rsená ; r 2 - (6 2 6 2
rsena - Hsená ; r 1-sená =Hsená 2) 6 2 2 2 6
Hsená 2 0,96049 P- 0,46175 6 --- 6 = 0,13733P r= a 1 -0,46175 1 - sen2 Resumen de las fórmulas
H = 0,96049 P H I = h3 = 0,64033 P r =0,13733P D I = d3 = D - 1,28066 P D2 '= d2 = D - H, = D - 0,64033 P 17 .12 .2
Deducción de las fórmulas para roscas Sellers
Según la figura 17 .25 se puede establecer que : H _ =ctgá ; H=P .ctga 2 2 2 P 2
también, por ser el triángulo equilátero :
H = cos 30°
0
P
Fig. 17.25 Perfil Sellers. 176
luego : H = P cos 30° = 0,86603 P Los achaflanados son iguales en la cresta y en el fondo y valen : _H 6 de donde la altura del filete valdrá : H1 = h3 = H - 2 8 = H -
4
=
4
H
=
4 . 0,86603 P = 0,64952 P
Por tanto, los diámetros serán : D =d D1 = d3 = D-2H1 = D-2-0,64952P=D-1,29904P D 2 = d 2 = D - H 1 por ser simétrico = D - 0,64952 P Por referirse el achaflanado al triángulo teórico, se tendrá : Altura chaflán = $ por semejanza de triángulos ; _H _x___8 P H De donde, H
x=PÑ=P es decir: Ancho del chaflán
=
8
= 0,125P
Resumen de las fórmulas;
H H1 D1 d2 H' 8 x
= 0,86603 P = h3 = 0,64952 P = d 3 = D - 1,29904 P = D - 0,64952 P = 0,110825P =0,125P
17 .12 .3
Deducción de las fórmulas para la rosca S./. De la figura 17 .26, por similitud con la Sellers, se tiene :
Altura del triángulo teórico, H = 0,86604 P El achaflanado de las crestas,= 0,10825 P El redondeado en los fondos,= 0,054125P
6
De donde : Altura del filete H 1 = h3 = H - 16 -
8 = X16 H = 16
P = 0,7053 P . 0,86604
La altura portante, es decir, la que está en contacto tornillo y tuerca : H2 = H-28 =4H=0,64952P
Fig. 17.26
177 12 .
Tecnología del Meta/ / 2
Perfil S.1 .
Los diámetros: d = diámetro nominal y exterior del tornillo . Díámetro exterior de la tuerca : 8=d+0,10825P 1 D'=d+2 6=d+ Diámetro del agujero de la tuerca : D, =d-2H2 =d-2-0,64952P=d-1,29904P Diámetro interior del tornillo (núcleo) : d3 =d-2h 3 =d-2 -0,7053P=d-1,4106P Diámetro en los flancos:
D2 = d 2 = d - H Z = d - 0,64952 P
Nótese que el D 2 no coincide con el centro de la altura del filete . Radio del redondeado : = sen 30° = 0,5 ; r = 1 H+ r) 0,5 r = 0,
16
H
+0,5r ; r - 0,5 r = 0,5 r = 0,5 H 0,5 16 H ; 16
Resumen de fórmulas: H H, H2 D'
DeWleY
= 0,86604 P = h 3 = 0,7053 P = 0,64952 P = d + 0,10825 P
D, d3 DZ r
s
r
_H 6 - 0,054125 P 1
= d - 1,29904 P = d - 1,4106 P = d - 0,64952 P = 0,054125 P
Deducción de las fórmulas para la rosca DIN figura Como en el sistema S .I . y en el Selleres, H = 0,86604 P, según la
17 .12 .4 17 .27 .
El achaflanado y redondeado valdrán :
8
de donde la altura del filete valdrá : = h3 = H - 2 Fig. 17.27
Perfil DIN.
H 3 = H = 0,64952 P = a la altura portante H«2 8 4
Los diámetros : Nominal D = d Diámetro del agujero de la tuerca = diámetro del núcleo : D, - d3 = d - 2 H, = d - 2 . 0,64952 P = d - 1,29904 P ; + d3 = d - H, = d - 0,64952 P, D2 = d2 = dd Radio del redondeado del fondo :
Resumen de las fórmulas : H H, D, r
r
= 0,86604 P; = HZ = h 3 = 0,64952 P ; = d 3 = d - 1,29904 P ; = 0,1082 P.
= sen 30° = 0,5;
r - 0,5 = 178
0,5 H 8
r = 0,5
8+ r
; 0,5 r = 0,5 8
H
; r=
0,5 H 8 + 0,5 r;
; r =$= 0,1082 P
17 .12 .5
Deducción de las fórmulas para roscas I .S.O . (transparencia 13 .7) Como en las anteriores, la altura del triángulo teórico será H = 0,86604 P, según la figura 17 .28. El truncamiento de la cresta tornillo : 0,21651 P De donde la altura del filete será : H i =h 3 =H-8-4= 8
8
-2
H = 0,10825 P, y el
del fondo del tornillo
4=
Fig. 17.28 Perfil ISO,
H=8H=0,54127 P= a la altura portante H2
Los diámetros : Nominal D = d exterior de tuerca y tornillo : D1=d3=d-2H1=d-2-0,54127P=d-1,08254P Diámetros de los flancos : D2=d2=d-2C2-81=d-2
C8HI=
d- 4 3 =d-0,64952P
Resumen de las fórmulas :
H H1 d3 d2
Ancho de los chaflanes : Como en la Sellers, por semejanzas de triángulos : _P En la cresta tornillo : 8 P En el fondo tornillo : 4 17 .12 .6
= 0,86604 P = h3 = H2 = 0,54127 P = D 1 = d - 1,08254 P = D Z = d - 0,64952 P
Ancho de chaflanes =
Denominación de las roscas en pulgadas
Dada la relativa frecuencia con que se encuentran, en dibujos y libros de procedencia inglesa o norteamericana, dimensiones de roscas no normales entre nosotros, se da a continuación la relación de las siglas empleadas en esos países : Denominación de las roscas en pulgadas 1 .° Sistema Whitworth inglés con filetes a 55° BSW-W British Standard Whitworth Coarse (inglesa gruesa) ; BSF British Standard Fine (inglesa fina especial) ; BSB British Standard Brass (inglesa especial para broncería), BSC British Standard Conduit (inglesa para tubos de electricidad) ; BSP British Standard Pipe (inglesa para tubos en general) ; BSPT British Standard Pipe Taper (inglesa para tubos cónica) . 2.° Sistema norteamericano con filetes a 60°
NS-SAE National Special (americana especial) ; NC-UNC National Coarse (americana gruesa) ; NEF-SAE National Extra Fine (americana extra fina) ; NF-UNF-SAE National Fine Standard (americana fina común) ; NPT National Pipe Taper (americana para tubos cónica) ; NPS National Pipe Straight (americana para tubos en general) ; N .° Numeradas americanas especiales . En los dibujos, es corriente que aparezcan los siguientes datos y por este orden : 1 .° Diámetro nominal de la rosca (diámetro exterior de la rosca en pulgadas, menos en las de tubos, que es el diámetro interior del tubo) : 2" . 2 .° Paso en hilos por pulgadas, seguido de la letra h y comillas :
4Z h" 179
8
yp
El ángulo del perfil de la rosca 55° ó 60° : 60° . Sigla del tipo de rosca: NC.
3 .° 4.°
Ejemplo :
de paso, que Una rosca Sellers de 2" de diámetro exterior 4 1 hilos por pulgada
corresponde al tipo de rosca gruesa americana : 2"-4 1 h" - 60 0 NC 17 .13
Diámetros de las brocas para tuercas
hacer el agujero de las Por ser de uso frecuente el empleo de brocas para DIN 336 en las tablas tuercas, se da, a continuación, un extracto de las tablas 17 .29 y 17 .30. Tabla 17 .29 Diámetro de la broca para roscas ¡SO BROCA PARA LA TUERCA Diám. ext. D = d' 3 4 5 6 7 8 10 12 14 16 18 20' 22 24 27 30 33 36 39 42 45 48
Serie 1 mm
Serie 11 mm
2,45 3,20 4,10 4,90 5,90 6,60 8,20 9,90 11,50 13,50 15,00 17,00 19,00 20,50 23,50 25,75 29,00 31,25 34,25 36,75 39,75 42,00
2,50 3,30 4,20 5,00 6,00 6,70 8,40 10,00 11,75 13,75 15,25 17,25 19,25 20,50 23,50 26,00 29,00 31,50 34,50 37,00 40,00 42,25
Tabla 17 .30 Diámetro de la broca para roscas Whitworth Diám . nomin . D Pulgadas
BROCA PARA LA TUERCA Serie
,1 116 3 /32 /6
5 /32 3 /16 7 /32 1 /4 5/ 16 3 /6 1/ 2 5 /6 3/ 4 1 1 1 1 1
'/6
11 6 1 /4 3 /6 1 12
MM
1 ,2 1,9 2,5 3,2 3,6 4,5 5,00 640 7,70 10,25 13,25 16,25 19,00 21,75 24,50 27,50 30,00 33,00
Serie 11 MM
1,3 2 2,6 3,3 3,7 4,7 5,1 65 7,9 10,5 13,5 16,5 19,25 22,00 24,75 27,75 30,5 33,5
Gas
8,7
11,8 15,25 19 24,5 28 30,5 35,5 39,5 42 45
PROBLEMAS RESUELTOS
diversas roscas . He aquí algunos problemas, de tipo teórico, sobre las
Problema 1
que tiene 4 1/2 hilos ¿Cuál es el paso de una rosca que tiene 20 hilos en 1" y de otra en 1"? Solución Del croquis de la figura 17 .31 y de los datos se deduce que : P para Z - 20 hilos :
180
_
1" __ 1" en 1" Z hilos 1'
1"
y en milímetros : P=
20
. 25,4 = 1,27 mm
para z = 4 1/2 hilos : 1,
P-
z
1
-
1 ", 41 2
-
1
2
_9 2
9
Fig. 17.31
En la figura se ve la expresión gráfica de este valor ; en la práctica, si hay que medir el paso de un tornillo con el calibre, se toma una longitud tal que dé una medida exacta en pulgadas y número de hilos . El paso en milímetros sería : P
= 9- = 9 . 25,4 = 5,644 mm
Problema 2 Al querer comprobar el paso de unos tornillos sólo se dispone de calibre y se hacen las mediciones, tal como se ve en la figura 17 .32, con los siguientes resultados : 1 .° en 15 mm se cuentan 10 hilos ; 2 .° en 21 mm se cuentan 12 hilos ; 3 .° en 10 mm se cuentan 4 hilos ; en 15 mm se cuentan 6 hilos ; en 20 mm se cuentan 8 hilos . ¿Qué pasos tienen estos tornillos? Soluciones Ver figura 17 .32 1.0 P =
z=
2 .° P = 1 = z 3.0 P =
1 z
15 10
= 1,5 mm
21-= 1,75 mm 12
=
10 4
= 2,5 mm
=
15 6
= 2,5 mm
=
20 8
= 2 , 5 mm
En la práctica será prudente hacer varias mediciones con múltiplos de los valores hallados (ejemplo 3 .°) . Puede darse el caso en tornillos usados que, por haber sido muy solicitados, se hayan estirado y aparezcan con un paso raro . Si la rosca es bastante larga, puede ser que haya zonas menos deformadas, que den unos valores más reales .
Paso en pulgadas.
Problema 3 juego en tos vértices) de 1 Hallar los diámetros de una rosca Whitworth (sin
2 de
diámetro y de 6 hilos por pulgada (fig . 17 .33) . Solución : D=d=1
1 ., 2
=
32
y en milímetros D =d
D I = d 3 = D - 1,28 P =
= 2 - 25,4 = 38,1 mm 3" 2
y en milímetros D I =s d
1 ~ - 1,28 - 6
9 - 1,28
= 7,72" 6
6
"
= 7 72" . 25,4 = 32,679 mm 6
Se podrían hacer, antes, las reducciones en milímetros .
= 1'
2 = 38,1 mm
= 4,233 mm y D = 1
= D - 1,28 P = 38,1 - 1,28 - 4,233 = 38,1 - 5,421 = 32,679 mm DI = d3 Problema 4 quiere roscas a a) M6, b) M10 y i.A qué diámetro hay que taladrar una pieza si se Rosca S .I ., 3 .° Rosca DIN . Rosca ¡SO ; 2 .° . 1 .° c) M15 - 1,25? (Ver figura 17 .34) Solución : 1 .° ¡SO a) D I =D-1,08254P=6-1,11 =4 , 9-5 mm mm b) D 1 =D-1,1 P=10-1,1 1,5=10-1,65=8,35 13,625 = 13,75 mm 15 1,375 = 1,25 = 15 1,1 c) D 1 = D - 1,1 P = 2 .° S .I . a) DI=D-1,3P=6-1,3p=6-1,3-1=4,7 mm b) D I =D-1,3P=10-1,31,5=10-1,95=8,05 mm c) D I = D - 1,3 P = 15 - 1,3 1,25 = 15 - 1,625 = 13,375 mm 3 .° DIN a) D, _ D - 1,3 P igual que S .I . = 4,7 mm b) D 1 = 8,05 mm c) D I = 13,375 mm Problema 5 a: iA qué diámetro hay que taladrar una pieza para roscar 5, . 1, 2 10 N F, b) - 8 - N? a) 8
Iso
Solución : sI
DIN
a) D I =D-1,3P=
b) D I =D-1, 3P=
Fig. 17.34 182
1-' 2 5 8
-1,3
10
-1, 3-
=0,5" -0,13"=0,37"=0,37 .25,4~9,4 mm
8
8
=
3, 7" 8
=0,461 =11,7 mm
Problema 6 Calcular las dimensiones para tornillos y tuerca de rosca ACME (fig . 17 .35) con diámetro 2" y 4 hilos por pulgada de paso -2" -4 (Acme) . Solución : valores comunes a tornillo y tuerca : P
= 4,
= 6,35 mm
Profundidad de rosca
Fig. 17.35
H 1 = 0,5 P + 0,254 = 0,5 . 6,35 + 0,254 = 3,429 mm Profundidad de contacto : H 2 = 0,5 P = 0,5 - 6,35 = 3,175 mm Anchura de la cresta : c = 0,37069 P = 0,37069 - 6,35 = 2,353 mm Anchura del fondo: b = 0,37069 P - 0,132 = 2,353 - 0,132 = 2,221 mm Tornillo : Diámetro exterior o nominal : d = 2" = 50,8 mm Diámetro del núcleo : d 3 = d - 2 H 1 = 50,8 - 2 » 3,429 = 43,942 Tuerca : Diámetro del agujero : D 1 = d - 2H 2 = d - 2 (0,5 P) = d - P = 50,8 - 6,35 = 44,45 mm Diámetro mayor : D = d+2f = 50,8+20,254=51,308 mm PROBLEMAS A RESOLVER 1 .° Hallar el diámetro teórico del agujero de la tuerca de la rosca M33 (ISO) . 2 .° Idem para la rosca M56 x 2 (¡SO) . 3.° Idem para la rosca R2" . 4.° Idem para la rosca 5/8" . 5.° ídem para la rosca 3/4" (12) NS . 6.° Idem para la rosca 3/4" NC . 7 .° Idem para la rosca 1/2 - (20) N F . 8 .° Idem para la rosca S24 x 5 . 9.° Calcular las dimensiones de un tornillo con rosca M22 (DIN) . 10 .° Idem con rosca Tr 40 x 8 (2 entradas) . 11 .° Calcular las dimensiones para tuerca y tornillo de una rosca M22 x 1,5 (S .I .) . 12 .° Idem para una rosca M24 (¡SO) . 13 .° Idem para una rosca S52 x 4. 14 .° Idem para una rosca Tr 36 x 4. EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION Recopilar una serie de 5 problemas, sacados de piezas o datos del taller . 183
NORMALIZACION
Para completar el tema, o en caso de dudas, consultar las normas DIN o UNE .
MEDIOS DIDACTICOS Audiovisuales Transparencias : 13 .4 Roscas Whitworth . 13 .5 Roscas Métricas . 13 .6 Clases de roscas . 13 .7 Rosca ISO métrica . Medición en hilos por pulgada . 13 .8 Roscas . 13 .9 13 .10 Roscas . 13 .11 Roscas .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO
Hacer una lista de las normas referentes a los sistemas de roscas .
CUESTIONARIO - ¿Por qué hay varios
sistemas de roscas? - ¿Deben reducirse a menos? - ¿Qué ventajas se obtendrán de la reducción? - ¿Habría algún inconveniente? ¿Cuál?
Tema 18 .
Roscado en el torno . Cálculo de ruedas de recambio
OBJETIVOS
- Saber calcular las ruedas de recambio, para casos sencillos. - Saber emplear la caja de avances para cualquier paso de los que en ella se señalan y de algunos otros casos sencillos, no incluidos en ella. GUION - Caja
de avances : su empleo . - Fórmulas para el cálculo de las ruedas de recambio . - Problemas sencillos y prueba .
PUNTOSCLAVE
- Saber emplear con seguridad la caja de avances . - Cálculos de las ruedas para casos sencillos .
CONOCIMIENTOS PREVIOS Repasar los conceptos básicos del tema 22 de Tecnología del Metalll .
EXPOSICION DEL TEMA 18 .1
Fig. 18.1
Roscado en el torno: A, con machos; B, con terrajas.
Generalidades
El roscado en el torno puede hacerse por medio de machos y terrajas, colocados en el contracabezal (fig. 18 .1), o por medio de una herramienta que tenga la forma del hilo de la rosca y que se coloca en el portaherramientas (fig . 18 .2) . 184
18 .1 .1 Roscado con herramientas especiales (fig. 18 .3) Se emplea para trabajos en serie y en roscas normalizadas, siempre que se posea el herramental correspondiente, pues los machos y terrajas corrientes no se pueden aplicar generalmente al torno . Es el procedimiento normal en los tornos revólver y automáticos .
V/~^ UI~'ll 1111111 000 000 000
A
Ival~l¡~~~~
~1~III~111111 Fig. 18.2 Roscado con herramienta simple: A, exterior; B, interior.
C
Fig. 18.3 Roscado en el torno con herramientas especiales : A, terrajado tangencial en el torno; B, roscado automático en el torno; C, roscado automático con mandril; D, roscado por laminación ; E, mandril de roscar EFEM.
18 .1 .2
Roscado con herramienta simple (fig . 18 .4) Es el procedimiento normal empleado en los tornos paralelos, se emplea siempre que haya que hacer una rosca de mucho paso o de dimensiones no normalizadas.
Fig. 18.4
Roscado al torno con herramienta simple .
Para poder construir pasos de rosca por este procedimiento, es preciso que, al mismo tiempo que gira la pieza que se trabaja, la herramienta avance a una velocidad, que depende del avance de la rosca que se ha de construir y del número de revoluciones que da el eje del torno. Esta velocidad se obtiene dando al tornillo patrón el número de vueltas necesarias por medio de los mecanismos y la cadena cinemática, explicada en el apartado 13 .2 .5 .
4x l" ~?~C9999999G9GG999C9000C99CCCü~IJU~C1 :~
i.- I N C H.
AIBICIDIE
60 40 40 40 40 40 40 Y2 40 6 40 6 Y2 40 7 40 40 9 40 10 40 11 20 12 20 13 20 14 20 15 20 16 20 la 20 19 20 20 20 21 30 22 30 24 20 25 60 26 60 27 20 26 60 30 60 32 30 36 60 3e 20 39 20 40 30 42 25 4e 45 54 20 60 20
2~2 3 3 Y2 4 45Y,z5
e0 100
70 35
40 20
75 65 75 70 75 90 90 100 65 100 70 90 90 100
20 20 25 20 20 40 20 50 25 40 20 20 40 40
30 100 25 100 30 100 35 100 50 45 100 50 100 55 100 60 100 65 100 70 100 90 100 90 100 100 e0 55 100 60 100 65 100 70 lo, 75 100 e0 100 90 100 95 100 100 a0 90 65 60 90 120 100 100 120 45 100 120 120 120 120 95 75 90 120 75 100 120 120. 120
MM
0,25 0,35 0,4 0,45 0,5 0,6 0,7 0,75 0,e 0,9 t 1,1 1,2 1,25 1,3 1,4 1,5 t,75 2 2, 5
3
35 4 4,5 5 5,5 6 6,5 e 10
AIBICIDIE
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 40 40 25 40 30 30 35 40 50 60 35 40 45 50 55 60 65 60
100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 75
127 127 127 127 127 40 40 30 so 127 60 127 50 127
25 127 35 127 40 127 45 727 so 127 60 127 70 127 75 127 90 127 90 127 127 55 127 60 127 127 65 127 70 127 127 127 127 127 127 120 60 120 60 120 60 20 60 120 60 a0 127 6o 127 70 127 120 45 120 40 120 30
100 100 100 100 100 e0 e0
40 50 60 65 65 65 65
70 70 70
65 65 65
75 60 75 75 75 100 70 9o 75 70 90 75 70 100 75 19752
(0-
Ejemplo de las tablas impresas en el torno
Caja de avances
Ya se ha dicho que las combinaciones posibles son muy variadas ; lo interesante es saber sacar la máxima utilidad de la que se dispone . En el mismo torno, y próximo a la caja, suelen llevar los tornos unas tablas impresas, con los pasos que es posible obtener y las ruedas que hay que colocar en la ¡ira . Para estos casos no hay más que colocar las palancas en su lugar y las ruedas convenientes en la lira . Con todo, siempre es bueno asegurarse de que se va a obtener el avance previsto, dando una pasada fina con la herramienta o comprobando el recorrido del carro sobre la bancada (fig . 18 .5) . Para ello, se hace girar el eje principal un número de vueltas; se mide el recorrido logrado por el carro durante las mismas . Se divide el recorrido por el número de vueltas del eje principal y se tendrá el avance real que hace el torno y que debe ser igual al deseado. 18 .2 .1
MODULAR
A' 8 1 c7() FE
1 1,2s 1, 5 1,75 2 2,25 2,5
18 .2
Anulación de la caja de avances
Cuando se tiene que construir un paso o avance, que no se halla en la tabla, se aprovecha una posicion existente en la caja con la cual queda anulada toda reducción y ampliación . La relación de transmisión en el inte rior de la caja es de 1 :1 ; por lo tanto, la entrada y la salida giran al mismo número de revoluciones y, así, el movimiento del tornillo patrón depende únicamente de las ruedas colocadas en la ¡ira . Esto se llama anulación de la caja de avances (fig . 18 .6) . En números posteriores se verá cómo sacar el mayor partido posible a dicha caja . 18 .3
Cálculo de las ruedas de recambio
Se realiza por medio de la regla general siguiente : 18 .3 .1
Fig. 18.5
Comprobación
previa del paso.
Regla general para el cálculo de las ruedas de roscado
Cuando el torno no dispone de caja de avances o cuando, teniéndola, se anula, puede lograrse cualquier paso poniendo ruedas apropiadas en la lira, las cuales se calculan por medio de la regla siguiente : Se escribe una fracción que tenga por numerador el avance que se ha de construir y por denominador el paso del tornillo patrón, expresados ambos en la misma clase de unidades. Luego, se transforma esta fracción en otra equivalente, de manera que sus términos sean iguales al número de dientes de algunas de las ruedas de que se disponga . Si esto no es posible, se descomponen, tanto el numerador como el denominador, en factores que se correspondan con los dientes de dichas ruedas (igual número de factores en ambos términos). Los factores del numerador representan e/ número de dientes de las ruedas conductoras y los del denominador, los de las conducidas : paso o avance de la rosca __ a c b e paso del husillo patrón
d_ f
Siendo : a, c e, los números de dientes de las ruedas conductoras y b, d f, las de las ruedas conducidas (fig . 18 .7) . Observaciones:
Fig. 18.6
Posición de las ruedas para la anulación de la caja Norton.
Para hacer la transformación, cuando a primera vista no se ve el camino a seguir, es conveniente proceder de la siguiente manera : - Se simplifica totalmente la fracción . 186
- Se multiplican por cinco ambos términos' . - Se multiplican sucesivamente por 2, 3, 4, . .. los términos de la fracción obtenida . - En caso de que, por ese procedimiento, no se encontrase solución, se descompone cada uno de los términos de la fracción simplificada en sus factores primos y se asocian éstos de las varias maneras posibles para constituir dos únicos factores . Estos factores, multiplicados convenientemente, darán trenes de cuatro ruedas, como se explicó en el apartado anterior . - Téngase en cuenta que si uno de los factores que aparece es 127, éste no debe ser multiplicado . - Si el torno admite trenes de seis ruedas, se puede hacer la descomposición en tres factores . 18 .3 .2
Reducción de unidades métricas a pulgadas y al revés
Acábase de decir, en la regla general, que los avances a construir y el del tornillo patron deben estar expresados en la misma clase de unidades ; cuando esto no sea as¡, no hay más remedio que reducir una de las partes a las unidades del otro . Las unidades empleadas son milímetros y pulgadas inglesas o fracciones de éstas. Ya se dijo en Tecnologiá del Metall1 que una pulgada equivale a 25,4 mm ; en el mismo libro hay una tabla de equivalencias. Estas equivalencias de la tabla, en su mayor parte, no sirven para aplicarlas en la fórmula, porque la mayoría son aproximadas . ¿Cómo hacer entonces? 1 .n Para reducir pulgadas a milímetros se multiplican las pulgadas por 25,4 o por la fracción equivalente
157,
Ejemplos Reducir a milímetros :
78 '
3
'2",1
16
1 4
Soluciones
7" 8 2"=2x
__ _7 x 8 127 5
=
127 5
= 7 x 127 mm , 8x5
2 x127 mm ; 1 5
3" 16
_- x 16
1" 1 127 =1 x4 4 5
127 5 5 = 4 x
= 3 x 127 mm 16x5 127 5
=
127 4 -mm
En la práctica, cuando hay que hacer alguna aplicación, es mejor dejar indicadas las fracciones por los factores, tal y como se ha hecho en los ejemplos anteriores y no es conveniente realizar las operaciones . 2 .° por
Para reducir milímetros a pulgadas, se multiplican los milímetros
26 4 o
por su fracción equivalente 127 .
Ejemplos Reducir a pulgadas : 5; 7,5; 14 ; 38,5 mm Soluciones
5mm=5x--
5 127
-
5x5" 127
; 7,5 mm = 7,5 x
14 mm =14x 38,5 mm _ = 38,5 x
5 127
5 127
5 127
75 x 5 = 7,5 x 5 _ 127 10 x 127"
= 14x5 127"
= 38,5 x 5 = 127
385 x 5 10 x 127
=
77 x 25 10 x 127"
1 En el caso más corriente de que las ruedas de que se disponga tengan un número de dientes múltiplo de cinco. 18 7
Fig. 18.7 Combinación de ruedas para roscar .
No hace falta, como antes se ha dicho, realizar las operaciones; basta dejarlas indicadas. Lo que sí conviene, aunque no es necesario, es eliminar decimales y, si resultan números muy grandes, reducirlos a factores más pequeños . 18 .3 .3
Aclaración sobre el paso o avance en pulgadas
Con frecuencia, en el lenguaje de taller y, aún en algunos dibujos, se da el paso o avance de los tornillos en hilos por pulgada ; por ejemplo, se dice que el paso de un tornillo es de 20 hilos por pulgada, ¿qué significado tiene esto? Quiere decir que en una longitud de rosca de 1" hay 20 hilos. De la figura 17 .31 se deduce que si el tornillo es de una entrada, el paso valdrá ¿Y si se dice que un tornillo de 2" de diámetro tiene 4 el paso? De la figura 17 .31 se deduce que el paso es :
2 hilos por pulgada?
20 :
¿Cuál es
1
_ 2" de paso . 9 9 2
4 1 2
Ver los problemas 1 y 2 del tema anterior . 18 .3 .4
Paso del tornillo patrón más corriente
El paso del tornillo patrón puede ser métrico o en pulgadas . Los pasos métricos están normalizados : 3, 6, 12 ó 24 mm . En los tornos más corrientes del mercado nacional, el tornillo patrón tiene el paso de 1/4 de pulgada ; otros, de 3/8" o 1/2" . Téngase en cuenta en los cálculos que : 1/4" = 6,35 mm 18 .3 .5
= 2~
mm
Problemas resueltos
Para facilitar la solución de tos resultados . En todos ellos número de dientes es múltiplo éstas, siempre se dispondrá de la
problemas sencillos, se presentan unos cuanse supone que se dispone de ruedas, cuyo de 5, desde 20 a 120 inclusive. Además de rueda de 127 dientes .
Problema 1
Problema 1
¿Qué ruedas se necesitan en un torno, cuyo tornillo patrón mide 5 mm de paso, para construir un tornillo que tenga 8 mm de paso? Aplicando la regla general : _8 __ 80 5 50
__
40 25
__
120 etc. 75
conductora conducida (fig . 18 .4)
Problema 2
En el mismo torno, construir un paso de 10,5 mm : 10,5 5
__
105 etc. 50
conductora conducida
Podría resolverse con 4 ruedas : conducida
_1_05 50
Problema 2
188
__
21 __ 10'
7x3 5x 2
__ 70x30 etc. 50 x 20
conductoras (fi g . 18 .5) - conducidas
Problema 3 En un torno' de 1/4 de pulgada de paso, debe construirse un paso de 14 hilos por
conductora
pulgada . ¿Qué ruedas serán necesarias? 14 hilos por pulgada = 1/4" Aplicando la regla general : _1 14 _1 4
__
4
_
__ _2 7
14
20 70
etc .
conductora conducida
Problema 4
Problema 3
Construir, en el mismo torno, un paso de 25 hilos por pulgada . Aplicando la regla general : _1 25 1 4
__
4 25
__
20 125
conductora
conductora conducida
etc'
Este ejemplo no puede resolverse con una combinación de dos ruedas, por carecer de la rueda de 125 dientes y ser la de 20 la más pequeña posible . Se hace una combinación de cuatro ruedas : _4 25
-
2 x 2 5 x 5
__
20 x 40 50 x 100
conductoras conducidas
Problema 5
Problema 4
Construir, en el mismo torno, un paso que tenga 12 hilos cada 5 pulgadas .
12 de pulgada :
El paso que se desea construir mide Aplicando la regla general : 5 12 _1 4
__
20 12
__ _5 3
__
50 30
__
100 60
Problema 6
3 hilos por pulgada .
En el mismo torno, construir un paso de 5 El paso mide :
conductoras conducidas
etc .
conducida
de pulgada .
Problema 5
Aplicando la regla general : 4 23 _1 4
conductora
__ 16 23
__
80 115
conductoras conducidas
Problema 7 En un torno de 1/2 pulgada de paso, construir un paso de 8 El paso que se desea construir mide : 8 3 5
43 5
5 hilos por pulgada .
§-de pulgada . 43
1 Cuando se dice un torno de 114" de 6 mm, etc ., de paso, se entiende siempre que el tornillo patrón o ele de roscar de ese torno tiene 1/4", 6 mm, etc., de paso .
189
conducida
Problema 6
Aplicando la regla general : 43 _1 2
__
10 43
Este problema no se puede resolver exactamente, pues el número 43 es primo y su menor múltiplo terminado en 5, que es 215, pasa de 120 . Siempre que, entre los términos del quebrado, resulte algún número primo mayor que 23, no se podrá transformar dicho quebrado en otro equivalente, cuyos términos representen ruedas de la serie normal disponibles. Más adelante, se verá cómo se resuelven estos casos con aproximación . Problema 8
En un torno de 1/6" de paso, construir un paso de 5 mm Se reducen las pulgadas a mm : = 1 x 6
1" 6
127 mm 5
127 mm 30
Aplicando la regla general: 5 127 30
__
150 __ 127
__
50 x 3 127 x 1
50 x 60 127 x 20
100 x 60 127 x 40
__
Problema 9
En un torno de 10 mm de paso, construir un paso de 3 El paso que se desea construir mide : 1 3 3 4
-_
1 15 4
10 mm = 10 x
4
etc.
conductoras conducidas
hilos por pulgada.
_ 4 de pulgada 15
127
=
27
de pulgada
Aplicando la regla general : _4 15 __ 50 127
4 x 127 15 x 50
__
conductoras conducidas
20 x 127 75 x 50
Problema 10
En un torno de 1/4" de paso, construir un paso de 10,5 mm . =
127 mm 20
105 x 2 -_ 127 x 1
105 x 40 127 x 20
1- = 1 x 4 4 10,5 127 20
__
18 .3 .6
105 10 127 20
__
2 x 105 __ 1 x 127
Comprobación
210 __ 127
127 5
etc.
conductoras conducidas
Para tener plena seguridad de que se ha calculado bien el número de dientes en los engranajes, puede utilizarse la siguiente regla de comprobación : Se multiplica entre si" el número de los dientes de las ruedas conductoras, y el producto se multiplica por el paso del tornillo patrón; el resultado se 190
divide por el producto del número de dientes de las ruedas conducidas, y el cociente, así obtenido, debe ser igual al paso que se construye, expresado en la misma clase de medida que el tornillo patrón. Aplicando esta regla al problema anterior : 1/4" = 6,35 mm ;
105 x 40 x 6.35 = 10,5 mm 127 x 20
que es el paso que se deseaba construir . 18 .3 .7
Cálculos aproximados
En ocasiones, es imposible construir exactamente los pasos de roscas, por no disponer de ruedas de recambio necesarias, o por tratarse de pasos que no puedan reducirse. Hay varias maneras para resolver- estos problemas, que en próximos cursos serán tratados con amplitud . PROBLEMAS Problema 1 Se tiene que hacer una rosca de 1,75 mm de paso en un torno que tiene 6 mm de paso . ¿Qué ruedas se necesitan? Problema 2
Con la caja de un torno y las ruedas
120 en la lira se pueden hacer pasos de
14, 16, 19
hilos por pulgada, con tres posiciones determinadas de las palancas . ¿Qué ruedas hay que emplear para hacer, con las palancas en posición primera, 21 hilos por pulgada? ¿Qué pasos se obtendrán con esas mismas ruedas en las otras dos posiciones? Problema 3
Calcular las ruedas de recambio para tallar una rosca de 2 1 hilos por pulgada en un 2 torno de 1/4" . Problema 4 En el mismo torno deben tallarse roscas de 7, 11, 2 ruedas para cada uno de los tres casos.
7
hilos por pulgada . Calcular las
Problema 5 Si se han de hacer las mismas roscas en un torno de 6 mm, ¿qué ruedas deberán emplearse en cada caso? Problema 6 Hacer las pruebas de cada uno de los problemas anteriores y de los resueltos en el texto . NORMALIZACION tes.
Consultar tablas de sistemas de roscas y decir si hay muchos pasos de roscas diferenEsto es ventajoso desde el punto de vista práctico .
TEMAS A DESARROLLAR POR ÉL ALUMNO - Hacer una recopilación ordenada de pasos de roscas de los varios sistemas . - Hacer una recopilación de pasos de tornillos patrón de los tornos del taller . - ¿Qué pasos, de los enumerados, pueden realizarse en un torno del taller con caja de avances? - Deducir las fórmulas, de acuerdo con la regla general, para calcular las ruedas de roscar en el torno. CUESTIONARIO - ¿Cuál es la regla empleada para el cálculo de las ruedas de recambio del torno? - ¿Qué quiere decir anular la caja de avances? ¿Para qué sirve esta anulación? - ¿Por qué el paso de la rosca a construir y el de la barra de roscar han de estar en las mismas unidades, al emplear la regla de cálculo de las ruedas?
¿Por qué se emplea la relación
-
51 7
o la
X27
para reducir pulgadas a milímetros o
milímetros a pulgadas, respectivamente? - ¿Se pueden resolver todos los problemas de cálculo solamente con las ruedas múltiplo de 5? ¿Cuándo será necesario emplear la rueda de 127? ¿Por qué?
Tema 19 .
Roscado en el torno . Ejecución de roscas
OBJETIVOS - Saber hacer roscas triangulares en el torno. - Idea de ejecución de otras roscas . - Alcanzar seguridad en mediciones, verificación e identificación .
exterior
GUION -
B
Diámetros de los tornillos y tuercas . Tallado de roscas triangulares . Tallado de roscas cuadradas y trapeciales . Roscado de tuercas . Velocidad de corte en el roscado. Salidas de roscas . Retorno del carro . Medición y verificación de roscas .
PUNTOSCLAVE
- Saber hacer, con seguridad, roscas exteriores e interiores .
EXPOSICION DEL TEMA múltiple exteriores
múltiple interiores
c
19 .1
Introducción
El corte de una rosca en el torno se realiza en dos fases, a saber : desbaste y acabado, para cada una de las cuales conviene emplear herramientas apropiadas . Para roscas pequeñas o de poca precisión, puede bastar una sola herramienta . En los temas anteriores se han dado las dimensiones y fórmulas para el cálculo de las roscas de los distintos sistemas ; a ellos habrá que recurrir cuando se necesiten datos concretos. 19 .1 .1
Diámetro de tornillos y tuercas
Las tablas ofrecen valores teóricos, sin tener en cuenta las tolerancias ; éstas deben expresarse en cada caso . Naturalmente, la verificación de roscas y, por tanto, su ejecución resulta muy compleja por los muchos detalles . Se estudiarán en cursos superiores . Como norma, se establece que el diámetro real de los tornillos debe ser siempre menor que el nominal y, por el contrario, en las tuercas será mayor para, así, poder ajustar sin dificultad . cuchilla
Fig. 19. 1 Diversos tipos de herramientas de roscar: A, herramientas simples; B, peines; C, de forma.
19 .2
Tallado de roscas triangulares
Varias son las formas de los útiles y los sistemas del tallado de las roscas . 192
19 .2 .1
Forma del útil para filetes triangulares
Los útiles para ejecutar roscas pueden clasificarse en útiles para roscas exteriores y útiles para roscas interiores . En ambos casos, pueden ser herramientas simples o peines (fig . 19 .1) . La forma ha de adaptarse al perfil de la rosca correspondiente, según el sistema (métrico, inglés o americano) . Estas herramientas han de considerarse como herramientas de forma. Por ello, es frecuente emplear útiles de perfil constante, rectilíneos o redondos, y portaherramientas especiales . Al afilar, debe darse un ángulo de incidencia tal que las caras del útil no lleguen a rozar con el hilo . Esta precaución se ha de tomar, sobre todo, para roscas de mucho avance y poco diámetro y, principalmente, para tuercas . El afilado de la herramienta de acabado se ha de hacer de modo que la cara superior quede perfectamente plana y horizontal, lo cual equivale a hacer el ángulo de desprendimiento nulo para evitar que la forma del filete varíe. Para lograr el ángulo de punta adecuado (55° ó 60°) se emplean galgas a propósito (fig . 19 .2) . La forma del fondo se comprueba con galgas especiales .
19 .2 .2
Colocación del útil para filetes triangulares
La herramienta debe colocarse en posición, perfectamente a escuadra, con el eje de la rosca, para que los chaflanes formen ángulos iguales. Esto se comprueba mediante galgas (fig . 19 .3) . No se olvide nunca que, para roscar, el filo de la herramienta debe quedar exactamente a la altura del punto .
Fig. 19 .3 correcta .
19 .2 .3
Disposición y aplicación de lasplantillas para colocar la herramienta en posición
Procedimiento de roscado para roscas triangulares
La profundidad de pasada va de acuerdo con la robustez de la herramienta, del torno y con el diámetro y largo de la pieza, etc . Para que dicha profundidad sea regular y uniforme, es indispensable emplear el tambor . En el corte de roscas triangulares la profundidad de pasada debe ser mayor al comenzar, disminuyendo, progresivamente, conforme la viruta va saliendo más ancha. Si la herramienta penetrara perpendicularmente en la pieza, cortaría igualmente por ambos' lados, clavándose y produciendo vibraciones y aún algún enganche . Para evitarlo, se puede roscar por alguno de los procedimientos siguientes : 19 .2 .3 .1
D
Fig. 19 .2 Tipos de plantillas para posicionamiento de las cuchillas de roscar : A, para rosca métrica; B, métrica, Whitworth y brocas; C, rosca trapecial; D, universal.
arista secundaria de corte
Penetración normal
Al desbastar, además de tomar la profundidad de pasada con el carro transversal, se desplaza ligeramente la herramienta con el carro orientable, que debe estar paralelo a las gulas de la bancada (fig . 19 .4) . El acabado se procura hacer con una pasada mínima, pero de modo que la herramienta corte por las dos caras . 19 .2 .3 .2
Penetración inclinada
Para este procedimientó la herramienta debe tener corte, sólo por el filo principal (fig . 19 .4). Este corte debe quedar perfectamente horizontal y el ángulo de colocación debe coincidir con el perfil de la rosca . 193 13 .
Tecnologia delMetal / 2
Detalle A
Fig. 19 .4 Procedimiento de penetración normal en el roscado.
El proceso es el siguiente :
° °
el carro orientable con un ángulo igual a la mitad del ángulo del perfil de Inclinar 1. la rosca (fig . 19 .5) respecto a la perpendicular de la bancada . la herramienta en contacto con la pieza y ajustar a cero el tambor del Colocar 2. carro transversal y el del carro orientable . 3.° Dar la profundidad con el carro orientable, teniendo en cuenta que el total del avance del husillo no es la profundidad de la rosca, sino el resultado de dividir esta profundidad por el coseno de
60 ó 25 , según la rosca de que se trate: 0
0
Profundidad del filete Cos . del semiángulo del perfil 4.° Retirar la herramienta al término de cada pasada, retrocediendo el carro transversal . Puesto el carro principal en posición para empezar una nueva pasada, se coloca el carro transversal a cero y se da la pasada con el carro orientable . Este procedimiento es muy rápido para desbastar. Sólo tiene el inconveniente de que el flanco derecho de la rosca no queda pulido y hay que repasarlo con otra herramienta . Para evitar esto se emplea el siguiente procedimiento: 19 .2 .3 .3 Fig. 19 .5 Procedimiento de penetración inclinada a 300.
Otro procedimiento
Para este procedimiento se emplea una herramienta normal, como en el caso primero . Se evita que trabajen los dos filos con la misma profundidad de pasada, operando como en el caso anterior ; pero, con la variante de que el ángulo del carro orientable se hace ligeramente menor (29° para las roscas de 60° y 26° 30' para las de 55°) (fig . 19 .6) . Con esto se consigue que quede pulido el perfil derecho. 19 .3
Construcción de roscas cuadradas y trapeciales
Estos perfiles requieren un cuidado especial en la preparación de las herramientas . 19 .3 .1
Roscas cuadradas
No están normalizadas . Si, a pesar de ello, se debiera hacer alguna, téngase en cuenta que, tanto la anchura como la profundidad, son iguales a p/2, con unos juegos prudenciales laterales y en el fondo (fig . 19 .7) . Por la misma razón es más importante el procedimiento, como base para la construcción de roscas trapeciales, que para las mismas roscas cuadradas, c juego en el fondo
tornillo
Fig. 19.7
Rosca cuadrada : A, tornillo; B, detalle delpaso; C, tornillo y tuerca roscados.
detalle A
19 .3 .1 .1
°
29
Fig. 19.6
Procedimiento de penetración inclinada a 290.
Herramientas para roscas cuadradas
Esta clase de roscas suele construirse por medio de dos herramientas ; una más estrecha, que se coloca con su arista cortante perpendicularmente al hilo, (fig . 19 .8), y la otra, de la anchura definitiva y colocada con su arista cortante paralela al eje del tornillo (fig . 19 .9) . Para dar a las caras laterales del útil el ángulo de incidencia apropiado, se traza un rectángulo cuya altura sea igual a la longitud de la circunferencia del tornillo que se construye. Sobre una de las bases de dicho rectángulo se toma, varias veces, una distancia, igual a la anchura de la herramienta, correspondiente a la mitad del paso simple del 194
tornillo por construir; y sobre otra, una distancia igual al avance o paso compuesto, en el caso de varias entradas (fig . 19 .10) ; el punto, así obtenido, se une con el vértice A del rectángulo y por las demás divisiones se trazan paralelas a la línea obtenida . La herramienta de desbastar tendrá la figura a' b' c' d' y la de acabar la a b c d .
Fig. 19.9 Afinado de un tornillo: A, terminado; B, herramienta.
19 .3 .2
Fig. 19 .8 Roscado de un tornillo : A, desbastado; B, herramienta.
Forma del útil para roscas trapeciales
Se cortan estas roscas con dos herramientas ; la primera, igual a la empleada para desbastar las roscas cuadradas, pero con un ancho ligeramente inferior al del fondo de la rosca ; la segunda tiene forma de trapecio, con ángulo de 29° ó 30°, según el sistema, y ancho igual a la anterior, si se pulen sucesivamente las dos caras del hilo (fig . 19 .11) . Si han de pulirse simultáneamente, la anchura en la punta de la cuchilla debe ser igual al fondo de la rosca (fig . 19 .12) . Téngase en cuenta, como en las roscas cuadradas, la inclinación del filete, para evitar que la herramienta talone .
ancho de la herramienta
29 0 Fig. 19 . 10 Cálculo del ángulo de inclínación de la hélice.
c
Fig. 19 . 11 perfil.
Rosca trapecial: A, posicionamiento de la herramienta; B tornillo; C, detalle del
Fig. 19 .12 Detalle del pulido del fondo de roscar.
Para roscas de mucho paso conviene emplear tres herramientas, en vez de dos. La primera es como la empleada en la rosca cuadrada, con el ancho apropiado. Las otras dos son similares a las empleadas para roscas triangulares en el sistema de penetración normal, una izquierda y otra derecha (fig . 19 .13) . 19 .4
Roscado de tuercas
Todo lo dicho sirve tanto para roscas exteriores (tornillos), como para las interiores (tuercas) . Naturalmente, las herramientas, si bien en la forma que ha de conformar el filete son semejantes, en cuanto al cuerpo son distintas. Ya se dijo que el torneado de interiores presenta más dificultades que el torneado de exteriores . En las roscas aún se complica más, a causa de la inclinación de la hélice, que obliga a afilar los ángulos de incidencia con esmero para que no talonee. Se puede facilitar la operación haciendo la altura de la rosca algo inferior a la del tornillo, mas no haciendo menor el diámetro exterior, sino haciendo mayor el diámetro del agujero, naturalmente dentro de ciertos límites prudenciales . Está demostrado que la capacidad portante de la rosca, no disminuye apreciablemente con reducciones de 1/4 de la altura teórica. Por esto, es preferible acotar los dibujos de taller, como en la figura 19 .14, es decir, acotar el diámetro del agujero y, luego, entre paréntesis, acotar la designación normalizada de la rosca. El diámetro exterior, será ligeramente superior al nominal, ya que el tornillo siempre será algo menor . Haciéndolo así, se facilita grandemente el ajuste de tuerca y tornillo y se logra, incluso, mayor precisión ya que sólo ajustarán los flancos (fig . 19 .15) . 195
Fig. 19 .13 Procedimiento de roscado de gran paso: 1, herramienta de desbaste ; 2, herramienta de pulir el costado izquierdo; 3, herramienta de pulir el costado derecho. 031 (M 36)
Fig. 19 .14
Acotado práctico de rosca.
Fig. 19 .15 Detalle del tornillo y tuerca roscados .
19 .5
salida de herramienta
B
Velocidad de corte y profundidad de pasada . Lubricación
La velocidad cie corte para el roscado, sobre todo para el roscado interior, debe ser más reducida que la normal . La profundidad de pasada también debe ser pequeña, pues ¡as herramientas, en general, son débiles . A pesar .d e trabajar con velocidad reducida, se debe lubricar la herramienta con aceite, o taladrina, según los casos; de lo contrario, la rosca no sale perfectamente pulida . Con el sistema de penetración inclinada se puede llevar una velocidad mayor. La habilidad del operario es la limitadora de velocidad, en este caso . 19 .6
Salidas de rosca
La terminación de la rosca se puede hacer separando la herramienta, a cada pasada, un poco antes del lugar a donde llegó la anterior ; pero como esto exige gran habilidad, es preferible hacer previamente un desahogo de rosca para salida de la herramienta (fig . 19 .16) . Fig. 19.16 Salidas de roscas: A, detalle del roscado interior; B, perspectiva; C, roscado exterior.
Las salidas de roscas están normalizadas, según DIN 76, tanto para tornillos, como para tuercas ; y, siempre que sea posible, deben aparecer en el dibujo de taller (Técnicas de Expresión Gráfica, 1,e, grado, 2 .° curso) . 19 .7
Retorno del carro
Con las herramientas ordinarias de torno no puede construirse la rosca en una sola pasada ; por tanto, la herramienta tiene que volver varias veces sobre el hilo que se construye, hasta su completo acabado (fig . 19 .16A) . 19 .7 .1 Retroceso automático del carro
1' pasada
pasadas sucesivas
terminación y achaflanado de la rosca
iNllll 111111 ~OIIOt 1111 11111 a F(q. 19.16 A
Proceso del roscado.
El retorno del carro, generalmente se obtiene haciendo girar el torno al revés, después de haber separado la herramienta . Este procedimiento, cuando se trata de tornillos largos, implica una gran pérdida de tiempo, aunque el torno disponga de retroceso acelerado. Además, se produce un gasto importante de energía y, si la frecuencia de inversión es pequeña (muchas veces en poco tiempo) se calienta el motor peligrosamente . Sólo con tornos, provistos de embrague de inversión, es recomendable este sistema . 19 .7 .2
Retroceso a mano
Los inconvenientes anteriores se evitan aflojando la tuerca de roscar, después de cada pasada, y haciendo retroceder el carro a mano . Para que, al apretar de nuevo la tuerca, coincida exactamente la herramienta con el hilo que se construye, se han de cumplir ciertas condiciones : 1 .a Si el paso que se construye es submúltiplo del tornillo patrón, siempre coincidirá . 2 .a Si el paso que se construye es múltiplo del tornillo patrón, se marca, con yeso, una señal en el plato de arrastre y otra, en un punto fijo del cabezal próximo al anterior (fig . 19 .17) . Para cada pasada se ha de apretar la tuerca cuando dichas señales coincidan, teniendo en cuenta que el carro, en el momento de apretar, ha de ocupar siempre la misma posición en la bancada . 3 .a Si el paso que se construye no es múltiplo ni submúltiplo del tornillo patrón, se hace una señal, como en el caso anterior, y, además, se marca una señal en el tornillo patrón y en su apoyo (fig . 19 .18) .
= longitud del recorrido de la herramienta del roscado
Fig. 19 .17 Condiciones para el roscado de pasos múltiples de husillo patrón .
Fig. 19 .18 Condiciones para el roscado de pasos no múltiplos ni submúltiplos de husillo patrón.
Para cada pasada se ha de apretar la tuerca, cuando dichas señales ocupan la posición inicial, teniendo en cuenta que en el momento de apretar, el carro ha de ocupar siempre la misma posición en la bancada . Hay tornos que llevan un sistema de posicionado, que facilita esta operación (fig . 19 .19) .
19 .8
Medición y verificación de roscas
Ya se ha dicho que la verificación de roscas es difícil, por su complejidad . En cursos superiores se estudiará con detención . Ahora, es suficiente con lo más esencial del asunto . 19 .8 .1
husillo /
Medición de roscas
n.° de hilos 11
La medición de roscas se refiere principalmente a dos casos : 1 .° Averiguar cuál es el sistema a que pertenece un tornillo o tuerca dados, y determinar sus dimensiones nominales (identificación de una rosca) ; 2 .° Verificar la exactitud de las medidas de una rosca construida o en construcción . En el primer caso se trata, en general, de una medición aproximada, para la cual se deben hallar el paso y el diámetro nominal,- en el segundo, de una medición de más o menos precisión, referida principalmente al diámetro de los flancos, y al ángulo de perfil . 19 .8 .1 .1 Medición del paso El paso se puede hallar por varios procedimientos :
Fig . 19.19 Dial f cuentahilos para fa cilitar la entrada e los pasos de rosca
~~~~llyrvlll= " rvlí~~~~~,
19,8 .1 .1 .1
Por medio de peines de rosca El más rápido y sencillo es usar las plantillas de peines que se ven en la figura 19 .20. Para los casos corriF ntes, hay que disponer por lo menos de dos juegos ; uno, para rosca Whitworth y otro, para rosca métrica . Como el paso de una rosca está, generalmente, ejecutado con precisión, es necesario que la plantilla coincida exactamente con la rosca . Una pequeña inexactitud debe hacer pensar, no en un defecto de construcción de la rosca, sino en la falsedad de la comprobación . En este caso hay que probar otro peine del mismo o de distinto sistema . En la figura 19 .21 se indican los errores más corrientes que se presentan al utilizar las plantillas de peines para roscas . plantilla
rosca
A plantilla
19 .8 .1 .1 .2
de
rosca
Fig. 19 .22A Verificación del paso en rosca Whitworth : 1, con calibrador; 2, con regla; 3, para tornillos de pequeñas longitudes.
plantilla
rosca plantilla
li i11 IÍlÍvtl llll ~tr_o'~~ru_pyr_ppiy
rosca
Fig. 19 .20 Plantilla métrica.
3
Fig. 19 .21 Defectos en el perfil dé rosca: A, paso menor; B, paso mayor; C, ángulo mayor, D, ángulo menor.
Fig. 19 .228 Verificación métrica con pie de rey.
de
rosca
Por medio de pie de rey y regla
Se puede medir el paso de un tornillo, utilizando un calibrador o una regla. En este caso nunca hay que medir un solo hilo, sino varios, para conseguir cierta exactitud en la medida . Si se trata de rosca Whitworth se toma, en el calibrador o en la regla, una longitud de 1" y se cuenta el número de hilos contenidos en ella (fig . 19 .22A) . Si se trata de rosca métrica, se toma un número de hilos determinado, por ejemplo 10, y se mide la longitud que ocupan (fig . 19 .2213) ; después, se divide la medida obtenida por el número de hilos, y ese será el paso . (Repasar problemas del Tema 17). 197
A=a+c Fig. 19 .22 C Verificación de pasos de roscas por medio del calibre de calas.
19.8.1 .1 .3 Normas prácticas
II~~IIII i. i 111111 1111111 ~i~ 111111 Iillll 1111111 III
Fig. 19 .23 Forma práctica de medir el paso .
tornillo
Procedimiento por medio de tornillo y tuerca
19 .8 .1 .1 .4
tuerca
~IIIII~Í~ ~II~~'~II
- Si no se sabe a qué sistema pertenece el tornillo se procede como se ha indicado para la rosca métrica, obteniendo de esta manera el paso exacto o aproximado en mm ; después se consultan las tablas del tema 17, para ver a qué paso de los normales corresponde o se aproxima el resultado obtenido . - Es muy importante, en cualquier caso, hacer la medición de cresta a cresta, contando en cambio el número de vanos (fig . 19 .23) . De lo contrario, se llega a un resultado falso. - En el caso de tratarse de tuercas, y no disponer de peines, se puede introducir en el agujero de la tuerca un pedazo de papel algo fuerte, que se oprime con el dedo o con un trocito de madera contra los filetes, manchados previamente con grasa o algún colorante . De esta manera las crestas quedan marcadas sobre el papel y se puede hacer la medición con la regla o el calibrador, como ya se indicó para los tornillos. Unicamente hay que tener la precaución de hacer la medición en la dirección del eje de la tuerca .
l~l
Fig. 19 .24 Forma práctica de medir el paso con auxilio de tornillo y tuerca.
Cuando se dispone del tornillo y de la tuerca, se puede medir el paso, dando un número de vueltas al tornillo y midiendo con el calibrador lo que ha avanzado (fig . 19.24) . Después, se divide la longitud por el número de vueltas y se tiene el avance por cada una de ellas . Si la rosca es de una entrada, éste será el paso . De lo contrario, se divide el resultado por el número de entradas .
19 .8.1 .2
Identificación de la rosca
Una vez hallado el paso, se debe hallar el diámetro nominal . Para ello se mide, con el calibrador, el diámetro exterior del tornillo, que coincidirá aproximadamente con dicho diámetro nominal, exceptuando el caso de rosca de gas (rosca de tubo) . Si no se dispone más que de la tuerca, se mide el diámetro del agujero y se calcula el diámetro exterior del tornillo . Averiguando el paso y el diámetro exterior se debe, en general, hacer uso de las tablas, para ver a qué tipo de rosca corresponden ambos datos, teniendo en cuenta que la medida del diámetro habrá resultado solamente una aproximación .
B
OBSERVACIONES.
1 .a Los tipos de tornillos más frecuentes terminan aprendiéndose de memoria, con lo cual no es necesario consultar la tabla . En la parte posterior de los calibradores es frecuente encontrar una pequeña tabla para la rosca Whitworth o Métrica. 2.a Cuando no se encuentra en las tablas el tipo de rosca que se busca, o en caso de duda, conviene repetir la medición . 3.a A veces, se trata de un tipo especial de rosca no normalizado. En este caso se efectúa una medición más precisa, como más adelante se indica, para averiguar las dimensiones exactas . 4.a Una forma aproximada para identificar una rosca es intentar introducir el tornillo o la tuerca desconocidos en otras tuercas o tornillos conocidos, para ver si se acoplan. Sin embargo, este método puede dar lugar a errores, sobre todo si se trata de pocos filetes. 5.a Cuando se trata de identificar tornillos usados, puede darse que la rosca esté alargada y aparezca con el paso algo mayor.
19 .8 .1 .3 Fig. 19.25 Medición del diámetro del núcleo por medio del pálmer de roscas: A, galga patrón de puesta a cero para pálmer de 25-50; B, apoyos de contacto; C, puesta a cero del micrómetro ; D, medición del diámetro medio; E, deta lle de la medición.
Medición del diámetro de los flancos
Como ya se ha visto, para facilitar el ajuste y la operación del roscada, los tornillos y tuercas se ajustan sólo en los flancos, por lo cual el diámetro de los flancos es el único que interesa medir con precisión . La medición del diámetro de los flancos se puede hacer de dos maneras : por medio del pálmer y por medio de varillas o alambres calibrados, 198
19 .8 .1 .3 .1
Pálmer de roscas
El pálmer, que se emplea para estas mediciones, tiene una de las puntas con un apoyo en forma de V, y la otra, en forma cónica (fig . 19 .25), para mejor adaptarse al perfil de la rosca . Tales apoyos deben tener el mismo ángulo que la rosca que se ha de medir . También hay micrómetros para roscas interiores, que se emplean, sobre todo, para roscas grandes (fig . 19 .26) .
Fig. 19 .26 Medición de roscas interiores por medio de pálmer : A, forma real del micrómetro; B, forma práctica de medir el diámetro medio; C, medición del diámetro medio con auxilio del comparador.
19 .8-1,3 .2
Método de los tres alambres
Otro método es el de los tres alambres, que se puede ver en el esquema de la figura 19 .27 . Estos alambres o varillas, si se trata de mediciones de precisión, deben ser perfectamente calibrados y colocados bien paralelos con un dispositivo especial .
varillas
A B
C
Fig. 19 .27 Medición de roscas por medio de alambres rectificados: A, forma del pálmer ; B, contactos; C, forma de apoyo en la rosca; D, esquema.1 .8 19
.4
Medición del ángulo de la rosca
La medición del ángulo de la rosca es, en general, un problema difícil con los medios corrientes . 19 .8 .1 .4 .1
Por medio de peines de rosca
Un resultado poco aproximado, se obtiene con galgas o peines de medir roscas (fig . 19 .28) . Otro medio para comprobar el ángulo de las roscas, es el de los proyectos ópticos (fig . 19 .29) y los microscopios de taller (fig . 19 .30) . 19 .8 .2
Fig. 19.28 Verificación del ángulo del perfil de la rosca a trasluz con galgas.
Verificación de las roscas con calibres fijos (fig . 19 .31)
Estos calibres de roscas consisten en otras roscas, de dimensiones convenientes, muy exactas, generalmente de acero templado y rectificado, que se introducen en la que se va a medir. Generalmente, estos calibres son dobles ; por un lado pasan y por el otro no deben pasar : de donde su nombre de calibres pasan y no pasan . Estos calibres se emplean para la fabricación en serie y aventajan a la medición con varillas o alambres porque son más rápidos y cómodos y, de paso, indican no sólo silos diámetros son exactos, sino también si la forma del filete es la apropiada. Pero en cambio : 1 .° Son caros (cada tipo y tamaño de rosca necesita un calibre distinto) ; 2 .° Al construir una rosca, no se sabe el diámetro ni se comprueba el perfil del filete, hasta estar terminada, con peligro de pasarse de medida ; 3 .0 Al desgastarse, pueden dar, con facilidad, indicaciones falsas, por lo que hay que comprobarlos con frecuencia . 199
Fig, 19.31 Verificación de rosca por medio del calibre pasa y no pasa : A, calibre ; B, forma de verificar.
Fig. 19 .29
Proyectos ópticos.
Fig. 19.30 Microscopio : A, máquina; B, detalle de la pantalla para verificar roscas. PROBLEMAS 1 .° Calcular los diámetros teóricos de tornillo y tuerca para una rosca M40x3 . 2 .° Del problema anterior, qué diámetros prácticos tienen tornillo y tuerca . Justificar los resultados . 3 .° Determinar las dimensiones prácticas del tornillo y tuerca de una rosca de 3" . 4 .° Determinar las dimensiones prácticas de tornillo y tuerca de una rosca Tr44x5 . 5 .° Determinar las dimensiones de un tornillo patrón de torno de 2" - 4h" - Acme . MEDIOS DIDACTICOS Es imprescindible tener en el taller o en el aula tecnológica una serie de tornillos y tuercas de diversos sistemas, para hacer ejercicios de medición y verificación . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Hacer un estudio detallado del proceso de fabricación de un tornillo M40 . - Hacer un proceso detallado para la fabricación de tornillo y tuerca Tr 36x6 . EJERCICIOS PRACTICOS Es conveniente que el alumno realice prácticamente varios tornillos y tuercas, a fin de adquirir destreza en las maniobras necesarias y en la colocación de las herramientas . SEGURIDAD E HIGIENE Todas las herramientas son peligrosas, pero las empleadas para el tallado de roscas triangulares de una manera particular . Por tanto, hay que extremar las precauciones en su manejo . CUESTIONARIO - ¿Los diámetros de las roscas que dan las tablas, son teóricos o prácticos? - ¿Cómo deben ser los diámetros en la práctica : de tornillo o de tuerca? - Indicar los procedimientos que se conocen para roscar en el torno . - ¿Se pueden emplear todos ellos, lo mismo para tornillos, que para tuercas? Justificar la respuesta . - ¿Qué problema particular presentan las roscas cuadradas, particularmente las de gran avance y las interiores? - ¿Por qué no es aconsejable el retroceso del carro, por inversión del giro del motor? ¿Cuándo este procedimiento es particularmente peligroso? - ¿Qué medidas hay que tener más en cuenta al verificar una rosca? - ¿Cómo se identifica una rosca?
200
5.
Fresadora universal
Tema 20 .
Partes principales de la fresadora universal y cadenas cinemáticas
OBJETIVOS Conocer el conjunto de la fresadora y sus posibilidades principales de trabajo. - Conocer las partes principales de la fresadora. - Conocer algunas cadenas cinemáticas de fresadora universal. G'U I ON -
La fresadora universal . Partes principales de la fresadora universal. Cadenas cinemáticas . Características principales de la fresadora universal. Trabajos característicos en la fresadora universal .
PUNTOSCLAVE - Conocer el funcionamiento de una fresadora y saber manejarla con seguridad . - Tener en cuenta las normas de seguridad . EXPOSICION DEL TEMA 20 .1
La fresadora
La fresadora es una máquina herramienta de variadísimas formas y aplicaciones, cuya característica principal consiste en que su útil cortante lo constituyen discos o cilindros de acero, llamados fresas, provistos de dientes cortantes . 20 .1 .1
Clases de fresadoras
La gran variedad de fresadoras existentes puede reducirse a tres tipos principales : horizontales, verticales y mixtas, caracterizadas, respectivamente, por tener el eje portafresas horizontal, vertical o inclinable . 20.1 .1 .1
Fresadora horizontal
Esencialmente, consta (fig . 20 .1A) de una bancada vertical (16) llamada cuerpo de la fresadora, a lo largo de una de cuyas caras se desliza una escuadra llamada ménsula, o consola, sobre la cual, a su vez, se mueve un 20 1
Fig. 20. 1 A Fresado horizontal : 1, pase; 2, eje de transmisión de avance; 3, ménsula o consola; 4, carro porta-mesas; 5, mesa de trabajo; 6, fresa; 7, motor; S, eje portafresas; 9, caja de velocidades; lÓ, caja de avances; 16, bancada vertical o cuerpo.
carro portamesa (4) que soporta la mesa de trabajo (5), en la que se fija la
pieza que se ha de fresar . En la parte superior de la bancada están alojados los cojinetes, sobre los que gira el árbol o eje principal, que a su vez, puede ir prolongado por un eje portafresas (8) . Esta fresadora se llama universal cuando la mesa de trabajo puede girar alrededor de un eje vertical y recibir movimiento automático en sentido vertical, longitudinal y transversal, o al menos en sentido longitudinal .
20.1 .1 .2 Fresadora vertical Así se llama la fresadora cuyo eje portafresas es vertical . En la figura
20.1 B se presenta una de sus formas más corrientes . En general es monopolea
y tiene la mesa con movimiento automático en sentido vertical, longitudinal y transversal .
20.1 .1 .3 Fresadora mixta En esta fresadora el husillo portafresas es orientable en cualquier sentido ; su posición se determina por medio de dos círculos graduados . En la figura 20.1C se presenta la vista de conjunto de la fresadora mixta tipo HURE .
Fig . 20.18 Fresado vertical : 1, ataque del eje principal; 2, eje principal; 3, mecanismo de avance de la mesa; 4, ménsula; 5, husillo de traslación avances; 6, cono de poleas; 7, cadena transmisión avances; 8, motor, 9, caja cam bios para avances.
Fig. 20. 1 C Fresadora mixta: A, máquina; B, una posición de trabajo del cabezal, C, orientación.
20.2
10 il
Fresadora universal
La figura 20.2 presenta una fresadora universal de forma corriente. El movimiento del árbol se obtiene por caja de engranajes . La mesa de árbol tiene, generalmente, tres ranuras en T, para sujetar las piezas, y dos o más canales, para recoger el lubricante de las herramientas . Puede inclinarse, en general, 45° en ambos sentidos ; hay, no obstante, mode los en los que puede girar una vuelta entera, permitiendo así, fresar las piezas por ambos lados, sin volver a sujetarlas .
2 3 4
202
Fig. 20.2 Fresadora universal : A, partes principales: 1, base; 2, husillo para traslación vertical de la ménsula; 3, ménsula o consola; 4, carro portamesa ; 5, mesa; 6, riostras o tirantes ; 7, aparato divisor; 8, eje portafresas; 9, soporte extremo del eje portafresas; 10, puente o carnero; 11, soporte intermedio del eje portafresas; 12, tirante para la fijación del eje portafresas; 13, caja de cambio de velocidades; 14, caja de cambio para avances; 15, contrapunto del aparato divisor; 16, cuerpo; 17, eje telescópico de transmisión de avances. B, detalle de las posibilidades de los movimientos de la mesa y carros: 1, ranuras; 2, canal; 3, mesa; 4, volante; 5, tope; 6, carro transversal; 7, palanca de bloqueo; 8, ménsula; 9, telescópico; 10, transmisión ; 11, carro portamesas; 12, tope .
Los tres movimientos de la mesa en sentido vertical, longitudinal y transversal se pueden efectuar a mano y automáticamente, en ambos sentidos . Topes regulables limitan automáticamente la marcha en el punto deseado . En las manivelas, que sirven para mover la mesa, hay tambores graduados, que permiten ajustes finos. Los movimientos automáticos pueden obtenerse de dos maneras: unas veces, se reciben del árbol de trabajo, mediante poleas escalonadas o caja de velocidades (fig . 20 .3); otras, el avance lo recibe independientemente del movimiento del árbol de trabajo. 20 .2 .1
Partes principales de la fresadora universal
Las partes principales de una fresadora universal son (fig . 20 .2) Cuerpo (16), puente (10) v conjunto de la mesa (3, 4 y 5) . 20 .2 . 1 .1
Cuerpo
La fresadora universal debe tener la forma y dimensiones necesarias para alcanzar la máxima rigidez . Su cuerpo va apoyado en una base, que también ha de ser suficientemente rígida . En él se encuentran, normalmente, el motor de accionamiento y la mayoría de mecanismos y sistemas de engrase y refrigeración . 20 .2 .1 .2
Fresadora universal cono-
Puente
Llamado vulgarmente en algunos lugares carnero, es simplemente un elemento de soporte, que suele correr sobre el cuerpo, por unas guías cilíndricas o en forma de cola de milano, que se pueden bloquear fuertemente. En el puente van los soportes del eje portafresas (11) y (9) provistos de cojinetes de bronce ajustables y con un sistema de engrase conveniente . 20.2 .1 .3
Fig. 20.3 polea.
Conjunto de la mesa
Fig. 20.4 Cadena cinemática de una fresadora universal.
Consta de mesa, carro portamesa y ménsula . Sobre la bancada, por unas guías verticales con regletas de ajuste, corre un bastidor llamado ménsula (3) (fig . 20 .2) . Sobre la ménsula, en dirección perpendicular al plano de las guías de la ménsula, y horizontalmente, corre un carro portamesa, (4), también sobre unas guías ajustables, y, por último, sobre dicho carro, en dirección transversal, corre la mesa propiamente dicha (5) . Si la fresadora es universal, existe entre el carro portamesa y la mesa un soporte giratorio para permitir las diversas posiciones . 20 .3
Cadena cinemática de la fresadora universal
Para estudiar la cadena cinemática de la fresadora universal se la considera dividida en varios grupos de mecanismos, según el esquema de la figura 20 .4, a saber : - Transmisión del movimiento aleje principal. - Transmisión del movimiento a la caja de cambio para avances. - Caja de cambio para avances e inversión del movimiento de los avances . Transmisión del movimiento a los mecanismos de la ménsula. Mecanismos de los avances automáticos y manuales. 20 .3 .1
Transmisión del movimiento al eje principal La transmisión del movimiento, desde el motor al eje principal, necesita un sistema de reducción y variación de velocidad, que puede basarse en un mecanismo de conos de poleas o bien en trenes de engranajes (13) . 20 .3 .1 .1
Sistema conopolea
Se utiliza muy poco, casi exclusivamente en fresadoras muy antiguas o muy pequeñas, en especial en fresadoras de sobremesa (fig . 20 .3) .
203
Fig. 20.5 A Fresadora monopolea: A, esquema; B, vista parcial del motor, poleas y correas.
soporte
20 .3 .1 .2
Sistema monopolea
20.3 .1 .3
Sistema de ataque directo
El ataque se hace por una polea de correas trapeciales desde el motor (fig . 20 .5A) a una caja de cambio de velocidades por engranajes, que va en la parte superior del cuerpo de la fresadora. El sistema empleado es casi exclusivamente del tipo de engranajes desplazables (fig . 20.6) . Este sistema es el empleado en casi todas las fresadoras de cualquier potencia .
Fig. 20 .5 8 Ataque directo a la caja de velocidades y caja de avances.
engranajes desplazables
Suprime toda clase de poleas . Es en todo semejante al sistema monopolea, salvo que el eje del motor lleva ya el primer engranaje de la caja (fig . 20 .513) . Suele estar dotado de embrague . El último eje conducido del mecanismo estudiado, en cualquiera de sus formas, es siempre el eje principal de la fresadora .
20.3.2
Transmisión del movimiento ala caja de cambios para avances
La toma de movimiento de la caja de avances puede hacerse de tres maneras : Tomando 1 .a el movimiento del eje motor por medio de engranajes o cadenas, antes de la caja de cambio de velocidades (fig . 20 .7A) . En este caso, los avances serán independientes de la velocidad de rotación del eje portafresas y se expresarán en milímetros por minuto . Fig. 20.6 Caja de velocidades con en2.a Tomando el movimiento por medio de engranajes, de cadena o de correa del granajes desplazables. mismo eje principal de la fresadora, después de la caja de velocidades (fig . 20 .713) . En este caso, los avances serán proporcionales a la velocidad de rotación del eje portafresas y se expresarán en milímetros por revolución de la fresa (fig . 20 .7C) . 3 .a Tomando el movimiento de otro motor independiente . En este caso, los avances también se expresan en milímetros por minuto . Cuando se emplea este sistema, es corriente que la caja de cambio de avances no se encuentre en el cuerpo de la fresadora, sino en la ménsula.
Fig. 20.8 A
Caja de avances,
1 1 A
2
3 4
5 6
6
4
X21' 44
B
J- 0 5
c
Fig. 20.7 Esquema de la cadena cinemática de la fresadora universal: A, con transmisión directa de los avances; B, con transmisión indirecta de los avances; C, con transmisión independiente. 1, motor; 2, transmisión del movimiento al eje principal; 3, transmisión del movimiento a la caja de cambio para avances; 4, caja de cambio para avances; 5, transmisión de la caja de cambio para avances a la ménsula; 6, mecanismos de la ménsula.
20.3.3 Fig. 20.8 8 Detalle de los mecanismos interiores de los carros de la fresadora : 1, telescópico; 2, inversor automático del vertical; 3, eje cardán; 4, movimiento a mano del vertical; 5, palanca de cambio rápido; 6, engranaje; 7, movimiento a mano de la mesa; 8, inversor automático del carro transversal; 9, piñones cónicos; 10, piñones cónicos; 11, inversor automático de la mesa; 12, palanca de cambio rápido ; 13, gurás, 14, mesa; 15, consola.
Caja de cambios para avances y mecanismo de inversión
La caja de cambios para avances (fig . 20.8A) suele ser del tipo de engranajes desplazables, al igual que la caja de velocidades. En la misma caja de cambios para avances suele estar incluido el mecanis-
mo de inversión de avances.
Otras veces, el mecanismo de inversión está incluido en los mecanismos del carro y se consigue por medio de una combinación de engranajes cónicos (fig . 20 .813) . Por último, se ha de tener en cuenta que, cuando los avances tienen motor independiente, existen corrientemente avances rápidos de acercamiento o alejamiento, para evitar pérdidas de tiempo, mandados por una palanca que acciona el embrague correspondiente (fig . 20 .8C) . 204
20 .3 .4
Transmisión del movimiento a los mecanismos de la ménsula
Cuando los avances no tienen motor independiente y, por tanto, hay que transmitir el movimiento desde la caja de cambios para avances (que está en el cuerpo) hasta los mecanismos de la ménsula, lo más corriente es emplear dos juntas cardan y un eje telescópico (fig . 20 .9A) . También se puede emplear, para este fin, un eje vertical con un chavetero corrido, que acciona un engranaje de chaveta corrediza, el cual va en la ménsula (fig . 20 .913) . motor
Fig. 20 .8 C Avance rápido de la mesa-
Fig. 20 .9 A Transmisión de la caja de avances a la ménsula por medio de juntas cardán y eje telescópico : A, vista general de la máquina; B, detalle; C, esquema del cardán.
20 .3 .5
Mecanismos en ménsula y carros para los avances automáticos y manuales
En estos elementos existen tres movimientos: el movimiento longitudinal de la mesa, el movimiento transversal del carro portamesa y el movimiento vertical de la ménsula. Los tres movimientos están mandados por husillos de rosca trapecial, mas, para disminuir el espacio ocupado por la máquina, el tornillo, que sirve para subir o bajar la ménsula, suele hacerse telescópico (fig . 20 .10), que consta de dos partes, una de las cuales rosca sobre la otra cuando ésta ha llegado al final de su recorrido . 20 .3 .5 .1
tuerca interior casquillo
Movimientos manuales
Los mandos manuales de los diversos husillos se logran girando directamente el husillo correspondiente (movimiento de la mesa y del carro transversal) o por medio de un juego de engranajes cónicos para el vertical de la ménsula (fig . 20 .11), todos ellos se accionan con un volante o manivela y llevan un tambor graduado . Deben estar colocados de tal manera que el operario los tenga al alcance de la mano en posición de trabajo. Como esta posición suele variar, algunas fresadoras llevan doble mando para el movimiento de la mesa . Normalmente,- los volantes o manivelas correspondientes a los mandos manuales suelen poderse quitar cuando se dan avances automáticos y para evitar maniobras involuntarias : cuando la fresadora está dotada de avances rápidos de acercamiento, es preciso que haya una desconexión automática de los volantes de los mandos manuales para evitar desgracias . Durante el trabajo los carros que no necesitan moverse se bloquean para aumentar la rigidez. Este bloqueo suele conseguirse por medio de regletas que se comprimen contra las gu ías. 20.3 .5 .2
. 20.9 B Transmisión de la caja de Fig avances a la ménsula por el sistema de chaveta móvil y transmisión por piñones cónicos.
Movimientos automáticos
En todas las fresadoras universales puede darse automáticamente el movimiento de la mesa, y en muchas de ellas los tres movimientos . 205
Fig .20.10 Eje telescópico del carro vertical .
Fig. 20.11 Mecanismos para el movimiento manual de la mesa y carro: 1, palanca del vertical;2, husillo; 3, transmisión por medio de piñones; 4, husillo transversal; 5, tuerca; 6, volante manual de la mesa; 7, husillo; 8, tuerca.
automático longitudinal
Fig. 20 .12 Transmisión de los tres movimientos de inversión automáticos, independientes.
La figura 20 .11A presenta un esquema de los mecanismos de una fresadora con un solo movimiento automático . Como se puede apreciar, existe un sistema de inversión, por medio de dos embragues de dientes y dos engranajes cónicos (fig . 20 .1113) que sirve, al mismo tiempo, de conexión de dichos avances . Este embrague es mandado a mano, desde el exterior, por una palanquita ; o bien, de forma automática por unos topes ajustables, que desembragan el avance al terminar el recorrido . Cuando el mecanismo de inversión de avances está en la caja de cambios se simplifica el mecanismo, suprimiéndose uno de los dos engranajes cónicos, y no quedando más que un simple embrague, que es el que se acciona por la palanquita o los topes. Cuando la fresadora tiene los tres movimientos automáticos, el mecanismo es semejante (embragues de dientes, topes de desconexión, etc .), pero repetido tres veces (fig . 20 .12) .
bnÍ Fig. 20.11 B Detalle y funcionamiento del mecanismo de inversión de la figura 20 .12. Fig. 20 . 11 A Mecanismos automáticos para la mesa y manual para los carros : 1, dispositivo del avance automático de la mesa; 2, carro transversal manual ; 3, avance vertical manual.
20 .3 .6
Otros mecanismos
Como ya se ha indicado, los mecanismos de la ménsula, el carro y la mesa pueden hacerse independientes de la cadena cinemática general, desembragando los mandos respectivos . Fig. 20.13 Cabezal vertical: A, disposición de montaje; B, sección longitudinal.
En cambio, pueden unirse a la cadena cinemática general los mecanismos de transmisión del cabezal vertical de fresar y del cabezal universal, que convierten la fresadora universal en vertical o mixta . Como se ve (figs. 20 .13 y 20 .14), consisten simplemente en una transmisión por engranajes cónicos desde el eje principal de la fresadora a unos ejes secundarios, que deben ir sobre un sistema de cojinetes del mismo tipo que los del eje principal, el último de cuyos ejes pasa a ser el eje portafresas . 20 .4
Engrase de la máquina y sistemas de refrigeración y lubricación en el corte
Para las cajas de cambio de velocidades y de avances puede haber dos cárter- de aceite distintos e independientes o uno soló .
salida excéntrica fresa
aceite B
!tambores graduados
-1
P'
~
u
Fig. 20.14 Cabezal universal: A, montado en la máquina; B, detalle del funcionamiento,
206
-mbolo entrada
ele
Fig. 20.15 A Forma del funcionamiento de una bomba de aceite .
20 .4 .1
Engrase por baño de aceite Si se emplea el sistema de baño de aceite suele ser difícil hacer llegar el lubricante a todos los puntos, al menos de la caja de cambio de velocidades . 20.4.2 Engrase por bomba de aceite Por lo dicho anteriormente, casi todas las fresadoras están dotadas de una bomba de aceite, que suele ser de émbolo, movida por una excéntrica montada en el eje primario (fig . 20.15A) . El resto de los mecanismos puede estar engrasado por engrasadores independientes o bien tener un engrase centralizado para los puntos clave, servido por una pequeña bomba manual . Esta bomba distribuye el aceite por una serie de tuberías y se utiliza varias veces al día .
electrot
ba
Fig. 20.15 8 Sistema de refrigeración .
20.4.3
Refrigeración y lubricación en el corte Se suele conseguir en todas las fresadoras modernas por una electrobomba (fig . 20.1513) . En este caso, el depósito de refrigerante o lubricante está en la base de la fresadora y de allí lo toma la electrobomba para llevarlo al mismo punto donde se verifica el corte, por medio de tuberías orientables o, mejor, flexibles . El refrigerante que cae se recoge en la mesa y vuelve a recibirse en el depósito, a través de un filtro que separa la viruta y la suciedad, al menos la más voluminosa . El resto se decanta en el depósito, que hay que limpiar periódicamente .
20.5
Esquemas de cadenas cinemáticas de fresadoras Las figuras 20.16 y 20 .17 presentan las cadenas cinemáticas de dos fresadoras y la figura 20,18 la cadena cinemática de la caja de avances de una fresadora moderna .
Fig. 20 .17 Perspectiva de una fresadora universal con todos los mecanismos que componen la cadena cinemática.
Fig. 20 .16 Sección longitudinal de una fresadora vertical.
20.6
Características principales de la fresadora universal Son algunas medidas geométricas que determinan las posibilidades de trabajo de cada fresadora . Suelen completarse con otros datos como: número de vueltas del eje principal, avances, potencia del motor, etc . La figura 20.19 presenta urca fresadora con sus características . 20 7
Fig. 20 .18 Cadena cinemática de la caja de avances de una fresadora moderna: 1, eje motor, 2, eje del tornillo sin fin; 3, eje para el avance rápido; 4, eje para velocidades reducidas; 5, embrague magnético para avances rápidos,
C
DATOS TECNICOS MESA Superficie de la mesa . . . . . . Número de ranuras en T . . Distancia de las ranuras en T . . Giro de la mesa en los dos sentidos CURSOS Longitudinal automático . Longitudinal a mano . . . Transversal automático . . Transversal a mano . . . Vertical automático . . . Vertical a mano . . Distancia útil del mandrinoal
B
Cabezal universal: La relación de velocidad de los husillos 1 a 1, permite gracias aeste cabezal, el disponer de un husillo giratorio de hasta1.400 r. p. m., velocidad muy estimada principalmente para el trabajo con metales ligeros. Ambos cabezales tienen los ejes templados y rectificados, habiéndoseles incorporado el sistema de engranes Klingenberg. Va dispuesto con brazo articulado para su acoplamiento en la máquina.
y
0
¡'
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I A
L.
1
A_1
BJ C D ¡_ E _ I _ _ IF I G 1
m
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H 1
Giro
1
Cana
I
Posa
Cabezal vertical : las fresadoras equipadas con el cabezal vertical inclinable se convierten en verdaderas fresadoras verticales, capaces de absorber toda la potencia del motor (relación de velocidad de los husillos 1:1). Va dispuesto con brazo articulado para su acoplamiento en la máquina .
.
.
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. . . . . . . . . . carnero
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. . . .
. . . .
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. . . .
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1.400 x 300 mm 3 de 16-H7 56 mm 45'
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. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
900 mm 920 mm 290 mm
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. .
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. .
. .
300 455 460 155
mm mm mm mm
MANDRINO Alojamiento del mandrino cono . . Diámetro de cabeza del eje principal . Diámetro del mandrino . . Número de velocidades del mandrino: Inversión . . . . . . . . . . .
. . . . 28 a 1400 r . p. m. . . . . . . .
AVANCES Número de avances . . . . Avance longitudinal y transversal . Avance vertical . . . . . . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. .
. .
. .
12 12 - 570 mmlmin . 3,5 -170 mmlmin.
AVANCE RAPIDO Longitudinal y transversal . Vertical . . . . . . .
70 mm 18 Incluida
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
3,000 mmlmin . 900 mmimin .
POTENCIA DEL IMPULSO Correas trapezoidales . . . . Motor principal . . . . . Motor de marchas rápidas . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
3 6 HP 2 HP
REFRIGERACION Bomba reversible . . . .
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Moto-bomba
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.
_
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Incluida 0,10 HP
P E 5 O Peso neto aproximado . . . . . . Peso bruto con embalaje maritimo . Dimensiones de exportación . . . .
. . .
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. . .
. . .
. . .
. . .
. . .
2650 kg 2950 kg 2,08 x 1,76 x 2,03
.
.
.
.
.
. .
ISA-40 88,88 mm
_
EQUIPO STANDARD Instalación eléctrica completa para 3 fases, voltaje a indicar. Motores de velocidades, avances y motobomba. Pulsadores de arranque y parada.
i
_,B
'-
Instalación completa de refrigeración .
I F
Eje portafresas de 22 mm .
I
Tipo
_-lo i A
I
B
®m I
c ~- ó
I
óiro 360 °
Cono
~Pcao
Dos soportes para apoyo del eje portafresas. Juego de llaves . Manual de instrucciones.
~ 1 60 k'_
Fig. 20 .19 Datos y características técnicas de una fresadora: 'A, dimensiones fundamentales del conjunto; B, dimensiones de la mesa; C, datos técnicos; D, características y dimensiones del cabezal universal; E, características y dimensiones del cabezal vertical.
Trabajos característicos en la fresadora universal Sólo se hace una reseña de algunos de los trabajos que pueden realizarse en la fresadora .universal, ya que en el Método de Prácticas de Taller, de esta misma Editorial, se trata con amplitud : - Planeado de superficies (fig. 20.20) . - Ranurado en piezas fijas (fig. 20.21) . - Ranurado en piezas colocadas en el divisor (fig . 20 .22) . - Taladrado y mandrinado (fig. 20.23) . - Ejecución de chaveteros (fig. 20 .24) . En temas sucesivos se estudiará la manera de realizar algunos de estos trabajos, teniendo en cuenta que, de momento, sólo interesa presentar unas ideas generales . 20.7
Fig. 20 .20 Planeado de superficies : A, en un plano; B, en dos planos perpendiculares.
208
Fig. 20 .21 Ranurado en piezas fijas : A, ranurado de forma; B, ranurado profundo con fresa de tres cortes : C, chavetero pasante; D, ranurado angular con fresa bicóoica; E, tanurado angular con fresa frontal.
Fig. 20.22 Ranurado de piezas montadas en aparato divisor : montaje entre puntos .
fü_íl
I.q1
B
Fig. 20.23 Taladrado y mandrinado : A, taladrado con broca; B, mandrinado y cajeado con herramienta y mandril radial; C, aplicación .
20 .8
Accesorios principales empleados en la fresadora Se enumeran los empleados para trabajos característicos . Su estudio se hará en el momento de su utilización o al hablar de las herramientas . - Ejes portafresas y elementos de sujeción de las herramientas (Apartado 21 .2 .4 .3) . - Elementos de fijación de las piezas (tema 11) . - Aparatos divisores circulares (Apdo. 22 .4 .1) . - Aparatos divisores lineales (Apdo. 24 .4 .1 .6) . - Accesorios especiales para ampliar posibilidades de la fresadora. - Aparatos portaherramientas de orientación múltiple (llamados apara tos verticales) (fig . 20 .25) . - Aparatos de mortajar (fig . 20 .26) .
Fig.20.24 Chaveteros y ranuras: A, ranura pasante; B, chavetero longitudinal con salida redondeada con fresa circular; C, chavetero para lengüeta con extremos redondeados con fresa de mango; D, chavetero circular para chaveta Wooldruff.
A
B
Fig. 20 .25 Cabeza vertical : A, cabezal: B, aplicación .
SEGURIDAD E HIGIENE En el capítulo de seguridad se dan normas generales para el manejo de las máquinas y, al estudiar los trabajos particulares, se añaden algunas concretas; pero hay que llamar la atención, desde ahora, recordando que la fresadora es una máquina que requiere gran atención por su complejidad y por lo peligroso de sus herramientas . 209 14 .
Tecnologia del Metal i 2
Fig. 20 .26 Aparato de ranurar o mortaj'ar : A, forma de montaje en la máquina ; B, aplicación .
NORMALIZACION
Consultar las normas correspondientes a máquinas de fresar y a sus herramientas .
MEDIOS DIDACTICOS
Una colección de diapositivas o transparencias ayudarán a comprender más fácilmente los conceptos expuestos; será ideal poder disponer de películas sobre el tema . El estudio o explicación en pequeños grupos sobre las máquinas reales es de gran interés. Dígase lo mismo de las visitas técnicas . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO
Hacer una lista de las fresadoras del taller y clasificarlas por sus características principales. CUESTIONARIO -
Clasificación de la fresadora . Mecanismos principales de la fresadora horizontal . ¿Para qué sirve el mecanismo telescópico y cómo funciona? Sistemas para dar movimiento a la mesa y carros . Sistemas para dar movimiento a la caja de avances y consecuencia . Características principales de una fresadora. Trabajos principales que se realizan en la fresadora universal .
Tema 21 .
Fresadora universal : herramientas y porta herramientas para fresadora
OBJETIVOS - Conocer las herramientas de la fresadora. - Conocer los sistemas de fijación de fresas . GUION -
Fresa. Clasificación de las fresas . Herramientas de mandrinar. Material de las fresas . Angulos de corte.
PUNTOSCLAVE
- Conocer los diversos tipos de fresas y su aplicación más característica .
EXPOSICION DEL TEMA 21 .1
Fresa
21 .2
Clasificación de las fresas
Es una herramienta de filos múltiples, que gira alrededor de un eje, al efectuar el movimiento de corte (fig . 21 .1) . Es la herramienta utilizada en la fresadora, aunque no exclusivamente, ya que también se usan brocas y herramientas de corte único .
Fig. 21 .1 Herramienta de fresadora : A, fresa; B, cada diente se puede considerar como una herramienta simple; C, forma de trabajo.
Las fresas se pueden clasificar, con arreglo a distintos criterios, a saber : según el tipo del diente, según su material, según su sistema de fijación y según sus aplicaciones . 21 0
Clases de fresas según el tipo del diente
21 .2 .1
Según este criterio, las fresas se clasifican en tres grupos : - Fresa con dientes fresados.
- Fresa con dientes destalonados. - Fresa con dientes postizos.
Dentro de esta clasificación general existen numerosos tipos de dientes (ver catálogos) .
21 .2 .1 .1
Fig. 21 .3 Forma de trabajo de una fresa para superficies estrechas.
Fresa de dientes fresados
Los dientes fresados tienen formas rectas (fig . 21 .2) y se afilan por sus superficies de incidencia y salida de viruta . Corta fácilmente con buen rendimiento y se emplea para superficies planas o quebradas . Es el tipo de diente más corriente. La forma del filo puede ser recta (para fresa estrecha) (fig . 21 .3) o helicoidal (para fresa ancha) (fig . 21 .4) . superficie de salida de viruta superficie de incidencia
e Fig. 21 .4 anchas.
Fresa para superficies
Fig. 21 .2 Fresa de dientes fresados: A, forma de los dientes; B, forma de los dientes y ángulos; C, afilado del angulo de incidencia; D, afilado del ángulo de salida de la viruta.
21 .2 .1 .2
Fresa de dientes destalonados
Los dientes destalonados tienen una superficie de incidencia de forma curva. Si dicha superficie de incidencia se corta por un plano perpendicular al eje (fig . 21 .5) resulta una curva espiral . En cambio, la sección por un plano que pase por el eje, suele ser de muy variadas formas, según el perfil que se desee fresar, y todas las secciones rectas tienen la misma forma. Se afila por la cara de desprendimiento, por lo cual no cambia la forma del perfil que labra (fig . 21 .6). No corta con tanta facilidad como la de diente fresado, pero, en cambio se presta para fresados de forma que resultan imposibles con aquélla. La fresa de una sola pieza, fresada o destalonada, es siempre de acero, generalmente de acero rápido . superficie de salida de viruta superficie de incidencia
material suprimido
1 perfil cremallera 2 perfil medio punto 3 perfil eje acanalado
B
4 perfil de engranaje ,i evolvente A
8
Fig. 21 .5 Fresa de perfil constante destalonada : A, diente; C, diversas formas del perfil del diente.
forma de la fresa; B, forma del
Fig. 21 .6 Afilados de fresas de dientes destalonados : A, superficie de afilado; B, detalle.
diente del metal duro I
21 .2 .1 .3
Fresas de dientes postizos
21 .2 .1 .4
Platos de cuchillas
Pueden tener los dientes soldados al cuerpo de la fresa (fig . 21 .7A) . Normalmente, son de metal duro .
Los platos de cuchillas constan de un mango, un cuerpo y las cuchillas postizas (fig . 21 .713) . El mango es de acero, generalmente al carbono, templado y rectificado . Tiene forma de cono normalizado (fig . 21 .7C) para adaptarse al eje principal de la fresadora o al aparato divisor. Fig. 21 .7 A Fresa de tres cortes de dientes postizos soldados.
A veces forma una sola pieza con el cuerpo (fig . 21 .713) . Otras veces, en cambio, se suprime el mango, y el plato (fig . 21 .7D) se monta directamente en la platina del eje principal (fig . 21 .7E) . El cuerpo del plato de cuchillas también se suele hacer de acero al carbono.
mango y cuerpo, de una sola pieza
Fig. 21 .7 8
21 .2 .1 .4 .1
tornillo
tirante
mango
y
S
ao,
sWaWr.~ .íf
Formas de montaje del plato portacuchillas.
Sujeción de las cuchillas postizas
Se puede obtener por diversos procedimientos : Por ejemplo, unas veces se sujetan las cuchillas con unas cuñas apretadas por tornillos Allen (fig . 21 .8) . Otras veces, la sujeción se hace elásticamente, disponiendo unas ranuras en el mismo cuerpo e introduciendo, entre las ranuras, un pasador cónico (fig . 21 .9) . Para mejor sujeción, las cuñas y cuchillas tienen a veces un estriado (fig . 21 .10) .
i dado
Fig. 21 .7 C Formas normalizadas de mangos y detalle de montaje en el eje de la fresadora.
A
Fig. 21 .9 Montaje por pasador : A, fresa; B, detalle.
ranuras
Fig. 21 .7D
eje fresadora
Plato
de cuchillas.
plato tornillos IiliiIlY(%11((1¡(11 I
tornillos
I lama
Fig. 21 .7 E Montaje directo al eje de la fresadora.
D
Fig. 21 .8 Montaje de plaquitas de metal duro por medio de cuñas y tornillos: A, fresa, B, detalle ampliado ; C, detalle del montaje; D, montaje de lamas en un plato.
Fig. 21 . 10 Montaje de cuchillas en los platos por medio de ranuras estriadas: A, sujeción por ranuras y tornillos; B, plaquitas con ranu ras longitudinales y transversales.
21 .2 .1 .4 .2
Disposición de las cuchillas
La disposición de las cuchillas en el plato y la misma forma de éste dependen de la operación a efectuar . Por ejemplo, la figura 21 .11 muestra la disposición de una fresa de ranurar de tres cortes . La figura 21 .12, a su vez, presenta la de una fresa de planeado frontal, que es el caso más frecuente . Las cuchillas suelen ser de metal duro ; también se emplean las de acero rápido . 21 .2 .1 .4 .3
Fig.21.11 Fresa ds tres cortes de meta : duro.
El número de dientes
Varía de acuerdo con la potencia de la fresadora o con el trabajo a efectuar ; como mínimo son cuatro, pero pueden llegar a seis, ocho y aún más . Para la fresa de ranurar, el númerQsuele ser mucho mayor. 21 .2 .1 .4 .4
Forma de las cuchillas de acero rápido
Suelen estar formadas por barras cuadradas rectificadas, de acero al 10 de cobalto, del tipo de las empleadas en cuchillas de torno, aunque también hay otras formas especiales . 21 .2 .1 .4 .5
Forma de las cuchillas de metal duro
Pueden estar formadas simplemente por plaquitas normalizadas sujetas al plato directamente ; ésta es la solución que se emplea para la fresa de ranurar (fig . 21 .13A) . Sin embargo, para el caso más frecuente, el de la fresa frontal, las plaquitas de metal duro van sujetas, a través de un pequeño mango de acero, al que están soldadas las plaquitas (fig . 21 .1313) . En consecuencia, a la hora del recambio, se quita la cuchilla entera, compuesta de plaquita y mango . El afilado final conviene hacerlo, cuando ya están colocadas las cuchillas en el plato (fig . 21 .13C) .
Fig. 21 .12 Fresas de planeado frontal de dos cortes: A, de acero rápido; B, de metal duro.
r
C
plaquita de metal duro soldada
w
Fig. 21 .13 B Plato de cuchillas para el planeado frontal : A, plato completo; B, cuchilla o lama .
T
Fig. 21 .13 A Plaquitas de metal duro normalizadas y su aplicación a las fresas.
21 .2 .2
Clasificación de las fresas según su aplicación
Las más corrientes son : 1 . Fresa para mecanizar superficies planas . Puede ser cilíndrica (fig . 21 .14) y frontal (fig . 21 .15) según que sus dientes se encuentren en la cara cilíndrica o en una de las caras planas . Aunque la cilíndrica puede ser de diente recto, casi siempre lo tiene inclinado en forma de hélice . 213
Fig. 21 .13 C Afilado de un plato de cuchillas.
Para trabajos fuertes se emplean fresas dobles (fig . 21 .16) cuyos dientes están inclinados en sentido opuesto, para evitar presiones axiales. La fresa frontal puede ser también de dientes postizos (fig . 21 .15) . Todas pueden trabajar por dos caras (fig . 21 .17) .
UNE 16201-75
2. Fresa para ranurar. Se llama así la empleada para construir ranuras de perfil rectilíneo, Puede ser cortante por. una sola cara (fig . 21 .18), por dos y por tres (fig . 21 .19) . A veces se construyen estas últimas en dos piezas, entre las cuales se puede colocar chapa delgada para hacer variar la anchura de la fresa entre pequeños límites (fig . 21 .20) .
B
c Fig. 21 .14 Fresado de superficies planas: A, fresa; B, dirección de la fuerza, sentido de giro de la fresa y avance de la pieza en función del sentido del ta llado de la fresa, diente para el fresado cilíndrico
pieza
Fig. 21 .15 Fresa compuesta para fresado frontal y cilíndrico . Formas de trabajo.
UNE 16207-75
3. Fresa para mecanízar herramíentas. Las hay para ranurar brocas, machos, mandriles, fresas (figs. 21 .21 y 21 .22), etc . 4 . Fresa para ranurar en T (fig .21 .23) . 5 . Fresa para ranuras en cola de mílano (fig . 21 .24) . 6 . Fresa para ranuras de chaveta (fig . 21 .25) . 7 . Fresa síerras de dísco para cortar (fig . 21 .26) . 8 . Fresa para ejes estríados (fig . 21 .27) . 9 . Fresa de roscar (fig . 21 .28) . 10 . Fresa para avellanar (fig . 21 .29) . 11 . Fresa para tallar engranajes (figs. 21 .30 y 21 .31) . Estas fresas reciben también el nombre de modulares. Como la forma del perfil del diente de una rueda varía con el número de dientes (fig . 21 .32), dentro de cada módulo se necesitaría una fresa distinta para cada rueda de diverso número de dientes; sin embargo, cometiendo un error despreciable, se emplea en la práctica un juego de ocho fresas por módulo, para cortar engranajes hasta el módulo 8 y un juego de 15 fresas para engranajes de módulo mayor. Cada una de las fresas del juego sirve para el número de dientes que indica la tabla 21 .33. En este caso, la forma del perfil es la correspondiente al menor número de dientes. Así, la fresa número 3 (17 a 20 dientes) tiene el perfil del hueco del diente de una rueda de 17 dientes. 12 . Fresa madre. Para cortar engranajes rectos, helicoidales y ruedas de cadena, se emplea también la fresa madre (fig . 21 .31), con la ventaja de que basta una sola fresa para cada módulo, si bien no puede emplearse más que en fresadoras especiales o con accesorios para ello .
Fig. 21.17 Fresado en dos posiciones : A, fresa; B, fresado con el eje horizontal; C, fresado con el eje vertical.
UNE 16203-75 B
I
-i "
s
Fig. 21 .16 Fresa de dentado doble: A, forma real de la fresa; B, forma de trabajo y compensación de los esfuerzos axiales.
s
Fig. 21 .18 Fresado de ranuras: A, fresa de un solo corte; B, forma de trabajo.
tres cortes
Fig. 21 .19 Fresado de ranuras: A, fresa de tres cortes; B, forma de trabajo.
B
Fig. 21 .20 Fresado de ranuras equidistantes: A, montaje de las fresas; B, forma de trabajo.
UNE 16223
Fig. 21 .21 Fresa de ranurar brocas y su aplicación práctica.
Fig. 21 .22 Fresas de ranurar machos de roscar y su aplicación práctica .
Fig. 21 .23
Fresa de construir ranuras en T y su aplicación.
UNE 16013-75 UNE 16017-75 UNE 16018-75
Fig. 21 .26 Fresa de diente fresado para troncear y su aplicación .
Fig. 21.24 Fresa de construir ranuras en cola de milano y su aplicación . Fig. 21 .25 Fresa de hacer chaveteros y su aplicación.
EN M
O
Fig. 21.27 Fresa para ejes nervados o estriados.
111111111111-ÍIÍ~
1
Fig. 21 .28 Fresado de roscas: A, fre sa para adaptarla al eje principal; B, fresolín; C, aplicación.
pieza
esa
Fig. 21.29 Fresa de avellanar y su aplicación .
Fig. 21 .30 Fresa de mecanizado de engranajes por medio del aparato divisor en una fresadora universal .
Tabla 21 .33
mismo módulo
Fig. 21 .32 Perfil del diente de un mismo mó dulo y drstinto nómc,"c de die^tes: A, engranaje de gran número de dientes; B, engranaje de pocos dien tes.
Fresas para tallar engranajes rectos y helícoidales
Juego de 8 fresas para engranajes hasta módulo 8 Núm .
Para ruedas de
Núm.
12 a
13 dientes
1
2
14 a
16
»
3
17 a
20
»
4
21 a
25
»
2 2 1 /2 3 3 1 /2 4
5
26 a
34
»
35 a
54
»
55 a 134
»
1
7 Fig. 21 .31 Fresa madre de tallar engranajes por generación .
Juego de 15 fresas para engranajes de módulo 9 en adelante
8
135 a cremallera
1 1 /2
41 /2
5 5 6
1/2
61 12
7 7 8
1/2
Para ruedas de 12 dientes 13 » 14 » 15 » a 16 17 » a 18 19 » a 20 21 » a 22 23 » a 25 26 » a 29 30 » a 34 35 » a 41 42 » a 54 55 » a 79 80 » a 134 135 » a cremallera
21 .2.3
Clasificación de la fresa según su sistema de fijación
La fresa se puede clasificar atendiendo a su sistema de fijación, según el siguiente cuadro : rcon agujero roscado (1) con agujero
con agujero cilíndrico (2)
Fresa Lcon mango
con mango cónico (5) con mango cilíndrico (6)
liso, con chavetero transversal (3) liso con chavetero longitudinal (4) on extremo roscado con extremo sin rosca C
11 M.»1~ ~~WIÍII llliaí`"úl,~i
Según el sistema de fijación que tenga, cada fresa se acoplará al tipo de sujeción correspondiente . cono Morse
eje de la fresadora
21 .2 .4 tes :
tirante
Fig. 21 .34 Montaje de una fresa de mango de cono Morse, en una fresadora.
cono ¡So
eje de la fresadora
tirante
Fig. 21 .35A
Montaje de un cono ISO en el eje de una fresadora.
Sujeción de la fresa
La fresa puede sujetarse y ser accionada por los procedimientos siguien-
- Sujeción por medio de conos. - Sujeción de conos por medio de tirantes. - Acoplamiento al eje principal del eje portafresa normal. - Acoplamiento al eje principal, al aire. - Acoplamiento al cabezal vertical o universal, al aire. En los casos tercero y cuarto el acoplamiento puede ser directo o por medio de un dispositivo intermedio . Para conseguir cualquier sistema de acoplamiento, tanto el eje principal de la fresadora como el eje del cabezal vertical, tienen un cono hembra y además están huecos, para poder pasar interiormente, a todo lo largo, un tirante roscado, para sujetarlo a la máquina . 21 .2 .4.1
Tipos de conos de sujeción empleados en la fresadora Los conos de sujeción, más empleados actualmente en España, son los conos Morse y los llamados Americanos, o mejor /SO . 21 .2 .4.1 .1
Conos Morse (fig . 21 .34)
Ya se estudiaron en Técnicas de Expresión Gráfica 1/2 ; tienen la ventaja de que, de ordinario, no necesitan ningún dispositivo o chaveta auxiliar para el giro; pero, la desventaja de que su desmontaje es, a veces, muy difícil en las fresadoras . Los conos Morse tienden a ser sustituidos por los ISO . 21 .2.4.1 .2 chaveta transversal
hueco para el montaje de un cono ¡SO
Fig. 21 .35 B Acoplamiento del cono lsOalaparato vertical.
Conos sistema Standard Americano
Coinciden con la recomendación ISO, por lo que se les llama también conos ISO . Son los más empleados en fresadoras, casi siempre en el alojamiento del eje principal (fig. 21 .35A) y, muchas veces, también en el eje del aparato vertical (fig . 21 .3513) . Necesitan un arrastre positivo, por lo cual los ejes correspondientes van dotados, al mismo tiempo, de dos chavetas transversales (fig. 21 .3513), que coinciden con chaveteros del eje portafresas o de la misma fresa (fig . 21 .35C) . Se montan y desmontan con gran facilidad . 216
Tabla 21 .36
!b
IN, F
I"
Dimensiones normalizadas de los conos sistema ¡SO
/II. .. IÜ.I N
11 L`\
` á
Fig. 21 .35 C Montaje de la fresa al mango del cono !SO y éste al eje principal de la fresadora.
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?G
3.2
44 .45 25.32 45
Fig. 21 .38 A Diversos tipos de tirantes: 1, tirante sencillo; 2, tirante que permite desprender el cono ; 3, tirante de tuerca móvil.
21 .2 .4 .1 .3
Conos ISO
Están norma/izados en varios tamaños diferentes, como se puede ver en la tabla 21 .36. También están normalizadas todas las medidas de los extremos de los ejes de las fresadoras . Los conos ¡SO tienen una conicidad de 7/24, correspondiente a 3,5 pulgadas por pie, en el sistema inglés, y los tipos se enumeran : ¡SO 30, ISO 40, ISO 45 e ISO 50 en orden sucesivo de tamaños. 21 .2 .4 .1 .4
Otros tipos de conos
Otros conos, menos empleados, son los métricos (conicidad 1 :50) y el Brown Sharpe (conicidad 1 :24), cuyas características de sujeción son semejantes a las de los Morse . 21 .2 .4 .1 .5
Sujeción especia/
Algunas fresadoras llevan, en el extremo del eje principal, un cono macho para el acoplamiento directo sin mango, de un plato de cuchillas de gran tamaño (fig . 21 .37) . 21 .2 .4 .2
Tirante de sujeción
Para fijar fuertemente el cono de la fresa al alojamiento del eje de la fresadora, es conveniente (y de ordinario necesario, al menos para los conos ¡SO) hacer un esfuerzo longitudinal en el sentido del eje de la misma fresa . Para ello se utilizan los tirantes (fig . 21 .38A) que están roscados, por un extremo, para acoplarse a la fresa y, por otro, tienen un anillo de tope, que se apoya en el otro extremo del eje, y una cabeza generalmente cuadrada, para ser accionada con una llave. Una caja cubre de ordinario el anillo saliente para que el tirante haga de extractor al ser operado en sentido contrario (fig . 21 .388) . 21 7
Fig. 21 .37 Sujeción directa al eje de la fresadora: A, forma de trabajo ; B, detalle de montaje.
21 .2.4.3
Eje portafresas normal
El eje portafresas normal se usa con fresas de agujero cilíndrico y chavetero longitudinal sin necesidad de trabajar al aire (fig . 21 .39A) (UNE 16004-75). Por un extremo, termina en el cono correspondiente al eje principal de la fresadora y, en el caso de cono ISO, va provisto de un disco saliente con dos chaveteros para las chavetas transversales (fig . 21 .39A) . El cuerpo tiene el diámetro correspondiente a la fresa con un chavetero longitudinal, que correa todo lo largo (fig . 21 .39C). Sobre este mismo eje se montan los casquillos de varios tamaños, que sitúan la fresa en su lugar y son fijados por una tuerca, que rosca en el tornillo del extremo del eje portafresas . Los diámetros del eje portafresas están normalizados, con dimensiones de 0 16, 0 22, 0 27, y 0 32 . El ajuste con la fresa debe ser deslizante . El eje portafresas se apoya en el extremo libre sobre una luneta (fig . 21 .39A) ; mas, para evitar flexiones, conviene emplear también otra luneta intermedia (fig . 21 .40A) . Las lunetas deberán tener bien ajustados los cojinetes (ajuste giratorio suave) y estar siempre bien engrasadas .
parte fija de la máquina
luneta
Fig. 21 .39 Montaje de fresas en el eje principal: A, conjunto ; B y C, posición de montar los casquillos y fresa en el eje. rosca izquierda
luneta intermedia
2
Fig. 21 .40 A
21 .2 .4 .3 .1
Montaje correcto de la fresa con respecto a los soportes.
Montaje de la fresa
La colocación de la fresa en el eje portafresas debe hacerse de modo que quede lo más cerca posible del cuerpo de la fresadora, porque así trabajará más rígidamente. De no ser posible colocarla muy cerca, se procurará, al menos, colocar una, o las dos lunetas, lo más cerca posible de la fresa (fig . 21 .4013) . 3
Fig . 21 .38 8 Diversos sistemas de montaje: 1, montaje corriente (para aflojar el cono, desenroscar el tirante y golpear con un mazo de plástico) ; 2, montaje en el que, por medio de una llave, se desprende el cono (para apretar, se gira en el sentido de las agujas del reloj y para aflojar, al contrario) ; 3, blocaje por tuerca (para apretar, se afloja la tuerca móvil y se gira el tirante hasta que penetre varios hilos en el cono. Se hace fuerza hacia fuera y, a continuación, se gira la tuerca móvil. Para aflojar, se desenrosca la tuerca móvil y se golpea con un mazo de plástico) .
A
Fig. 21 .40 8 Colocación correcta e incorrecta de la fresa con respecto a las lunetas: A, bien; B, mal.
21 .2 .4 .3 .2 Sentido de la hélice y giro de la fresa
El sentido de la hélice de la fresa, en caso de ser helicoidal, y el sentido de giro deben ser de tal forma que la presión de corte se dirija, en el eje portafresas, hacia el cuerpo de la fresadora (fig . 21 .41) .
21 .2.4.4 Acoplamiento directo al aire en el eje principal o en el eje del cabezal vertical o universal Se emplea exclusivamente con fresas al aire de mango cónico, de la misma conicidad que el cono interior del eje correspondiente . Este mango ha 21 8
de tener agujero roscado, para poder poner el tirante y, en caso de conos ¡SO, los chaveteros transversales correspondientes . Siempre que se pueda, se ha de procurar que la fresa al aire vaya en el eje principal (fig . 21 .42) y no en el cabezal vertical o universal, porque el trabajo se hace mucho más rígidamente y con menos flexiones y vibraciones . Si es preciso, se emplea para ello un montaje especial de la pieza . Y en caso de no ser posible, es preferible un cabezal vertical rígido a uno universal. Fig. 21 .42 Montaje directo en el eje principal de la fresadora.
Fig. 21 .41 Sentido de giro correcto de la fresa respecto al sentido de la hélice, para que la fuerza axial actúe hacia el inte rior de la máquina.
bien
mal
21 .2.4 .5 Acoplamiento indirecto al aire
El acoplamiento indirecto se puede conseguir por medio de un mango
postizo o de una pinza y, en casos excepcionales, por un portabrocas . 21 .2 .4 .5.1
Mango postizo
El mango postizo debe ser adaptado al cono de la fresadora (fig . 21 .43) .
21 .2 .4.5 .2
Pinza
La pinza puede acoplarse al mismo cono de la fresadora y tener una rosca para el tirante (fig . 21 .44) ; pero puede acoplarse también indirectamente, por medio del portapinzas,, que es un accesorio con mango cónico, que tiene un alojamiento para la pinza (fig . 21 .45) . Cuando se emplea el portapinzas, las pinzas no llevan rosca y el portapinzas tiene una tuerca para la fijación de las mismas . La pinza tiene una parte cónica, con tres o más ranuras (fig . 21 .46) para que ceda elásticamente y apriete el mango cilíndrico de la fresa ; y, de ordinario, otra parte cilíndrica para el mejor guiado . El portapinzas es necesario cuando la fresa al aire ha de ser bastante saliente ; pero la pinza de acoplamiento directo es de mayor precisión . /i//////////iiiz máquina// parte. fija de la . fresa
ti ante
Fig. 21 .44 Pinza adaptada directamente al cuerpo de la fresadora.
cono ISO fresa fresa y
tornillo
chaveta pinza
Fig. 21 .45 Portapinzas y forma de acoplamiento a la máquina.
fresa
Fig. 21.46 Forma real de la pinza.
21 .2.4.5.3 Portabrocas El portabrocas es del mismo tipo que el de las taladradoras, con un mango roscado apropiado (fig . 21 .47) . Se emplea cuando hay que taladrar en la fresadora con broca cilíndrica . No se debe emplear para sujetar fresas de mango cilíndrico, en sustitución de portapinzas. 219
Fig. 21 .43 Diversos tipos de mandriles y formas de acoplamiento de las fresas: A, mandril con tuerca exterior; B, mandril con tornillo interior; C, con centrador y tirante.
21 .2.4.5.4 Mandril para fíjar directamente fresas de mango cónico El mandril o cono, tiene un cono interior Morse al que se acopla el mango cónico de la fresa con su lengüeta de arrastre (fig . 21 .48) . Herramientas de mandrinarComo es sabido, se llama mandrínar la operación de tornear cilindros interiores . Este trabajo se puede hacer también en la fresadora, manteniendo inmóvil la pieza y haciendo girar la herramienta . Para ello es necesario fijar una cuchilla al eje de la fresadora, pero más comúnmente al del cabezal vertical . 21 .3
Fig. 21 .47 Portabrocas empleadas en la fresadora: A, sin mango; B, con mango roscado para el empleo de tirante.
21 .3 .1 Sujeción de la cuchilla La cuchilla se puede fijar de varias maneras ; por ejemplo, con un mandril terminado en cono, como los de las figuras 21 .49 a la 21 .51 . Pero de esta forma, no se puede efectuar un trabajo de precisión, por la imposibilidad de medir la profundidad de corte que se da a la cuchilla en cada pasada . Por ello y para este trabajo se emplea de ordinario el cabezal de mandrínar.
Fig. 21 .50 Aplicación práctica al mandri-
Fig. 21 .48 Cono de reducción para acoplamiento a la máquina por el exterior y a la herramienta por el interior.
tornillo
herramienta \
cono 1
Fig. 21 .51 al aire.
Mandril para el trabajo
21 .3 .1 .1
Fig. - 21 .49 Herramienta acoplada al eje portafresas para el mandrinado de agujeros pasantes .
Cabezal de mandrínar Este cabezal (fig. 21 .52) tiene un mango, que debe ser del mismo tipo que el cono del eje de la fresadora, para no tener que utilizar manguitos ; y un cuerpo, compuesto de dos partes . La parte superior va fija al mango; la inferior, puede desplazarse sobre unas guías de la primera, generalmente en forma de cola de milano ajustable, y a ella se sujeta la cuchilla . El desplazamiento se consigue por un tornillo micrométrico, mandado por un pequeño tambor, graduado generalmente en décimas o centésimas de milímetro, o por otro mecanismo equivalente . La cuchilla suele tener mango redondo y se sujeta a la parte inferior del cuerpo, por medio de un tornillo de sujeción a propósito .
Fig. 21 .53 Cabezales de mandrinar: A, graduable con cuchilla en el centro : B, graduable con cuchilla lateral; C, sin graduación .
Fig. 21 .52 Cabezal de mandrinar graduable: A, normal; B, para mayor radio; C, para pequeños diámetros. 220
B
e
De ordinario hay dos alojamientos para la cuchilla : uno en el centro, para cuando hay que mandrinar agujeros pequeños, y otro oblicuo, para cuando hay que mandrinar agujeros mayores (fig . 21 .53) . Si éstos son de precisión, puede existir un juego de cabezales abarcando cada uno de ellos una gama de diámetros . La cuchilla se puede hacer sencillamente de un redondo de acero rápido forjado convenientemente, o bien de un redondo rectificado de acero rápido al cobalto, afilado por uno de sus extremos; pero, de ordinario, dan más rendimiento unas cuchillas especial mente preparadas, cuyo extremo se suele ir afilando como una cuchilla de torno de perfil constante . En estos casos hay que tener cuidado, al colocar la herramienta en el cabezal, de evitar que tome una posición inconveniente y que los ángulos de corte no sean los debidos o que talone la cuchilla (fig . 21 .54) . Con esta misma forma se pueden utilizar herramientas con la punta de metal duro, soldado al resto de la cuchilla . Para diámetros muy pequeños es preciso, a veces, utilizar cuchillas más delgadas de lo normal (fig . 21 .55) . Puede darse el caso de que hay que refrentar una superficie . Si esta superficie tiene forma de corona circular, con poca diferencia de diámetros, se puede hacer con una lama (fig . 21 .56) . Pero de no ser así, hay que hacerlo en varias veces o con una lama de gran tamaño, con las consiguientes inexactitudes, falta de planitud y vibraciones . Por ello, se fabrica también otra clase de cabezal que permite un movimiento automático de desplazamiento radial de la cuchilla, según va dando vueltas . Así, el refrentado se hace enteramente como en el torno, salvo que es la pieza la que está quieta y la cuchilla la que gira .
21 .4
Material de la fresa
posición correcta
Posición incorrecta
Fig. 21 .54 Detalle a tener en cuenta al montar la cuchilla.
Fig. 21 .55 Mandrinado de orificios de pequeño diámetro : A, cabezal; B, tipos de herramientas .
La fresa se construye generalmente de acero duro al carbono, o bien de acero rápido o extrarrápido (F-552 ó F-554) . El acero al carbono es económico para la fresa que se utiliza muy de tarde en tarde y a pequeña velocidad ; el acero rápido es conveniente siempre que la fresa tenga mucho uso y trabaje a más velocidad de corte que la de carbono . Los dientes postizos de la fresa pueden ser de acero rápido o de metal duro . El acero rápido se emplea en cuchillas independientes de una sola pieza ; el metal duro en forma de plaquitas soldadas a la masa del portaherramientas, o sujetas mecánicamente .
21 .5
Angulos de corte
El estudio de los ángulos de corte se ha hecho en el Tema 8 . La posición de los ángulos del filo de la fresa puede verse en la figura 21 .57 . Además de los ángulos considerados en el filo, se ha de tener en cuenta en la fresa el ángulo entrante y el ángulo en el centro, igual a 360 ° partido por el número de dientes . A = ángulo de incidencia B = ángulo del útil C = ángulo de desprendimiento de viruta
mand cuña
i
herramienta-
pieza B
Fig. 21 .56
Fig. 21 .57 Angulos de corte de una fresa.
Tabla 21 .58
Para mecanizar aceros muy duros y tenaces y fundición dura
Para mecanizar aceros normales
Avance
Avance
Por trepado
Normal
A
B
C
A
5°
80°
5°
8°
5°
80°
5°
Fresa de disco
41
80°
Fresa con mango
6
40
80o
60
_ Fresa cilíndrico- frontal
Refrentado de superficies estrechas: A, de interiores; B, de exteriores.
Valor de los ángulos de corte para los principales tipos de fresas y formas de trabajo
Tipo de fresa
Fresa cilíndric a
7,10,1
8
B
,
Por trepado C
A
B
70°
12°
8°
72°
,
8°
72°
10°
14°
8°
70
120
68
. 74 , 8,
Avance Normal
Por trepado
C
A
B
C
100
12°
62°
161
12°
60°
18-
8n
Para mecanizar aleaciones ligeras
_
Normal
B
C
A
B
C
81
57°
15°
45°
30°
8,
~ 57 570
251
8-
,
25°
15°
45o
301
81
621
20-
250
Los ángulos más convenientes para el afilado de una fresa varían, según el material de herramienta y de la pieza. Sin embargo, téngase en cuenta que, en el caso de fresas la destalonadas, el ángulo de desprendimiento suele hacerse igual a cero, con lo cual la cara frontal del diente pasa por el centro de la fresa. De esta manera se mantiene el perfil constante . Para el afilado de las fresas se dan algunas normas, al hablar de las muelas y afiladoras ; no obstante, por lo caro del afilado y porque cada afilado disminuye la vida de la fresa, se recuerda que hay que vigilar la velocidad de corte, y no poner nunca la fresa en marcha sin saber la velocidad adecuada . NORMALIZACION
Fresas y herramientas y accesorios normalizados .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO Hacer una relación de fresas : - según su aplicación ; - según su fabricación ; - según su fijación .
CUESTIONARIO
¿Cuál es la herramienta característica empleada en las fresadoras? ¿Cómo se dividen las fresas por la forma de sus dientes? ¿Cómo se fija una fresa para trabajar? Decir al menos tres sistemas . ¿Qué herramientas se emplean en la fresadora para hacer agujeros? ¿Qué materiales se emplean para hacer la fresa? ¿Qué materiales se emplean para las herramientas de mandrinar?
Tema 22 .
Fresadora universal . Trabajo en la fresadora (Preliminares)
OBJETIVOS
- Conocer la importancia de los elementos de corte en la fresadora.
- Conocer los diversos sistemas empleados para fijar las piezas que se han de trabajar en la fresadora. - Conocer el funcionamiento y finalidad de los aparatos divisores . GUION - Velocidad de corte .
-
Avance. Sujeción de la pieza. Aparatos divisores. Problemas sencillos de aparatos divisores.
PUNTOSCLAVE
- Importancia de trabajar, en cada momento, con los elementos de corte adecuados. - Importancia de la fijación de la pieza para evitar desgracias .
EXPOSICION DEL TEMA 22 .1
Generalidades
El trabajo en las máquinas de fresar suele ser sencillo ; pero exige mucha atención porque un descuido estropea fácilmente la fresa, casi siempre muy cara, o bien la pieza que se trabaja . 222
Tres cosas hay que tener muy en cuenta : la velocidad de corte, la velocidad y sentido del avance y la sujeción de la pieza. 22 .2
Velocidad de corte
La velocidad de corte se fija de acuerdo con la calidad de la herramienta y el material que se trabaja . Influyen de manera muy importante : la fijación de la pieza y fresa (vibraciones), y la duración de la fresa sin refilados (economía), a lo que contribuye grandemente la lubricación . En la tabla 22 .1 A se pueden hallar valores de orientación para los casos más generales. Esos valores suponen una abundante refrigeración y lubricación . En caso de dudas, es preferible empezar eligiendo la velocidad menor, que siempre habrá tiempo de aumentar, si se cree conveniente. A partir de este valor se calcula el número de vueltas . n = V r d r 1000 r n = revoluciones por minuto v = velocidad de corte (m/min)
d = diámetro de la fresa (mm) Tabla 22.1A
Velocidades de corte de las fresas Velocidades para fresas acero rápido F-5520
Material a trabajar
Metros/minuto (con refrigeración) Fresas fresadas
Fresas destalonadas
Fresas sierras
Acero. Hasta 80 kgf/mm 2
18-25
16-22
18-22
Acero. Superior a 80 kgf/mm 2
16-22
14-20
14-18
Fundición . Hasta 180 Br
18-24
16-20
14-20
150-200
100-160
100-160
40-60
30-50
30-50
Metales ligeros latón y bronce ordinario Observaciones :
Para aceros rápidos F-553 ensáyense velocidades superiores en un 15 % a 20 %. Si se trabaja sin refrigeración habrá que disminuir las velocidades de un 20 % a un 40 %, según los casos.
Si el resultado calculado con la fórmula no se ajusta a las revoluciones disponibles en la fresadora, se elige, en principio, el próximo más bajo . Conviene acostumbrarse a utilizar los gráficos o cartas de máquina, para la elección del número de revoluciones (figs. 22 .1 B y 22 .1 C) . 22 .3
Avance
En la fresadora se obtiene el avance moviendo la pieza contra la fresa. La tabla 22 .2 presenta valores de tipo orientativo, que, como se puede comprobar en la tabla, dependen del tipo de fresa y del material . Su valor se expresa en milímetros para cada diente de la fresa o en mm/min para las fresas de ranurar de tres cortes y las de sierra . 22 .3 .1
Selección de avance
La selección del avance en la máquina depende del sistema o cadena cinemática de la fresadora . 223
t60P 1000 .
5o
número de revoluciones por minuto áóoc°p v an,n v M
640 ó 71
40 E
ró
am
ón
56
30
ó
ó
45
400
011000
250
b5
a
9 ala~a
160
E
ó
000 ho amo 000000obnlomomomomi
~&
=a oaffli-nimo
iLb
ro am ó
35
20
aiiiiiioi
110
a
lomo¡
2516 10
I
200
diámetro de la fresa en milímetros Fig. 22 1 8 Gráfico empleado en fresadoras para calcular, de forma aproximada, el número de revoluciones o la velocidad
Fig. 22. 1 C Otro tipo de gráfico empleado en fresadoras para calcular la velocidad de corte y el número de revoluciones,
de corte.
Tabla 22 .2
Avances en el fresado Avances mm/dientelvuelta (Ad.)
Material a trabajar
mm/minuto (a.) Fresas sierras
Fresas fresadas con agujero
Fresas fresadas con mango
Fresas destalonadas
Fresas poco robustas en general
Acero. Hasta 80 kgf/mm 2
0,020-0,050
0,015-0,025
0,020-0,050
0,010-0,020
70-25
I
25-16
Acero. Superior a 80 kgf/mm 2
0,020-0,040
0,010-0,020
0,020-0,040 i 0,005-0,015
40-15
!,
15-10
Fundición. Hasta 180 Br
0,040-0,150
0,020-0,080
0,040-0,150
0,010-0,030
150-70
70-40
Fundición. Superior a 180 Br
0,030-0,100
0,015-0,050
0,030-0,080
0,010-0,020
100-40
40-25
Metales ligeros
0,100-0,300
0,080-0,200
0,100-0,200
0,040-0,100
800-400
400-250
0,080-0,250
0,060-0,200
0,080-0,200
0,020-0,080
600-300
300-200
Latón y bronce ordinario -
-
Prof. hasta 20 mm
Prof. 20-40 mm
Observaciones : Estos avances se han considerado En desbastes : Hasta 40 mm para Hasta 8 mm para En afinados : Hasta 4 mm para Hasta 1 mm para Véanse también las observaciones
-en los casos no señalados- para profundidades de empleo más frecuentes, esto es : fresas discos de ranurar . el resto . fresas discos de ranurar . el resto . preliminares de la tabla anterior .
Generalmente, se emplean dos sistemas : 1 . Cuando el avance se logra desde el eje principal, va indicado en mm/vuelta. Av=a 2 -Z Av = avance en milímetros por vuelta de la pieza a Z = avance en milímetros por diente de la fresa Z = número de dientes de la fresa 2 . Cuando el avance se obtiene directamente desde el motor principal o desde un motor independiente va indicado en mm/min . Am= a 2 -Z-n=Av-n Am = avance en milímetros por minuto n = número de revoluciones por minuto He aquí unos ejemplos de orientación : 224
PROBLEMAS
Problema 1
Se tiene que fresar una ranura con una fresa de diente destalonado, que tiene 13 dientes ; el material de la pieza es fundición de dureza 175 HB . Trabajo de acabado. La fresadora tiene posibilidades de obtener avances de : 0,1 - 0,15 - 0,22 - 0,33 - 0,5 0,75 mm por vuelta de la fresa . Solución : Según la tabla 22 .2 para fundición 180 HB y fresa de diente destalonado a Z = 0,03 a 0,08 mm/diente Se elige 0,03 por tratarse de un trabajo de acabado . El avance por vuelta de la fresa será igual al a Z multiplicado por el número de dientes de la fresa :
Av = a Z - Z = 0,03 x 13 = 0,39 mm/vuelta Se elige en principio 0,33 ; si se ve que el trabajo es muy suave se puede aumentar a
0,5 .
En este caso el avance para cada diente será de : az
Av - 0,5 0,038 = Z - 3 -
que está dentro de los límites de la tabla y que, tal vez, es más aconsejable para la rapidez en el trabajo e incluso para la conservación de la herramienta .
Problema 2
Se quiere hacer el mismo trabajo en una fresadora cuyos avances son : 9 - 13 - 20 - 30 44 - 68 - 83 - 124 - 186 - 279 - 416 y 525 mm/min . Solución : El avance que necesita la fresa en cuestión es igual al avance posible por vuelta AV multiplicado por el número de vueltas que da la fresa en un minuto . Esto quiere decir que para solucionar este problema antes hay que calcular el número de vueltas a que debe girar la fresa . n = 1 000 V , es decir, se necesita conocer V y d ~r- d V = 16 a 20 m/min para fresa de acero rápido (tabla 22 .1 A) d = 70 mm (diámetro de la fresa) . Con estos valores se tiene : n _
1 000 3,14
16 70
- 72,75 r . p . m .
Si la gama de revoluciones del eje principal de esta fresadora es : 50 - 66 - 87 - 115 152 - 200 - 264 - 349 - 461 - 608 - 803 y 1060 . Se elige n = 66 r .p .m . con lo que la velocidad de corte será : V= ndn = 3,14-70-66 =14,50m/min 1000 1000 algo inferior a la mínima de la tabla . Si se elige n = 87 r .p .m ., V = 3,14 - 70 - 87 = 19,13 m/min, ya próxima a la máxima, 1000 se empezará a trabajar con n = 66 r .p .m . con lo cual : A , = aZ - Z-n=A v -n=0,39-66=25,74 mm/min . se podrá elegir A m = 20 mm/min . ó 30 mm/min . para A , = 20 ; a z =
A Z
para A m = 30 ; a z =
n - 13 ~66 = 0,0233 mm/Z 30 = 0,0349 mm/Z 13 66 225
15 .
Tecnologia del Metal, 2
se podría elegir este último, es decir n = 66 r . p. m. Am = 30 mm/min . Si se cree conveniente, se aumenta el número de vueltas
i
n = 87 r. p . m . Am = 30 mm/min .
Am = az - Z - n = 0,39 - 87 = 33,93 mm/min, es decir, se podría ajustar el avance en la máquina. No se adelantaría más, pero el trabajo sería más suave . 22 .3 .2
Sentido de avance
En el avance, además de la velocidad hay que tener en cuenta el sentido . En el punto en que se verifica el trabajo, la fresa debe moverse en sentido contrario al movimiento de la pieza, según se indica en la figura 22 .3 . Si se trabajase al revés (fig . 22 .4), la fresa tendería a arrastrar la pieza que se trabaja ; y como el husillo de la mesa tiene siempre, en una fresadora corriente, algo de juego, se produciría, casi inevitablemente, el mal acabado de las Fig. 22.3 Sentido de avance normal: A, forma de la viruta de cada diente ; B, fuerzas resultantes; FM, fuerza radial; FA, fuerza de penetración vertical; FV, fuerza de avance o fuerza horizontal ; F, fuerza resultante de FV y FA ; FV fuerza tangencial resultante de F y FA .
superficies o la rotura de la fresa .
A pesar de esto, si se dispone de una fresadora con un dispositivo especial para suprimir totalmente el juego del husillo, puede trabajarse en sentido contrario (fresado por trepado) con mejor rendimiento y mejor acabado. No se intente nunca en una fresadora corriente trabajar por trepado : sería una catástrofe . En el fresado normal, la viruta comienza por ser muy delgada aumentando paulatinamente de sección (forma de coma) ; lo contrario ocurre en el fresado por trepado. Por lo mismo, téngase también sumo cuidado cuando haya de abrirse una ranura o chavetero tipo Woodruff en medio de una pieza. Como indica la figura 22 .5 se hace avanzar la pieza en sentido vertical, atendiendo al mismo tiempo al husillo horizontal, para evitar que la mesa sea arrastrada por la fresa, bloqueándola si es necesario. Hay que recordar lo dicho sobre las pasadas o virutas mínimas arrancadas que, en la fresadora, presentan importancia especial : una pasada muy pequeña o un avance muy reducido pueden ser causa de embotamiento de la fresa, lo que es muy importante en el fresado en sentido contra-avance o normal, máxime si el eje de la fresa tiene algo de juego radial . 22 .4
Sujeción de la pieza
Las piezas se fijan como queda dicho en el tema 11, pero como el trabajo en la fresadora es particularmente intenso, las piezas están solicitadas por fuerzas muy grandes, que pueden arrancarlas o moverlas de su asiento . Para evitarlo, hay que asegurarse de que la fijación es suficientemente enérgica . Antes de empezar a trabajar hay que comprobar que durante el trabajo no se van a presentar dificultades a causa de los elementos de fijación, asegurándose de que no tropezarán ni los ejes portafresas, ni los soportes de los mismos, etc. 22 .5
Fig. 22.4 Sentido de avance contrario: A, forma de trabajo y de la viruta; B, fuerzas resultantes.
Aparatos divisores. Clasificación
Uno de los accesorios más utilizados en la fresadora para la sujeción de las piezas es el aparato divisor que se emplea para hacer divisiones equidistantes, unas veces sobre piezas cilíndricas (engranajes, fresas, brocas, etc .) y otras, a lo largo de reglas (cremalleras, reglas graduadas, etc.) . El primero se llama aparato divisor giratorio y el segundo, lineal . El aparato divisor giratorio puede ser horizontal, vertical o universal, según que su husillo portapiezas sea horizontal, vertical o inclinable . Unos y otros pueden ser de división directa, llamado también sencillos y de visinfln . 226
Estos últimos pueden ser : de división mediante círculos de agujeros, de división mediante engranajes y de división automática . El siguiente cuadro presenta, en resumen, las distintas clases de aparatos divisores . giratorios Aparatos divisores (lineales,
horizontales verticales universales
sencillos de visinfín
sencillos con engranajes
con círculos de agujeros con engranajes automáticos
Fig. 22.5 Fresado de un sector circular interior. Obsérvese que se producen los dos tipos de Fesado : normal (izquierda) y contrario (derecha) .
En el presente curso sólo se estudian los más sencillos y que más se utilizan . 22 .5 .1
Aparato divisor sencillo
Consta de un cabezal de fundición (fig . 22 .6) al que va ajustado un eje . Este lleva, en su parte anterior, un plato de arrastre P y, en la posterior, una manivela corrediza M, cuyo índice 1 puede introducirse en los agujeros del plato L, fijo en el cabezal . 22 .5 .1 .1
Cómo se hacen divisiones con este aparato
El desplazamiento angular de la manivela es igual al del plato de arrastre y, por consiguiente, al de la pieza . Para hacer divisiones con este aparato se sigue la siguiente regla : Para dividir una circunferencia en un determinado número de partes iguales, se busca en el plato L un círculo, cuyo número de agujeros sea múltiplo del de las divisiones que se han de efectuar y se hace coincidir el índice 1 con uno de los agujeros de dicho círculo. Efectuada una división se pasa a la siguiente, corriendo al índice tantos espacios como unidades tiene el cociente de dividir el número total de agujeros del círculo por el de divisiones que se han de hacer.
contrapunto
manivela de blocaje del Pie
B
Fig. 22.6
índice de divisiones de marcaje
Aparato divisor sencillo de circulo de agujeros.
22 .5 .1 .2
Otros modelos de aparatos divisores sencillos
En algunos modelos, en lugar de disco de agujeros se emplean discos con ranuras (fig . 22 .7), discos que son recambiables .
En la figura 22 .8 se muestra un aparato divisor sencillo vertical y semiautomático : una vez preparado un simple movimiento de palanca produce el movimiento adecuado . Las piezas pueden fijarse mediante platos universales, con pinzas o entre puntos . 22 .5 .2
Aparato divisor de tornillo sin fin y círculo de agujeros
Este aparato (fig . 22 .9) se diferencia de los anteriores en que el movimiento angular del eje portapiezas no se obtiene directamente, sino mediante un engranaje de visinfín . El esquema (fig . 22 .10) da una idea clara de los órganos esenciales de estos aparatos : un plato con círculos de agujeros equidistantes 1 está fijo en el cabezal y la manivela corrediza M en el eje del visinfín V. 22 7
disco intercambiable
Fig. 22 .7 Aparato divisor sencillo de discos con ranuras: A, elemento de que se compone; B, forma de trabajo; C, divisor para afilado de fresas .
en los aparatos divisores sencillos y, Las divisiones resultan mucho más exactas que sobre todo, tiene muchas más posibilidades . de garras . Las piezas se colocan entre puntos o en el plato
Fig. 22.9
Aparato divisor de visinfin: A, forma de trabajo; B, visto por el interior con todos los mecanismos.
22 .5 .2 .1
Constante del aparato divisor
22 .5 .2 .2
Forma para hacer las divisiones
para que el eje Es el número de vueltas que se han de dar a la manivela, sí mismo . portapiezas dé una vuelta entera sobre
Fig. 22.8
Aparato divisor vertical sencillo.
siguiente regla : Para hacer divisiones en este aparato se sigue la la constante del aparato numerador que tenga por quebrado Se forma un . resultara y por denominador el número de divisiones que se han de hacer Si un quebrado impropio, se reduce a mixto o a entero :
Z
K __ constante aparato divisor = número de vueltas o parte de vuelta n.o divisiones a hacer
M
Fig. 22.10 Esquema de aparato divisor de tornillo y rueda sin fin: A, trabajando entre puntos; B, al aire con plato universal.
Se pasará de una división a otra de la siguiente manera : girar la manivela a) Si el quebrado es igual a un número entero, se hace número (fig. 22.11A). tantas vueltas completas como unidades tiene dicho sobre un círculo que coloca el índice propio se quebrado b) Si es un denominador'y en el mismo se tenga tantos agujeros como unidades tiene el tiene el numerador le hace correr tantos espacios como unidades (fig. 22.11 S) . entera indica el número de c) Si es igual a un número mixto, la parte como vueltas completas y la parte fraccionaria la fracción de vuelta, tomada en el caso b (fig. 22.11 C) . agujeros de Cuando el denominador no se corresponde con el número de en otra equivalente cuyo ningún círculo del disco, se transforma la fracción denominador se corresponda . a frotamiento suave, Para no tener que contar los agujeros en cada división, se deslizan (fig . 22 .12), los cuales reglillas o dedos manivela, dos y la entre el plato de agujeros mediante el tornillo V . pueden sujetarse uno a otro formando un ángulo cualquiera que resulte de la regla de agujeros Dichos dedos deben comprender, sobre el círculo en cuenta que, para indica, teniendo en la misma se anterior, el número de espacios que + 1 agujeros . necesitan n comprender n espacios, se 9 agujeros, . pero En la figura 22 .12 los dedos comprenden, sobre el círculo exterior, solamente 8 espacios . PROBLEMAS
Fig. 22.1 ~A Disposición del plato de agujeros para vueltas completas de la manivela .
Problema 1
manivela del aparato Calcular las vueltas o fracción de vuelta que debe darse a la divisor cuya constante es 40, para hacer 27 divisiones . 228
Solución :
Antes de pasar a dar la solución hay que saber los discos disponibles . Para este problema y los siguientes se supone que los círculos disponibles son : 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20-21-23-27-29-31-33-37-39-41-43-47-49 m=
número de espacios que corresponde con el numerador número de agujeros que corresponden con el denominador
K = 40 =1 13 Z 27 27
m = Número de vueltas o partes de vuelta K = Constante del aparato divisor Z = Número de dientes o divisiones
Fig. 22. 11 B Disposición del plato de agujeros para una división cuyo quebrado es propio.
Es decir, para pasar de una división a otra la manivela deberá girar 1 vuelta entera y 13 espacios, en un círculo de 27 agujeros . Problema 2 Calcular el giro de manivela necesario para hacer, con el mismo aparato divisor, una rueda dentada de 20 dientes .
Solución : m =
Z
número de espacios que corresponde con el numerador
= 40 = 2 vueltas enteras,
naturalmente en cualquier círculo de agujeros . En estos casos, en los que la manivela ha de girar un número de vueltas exacto, suele ajustarse la manivela al círculo de mayor número de agujeros del disco montado en el aparato . Problema 3 En un aparato divisor de K = 60, se quiere hacer 100 divisiones . ¿Cuánto deberá girar la manivela para cada división?
Fig. 22. 11 C Disposición del plato de agujeros para una división cuyo resultado es un número mixto,
Solución : K Z
60_6_3_9_12 100 10 5 15 20
es decir, 9 espacios en un círculo de 15 agujeros o 12 espacios en un disco de 20 agujeros . Problema 4 Se quieren hacer 53 divisiones en una pieza circular . Se dispone de un aparato divisor de constante 40 . ¿Cuál será el giro de la manivela?
compás giratorio
Solución : K Z
40 53
Como quiera que no se dispone de disco de 53 agujeros y el quebrado no puede reducirse a otro, cuyo denominador sea círculo disponible, el problema no tiene solución con este aparato . El problema tiene solución empleando otros sistemas de división, que más adelante se estudiarán o con un aparato divisor de engranajes como seguidamente se explica .
22 .5 .3
Fig. 22.12 jeros.
Detalle de un plato de agu-
Aparato divisor con engranajes
Como puede verse en la figura 22 .13, un aparato divisor con engranajes se diferencia de los anteriores en que el eje de visinfín es movido por una manivela y una combinación variable de engranajes . Una vez montados los engranajes convenientemente, basta dar una vuelta entera a la manivela para pasar de una división a otra . Estos engranajes se calculan por medio de la siguiente Regla :
Se forma un quebrado cuyo numerador sea -la constante del aparato y cuyo denominador sea el número de divisiones que se han de hacer. Se 229
rueda y tornillo sin fin
tren de engranajes.
Fig. 22.13 Aparato divisor de granajes .
en-
coloca en el eje de la manivela una rueda, cuyo número de dientes sea igual al numerador y en el eje de visinfín otra, cuyo número de dientes sea igual al denominador. Si no hubiese ruedas disponibles, se transformará dicho quebrado en otro equivalente, u otros cuyo producto lo sea, y se procede como en el caso anterior.
para Para facilitar el trabajo es conveniente tener una lista de las ruedas disponibles siguientes : 24 de las ruedas supone disponer problemas se cada aparato . Para los presentes -28-32-36-40-48-56-64-72-86- -100y 120. PROBLEMAS Problema 1
tiene 60 En un aparato con división mediante engranajes y cuya rueda de visinfín necesarios? engranajes serán 48 dientes. ¿Qué engranaje de dientes, debe construirse un eje de la manivela
Solución :
eje del tren intermediario eje del sin fin
m
__ _K __ Z
60 __ 30 48 24
__
15 __ 5 4 12
__
50 40
__
25 20
las ruedas de 60, 30, 50, En el eje de la manivela se puede colocar una cualquiera de otra de 48, 24, 40, 20, etc . en el de visinfín respectivamente, colocando, 25, etc., dientes, Problema 2
K _ p -
60
4ox50 30x20
18
__
=~
30
=
6=5 =
9 9x1
conductoras conducidas
5 _ 32-1x= 40,50 20,30
dientes. ¿Qué engranajes En el mismo aparato debe construirse un engranaje de 18 serán necesarios? Solución : Aplicando la regla :
Fig. 22.14 Montaje y cálculo del problema n.o 2.
K 60 __ __30 m =-_ 9 18
__
10 3
__
100 30
Si no hubiese rueda de 100 dientes se haría una combinación de 4 ruedas : 10 3
__ 5x2 __ 50x40 3x1 30x20
una de 30 en el eje del Se colocaría una rueda de 40 dientes en el eje de la manivela y dientes, de tal modo que la las de 20 y 50 se colocarían visinfín ; en un intermedio la de 30 . 22 .14) . segunda, con (fig 40 dientes y la engranase con la de primera Problema 3
que no se pudieron hacer En el mismo aparato, ver si se pueden hacer las 53 divisiones . de agujeros con el aparato de círculos Solución
pequeño es 106, tampoco como 53 es número primo y su múltiplo más m Z 53 ' 53 dientes. sería posible salvo que se pudiera disponer de una rueda de
22 .5.4 Aparato divisor universal
complicado que lo Prácticamente, este aparato divisor es bastante más anteriores . que indican los esquemas de las figuras puede girar alredePara poder fresar piezas cónicas, el husillo portapiezas posición puede leerse . Su dor de un eje horizontal (divisores universales) utilizar plato de es necesario fácilmente en un círculo graduado . En este caso 22 .15) . entre puntos (fig . garras, ya que es imposible poner la pieza Fig. 22.15 Aparato divisor universal: A, fresadora universal con aparato divisor montado; B, forma que puede tomar el aparato divisor para el tallado de piezas cónicas.
divisor, sino El círculo de agujeros no siempre está fijo y unido rígidamente al aparato variables de mediante trenes que, muchas veces, puede recibir movimientos giratorios (figs. 22 .15A del eje portapiezas mesa y otras engranajes, unas veces del husillo de la y 22 .16) . 230
rueda
desconectado plato con giro libre
fresa
rueda visinfín
B
tornillo sin fin
Fig. 22.15 A Aparato divisor universal: A, montaje exterior para el tallado de pasos helicoidales; B, esquema de montaje; C, secciones longitudinales y transversales del aparato. FRESADO HELICOIDAL ESQUEMA GENERAL DE LA PUESTA A PUNTO Y FUNCIONAMIENTO DE LA MAQUINA EN EL FRESADO HELICOIDAL, CON LA REPRESENTACION GRAFICA DEL DESARROLLO DE LA HELICE, EN LA FABRICACION DE ENGRANAJES, ESCARIADORES, BROCAS, FRESAS, ETC.
i
conductora
conductora
Fig. 22.16 Aparato divisor preparado para realizar divisiones diferenciales : A vista exterior; B, esquema de fundo namien to.
DIVISION
DIFERENCIAL
DESIGNACION : P=P.- de la hélice . De--Diámetro exterior de la plaza. DT=Oiá helicoidales, Io rar7 Íl dflmelro primaivp) At =Altura del diente . Q --Inclinación de la hélice en M diámetro medio ten los engranajes será en dlimet,. primitivo) 40=Constante del aparato divisor(rNación del me..ni... ., .-ti .) Pf1=Paso del husilio r codo de la mesa largitudinai de fa fresadora. Rt zRelación de Iransm)sión para las n,edas de remmbh AaC=Ruedas sonaudor as . B.D=Ruedas conducidas .
e
ESQUEMA DEL DIVISOR UNIVER-1 SAL PREPARADO PARA LA DI-: VISION DIFERENCIAL . ,
CALCULO
PARA LAS RUEDAS PENSACION
DE
COM-
CALCULO
DESIGNACION :
Z = N- real
ficticio .
de divisiones
a construir.
Rt = Relación de transmicidn das de recambio . xC = Ruedas conductoras. B x D = Ruedas
para
Cuando se utiliza una fresa de di- montada obre el eje principal que es invariable, et perfil de la tres- se tiene que orientar tangente la inclinaoibn de la hélice, para lo giran¡ la m a ál valor d- Q eñ N sentido favorable a la hélice, El esquema representa el cual se labrado de una ranura n hélice con inclinación a~ derxm. Para obteó u ranura con inclinación de la hélice Wieraa, se i lergtará (para in Ih N ovimknto)una da intermedia en tren do engranajes. losla)zgrados ^a mesa se correrán seudo opuesto. Para calcular y cambiar de una dWssibn a dra, se proce- . dCr,t e conforme lo -apuesto en H sistema de divisidn indirecta, tenlerMo c nla que I galillo que normal te sujeta N disco divisar M M permanecer, completamente separado, .
Fig. 22.15 S Esquema y fórmulas para el tallado de ranuras helicoidales.
40(Zf-Z) - As C Zf
PLA-
las rue-
Vm = N- de vueltas que hay que dar a la manivela para realizar una divisidn 40 = Constante del aparato dieisor(ralaoidn del sistema sin-fin) Zf
= Na de divisiones
ficticio .
FORMULA :
conducidas FORMULA :
Rta
DEL
DESIGNACION :
40 = Constante del aparato divisor (relación del sistema .¡ .-fin) Zf = Na de divisiones
PARA EL AJUSTE TO DIVISOR
B "D
Vm=
40 Zf
Las divisi ones que no se pueden c nseguir con el método ordinari o de divi s idn directa o indirecta , se puede obtener por el sistemaodiferencisl, disponiendo convenientemente las ruedas da recambio e ambos ejes del aparato divisor . Para 21 puede tomar-r u número de divisiones más aproximado por drfacto o por a del real, teniendo an cueto que con dicho número sea posible operar con los agujeros de que so consta el juego normal de discos divisor es . Si con N número escogido, la sta de la fórmula resulta negativa, al maniobrar el divisor para efectuar otra divisidn, el disco de agujeros ha de girar sentido contrario al de la manivela del divisor . Si la resta es positiva, el disco ha de girar e el mi ... sentid.. Para I_Wirel m miento bastará interponer en la lira las ruedas intermediarias que c Como e sabido, dichas ruedas n modifican e absoluto la relación de transmisidn . o La divisidn diferencial puede emplearse solamente para labrar divisiones con el eje principal del aparato divisor dispuesto horizonlalmgnte, porque el eje de la rueda conductora A y el de la conducida D deben r paralelos entra sf para que las ruedas engranen perfretamenle. En el fresado de canu s helicoidales tampoco es aplicable este istema de divisidn, porque entre el husillo r scado de 1. a longitudinal de la fresadora y el eje de 1 . d. D se necesitan interponer ruedas de recambio Para obtener el paso de la hélice . En general, ta relacidn del sistema sin-fin es de 1:40 . No obstante, algunas marcas tienen relación distinta . Se tendrá en cuenta para el cálculo . Normalmente los aparatos divisores vienen equipados con las siguientes ruedas de recambio : 22-22,24-24,28,32,36,40,44,48,56r64,72,86y100 . Con este juego de ruedas pueden efectuarse sin dificultad todas las divisiones hasta 360..
Fig. 22 .16 A
Esquema y fórmulas para la división diferencial.
,
22 .5 .5 Aparato divisor vertical (fig . 22 .17) Se distingue de los anteriores en que tiene el eje portapiezas vertical . Las divisiones se hacen siguiendo las reglas dadas para el aparato divisor horizontal. A veces se emplea para hacer excéntricas o ranuras circulares, para lo cual recibe un movimiento automático de la caja de avances de la fresadora. También se emplea este divisor en la mortajadora o cepillo vertical .
e
tambor
Fig. 22.17 Diferentes tipos de aparatos verticales : A, divisor por tambor y nonio graduado; B, divisor por plato de agujeros; C, mixto; D, divisor óptico; E, montaje en la fresadora; F, aplicación en la mortajadora.
22 .5 .6 Aparato divisor lineal sencillo Fórmula: m
= p= n
h
h
Ejemplo:
Calcular el número de agujeros del plato y las vueltas o fracciones de vuelta a dar en la manivela para hacer las divisiones que corresponde a una cremallera de módulo 1, paso del husillo 5 mm . m=
22 1 7 5
Respuesta : 44 espacios
22
22 x 2
35
35
x 2
en un circulo de
44 70 70 .
Aunque propiamente no es un elemento de fijación de piezas, se incluye en este apartado por su afinidad con los divisores circulares . Tiene por objeto hacer ranuras equidistantes, a lo largo de reglas o piezas rectas .
22 .5 .6 .1
Constitución
Consta, casi siempre, de un disco, dividido en un número de partes iguales, sobre el cual pueden girar, con frotamiento suave, dos dedos análogos a los de los aparatos divisores con discos de agujeros (fig . 22 .18) .
22 .5 .6 .2
Divisor lineal de tambor
Otras veces consiste simplemente en un tambor de grandes dimensiones, que gira con el husillo y lleva un índice fijo a la mesa (fig . 22 .19) . Las divisiones dei aparato divisor lineal suelen ser de lectura directa . Es corriente que cada división exprese una centésima de milímetro. Si no se supiese el valor de cada división, se halla el cociente del paso del husillo de la mesa por el número de divisiones del disco o tambor . Para hallar el número de divisiones que se ha de avanzar, se emplea la siguiente proporción : Número de divisiones que se toman __ paso que se ha de construir Número'de divisiones del disco paso del husillo es decir
detalle del disco manivela w
cremallera
n d
=
tambor dividido en 100 partes
pW1Wnl
~L iIllllll1!fl!ük~W~ ~
P de donde; n = p d = número de divisiones . n h I
*
- -índice
mesa
cremallera uyyuuynn
i0 %1/~
husillo
y~a y~uy00:
tambor graduado B
plato
Fig. 22.18
Fig. 22.19 División lineal por medio de tambor graduado: A, montaje; B, detalle.
Montaje del divisor lineal sencillo.
232
Problema 1
En una regla hay que hacer divisiones equidistantes de 2 mm . El husillo de la mesa tiene un paso de 6 mm y se dispone de un tambor graduado de 120 partes, ¿cuántas divisiones del tambor hay que girar para cada división? Solución : n = p - d = 2 x 120 = 40 divisiones h 6 Problema 2
En el mismo divisor hay que hacer divisiones para una cremallera de módulo 2,5, ¿cuántas divisiones del tambor habrá que girar? Solución : El paso de la cremallera es : p = 1T n = 3,14 - 2,5 -z:~ 7,854 mm . n = p - d = 7,854 - 120 = 157,080 divisiones h 6 37,080 157 :120 = 1120 es decir, una vuelta entera y 37 divisiones . Si son muchas las divisiones se irán
acumulando los errores.
22 .5 .7
Aparato divisor lineal con engranajes El divisor lineal de tambor es poco empleado, salvo para trabajos de poca importancia . Es más frecuente emplear el de disco con agujeros y engranajes . La figura 22 .20 presenta el esquema de uno de los tipos más empleados. Para hacer divisiones con este aparato se emplea la fórmula : -!-~ . jr
,
en la cual : m = vueltas de la manivela p = paso a construir h = paso del husillo de la mesa, expresado en las mismas unidades del paso a construir Z I = número de dientes de la rueda colocada en el eje de la manivela Z 2 = rueda colocada en el husillo de la mesa
cremallera a fresar
irg
onnnu~~l J~
avance de la mesa
v transversal La rueda Z1 suele ser fija, es decir, no se cambia . disco dividido en 100 partes Con esta fórmula puede operarse de diversa manera, según los casos ; o bien se calcula Fig. 22.20 Esquema y funcionamien11 valor de m, dando, a priori, un valor determinado a Z2 , o bien se calcula Z2 , dando un to de un aparato divisor por engranajes . valor determinado a las vueltas de la manivela . Lo más cómodo es hacer m = 1 .
Problema 1
Se tiene que hacer una regla con divisiones equidistantes de 2 mm . La fresadora tiene un husillo de 6 mm de paso y el aparato empleado tiene un disco de 100 agujeros y lleva una rueda de 20 dientes. Determinar el número de vueltas de la manivela y el número de dientes de la rueda del husillo de la mesa . Solución : Se halla el valor de Z 2 haciendo m = 1
ZZ= m-Z1 -h = 1 -20-6 =60 p 2 Problema 2
Calcular las vueltas que hay que dar a la manivela, para hacer divisiones de 8; 4 ; 3 ; 1 y 0,5 mm con el mismo aparato y en la misma fresadora y con la misma rueda de 60 dientes. 233
Soluciones: =
m
. -Z = Z,
P h
= 4 vueltas ;
m,
=3
m3
2
P 6
.
60 20
=
P 2
m 2 = 4 = 2 vueltas
=1,5=1
1 2
50 100
=1
o lo que es lo mismo, 1 vuelta y 50 espacios en el círculo de 100 . =
1 2
=
0,5 ms = 2
=
5 20
M4
50 es decir 50 espacios en círculo de 100 . 100 =
25 es decir 25 espacios en el mismo círculo . 100
Problema 3 Con el mismo aparato y en una fresadora, cuyo husillo tiene un paso de 1/4" se quieren hacer divisiones de 1/16" . Calcular la rueda Z 2 , y las vueltas de manivela . Solución : m
= P.
?2 Z,
h
para m = 1 h-Z, = 1/4"-20 =80 Z2= P 1/16"
Problema 4 Con el mismo aparato se desean las mismas divisiones de cuyo husillo tiene 6 mm de paso .
16= pero en una
fresadora
Solución : Si m = 1 ; Z, = 20 y el paso h, - Z, P
__
X16
reducido a mm será :
X16
x 25,4 mm
__ 6-20 16 __ 60-20- 16 __ 60- 160 6-20 1 -25,4 1 -254 127- 1 1 -25,4 16
No es posible obtener directamente la rueda Z 2 por el valor 127, que resulta al reducir pulgadas a mm . Hay que buscar qué rueda Z 2 convendrá para que salga un valor posiblemente exacto de la manivela . 127 P 25,4 - Z Z ZZ . h
Z,
16
6-20
1 57
.
16
- ZZ
6-20 _
- ZZ 5- 16-6-20
- ZZ 30-320
.127- x _ 127-Z 2 3-32- 100 96- 100
Si se hace Z 2 múltiplo de 96 la solución es : 127 .96 96- 100
127 __ 127 __ 1 . 100 100
27 100
es decir, 1 vuelta y 27 espacios en el disco de 100 agujeros . PROBLEMAS 1 . Calcular el número de revoluciones a que debe girar una fresadora si se trabaja con una fresa de 10 mm de diámetro de acero rápido y el material de la pieza a trabajar es acero duro . 234
2 . Hay quehacer unas ranuras con una fresa de tres cortes que tiene 17 dientes y un diámetro de 60 mm de acero al carbono . El material de la pieza es bronce . Calcular el número de revoluciones y el avance . 3 . Calcular el avance para el problema 1 sabiendo que se trata de una fresa de vástago que tiene 2 dientes y es de acero rápido . 4 . ¿Cómo se construiría un engranaje de 20 dientes en un aparato divisor universal cuya constante es 60? 5 . Construir un engranaje de 27 dientes en un divisor universal cuya constante es 40 . 6 . En un aparato con división mediante engranajes y cuya constante es 30, debe construirse un engranaje de 48 dientes . ¿Qué engranajes serán necesarios? 7 . Calcular las vueltas o fracciones de vuelta para hacer un hexágono en un aparato divisor universal cuya constante es 40 . 8 . Se tiene que hacer una cremallera de módulo 1 (paso = 7 - m) en una fresadora de 6 mm de paso con un, aparato divisor de engranajes y disco de 100 agujeros . Calcular las ruedas y las vueltas de manivela . Decir el paso real que se logra . SEGURIDAD E HIGIENE Hacer una visita a la sección de fresadoras y hacer una relación de los medios de seguridad empleados . Hacer una crítica de los que parezcan erróneos y sugerir soluciones . NORMALIZACION Hacer una lista de los elementos de fijación normalizados, empleados en la sección de fresadoras . ¿Cuántos de los elementos empleados, no normalizados, podrían ser sustituidos por otros normalizados? TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO Hacer un recuento de los aparatos divisores empleados en el taller y decir cuáles son sus características y constantes . CUESTIONARIO - ¿La velocidad de corte en el fresado, es más importante o menos que en el torneado? Justificar la respuesta . - ¿De qué depende la velocidad de corte? - ¿De qué depende el avance? - ¿Qué quiere decir giro contra avance? - ¿Qué ventajas o inconvenientes tiene el avance por trepado? - ¿Qué es un aparato divisor? Indicar los tipos conocidos .
Tema 23 .
Fresadora universal : trabajos característicos
OBJETIVOS - Dar a conocer los detalles prácticos para los trabajos sencillos y más frecuentes en la fresadora. GUION -
Fresado plano o planeado . Ranurado . Fresado de chaveteros . Corte con sierra circular . Fresado de perfiles . Fresado de pol ígonos . 235
PUNTOSCLAVE - La seguridad en
el manejo de la fresa, en la fijación de la pieza, etc ., es siempre clave . punto - Antes de empezar cualquier trabajo, estudiar el proceso adecuado .
EXPOSICION DEL TEMA
A
23 .1
Generalidades
Una vez más se recuerda que la elección de la velocidad de corte, del avance y sentido del mismo, deben tenerse muy en cuenta, antes de empezar cualquier trabajo en la fresadora . Fig. 23.2 Planeado en desbaste con plano de cuchillas: A, posición de las cuchillas; B, altura de corte.
23.2 Fresado plano o planeado Es la operación por la cual se hace plana la superficie de una pieza metálica, por medio de una fresa . Se realiza con una fresa cilíndrica, preferiblemente con dientes helicoidales interrumpidos (fig. 23 .1), o bien con fresa frontal . Cuando la superficie se estrecha, hasta ser menor que el ancho de la fresa, da buen resultado la fresa cilíndrica . ranuras para cortar la viruta
Fig. 23 .1 Tipos principales de fresas : A, cilíndrica; B, frontal. A
A
111,11 P// \\\" 1 IRE 11/ 100
Fig. 23.3 Planeado en afinado con plato de cuchillas: A, cuchillas a la misma altura; B, forma de corte.
Mas, para que el trabajo sea satisfactorio, es necesario que la fresa esté perfectamente afilada y tenga diámetro uniforme en toda la longitud . De no ser así, la superficie podrá quedar plana, pero no horizontal . También es necesario que el eje principal esté exento de juego radial y axial, y que la fresa se fije en el lugar y sentido más apropiado, para evitar deformaciones y vibraciones . Con las fresas de plato o frontales se pueden planear grandes superficies en sucesivas pasadas . Para el desbaste, se emplean preferentemente platos de cuchillas escalonadas en altura (fig . 23 .2), y para el acabado, cuchillas de igual altura (fig . 23 .3) . Para lograr una superficie perfectamente plana, es necesario que el eje de husillo portafresas esté perfectamente perpendicular, respecto a la superficie . De no ser así, las superficies pueden quedar cóncavas (fig . 23 .4), o con escalones o superficies onduladas,
cuando se dan varias pasadas (fig . 23 .5) . En la figura 23 .6 se muestra cómo se comprueba la alineación del eje vertical . Cuanto más largo sea el brazo del soporte empleado, mayor perfección se logrará . Es ésta una operación delicada, que hay que realizar con gran tacto . Una vez apretadas las platinas del aparato, y, con todos los carros bien blocados, se hace una comprobación final . Si el eje está bien alineado, las huellas que dejará la fresa serán cruzadas circulares (fig . 23 .7) ; si no, sólo quedarán huellas en un sentido (fig . 23 .8) .
mesa
C
Fig. 23.4 Posición de trabajo de la fresa: A, correcta; B, incorrecta; C, defecto de planitud.
Fig. 23.5 Defectos de superficie por inclinación del eje de portafresas. 236
Fig. 23.6 Verificación de la perpendicularidad del eje portafresas: A, el reloj debe marcar la misma medida en las dos posiciones; B, los cuatro puntos deben estar a la misma altura.
23 .3
Ranurado
El ranurado, o ejecución de ranuras, puede ser : 1 . Ranurado simple o fresado de ranuras abiertas ; 2. Rasgado o ranurado de desbaste, para abrir raso a la herramienta para otra operación posterior ; 3 . Ranurado equidistante. 23 .3 .1
Ranurado simple
' : ~~O'""
J 111 J 1 11
Se emplean para el ranurado preferentemente, fresas de tres cortes . El ancho de la ranura simple resultará algo mayor que el de la fresa empleada, debido al cabeceo o descentramiento lateral . Por tanto, en los trabajos de precisión se cuidará mucho el centrado de la fresa .
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Fig. 23.7 Huellas de la fresa colocada correctamente perpendicular.
Si no se dispone de una fresa con el ancho correcto, se hace una primera ranura, alineada con una de las caras de la ranura, y, luego, (por medio de los tambores graduados) se desplaza la fresa a una distancia equivalente a la diferencia entre el ancho de la ranura y el espesor de la fresa. ADVERTENCIAS Si 1 .a la ranura se hace en una pieza cilíndrica, el centrado se obtiene con la ayuda de una escuadra (fig . 23 .9). 2.a Para dar la profundidad se hace girar la fresa y se la aproxima a la pieza, hasta hacer contacto con ella . Si no interesa que aparezca la señal de la fresa, se adhiere un papel fino a la pieza con un poco de aceite o taladrina . Al arrastrar la fresa al papel, se obtiene el contacto establecido . Se coloca el tambor a cero y, a partir de este punto de referencia, se van dando las alturas necesarias . 3.a Cuando se haya de centrar la fresa lateralmente, se hace de igual modo : se adhiere el papel a una cara lateral, se aproxima la pieza contra la fresa y, en el momento en que sea arrastrado el papel, se pone el tambor a cero ; a partir de él, se toman las medidas de desplazamiento .
alil7i.mi.iiii
Fig. 23.8 Huella de la fresa cuyo eje no está perpendicular a la pieza.
23 .3 .2
Fresado de ranuras T (tabla 23 .10) Varios pueden ser los métodos empleados para realizar esta clase de ranura, de acuerdo con el número de piezas a construir. 23 .3 .2 .1
Con aparato vertical
Se fresa, ante todo, la parte recta de la ranura, con fresa cilíndrica de mango (fig . 23 .11) ; después, con fresa especial (fig . 23 .12), la parte ancha de la misma sin mover la pieza. Tabla 23 .10 Dimensiones normalizadas para el ranurado en T
Fig. 23.9 Centrado para el mecanizado de una ranura.
Medidas en mm
Designación de una ranura en 7 de anchura a - 22 y zona de tolerancia H8 Ranura en 722 H 8 DIN 650
r // ~~desborbada
d
b
c
Fig. 23. 1 1 Primera operación.
m z
n
r1 0,25
1,6
0,25
7,5
0,25
Fig. 23.12 Segunda operación. 23 7
23.3.2 .2 Sin aparato vertical luego se Se fresa la ranura recta ; con fresa de tres cortes (fig . 23 .13) ; ajustada correspondiente, fresa T con la coloca la pieza a 90° y se elabora la .14) . (fig. 23 fresadora directamente sobre el husillo de la
fresa
serie, siempre que en la segunda Este último método es más económico para piezas en a la mesa . paralela postura se coloque la primera ranura perfectamente
pieza
Fig. 23.13 Primera operación del ranurado de T.
23 .3 .2 .3 Método mixto la fresa de tres Se hace la ranura inicial, como en el caso anterior, con aparato vertical, con coloca el fresa y se cortes y eje normal . Se desmonta la la fresa especial para la ranura deT. primera ranura en todas y, después, Si son muchas las piezas, es preferible hacer la montaje adecuado y rápido, para colocar el cabezal vertical . Hay que prever la manera de ranura . asegurar una perfecta alineación de la primera
Ranurado equidistante Para las Este ranurado puede darse en piezas planas o en piezas redondas . para las de la mesa ; primeras, se emplean divisores lineales o los tambores segundas, los divisores circulares .
23.3 .3
pieza
Fig. 23.14
Segunda operación del ranurado de T.
23.3.3 .1 Ranurado equidistante en piezas planas (fig . 23 .15A) .Cuando la serie de ranuras o la longitud de la pieza lo permiten, éstas se eje pueden hacer con una fresa apropiada a la forma, montada sobre un del con el tambor otra se realiza ranura a normal . El desplazamiento de una emplear un conveniente precisión, es mayor carro transversal . Y, si se desea 23.15B) . el siguiente (fig. puede ser a seguir comparador de reloj. El proceso
Se 1 .° coloca la pieza perfectamente alineada . centra la fresa para la primera ranura, girando el husillo del carro transversal, Se 2.° misma dirección que hay que tomar para la siguiente ranura (así se elimina el juego) . en la 3 .° Se bloquea el carro transversal y se hace la primera ranura . 4 . ° Se pone el tambor a cero, se desbloquea el carro, y se desplaza a la distancia o eje apropiada . Si se requiere mayor precisión, se coloca un comparador con el vástago comprueba el a cero, se perfectamente paralelo al eje transversal, y, una vez ajustado las últimas el tambor y, sólo en con desplazamiento . Conviene hacerlo simultáneamente décimas, guiarse con el comparador . 5 .° Así se prosigue hasta la última ranura . 6 .° Si las divisiones son muchas, o la pieza es tan larga que hay que montarla Las divisiones se alineada con la mesa, la fresa debe colocarse en un aparato universal . divisor lineal . Conviene posible, un se emplea, si es realizan como anteriormente se dijo, o girando el husillo en el centrando la pieza y husillo, juego del asegurar la eliminación del mismo sentido a emplear para proseguir con las otras ranuras . con fresas bicónicas Sé emplea este sistema para fresar cremalleras, frecuentemente simétricas . para que queden inclinado, (fig . 23,15C), cuyo eje se coloca
circulares 23.3 .3.2 Ranurado equidistante en piezas sencillos, o de tornillo sin En este caso se emplean los divisores circulares fin, de acuerdo con la precisión deseada (fig . 23 .16A) .
c Fig. 23.15 Tallado de ranura equidistantes: A, eje paralelo a la pieza; B, sistema de desplazamiento lineal; C, tallado con el vertical inclinado.
puntos, según resulte más conveniente . El montaje de la pieza se hace al aire o entre girar el divisor en el sentido que Antes de empezar la primera ranura, conviene hacer otra, a fin de quitar el juego entre visinfín y la se va a emplear para pasar de una ranura a rueda helicoidal del aparato . el punto justo, aunque no fuere más que en una Si durante la m .iniobra se sobrepasase atrás un espacio suficientemente grande, a fin de pequeña magnitud, hay que girar hacia eliminar el juego . en piezas circulares . La figura 23 .1613 muestra varios tipos de ranuras 238
23 .4
Fresado de chaveteros
Los chaveteros se efectúan sobre los ejes de las máquinas, con el fin de fijar en ellos poleas, engranajes, manguitos, etc . 23 .4 .1
Chavetero abierto
(fig . 23 .17)
Es un trabajo similar al de cualquier ranura simple . Se elige una fresa de tres cortes y de ancho adecuado ; si no está perfectamente centrada lateralmente, se corre peligro de que el ancho resulte mayor del tolerado . Si se trata de una sola ranura, se puede emplear una fresa algo más estrecha y dar dos pasadas ; mas, para varias ranuras, no sería rentable . En todo chavetero es primordial, además del ancho, el centrado lateral, para el buen funcionamiento de las chavetas . 23 .4 .2
Chavetero cerrado
Fig. 23,16 A Procedimiento del ranurado circular,
(fig . 23 .18)
La fresa empleada es frontal de vástago, con mango cilíndrico o cónico, con dos o más dientes . Esta fresa, y aun las cuchillas que suelen emplearse para sustituirla, (fig . 23 .19) resultan débiles, por lo que hay que tomar ciertas precauciones : 1 .a Es frecuente elegir equivocadamente una velocidad baja, ante la impresión que se tiene, al ver rodar la fresa tan velozmente, en razón de su pequeño diámetro . Es preciso el cálculo, para no dejarse engañar por el número de revoluciones de la fresa, y obtener la velocidad conveniente, que evite la rotura de la herramienta . Cuando 2 .a se emplean fresas, como las de la figura 23 .20, la profundidad de pasada no debe darse con la mesa parada, sino avanzando simultáneamente . De no hacerlo así, en el centro quedaría una especie de botón (fig . 23 .20A) y, al intentar avanzar longitudinalmente, se rompería la fresa con toda seguridad . El aspecto longitudinal de las pasadas es similar a lo representado en la figura 23 .21 . Empieza la pasada desde cero y va aumentando progresivamente hasta llegar a la profundidad máxima prevista . A partir de ahí, la profundidad es uniforme . La segunda pasada y siguientes empiezan, como la, primera, de cero, y van aumentando progresivamente hasta la profundidad prevista . Al acercarse al otro extremo, se corta algo más de material por la pendiente dejada en la pasada anterior . Este procedimiento, aunque parece complicado, es muy fácil en la práctica, y, sobre todo, da muy buenos resultados . Naturalmente, la última pasada debe darse sin profundidad, para que todo el fondo quede plano . Tiene además, la ventaja de evitar que en los extremos, visto el chavetero desde arriba, quede de la forma de la figura 23 .22 . Si, debido al mucho juego del husillo, no es posible evitar esta forma, se emplea una fresa de menor diámetro que el necesario, y se dan unas pasadas laterales finales . Con herramientas de uno o dos cortes, si están bien afiladas, se pueden obtener muy buenos rendimientos . 23 .4 .3
eje del divisor
Fig. 23.16 8 Tallado de ranuras circulares: 1, de engranaje recto con divisor; 2, de engranaje por procedimientos especiales de fresa madre.
escuadras
r
fresa calas
Fig. 23.17 Procedimiento para construir un chavetero abierto.
Chavetero circular tipo Woodruff
Este chavetero es muy empleado en los ejes de vehículos, por su facilidad de ajuste, montaje y desmontaje . Se elabora con fresas de tres cortes con mango, pues el diámetro reducido y la profundidad no permiten el empleo de fresas con agujeros, si no es para medidas muy grandes (figs . 23 .23 y 23 .17) . Hay que tener en cuenta el sentido de avance y la eliminación del juego de la mesa, además de la propia debilidad de la fresa .
L
Fig. 23.19 Diversos tipos de herramientas para hacer chaveteros o ranuras especiales.
239
Fig. 23.18 Chavetero cerrado: A, piano o dibujo; B, forma de realización .
Fig, 23,20 A Fresado de chaveteros con fresa frontal: 1, inconveniente con este tipo de fresa; 2, fresa con la que se evita este inconveniente y forma de trabajo.
Fig. 23.20 Fresa frontal para hacer chaveteros: A, fresa; B, forma de trabajo . 23 .5
Corte con sierra circular
Se puede considerar como un ranurado de gran profundidad y pequeña
anchura (fig . 23 .24) .
Las fresas sierras de disco son herramientas delicadas. Por ello cuídese: 1 : ° Que giren bien centradas y montadas entre dos platos de igual diámetro .
Que 2. ° se afilen con frecuencia . 3.° Que se utilicen las del número apropiado de dientes (dientes finos para materiales duros) .
Fig. 23.21
Orden y proceso de pasadas.
4. ° 5 .°
Que la pieza esté bien sujeta .
Una causa frecuente de rotura es el exceso de profundidad de pasada, con las fresas de pequeños dientes, debido a que la viruta, al no tener salida, tiene que acumularse en el hueco del diente .
Si el volumen arrancado en cada pasada es mayor que el hueco, se producirá la rotura .
La acumulación de la viruta de sucesivas pasadas, puede dar lugar a igual resultado si
queda adherida a la sierra . Para evitar estas roturas, no hay más remedio que reducir la pasada y emplear lubricante no pegajoso, con un chorro abundante y fuerte, para lograr una limpieza completa . 6.°
Fig. 23.22
Chavetero defectuoso .
La fijación de la pieza también es importante . Al ir llegando al final del corte, las
partes separadas no deben tender a cerrarse contra la fresa, aprisionándola . De no seguir estas normas, la fresa-sierra se partirá con gran facilidad . 23 .6
Fresado de perfiles
El fresado de un perfil especial se puede conseguir: - Con
una combinación apropiada de fresas sobre el mismo eje (fig .
23 .25) .
- Con
(fig . 23 .26) .
una
sola
fresa
forma
de
conveniente y dientes destalonados
La primera solución se utiliza para perfiles quebrados y la segunda para perfiles curvos . fresa cóncava
Fig. 23.23 Chavetero de medio punto : A, forma; B, realización práctica.
Fig. 23 .25 Montaje compuesto de varias piezas para fresado de perfil combinados. 23 .7
A
l
l/
_ l
I/
fórma cóncava
Fig. 23.26 Fresado de forma: A, convexa; B, cóncava.
Fresado de polígonos
Si el polígono que se ha de fresar está convenientemente torneado, como
Fig. 23.24
Ranurado
con
fresa de disco.
sucede en la mayoría de los casos, se puede emplear una fresa plana y un eje portafresas normal (fig . 23 .27A) . Cuando el trabajo propuesto no permita la 240
salida de la fresa cilíndrica, se emplea el aparato vertical y fresa frontal (fig . 23 .27 B) . 23 .7 .1
salida de fresa
fresa cilíndrica
Normas práctícas
Conviene recordar lo dicho sobre eliminación de los juegos del aparato divisor, para evitar sorpresas desagradables. Hay que vigilar el sentido de giro de la fresa, para que no tienda a hacer girar la pieza en el mismo sentido en que ella se mueve, al hacer el giro en el aparato divisor . Esto es importante, tanto para fresas frontales, como circulares . Otra cuestión a tener en cuenta, antes de la primera división, es el cálculo de los ángulos centrales correspondientes a las perpendiculares de los lados del polígono (fig . 23 .28) . Esto es imprescindible en los polígonos irregulares .
Fig. 23.27 A Fresado de con salida de herramienta.
PROBLEMAS
fresado sin salida de fresa
Problema 1 Estudiar el proceso para hacer una pieza como la de la figura 23 .29. Preparar una hoja detallada de las operaciones, indicando: velocidad de corte y de avance, así como las observaciones que se crean necesarias, para evitar errores. Problema 2 Estudiar el proceso para fresar la pieza de la figura 23 .30. Preparar una hoja de instrucciones detalladas, en las que se incluyan los cálculos para hacer las divisiones en el aparato divisor. Problema 3 Hay que fresar 200 piezas como la de la figura 23 .31 . Estudiar el proceso más conveniente .
Fig. 23.29 Plano de una brida.
fresa frontal
Fig. 23.27 B Fresado de polígonos sin salida de herramienta.
Fig. 23.30 Pieza a construir (poner valores de ángulos y dimensiones).
SEGURIDAD E HIGIENE El trabajo en la fresadora no es difícil, pero requiere gran atención para evitar errores y accidentes . De aquí unas normas, a completar, por lo menos hasta llegar a diez, tanto desde el punto de vista de seguridad, como para lograr trabajos de calidad . 1 . a No poner la máquina en marcha hasta conocer todos sus mandos . El manual de la máquina ayuda a sacar el máximo rendimiento . Antes 2. a de cada trabajo, estudiar el proceso de mecanizado . Elegir 3. a los medios de fijación apropiados y utilizarlos correctamente. 4. a Elegir la fresa más conveniente y montarla correctamente . 5. a Calcular y emplear las velocidades de corte y avance para cada pasada . 6.a Emplear el refrigerante adecuado y en cantidad suficiente . 7.a No acercar la mano a la fresa cuando está en movimiento ; no intentar limpiarla, quitar virutas, etc. Por uri pequeño descuido se puede perder un dedo o incluso la mano . 8. a No apoyarse en la máquina durante el trabajo y estar siempre atento y preparado para desconectar los avances y el movimiento principal ante cualquier anomalía que se presente.
Fig. 23.28 Acotación correcta según proceso de mecanizado en un aparato divisor.
MEDIOS DIDACTICOS
Es necesaria toda una serie de ejercicios, con una gama bien estudiada e instrucciones detalladas, para poner en práctica lo expuesto en el tema . 241 16 .
Tecnología del Meta/ / 2
polígonos
Fig. 23,31
Pieza a construir.
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO una lista de los accesorios de que - Estudiar con detalle el puesto de trabajo, y hacer destacadas y de su estado de conservación se dispone, así como de las características más actual . falta y de los que habría que reponer - Hacer una lista de los accesorios que hacen por inservibles . CUESTIONARIO
- ¿Es fácil o difícil trabajar en la fresadora? Razonar la respuesta . pueden hacerse en una fresadora . - Señalar diez trabajos distintos, de los que estudiarlo antes de empezar el - ¿Qué es un proceso de trabajo? ¿Es importante trabajo? ¿Por qué? ranuras equidistantes o - ¿Qué precaución hay que tener cuando se van a hacer divisiones con los aparatos divisores? qué? ¿Y el sentido de giro - ¿Es importante la velocidad de corte en el fresado? ¿Por y avance?
6.
Muelas y electroafiladoras
Tema 24 .
Muelas abrasivas
OBJETIVOS - Conocer lo esencial de los abrasivos y su aplicación en forma de muelas . GUION -
Abrasivos. Muelas . Velocidad de las muelas . Montaje de las muelas .
PUNTOSCLAVE
- Montaje de las muelas . - Velocidad máxima utilizable .
EXPOSICION DEL TEMA 24 .1
Abrasivos
Son herramientas de corte, con múltiples aristas (los granos unidos entre sí por un producto sólido, el aglomerante, formando un cuerpo) (UNE 16300-75). Se da el nombre de abrasivos a las sustancias naturales o productos artificiales que se emplean en el desbaste., pulido y esmerilado, en forma de muelas, bloques, granos o polvo . Los abrasivos naturales son el cuarzo, el esmeril y el corindón normal . Los abrasivos más empleados industrialmente son los abrasivos artificiales, sobre todo el corindón artificial y el carburo de silicio . Entre los abrasivos naturales merece especial atención el diamante, aunque también se prepara artificialmente . En las figuras 24 .1 a 24 .4 se pueden ver algunas de las aplicaciones industriales de los abrasivos . 24 .1 .1
Fig. 24. 1 Esmerilado por medio de tela de esmeril,
arena abrasiva
Corindón artificial
El corindón artificial está compuesto de alúmina u óxido de aluminio (AI Z 03 ) y se obtiene del mineral llamado bauxita por fusión en el horno eléctrico a unos 2 .000° C . Es apropiado para trabajar materiales tenaces, como son los aceros templados de gran resistencia, fundición de acero y fundición maleable . 243
aire a presión
Fig. 24.2 Procedimiento de pulido por medio de un chorro de arena.
Se conoce con diversos nombres en el comercio, según las casas fabricantes : alundum, orund, etc. Tiene un color desde pardo brillante hasta rosa claro . Su dureza según la escala de Mohs es de 9.25. corindón
9
24 .1 .2 Fig. 24.3
Amolado de piezas industriales.
9,25
carburo de silicio diamante
9,75
10
Carburo de silicio
Su símbolo es SiC, por estar compuesto de silicio y carbono. Se obtiene por fusión de una mezcla de arena de cuarzo, coque de petróleo, serrín y sal común, en un horno eléctrico de resistencia . Es más duro que el corindón, pero menos tenaz . Por esta razón, se emplea para trabajar materiales quebradizos, como son el metal duro, la fundición dura, la porcelana, la ebonita, vidrio, etc . Se conoce en el comercio como carborundo y también crystolón, silicit, etc. Tiene color desde negro brillante hasta verde y es casi tan duro como el diamante . Su dureza según la escala de Mohs es de 9 .75 . 24 .1 .3
Diamante
El diamante que se emplea como abrasivo es el mismo diamante natural en grano fino . Es el material más duro que se conoce . Se emplea para trabajar materiales muy duros, sobre todo en el afilado y rectificado fino de herramientas de carburos metálicos. 24 .2 Fig. 24.4
Desbastado de piezas.
Fig. 24 .5
Muela abrasiva .
Muelas (fig . 24 .5)
Son los aglomerados más o menos resistentes de forma circular constituidos por granos de abrasivo unidos por un aglutinante que, de ordinario, deja poros en la masa . Los innumerables granos del abrasivo, de formas irregulares, forman, con sus aristas, los filos que sirven de corte a la muela . Una muela se caracteriza : - por la composición de su abrasivo; - por el tamaño del grano; - por la liga o aglutinante,- por el grado o dureza; - por la estructura; - por su forma. 24 .2 .1
Composición del abrasivo
24 .2 .2
Grano
24 .2 .3
Aglutinante
En los apartados 24 .1 .1 al 24 .1 .3 se han explicado con detalle los principales componentes de las muelas abrasivas .
Los abrasivos se obtienen en grandes bloques, que son, luego, triturados y molidos y, por último, clasificados en tamaños por medio de tamices o cribas . El tamaño del grano se determina por un número que corresponde al número de hilos por pulgada lineal que tiene el tamiz empleado . Así, los granos más corrientes los podemos ver en la tabla 24 .6 .
El aglutinante tiene como objeto el mantener unidos los distintos granos abrasivos . La composición del aglutinante determina esencialmente las propiedades de las muelas . 244
Tabla 24 .6
Proporciones de los tipos de grano
GRANO 8
. GRANO24
muy grueso : 8 a 12 grueso : 14 a 30
GRANO 64
medio :36 a 60 fino : 70 a 120
grano 16
muy fino : 150 a 240 superfino : 260 a 600
grano 36
grano 80
Las ligas, aglomerantes o aglutinantes empleados, se pueden clasificar en cuatro grupos principales : 1.
Muelas cementadas, fabricadas con cementos minerales y empleadas para los esme-
rilados en seco .
2 . Muelas al silicato, empleadas con más seguridad que las cementadas . Poseen gran potencia esmeriladora y son apropiadas para el esmerilado en plano . 3 . Muelas elásticas, fabricadas con aglomerantes resinosos, propias para la fabricación de muelas delgadas, poco sensibles a la presión y a los choques. - 4 . Muelas vitrificadas, a base de aglomeración cerámica, obtenidas a temperaturas elevadas . Debido a la porosidad y las particularidades del empastado, tienen un gran poder abrasivo . Son insensibles a la humedad y al frío, siendo su porosidad favorable al esmerilado en húmedo . Resisten bien a la fuerza centrífuga, pero son relativamente frágiles a los choques mecánicos y térmicos, como consecuencia de su poca elasticidad y su mala conductibilidad . Las muelas más empleadas son las vitrificadas y las elásticas. Las muelas de diamante tienen el cuerpo de metal y únicamente el contorno es abrasivo (fig . 24 .7) . Los granos de diamante, generalmente están aglutinados mediante resina sintética o con una aleación sinterizada de cobre-estaño .
24.2.4
Grado o dureza de la muela Se entiende por grado o .dureza de una muela la mayor o menor tenacidad, con la cual el aglomerante retiene los granos de abrasivo en virtud de la fuerza de adherencia, queda también influida por la presión ejercida al prensar la muela durante su fabricación .
Prácticamente, una muela se llama blanda, cuando sus granos se separan fácilmente durante e.l trabajo; se llama dura, en el caso contrario. Una muela es apropiada para un trabajo determinado, cuando su blandura es la necesaria y suficiente para que la superficie cortante de la misma no se ponga brillante al trabajar (embotada) . La dureza de una muela vitrificada se distingue en el sistema de marcaje y clasificación internacional por las letras del alfabeto (tabla 24 .8) . En las muelas elásticas la dureza se expresa por un número . Para la selección de la muela conveniente para un trabajo determinado, hay que tener muy en cuenta el grado de la muela.
Muy blandos FOH
Tabla 24 .8
Blandos IJK
Designación de la dureza
Medios
Intermedios
LMN
Duros
OP
Muy duros
ORS
TUXZ 245
Fig. 24.7 Diferentes tipos de muelas de diamante . A, cilíndrica ; B, de copa; C, de copa, adosado el diamante, D, de vaso .
24 .2 .5
Estructura
La estructura puede ser cerrada, abierta o porosa, según que los granos abrasivos estén dispuestos en forma compacta, dejen espacios libres o existan grandes cavernas en la masa de la muela (fig . 24 .9) . Las muelas de estructura cerrada se emplean para acabado fino y rectificado de precisión; las de estructura abierta para desbaste y las de estructura porosa cuando hay peligro de sobrecalentamiento . Las estructuras se definen por números que van del 1 al 12 (ver tabla 24 .10) .
Forma
24 .2 .6
La forma corriente de las muelas es la cilíndrica (perfil plano) ; pero también hay otros tipos de muelas especiales, como las formas normalizadas que se ven en la figura 24 .11, muelas montadas sobre vástago, muelas de segmentos, bloques para trabajar a mano, etc.
B
Las características más apropiadas en cada caso, según el trabajo que se va a efectuar, pueden verse en los catálogos de las casas fabricantes .
n 1
.
16314-75
UNE 16304-75
UNE 16301-75
Fig. 24.9 Estructura de las muelas: A, detalle ampliado de la composición de una muela; B, tipos de estructura : 1, cerrada; 2, abierta; 3, porosa .
UNE 16305-75
15
:~i 0
.rltr
~ 13 B
1
2
Media
4
5
6
Abierta
7
8
9
10
11
12
' fI
\I'II~IIIIIh~~I
C
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-,
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. 16
17
18
19
D
r
I
3
r
refrigerante
Tabla 24.10 Designación de la estructura 0
11
i
.
y
12
9
Cerrada
10
7
J
pieza
~.
r
í
muela
I
s
tZO
Fig. 24. 11 Muelas y aplicaciones. A, Forma de las muelas: 1 y 2, cilrñdricas; 3, de vaso, 4, de copa, 5, cónica; 6, cilrndrica de medio punto; 7, bicónica ; 8, frontal; 9, de segmentos; 10, 11, 12 y 13, muelas de diversas formas, montadas sobre mango, 14, 15, 16, 17, 18 y 19, limas. B, Aplicación de la muela en la operación. C, Aplicación de las muelas en el rectificado plano. D, Arnoiado de moldes.
24 .2 .7
Marcaje de las características de las muelas
La clasificación de las muelas todavía no ha sido unificada y por tanto cada fabricante puede usar símbolos e indicaciones propias . 246
El sistema más empleado es el internacional, que todas las muelas llevan marcadas en sus etiquetas y arandelas según se indica en el siguiente cuadro : ABRASIVO
14A (Corindón normal) 49A1(Corindón especial) 59A (Corindón superior) 72C (Carborundo azul) 74C (Carborundo verde)
SíMBOLO DE LA CASA FABRICANTE
GRANO
8-10 .12-141618-20 2430-36-00-4ó-50-54 60-80-104120-150-184220 2801-320-000-500fi00-900
BC
GRADO
A D E F G H I 1KLMNOFQR S T U V W X Y Z
AGLOMERANTE
V S B O
(Vitrificado) (Silicato) (Resina sintética) (Magnesita)
ESTRUCTURA
0123456 789101112 16 75
ANTES DE MONTAR ESTA MUELA Los dos platos deben tener el mismo diámetro . 2.° Sosteniéndola por su eje hágala sonar para comprobar que está en perfectas condiciones, puede haber recibido un golpe en el transporte ó en su almacén . Las muelas sin defecto producen un sonido metálico . 3.- No forzar la muela al colocarla en el eje de la máquina . 4.0 No apretar la tuerca excesivamente . 5.D Déjela funcionar 5 minutos en vacío . 1 .D
-
ABRASIVO :
MEDIDAS
co 991 l
1753L20X16
2 .728 FORMA
29A~~~ GRANO
46
R.P.M.
GRADO
FORMULA
M
194
Guárdese esta etiqueta como referencia paró nuevos pedidos .
24 .3
Velocidad de las muelas Los fabricantes suelen pegar, sobre la etiqueta, la velocidad a que deben trabajar . Esta velocidad tangencial suele oscilar entre 20 y 30 metros por segundo para las muelas vitrificadas . La velocidad tangencial no debe pasar nunca de la velocidad indicada por el fabricante, pues la fuerza centrífuga puede hacerlas estallar con gravísimo riesgo para el operador . También suelen los constructores poner, sobre dicha etiqueta, la velocidad tangencial a que han sido probadas al salir de la fábrica . La tabla 24 .12 indica el número de revoluciones por minuto a que deben girar las muelas, según su diámetro, y la velocidad tangencial que se desee . Hay que advertir que una misma muela puede aparecer más o menos dura, según la velocidad a que gira ; de tal manera que, si es un poco blanda para un trabajo y no se dispone de otra apropiada, se la puede hacer girar más deprisa, aunque sin pasar de los límites indicados ; y así se comportará como si fuese más dura ; se hará en forma inversa, si fuese más dura de lo preciso . Tabla 24.12
Cálculo del número de revoluciones por minuto de una muela
Diámetro en Velocidad tan Velocidad tan Velocidad tan_ mm de las mue gencial-20 mp.s gencial-25mp.s gencial.30 m. p.s las. 25 50 75
100 125 150
175
7.639
19.549
3.820
6366 4.775
2.546
3.183
5.093
3056
3.820
7639
5.730
4.584 3.820
1.910
2.728 2.387
150
1.528
3.274 2865
1.910
2.292
355
1.091
1364
1-637
305
405
455
505
1.273 955
1.592 1.194
600 500 450 400
1.910
849
1.061
1.432 1.273
764
955
1 .146
enn
350
250
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11459
2.183
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15.279
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E
15o
E
1oo
is 10
200
2500
Revoluciones por minuto de la muela
ia0 3000 3500
ó
24.4 Montaje de las muelas La figura 24 .13 muestra la manera conveniente de montar una muela. Las arandelas que la sujetan son cóncavas; entre ellas y la muela se pone un disco de cartón blando ; este disco lo suele traer la misma rueda . Su diámetro debe ser un tercio del diámetro de la muela . 24.4 .1 Normas prácticas Nunca debe montarse una muela sin estas arandelas de presión . La tuerca debe apretarse, con suavidad, lo necesario y suficiente para que la muela no patine . Nunca debe forzarse una muela sobre un árbol para hacerla entrar en él . Tampoco debe montarse nunca una muela que tiene juego sobre un eje . Antes de montar una muela debe darse un golpe suave, con un mazo ligero, para deducir por su sonido si está o no agrietada. Ha de colocarse una defensa que proteja al operador, en caso de rotura de la muela. Una vez montada se la debe rectificar escrupulosamente, para lo cual se emplea un diamante (fig . 24 .14) o bien un aparato especial, que consta de un mango con una serie de ruedecillas dentadas de acero, que giran locas en su eje.
Fig. 24 .13 Distintos tipos de montajes y fijación de muelas : A, con chaveta y casquillo ; B, con cono; C, directa sobre el husillo.
Fig. 24.14 Normas más importantes a tener en cuenta al montar las muelas: A, apretado de la muela; B, comprobación para ver si está rota; C, forma y dimensiones de la defensa; D, rectificado de la muela con diamante; E, rectificado de la muela con ruletas.
EJEMPLOS DE PROBLEMAS Ejemplo 1
Se desea rectificar una pieza de fundición por medio de una rectificadora plana tangencial . Si la muela tiene un diámetro de 200 mm, Calculara a) Por tablas, el valor de la velocidad de corte . b) El número de r .p.m. a que deberá girar la muela. Solución : a) La velocidad de corte obtenida por la tabla 24 .12 es de 25 m/seg . b) Aplicando la fórmula obtenemos directamente el número de r .p .m . In
= 60.000 - V 7r-d
n = 60 .000 - 25 i 2,387 r, p.m . 3,14 .200 248
Ejemplo 2
Se tiene que rectificar en toda su longitud un cilindro de acero de 118 mm de longitud y 18 de diámetro . Para ello empleamos una muela de 200 mm de diámetro y 20 mm de ancho. Sabiendo que la muela gira a razón de 3.500 r.p .m . y el eje a 150 r .p .m ., Calcular: a) Velocidad tangencial de la muela . b) Velocidad tangencial de la pieza.
Solución : a) La velocidad periférica de la muela nos viene dada por la siguiente fórmula : V= ~r d n 60 .000 V = 3,14 - 200 - 3000 = 31,4 m/seg. 60 .000 b) La velocidad tangencial de la pieza se hallará aplicando la fórmula : I `
7T . d1 .n 1 1000
V = 3,14 - 18 - 150 = 8,478 m/min . 1000 PROBLEMAS Problema i Se está rectificando una pieza de fundición, en una rectificadora plana frontal y con una muela de tipo vaso de diámetro 150 mm . Calcular : a) La velocidad de corte . b) El número de revoluciones . c) Velocidad lineal máxima de la pieza en desbaste y en acabado .
Problema 2 Se desea rectificar una pieza cilíndrica de acero templado de diámetro 28 mm . y longitud 115 mm . Para ello empleamos una rectificadora provista de una muela de 200 mm . de diámetro y anchura 18 mm . Teniendo en cuenta que la pieza gira a razón de 150 r.p .m . y la muela a 1500 r.p .m .,
Calcular: a) Velocidad de giro de la muela . b) Velocidad de giro de la pieza. c) Avance longitudinal de la mesa teniendo en cuenta que el avance de rectificado es de 3/4 de la velocidad de giro de la pieza .
Problema 3 Debemos rectificar una superficie de acero en una máquina tangencial . El motor puede proporcionar al eje de la muela velocidades de 1800, 2500 y 3000 r.p .m . Por otra parte, disponemos de muelas, cuyos diámetros van desde 215 a 275 mm escalonados de 15 en 15 mm .
Calcular: a) La velocidad tangencial más adecuada al material (por tablas) . b) Qué número de r.p .m . y qué diámetro de muela elegiremos para obtener la velocídadidónea . SEGURIDAD E HIGIENE
En el tema siguiente se dan normas prácticas para la seguridad en la utilización de las muelas . De momento basta recordar que las normas para su montaje no deben descuidarse en ningún momento. La negligencia en esto puede ser causa de graves accidentes aún mortales . La instrucción UNE 006 recoge el código europeo de seguridad para el empleo de muelas abrasivas . 249
MEDIOS DIDACTICOS
fabricaUna colección de diapositivas puede ser muy interesante para darse idea de la ción y montaje de las muelas . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO muelas, de acuerdo - Hacer o copiar un ábaco para el cálculo de revoiuciones de las muelas más empleadiámetros de las una serie de y para con las varias velocidades útiles das. - Hacer una selección, entre varios catálogos, de diversos tipos de muelas según su forma, sus características y empleo más adecuado . CUESTIONARIO
¿Qué quiere decir abrasivo natural? ¿Por qué se emplean más los abrasivos artificiales? ¿Qué es una muela abrasiva? ¿Cuáles son las características principales de las muelas abrasivas? ¿Cómo se marcan las muelas? ¿Es importante respetar la velocidad marcada en las muelas? ¿Por qué? Describir cómo se monta una muela.
Tema 25.
Electr®afilad®ras
OBJETIVOS
- Conocer las peculiaridades de estas máquinas.
- Conocer la manera de emplearlas. GUION pie
Detalle A
abrasivo
Fig. 25.1
aglomerante
Forma de cortar la muela.
- Generalidades : cómo corta la muela. - El afilado en general . - Afiladora de herramientas de acero rápido . -'Afilado de herramientas de metal duro . - Control de los ángulos de la herramienta . - Pulido del filo de la herramienta .
PUNTOSCLAVE
- Conocer los peligros que se pueden presentar y maneras de evitarlos.
EXPOSICION DEL TEMA 25 .1
Generalidades
sólo se La forma y ángulos de filo de las herramientas de acero templado, pueden lograr por medio de muelas . pueden Si se eligen adecuadamente la forma y características de la muela, refiere a la tema sólo se afilado . El presente resolverse todos los problemas de de afilado de herramientas empleadas para el más sencilla de las máquinas herraestudiará el afilado de superiores se torno, cepilladoras, etc . En cursos mientas especiales como fresas, machos, sierras, etc. 25 .1 .1
Fig. 25.2
Afilado de una herramienta de torno.
Cómo corta la muela
Al girar de la muela, los cristales o granos superficiales van cortando pequeñas virutas de la pieza (fig . 25 .1) . Al cabo de cortar unas cuantas veces, 250
estos cristales de aristas vivas se van redondeando y ya no cortan . Para que la muela pueda seguir trabajando, estos granos ya gastados deben desprenderse y dejar al descubierto otros granos con aristas vivas capaces de seguir cortando . Se dice que una muela es blanda, cuando los granos se desprenden fácilmente ; por el contrario, se dice que es dura, cuando tardan en desprenderse . En este caso, la superficie en contacto con la pieza se pone brillante. No interesa ese tipo de muelas, ya que, al cortar poco y mal, calientan la pieza. Tampoco deben emplearse muelas excesivamente blandas, que resultan antieconómicas . Las casas fabricantes suelen aconsejar el tipo de muela adecuado a los diversos trabajos ; la experiencia aconsejará el empleo de determinada marca . Conviene poder disponer de máquinas con muelas de distintas características y ser disciplinado en el empleo de la correspondiente al trabajo que se hace . 25 .2
El afilado en general
Consiste en dar a la herramienta la forma, los ángulos y el pulido adecuado en las superficies activas (fig . 25 .2) . La forma y ángulos están normalizados . El pulido de las aristas y superficies es de gran importancia para obtener un buen rendimiento, en cuanto a duración del afilado y al buen acabado de las superficies con ellas mecanizadas .
Fig. 25.4 a mano.
Afilado de una herramienta
eje
Para lograr un buen rendimiento de las herramientas, no hay que esperar a rectificarlas, cuando estén muy desafiladas . Un ligero reaf¡lado al primer ria_gaste vuelve a dejar la herramienta en perfectas condiciones . Si, por el contrario, se espera a que se hayan desafilado en exceso, hay que rebajar mucho material de la herramienta, con el consiguiente incremento del tiempo de afilado y la disminución de la vida de la herramienta . El afilado se puede hacer en máquinas más o menos complejas o universales (fig . 25 .3). La más sencilla es aquélla en la que se hace el afilado a mano (fig . 25 .4). Fig. 25.5 A dora .
Fig. 25.3
25 .3
Máquina electroesmerila-
Máquina afiladora universal: A, máquina; B, forma de afilado de una fresa.
Afiladora de herramientas o electroafi¡adora
La forma de esta máquina es muy sencilla (fig . 25 .5A) . La muela va montada al aire, sobre un eje que gira sobre dos fuertes cojinetes, entre los cuales está el motor eléctrico. Delante, y muy próximo a cada muela, hay un soporte para apoyar la herramienta que se afila. Esta máquina, aunque sencilla, debe ser muy robusta y estar sólidamente unida al pavimento ; es peligroso montar muelas sobre máquinas que vibran . El árbol debe ser fuerte y girar libremente, pero sin juego en sus cojinetes. Al afilar las herramientas evítese toda presión exagerada . Siempre que se observe que la muela no gira concéntricamente, debe rectificarse con uno de los aparatos indicados al objeto (fig . 25 .58) . 25 1
Fig. 25.5 B Rectificado de la muela: A, a mano, con diamante, B, a máquina, con diamante; C, a mano, con ruleta.
25 .3 .1
Máquina para afilar herramientas de metal duro
Esta máquina es, en líneas generales, semejante a la descrita anteriormente, pero se diferencia en que (fig . 25 .6) : 1 .° Tiene un soporte o bancada mucho más ancho, para dar mayor rigidez . 2.° Está preparada para utilizar muelas de vaso, en vez de muelas cilíndricas . 3.° Tiene una mesa de apoyo para la herramienta que se va a afilar, con un sistema que permite darle la inclinación que se desea sobre un limbo graduado ; e, igualmente, una guía sobre la misma mesa, también graduada . De esta manera se pueden obtener los ángulos convenientes con gran exactitud. 4.° Suele estar dotada de sistema de refrigeración por bomba y portadiamante, para su exacta rectificación . 5.° Generalmente, está preparada para utilizar algunos accesorios especiales, como el aparato de hacer rompevirutas, etc . En esta máquina se colocan dos muelas de carburo de silicio de grano distinto ; una, para desbastar y otra para afinar . Lo ideal es acabar el afilado con muele de diamante . Es, prácticamente, la única muela capaz de hacer un acabado perfecto en las herramientas de metal duro .
Fig. 25 .6 Afiladora de herramientas de metal duro .
25 .3 .2
Accesorio para afilar brocas
25 .3 .3
Precauciones en el manejo de las máquinas de afilar
Afilar brocas a pulso resulta muy difícil . Es muy conveniente, por lo tanto, emplear un accesorio similar al de la figura 25 .7, para lograr un buen rendimiento en el afilado y para el posterior trabajo de las brocas .
Antes de pasar a dar una breve idea de cómo hay que proceder en el afilado de las herramientas, se recuerdan algunas advertencias ya expuestas y se dan otras nuevas, para evitar cualquier riesgo . Cosas que han de hacerse Fig. 25.7 Afilado semiautomático de y brocas : A, posición movimientos de la broca; B, disposición del soporte; C, montaje del dispositivo en la máquina.
2. 3. 4.
5. 6.
252
Acarréense y almacénense siempre las ruedas con mucho cuidado . Examínese cada rueda para cerciorarse de que no haya sufrido desperfectos (fig . 24 .14B) . Compárese la velocidad máxima de la rueda con la de la máquina. Cuídese de que las pestañas para montar la rueda sean iguales y del mismo diámetro (1/3 de la rueda) (fig . 24 .13A) . Póngase siempre las arandelas de cartón que vienen con las ruedas Cuídese de que el soporte del trabajo quede por encima del centro de la rueda y a no más de 1/8 de ella (fig . 24 .14C) .
Cosas que hay que evitar
1 . No se use una rueda que se haya dejado caer (fig . 24 .14A) . 2. No se fuerce la rueda ni se cambie el tamaño del orificio del portarruedas (fig . 24 .13A) . 3. No se exceda la velocidad máxima de funcionamiento de la rueda . 4 . No se usen nunca pestañas, si su superficie de rozamiento no está perfectamente lisa y límpieselas previamente (fig . 24 .13A) . 5. No se apriete demasiado la tuerca al montar la rueda . 6. No se debe amolar con la cara lateral de la rueda, a no ser que se trate de una destinada a este fin .
7 . Usese siempre una guarda que cubra por lo menos la mitad de la rueda (fig . 24 .14D) . 8 . Antes de empezar el trabajo, póngase a girar la rueda a su velocidad máxima, por lo menos durante un minuto . 9 . Usense siempre gafas u otro dispositivo para proteger la vista . Córtese el refrigerante antes de parar la rueda para evitar que se produzca desequilibrio . 25 .4
7 . No se arranque la máquina hasta que no se haya puesto la guarda . 8 . No se fuerce la pieza que se vaya a amolar contra la rueda para evitar que se "atragante" la máquina . 9, No se pare el operario delante de la rueda al arrancar la máquina . 10 . No se amuelen sino materiales para los que se preste la rueda .
Afilado de herramientas de acero rápido
La máquina empleada es ordinariamente la electroafiladora común, dotada de muela circular y soportes sencillos . Dos inconvenientes principales ofrecen estas máquinas :
Fig. 25.8 Inconveniente del afilado por la cara circular de la muela.
1 .° Al tener que afilar por la superficie circular de la muela (fig . 25 .8), las superficies en ella afiladas resultan de forma cóncava, con lo cual los filos de la herramienta quedan débiles . Este inconveniente puede evitarse con la habilidad del operario, haciendo una superficie recta con varias posiciones sucesivas de la herramienta (fig . 25 .9) . 2 .° El soporte para la herramienta suele ser pequeño y además no orientable, con lo que los ángulos de la herramienta se logran por la inclinación de la herramienta mantenida a pulso y con un simple apoyo de la herramienta o completamente al aire . ADVERTENCIAS 1 .a Elíjase la muela apropiada, en cuanto a grano y grado de dureza . 2 .a No se apriete excesivamente la pieza contra la muela, para evitar desgastes desiguales de la muela y calentamientos peligrosos de la herramienta . 3 .a A ser posible, empléese abundante refrigeración . Si la muela no dispone de refrigeración, no se introduzca la herramienta de acero rápido en agua o taladrina, para enfriarla porque se agrieta en las aristas, dando lugar a un bajo rendimiento de la misma . Afílese a pasadas finas o con pequeños intervalos de interrupción o descanso, para el enfriamiento de la herramienta . 4 .a No se sujete nunca la herramienta con trapos o algodones, para protegerse contra el calentamiento, ya que, además de perder sensibilidad respecto al calentamiento, puede enredarse el trapo o algodones en la muela con grave riesgo para el operador . 5 .a El soporte debe estar muy ajustado contra la muela, sin llegar a rozar en ella . Esto supone que la muela se mantiene perfectamente centrada . Si, por desgaste desigual, esto no se cumple, se ha de rectificar la muela y colocar los soportes adecuadamente . Esta es una operación delicada, que no debe hacerse sin la supervisión del maestro o encargado . 6 .a No se trabaje nunca en una máquina sin protección o resguardo de la muela . Tampoco sin gafas o protección para los ojos. 7 .a Si se trata de poner en marcha o conectar una máquina a la red eléctrica, asegurarse, antes de poner la muela, de que el sentido de giro es el adecuado . 8 .a Hágase el afilado deslizando la herramienta a lo largo de toda la superficie con un movimiento de vaivén, para evitar desgastes localizados, 25 .5
Afilado de herramientas de metal duro
Sirve todo lo dicho respecto al afilado de herramientas de acero rápido ; pero, además, hay algunas peculiaridades a tener en cuenta : 1 . La herramienta está formada por un cuerpo de acero y la plaquita es de metal duro . La muela adecuada, para cada una de estas partes, es distinta . El metal duro sólo se puede afilar con muelas de carburo de silicio o con diamante . También el acero puede afilarse con esas muelas, pero sería antieconómico emplearlas 253
Fig. 25.9 Desplazamientos de la herra mienta para conseguir superficies planas.
muela de vaso
(ver tabla 25 .10) . Lo cual quiere decir que hay que hacer el afilado en dos máquinas
distintas. 2.
Las plaquitas de metal duro son muy frágiles y no admiten ángulos de filo débiles.
Hay que comprobar las posiciones de los soportes de la máquina para cada superficie a afilar, v emplear siempre muelas de vaso o copa (fig . 25 .11) .
Proceso de la operación :
Desbaste del mango 1 .°
Fig. 25.11
Afiladora de metal duro .
El mango se afila con una muela normal para acero. El ángulo de las superficies debe ser de dos o cuatro grados mayor que el que hay que dar a la misma superficie de la pastilla . Se desbasta el mango hasta llegar a tocar con el talón del metal duro (fig . 25 .12) . 2 .0 Afilado del metal duro Se emplea una muela de grano apropiado, para desbaste o para acabado (ver ta-
plaquita
bla 25 .10) . Si la máquina tiene dispositivo para refrigeración, se emplea desde el principio y durante toda la operación, con un chorro abundante. Si se hace en seco, las pasadas han de ser más ligeras y debe suspenderse la operación
con frecuencia, para dar lugar a que se enfríe la herramienta . Nunca se ha de enfriar en agua o en otro líquido cualquiera . Se reduce el calentamiento, haciendo que el contacto de la cuchilla con la muela sea menor. Para el desbaste se redondea la superficie de la muela o se hacen unos canales en ellas (fig . 25 .13) . Las muelas de copa se prestan muy bien a ello .
Fig. 25.12 Forma del afilado a mano de las herramientas de metal duro .
Fig. 25.13 Recursos efectuados en las muelas para el desbaste: A, redondeada; B, ranuradas; C, formas reales. Control de los ángulos de la herramienta
25 .6
Cada ángulo o superficie afilada debe ser comprobada, antes de proceder
al afilado de las siguientes .
Lo más práctico es emplear galgas o plantillas apropiadas .
Antes de proceder al afilado, es necesario estudiar la secuencia o sucesión de afilado de las varias superficies, así como determinar las superficies de referencia para el control (fig . 25 .14) . Para lograr un afilado perfecto, hay que disponer de soportes orientables, donde apoyar y, mejor aún, fijar las herramientas (fig . 25 .15) ; de lo contrario, es difícil garantizar un buen afilado.
Fig. 25.14 Afilado de una herramienta: A, cuchilla; B, plantilla; C, empleo de la plantilla.
Fig. 25.15 Orientación de la mesa para el afilado. Pulido del filo de la herramienta
25 .7 Fig. 25.16 Piedra especial para el pulido de la herramienta : A, forma de la piedra; B, posición para quitar la reba ha.
La duración de,la herramienta, lo mismo que el acabado de las superficies
mecanizadas, se mejora puliendo el filo de la cuchilla con una piedra o muela de mano de grano muy fino (fig . 25 .16) . 254
Tabla 25 .10
rviaterrai Acero Al carbono no tratado
Clase de trabajo Debarbar piezas grandes Tronzar 60-80 m/s Exterior entre puntos Planear con segmentos Planear con muela de disco
Templado y aleado
Tronzar Exterior Planear Planear
Acero rápido, blando
Exterior entre puntos Planear con segmentos Planear con muela de disco
Acero rápido, templado
Acero inoxidable
Acero fundido Hilo de acero (alambre) Herramientas de acero (en general) Aluminio
Abrasivo
Grano
Dureza
Cor . Cor . Cor . Cor. Cor .
Aglom.
Estr.
12-20 24-30 46-70 24-36 30-40
P-R R K-M H-K H-K
Cor . Cor . Cor. Cor.
cera ba cera cera cera
4 4 4 4 4
24-30 46-60 24-36 36-60
Q J-M H-K H-I
Cor . Cor . Cor .
ba cera cera cera
4 4 4 4
46 24-46 30-46
K-N H-K H-K
cera cera cera
Cor . Cor . Cor .
4 4 4
46-60 24-60 30-46
I-M G-I G-1
cera cera cera
4 4 4
Cor . C. Cor . Cor . Cor.
16-24 24 46 30 46
Q P M J-K I
cera ba cera cera cera
4 4
Cor . Cor.
14-30 20-30
Q-S 0-Q
cera cera
4 4
Cor .
30-36
S-T
cera
4
Cor . Cor .
24-36 36-60
M-0 M-0
cera cera
4 4
24 24 46-60 20-36 20-36
N-0 O-P I H-I J-K
cera ba cera cera ba min .
4 4 4 4 4
60-80 m/s entre puntos con segmentos con muela de disco
Exterior entre puntos Planear con segmentos Planear con muela de disco Debarbar 25-30 m/s Tronzar 60-80 m/s Exterior entre puntos Planear con segmentos Planear con muela de disco Debarbar piezas grandes 25-30 m/s Debarbar piezas pequeñas 25-30 m/s Amolar extremos Afilado a mano Con muela grande Con muela pequeña Debarbar Tronzar 60-80 m/s Exterior entre puntos Planear con segmentos Planear con discos alta calidad
si.
si.
C. Cor . Si . C . si. C . Si . C .
I
4 4 4
Brocas espirales De acero
Afilar, automático Afilar a mano, con dispositivo
Brocas para madera
Cor . Cor .
46-80 46-80
L-M M-0
Rectificar ranuras
cera cera
4 4
Bronce duro
Cor .
30-60
Debarbar piezas grandes Exterior entre puntos Planear con segmentos Planear con muela de disco
S-U
cera
4
C. C. Si . C . si . C .
16-20 46-60 20-30 20-30
O-R J-L H-K I-K
cera cera cera cera
4 4 4 4
Cor . Cor .
14-24 14-24
Q-T 0-Q
cera cera
4 4
Si . C . si. C . Si . C . Si . C . si. C.
16-40 24-36 60-80 36-46 120-260
Q P-Q K-L H I-K
cera ba cera cera ba o cera
4 4 4 4 3
Cor. Cor. Cor.
20-30 30-40 24-36
N-O M-N K-M
cera cera cera
4 4 4
Cor, Cor .
46-80 46-80
J-L J-M
cera cera
4 4
Si . C . si. C . si, C . Si . C . si. C . si. C . si. C . si. C.
36-46 36-46 70-120 70-120 280 400 60-80 60-80
J J-K I-J I-J I M H-1 H
cera cera cera cera ba cera cera cera
4 4 4 4 4 4 4 4
Chapas (hierro)
Matar aristas a mano Planear a mano
Cobre
Pulir Tronzar 60-80 m/s Exteriorr Planear, desbaste Planear, fino
Herramientas de corte De acero
Metal duro
Cuchillas de torno, cepillo, cinceles, etc Desbastar a mano Acabado a mano En el soporte con cazuela Fresas, escariadores, machos de roscar, etc : Con muela de cazuela Con exterior de disco Afilar herramientas Desbastar con cazuela Desbastar con ext. disco Acabar con cazuela Acabar con disco ext . Lapear con disco Lapear con piedra a mano Cilindrar Interior
si. si .
A hrav,nr., .~ .. Abrasivos : Corindón = Cor. Carborándum = Si. C. Aglomerantes : de cerámica = cera ; de silicato = sil; de goma = go ; de baquelita = ha; de mineral = min.
I
El pulido debe hacerse moviendo la piedra en la dirección en que ha de salir la viruta y formando un bisel en la arista de corte. Las plaquitas de metal duro deben terminarse de pulir con muela diamantada (fig . 25 .17) . SEGURIDAD E HIGIENE
Se recomienda, una vez más, ser precavidos y exigentes en la operación de afilado y manejo de las muelas por el gran peligro que se corre con el descuido de cualquier detalle, aunque sólo sea por un instante . Es muy útil .una buena colección de carteles de seguridad (ver tema 36 de Tecnología del Metall1) . NORMALIZACION
Hacer una recopilación de los números de normas sobre herramientas de corte, muelas, protecciones, etc. TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO
Hacer una tabla de muelas recomendadas para los varios trabajos de afilado .
CUESTIONARIO Fig. 25.17 Pulido a máquina de la herramienta por medio de muela de diamante .
-
¿Cómo cortan las muelas? ¿En qué consiste el afilado? ¿Qué elementos principales componen una electroafiladora? Señalar algunas precauciones a tomar para el empleo de las electroafiladoras . ¿Cuál es el proceso para afilar herramientas de acero? ¿Cuál es el proceso para afilar herramientas de metal duro? ¿Tiene importancia el pulido de las herramientas? ¿Por qué?
7.
Máquinas de movimiento alternativo . Limadora
Tema 26 .
Máquinas y movimiento alternativo . Limadora
OBJETIVOS Conocer los elementos principales de la limadora y su funcionamiento. - Orientar para realización de trabajos sencillos en la limadora .
la
GUION Máquinas de movimiento alternativo . Limadora : objeto . Principales órganos de la limadora : bancada, carnero, mesa . Herramientas de la limadora . Trabajo en la limadora . Características de la limadora . PUNTOSCLAVE - Conocer los principales mecanismos de la timadora y las maniobras necesarias para trabajar en ella . - Saber los accidentes que se presentan con más frecuencia y modo de evitarlos.
Fig. 26.0 Principio de las herramientas de corte longitudinal.
EXPOSICION DEL TEMA 26 .1
Máquinas de movimiento alternativo Las máquinas que trabajan con movimiento alternativo y herramienta simple son principalmente tres : limadora (fig . 26 .1 A), cepílladora o planeadora (fig . 26 .1 B) y mortajadora (fig . 26 .1 C) . En la limadora, el movimiento de corte lo hace la herramienta y el avance, la pieza . En la cepilladora, por el contrario, el movimiento de corte lo hace la pieza y el avance, la herramienta . La mortajadora es una limadora con movimiento de corte en sentido vertical y características especiales . En este curso sólo se estudia la limadora . 26 .2
Limadora
La limadora es una máquina de movimiento alternativo horizontal, dotada de una herramienta simple, que efectúa el movimiento de corte. El movi257 17 .
Tecnología del Metal / 2
Fig. 26.1 A
Limadora.
miento de avance es perpendicular a la dirección en que se mueve la herramienta y, generalmente, es efectuado por la pieza (fig . 26 .2) . El objeto principal de la limadora es labrar superficies planas de pequeñas dimensiones . 26 .2 .1
Principales órganos de la limadora
Los órganos y elementos de una limadora están distribuidos en tres partes principales llamadas : bancada, carnero y mesa (fig . 26 .3A) . á¡ ! ~~ 1 ~~~~IIIILIIIINi` : Íi l II IIH_III I~II_pNN NNN
bancada
Fig. 26. 1 C Mortajadora.
Fig. 26.3 A
Partes principales de una timadora .
26 .2 .1 .1
Bancada
En la bancada o soporte general van los mecanismos de parada y puesta en marcha, los destinados a obtener las diversas velocidades de la máquina y los que tienen por objeto conseguir el movimiento alternativo de corte, con una amplitud regulable a voluntad . La bancada es un zócalo de fundición de tal dimensión y forma, que sirve de alojamiento a los elementos citados. Lleva, en la parte superior, unas guías, generalmente en forma de cola de milano, perfectamente cepilladas y rectificadas que sirven de guía y apoyo para el carnero (fig . 26 .313) . En la parte anterior, tiene otras guías verticales, unas veces de forma rectangular, otras en forma de cola de milano . Estas guías sirven para el apoyo del carro portamesas, y deben ser perfectamente perpendiculares a las del carnero. La base, que debe ser suficientementeamplia para dar gran estabilidad a la máquina, lleva ordinariamente unos agujeros para anclarla al suelo por medio de tornillos. La parada y puesta en marcha de la limadora se consiguen, de ordinario, por medio de un embrague de cono, dispuesto en la misma polea de ataque (fig . 26 .4) . Casi todas las limadoras son monopoleas, con correa trapecial, y cambio de marchas por engranaje (fig . 26 .2).
Fig. 26.2
Movimientos en el trabajo de una limadora .
guías del carnero
Fig. 26.4 Parada y puesta en marcha de la limadora : A, disposición del embrague en la máquina; B, detalle del funcionamiento del embrague .
sujeción al suelo
Fig. 26.3 B
Bancada de una limadora.
El movimiento alternativo se consigue, de ordinario, por un mecanismo de biela oscilante y plato-manivela (fig . 26 .4A) . El plato-manivela M es, al mismo tiempo, una rueda dentada que recibe el movimiento de un piñón de pocos dientes P; lleva unas guías, generalmente de cola de milano, por donde puede deslizarse la pieza 1, que sostiene al gorrón G, el cual tiene, por tanto, una excentricidad variable . El deslizamiento de la pieza 1 se suele obtener por medio de un husillo R, que recibe movimiento de una manivela 258
exterior A, a través de unas ruedas dentadas cónicas C, y que puede fijar su posición por medio de una tuerca, también exterior (fig . 26 .413) . El gorrón se ajusta en un taco o colisón 1, el cual (fig . 26 .4C) puede deslizarse a lo largo de la biela ranurada B, llamada colisa . Al girar el plato M, la biela B recibe un movimiento angular alternativo, alrededor del punto O, cuya amplitud depende de la posición del gorrón G.
Fig. 26.4 A Dispositivos mecánicos en una limadora para conseguir el movimiento longitudinal alternativo : B, biela; M, plato-manivela; P, piñón; O, eje de giro de la biela; I, pieza deslizable; G, gorrón, R, husillo para descentramiento de la biela; A, manivela exterior para graduación del recorrido; C, ruedas cónicas. 3 Fig. 26.4 8 Detalles del funcionamiento : 1, graduación del recorrido; 2, esquema; 3, detalle de la tuerca (A) de fijación .
26 .2 .1 .2
Carnero
Fig. 26.4 C Detalles de los mecanismos.
Es un carro con movimiento alternativo, en uno de cuyos extremos va la herramienta cortante . Recibe el movimiento de la colisa . En el extremo del carnero va una torrecilla orientable (fig . 26 .5A), por donde se desliza el carro portaherramientas, movido por un husillo con su manivela y su correspondiente tambor graduado . El ajuste del carnero sobre las guías de la bancada debe ser suave y sin juego ; esto se logra por medio de una regleta de ajuste .
Fig. 26.5 A Acoplamiento de la torre orientable al carnero.
El carro portaherramientas b (fig . 26 .513) lleva un pivote j, en el que se apoya el soporte basculante e, alrededor de j, y que puede fijarse en varias posiciones por medio del espárrago y tuerca c. En este soporte se aloja el bloque d, apoyado en el pasador p; este bloque d, lleva la brida t para fijar la herramienta . Dicho conjunto puede oscilar alrededor de p, para que, en los retrocesos de la herramienta, se levante ésta y no roce más que ligeramente sobre la pieza (fig . 26 .5C) . También puede fijarse formando como una sola pieza con el soporte e, por medio de un tornillo o pasador f.
Fig. 26.5 8 Despiece del carro portaherramientas .
Fig. 26.5 C Conjunto del carro porta-herramientas .
259
puede La parte superior de la biela o colísa se articula en una pieza U (fig . 26 .6), que adelantarse o atrasarse, por medio de un husillo D movido por una manivela exterior V, y, de esta manera, variar la posición del recorrido. Una palanca E fija la posición de la pieza U. Excepcionalmente, algunas limadoras llevan dispositivos para el movimiento automático del carro porta herramientas ; pero, generalmente, este movimiento se hace a mano . En algunas limadoras (generalmente de gran tamaño) el carnero recibe el movimiento de un mecanismo hidráulico (fig . 26 .7), en vez del mecanismo de plato-manivela y colisa .
Fig. 26.7 Limadora hidráulica: A, conjunto; B, funcionamiento del distribuidor. ; C, Fig. 2£.£ (Mecanismos de regulación. de la carrera : A, detalle; B, disposición en la máquina a la pieza. recorrido con respecto detalle del centrado del
26 .2 .1 .3
Mesa
Es la parte de la limadora donde se sujeta la pieza (fig . 26 .8A), ya sea directamente, ya por medio de un tornillo o mordaza .
Fig. 26.8 A
Conjunto de la mesa y el carro.
un moviPuede deslizarse horizontalmente sobre el carro, que a su vez puede tener miento vertical . El movimiento horizontal de la mesa suele constituir el movimiento de avance y se efectúa a mano o automáticamente . El carro vertical no suele tener movimiento automático . Los movimientos horizontal y vertical de la mesa y del carro, respectivamente, se consiguen por medio de husillos . El husillo correspondiente al avance de la mesa suele llevar un tambor graduado (fig . 26 .813) . El movimiento automático se efectúa por medio de un mecanismo de trínquete (fig . 26 .8C) montado en el husillo, que es movido, a su vez, por una palanca, que recibe movimiento desde un plato-manivela de excentricidad variable, el cual recibe el movimien. Cada to ya directamente, ya a través de un engranaje del eje del plato-manivela principal gorrón del excentricidad del la mesa . Al variar la consigue un avance de vaivén del carnero pequeño plato-manivela, el trinquete hace correr más o menos dientes de la rueda del husillo, con lo que se consiguen diversos avances. En limadoras medianas, o grandes, la mesa necesita un segundo apoyo para mayor eje rigidez (fig . 26 .9A) . Algunas limadoras permiten también el giro de la mesa sobre un (fig . 26 .913) . horizontal, paralelo a la dirección del movimiento del carnero
Fig. 26.8 8 Detalle de los mecanismos para el avance longitudinal y vertical de la mesa . Fig. 26.8 C Mecanismo automático para el movimiento longitudinal.
Observaciones sobre el funcionamiento de la límadora Como se desprende de lo dicho, la herramienta tiene, gracias al movimiento alternativo del carnero, un movimiento de vaivén . El movimiento hacia adelante es el movimiento de corte y el movimiento hacia atrás es en vacío y constituye, por tanto, un tiempo muerto, Interesa, pues, que este movimiento se haga más rápidamente que la carrera de corte .
26 .2 .2
260
Esto se obtiene automáticamente por el mismo funcionamiento de la biela o colisa . Efectivamente, el taco o colisón (fig . 26 .10) lleva un movimiento de velocidad constante y, por tanto, tarda más tiempo en hacer el recorrido abc que el recorrido cda . Pero el tiempo que tarda el carnero en hacer la carrera de corte es precisamente el tiempo que tarda el colisón en hacer el recorrido abc; por esta razón es importante que el motor gire siempre en el mismo sentido .
Fig. 26.9 B sa .
Orientación de la me-
Fig. 26.10 Esquema del funcionamiento de graduación del recorrido: A, recorridos; B, graduación; C, posición del recorrido.
Otra advertencia importante se ha de hacer acerca de la inclinación del portaherramientas . 'Mientras el movimiento de avance es horizontal, como sucede en la mayor parte de los trabajos, la herramienta se levanta siempre en la carrera de retroceso : esté el soporte recto o inclinado . Pero, cuando la superficie que se ha de trabajar es vertical o inclinada y el avance se da con el carro porta herramientas, entonces, si se mantiene el soporte paralelo al husillo de dicho carro, la herramienta no se despega de la pieza en el movimiento de retroceso (fig . 26 .11) . Por ello es preciso inclinarlo, como se puede ver en las figuras 26 .12 y 26 .13 .
Fig. 26.11 Posición correcta del porta-herramientas para mecanizar superfi cies horizontales y verticales.
Fig. 26.12, Posición para el mecanizado de ángulos.
Fig. 26.13 Posiciones correctas del porta-herramientas para trabajar superficies inclinadas.
26 .3
Herramientas de la limadora
En la limadora se emplean herramientas simples similares a las empleadas en el torno (fig . 26 .14) . Hace años se empleaban preferentemente herramientas de acero rápido, forjadas (fig . 26 .15) ; para evitar que la punta de la herramienta se clavase en la pieza por flexión, como sucede con la herramienta recta (fig . 26 .16), se hacían acodadas . Estas herramientas forjadas resultaban caras y difíciles de obtener . Hoy día, se prefiere utilizar porta herramientas, como el de la figura 26 .17A, o, mejor aún, como el de la figura 26 .1713 . Estos porta herramientas utilizan herramienta recta 26 1
porta-herramientas
Fig. 26.14 Herramienta de limadora y su montaje en la máquina.
normal de acero rápido o de metal duro . Como puede verse en la figura 26 .18, la herramienta, al flexarse el porta herramientas, no se clava en la pieza, compensando la pequeña flexión inevitable de la herramienta .
D
E
Fig. 26.16 Herramientas de limadora rectas y acodadas: A, recta; B, flexión en la carrera de trabajo; C, curvada o acodada que evita el defecto de la anterior.
Fig. 26.15 Diversos tipos de herramientas de acero rápido y sus aplicaciones: A, de planear; B, afinar de plano ancho; C, pulir de punto redondo; D, cajear horizontal; E, escuadra; F, coje ar lateral; G, planear acodada.
Fig. 26.17 A
Porta- herramientos acodado.
A, giratorio; B, forma de Fig. 26.17 8 Diversos tipos de porta-herramientas y formas de trabajo: cuchilla ; H, troncear; I, trabajo; C, D, E y F, de desbastar graduables en altura; G, de doble herramienta orientable; J, de regulación de presión.
26 .3 .1
Fig. 26.18
Ventajas del portaherramientas .
Material de las herramientas de la limadora
Se emplea el mismo material que para las del torno . Para las de metal duro se emplean los más resistentes al choque, es decir, los de los números más altos del correspondiente grupo de aplicación . Esto debe ser así por la propia índole de la máquina limadora, en la cual difícilmente se alcanzan grandes velocidades, y en la que, por lo tanto, no hacen falta herramientas muy resistentes al desgaste ; pero que, como siempre trabaja a golpes, necesita herramientas muy tenaces . Por esta misma razón estas herramientas no suelen emplearse para trabajar aceros de gran tenacidad . Para el pulido con pequeñas pasadas pueden emplearse herramientas más duras. 26 .4
Trabajo en la limadora
La limadora se emplea para labrar superficies de pequeña y mediana extensión, para trabajos de desbastar y de acabado con tolerancias medianas . No puede considerarse como máquina de precisión. El grado de calidad depende fundamentalmente de la habilidad del operario . Se dan, a continuación, unas normas para la fijación de las piezas, para la elección de la velocidad y para realizar algunos trabajos característicos . 262
Fig. 26. 18 A Diversos tipos de herramientas de metal duro empleadas en la limadora y sus aplicaciones respectivas.
26 .4.1
Fijación de la pieza
La pieza que se máquina (fig . 26 .19)
o
ha de trabajar se fija en un tornillo o mordaza de directamente sobre la mesa (fig . 26.20) .
calzos Fig. 26.19 Sujeción con mordazas .
En el tornillo de mordazas paralelas se suelen montar las piezas pequeñas, si lo permite su forma ; las piezas grandes se montan directamente sobre la bancada, por medio de bridas . Otros elementos auxiliares, para fijar las piezas, son los apoyos fijos o graduables, las bridas de presión, las cuñas, soportes especiales (fig . 26 .21) (ver tema 11) . Si la superficie de apoyo de la pieza está en bruto, no conviene apoyarla directamente sobre la mesa, para no estropearla, y para que la pieza quede mejor nivelada . En piezas delgadas, sobre todo, hay que procurar sujetarlas de tal manera que no se deformen, porque de lo contrario, al quedar libre, cesará la deformación y la superficie labrada ya no resultaría plana (fig . 26 .22) .
Fig. 26.20 Sujeción con bridas sobre la mesa .
C
D
E
11Rr~~ .~,í~í~íy~~8111 Fig. 26.22 Efectos de un mal embridalé.
26.4.1 .1
F
H
Nivelación de la pieza
Los planos que se han de labrar han de colocarse perfectamente paralelos a las guías del carnero y de los carros que efectúan el movimiento de avance . Esto se comprueba mediante un gramil o una punta de trazar, y para trabajos de precisión con un comparador de reloj . Para trabajos de poca importancia, basta, muchas veces, la misma punta de la cuchilla .
Si la pieza está trazada, se comprueban sus trazas con el gramil, que se apoya en la mesa o en el tornillo, si éste está bien nivelado (fig . 26 .23) . 0 bien, se coloca una punta de trazar en lugar de la herramienta ; y, moviendo a mano el carnero y los carros, se comprueba, en varios puntos, si la traza coindice con la altura de dicha punta . Si hay una cara mecanizada, paralela a la que se quiere mecanizar, se comprueba la posición de la pieza de la misma manera, por medio de la punta de trazar . Si se necesita más precisión, se sujeta igualmente el comparador al porta herramientas, se apoya su vástago sobre la pieza (fig . 26 .24) y se comprueba si moviendo a mano el carnero y el carro que produce el avance, la aguja del comparador no se mueve más de la tolerancia admisible . Para algunos trabajos b astará, en cambio, comprobar si la punta de la herramienta corre paralela a la superficie de referencia de la pieza, moviendo a mano el carnero, al menos en dos posiciones diferentes de la mesa (o carro portaherramientas, en el caso de que éste sea el' que da el avance)' . 263
Fig. 26.21 Distintas formas de sujeción de las piezas : A, con brida y apoyo en escalera; B, con brida y apoyo hexagonal excéntrico; C, brida curvada especial; D, brida angular; E, tope y brida inclinada; F, de cuña; G, para piezas cilíndricas; H, giratoria .
Fig. 26.23 Nivelación de la pieza por medio de un gramil,
26.4 .2 Preparación de la máquina Antes de empezar a trabajar es preciso graduar la longitud del recorrido del carnero y su posición respecto a la pieza, seleccionar la velocidad conveniente y graduar la excéntrica del trinquete, si el avance ha de ser automático. Regulación de la carrera y centrado de la misma La carrera de la limadora se debe graduar, de modo que sea algo mayor que la longitud de la pieza, para que queden 5 ó 10 mm de sobra en cada extremo, para la entrada y salida de la herramienta . Como estos espacios representan tiempos perdidos, la limadora trabaja con tanto mejor rendimiento cuanto más largas son las piezas. Por esto, al elaborar piezas cortas, siempre que sea posible, se trabajan varias al mismo tiempo, colocadas en la mesa o en el tornillo unas junto a otras . 26 .4 .2 .1
Fig. 26.24 Nivelación de la pieza por medio del comparador de reloj.
Carrera de trabajo Kmln
Vmin
Como ya se indicó, la longitud de la carrera se gradúa mediante la manivela A (fig . 26AB), y el centrado mediante el volante V (fig. 26 .6) . Procúrese dejar bien asegurados ambos mecanismos mediante las tuercas respectivas . Antes de empezar a trabajar, es preciso comprobar si la herramienta o el carnero pueden tropezar con la pieza o con la sujeción de ésta, y si la entrada y la salida de la herramienta son las convenientes, haciendo funcionar a mano la máquina durante una carrera (ida y vuelta) completa. 26 .4 .2 .2 Selección de la velocidad de corte y del avance La velocidad de corte en la limadora de colisa, no es constante . En los extremos de la carrera es cero y va aumentando hacia el centro . Si se recogen en un gráfico las velocidades instantáneas, se tendrá un esquema semejante al `de la figura 26.25, para cada uno de los números de vueltas del plato-manive: la y para cada una de las longitudes de carrera posibles. Del gráfico se deduce que hay que tener en cuenta la velocidad máxima, tanto para la carrera de trabajo, como para la de retroceso . Esta no tiene influencia en el corte, pero sí puede llegar a ser peligrosa por la inercia de las masas en movimiento. Si llamáramos L a la longitud de la carrera en metros y tt , tr a los tiempos respectivos de las carreras de trabajo y retorno, en minutos, se tendría que las velocidades medias de trabajo y retorno respectivamente serían :
c Fig. 26.25 Diagrama de velocidad del carnero para un recorrido determinado L y n carreras por minuto.
Vt
= t
(m/min) (m/min)
Vr
Para las aplicaciones prácticas, lo que interesa es saber la velocidad media de una carrera completa (ida y vuelta), para de ahí deducir el número de vueltas por minuto o, mejor, el número de golpes por minuto del carnero . Vn,
tt
Ltr
L 2+.L L Vt
2 V tt + Vir -- Velocidad media
Vr
Si se considera que la máquina realiza el doble recorrido con velocidad uniforme, y llamando L. al recorrido de la herramienta, Vm a la velocidad media, y n al número de cursos o golpes por minuto, en razón de la fórmula del movimiento uniforme, se tendrá :
264
Tabla 26 .26 Abaco para calcular la o el número de carreras n, para un recorrido dado En el ábaco para V,.
=
15 m/min y L
=
150 mm; o
Tabla 26 .27 Velocidad de corte V, en m/min para las distintas clases de materiales, tipo de herramienta empleada y operación
Vn1
= 48 carreras/min.
Herramienta de Acero rápido Metal duro
Material de la pieza
Desbaste Acabado Desbaste Acabado " Y~~ao W ceWU W Wy~W ~
"a
~am
Acero blando
20a25
24a30
-
Acero duro
12a 20
18a24
-
-
Fundici6n de hierro Bronce y aleaciones de Cu
l6 a 26 25a30
22a30
30a35
35a 40
rv50
-50
Aluminio
r~~50
aleaciones ligeras
-
25a30 30a35
-50a40 -50
//\`"H111\IIIIIII~1,1 a
',
Tabla 26 .27A Avances de tres tipos de limadora
Ellbilll
Paso del N=de dienhusillo de tes del pila mesa ñon del trinquete
I~~~A1711111
30
' ~ Ñ
--
z=l
z=2
z=3
Limadora 1
5
25
0,2
0,4
0,6
Limadora2
6
30
0,2
0,4
0,6
-
Limadora3
8
40
0,2
0,4
0.6
0,8
z=4
Vm (m/min/
Problema 1 En una limadora, cuyo recorrido es 300 mm, las carreras de trabajo y retorno tardan respectivamente 0,02 y 0,015 minutos. Calcular la velocidad media y decir cuántos golpes por minuto da la herramienta . Solución : 1) Si tarda 0,02 + 0,015 = 0,035 minutos en dar un golpe, quiere decir que en un 1 minuto dará : = 28,5 golpes/minuto. 0,035 \/t _ 0,3 = 15 m/min. ; 2) V m = 2 Vt - Vr = Vt + Vr 0,02 15x20 =2x 15 x 20 Vm =2X 15 + 20 35
Vr =
0,3 0,015
= 20 m/min.
=
17,14 2-0,3
~~
s
Poslddn
de las
= 28,56
que, como se ve, es la misma antes calculada. En la limadora se puede también emplear el gráfico para la obtención del número de golpes, en función de la velocidad media y de la carrera . La tabla 26 .26 representa el ábaco para una limadora de seis velocidades . En la tabla 26 .27 se dan las velocidades medias de corte, que pueden servir de orientación . La velocidad máxima en la máquina (fig . 26 .25) puede llegar a ser considerablemente mayor que la media calculada, y estas diferencias son mayores para los recorridos cortos . Por esta razón convendrá emplear siempre, la limadora de menor carrera posible, siempre que se pueda . Por esto se suelen dividir los valores de la tabla por 1,4, para carreras cortas, y por 1,2, para carreras medianas, entendiendo por carrera corta la que no llega a de la carrera 3 máxima y por carreras medianas las comprendidas entre y de la máxima . 3 3 Así, en una limadora de 300 mm de carrera se consideran carreras cortas las comprendidas entre 0 y 100 mm, y carreras medianas, las comprendidas entre 100 y 200 mm, 265
mrnolo
18
36
45
90
?7
54
68
135
de la
manillas
= 17,14 m/min .
Golpes del carnero por
Paleu
Posición
Vm =n-2L n = Vm 2 L
Tabla 26.2713 Posiciones de las palancas de cambio y de las correas en la polea para conseguir los diferentes golpes/min en el carnero de la limadora
` arre°
3) Calcúlese el número de golpes por minuto, a partir de la velocidad media : de donde
Avance según el n- de dientes seleccionado por el trinquete
F
Problema 2 Calcular el número aproximado de golpes por minuto a que debe trabajar una timadora de 500 mm de carrera máxima, al desbastar una pieza de fundición blanda que tiene 150 mm de longitud . La herramienta empleada es de metal duro .
Fig. 26.28 A Trabajo en la limadora: a, avance,- p, profundidad de pasada.
Solución : Según la tabla 26 .27, la velocidad media debería ser Vm = 30 a 35 m/min ; si elegimos Vm ti 32 . L = 500 = 166 ; la carrera de trabajo será de 150 + 20 = 170, por tanto, entra en la 3 3 categoría de carrera corta, por lo cual la velocidad admisible será Vadm . _
32 = 22,8 ti 23 m/min 1,4
Vm 1,4
que supondrá un número de golpes por minuto : n
Fig. 26.28 8 Posición correcta de la herramienta para evitar que se clave en el retroceso,
__
Vadm .
2 L
0 170 ~ 67,65
2 x
golpes/minuto .
Habría que escoger el más próximo del número de golpes por minuto del cuadro de velocidades reales de la máquina . En el ábaco de la figura 26 .26 (en las líneas de trazos) vemos que habría que coger la de n - 75, con lo cual la velocidad media sería de 28 m/min aproximadamente . Por esta razón convendrá emplear siempre la limadora de menor correa posible, siempre que sea suficiente . Los avances en la limadora suelen tomarse de 0,3 a 0,5 mm para el desbaste, llegando incluso a 0,8 mm . Para el acabado, puede tomarse de 0,3 a 0,1, según el radio de redondeado de la herramienta y el acabado deseado . Claro está que, además, quedan limitados por las posibilidades de la propia limadora . En la tabla 26 .27A se dan, a título de orientación, los valores reales de tres limadoras : Tabla 26 .27C Velocidades medias obtenidas según el número de golpes/min y la longitud de la carrera L Golpes de/
50
carnero
100
Longitud de carrera en mm . 200 250 150
300
350
400
Velocidades medias en metros x minutos
por minuto 16
1,8
3,6
5.4
7,2
9,0
10,8
12,6
14 .4
27
2,7
5.4
8.1
10,8
13,5
15,2
18 .9
11.6
36
3,
7.2
10.8
14 .0
18.0
21,6
45
4 .5
9,0
13,5
18,0
72 .5
27.0
54
5 .4
10.8
16.2
21,6
27,0
68
6 .8
13,6
20.4
272
90
9,0
18.0
27.2
135
13.5
270
~ ATENCION Velocidadespeligrosas
Para calcular los avances posibles en una limadora, teniendo en cuenta el mecanismo empleado para su obtención (fig . 26 .8C), se puede hacer así : En la limadora 1, los avances posibles son :
para cada diente del trinquete el husillo gira 1 de vuelta ; luego el carro se desplazará :
=Z
.h=25 .5
5
= 0,2 mm .
Para las otras posibilidades se tiene : A, = A, A 3 = A,
2 = 0,2 3 = 0,2
2 = 0,4 mm . 3 = 0,6 mm .
Para la limadora 2 : Fiq. 26.29 Mecanizado de superficies laterales: A, inclinación de la herramienta y del carro; B, forma de trabajo .
A l = h = 6 = 1 igual que la anterior . Z 5 30 266
Para la limadora 3 :
=n Z
8 40
1 igual que las anteriores, con la posibilidad de un cuarto avance de 5 A 4 = A 4 - 4 = 0,2 - 4 = 0,8 mm .
Un detalle a tener en cuenta, es disponer el gorrón del plato-manivela hacia la izquierda o hacia la derecha (fig . 26 .8C), según interese que la mesa haga el movimiento de avance en el punto muerto anterior o en el posterior del carnero .
26 .4 .3
Trabajos característicos en la limadora'
Son trabajos característicos los siguientes :
26 .4 .3 .1
Labrado de superficies planas horizontales
En este trabajo el avance lo efectúa la mesa portapieza, movida a mano o automáticamente . La profundidad de pasada se da con el carro portaherramientas (fig . 26 .28A) . La posición de la herramienta, vista en dirección del recorrido del carnero, debe ser retrasada respecto al avance (fig . 26 .2813), para evitar se clave, al flexarse la herramienta en esa dirección . Cuando esto no sea posible, hay que trabajar con pequeñas pasadas y grandes precauciones .
26 .4 .3 .2
Labrado de superficies planas verticales
En este trabajo el avance se efectúa, moviendo el carro portaherramientas a mano, salvo que la limadora tenga movimiento automático . El bloque basculante debe colocarse en posición conveniente, para que la punta de la herramienta se separe de la pieza en la carrera de retroceso (fig . 26 .29) .
26 .4 .3 .3
Limado de superficies planas inclinadas
Es sólo Recuérdese para que la retorno (fig .
un caso particular del anterior, por lo que vale todo lo dicho . que el bloque basculante debe tener la inclinación apropiada, herramienta se separe de la superficie labrada en la carrera de
26 .13) .
Al preparar la máquina, hay que apretar bien los tornillos que aseguran la posición de la torrecilla orientable . Antes de las pasadas finales, se comprueba si el ángulo de la superficie cepillada es o no el deseado, y se corrige, si es menester .
26 .4 .3 .4
Limado de ranuras
El limado de ranuras es semejante al de labrar superficies planas verticales (fig . 26 .30A) . La forma de la herramienta normalmente es como la que muestra la figura, el avance se da con el carro porta herramientas ; si el ancho de la herramienta es igual al de la ranura, el bloque basculante debe estar alineado con la dirección de las guías del carro . Cuando la ranura es lateral (fig . 26 .3013), si la herramienta se levanta en el retroceso, tiende a agarrotarse y, fácilmente, se produce la rotura . Se evita haciendo solidario el bloque oscilante con su soporte, por medio de un pasador o tornillo a propósito (fig . 26 .30C) .
26 .4 .3 .5
Otros trabajos
Por medio de dispositivos especiales, se pueden ejecutar en la limadora superficies cilíndricas o cónicas (fig . 26 .31), cóncavas o convexas (fig . 26 .32) . Sin embargo, rara vez se efectúan tales trabajos en esta máquina . 1 Como al trabajar con metal duro no conviene que la herramienta toque a la pieza en la carrera de vuelta, hay limadoras con levantamiento automático de la cuchilla . Si no existe este dispositivo, trabájese con gran precaución . 267
Fig. 26.30 A Distintas formas de trabajo de ranurado en la limadora: A, cajeado horizontal ; B, chavetero exterior; C, tallado de engranajes, D, chavetero interior.
26 .4 .3 .6
Acabado
Como lo interesante es lograr precisión y acabado,« precisa cumplir lo dicho hasta aquí y, además, emplear herramientas apropiadas con la punta redondeada ancha de pulir (fig . 26 .33) . Características de las limadoras que determinan las posibilidaAsí se llaman algunas medidas geométricas
26 .5
Fig. 26.30 B
Ranurado lateral en la máquina y detalle .
des de trabajo de cada limadora . son : Las principales, de acuerdo con la figura 26 .34, 26 .5 .1
Carrera máxima del carnero
milímetros . Corresponde a la medida L de la figura y se expresa en Desplazamiento máximo admisible del carro portaherramientas expresa en milímetros . Corresponde a la medida h de la figura y se
26 .5 .2
Dimensiones máximas de la mesa expresan en milímeCorresponden a la medida 1 y a la a de la figura y se
26 .5 .3 tros .
Recorrido transversal máximo de la mesa expresa en milímetros . Corresponde a la medida A de la figura ; se
26 .5 .4 Fig. 26 .30 C Blocaje de
la
herramienta .
Recorrido vertical del carro principal . Corresponde a la medida H de la figura ; se expresa en milímetros
26 .5 .5
Medida máxima admisible de las gulas del carnero a la mesa Corresponde a la medida V de la figura ; se expresa en milímetros . mesa . Es la máxima altura admisible de pieza colocada y apoyada en la Suelen completarse estas características con las siguientes :
26 .5 .6
26 .5 .7
Número de golpes del carnero
26 .5 .8
Avance de la mesa
26 .5 .9
Potencia del motor
una Se expresa por el número de carreras completas (ída y vuelta = carrera completa), que puede dar en un minuto .
Fig. 26.31
Elaboración de una ranura cónica .
Se expresa por el número de avances posibles para cada golpe del carnero . Suele darse también el valor de los avances posibles en mm/vuelta . Para orientar en las posibilidades de la máquina, en cuanto a secciones máximas de viruta, suele darse la potencia del motor en CV . Un dato muy interesante, que algunos constructores incluyen entre las características, es una tabla de las velocidades medias, en función de la carrera y número de golpes . SEGURIDAD E HIGIENE
a La limadora es una máquina que, aunque no es muy peligrosa, puede dar lugar estas normas : tienen en cuenta algunos accidentes, si no se 1 . a No se trabaje nunca en la mesa (sujetar la pieza, comprobar una medida, etc.) con el motor en marcha . A veces los embragues pueden acoplarse y poner el carnero en marcha, accidentando al operario desprevenido y produciéndole serias lesiones . de que la pieza está suficientemente fijada a su soporte . Asegúrese 2. a a 3 .a Asegúrese de que la herramienta está fijada y que no tropezará en su recorrido Fig. 26.32 Elaboración de superficies convexa. con ningún obstáculo. curvas : A, cóncava; B, 268
í tt 0
350
á
Fig. 26.33 Herramientas para afinar y pulir. mo
30
Características
Curso máximo del carnero . . .(41 . . . . . . . . . . . . . . , 625 mm . Número de velocidades, escalonadas en progresión geométrica . . . . . . . . . . . . 8 Número de golpes del carnero por minuto . . . . . . . . . . . 10-15-20-30-42-60.84-120 Dimensiones de la mesa . . .(/.x .b,), . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 x325 x345 mm. Curso automático transversal de la mesa . . ~A% . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 mm . Curso automático vertical de la mesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 mm . Mesa giratoria a ambos lados hasta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90° Curso vertical del porta-herramientas . . . ~h). . . . . . . . . . . . . . . . . 125 mm . Altura máxima a cepillar sobre la mesa . . .~~% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 mm . Número de avances horizontales (desde 0,2 hasta 1 mm .) . . . :. . . . . . . . 5 Número de avances verticales (desde 0,2 hasta 1 mm .) . . ... ... ........ 5 Dimensiones de la base de la máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .350 x 565 mm . Abertura, anchura y altura de la mordaza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 x 250 x 55 mm . Potencia del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,5-3,5 C . V . Revoluciones por minuto del motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 750-1 .500 Peso neto aproximado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . 1 .350 Kg. Peso con embalaje marítimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,550 Kg. Volumen con embalaje marítimo . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . ., . . 3,1 m 3 Fig. 26.34
Características técnicas de una limadora .
4 .a Antes de dar movimiento al carnero con el motor, hágasele dar una carrera completa, moviéndolo a mano con el volante a propósito que llevan las máquinas . No hay que acostumbrarse a moverlo desde la polea, aunque esté parada . La costumbre puede llevar a poner la mano en la polea, cuando la máquina está en marcha, lo cual ciertamente no sucederá, si esta polea estuviera recubierta con una protección . 5 .a Las virutas, sobre todo cuando se trabaja acero tenaz, suelen salir despedidas a gran velocidad ; como, además, están a bastante temperatura, el impacto en la cara o en cualquier parte descubierta del cuerpo puede producir lesiones . Protéjanse, pues, los ojos con gafas apropiadas . Estas mismas virutas se extienden delante de la limadora en una gran superficie . Conviene disponer de mamparas, que reduzcan esa superficie, y, además, barrer con frecuencia, para evitar se claven las virutas en los pies . 6 .a Las herramientas, como elementos cortantes que son, son siempre peligrosas, si se manejan descuidadamente . 7 .a Es fácil se produzcan rebabas en las piezas limadas ; recuérdese que hay que eliminarlas cuanto antes, dada su peligrosidad .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Estudiar y dibujar la cadena cinemática de una limadora
del taller . - Sacar las características de la misma limadora . - Explicar por qué no es indiferente, en algunas ocasiones, poner el gorrón del plato-manivela de avances hacia uno u otro lado .
CUESTIONARIO - ¿Qué características debe tener la bancada de una limadora? - ¿Es importante que el carnero se deslice suave y sin juego en sus guías? - ¿Cómo puede lograrse este ajuste, necesario para un buen trabajo? - ¿Cómo se logra el recorrido necesario del carnero? ¿Y su centrado? - ¿Por qué se habla de velocidad máxima y velocidad media de corte? - ¿Puede ser peligroso poner la máquina al máximo número de golpes y, a la vez, al máximo de recorrido? ¿Por qué? - Enumerar tres reglas de seguridad, para trabajar en la limadora . 269
Sierra mecánica
8.
Tema 27 .
Sierra mecánica
OBJETIVOS
- Conocer los elementos fundamentales de las máquinas de serrar. - Conocer las ventajas e inconvenientes de los varios tipos . - Dar normas para trabajar en la máquina de serrar .
GUION - Tipos de -
Máquina Máquina Máquina Máquina
máquinas de serrar . de serrar de movimiento rectilíneo alternativo . de serrar de cinta sin fin . de serrar circular . de ciclo automático .
PUNTOSCLAVE - Características de
las máquinas de serrar . - Conocer claramente las ventajas, desventajas y limitaciones de los diversos tipos de sierras . - Precauciones en el empleo de las trozadoras de disco .
EXPOSICION DEL TEMA Ya se dijo en el tema 20 del libro Tecnología del Metall1, en qué consistía el aserrado o, troceado con desprendimiento de viruta . Allí se estudió el aserrado hecho a mano . Aquí se estudiará brevemente esta misma operación, pero realizada a máquina . 27 .1 Tipos de máquinas de serrar Tres son, fundamentalmente, los tipos de máquinas de serrar, según el movimiento que se dé a la herramienta que, a su vez, depende de la forma de la misma herramienta o sierra : - Máquina de movimiento rectilíneo alternativo . - Máquina de movimiento rectilíneo continuo, sierra o cinta sin fin . - Máquina de movimiento circular, sierra circular. 27 .2
Máquina de serrar de movimiento rectilíneo alternativo Fundamentalmente consta esta máquina de los siguientes elementos : bancada, mecanismo motriz, arco porta-síerra, mecanismo de avance, tornillo o mordaza de fijación de la pieza a trocear y equipo refrigerante (fig . 27 .1) . 270
palanca de cambio de marchas
Fig. 27.1 nativo .
27 .2 .1
Sierra de corte rectilíneo alter-
Bancada (fig . 27 .2)
Es el elemento que sirve de base a los demás elementos . Puede ser de muy variada forma y dimensiones; generalmente se hace de fundición y lleva apoyos para el soporte del arco, para la mordaza y para el equipo motor. Suele llevar una bandeja apropiada para recoger el refrigerante y, en su interior, un amplio depósito con departamentos decantadores . 27 .2 .2
Mecanismo motriz (fig . 27 .3)
Consta, generalmente, de un motor que, a través de unas poleas acanaladas y sus correspondientes correas trapeciales, da movimiento al eje primario de una elemental caja de cambios de dos o más velocidades de ruedas desplazables . Las pequeñas suelen tener sólo dos marchas . La salida de la caja mueve un plato-manivela, que transmite el movimiento de vaivén por medio de una biela al arco . 27 .2 .3
Fig. 27.3 Mecanismo motriz : A, vista exterior del mecanismo; B, esquema de la caja de cambio .
apoyo
Arco y mecanismo de avance
El arco de sierra es un elemento esencial y característico, ya que sirve tanto para dar a la sierra el movimiento de corte, arrastrándola consigo en su movimiento de vaivén, como para dar el movimiento de avance, al descender contra la pieza (fig . 27 .4) . Ha de ser de dimensiones tales que no se deforme, ni al tensar la sierra, ni durante el trabajo .
La velocidad se obtiene desde la caja de cambios; por tratarse de una máquina de movimiento alternativo, movida por el mecanismo de manivela-biela, tiene una velocidad variable en toda su carrera . Su cálculo es similar al hecho para la limadora ; sin embargo, para las aplicaciones prácticas es suficiente tener en cuenta las instrucciones y recomendaciones de cada fabricante . Naturalmente, para los materiales más duros se emplean las velocidades cortas, mientras que, para los más blandos, se pueden emplear las mayores . 27 .2 .3 .1 Es (corte sierra, guiado
Fig. 27.2 Bancada de sierra rectilinea alternativa .
Guiado del arco
orificio para la biela
muy importante, lo mismo para la obtención de un buen trabajo recto y vertical) que para evitar roturas y desgastes prematuros de la que el arco se deslice suavemente por sus guías, pero perfectamente y sin juegos .
Unas regletas de ajuste ayudan a compensar el inevitable desgaste . La disposición de estas guías varía, según los constructores. 27 1
` ranura para tensar la hoja
Fig. 27.4
orificio para la hoja
Arco de una sierra alternativa.
Una cuestión muy importante es lograr que la sierra recorra una recta igual a la del arco ; para ello es importantísimo que los asientos de la sierra estén perfectamente alineados con las guías del arco . Esto se comprueba con un gramil o, mejor, con un comparador. 27 .2 .3 .2
Avance
El avance es muy importante ; ha de obligar a la sierra a penetrar en el material con fuerza suficiente, para que no resbale, sino que cada diente corte su porción correspondiente. El mecanismo de avance puede ser de estos tipos : por un simple peso (contrapeso), que se puede fijar en un punto determinado del arco ; avance por husillo de rosca trape-
biela
cial ; y avance hidráulico . 1.
Sistema de contrapeso
Este sistema se emplea sólo en máquinas pequeñas . Tiene el inconveniente de no obligar a la sierra a avanzar en cada vaivén ; sólo ejerce una fuerza constante, que le permite resbalar, si la resistencia que opone el material es grande lo que hace que la sierra se gaste prematuramente . Estas máquinas sólo se emplean en pequeños talleres y para perfiles delgados (fig . 27 .5A) .
Fig. 27.5 A
Avance de contrapeso.
excéntrica elaborada
biela
2. Sistema de husillo Es el más empleado en los de mediano tamaño (fig . 27 .513) . La tuerca del husillo debe ser ajustable, para evitar un juego que podría ser perjudicial . El giro del husillo se logra por un sistema de rueda trinquete; en cada carrera del arco se produce un giro del husillo . Dado que los dientes de la sierra están dispuestos para cortar en un solo sentido, sería contraproducente que el mecanismo de avance la oprimiese contra el material en la carrera, en cuyo sentido no puede cortar ; por esta razón, suele llevar una excéntrica que deja libre al arco en la carrera de corte y levanta todo el arco en la de retroceso (fig . 27 .5C) . Por eso, el sentido de giro del eje de entrada es importante, a fin de que sincronice el levantamiento del arco con la carrera de retorno, y por eso mismo hay que colocar la sierra con los dientes dirigidos en el sentido adecuado, según la carrera de trabajo (fig . 27 .5C) . Todas las máquinas suelen disponer de un sistema de parada a base de un interruptor de fin de carrera. Al llegar la sierra a la posición más baja, cuando ha seccionado la pieza, se desconecta el motor. 3.
bomba
Sistema de avance hidráulico
Estos sistemas de funcionamiento se estudian en cursos superiores . En la figura 27 .6 puede verse una máquina de este tipo .
varilla del recorrido del trinquete
husillo
2
Fig. 27.5 C Movimiento de la sierra y dirección de los dientes: 1, mecanismos; 2, dirección de carrera de trabajo.
tuerca ajustable
Fig. 27.5 8 tornillo sujeción mordaza móvil
i
pieza
27 .2 .4
Fig. 27.6
Sierra de avance hidráulico.
Tornillo o mordaza de fijación de la pieza
Existen varios tipos :
tornillo apriete
27 .2 .4 .1
Fig. 27.7 A
Avance de husillo.
Fijación de la pieza.
Mordaza ordinaria
Básicamente consta de una mandíbula fija (fig . 27 .7A) y otra móvil apretada por un tornillo . 272
Con este sistema la sierra no queda centrada en perfiles de distinta dimensión . Naturalmente, esto se podría evitar, moviendo la mandíbula fija, al variar el perfil . Pero resulta molesto, si hay que cambiar frecuentemente ; sólo suele hacerse en los casos extremos de tener que cortar piezas muy grandes, o cuando hay que cortar gran cantidad de trozos del mismo perfil . Tiene la ventaja de poder colocar la pieza en distintas partes de la sierra y, así, aprovecharla mejor . 27 .2 .4 .2
I
Mordazas orientables (fig . 27 .7C)
En algunas máquinas pequeñas o medianas, las mandíbulas pueden girarse, formando distintos ángulos con la sierra para poder hacer cortes sesgados o en inglete .
5 i
6 i
MaLki-y=E--INREL-~- 11 Fig. 27.7 D Mordaza hidráulica : 1, mordaza fija, 2, mordaza móvil; 3, tornillo de sujeción; 4, eje o vástago; 5, muelle, 6, camisa; 7, tapa; 8, entrada y salida del aire.
mordazas '
Se presta bien para perfiles empleados en construcciones metálicas . Tiene el inconveniente de que, en los cortes perpendiculares, hay que comprobar cada vez que se ha movido y, además, si no se toman precauciones especiales, pueden girarse poco a poco y producir cortes desviados.
tornillo dé apriete
Fig, 27.7 8 Mordazas del cierre al centro.
Fig. 27.7 C Mordazas orientables.
27 .2 .4 .4
Mordaza neumática o hidráulica (fig . 27 .7D)
Hay máquinas en las que la fuerza de apriete se logra neumática o hidráulicamente, en vez de por husillo. 27 .2 .4 .5
Fig. 27,7 E
Tope de longitud.
Tope de longitud (fig . 27 .7E)
Casi todas las máquinas tienen un tope regulable, para cortar piezas de igual longitud . 27 .2 .5
taladrina
Sistema de refrigeración (fig . 27 .8A)
Como quiera que los dientes de la sierra son relativamente pequeños, pueden cegarse con las pequeñas virutas, producidas en el corte, si éstas quedan adheridas a la sierra . Para evitarlo, el líquido refrigerante empleado debe ser poco untuoso; el agua es el refrigerante ideal, mas, por razones de oxidación, hay que añadirle sustancias que eliminan este problema . En lenguaje de taller se suele llamar taladrina verde, por ser éste el color que adquiere la mezcla . 273 18.
Tecnología del Metal / 2
7
K%IiiIIIIII 9 ~sa .s I
Mordaza de cierre al centro (fig . 27 .713)
Otro tipo de mordazas es aquel en que las dos mandíbulas se mueven en sentidos encontrados por el mismo husillo, que lleva roscas a derecha e izquierda para una mandíbula y otra . De esta manera la pieza queda siempre centrada con la sierra ; tiene la ventaja del centrado, pero el inconveniente de gastar la sierra por el centro . 27 .2 .4 .3
2 3
polea de la bomba
Fig. 27.8 A
Sistema de refrigeración .
En las grandes sierras y, para el corte de aceros, se emplean, con ventaja, aceites de corte especiales que, además de refrigerar tanto como la taladrina verde, tienen mayor poder lubricante . La bandeja de recogida de refrigerante debe poseer unas rejillas o tabiques de decantación para evitar que el líquido arrastre virutas. Como esto es casi inevitable, antes de llegar el líquido a la bomba, debe filtrarse el refrigerante o al menos emplear un depósito con dos o tres tabiques, que favorezcan la decantación (fig . 27 .813) . El chorro de refrigerante de sierra y debe ser abundante, para que cumpla su doble finalidad de eliminar el calor pieza y limpiar las virutas .
27 .2.6
viruta fina
Fig. 27.8 B Depósito de refrigeración .
La hoja de sierra
Según La herramienta o sierra empleada es una hoja de distinta longitud . hasta la capacidad de la máquina suele variar desde 12", las más pequeñas, 36", las mayores.
Espesor de la hoja
27 .2 .6 .1
El espesor suele variar de 1,6 mm a 3 mm .
27 .2 .6.2 Material de la hoja de sierra
es preferible emplear las El material suele ser de acero al carbono, pero de acero rápido por su mayor rendimiento .
27 .2.6 .3
Tamaño de los dientes
27 .2 .6 .4
Colocación de la sierra
27 .2 .6 .5
Tensado de la hoja de sierra
cortar y del espesor de El tamaño de los dientes, depende del material a la pieza . peMaterial duro y paredes finas necesitan sierras de dientes pequeños, . dientes por pulgada) 32-22-18-16 pulgada : queño paso (muchos dientes por mayores : dientes necesitan grandes Materiales blandos o espesores pulgada . 14-10-8 y aún menos dientes por
Fig. 27.9
Sierra
para máquinas de serrar alternati vas.
adecuada que, Se colocan en el arco con los dientes en la dirección la figura 27 .9 . la que indica normalmente, suele ser La colocación y tensado de la sierra es muy importante . colocadas en Hay que asegurarse de que las platinas de apoyo están bien comprobarlo con un su asiento. Una vez colocada y tensada la sierra, hay que en las mandíbulas de la de señalar, sujeta una punta gramil . Puede emplearse mordaza .
27 .2 .7
Proceso de aserrado en la máquina de movimiento alternativo
El proceso a seguir es el siguiente :
27.2 .7.1
Elección de la sierra adecuada
27 .2 .7.2
Colocación de la sierra
: materiales duros y Depende del material a serrar y del espesor del mismo diente fino . sierras de espesores pequeños necesitan dirección Debe tenerse en cuenta el sentido de la carrera de corte para la de los dientes. floja se Asegurar una buena alineación y tensado de la sierra : una sierra rompe con facilidad y una tensión excesiva también es peligrosa .
27 .2.7 .3 Elección de la velocidad Fig. 27.10
Diversas formas de sujetar perfiles delgados.
velocidaDepende del material a serrar . Las máquinas suelen tener 2 ó 3 des distintas. 274
En algunas puede regularse el recorrido : si es así, téngase en cuenta que un recorrido grande da siempre mayores velocidades de corte, aún para el mismo número de golpes por minuto . Si tiene esta posibilidad de variar el recorrido, se elige el mayor posible, mientras lo permita la pieza ; de no hacerlo así, se desgastarán innecesariamente de un modo desigual los dientes de la sierra . Este desgaste desigual, que nunca se puede evitar por completo, es uno de los inconvenientes de este tipo de sierras . 27 .2 .7 .4
Fijación de la pieza
La colocación de la pieza es de la máxima importancia : si es de perfil o paredes delgadas debe procurarse que tenga siempre el mayor número de dientes en contacto con la pieza ; en la figura 27 .10 se muestra la manera de colocar las piezas de paredes delgadas más comunes. Desde luego deben quedar fuertemente fijadas, para evitar que las arranque la sierra del soporte, y debe también cuidarse el centrado de la pieza con respecto al centrado del recorrido. No hay que poner la máquina en marcha, sin comprobar que la sierra puede moverse sin obstáculo alguno . Compruébese la longitud de la pieza a serrar . 27 .2 .7 .5
tornillo para la régulación rtdtope Fig. 27. 11 A Detalle una serie de piezas.
del
tope
para
Regular el avance
En las de avance forzado es muy importante no dar un avance excesivo, que podría ser causa de rotura de la sierra . En las que el avance se logra por contrapeso es preferible colocar éste cerca del punto de apoyo (con poca carga) y, luego, ir corrigiendo, si parece oportuno . 27 .2 .7 .6
Movimiento de la máquina
Poner la máquina en marcha, avanzar a mano la sierra contra la pieza hasta iniciar el corte y no colocar el automático hasta que haya penetrado la sierra en la pieza unos dos milímetros . Comprobado que la longitud de la pieza es adecuada, si hay que cortar varias piezas de igual longitud, se coloca el tope (fig . 27 .11 A) . 27 .2 .7 .7
Regulación del tope
Normalmente debe estar graduado el tope de fin de carrera ; con todo, conviene prestar atención en la primera pieza para regularlo en caso que, cortada la pieza, no dispare el sistema de parada . 27 .2 .7 .8
Refrigeración
Al iniciar el corte, debe regularse el chorro del refrigerante, comprobar que la carga del depósito es suficiente y que los conductos de retorno no se obstruyan . El lubricante empleado debe ser de los no grasos, para que la viruta no quede pegada a la sierra . La fundición, el bronce y el latón se suelen serrar en seco . 27 .3
Máquina de serrar de sierra sin fin (figs . 27 .12A y 27 .12B) La diferencia fundamental de esta máquina con la anterior consiste en que la sierra es una cinta sin fin, con movimiento continuo, en lugar de la alternativa con movimiento rectilíneo .
Fig. 27.12 A
Sierra de cinta vertical.
El movimiento se logra por medio de dos poleas (una motriz y otra loca) de gran diámetro, unidas por la sierra-cinta, como si fuese la correa de una transmisión entre poleas . 27 .3 .1
Ventajas e inconvenientes con respecto a la sierra alternativa - La velocidad de corte en esta máquina no queda limitada, ya que no existen masas en movimiento alternativo . - No necesita mecanismo de levantamiento del arco en la carrera de retorno, ya que éste no existe . 275
Fig. 27.12 8 Sierra de cinta continua horizontal.
Fig. 27.13 Guiado de la sierra sin fin o de cinta.
- Otra ventaja es que la sierra se refrigera mejor . Junto a estas tres ventajas principales, existe un inconveniente que limita sus posibilimás dades: cuando está más solicitada la sierra a flexión y a tracción es cuando tiene tanto, la pieza y, por mayor es el espesor de sucede cuando dientes en trabajo activo . Esto carga cuando mayor es la separación de los apoyos ; es decir, que tienen que soportar más . Esta, sierra sería una solución en el momento menos favorable . Aumentar la sección de la sufrir poleas y, además, debe debe ceñirse a las sin embargo, no es posible, porque la sierra (fig . un alabeo, para alinearse con la dirección del corte, por medio de unos rodillos-guía las hojas de espesor, como son una cinta de gran posibles con que no serían 27 .13), cosas apoyo en los sierra de la máquina alternativa . Este pequeño espesor hace, a su vez, que el muy grande . rodillos sea pequeño y, por tanto, la presión muy bien para Por estas razones la máquina de aserrar con sierra de cinta se presta macizas; sobre grandes piezas es bueno para rendimiento no pero su perfiles delgados, todo, cuando son de material duro .
Cadena cinemática de cinta . La figura 27 .14 representa la cadena cinemática de una sierra
27 .3 .2 tope
Los demás elementos son similares a los alternativos .
sierra caja de cambios
mordazas
Fig. 27.15 A
Máquina de sierra circular de disco.
I I I
Fig. 27.14
27 .3.3 Fig. 27.15 B
Sierra de disco.
Cadena cinemática de una sierra de cinta.
Normas prácticas
margen para que Los rodillos-guía deben colocarse lo más cerca posible, dejando un así como el rodillos es fundamental, pase bien la pieza. El alineado de la sierra con estos motor no evitarse que la polea . También debe tensado de la cinta, que no debe exagerarse tensada, se girase con la sierra el corte . Si al indicado para gire en sentido contrario (fig . 27 .13) . en el ramal inferior aumentar la tensión sin duda, por rompería, Máquina de serrar circular (fig . 27 .15A) máquina anterior, se consPara paliar los inconvenientes que presenta la sierra es un disco circular truye la sierra circular, que es aquélla en la que la capacidad de la máquina ; (fig . 27 .1513) . El diámetro del disco depende de la es igual al radio del el diámetro máximo que puede cortarse con esta sierra disco menos el radio de la platina de arrastre .
27.4
Fig, 27.15 C Dientes postizos de una sierra de disco.
y el corte es Esta sierra evita los inconvenientes de las anteriores : el movimiento rápida . Se puede continuo, no intermitente como en la alternativa, y por ello, es más Sólo grandes avances. capacidad de hacer la sierra tan gruesa como se quiera, sin limitar la gran necesitan resulta muy cara y dimensiones, queda la limitación de que, para grandes potencia . se emplean los El disco sierra suele ser de acero rápido . Para grandes producciones discos de dientes postizos de metal duro (fig . 27 .15C) . Esta máquina, con gran frecuencia, suele ser automática . el tipo de La figura 27 .15D muestra la diferente cantidad de material perdido, según la circular . sierra . En este sentido, es más ventajosa la sierra de cinta que
27 .4.1 Fig. 27,15D Cantidad de material arrancado según el tipo de sierra .
Trozadora
de carpin- . Es una variante de la sierra circular, muy empleada en trabajos tería metálica y, en general, para perfiles delgados . 276
La figura 27 .16 muestra dos trozadoras con disco abrasivo : A, manual y- B, de sobremesa : tienen la ventaja de poder trocear incluso aceros templados, pero tienen, en cambio, el inconveniente de resultar caras para el trabajo ordinario, dado el desgaste de los discos . Algunas máquinas de éstas trocean con discos metálicos (fig . 27 .17) por roce ; sólo pueden emplearse para perfiles de paredes delgadas y con el inconveniente de dejar las piezas con mucha rebaba . Todas estas máquinas deben llevar unas protecciones muy bien estudiadas y logradas para recoger el abundante chisporroteo de las virutas incandescentes. Su velocidad es muy grande, de 40 a 80 m/s o más. En las de abrasivos hay que respetar las velocidades marcadas por el fabricante . Han de tener un seguro, para que, aún girando al revés, no se afloje el disco.
Fig. 27.17 Máquina de trocear de disco de acero.
Fig. 27.16 Máquinas trozadoras con disco abrasivo : A, manual; B, sobremesa.
27 .5
Máquina de ciclo automático
Las máquinas de serrar, sea cual fuere su sistema, alternativas, de cinta o circulares, pueden ir dotadas de mecanismos de automatización, de tal manera que, una vez colocada la barra o las barras en la posición inicial, se puede cortar hasta agotar toda la barra en porciones iguales . Estas máquinas son especialmente útiles, para el troceado de gran cantidad de piezas iguales. La figura 27 .18 muestra una de estas máquinas . 27 .6
Características de las máquinas de serrar
Características de las máquinas de serrar son las medidas geométricas que limitan sus posibilidades . Hay varias, según el tipo de la máquina ; pero se pueden señalar entre las comunes : 27 .6 .1
Dimensiones de la herramienta
Es la longitud, desarrollo o diámetro que tiene la hoja de sierra . En las alternativas, ordinariamente, se expresa la hoja en pulgadas ; el desarrollo de la cinta en metros, y el diámetro del disco o sierra circular, en mm . 27 .6 .2
Dimensiones máximas a trozar
Suelen darse las dimensiones máximas de los perfiles, redondos, cuadrados u otros, expresados en mm . Además, se suelen dar las velocidades de corte, expresadas por los golpes por minuto en las alternativas, o por la velocidad de corte en las de cinta o disco . Se suele expresar en m/min . En las circulares suele darse también el número de revoluciones por minuto . Otro dato que suele darse es la potencia del motor, expresada en CV . SEGURIDAD E HIGIENE
- Tener cuidado con las rebabas resultantes del aserrado, que deben ser eliminadas antes de llevarlo al taller . - Las trozadoras de gran velocidad requieren precauciones especiales : las piezas deben estar siempre bien-fijas, antes de ser atacadas por el disco . 27 7
Fig. 27_ 18
Sierra de disco automático.
- Asegurarse del sentido de giro . - Usar gafas con la trozadora, para evitar se claven virutas en los ojos . - No trabajar nunca sin la protección del disco. - No emplear la trozadora portátil más que para perfiles muy delgados ; un movimiento en falso puede causar la rotura del disco.
MEDIOS DIDACTICOS - Visitar almacenes de materiales, que dispongan de varias de estas sierras; puede ser
útil, para comprender los conceptos indicados en el tema .
EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION
- A la vista de dibujos de Taller, sugerir el procedimiento para cortar el material .
CUESTIONARIO - ¿Cuál es la finalidad de las máquinas de serrar?
- ¿Qué ventajas tienen sobre el serrado a mano? - Indicar los tipos de máquinas de serrar conocidos. - Decir cómo es el ciclo o proceso de serrado en una sierra cualquiera . - ¿Cuál de los tres tipos de sierra es más útil para un pequeño taller? Justificar la respuesta . - ¿Es lógico que en un mismo taller haya varias máquinas de serrar y de distintos sistemas? ¿Por qué? - ¿Es mejor el sistema de troceado por desprendimiento de virutas o no? ¿Por qué? - Un perfil de paredes finas, tubos por ejemplo : ¿qué procedimiento de corte requiere?, ¿qué máquina es la más idónea?, ¿qué tipo de sierra debe emplearse? - Para un gran perfil, por ejemplo uno redondo de 300 mm de diámetro de acero, ¿qué máquina es la más recomendable? - ¿Cómo se clasifican las hojas de sierra? - ¿Qué precauciones hay que tomar al aserrar perfiles delgados?
9.
Taladradora
Terna 28.
Taladradora . Herramientas y trabajo en la taladradora
OBJETIVOS - Ampliar los conocimientos adquiridos en el primer curso sobre taladradoras y trabajo en las mismas . - Conocer algunas máquinas de taladrar especiales y sus caracterl"sticas principales. GUION - Máquina -
de taladrar : partes principales . Máquinas especiales de taladrar . Características de las máquinas de taladrar . Herramientas de taladrar . Trabajo en la taladradora .
PUNTOSCLAVE - Criterios claros
sobre los elementos de corte en las máquinas de taladrar . - Saber elegir la máquina adecuada en los procesos de taladrado .
CONOCIMIENTOS PREVIOS - Este tema se incluye de nuevo
aquí porque así lo pide el cuestionario ; ya ha sido estudiado, con bastante detalle, en el capítulo 8, temas 32-33 y 34 de ler . curso . A ellos convendrá acudir para ciertos detalles, ya que, en el presente tema, sólo se recopilan los puntos principales y se añaden nada más que algunas particularidades de cierto interés .
EXPOSICION DEL TEMA 28 .1
Máquina de taladrar (Tema 33 de 1 er. curso) Taladradora es la máquina herramienta más empleada para hacer agujeros de pequeña o mediana dimensión y de no mucha precisión . Las partes principales de una máquina de taladrar son : bancada, mesa y cabezal (fig . 28.1) . 28 .1 .1
Bancada
La bancada es la parte que sirve de soporte a los otros elementos . Según su forma, las taladradoras se llaman de columna (fig . 28 .2), de sobremesa (fig . 28.3) y de bastidor (fig. 28 .4) . 279
Fig. 28.1
Taladradora de sobremesa.
28 .1 .2
Mesa
Ea mesa sirve para apoyar la pieza o los elementos de sujeción de las piezas . Su forma es distinta, según la capacidad de la taladradora . La taladradora de columna o de sobremesa suele tener una mesa fija, que, a la vez, sirve de base a toda la taladradora, y por ella se fija al suelo o al banco (figs. 28 .2 y 28 .3) . La de columna suele llevar además otra mesa, generalmente de forma circular, que puede fijarse a lo largo de la columna a distintas alturas (fig . 28 .5) . ser :
Fig. 28.2
La taladradora de bastidor tiene la mesa de forma rectangular, y puede -
fija; de desplazamiento vertical, de desplazamiento vertical y transversal; de desplazamiento vertical, transversal y longitudinal.
Taladradora de columna. correas
I
28 .1 .2 .1
Mesa fija
28 .1 .2 .2
Mesa de desplazamiento vertical
Fig. 28.3 Taladradora de sobremesa . A, vista exterior, B, sec ción.
Se emplea en las grandes máquinas, para piezas voluminosas y pesadas . La mesa principal es la propia base de sustentación, perfectamente cepillada y con ranuras en T para la posible fijación de las piezas o la fijación de otras mesas auxiliares (fig . 28 .6) .
Fig. 28.4
Taladradora de bastidor.
Suele moverse por medio de un sistema de engranajes cónicos, y tornillos telescópicos, que ayudan, además, a darle mayor rigidez y mejor sustentación (fig . 28 .7) . Es semejante a la consola de la fresadora.
Fig. 28 .7
Taladradora con mesa de desplazamiento vertical.
Taladradora Fig. 28 .6 de mesa fija. mesa circular giratoria
28 .1 .2 .3 palancas ~de bloqueo
Fig. 28.5
Mesa giratoria.
Mesa de desplazamiento vertical y transversal
Es igual a las anteriores, en cuanto al desplazamiento vertical . La consola lleva unas guías perpendiculares a la guía vertical, sobre la que se desliza la mesa propiamente dicha, acercándose o alejándose del bastidor, por la acción de un husillo roscado (fig . 28 .8) . 280
28 .1 .2 .4
Mesa de tres movimientos
Es una mesa en la que, además de los movimientos vertical y transversal, puede producirse un desplazamiento perpendicular al movimiento transversal . En algunas, sólo a mano ; en otras, automáticamente (fig . 28 .9A) .
La máquina de precisión, provista de mesas con estos tres movimientos, está dotada de lectores ópticos (fig . 28 .913) con los cuales se pueden apreciar desplazamientos de milésimas de milímetro, y se llama semípunteadora (fig . 28.9C) . Punteadora es una máquina de gran precisión, con la cual se pueden obtener desplazamientos de la pieza y de la herramienta con la máxima precisión; se emplea para prototipos y para fabricar utillajes; en un principio, sólo se utilizaba para trazado o determinación de puntos característicos, hoy en día se trabaja con ella -hasta en plan de producción (f ig. 28 .19) . 28 .1 .3
Cabeza/
Es la parte donde se alojan los mecanismos, para dar movimiento de corte y de avance a la herramienta . Varían desde los más sencillos, de conos de poleas y avance sensitivo, (fig . 28 .10), hasta los de cajas de cambio de velocidades muy complejas, y mecanismos de avance con varias posibilidades (fig . 28 .11) .
Fig. 28.8 mientos.
Taladradora de dos movi-
~ial!Ilillil
movimiento vertical
movimiento longitudinal
- movimiento transversal
motor
Fig. 28.9 C Semipunteadora: A, máquina; B, esquema del desplazamiento milesimal; C desplazamiento de la máquina.
A
A
correa
B
corona
Fig.28.10 Taladradora de sobremesa de avance sensitivo : A, cabezal conopoleas; B, cabezal monopolea.
Fig. 28.9 A Taladradora de bastidor de tres movimientos: A, máquina; B, detalle de los carros.
primario del motor
B
Fig. 28. 1 1 Taladradora con cabezal de caja de velocidades : A, modelo simple; B, modelo completo.
Fig. 28.9 8 Instrumentos de precisión acoplados a las taladradoras para los desplazamientos: A, acoplamiento a la máquina; B, detalle del lector micrométrico óptico .
28 .2
Fig. 28.12 Taladradoras múltiples.
Máquinas especiales
Son un tipo de máquinas que, por tener alguna particularidad, se llaman especiales, aunque todas tienen algo en común : el husillo principal con un sistema de rotación y los mecanismos de avance y fijación de la broca . Tales son : banco de taladradoras múltiples; taladradora de husillos múltiples; taladradora radial; taladradora con husillo revólver; máquina horizontal de taladrar (mandrinadora) ; máquina de precisión o punteadora; máquina programada; máquina portátil. Banco de taladradoras múltiples (fig . 28 .12) Cuando en una misma pieza hay que hacer operaciones múltiples: agujeros de varios diámetros, taladrado, avellanado, roscado, etc., puede emplearse el llamado banco de taladrar compuesto de varias máquinas múltiples. En cada máquina se emplea, en secuencia lógica, la herramienta apropiada a cada o¡aeración ; así va pasando la pieza de un husillo a otro, con facilidad y 28 .2 .1
rapidez.
Se emplea este tipo de máquina para piezas en serie; cada husillo es independiente y puede ajustarse, en velocidad y avance, a las necesidades de cada caso . 28 .2 .2
Taladradora de husillos múltiples (fig . 28 .13)
El cabezal va provisto de varios husillos-portabrocas, movidos por uno principal . La unión de estos husillos con el principal suele hacerse por medio de unos ejes articulados y extensibles, llamados ejes Cardán, para poder ajustar independientemente la posición de cada husillo a la pieza que debe taladrarse . motor del eje principal
-'I I I I Ilt ~Í~j I! I
husillos
Fig. 28 .13 múltiples.
28 .2 .2 .1
Taladradora de
husillos
Normas prácticas
A veces, en algunos montajes, resulta que un eje debe girar en sentido contrario; en tal caso se emplean brocas de hélices izquierda, que ya existen en el mercado para ésta y otras máquinas. Esta máquina se emplea, sobre todo, para grandes series de piezas iguales con varios taladros . Todas las brocas tienen el mismo avance y la gama de variaciones del número de vueltas de cada husillo no suele ser muy amplia . Debido a esta limitación, no todas las brocas trabajan en las mejores condiciones de velocidad y avance . 28 .2 .3 Fig. 28.14 Taladradora radial: A, máquina real,- B, esquema de los movimientos
Taladradora radial (fig . 28 .14)
En esta máquina el husillo portabrocas va montado sobre un carro o cabezal, que puede deslizarse a lo largo de las guías de un potente brazo horizontal, capaz, a su vez, de girar alrededor de una fuerte columna . Por su forma y movimientos peculiares, algunos llaman bandera a este brazo. 282
28 .2 .3 .1
Taladradora radial orientable En alguna de estas máquinas el cabezal, y, por tanto, el husillo portabrocas, puede girar alrededor de un eje horizontal . Para que éste posea mayor posibilidad de orientación, algunos constructores dotan a sus máquinas de la posibilidad de girar el brazo (fig. 28.15A) . Con tales máquinas se alcanza a hacer agujeros en cualquier dirección, sin mover la pieza. 28.2 .3.2 . Taladradora radial especial (fig. 28 .1513) Hay otros constructores que, para dar mayor robustez al brazo y al husillo, los hacen rígidos, sin más movimientos que los peculiares de estas máquinas : giro del brazo sobre la columna, deslizamiento del cabezal sobre el brazo, y, por supuesto, movimiento del husillo en el cabezal . Algunos dotan a estas máquinas, para no perder posibilidades, de mesas portapiezas giratorias, al estilo de las descritas en las máquinas de columna, o de mesas orientables, apoyadas en la base de la máquina .
Fig. 28.15 A Esquema de los movimientos de una taladradora orientable_
28.2.3 .3 Aplicaciones Por todas estas particularidades, las taladradoras radiales se emplean preferentemente en posiciones dispares, para grandes y para pequeños diámetros, ya que su cabezal suele ir dotado de una amplia gama de velocidades y de avances. El motor que mueve el husillo suele ir acoplado directamente al cabezal . 28 .2 .3 .4 Cadena cinemática En la figura 28 .16 puede verse la cadena cinemática del cabezal de una moderna taladradora radial .
B Fig. 28.15 B Taladradora radial especial: A, máquina; B, esquema de los movimientos.
Fig. 28.16 Cadenas cinemáticas de dos taladradoras radiales: A, mixta de variador de velocidades y caja; B, de caja de velocidades.
28.2.3 .5 Movimientos En la mayoría de las taladradoras radiales, lo mismo el movimiento vertical del brazo que el deslizamiento del cabezal, pueden controlarse automáticamente con rápidos movimientos de aproximación o movimientos normales para el trabajo . 28.2.4
Taladradora con husillo revólver (fig. 28.17) Esta moderna máquina dispone, normalmente, de 5 husillos que se van colocando en posición de trabajo, cada vez que sube el cabezal hasta un tope superior ; cada husillo puede ajustarse previamente al grado de velocidad y avance requerido por la herramienta que debe mover. Es la máquina ideal para realizar varias operaciones en un mismo agujero, ya que no tiene que moverse la pieza, desde la primera a la última operación . Es un sistema que sustituye, con ventaja, a los bancos de taladrar de máquinas múltiples. 283
Fig. 28.17 pos tipos diferentes de taladradora de husillos revólver.
Máquina horizontal de taladrar. Mandrinadora (fig . 28 .18A) torEs una máquina que sirve, no sólo para taladrar, sino para fresar y near piezas complicadas.
28 .2 .5
28 .2 .5 .1
Partes principales
El eje principal o husillo va colocado horizontalmente en un cabezal que, a su vez, puede deslizarse verticalmente sobre las guías de una robusta columna, que le sirve de apoyo. Lleva otra segunda columna con un soporte, coaxial con el husillo, que sirve para apoyar las barras de mandrinar . - - 28 .2 .5 .2
Montaje de las piezas (fig . 28 .18B)
Las piezas se colocan en una mesa dotada de movimientos longitudinal y transversal, y, a la vez, giratoria, sobre un eje vertical, hasta 360° . Así puede trabajarse en cualquier punto de las caras laterales de una pieza, y situar el husillo en posición precisa.
giro de la mesa
Fig. 22.18 8 Diversas posibilidades de trabajo en la madrinadora, girando la mesa y colocándola en posición normal de trabajo: 1, cajeado interior,- 2, taladrado; 3, escariado; 4, refrentado exterior; 5, roscado interior; 6, roscado exterior; 7, fresado; 8, mandrinado .
motor eje principal
mesa
A columna secundaria
cadena cinemática . Fig. 28.18 A Mandrinadora: A, máquina en su forma normal de trabajo; B,
28 .2 .5 .3
Movimientos
28 .2 .5 .4
Accesorios principales
unas Para todos los movimientos, tanto del carro como de la mesa, hay posireglas y lectores ópticos, con los cuales se sabe, en cada momento, la ción del husillo y, por tanto, de la herramienta respecto de la pieza . un Algunas máquinas llevan un accesorio en el cual puede colocarse (fig . husillo de trabajo en posición vertical, y con cualquier inclinación pieza, 28 .18C) ; con él se puede trabajar en cualquier parte y situación de la salvo, claro está, en la base de apoyo . contrapunto
Fig. 28.18 C Accesorio de mandrinadora.
Máquina de precisión o punteadora (fig . 28 .19) Es ésta una máquina dotada de muchas posibilidades de movimiento por ajuste óptico, gracias a lo cual se puede llegar a trabajar con la máxima 28 .2 .6
Fig. 28 .19
Mandrinadora universal vertical o programada .
284
precisión, sin necesidad de trazado. Se emplea principalmente para mecanizar utillajes y prototipos y para aquellos otros casos en los cuales no podría obtenerse, con otras máquinas, la precisión debida . 28 .2 .7
Máquina programada (fig . 28 .20) Dentro de las máquinas de precisión, están las llamadas centros de mecanizado, o máquina programada . Es una máquina de tipo punteadora, que puede trabajar con gran precisión, en la que se cambian las herramientas automáticamente para ciclos predeterminados o preparados .
c
Fig. 28.21 Taladradora eléctrica de mano : A, máquina vista por el exterior, B, detalle de los interiores; C, especial para espacios reducidos. Fig. 28.20 Máquina programada con su armario.
28 .2 .8
Máquina portátil de taladrar
Muchas veces se presenta, en el taller mecánico y en las líneas de montaje, el caso de tener que hacer agujeros en lugares inaccesibles a las máquinas antes descritas . Para estos casos, se emplean pequeñas máquinas portátiles que pueden hacer agujeros de pequeñas dimensiones en cualquier parte . En la figura 28 .21 se puede apreciar uno de los tipos más corrientes, con motor eléctrico (transparencia 12 .3) . Estas máquinas deben estar siempre unidas a masa o a tierra, para proteger al operario de posibles accidentes .
Fig. 28.22
Taladradora neumática.
28 .2 .8 .1
Taladradora neumática manual Hoy día se emplean también las máquinas neumáticas, que tienen la gran ventaja de poder girar a mayores velocidades, muy necesarias para trabajar con brocas de pequeño diámetro . Además, resultan muy reducidas de peso y tamaño y, por ende, muy manejables . Pero tienen el inconveniente de que sólo se pueden utilizar, cuando se dispone de una red de aire a presión, o de un compresor apropiado ; la figura 28 .22 muestra una de estas máquinas (transparencia 12 .4) . 28 .2 .8 .2
Taladradora mecánica manual Cuando no se dispone ni de corriente eléctrica ni de aire, se pueden realizar agujeros con máquinas portátiles manuales, como las de las figuras 28 .23 y 28 .24A . Para lugares angostos existe la clásica chicharra (fig . 28 .24B) . Cada día se usa menos esta máquina, por estar prácticamente resueltos los problemas con las portátiles, eléctricas o neumáticas, antes descritas .
285
Fig. 28.23 nual.
Taladradora sencilla
ma-
Características de las máquinas de taladrar Como en las otras máquinas, se llaman características de las taladradoras ciertas dimensiones geométricas, que limitan su capacidad de aplicación . Dada la variedad de taladradoras, se señalan solamente las medidas que suelen ser comunes a todas ellas. A manera de ejemplo, se dan las de una máquina 28 .3
semipunteadora de precisión . Algunas de las características se corresponden con la figura 28 .25 .
Dimensiones útiles de la mesa porta-piezas Cabe señalar aquí que, según los tipos de taladradora, hay que dar las dimensiones de cada una de las varias mesas, que se expresan en mm . 28 .3 .1
Fig. 28.24 A
Taladradora manual de dos velocidades .
28 .3 .2
Recorrido máximo de la mesa
28 .3 .3
Tipo y dimensión del cono del eje príncípal
28 .3 .4
Recorrido máximo del eje principal
Según el tipo de taladradora, se da el recorrido vertical, el transversal y el longitudinal, expresado siempre en mm .
Por eje principal se entiende el porta-útil . Normalmente el tipo de cono empleado es el cono Morse que se expresa por el número correspondiente .
Puede hacerse distinción entre recorrido a mano y recorrido con avance automático . Se expresa en mm . Distancia mínima entre la mesa y el extremo del eje principal Normalmente, queda disminuida, desde el punto de vista práctico, por la medida de la pieza a trabajar y por la longitud del útil . Si son varias las mesas, hay que dar la distancia de cada una de ellas,
28 .3 .5
expresada en mm .
Distancia máxima entre la mesa y el extremo del eje principal Hay que repetir las mismas observaciones hechas en la anterior característica . Se expresa igualmente en mm . 28 .3 .6
Fig. 28 .24 B
Taladradora
de chicharra.
Distancia entre el eje principal y la columna o montante Esta característica señala la dimensión máxima que puede haber desde el centro de los agujeros a mecanizar hasta el extremo de la pieza . En las taladradoras radiales y en las de husillos múltiples, hay que distinguir entre medida máxima y mínima . Se expresa en mm . Hay otros datos que, sin ser dimensiones geométricas, es interesante tener en cuenta, puesto que dan idea de la capacidad de la máquina . Estos pueden ser : 28 .3 .7
28 .3 .8
Número de vueltas del eje principal
28 .3 .9
Número de avances automáticos (si los hay)
Es la cantidad del posible número de revoluciones del eje. A la par se indica el valor numérico de los términos primero y último de la gama .
Se expresa el número de avances y el valor de cada uno de ellos en mm/vuelta . 28 .3 .10
Potencia y características del motor principal
Motor principal es el que da movimiento al eje principal . Se expresa la potencia en CV y el número de revoluciones por minuto. Si hay otros motores, también suele reseñarse la potencia total necesaria . 286
Ejemplo : Característícas de una taladradora de precísíón o semípunteadora (fig . 28.26) Superficie útil de la mesa 400 x 760 Recorrido longitudinal de la mesa 650 mm . Recorrido transversal de la mesa 400 mm . Distancia de la mesa al extremo del eje principal : mínima 76 mm . máxima 625 mm . Recorrido con avance automático máximo del árbol principal 180 mm . Recorrido vertical del cabezal 400 mm . Recorrido total del eje principal, incluido el del cabezal 580 mm . Distancia entre el eje principal y la bancada : mínima 350 mm . máxima 450 mm . Diámetro máximo a taladrar con broca en material de acero 25 mm . Diámetro máximo a mandrinar 160 mm . Cono interior del eje principal Cono Morse n .o 3 Número de velocidades del eje principal, en progresión geométrica de razón 1,41 12 Revoluciones mínimas y máximas del eje principal 37- 1700 Gama de avances del eje principal 0,03 - 0,06 - 0,12 - 0,24 Velocidad rápida de retorno de la mesa 800 mm/min . Precisión de lectura con lectores ópticos 0,001 mm . Dimensiones de la base de la máquina : ancho 900 mm . profundidad 1 .430 mm . Número de revoluciones del motor del eje principal 710/1420 Potencia del motor del eje principal 1,4/2,3 CV Potencia total absorbida por la máquina 2,3 Kw .
Fig. 28.25 Dimensiones de una taladradora semipunteadora.
Fig. 28.26
Características generales de una semipunteadora .
28 .4
Herramientas para taladradora (Tema 32 de 1er . curso) Ante todo, hay que distinguir entre herramientas para taladrar propiamente dichas y herramientas para repasar agujeros o para trabajos especiales .
28 .4.1
Broca
Es la herramienta más empleada y la más importante de las varias existentes . Normalmente es de ranuras helicoidales .
28.4.2
Broca helicoidal
Conviene recordar la clasificación de 1 er . curso : según el mango, según el número de ranuras . . . Ahora, se destacan la importancia del estado de la broca y su afilado, así como algunos tipos de broca y datos para su utilización . 287
28 .4 .2 .1
Afilado de la broca
La mayoría de las veces, el mal rendimiento de la broca es debido al incorrecto destalonado de la superficie de incidencia y, por tanto, al equivocado ángulo de incidencia . Para lograr un perfecto afilado, se emplean máquinas o aparatos especiales, que se pueden graduar para obtener los ángulos correctos : es una operación que necesita experiencia para ser practicada debidamente, sobre todo en el ajuste del aparato . 1 . Método Weissker . En la figura 28 .27, aparece el esquema del método Weissker . Con este método, los ángulos de incidencia se hacen cada vez mayores, al irse acercando al centro de la broca, como procede . superficie de incidencia
Fig. 28.28 Afiladora universal .
Fig. 28.27 Afilado de brocas por el método de Weissker.
Fig. 28,29 A Afilado a mano de una broca.
2 . Máquina para el afilado de brocas . La figura 28 .28 muestra una máquina de afilar brocas desde 8 mm de 0 a 75 mm de 0 . Con utillaje especial puede afilar brocas desde 3 mm de 0 . 3. Afilado a mano . Si el afilado se hace a mano, se transmiten a la broca dos movimientos combinados, como se muestra en el figura 28 .29A, cuyo resultado se comprueba con las galgas, observando la punta de la broca (fig . 28 .2913) . 28 .4 .2 .1 .1
Afilados especiales de las brocas helicoidales
El afilado de la broca es distinto, según el material de la pieza .
1 . Materiales duros. Para materiales duros, el ángulo de la punta debe ser mayor, hasta llegar a 140° . También el destalonado se puede hacer con un ángulo menor que el normal . Si aún resulta débil, el filo puede rebajarse haciendo el ángulo de desprendimiento más pequeño y el del útil más grande y resistente (fig . 28 .30) . 2. Fundiciones. Para fundición dura, puede, además, rebajarse la arista de la periferia (fig . 28 .31), y hacer como una doble punta o cono . De este modo puede trabajarse con mayor velocidad de corte y aumentar así la producción . También tiene gran eficacia esta operación para lograr agujeros más lisos y pulidos, ya que la broca no tiende a engancharse . Fig. 28.29 8 Verificación de los ángulos de la broca: A, ángulo del labio y su longitud; B, ángulos de la punta, inci dencia y transversal.
3 . Materiales blandos. Para materiales blandos, se afila la broca con un ángulo punta más pequeño que el normal . Si la broca tiende a engancharse, se reduce como se ha hecho para los materiales duros, el ángulo de desprendimiento . 288
4. Materiales resistentes, brocas de gran diámetro y pequeña longitud. Para materiales muy resistentes a la penetración o cuando la sección del núcleo de la broca es muy grande -brocas de gran diámetro o brocas muy cortas-, se puede reducir dicha sección, adelgazando la arista o filo transversal con una muela circular . Puede lograrse esto, quitando material por la parte del talón o bien por la del filo principal (fig . 28 .32), o sólo por la punta, como en la figura 28 .33. 28 .4 .2 .2
Características de las brocas helicoidales según el material a trabajar
Para lograr un buen rendimiento, hay que tener en cuenta el ángulo de desprendimiento de la broca, que también puede modificarse por afilado ; pero, lo rentable es emplear brocas con distinto tipo de espiral, es decir, espiral de paso normal, de paso largo o de paso reducido . La tabla 28 .34 puede ayudar a seleccionar la broca más adecuada . Tabla 28 .34
Diferentes tipos de brocas, según el material a trabajar
Material a taladrar
Broca helicoidal Angulo del vértice en grados
Acero Fundición gris Aleaciones de aluminio templadas, p . e . Al-Cu-Mg (duraluminio)
Aluminio
118 118 118 140
Aleaciones de aluminio blandas, p . e . Al-Mn y Al-Mg Siluminio
140
Electrón y otras aleaciones del manganeso tejido estratificado
100
Cobre
Latón Ms 58 ; Ms 60 ; Ms 80 ; Ms 90 Materias plásticas estratificadas, p . e. papel estratificado pertinax
Materias plásticas moldeadas, no estratificadas, p . e. trolita, galatita Ebonita
28 .4 .3 1 .et
140
118 a 125 130
Paso
Paso normal Fig. 28.31 Afilado para taladrar fundición dura.
~ Angulo -de paso 25 ° a 30 Paso reducido
~w Angulo del paso 35° a 40
Paso alargado
Fig. 28,32 Afilado por el talón y filo principal.
80 a 90 50 a 60 30
Angulo dei paso 10° a 16'
Brocas especiales
Además de los tipos de brocas especiales mencionados en el tema 32 de curso, se dan aquí algunos otros.
28 .4 .3 .1
Broca de punta de lanza
Llámase también broca plana (fig . 28 .35) . Se hace de acero al carbono o acero rápido . tiene poco rendimiento y produce agujeros poco pulidos . Ventajas : se puede preparar en el propio taller y obtener con ella agujeros de medidas algo distintas, forjándola o rebajándola en la muela . Aplicaciones : taladros largos y de medidas poco corrientes . Hay varios tipos de broca de punta de lanza ; para desbastar (fig . 28 .36), para pulir (fig . 28 .37), de dos piezas (fig . 28 .38), etc . 28 .4 .3 .2
Fig. 28.33 Afilado en la punta para facilitar la penetración .
Otras herramientas para avellanar y cajear
Además de las reseñadas en el tema 32 de 1 .er curso, dan muy buen resultado otras herramientas (figs . 28 .39A, B, C, D) . 289 19 .
Fig. 28.30 Afilado para taladrar material duro.
Tecnologia del Metal 1 2
Fig. 28.35
Broca punta de lanza.
B
A
Fig. 28.36 Broca punta de lanza para desbastar.
4 C
D
Fig. 28.39 Herramientas para avellanar, cajear, cilindrar y escariar. A, de avellanar : 1, de dos ranuras; 2, de presión controlada ; 3, aplicación; 4, de filo circular. B, para caja de tornillo Allen : 1, de una sola pieza; 2, de cabeza postiza. C, con herramienta sobre mandril. D, broca de tres o cuatro ranuras para taladrar y escariar . Fig. 28 .37 Broca punta de lanza para pulir.
A
~
Brocas para agujeros profundos o de pequeño diámetro .40) Pueden emplearse las helicoidales de las llamadas series largas (fig . 28 o las denominadas brocas de cañón (fig . 28 .41) . 28 .4 .3 .3
B
Fig. 28.38 Brocas de punta de lanza: A, de dos piezas; B, con entalladuras rompeviru tas.
Fig. 28.41
28 .4 .3 .4
I
Broca de cañón para agujeros largos.
Brocas con puntas especiales
de broca, para usos La figura 28 .42 muestra diferentes tipos de punta diferentes . Brocas con punta de metal duro con gran ventaja Para materiales que producen gran abrasión, se emplean las brocas con placas de metal duro (fig . 28 .42A) . 28 .4 .3 .5
28 .4 .4
Fig. 28.40 Brocas de serie larga para agujeros profundos y materiales blandos.
Material de las brocas
El material más empleado para la construcción de brocas es el -acero rápido de baja aleación . a Para trabajos de poco rendimiento o con taladradoras lentas, se emplea, pero tienen un veces, acero al carbono aleado para brocas . Son más baratas, rendimiento muy bajo . Para máquinas rápidas y de gran producción, se emcon plean con ventaja aceros rápidos de gran aleación, e, incluso, brocas punta de metal duro (fig . 28 .42A) . 290
28 .5
Trabajo en la taladradora
También quedó bastante detallada esta cuestión en el tema 34 de 1 , er curso . Se añaden a continuación algunos detalles, que ayudan a hacer este trabajo más racional y obtener mayor producción . 28 .5 .1
Elección de la máquina
Para elegir una máquina hay que tener siempre en cuenta : - su capacidad,- su calidad,- y su posibilidad para trabajos en serie y poder emplear varios husillos . Con el conocimiento de las máquinas especiales, anteriormente descritas, se tienen más posibilidades de hacer una buena elección : ayuda mucho a elegir la máquina el saber; de antemano, las velocidades necesarias . 28 .5 .2
Colocación de la broca
Ante todo, el sistema empleado ha de ser eficaz : es decir, debe guiar y hacer girar a la broca con seguridad y sin resbalamientos . 28 .5 .2 .1
Fig. 28.42 Terminaciones de la punta de la broca para trabajos especiales.
Portabrocas de cambio rápido
Según el proceso elegido para la realización del trabajo y según que trate de una sola pieza o de muchas, importa que el sistema sea rápido, para reducir al mínimo los tiempos muertos . Para ello se emplean los portapinzas de cambio rápido, que sólo necesitan un ligero movimiento, para colocar o quitar la herramienta (transparencia 12 .2) . Con la mayoría de los porta-útiles de la figura 28 .43 puede hacerse el cambio, sin parar la máquina. Todos estos accesorios son muy seguros y no presentan peligro en sí mismos ; pero, como se manejan con la máquina en marcha, y ; a veces, a gran velocidad, pueden entrañar cierta peligrosidad, si no se trabaja con atención .
Fig. 28.42 A Broca helicoidal con punta de metal duro .
Fig. 28.44 A drar,
Util normalizado de tala-
Fig. 28.43 Mandril de cambio rápido . A, conjunto : 1, cuerpo; 2, pieza exterior; 3, tornillo chaveta; 4, esfera; 5, pieza porta-útil; 6, herramienta. B, forma de montaje y desmontaje.
28 .5 .3
Fijación de la pieza
Nunca debe sujetarse la pieza con la mano, máxime si la pieza entraña peligrosidad, como sucede con chapas delgadas, piezas puntiagudas, etc. 28 .5 .3 .1
excéntrica de apriete
pieza útil
Utiles especiales
Para grandes series o en piezas de precisión, se emplean los útiles de taladrar (fig . 28 .44A) . El empleo de éstos no proporciona, por sí mismo, más rapidez ni mayor perfección : lo que hace falta es emplearlos racionalmente y en las condiciones para las que fueron previstos . 291
casquillo quia
Fig. 28.44 8 quillo guió.
Util de taladrar con cas-
Débese tener en cuenta : Las mesas han de estar en perfecto estado de limpieza y sin estorbos . Un buen 1 .° apoyo del utillaje es imprescindible . Limpiar 2.° para cada mesa, pieza o postura los asientos o superficies de apoyo 0 referencia de la pieza y útil . Los 3.° casquillos guía (fig . 28 .4413) deben mantenerse en buen estado, para prolongar la vida : - trabajar a ser posible con aceites de corte apropiados; - emplear brocas con las medidas necesarias,- el eje principal debe estar perfectamente centrado y exento de juego radial . de piezas irregu-
Fig. 28.44 C Fijación lares en mordaza especial.
Fig28.44 E Taladro de fondo plano con broca de punta de lanza.
Fig. 28.44 D esferas.
B
Fig. 28.44 F Broca de cortes múltiples para taladros de corona : A, broca; B, forma de trabajo.
Util para taladrar
Fig. 28.44 H Util para recortado de chapa para grandes diámetros.
Fig. 28.441
28 .5 .4
Fig. 28 .44 G Disco sierra para taladro de chapa.
Fig. .28.44 J
30
11,4 L
d
5
20ir
20 25 10 15 Diámetro broca en mm,
Elección de la velocidad de corte y avance
Como en todo trabajo con máquinas-herramienta, es esencial en el taladrado emplear la velocidad adecuada . No tener en cuenta este detalle es causa de rotura de brocas y de bajo rendimiento . No se debe seleccionar el número de vueltas a ojo ; hay que emplear el ábaco (fig . 28 .45), después de haber consultado la tabla de velocidades (fig . 28 .46) o emplear la que determine la hoja de instrucciones del proceso . Ni siquiera la gran experiencia personal puede justificar hacer la elección de la velocidad y la selección del número de vueltas, a ojo. Lo mismo se puede decir del avance ; aún para trabajar en máquinas que no tienen avance automático se debe consultar la tabla 28 .47 de avances; así, se tiene una idea del tiempo a emplear para un taladro determinado y se va adquiriendo experiencia . Hasta en las máquinas que tienen automático, conviene hacer uso del ábaco.
Dispositivo de roscar.
1180 r m 7501 m. 475ram.
Util para realizar agujeros poligonales.
300rpm. 190rpm. 118 rpm 75 rpm. 47,5rpm. 30
Fig. 28.45 Abaco para calcular el número de r.p .m . a colocar en la máquina.
28 .5 .4 .1
Refrigeración y lubricación en el taladrado
Lo dicho respecto a velocidad de corte y avance supone una refrigeración y lubricación adecuadas. La refrigeración para el corte tiene la doble finalidad de eliminar el calor producido por el trabajo de,corte, y lubricar las guías de la broca, para reducir rozamientos con la producción de calor y desgaste . La refrigeración es particularmente necesaria en los taladros profundos, por la dificultad de hacer llegar el líquido al lugar donde más se necesita : los filos y la punta de la broca. Lo ideal es emplear brocas conductoras especiales para este fin (fig . 28 .48) . Si no 292
Tabla 28 .46A Número de revoluciones a que ha de girar la broca según el diámetro y material a trabajar MATERIAL TALADRADO CON BROCAS DE ACERO AL CARBONO Diámelrc de la broca 1 1 .25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Tabla 28 .46111 Velocidad de corte taladrar diversos materiales con recomendada para brocas helicoidales MATERIAL
Bronce, latón y aluminio
Acero dulce Fundición Acero semiduro Fundición maleable Acero moldeado Acero duro Fundición dura
NOTA, Dentro delmismo tipo de material puede variarla dureza. Se elegirán las velocidades mínimas para la máxima dureza.
Fundición . . . . , . Fundición dura . . Fundición maleable. . Acero dulce . . . . Acero semiduro . . Acero duro . . Bronce, latón y aluminio ordinarios . ( Acero moldeado . . . . . , ,
Velocidades de corte (mlmin) 6 1880 1 580 1 270 1 040 800 790 770 640 560 480 430 380 350 320 300 270 260 240 230 210 200 190 170 160 150 140 130 120 110 110 100 100 i
MATERIAL TALADRADO CON BROCAS DE ACERO RAPIDO
8 2 550 2070 1 590 1 430 1270 1130 980 850 750 840 580 510 470 420 390 360 350 330 320 280 260 230 210 200 180 170 160 150 140 130 130 120
10 3190 2660 2120 1 860 1590 1430 1270 1060 930 800 720 640 590 530 500 460 440 400 380 350 340 320 290 270 250 230 210 200 190 180 170 160
1
12 3830 3190 2 550 2280 1910 1 720 1 530 1 270 1120 960 860 760 700 640 600 550 510 480 460 430 410 380 350 320 290 270 260 240 220 210 200 190
I
15 4 780 3 980 3180 2790 2390 2160 1910 1 590 1390 1190 1 080 960 880 800 740 680 640 600 570 530 510 480 430 400 370 340 320 300 280 270 250 240
20 6370 5170 3 970 3 580 3190 2820 2450 2120 1850 1 570 1 420 1 280 1170 1 060 990 910 850 800 760 710 680 640 580 490 460 420 400 370 360 340 320 300
25 7960 6630 5300 4 640 3980 3580 3180 2650 2320 1990 1 790 1 590 1 460 1330 1240 1140 1060 1000 940 880 840 800 720 660 610 570 530 500 410 440 420 400
40 12 740 10620 8500' 7440 . 1337 5740 5100 4250 3720 3190 2870 2550 2340 2120 1970 1820 1 700 1 590 1 500 1420 1 350 1 270 1160 1 060 980 910 850 800 750 710 670 650
Fundición dura Acero moldeado Fundición maleable Acero duro Fundición Acera semiduro Acero dulce Bronce, latón y aluminio
VELOCIDAD Para trabajas corrientes Con brocas de acero al carbona
Can brocas de acero rápido
8 a 12 6 a 8 6 a 12 10 a 12 8 a 10 6 a 8 15a20 6 a 10
15 10 10 20 15 12 25 10
a 20 a 15 a 15 a 25 a 20 a 15 a 40 a 15
Para gran producción con buena rerdgeración, con brocas de ecera rápido 30 a 45 20 a 30 25 a 27 25 a 35 20 a 25 15a20 60 a 90 10 a 20
Tabla 28 .47 Avances en el taladrado con brocas helicoidales expresado en milímetros por revolución Material Hierro, acero, fundición maleable
Broca Acero al carbono
Acero rápido Fundición, bronce, latón y aluminio
Acero al carbono
Acero rápido
Diámetro en mm
a 0,05 a 0,1
5
a
5 a 10
10 a 15
15 a 25
0,1
0,1
0,15
0,2
0,25 a 0,30 0,225
0,05
0,1
0,15
0,1
0,15
0,2
0,2 a 0,25
0,05 a 0,1
0,125
0,175
0,2
0,05 a 0,15
0,1 ,5 a 0,2
0,2 0,25
0,25 a 0,3
25
0,3 a 0,35
se dispone de ellas, hay que sacar la broca, interrumpiendo el corte y evitando se caliente más del límite permitido . Nunca debe llegar una broca a colorearse con los colores característicos del revenido ; la herramienta pierde entonces dureza y se desafila mente . rápidaLa refrigeración debe ser abundante, desde el principio y durante todo el corte . tiempo del Si la refrigeración no puede ser la adecuada, se debe rebajar la velocidad de corte, y trabajar con gran precaución, para evitar el calentamiento de la broca a toda costa . El refrigerante más usado es la taladrina ; pero, para trabajos especialmente preferible emplear buenos aceites de duros, es corte .
PROBLEMAS - ¿A qué número de revoluciones debe girar una broca de 15 mm, para tener una velocidad de corte de 20 m/min .? - ¿Qué velocidad de corte lleva una broca de 3 mm de diámetro, si r .p .m .? gira a 1400 - Calcular el número de revoluciones y el avance que ha de tener 10 mm, para trabajar acero F 114 una broca de .
SEGURIDAD E HIGIENE
agujero
Recuérdese todo lo dicho en los temas 32 33 - 34 y 36 de 1 . er curso .
MEDIOS DIDACTICOS
Cada puesto de trabajo de taladrar debe tener tablas de velocidades de avances y ábaco, para el cálculo corte, de rápido del número de vueltas . Hay que acostumbrarse a emplearlas siempre . 293
Fig. 28.48 Broca para facilitar la refrigeración: A, con orificios; B, con ranuras exteriores.
40
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO y completarla con - Hacer una lista de las máquinas taladradoras que hay en el taller las características principales de cada una . máquinas y sugerir las - Hacer una relación del estado de conservación de una de las . reparaciones necesarias, indicando el puesto del taladrador más oportuno EJERCICIOS PRACTICOS DE APLICACION - Afilar brocas de varios diámetros, y trabajar con ellas, para ver su rendimiento . - Estudiar el proceso de taladrado de alguna pieza compleja . CUESTIONARIO
¿Qué es una máquina de taladrar? ¿Cuáles son sus características principales? ¿Qué es una máquina especial de taladrar? Indicar algunos tipos de máquinas especiales de taladrar . ¿Qué es una pinza de sujeción rápida? ¿Cuál es la ventaja de los útiles de corte? ¿Qué condiciones debe reunir? ¿Es importante la velocidad de corte en el taladrado? ¿Por qué? ¿Qué finalidad tiene la refrigeración en el taladrado? ¿Es importante la calidad y cantidad del refrigerante? Justificar la respuesta . Si no se puede refrigerar, o la refrigeración es escasa, ¿qué hay que hacer? ¿Qué es lo que no debe faltar en todo puesto de taladrado? ¿Para qué sirve el ábaco de la taladradora?
10.
Cálculos de taller
Tema 29 .
Conos Y roscas . Tiempos de mecanizado
OBJETIVOS - Aclarar algunos de los conceptos de uso corriente en el taller. - Dar unas pautas, para solucionar los problemas que hay que resolver en el taller. - Conocer la manera de hacer verificaciones de elementos sencillos en el taller. - Tener una idea del cálculo de los tiempos de mecanizado. GUION -
-
Conos, conicidad e inclinación . Verificación de conos . Roscas, sistemas . Verificación de roscas . Cálculos de tiempos en máquinas herramientas .
PUNTOSCLAVE - Conocer con toda
seguridad los conceptos básicos de conos y roscas . - Resolver con seguridad problemas sencillos .
EXPOSICION DEL TEMA 29 .1
Conos Los problemas básicos, que se presentan en el taller, referidos a los conos, se han resuelto en el Tema 16. Aquí se aclaran algunos conceptos teóricos, que en el Tema 16 sólo fueron apuntados ; también se hacen las deducciones de algunas fórmulas simples, valiéndose, siempre que ello sea posible, de representaciones gráficas . 29 .1 .1
Conicidad
Llámase conicidad a la relación entre el diámetro D de la base del cono y su altura h (fig. 29 .1 A) : con icid ad = D/h~
Fig. 29 .1 A conicidad. 295
Concepto
gráfico
de
29.1 .1 .1 Angulo del cono Es el ángulo a formado por las dos generatrices del cono, contenidas en un plano que pase por el eje. El ángulo del cono se obtiene calculando el de su mitad figura 29 .1 A es : D
que según la
conicidad ao = arc . tg. 2 2 2h
= -J- x D = 2 h
2
2,
Ejemplo :
¿Cuánto vale la conicidad y el ángulo de un cono que tiene 150 mm de diámetro en la base y 105 mm de altura? Solución : 150 105
Conicidad = D = h tg Según tabla 29 .1B : luego, ao = 2 -
2
ao
2
2
0
0'
10'
0,0000
0,0029
1 2 3 4
0,0175 0,0349 0,0523 0,0698
6 7 8 9
0,1045 0,1219 0,1392 0,1564
5
10
0,0872
0,1736
0,0233 0,0407 0,0581 0,0756
0,1074 0,1248 0,1421 0,1593
0,1103 0,1276 0,1449 0,1622
0,0901
0,1765
0,1908 0,2079 0,2250 0,2419
0,1937 0,2108 0,2278 0,2447
15
0,2588
0,2616
20
0,2756 0,2924 0,3090 0,3256 0,3420
20'
0,0058
0,0204 0,0378 0,0552 0,0727
11 12 13 14 16 17 18 19
Senos de 0 a 45° Minutos
0,2784 0,2952 0,3118 0,3283 0,3448
0,1794 0,1965 0,2136 0,2306 0,2476 0,2644 0,2812 0,2979 0,3145 0,3311 0,3475
0,0958 0,1132 0,1305 0,1478 0,1650 0,1822
40'
50'
60'
0,0116
0,0145
0,0175
0,0291 0,0465 0,0640 0,0814 0,0987 0,1161 0,1334 0,1507 0,1679
0,0320 0,0494 0,0669 0,0843 0,1016 0,1190 0,1363 0,1536 0,1708
0,1994 0,2164 0,2334 0,2504
0,1851 0,2022 0,2193 0,2363 0,2532
0,1880
0,2672
0,2700
0,2728
0,2840 0,3007 0,3173 0,3338 0,3502
0,2868 0,3035 0,3201 0,3365 0,3529
0,1045 0,1219 0,1392 0,1564 0,1736 0,1908 0,2079 0,2250 0,2419 0,2588
0,2896 0,3062 0,3228 0,3393
0,2756 0,2924 0,3090 0,3256 0,3420
0,3557
0,3584
0,4226 0,4384 0,4540 0,4695 0,4848
0,4253 0,4410 0,4566 0,4720 0,4874
0,4279 0,4436 0,4592 0,4746 0,4899
0,4305 0,4462 0,4617 0,4772 0,4924
0,4331 0,4488 0,4643 0,4797 0,4950
0,4358 0,4514 0,4669 0,4823 0,4975
0,4384
31 32 33 34
0,5000
0,5150 0,5299 0,5446 0,5592
0,5025
0,5050
0,5075
0,5100
0,5125 0,5275 0,5422 0,5568 0,5712
0,5150 0,5299 0,5446 0,5592 0,5736
0,5995 0,6134 0,6271 0,6406
0,6018 0,6157 0,6293 0,6428
0,5225 0,5373 0,5519 0,5664
35 36 37 38 39
0,5736 0,5878 0,6018 0,6157 0,6293
0,5760 0,5901 0,6041 0,6180 0,6316
0,5783 0,5925 0,6065 0,6202 0,6338
0,5807
41 42 43 44
0,6428 0,6561 0,6691 0,6820 0,6947
0,6450
0,6472
0,6494
40
0,6583 0,6713 0,6841 0,6967
0,6604 0,6734 0,6862 0,6988
0,5948 06088 0,6225 0,6361 0,6626 0,6756 0,6884 0,7009
0,3692 0,3854 0,4014 0,4173
0,2051 0,2221 0,2391 0,2560
0,0349 0,0523 0,0698 0,0872
25 26 27 28 29
0,5200 0,5348 0,5495 0,5640
0,3665 0,3827 0,3987 0,4147
Tablas trigonométricas
0,3584 0,3746 0,3907 0,4067
0,5175 0,5324 0,5471 0,5616
0,3638 0,3800 0,3961 0,4120
0,0262 0,0436 0,0610 0,0785
= 0,7142
= 2 x 35,537 0 = 71,0700 = 71 0 4' 31 "
21 22 23 24
30
0,3611 0,3773 0,3934 0,4094
0,0929
30'
0,0087
_ 1,4285 2
= are tg 0,7142 = 35,53700
Tabla 29 .1 B m
D .= 2 h
= 1,4285
0,5250 0,5398 0,5544 0,5688 0,5831
0,5972 06111 0,6248 0,6383 0,6517 0,6648 0,6777 0,6905 0,7030
0,3719 0,3881 0,4041 0,4200
0,5854
0,6539 0,6670 0,6799 0,6926 0,7050
0,3746 0,3907 0,4067 0,4226 0,4540 0,4695 0,4848 0,5000
0,5878
0,6561 0,6691 0,6820 0,6947 0,7071
m
(D 0 1 2 3 4
0' 0,0000
1
10' 0,0029
Tangentes de 0 a 45° Minutos 20'
30'
40'
50'
60'
0,0058
0,0087
0,0116
0,0145
0,0175
0,0262 0,0437 0,0612 0,0787
0,0291 0,0466 0,0641 0,0816
0,0320 0,0495 0,0670 0,0846
0,0349 0,0524 0,0699 0,0875
0,1139 0,1317 0,1495 0,1673
0,0992 0,1169 0,1346 0,1524 0,1703
0,1022 0,1198 0,1376 0,155& 0,1733
0,1051 0,1228 0,1405 0,1584 0,1763
0,0175 0,0349 0,0524 0,0699
0,0204 0,0378 0,0553 0,0729
5
0,0875
0,0904
0,0934
10 11 12 13 14
0,1763 0,1944 0,2126 0,2309 0,2493
0,1793 0,1974 0,2156 0,2339 0,2524
0,1823 0,2004 0,2186 0,2370 0,2555
0,2035 0,2217 0,2401 0,2586
0,1853
0,1883 0,2065 0,2247 0,2432 0,2617
0,2095 0,2278 0,2462 0,2648
0,1914
0,1944
16 17 18 19
0,2867 0,3057 0,3249 0,3443
0,2899 0,3089 0,3281 0,3476
0,2931 0,3121 0,3314 0,3508
0,2773 0,2962 0,3153 0,3346 0,3541
0,2805 0,2994 0,3185 0,3378 0,3574
20
0,3640
0,3673
0,3906 0,4108 0,4314 0,4522
0,3739
,3939 0,4142 0,4348 0,4557
0,3772
0,2867 0,3057 0,3249 0,3443 0,3640
0,3972 0,4074 0,4279 0,4487
0,3706
0,2836 0,3026 0,3217 0,3411 0,3607 0,4006 0,4210 0,4417 0,4628
0,4040 0,4245 0,4452 0,4663
25 26 27 28 29
0,4663 0,4877 0,5095 0,5317 0,5543
0,4699
0,4770 0,4986 0,5206 0,5430 0,5658
0,5022 0,5243 0,5467 0,5696
0,5059 0,5280 0,5505 0,5735
0,5095 0,5317 0,5543 0,5774
30 31 32 33 34
0,5774
0,4734 0,4950 0,5169 0,5392 0,5619
0,6009 0,6249 0,6494 0,6745
0,5812 0,6048 0,6289 0,6536 0,6787
0,5851
0,5890
0,5930
0,5969
0,6009
36 37 38 39
0,7265 0,7536 0,7813 0,8098
0,7089
0,7133 0,7400 0,7673 0,7954 0,8243
0,7445 0,7720 0,8002 0,8292
0,7177
0,7221
0,7490 0,7766 0,8050 0,8342
0,7536 0,7813 0,8098 0,8391
0,8591
0,8642
0,8693
6 7 8 9
15
21 22 23 24
35
40
44 42 43 44
0,1051 0,1228 0,1405 0,1584
0,2679
0,3839 0,4040 0,4245 0,4452
0,7002
0,8391
0,8693 0,9004 0,9325 0,9657
0,1080 0,1257 0,1435 0,1614
0,2711
0,4913 0,5132 0,5354 0,5581
0,7046 0,7310 0,7581 0,7860 0,8146 0,8441
0,8744 0,9057 0,9380 0,9713
0,0233 0,0407 0,0582 0,0758 0,1110 0,1287 0,1465 0,1644
0,2742
0,6088 0,6330 0,6577 0,6830 0,7355 0,7627 0,7907 0,8195
0,0963
0,6128 0,6371 0,6619 0,6873
0,8491 0,8541 0,8796 0,8847 0,9110 0,9163 0,9435 10,9490 0,9770 0,9827
0,3973 0,4176 0,4383 0,4592 0,4806
0,6168 0,6412 0,6661 0,6916
0,8899 0,9217 0,9545 0,9884
0,3805
0,4841
0,6208 0,6453 0,6703 0,6959
0,8952 0,9271 0,9601 0,9942
0,2126 0,2309 0,2493 0,2679
0,3839
0,4877
0,6249 0,6494 0,6745 0,7002 0,7265
0,9004 0,9325 0,9657 1,0000
29 .1 .2
Inclinación
Inclinación es la relación entre el radio
, de la base del cono y su
altura h, (fig . 29 .1 A) D Inclinación
h
2h
Es decir, la mitad de la conicidad es igual a la tg 29 .1 .2 .1
Angulo de inclinación
Fig. 29. 1 C Aplicación práctica en el taller, de ángulo de inclinación.
2
formado por una generatriz del cono y el eje del mismo, 2 contenidos en el Es el ángulo
mismo plano . El ángulo de inclinación se calcula partiendo de la fórmula anterior :
(3)
y
2 =arctg
2h
El ángulo de inclinación es igual a la mitad del ángulo del cono . El ángulo de inclinación se llama también ángulo de colocación de la herramienta (fig . 29 .1C) y es el que tiene mayor interés práctico para el taller .
Ejemplo :
Fig. 29.2 Representación de la comicidad.
gráfica
¿Cuál es la inclinación y el ángulo de colocación de la herramienta de un cono que tiene 60 mm de diámetro y 80 mm de altura? Solución:
Inclinación = tg
_a° __ D 2 2h
=
60 2x80
= 0,375
= 0,375 ; según la tabla 29 .1 B se tiene que : a
2
29 .1 .3
D 2h
= arc tg 0,375 = 20,55° = 20° 33' 21"
0
Acotación de la comicidad del ángulo del cono, de la inclinación y del ángulo de inclinación
De la figura 29 .2 se deduce, por semejanza de triángulos :
Fig. 29.3 Forma normalizada de la acotación de la comicidad.
que puede interpretarse, diciendo : comicidad es la relación dada por un quebrado cuyo numerador es la unidad, y cuyo denominador es la longitud necesaria x milímetros para que el cono varíe 1 milímetro de diámetro . La relación 1 se llama, indistintamente, comicidad o adelgazamiento. x Este valor 1 :x es el que se suele acotar, para determinar la comicidad (fig . 29 .3) (Técnicas Gráficas 1/2) . De la figura 29 .4 se deduce también por semejanza de triángulos : D = inclinación
Fig. 29.4 Representación de la inclinación .
29 7
gráfica
dada por un Que puede interpretarse diciendo : inclinación es la relación es la longitud denominador unidad, y cuyo numerador es la quebrado, cuyo de radio. 1 mílímetro el cono varíe para que necesaria y milímetros De la misma figura 29 .4 se deduce :
Fig. 29.5
Acotación normalizada de la inclinación,
denominador del o lo que es lo mismo: y = 2x ; es decir, que el valor del y x valor - es el que quebrado que da la inclinación es el doble que el que da la conicidad . El y suele acotarse en los conos ; y se hace, como se muestra en la figura 29 .5 . conveniente acotar el ánPara facilitar la colocación del carro porta herramíentas, es gulo del cono, y, aún mejor, el ángulo de inclinación o de colocación . Las relaciones entre los valores 1 ; t g
Fig. 29.6 Representación gráfica y relación de todos los valores en el cono.
1
;
2
y a son las siguientes (fig . 29 .6) :
0 á = are tg ~ = are tg 2x 2 y
D = _1 = 1 2x 2h y
0
2
0 =2arctg =2arctg ao=2 á 2 y 2x Ejemplos: Problema 1 y el Un cono está acotado por su inclinación 1 :25 . ¿Cuál es el ángulo de colocación cono? ángulo del Solución :
= 0,04 ; en las tablas :
2
ao = 2
= 2,29 0 = 20 17,43' -= 2 0 17' 26"
= 2 x 2,29 0 = 4,58 0 = 40 34,8' = 40 34'48"
Problema 2 colocación Un cono está acotado por la conicidad que vale 1 :40 . ¿Cuál es el ángulo de y el del cono? Solución : 2
2
2x40
2x
__
1 80
= 0,0125
43' = are tg 0,0125 = 0,7160 De las tablas : y por tanto : a0 = 2 Problema 3
2
= 2 x 0,716 = 1,430 = 1 0 26'
Un cono tiene un ángulo de 27 0 . Determinar la inclinación y la conicidad . Solución : De la relación tg se tiene : 1 = 9
y
y
2 0
= tg 2
2x 0
2
= tg 13,5 0
De la tabla 29 .1 B tg 13,5 0 = 0,24 =
298
24 = 100
1 100 24
_
1 inclinación ; 4,166
y también tg
0,0
x
= 21
, de donde :
0
2 tg 2 = 2 x 0,24 = 0,48 = x =1
directamente, al saber que x =
48 100
_ -
100 48
_
1 2 .083
, que se podría obtener
y 2
Fig. 29.7 Representación gráfica de la deducción de las fórmulas de conicidad e inclinación en un tronco de cono .
Problema 4
Un cono está acotado con el valor del semiángulo cuyo valor es 42 0 . ¿Cuánto valen la inclinación y la conicidad? Solución : 1 y
0,0 1 = tg - = tg 42 0 - 0,9 = 9 = 1 = inclinación, 2 10 10 1,11 9 1 1_ x 1,11/2
_
1 conicidad . 0,55
29 .1 .4
Fórmulas para los troncos de cono Todo lo dicho se ha referido a un cono completo . ¿Qué sucede, cuando se trata de un tronco de cono? De la figura 29 .7, por semejanza de figuras y considerando el extremo del cono como un diámetro d o = 0, se tiene : D - d __ D - do _- D-0 = D 1 conicidad, de donde se puede amp I h h h x pliar el concepto de conicidad, para el caso de tronco de cono, y decir : conicidad es la relación entre la diferencia de los diámetros extremos de un tronco de cono y la longitud del mismo . Se representa también por x 1
conicidad =
D -d
De igual manera se puede hacer : - do 2 ; D -d = D-0 = D = 1 = inclinación, q ue h 21 2h 2h y se puede enunciar, diciendo : La inclinación de un tronco de cono es la relación entre la diferencia de los diámetros extremos del tronco de cono y la 2
I
2
=
2
doble longitud del mismo. Se representa por inclinación
= 1= y
y D-d 21
Para calcular el ángulo de conicidad o el ángulo de inclinación, sirven los mismos razonamientos hechos anteriormente . Para los cálculos se puede emplear : ángulo de colocación
= 2 = arc tg
ángulo de cono = a0 = 2 arc tg
0
D2 1 d = 2 arc tg
D21
d 299
Todos estos cálculos son válidos y útiles para cualquier cono, y tienen aplicación directa para la realización de conos con el carro orientable (Ver Tema 16) .
29.1 .4.1
Fig. 29.8 A Forma práctica de realizar conos por desplazamiento de la contrapunta en el torno.
Fórmulas para el torneado con desplazamiento del contracabezal (fig . 29.8A)
Cuando los conos se tornean con el sistema de desplazamiento del contracabezal, se ha empleado la fórmula : (7)
Véase porqué :
De la figura 29 .813 y, tomando en consideración el triángulo rayado, se tiene :
detalle del defecto del apoyo de los puntos
= se n
2 , de donde :
= L sen
0
(8) ; esta
fórmula da
el
valor
exacto de e, el cual viene dado en las mismas unidades que L. L ? ¿Dónde está la diferencia con la e = ( D 2 d) Es sabido que : Fig. 29.8 B Representación gráfica para la deducción del valor en milímetros de e, en una pieza compuesta de tronco de cono y cilindro.
Forma correcta de apoyo de los puntos.
o
, por tanto, lo que se hace en la fórmula empleada es
o á d por tg , o por su valor D - o _. Este cambio no tiene importancia 2 2 21 y en la aplicación práctica por dos razones: la primera, porque para ángulos pequeños puede
cambiar sen
tomarse con suficiente aproximación sen nos siempre -
Fig. 29.9 A
~1 d = tg
0
2 = tg ~
y en este sistema de torneado de co-
es pequeño, ya que, si fuese grande, no podría lograrse el desplazamiento
del contrapunto; y la segunda, porque el sistema en sí, ya no es matemático, porque para la fórmula se supone que las puntas del punto y contrapunto están en los extremos del cono (fig . 29 .813) y esto no es así ; y lo será, tanto menos cuanto mayores sean los puntos de centrado . El empleo de puntos redondos (fig . 29 .9A) puede mejorar el sistema. De este razonamiento se infiere, también, que para obtener conicidades iguales en series de piezas, los centros tienen que ser iguales (fig . 29 .9 B) . Sea cual fuere la fórmula empleada, en la práctica para el ajuste del contracabezal hay que hacer unos cuantos tanteos antes de lograr el desplazamiento adecuado para conseguir la conicidad exacta . Si el cono va de parte a parte (fig . 29 .10), la deducción de la fórmula es la misma ; pero al ser L = I, la fórmula se simplifica así: (valor exacto)
Fig. 29.9 B Necesidad de que los puntos sean iguales para evitar errores .
e = I tg
2=
I L= I
y
D -d d = I = D -d
x , resumiendo :
(valor práctico)
Ejemplos: Fig. 29. 10
Cálculo de e en un tronco de cono .
Problema 1 Calcular el desplazamiento del contracabezal, para hacer un cono de diámetro mayor á = 40 mm, el diámetro menor 34 mm y la longitud 180 mm . (La conicidad es 1 :30 y 2 = 57'17", según la figura 29 .11) . Emplear las dos fórmulas y comparar los resultados . Solución : 1) aproximada : e = D
Fig. 29. 1 1 300
2d
_ 40
2
34 = 3 mm
2) exacta :
e = L sen
De las tablas : sen
2
2
= 180 sen 57' 17"
= sen 57' 17" = 0,01666, de donde : e = 180 x 0,01666 = 2,99916 r m Fig. 29.12
Los 3 mm obtenidos con la fórmula aproximada, son prácticamente aceptables . Problema 2 Calcular el desplazamiento del contracabezal, para tornear extremos de ejes, como el de la figura 29 .12 . Solución : 1) Por la fórmula aproximada : e = L (D - d) 21 al no tener directamente ni d ni 1 se emplea la fórmula : 1 e=L 1 =L y 2x
=300-
2) Por la fórmula exacta : e = L sen En las tablas el valor de sen
= 300 =15 1 mm 2 . 10 20
fyo
2
vale : sen
2
= sen 2 0 5V= 0,0494, de donde : Fig. 29.13 Medición de ángulos.
e = 300 x 0,0494 = 14,82 mm
trigonométrica
Es patente también que la discrepancia resulta pequeña . No tener que emplear las tablas trigonométricas es la justificación de utilizar las fórmulas aproximadas cuando se conocen datos suficientes para su aplicación directa .
29 .2
Metrología trigonométrica
Ya se ha explicado la manera de medir y verificar longitudes y ángulos por medio de aparatos de medida y patrones lineales y angulares . A veces, estas mediciones o verificaciones no se pueden hacer directamente y hay que servirse de cálculos basados en la relación de longitudes y ángulos, según las reglas de la Trigonometría. La metrología trigonométrica se divide en : - mediciones trigonométricas de ángulos; - mediciones trigonométricas de longitudes. Para estas mediciones se emplean rodillos, plantillas, y a veces complicados montajes o aparatos de gran precisión . Sólo se hace referencia en este tema a los casos más sencillos y se parte del supuesto de que todos los elementos que se utilizan son de calidad suficiente para las tolerancias pedidas . Se trata únicamente de realizar verificaciones sencillas en el taller, dejando las más complejas para el laboratorio de metrología y cursos superiores .
rodillo
,odlllo
Fig. 29 .14 A Elementos mecánicos para la verificación de un ángulo conca vo.
29 .2 .1
Medición de ángulos con rodillos (fig . 29 .13) Pueden considerarse dos casos : que el ángulo sea interior (cóncavo) o que sea exterior (convexo) . 29 .2 . 1 .1
Angulo cóncavo (interiores)
Si el ángulo es cóncavo bastan dos rodillos de diferentes medidas, que se colocan entre las dos caras del ángulo, como se indica en las figuras 29 .14A y 29 .1413. De dichas figuras se deduce que se puede considerar un triángulo rectángulo, uno de cuyos catetos es igual a la diferencia de los radios de los rodillos, o sea (D - d) :2 ; y el ángulo opuesto a dicho cateto, a, es igual a la mitad del ángulo que se quiere medir, 2 a . Para poder resolver el triángulo se 30 1
Fig. 29.14 B Detalle y fundamento técnico para el cálculo de la figura 29.14A
necesita otro dato más, que será : o bien la hipotenusa, que es la distancia entre los centros de los rodillos, o bien el otro cateto, que es igual a la distancia entre los puntos de tangencia de dichos rodillos. Los rodillos se pueden colocar simultáneamente Se mide (fig. 29 .15) la distancia m entre ambos rodillos, o la medida total que ocupan, M. Fácilmente se deduce de la figura que la distancia e entre centros vale 29.2.1 .1 .1
Fig. 29.15
(9) ; o bien,
Fig. 29.16
e=M- D2d
(11) ; siendo D y d los diámetros de los rodillos.
o bien ;
Una vez hallado e, resolviendo el triángulo ONP (fig. 29.1413) resulta : d sen ae = D 2-e
(12)
Ejemplo : Problema 1
Supóngase que en la figura 29 .16 se han utilizado rodillos de 20 mm y de 6 mm, respectivamente. La medida exterior con pálmer da 29,56 mm . ¿Cuánto valdrá el ángulo?
Solución : e = M -
D2 d
sen ao =
20 2 6
= 29,56D - d 2-e
=
= 29,56 - 13 = 16,56 mm __
20-6 2x16,56
14 33,12
= 0,42270
y consultando las tablas se tendrá : a- = 25" de donde resulta que el ángulo buscado será : 2a-=50°
plano dé referencia
Fig. 29.19 Posicionamiento del ángulo con respecto a una base de referencia perpendicular buscada.
29.2.1 .1 .2 Los rodillos no se pueden colocar simultáneamente (fig. 29 .17) Se busca en la pieza un plano de referencia que sea perpendicular a la bisectriz del ángulo (figs . 29 .18 y 29 .19), o bien se sujeta la pieza a un apoyo plano de modo que quede la bisectriz perpendicular al plano de apoyo, después se colocan sucesivamente los dos rodillos, midiendo las distancias a los planos de referencia (figs. 29 .18 y 29 .19), ya sea las medidas superiores (M y M'), ya las inferiores (m y m') . Entonces se halla la distancia entre centros por medio de alguna de las fórmulas siguientes que se deducen fácilmente : e= M- M'302
D-d 2
(13) ; o bien,
e=m-m'+
D-d 2
(14)
Hallada la distancia entre centros, se calcula el ángulo por la misma fórmula anterior . sen
ao _
(15)
2e
29 .2 .1 .1 .3
Otra manera de operar Se puede utilizar cuando no hay ninguna superficie de referencia perpendicular a la bisectriz, pero si la hay respecto a una de las caras del ángulo (fig. 29 .20), es la siguiente : se colocan los rodillos sucesivamente, como se indicó antes (figs . 29.21 y 29 .22) y se miden sus distancias al plano de referencia . Luego se calcula la distancia f entre los dos puntos de tangencia por medio de las fórmulas . f= M-M'-
D -d 2
plano de referencia
Fig. 29.27
Fig. 29.22
plano de referencia
Fig. 29.23 Recurso para ángulo cóncavo.
(16)
medir
un
ter. plano de referencia
o bien : (17) cala
Por último, resolviendo el triángulo rectángulo del principio, resultará : 2f
(18)
29 .2.1 .2 Angulo convexo (exteriores) Si el ángulo es convexo, muchas veces, se puede referir su medida al caso anterior por dos planos suplementarios de apoyo (fig. 29.23) . Si esto no es posible o conveniente, pueden utilizarse dos planos de referencia perpendiculares entre sí (fig. 29 .24), en uno de los cuales se apoya una de las caras del ángulo . La medición se hace por dos rodillos iguales y dos calas o suplementos paralelos de altura perfectamente determinada, colocados simultáneamente o sucesivamente como indican las figuras 29 .24 y 29.25 . Llamando M y M' a las medidas tomadas desde la parte exterior de los rodillos a la superficie de referencia y h y h' a las alturas de las calas, se ve que se forma un triángulo rectángulo ABC, cuyos catetos son M - M' y h - h' y cuyo ángulo 2 a es igual .a l que se quiere medir por tener los lados paralelos . Por tanto :
fórmula que resuelve el problema . Otra manera de operar Se puede utilizar cuando no se dispone más que de una superficie de referencia, pero en cambio se puede apoyar la pieza simétricamente con respecto a dicha superficie de apoyo (fig. 29 .26) . El procedimiento de operar es semejante y se deduce fácilmente que la fórmula que se debe emplear en este caso es (fig. 29.27) : a0 -
Fig. 29.25 Detalle y fundamento técnico para el cálculo de la figura 29.24.
plano de referencia
29.2.1 .2 .1
tg
2- piano de referencia
Fig. 29.24 Otro recurso para medir un ángulo cóncavo .
M-M'
Fig. 29.26
(19) Fig. 29.27 303
Ejemplo: Problema 1
Calcular el ángulo que tiene el cono de la figura 29 .28A . Las esferas tienen 25 y 20 mm respectivamente y las mediciones son las de la figura 29 .2813 . Solución : La distancia de los centros vale :
Fig. 29.28 A
e=(M'+
)-(M+ D )=(24,5+20)-(10+22 )=34,5-22,5 =12 mm . 2
D-d 21
sen ao =
25-20 2x12
=
5 24
= 0,208 . De acuerdo con las tablas se tiene :
cao = are sen 0,208 = 12,02° 29 .2 .2
y 2 ao = 24,04° = 12° 3'
Medición trigonométrica de longitudes. Problemas fundamentales
En el proceso de verificación de ángulos y longitudes se empieza siempre comprobando la conicidad o ángulo . En las mediciones de las longitudes se dan por buenos los valores de los ángulos .
Fig. 29.28 8
Fig. 29.29 Imposibilidad de medición sobre el punto B.
Cuando se ha de medir la distancia entre dos puntos de caras no paralelas (fig . 29 .29), o entre los vértices de dos ángulos (fig . 29 .30), o entre el vértice de un ángulo y un plano, no se puede hacer, por lo general, directamente, a no ser en medidas de poca precisión. En efecto, si el ángulo es interior, suele ser inaccesible a los contactos de los aparatos de medida, y tanto sea interior como exterior, el ángulo suele tener las aristas matadas o hendidas (fig . 29 .31) . Los cálculos trigonométricos correspondientes suelen ser muy sencillos. 29 .2 .2 .1
m
Fig. 29.30 Medición sobre aristas vivas: A, sobre dos aristas; B, sobre una arista y un plano.
Cálculo de la distancia m del punto de tangencia del rodillo al vértice del ángulo (fig . 29 .32A)
Como se observa en la figura 29 .3213, los puntos V, A, C forman un triángulo rectángulo del cual A es el ángulo recto, el cateto CA es igual al radio del rodillo, o sea d/2, el otro cateto VA es la medida m buscada, y el ángulo CVA es el semiángulo de los dos planos, o sea a . Así pues, resolviendo el triángulo VAC resulta : m
=
2
.
cot a 0
Ejemplo: Problema 1
Suponiendo que en la figura 29 .33 el diámetro del rodillo vale 20 mm y el ángulo de los planos 45°, averiguar la distancia VA . Solución :
Detalle A 2
d = 20 ; 2 a = 45° y, por tanto, a = 22°30' .
3 Fig. 29.31 Inconvenientes sobre la medición de aristas vivas : 1, acotación teórica; 2, forma real de la arista (matada); 3, forma real del vértice (taladro indispensable para su mecanizado) .
Las tablas trigonométricas dan cotg 22°30' = 2,41421 . Aplicando la fórmula anterior, resulta : m = VA 29 .2 .2 .2
=2 0 cot9 22 030' = 10 x 2,41421
7- 24,14 mm .
Calcular la distancia n entre el eje del rodillo y el vértice del ángulo (fig . 29 .34A)
Observando la figura 29 .3413 y resolviendo el triángulo VAC, resulta que : _d 2 n Fig. 29.32 A
= sen a, de donde :
n=
d 2senao
fórmula que resuelve el problema . 304
(20)
Ejemplo : Problema 1 En el caso de - la figura 29 .35, ¿cuál será la distancia VC? Aplicando la fórmula n=
29 .2 .2.3
_ 30 2 send 300 2 x 0,5
= 30 mm
Problemas derivados de los fundamentales, que se presentan en la medición trigonométrica de longitudes
Fig. 29.32 B Detalle para el cálculo teórico de la figura 29.32 A.
Como aplicación de los problemas fundamentales, se resuelven algunos ejemplos típicos, advirtiendo que todos los demás que se presentan en la práctica, suelen ser bastante semejantes .
Problema 1 En la figura 29 .36 hay que averiguar la distancia x entre la superficie plana y el vértice del ángulo, de valor 2 a, uno de cuyos lados es perpendicular a dicha superficie plana . Apoyando un rodillo de diámetro d en los lados del ángulo y midiendo con un pálmer la distancia entre la superficie plana de referencia y la parte exterior del rodillo : ¿qué relación habrá entre la medida M del pálmer y la medida x buscada? Solución : Se calcula primeramente la distancia m entre el punto de tangencia y el vértice del ángulo, según el número anterior . Averiguada ésta, la figura 29 .37 enseña que : d/2+m+x= M; de donde
Fig. 29.33
Fig. 29.34 A
Observaciones: En algunos problemas se presenta la necesidad de hallar la distancia x; en otros, en cambio, se trata de buscar cuánto debe valer M -para que la cota x tenga un valor determinado de antemano . La figura 29 .38 presenta resueltos algunos otros problemas, que son variantes del anterior . Ejemplo : Supóngase que en una pieza, como la de la figura 29 .36, se haya medido M = 43,28 mm sobre un rodillo de diámetro de 16 mm, siendo el ángulo 2 a = 60° . ¿Cuánto vale x? Solución : Se averigua ante todo la distancia entre el punto de tangencia y el vértice del ángulo : d m = cotg a = ~ cotg 30 1 = 8 x 1,73205 = 13,85640 ti 13,86 mm 2 A continuación se determina x, según se acaba de ver: x=M-
(2 + m)
60°
Fig. 29.35
= 43,28 - (8 + 13,86) = 43,28 - 21,86 = 21,42 mm
En números sucesivos se verán otros ejemplos de aplicación . Problema 2 Supóngase (fig . 29 .39) que hay que averiguar la distancia x entre una superficie plana y el vértice de un ángulo conocido, de valor 2 a, siendo la bisectriz de dicho ángulo perpendicular a la superficie plana . Apoyando un rodillo de diámetro d en las caras del ángulo y midiendo con pálmer la distancia de la superficie de referencia a la parte exterior del rodillo: ¿Cuánto valdrá x? Solución : Este problema es análogo al anterior, pero hay que buscar, en vez de m, la distancia n entre el centro del rodillo y el vértice del ángulo . Se tiene que (fig . 29 .40) : Observaciones: También se puede presentar el caso de averiguar M en vez de x. La figura 29 .41 presenta casos semejantes resueltos. La aplicación a problemas concretos se hace como en el problema anterior . 305 20 .
Tecnología del Metal / 2
superficie de referencia°
Fig. 29.36
Fig. 29,37
(A)
(t3)
m=2ctgoc
-
(C) x=M "(d+2m)
(0)
x=M+(2 +m)
x=M-(
2
(N) + .«+m+my
11) x=M+(2 +2~+m+m7
Fig. 29.38 Algunos de los problemas más frecuentes que se presentan en el taller.
__
d __ d cosec« 2 sena 2
Fig. 29.39
superficie de referencia/
ángulos y
ángulos distintos
rodillos iguales
y rodillos iguales
x-M-(d+2nl
29 .3
x=M-(d+n4n)
Fig. 29.40
ángulos y rodillos distintos
x=M-(d+!'+n+n') 2 2
Fig. 29.41 ticos.
Casos
más caracterís-
Verificaciones prácticas de conos
He aquí, a continuación, algunas maneras prácticas de verificar los conos (fig . 29 .42A) . diámetros Ordinariamente, hay que verificar la conicidad y el diámetro o del cono . Verificación de la comicidad con calibre fijo Ante todo, las verificaciones siguientes pueden darse por buenas, cuando las superficies mecanizadas son uniformes y con pequeña rugosidad. (fig . Los calibres fijos constan : de un eje cónico, para verificar agujeros (fig . 29 .42C) . verificar ejes cónico para 29 .4213), o de un casquillo
29 .3 .1
hace un Para verificar con estos calibres en la pieza interior, ya sea calibre, ya pieza, se aproximadamente a 90° cono, que estén par de trazos, siguiendo las generatrices del (fig . 29 .43) . El trazo se hace con lápiz de grafito blando . una ligera Se introduce en la pieza exterior, y se gira, al mismo tiempo que se hace las dos la comicidad de borran uniformemente, presión axial . Si las rayas se difuminan o comicidad no es correcta . desigualmente, la difuminan piezas coincide ; si se borran o Verificación de piezas interiores (ejes) con calibre de rendija Consiste el calibre en dos reglas (fig . 29 .44), perfectamente rectas y biseladas, formando un ángulo determinado. Se coloca la pieza en su interior, la se observa la rendija de luz, que dejan pasar dos generatrices opuestas, y uniformidad de la rendija indicará la calidad de la comicidad . 29 .3 .2 Fig. 29.42 A Calibres para la verificación de conos: A, eje cónico ; B, casquillo cónico ; C, conjunto .
306
pieza
eje cónico
M
líneas de referencia para la tolerancia
marca de lápiz
Fig. 29.42 8
Fig. 29.43 Calibre para verificar por contacto entre calibre y pieza.
Fig. 29.42 C
29 .3 .3
Verificación y medición de conos con comparadores (fig . 29 .45A) La verificación de conos se puede hacer con dos comparadores, colocados en un soporte apropiado, como en el esquema de la figura 29 .4513. Se colocan los comparadores con las escalas a cero, apoyándolos en un calibre patrón . Al comprobar la pieza real, si hay discrepancias en alguno de los comparadores, es decir, si alguno no coincide con el cero, se podrá saber el error cometido . Ejemplo : Si la separación de los comparadores es de 100 mm y uno de los comparadores acusa una diferencia de 0,08 mm, la diferencia de ángulo y conicidad será (fig . 29 .46A) : tg Ro =
D- d f
=
0,08 100
Corle A-6
Fig. 29.44 Calibre de rendija para verificación de conos.
= 0,0008 Ro = 0,04580 - 2,75' = 2' 45"
y la diferencia de conicidad será : . 2 (D - d) l
__
2 x 0,08 100
__
1 100 2 x 0,08
__
1 625
Es decir, equivale a un error de 1 mm de diámetro en 625 milímetros de longitud .
29 .3 .3 .1
Verificación en el torno
Esta medición resulta relativamente fácil en el taller con bPn solo comparador, montado en el lugar de la herramienta y perfectamente a la altura del centro (fig . 29 .4613) . Se apoya el comparador en un punto de la generatriz del cono y se desplaza con el carro principal a una determinada longitud . La inclinación del cono se calcula directamente, dividiendo la desviación del comparador por la distancia recorrida por el carro, según la fórmula : tg
a0
2
Fig. 29.45 Verificación y comprobación de conos por comparador de reloj,
= desviación I
Fig. 29.46 A
Fig. 29.46 8 Forma práctica de verificar un tronco de cono en el torno.
29 .3 .4
Verificación del diámetro del cono
Una vez comprobada y lograda la conicidad deseada, se puede saber la medida de diámetro, empleando los calibres fijos, que llevan para ello unas señales que corresponden a diámetros fijos (fig . 29 .47) . Las dos señales supondrán una diferencia de diámetros, de acuerdo con la tolerancia deseada . 30 7
Fig. 29 .47 Calibre de eje cónico con trazos de referencia de diámetros : A, calibre; B, diámetro pequeño; C, diámetro,dentro de tolerancia ; D, diámetro mayor de tolerancia .
29 .3 .4.1
Verificación con tope
En lugar de las señales, pueden servir de referencia los resaltes de las piezas (fig . 29 .48) . Si se sabe el valor real del diámetro extremo del calibre, se puede calcular el diámetro real de la pieza . Fig. 29.48
Verificación por tope en el mismo calibre.
Este procedimiento de medir el diámetro por la longitud de penetración del calibre tiene la ventaja, para conicidades pequeñas, de que se puede lograr una precisión mayor, que si se midiese el diámetro . La relación de precisión está en la misma relación que los términos del quebrado que determina la conicidad . La verificación de un cono de conicidad
110
resultará diez veces más precisa haciéndo-
la por la longitud que por el diámetro . Cuando sólo puede comprobarse el diámetro por este sistema, o cuando, por razones prácticas, se prefiere hacerlo así, conviene acotar el dibujo con la posición teórica del calibre (figura 29 .49A) . (Ver normas de dibujo y Técnicas de Expresión Gráfica, 1 .er grado, 2 . ° curso) .
Ejemplos : Problema 1
Fig. 29.48 A
Decir cuál es el valor real dei diámetro del cono, a la distancia de 3 mm del resalte (fig . 29 .49) . El calibre empleado tiene un diámetro máximo real de 32,17 y, al hacer la medición, queda a 3,5 mm del resalte . La conicidad es 1 :10 y medidas teóricas : 32+ó,3 5 Solución : La diferencia de las longitudes es 3,5 - 3 = 0,5 . Como la conicidad es
Fig. 29.49
despejando se tiene :
1 __ x
D =
1~, se puede escribir : D-d, h
201-~
y, sustituyendo, D
=h x
+ d
+ 32,17 = 0,05 + 32,17 = 32,22 mm .
La diferencia con el proyecto es 32,22 - 32 = + 0,22, que queda fuera de la tolerancia .
Problema 2
En el problema anterior calcular entre qué longitudes debe quedar el calibre, para que la pieza sea buena . Solución : Las medidas extremas admisibles a la distancia de 3 mm del resalte son : 32 +1035 Según la figura :
x
= 32,45 0 máx . y 32,3 0 mín .
= D - d y despejando : h = x (D - d) . Sustituyendo en ésta los
valores para los dos casos, se tiene : h r =10(32,3-32,17)=10x0,13=1,3 mm h 2 = 10 (32,45 - 32,17) = 10 x 0,28 = 2,8 mm . Por tanto, la distancia entre el resalto debe ser : H 1 = 3 + 1,3 = 4,3 mm medida mínima . H 2 = 3 + 2,8 = 5,8 mm medida máxima . Para reducir el número de herramientas, calibres y dispositivos de medida necesarios para la ejecución de conos y para la comprobación, se recomienda emplear para nuevas construcciones siempre que sea posible, sólo las conicidades de la norma DIN 254 . La tabla 29 .50 es un extracto de dicha norma . 308
Tabla 29.50 Valores usuales
Comicidad
Ángulo del cono
1: X
X
Angulo de ajuste en la móq . de mecanizodo-ángulo de inclinación 2
1 :0,289
120°
60 °
Valor del ajuste para y un o reglo seno de f00nm de longitud mm
86,603
Conicidades normalizadas y sus aplicaciones Valores exactos para conicidad 1 : x o ángulo del cono
Observaciones y ejemplos de aplicación
valor inicial
Valor calculado del valor inicial
120°
1:0,2886751
Avellanado de protección para puntos de centrado, tornillos avellanados negros con cuello cuadrado.
1 :0,5
90 0
45 0
70,711
90 °
1:0,5000000
Conos de vdIvulas,uniones en vástagos de pistón,contrapuntos en la punto;torrnllos avellanados,tirafondosavellanados, tornillos avellana dos negros con pitón o con cuello cuadrado, tapanes roscadostapas roscadas para tuberias,re maches avellanados.
1 :0,596
80 0
40°
64,279
80 0
1:Q5958768
Tornillos para chapa .
° 600
o 300
50,000
60 0
1:0,8660253
1 :1,207
45 °
220 30'
38,268
45
1 :1,2071069
14,374
400
200
34,202
40 0
1 :1, 3737386
14,431
3,5 :12
1 :0,866
1: .429
I
16°3540" 8°17'5
Remaches avellanados,remaches gota de sebo,
Avellonadorcónico DIN335 Barrenas cónicas DIN 6446
Ave¡( DIN 1863
Pinzas de sujeción,
16°35'39,431" Conicidad aguda. Cabezales de husillo portafresa DIN 2079 y 165942864° mangos de herramientas para fresa DIN 2080. 2 °51'51,0913"
Conos métricos. Conos de herramientas DIN 228, mangos de herramientas y conos de alojamiento de los husillos de máquinas herramientas; rosca fina métrica cónica para aparatos de soldadura, manguitos en útiles a mano agrícolas .
2°51'52"
1°25'56"
2,499 ,499
1 :20
1 :4
14°15'0" 70 7'30"
12,403
1 :4
1401501123" 14,25003120°
de máquinas herramientas, alojoConstrucción mientas de husillos .
1 :5
11°25'16' 5042'38"
9,950
1:5
11°25'16,270" 11,42118612 11,42118612 0
Gorrones de apoyo, acoplamientos de fricción, piezas de máquina fácilmente desmontables para esfuerzo transversal al eje y a torsión .
1: 6
9 °31'38" 4 °45'49"
8,305
1 :6
1 :10
i 5`4730 1 2151'45"
4,994
1 :10
1 :15
3 ° 49 6" i ° 54` 33"
3,331
1 :15
1:30
1°54'34"
57'17"
1,666
1 :30
1:50
1 ° 8'46"
34'23"
1,000
1:50
2,86419204 °
9'3r38,2201' 9,522728336
Escariadores DIN 205 y 1896 Calibres DIN 234, 235, 325,2221 y 2222
Calibre DIN 73035 h2
Conos de junta para grifos, fresas para estampos.
5043'2$3173" Piezas de máquinas para esfuerzo transversal al eje, a torsión y longitudinal al eje, cojinetes 5,72481036° reajustables. 3°49'5,8970' 3,81830472 ° 1054'3f,8562" 1,90968228° 1°8'451586" 1,14587739 °
Vástagos de pistón para, locomotoras, cubos de hélices para barcos . Agujeras de los escariadores huecos y avellanadores huecos . Pasadores cónicos,
Brocas para aguce ras de pasador DIN 1898 Escariador DIN 9
rosca gas cónica .
Verificación de roscas
Se ha estudiado con gran amplitud : sistemas de roscas, deducción de fórmulas, denominaciones y problemas (tema 17) ; cálculo de ruedas de recambio para roscar en el torno (Tema 18) ; ejecución de roscas en el torno, medición y verificación (Tema 19) . En Tecnologlá del Metall1, se estudiaron : tornillos y tuercas (Tema 22), roscado y herramientas de roscas (Tema 23) ; y, finalmente, roscado a mano (Tema 24) . Como complemento a estos temas, se añade a continuación la verificación de roscas con rodillos . 29 .4 .1
Avellanado cónico DIN 347 Brocas de centrado DIN 320
Avell. DIN 334 Juntas cónicas para uniones roscadas ligeras para tubos,ranuras en V, puntos de centrado, re- Brocas DIN310y333 moches gota de sebo etc. Avell. DIN1863
1 :20
29 .4
Herramientas y calibres para la preparación del cono
Verificación del ángulo del perfil de la rosca
La verificación del perfil de la rosca supone, ante todo, determinar la simetría del perfil respecto al eje, para lo que se puede emplear el proyector 309
de perfiles (fig. 29.51 A), o el microscopio de taller (fig. 29 .51 B) . En ellos también se puede verificar el ángulo del perfil .
Fig. 29 .51 B Microscopio de taller: A, máquina; B, campo visual del ocular para el control de un tornillo de paso métrico 1,5.
A
Fig. 29.51 A
Proyector de perfiles. contacto del pálmer
Fig. 29.51 C
Verificación por medio de alambres o rodillos Para calcularlo se emplea el método descrito en el apartado 29 .2 .1 .1 .2, por la fórmula : 29 .4.1 .1
rodillos
D-d ao sen 2 = 2 e Problema 1 Ejemplo: Calcular el ángulo de una rosca, si, al emplear dos rodillos, uno de 5 mm y otro de 3 mm, las medidas obtenidas han sido : M = 76,02 mm y M' = 73,04 mm (fig . 29 .51C) .
rodillo
Fig. 29.52 A Forma de medición de roscas por medio de tres rodillos .
Solución :
D
e = M - M' -
2d
= 76,02 - 73,04 -
5
23
= 1,98 mm
5-3 aO D -d = 0,5050 sen -= 2-1,98 2 2e
2 = arc 0,5050 = 30,3347° = 30° 20' 0
El ángulo del perfil sería : a = 60°40' . Si el ángulo del perfil a verificar había de ser 60°, el error en este caso es de 40'. Fig. 29.52 B Soportes
para
los rodillos.
29 .4.2 Verificación del diámetro de la rosca con rodillos (fig . 29 .52A) Los alambres o rodillos empleados han de colocarse convenientemente, por medio de un soporte especial (fig. 29 .5213) ; para pequeños diámetros suelen ser adaptables a las puntas de un pálmer normal (fig . 29 .52C) . Según el esquema de la figura 29 .53, la medida M entre los alambres es : M=2
G +2n+d=G+2n+d 2
Hay que determinar, para cada tipo de rosca, el valor de n y el de d. El valor de n se obtiene, aplicando lo dicho en 29 .2 .2 .2 . n=
Fig. 29.52 C Adaptación de los soportes al páliner. 310
G
a 2 sen 2
Para los perfiles más corrientes de 60° y 55°
nb0o
ns s
G
__
o
2 sen
60 0 2
2 sen
55 0 2
__
G
2 x 0,5
G 2-0,4617
_
G 0,9235
= 1,08284 G
El valor de d se calcula, partiendo del diámetro de los flancos d 2 y según el detalle de la figura 29 .54A : d=d 2
6~¡`12
'72 1 l, .
Fig. 29.53 Detalle y fundamento técnico para el cálculo de la fórmula.
-H
y H, como ya se vio en el tema 17, es para los perfiles de 60 0 y 55 0 : H 60 0 = 0,86603 P y H s so = 0,96049 P, por tanto : d 60 0 = d 2 - 0,86603 P ds s o = d 2 - 0,96049 P Sustituyendo estos valores y los de n en la fórmula general : M60o
= G + 2 nb0o
-~ d
60 0
= G + 2G + (d 2 - 0,86603 P) '-= 3G +
d2 -
0,86603 P .
Luego para perfiles de rosca de 600 [= 3G + d2 - 0,86603 P M,,,
= G + 2- 1,08284 G +
(d2 -
Fig. 29.54 A
Perfil de la rosca.
(21)
0,96049 P) = 3,1656 G +
d2 -
0,96049 P .
Luego para perfiles de rosca de 550 + 1 M - 3,1656 G
d2 -
0,96049 P
(22)
Con esta fórmula se sabe lo que ha de medir un tornillo, del que se conocen : sistema, diámetro de los flancos d 2 y paso P .
La operación más frecuente en el taller, es comprobar el valor del diámetro d 2 , cuyo valor puede hallarse, despejando de las fórmulas anteriores . Para la rosca de 600 d 2 = M - 3 G +0,86603 P
Fig. 29.54 8 Verificación del diámetro medio en función de la medida M del pálmer.
(23)
Para la rosca de 550 d2 = M - 3, 1 656 G +T,96049 Pl
(24)
y se mide por medio del pálmer de rodillos (fig . 29.5413) . Otro pálmer muy empleado es el de la figura 29 .54C, con puntos intercambiables según el paso . Tiene el inconveniente de que tiene gran influencia el ángulo del perfil .
29.4.3 Diámetro de los alambres, para verificar el diámetro de rosca El diámetro (G) del alambre puede ser cualquiera, con tal que encaje en la rosca . Con todo, para que no tenga influencia el ángulo del perfil de la rosca, se emplea un alambre que haga el contacto con el diámetro de los flancos .
1111si~l11 i1 I,1M D, 111 llti
medición directa del diámetro medio
Fig. 29.54 C Medición de roscas por medio del pálmer con galgas especiales.
Según la figura 29 .55, el valor de G se calcula de acuerdo con la relación :
G 2, P
= cos
de donde G =
2
Para perfil de a = 60' : G Fig. 29.55 Cálculo del diámetro del rodillo más conveniente.
Para perfil de a = 55° : G =
2 x cos P 30 P
2 cos 25
P 2 cos
a 2
2 x 0,866
=
58~
~-
P -0,56P 2 x 0,877
(25)
(26)
Emplear alambres con otros diámetros puede inducir a errores tanto mayores, cuanto mayor sea la diferencia en el ángulo de la rosca y la diferencia del diámetro del alambre . Ejemplo:
¿Cuál será el diámetro teórico ideal para verificar el diámetro de una rosca M72 x 6? Solución : G = 0,58 - 6 = 3,48 mm .
29 .5
Cálculos de tiempos de mecanizado
Calcular el tiempo de mecanizado no es nada sencillo, ya que es el resultado de tres tiempos diferentes a saber : 1 .° Tiempo de preparación : incluye el tiempo de preparación de útiles de fijación, montaje de herramientas y limpieza y retirada de las herramientas y útiles al final del mecanizado . 2 .° Tiempo de maniobra : es el necesario para todas las manipulaciones y movimientos realizados durante el mecanizado, incluyendo la puesta en marcha y parada de la máquina y las verificaciones . 3 .° Tiempo de corte : es el tiempo durante el cual la herramienta está cortando material . Puede ser calculado a partir de los elementos de corte. De estos tiempos, los dos primeros depénden en parte, de la habilidad del operario y del tipo de máquina . No es materia de estudio del presente curso . Sólo nos entretendremos brevemente en lo que respecta al 3er . punto .
29 .5 .1
Tiempo de corte
Como hemos dicho, depende de los elementos de corte : v, a y p . Hay que recordar que el tiempo será real sólo si se toman para el cálculo el número de vueltas o golpes y el avance de la máquina real, y no los valores teóricos calculados a partir de los valores de las tablas . También se han de tener en cuenta no sólo las dimensiones reales de las superficies o longitudes de las piezas a mecanizar, sino también en cada caso, las distancias necesarias para iniciar y terminar la pasada y que dependen del tipo de mecanizado y de la posición de la herramienta, como veremos enseguida. 29 .5 . 1 .1
Tiempo de corte en el torneado
El tiempo de corte en el torneado lo calcularnos por la fórmula : (27) 312
En la cual : t= tiempo en minutos. L = longitud total recorrida por la herramienta con la velocidad de avance : mm, a = avance de la herramienta : mm/vuelta . n = vueltas o revoluciones por minuto a que gira la pieza. El valor L depende del ángulo de colocación c (fig . 29 .56) y de la profundidad p, más unos milímetros de entrada y salida b (fig . 29 .56) . Los cálculos pueden facilitarse por medio de ábacos o cartas de máquina y con reglillas o calculadoras especiales . En éstas suele calcularse el tiempo para una longitud de 100 mm .
Fig. 29.56 Representación gráfica para el cálculo de tiempo en el torneado.
Ejemplo
Calcular el tiempo para dar una pasada de 5 mm de profundidad en una pieza de 48 mm de diámetro y 150 mm de longitud . Material : fundición de HB 170 y la herramienta de acero rápido . Operación de desbaste . Solución ;
Habrá que calcular : n y elegir el a, de acuerdo con los datos de la tabla 16 .3 y de acuerdo a las revoluciones del torno y los avances posibles . La longitud de entrada y salida para el ángulo de colocación de 45°, valdrá (fig . 29 .56) : b i = 5 + 1 mm, para entrada, y b2 = 1 mm, para salida . Según estas observaciones, tendremos: L=1+b i +b 2 =150+6+1 =157 mm n = 1000 V = 1000-22 = 145 nd r-48 Si empleamos el torno (fig . 13 .51 B), las revoluciones más aproximadas son : n s =149 y nb = 207 y tomaremos n = 149 . a = 0,41 mm/vuelta. Con estos datos, aplicando la fórmula : t =
L = 157 = 2,57 minutos. a- n 0,41 -149
Para operaciones como el grafilado, roscado, troceado y, en general, para aquéllas que dependen de la habilidad del operario o que no puede emplearse el avance automático, habrá que calcularlo aproximadamente o emplear otras técnicas, como el cronometraje o tablas de tiempos predeterminados para casos similares.
29 .5.1 .2
Tiempo de corte para el taladrado
Sirven los mismos conceptos expuestos para el torneado, teniendo en cuenta que en este caso la longitud real depende del ángulo de la punta de la broca (fig . 29.57) : (28) La longitud L = I + bl + b2 Según se muestra en la figura, b2 = b l + h y h depende del ángulo de la broca, que habrá que calcular en cada caso : h
= 2 . cotg 2
Para los casos más comunes e - 118° ; en cuyo caso : cotg - ti 0,6; con lo cual h ti - . 0,6 - 0,3 d;
Fig. 29.57 Representación gráfica para el cálculo de tiempo en el taladrado.
313
de donde la longitud L será : L=1 +2 b, +0,3d. Ejemplo Calcular el tiempo de corte para hacer un agujero de 15 mm de diámetro en una pieza acero F 114, que tiene 28 mm de espesor. Broca de acero rápido . de Fig. 29.58
Solución :
L=1 +2 b,+0,3d=28+2+0,3x 151::~- 34,5mm . a = 0,1 mm/vuelta, según la tabla 34 .13, de Tecnología del Metall1, que suponemos se dispone en la máquina : 11
1000 - V __ 1000 - 18 nd 7r- 15
__
380 r.p .m .
V = 15 a 20 m/min. De la tabla 34 .11 de Tecnología del Metall1 tomamos V = = 18 m/min . Con estos datos : 34,5 t= L = = 0,9 minutos n 0,1 x 380 a 29 .5 .1 .3
Tiempo de corte para el cepillado
Para el cepillado, el tiempo de corte depende del ancho de la pieza y del avance y del número de golpes o carreras de la máquina. La longitud de la pieza influye para la determinación del número de golpes . Según la figura 29 .58, se tiene : (29) En la que B = b, + b + b2 b, depende del ángulo de colocación de la herramienta y la profundidad . Ejemplo Calcular el tiempo de corte para una pasada de afinado (p = 0,5) para una pieza de acero F 612 con las dimensiones de 140 x 90 mm . Solución : Si la máquina empleada es la de la figura 26 .36, se tiene que el recorrido necesario L=1+20=160 mm que está comprendido entre 1/3 y 2/3 del recorrido total de la máquina, luego podemos considerarlo como carrera mediana, por lo que dividimos la velocidad dada en la tabla 26 .27A por 1,2 : Vm
=1
= 22 m/ min . d e donde
n = V, = 22 _ 68 golpes/min ., 2 L 2 - 0,160 que coincide con los de la máquina referida, y en la cual tenemos a = 0,2 mm/golpe . B=b,+b+b 2 =1+90+1 =92 mm ; de donde: 92 t = B = = 6,76 min. a -n 0,2-68 31 4
29 .5 .1 .4
Tíempo de corte para el fresado
En el fresado hemos de distinguir entre el fresado con fresa cilíndrica y el fresado con fresa frontal, ya que los recorridos de entrada y salida son distintos como se muestran en las figuras 29 .5913, 29 .59C y 29 .59D . También habrá que tener en cuenta si el avance de la fresadora se obtiene en milímetros por vuelta : a=a,-z,
Fig. 29.59 A Longitud de entrada y salida en el fresado con fresa cilíndrica.
o bien, en milímetros por minuto : A= a, -z-n
Según esto :
(30) Fig. 29.59 B Recorrido de entrada y salida para el fresado con fresa frontal (fresa en eje vertical) .
o bien : (31)
Ejemplo
Calcular el tiempo necesario para dar una pasada de 5 mm de profundidad en una pieza de bronce de 400 x 60 mm . 1 .° Con fresa cil índrica de 50 mm de diámetro y 13 dientes (fig . 29 .598). 2.° Con fresa frontal de 150 mm de diámetro y eje vertical (fig . 29 .59C) . 3.° Con la misma fresa y eje inclinado (fig . 29 .59D) . Solución : 1 .° Con la fresa cillíidrica:
L a-n bi =
r2 - (r - p) 2
25 2 - (25 - 5) 2
=
=
1
625 - 400 = 15
L=b1 +1 +b 2 -15+400+1 X416
según Tabla 22 .2, aZ = 0,08 a 0,25 ; tomamos 0,2 .
2.
°
1000 - r 1000 - 50 _ = 318 vueltas/min ; según Tabla, V = 50 m/min, ir -d Ir-50
t
__
41 6 _ _ 5 min . 0,26 x 318 -
Con fresa frontal y eje vertical L=1+d=400+150 =550 mm
Si z = 4; aZ = 0,2 x 4 = 0,8 según Tabla n=
1000 ~ r - 1000 - 50 = 106 r/min. 150 ir - 150 -
550
T 0,8 x 106
ib.
-kg
>w 1
L
Fig. 29.59 D Recorrido con eje inclinado y pieza igual al diámetro de la fresa.
a = a Z - z = 0,2 x 13 = 1,26 mm/vuelta ;
n=
Fig. 29.59 C Recorrido con eje inclinado y pieza más estrecha que el diámetro de la fresa.
= 6 .48 minutos. 31 5
3 .° Con fresa frontal y eje inclinado L=b - ri +I-b 2 bl b~ -
r 2 - 2~ 2 = 752 \ L=75+400-68=407 t=
~~ 2 =
5625 - 900 = 68 min .
407 = 4 ,8 minutos . 0,8 x 106
PROBLEMAS Problema 1 ¿Cuánto vale el ángulo de colocación del carro para un cono que tiene 48 mm de diámetro mayor, 32 mm de diámetro menor y 127 mm de longitud? ¿Cómo se debe acotar en el dibujo? Fig. 29.61
Problema 2 Un cono tiene 37 mm de diámetro mayor y 1 :3,429 de conicidad . Decir cuánto vale el diámetro menor del cono, si la longitud del mismo es 68 mm . Problema 3 ¿Cuánto hay que desplazar el contracabezal del torno, para tornear una pieza como la de la figura 29 .60? Problema 4 ¿Cuánto vale el ángulo de la figura 29 .61, si al medir con rodillos de 15 y 20 mm, se obtienen longitudes de 73 y 85 mm respectivamente? Problema 5 Calcular la medida que debe leerse en el micrómetro, para verificar una rosca M 72 Problema 6 Decir cuál será el diámetro ideal del rodillo, para verificar el diámetro de una rosca Tr 40 x 12 DIN 379 . Problema 7 Calcular el tiempo de refrentado de una pieza de acero dulce, si el diámetro menor mide 20 mm y el mayor 128 mm . Herramienta de metal duro . Se empleará uno de los tornos del taller . Problema 8 Calcular el tiempo para dar dos pasadas de desbaste y una de acabado en una pieza de fundición de 200 x 150 mm en una de las limadoras del taller . Problema 9 Calcular el tiempo de corte para hacer un agujero ciego en una pieza de fundición con broca de 25 mm de diámetro . El agujero tiene una parte útil de 70 mm . Se empleará una de las máquinas del taller . Problema 10 Calcular el tiempo de corte para fresar una pieza de acero F-612 de dimensiones 140 x con una fresa de acero rápido de 150 mm de diámetro . Emplear una de las fresadoras 90 del taller . Problema 11 Idem con una fresa de 90 mm de diámetro, y en la misma fresadora . EJERCICIOS PRÁCTICOS - Hacer verificaciones de piezas realizadas en el taller y consignar en una hoja las anomalías encontradas . En las piezas deben entrar elementos en los que haya que emplear las verificaciones trigonométricas estudiadas : conos, roscas, prismas, etc . TEMAS A DESARROLLAR POR
EL ALUMNO
- Deducir las fórmulas para verificar roscas trapeciales DIN y ACME . - Estudiar el proceso de verificación con rodillos para algunas piezas más o menos complejas . 31 6
CUESTIONARIO - ¿Qué se entiende por conicidad? - ¿Qué diferencia hay entre ángulo de cono y ángulo de colocación? - ¿Cómo se acotan las piezas cónicas? - ¿Qué diferencia hay entre las fórmulas teóricas y las prácticas, para el desplazamiento del contracabezal? ¿Por qué se pueden emplear las aproximadas o prácticas? - ¿Qué finalidad tiene la medición con rodillos? - ¿En las verificaciones de ángulos y longitudes, qué hay que verificar primero? ¿Por qué? - Para la verificación de diámetros de roscas, ¿es indiferente el diámetro del alambre empleado? Razonar la respuesta.
Tema 30 .
Ruedas dentadas de diente recto (engranaje)
OBJETIVOS - Conocer los conceptos fundamentales, definiciones y fórmulas referentes a las ruedas dentadas de diente recto. - Aprender a resolver sencillos problemas de engranajes. - Saber hacer verificaciones sencillas en ruedas dentadas . GUION
- Conceptos generales : engranaje, rueda y piñón . Relación de transmisión . - Elementos y dimensiones fundamentales : paso, módulo, diámetro primitivo, circunferencia base, cabeza del diente, altura total del diente, espesor del diente, juego entre dientes. - Par de ruedas formando engranajes : distancia entre centros, relación de velocidad. - Verificación de ruedas dentadas ; determinación del módulo, determinación de las dimensiones del diente . PUNTOS CLAVE - Conocer los elementos fundamentales de una rueda dentada . - Resolver con seguridad problemas sencillos de engranajes . - Saber medir las dimensiones del diente fundamental . EXPOSICION DEL TEMA 30 .1
Conceptos generales
Las ruedas dentadas, engranando entre sí, sustituyen a las ruedas de fricción, con la ventaja de mantener la relación de transmisión constante para cualquier potencia, siempre que los dientes sean suficientemente resistentes y estén construidas en la forma debida (ver normas UNE 1800479, 18005-78, 18008-1R y 18066) .
30.1 .1
Engranaje
Se llama engranaje al conjunto de ruedas dentadas que engranan,entre sí . En todo engranaje son necesarias, al menos, dos ruedas dentadas ; por tanto, no es correcto llamar engranaje a una sola rueda dentada .
30.1 .2
rueda
Rueda y piñón
En un engranaje de dos ruedas, se llama rueda a la de mayor número de dientes y piñón a la de menor número de dientes. Esta distinción suele hacerse, cuando la diferencia entre el número de dientes es notable; si no es así, se llaman ruedas indistintamente. 31 7
Fig. 30.0 Conjunto de engranaje compuesto de rueda y piñón.
30 .1 .2 .1
Ruedas de dientes rectos
Cuando los dientes y vanos son paralelos a las generatrices y al eje de la rueda, se llaman ruedas de dientes rectos . Son los únicos que se estudian en este tema . Número de dientes (z)
30 .1 .3
Como la misma palabra indica, es el número de salientes de una rueda que han de penetrar en los vanos del piñón . Elementos y dimensiones fundamentales de las ruedas de dientes rectos
30 .2
Se llaman así a aquellos elementos y dimensiones que definen correctamente a las ruedas dentadas de diente recto como tales. 30 .2 .1
Circunferencia primitiva y diámetro primitivo (L y d)
Es aquella en la cual se efectúa la tangencia de los dientes (fig . 30 .1) . Se llama así, por sustituir a la periferia de las poleas de fricción . El diámetro correspondiente a la circunferencia primitiva se llama diámetro primitivo, se expresa en milímetros y se abrevia por la letra d.
longitud del diente altura del diente
C Fig. 30.1 Engranajes rectos : A, engranaje completo en su forma real; B, tangencia de las circunferencias primitivas; C, forma de los dientes.
30 .2 .2
Paso circular (p)
Es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos (fig . 30 .2) . De la figura 30 .1 se deduce que : _ L_ 1rd p - z- z
Fig. 30.2
Representación gráfica del paso .
(1)
L = longitud de la circunferencia en mm .
Naturalmente, todas las ruedas que deben engranar entre sí han de tener el mismo paso . Pero resulta que todas las dimensiones de la rueda dependen de p y, según apreciamos en la fórmula, p resulta siempre un número inconmensurable por ser un múltiplo de iT . Ejemplo p-z Si queremos calcular el diámetro de una rueda, tenemos de la fórmula (1) : d = no podemos eludir el valor de inexactos y engorrosos . 30 .2 .3
iT,
por lo cual los cálculos a partir del paso resultan
Módulo (m)
Para evitar el inconveniente señalado, si dividimos los dos miembros de la fórmula (1) por 1r, tenemos :
318
a esta relación se le llama módulo, se representa por m, y podemos definirla diciendo : módulo es la relación entre el diámetro primitivo en milímetros y el número de dientes: m= d z Esta relación es constante para todas las ruedas que deban engranar entre sí . Para no multiplicar, innecesariamente, el número de pasos y por tanto el de herramientas para la ejecución de' las ruedas, se han reducido los módulos a unos valores normalizados, según la tabla 30 .3 . En la figura 30 .4 se muestra la relación gráfica del módulo, respecto a la longitud del diámetro primitivo. El módulo se expresa siempre en milímetros . Tabla 30.3 Dimensiones reales de los dientes de los principales módulos normalizados y relación de los módulos normalizados según UNE 18-005-75
30 .2 .4
Forma del diente (fig . 30 .5)
Es evidente que la forma de los dientes no puede ser cualquiera ; ha de ser tal que a un movimiento uniforme de una rueda corresponda otro movimiento también uniforme de la otra rueda del engranaje . Para que se cumpla esta condición, se dan varias formas a los dientes, la más empleada de las cuales es la curva envolvente del círculo (ver Técnicas de Expresión Gráfica 1/2) . En casos particulares, se emplean otros perfiles correspondientes a curvas cíclicas como la cicloide, hipocicloide, etc. 30 .2 .4 .1
Fig. 30.5 Forma normal del perfil de los dientes.
Perfil del diente de evolvente
La evolvente (fig . 30 .6) es la curva que describe un hilo que se desenrolla de una circunferencia, llamada base de la evolvente o circunferencia evoluta, El trazado aproximado de la evolvente con la regla y el compás (fig . 30 .7) se hace dividiendo la evoluta en un número de partes iguales (cuantas más partes, más exactitud) 319
Fig. 30. 6 Forma práctica de describir la curva de evolvente .
Fig. 30.8 Parte de curva evolvente que corresponde al perfil del diente.
y trazando tangentes (en un solo sentido) por los puntos de división . Numeraremos los puntos 1, 2, 3, etc. : tomando como radio la longitud de una división y como centro el punto 1, trazaremos un arco desde la circunferencia hasta la tangente en el punto 1 ; a continuación de este arco trazamos otro con centro en el punto 2 que vaya desde la tangente en 1 hasta la tangente en 2, después repetiremos esta operación desde el punto 3, y así sucesivamente . Los dientes con perfil de evolvente tienen un flanco cuya forma es la de un pequeño trozo de evolvente (fig . 30 .8) .
centro del piñón
io,
Fig. 30.7
30 .2 .4 .2
centro de la rueda
Fig. 30.9 A
Representación gráfica del ángulo de presión.
Trazado de la evolvente.
Angulo depresión (ao)
Se llama ángulo de presión (fig . 30 .9A) al ángulo que forma la tangente común a los dos perfiles de los dientes con la recta que une los centros de los engranajes, o bien, el ángulo que forma la dirección de la fuerza que un diente ejerce sobre otro con la tangente común a las dos circunferencias primitivas (fig . 30 .913) . Se ha de observar que para que el movimiento se transmita regularmente, es necesario que la dirección de dicha fuerza pase precisamente por el punto común de las dos circunferencias primitivas, que pertenece también a la recta que une los centros de los engranajes (fig . 30 .9C) . En el dentado de evolvente, dicho ángulo de presión es el mismo en las distintas posiciones que va tomando el diente al engranar . El ángulo de presión está normalizado y vale 20°. 30 .2 .4 .3
Circunferencia base, diámetro base y paso base (Cb , Pb, db) Circunferencia base es la que sirve para la construcción de la evolvente. Al diámetro de esta circunferencia se le llama diámetro base y, según la figura 30 .10, vale :
A la longitud del arco de la circunferencia . base correspondiente a un diente y un vano se le llama paso base, y de la misma figura se deduce que : pb
= 7r
db = n - d co s a_ z z
ro cos a
Este valor es muy importante, como se verá en la verificación de ruedas . 30 .2 .4 .4
Cabeza del diente (a)
Se llama así a la parte del diente que queda fuera de la circunferencia primitiva. En las ruedas normales vale un módulo . En la figura 30 .11 : a = m . 30 .2 .4 .5
Fig. 30.9 C
lo
Pie del diente a,
Se llama así a la parte del diente que queda dentro del diámetro primitivo . En las ruedas normales vale 1,25 de m, a, = 1,25 m (fig . 30 .11) Sólo es eficaz para el engrane, la parte del pie comprendida entre las circunferencias de base y la primitiva (fig . 30 .12). El resto sólo sirve de 320
enlace con la corona de la rueda . Puede hacerse con cualquier forma con tal de que la cabeza del diente contrario no tropiece en él (fig. 30 .13) . 30.2.4.6 Altura total del diente (h) (fig . 30 .11) Es la suma de las alturas del pie y de la cabeza; por tanto, valdrá : h = 1,25 m + m = 2,25 m Es la medida empleada al fresar los dientes . 30.2.4.7
Juego en el fondo (j) (fig. 30 .13A)
La diferencia entre la altura de la cabeza y del pie, da lugar a un juego entre la cabeza de un diente y el fondo del vano de su contrario ; su valor es : j=a l -a= 1,25m-m=0,25 m . Tiene como finalidad evitar que choquen en el fondo, aunque se produzca alguna pequeña irregularidad en la fabricación o en el montaje de las ruedas .
punto primitivo
Fig. 30. 10
30.2.4.8 Espesor del diente (e) Es la longitud de la circunferencia primitiva que corresponde a la parte maciza del diente . Teóricamente, es igual a la longitud del arco que corresponde al vano (fig . 30 .14) . Por tanto, 30 .2 .4 .9
e=
Juego entre dientes
2.
Fig. 30. 11 Altura de la cabeza, pie y altura total del diente.
En la práctica, para facilitar el engrane y evitar los errores que pueden producirse en el dentado, se hace siempre el espesor del diente menor que el correspondiente vano. A la diferencia entre ambos se le llama juego entre dientes (fig. 30.15) . Será tanto menor cuanto más perfecto sea el dentado y el montaje de las ruedas . Fig. 30.12 Parte activa del diente en el engranaje.
30.2 .4.10 Longitud del diente (B) La longitud del diente podría ser cualquiera, con tal de que el material sea suficientemente resistente a la rotura y al desgaste, y sea capaz de transmitir la fuerza requerida (fig. 30.16). El cálculo de esta longitud escapa a nuestro estudio . Suele variar entre 30 m para las ruedas muy perfectamente dentadas y muy bien montadas, hasta 4 m para las ruedas muy bastas y montajes ordinarios. En la práctica, algunos dan como normal hacer B = 10 m . Para engranajes de responsabilidad, debe calcularse por las fórmulas de resistencia o de desgaste. 30.2.5
orma cualquiera
Fig. 30.13
Circunferencia exterior y diámetro exterior (de )
Es aquella en que los dientes quedan inscritos (fig. 30 .17) . El diámetro de esta circunferencia se le llama diámetro exterior . Se representa por d e y vale : d e = d+2m ya que es igual al diámetro primitivo más dos alturas de cabeza (fig . 30.17) .
Fig. 30.14 dien te,
Espesor del
Fig. 30.15 Juego dien tes.
entre
Fig. 30.16 Longitud del diente.
1 321
21 .
Tecnología del Metal ! 2
Fig. 30. 13 A Juego en el fondo del diente .
1
Fig. 30 . 17 exterior.
Diámetro
30.2.6
Circunferencia interior y diámetro interior (d i)
Es la circunferencia en la cual se apoyan los dientes (fig. 30 .18) ; al diámetro correspondiente se le denomina diámetro interior, y vale : d i =d- 2a, =d-2 (1,25 Fig. 30 .78
Diámetro interior.
30.2 .7
Recopilación de las fórmulas para el cálculo de ruedas dentadas de diente recto m =d (2); z
h
m)= d -25m~
= 2,25 m (5) ;
d b = d cos a (3) ;
d e =d+2m=(z+2)m (6);
Pb =Irmcosa (4);
d; = d - 2,5 ml
30.2.8 Problemas referentes a una rueda dentada de diente recto Para aclarar el alcance de los conceptos expuestos, se presentan unos ejemplos resueltos y se proponen otros para resolver . Problema 1 Hállese el diámetro total de una rueda de 50 dientes, módulo 4. Aplicando la fórmula (6), tenemos: d e =(z +2)m=(50+2)4=208 mm . Problema 2 Calcular el módulo de una rueda de 40 dientes y 210 mm de diámetro exterior . Solución De la fórmula (6), despejando m, tenemos : . =210=5 m = de z+2 42 Problema 3 Calcular la profundidad del diámetro de una rueda de módulo 3. Solución
Aplicando la fórmula (5) :
h = 2,25 m = 2,25 x 3 = 6,75 mm . Problema 4 Calcular el paso base de una rueda dentada de 30 dientes y módulo 2 . Solución Según la fórmula (4), tenemos: Pb = n m cos a = n x 2 x 0,9396 = 5,904 mm . Problema 5 Calcular los datos para tornear y fresar una rueda dentada de diente recto de z = 37 y módulo 4,5 . Solución Para tornear, necesitamos saber el diámetro exterior y la longitud del diente : de = (z + 2) m = (37 + 2) x 4,5 = 39 x 4,5 = 175,5 mm . Para la longitud del diente habría que calcular la resistencia o la duración al desgaste ; como ello está fuera de nuestras posibilidades (en este curso), tomaremos como valor de B - 8 m y tendremos : 8 =8x4,5 =36 mm . Para fresar necesitamos la altura del diente :
h = 2,25 m = 2,25 x 4,5 = 10,125 mm .
322
30.3
Par de ruedas formando engranaje
Lógicamente, las ruedas dentadas no se emplean nunca aisladamente, sino, al menos, dos de ellas engranando entre sí. Al estudiar un par de ruedas dentadas que engranan entre sí, se suelen indicar las dimensiones y magnitudes referentes a la rueda con el subíndice 2 : d2 , de,, n2, etc ., y con el subíndice 1 las referentes al piñón : d,, de,, n, , etc . Se ha de observar también que el módulo m, el paso circular p y la profundidad del diente h son comunes a los dos engranajes y también lo suele ser la longitud del diente B . 30.3.1
Distancia entre centros
Es evidente que la distancia entre centros (fig. 30 .19) es igual a la suma de los radios primitivos y, por tanto, a la semisuma de los diámetros : Fig. 30.19 Par de ruedas: A, forma real; B, distancia entre centros.
30.3.2 Números de revoluciones de los árboles unidos por ruedas dentadas Partiendo del principio fundamental de que la transmisión se hace sin resbalamiento, se cumple siempre que las velocidades de los diámetros primitivos son iguales : v, = V 2 ; pero, arda
-n,
1000
Y
=
V2
-n2 1000
ar " d2
en las que v, y V 2 son las velocidades de la rueda 1 y 2 en m/min ; y n, , n2 los números de vueltas o revoluciones por minuto de las ruedas respectivas . Igualando los valores de v, y V2 : ar
di n, 1000
__
d2 n2
ar
Fig. 30.19 A simple.
Relación de transmisión
1000
y, simplificando, tenemos : d~ n~ = d 27n 2
zi-30 z3=40 nll,1-`'Ir t
(9)
z2=20 z4 _25
Para ruedas dentadas es más conveniente emplear en lugar de los diámetros los números de dientes y, así, sustituyendo en (9) d, y d 2 por sus valores z, m y z 2 m, se tiene : z, m n, = z 2 m n2 , y simplificando :
estas relaciones (9) y (10) se les llama ley de transmisión .
12 " t3 Fig. 30.19 8 compuesta. != j1
30.3 .2 .1
Relación de transmisión (i) De la ley de transmisión, fórmula (10) se tiene : n, _ z2 n2 z,
El valor de estas relaciones se llama relación de transmisión y se representa por i : z2 - -
z,
. ~- ~- -~1z6 =60--\ .4_ -/ ns
z2 . z4-25 = 20-25 . 60 _ 1 i_nl = zl .z3,z5 n2 30-40-50 - 2
(10) A
z5 =50
1
Z1 Z2 323
"
Relación de transmisión
que podemos enunciar diciendo : relación de transmisión de un árbol (1) a otro (2) es el cociente de sus números de vueltas y, si esos árboles están unidos por engranaje, la relación de transmisión es la inversa de los números de dientes de sus ruedas respectivas . Ejemplo : Sí dos árboles están unidos por ruedas dentadas de z l = 40 y z 2 = 25, sabiendo que el primero gira a 1000 rev/min, y el segundo a 1600 rev/min . La relación de transmisi6n-del primero al segundo es : _ n 1000 = 1 , o también : ii_2 --~-_ n2 1600 1,6
30.3.3 C=
i _2
1
__ Z2 1 1 1 --=-=-=zI z 40 1,6
L
z2
25
Recopilación de las fórmulas a juegos de ruedas dentadas (engranaje) de diente recto
d,+d 2 2
(8) ;
(9) ;
(12)
30.3 .4
Problemas referentes a un par de ruedas
Seguidamente, se resuelven unos problemas para aclarar los conceptos desarrollados . Para algunos, será suficiente aplicar directamente las fórmulas recopiladas ; para otros, habrá que deducir a partir de los conceptos estudiados . Problema 1 ¿Cuál será la distancia entre centros de dos engranajes : z 2 = 50, z l = 45, m = 3? Aplicando la fórmula (8) :
de la que se deduce : C
= zl 2 z2
m
-
45+50 50 . 3 = 142,5 mm
Problema 2 Debe transmitirse el movimiento entre dos árboles de tal manera que uno gire a 200 r .p .m . y el otro a 150 . Si en el primero se monta un engranaje de 25 dientes, ¿cuántos dientes tendrá el que debe montarse en el segundo? Hay que buscar el número de dientes de la rueda, conociendo el del piñón, y el número de revoluciones de ambos engranajes ; aplicando, pues, la fórmula (10) : z __ , z, - n ,_ = 25 x 200 = 33,33 . 2 150 nz Como se ve, no puede resolverse exactamente este problema, pues resulta un número de dientes imposible . Problema 3 ¿Cuáles serán los diámetros primitivos de un par de engranajes caracterizados por los datos : C = 500 mm ; n 2 = 80 ; ni = 300? Hallaremos el diámetro primitivo de la rueda mediante la fórmula : d __ 2-C .n l = 2x500x300 Ñ7895mm 2 300+80 ni +n 2 324
Hallaremos de la misma manera d, por medio de la fórmula: __ 2 .C .n, __ 2x500x80 ^ 210,5 mm d' n, +n 2 300 _ +80 30 .4
Medición y verificación de ruedas dentadas de diente recto De forma semejante a lo que sucede en las roscas, la medición y verificación de los engranajes puede dar lugar a dos clases de problemas : determinación de las características nominales de una rueda de engranaje y verificación de la exactitud de fabricación . Respecto a la determinación de las características de un engranaje recto el problema se reduce a averiguar el número de dientes, el módulo y el ángulo de presión . Para determinar el número de dientes basta contarlos. 30 .4 .1
Determinación del módulo (m)
Para averiguar el módulo, es preciso medir el diámetro exterior y aplicar la fórmula : m=
de z+2
30 .4 .2
Determinación del ángulo de presión Para determinar el ángulo de presión lo más sencillo es comprobar la forma aproximada del diente con una plantilla, que puede ser una fresa de tallar engranajes correspondiente al número de dientes de que se trate. Normalmente, el ángulo de presión es 20°, a no ser en ruedas antiguas que ordinariamente tenían 15° y las de procedencia inglesa que eran de 14° 30' . 30 .4 .3
Determinación de las dimensiones del diente
Fig. 30.20 Calibre para medir engranajes: A, calibre midiendo el espesor del diente; B, detalle de la medición.
Si bien la determinación de las características de un engranaje recto es una operación sencilla, que se efectúa con los medios corrientes de medición, la verificación de la exactitud de la fabricación para control de fabricación es, en cambio, una operación delicada que necesita dispositivos o aparatos especiales . Esta verificación versa de ordinario sobre los puntos siguientes : - espesor o ancho del diente, - paso circular, - . paso base, - concentricidad con el eje de giro, - orientación del diente, - perfil del diente . Aquí explicaremos solamente las verificaciones más corrientes que se puedan hacer con elementos relativamente sencillos y que no constituyan una especialización . 30 .4 .3 .1
Espesor del diente con calibre de engranajes
Como sabemos, el espesor del diente tomado sobre la circunferencia primitiva debe ser igual a la mitad del paso, menos la holgura, que se toma más o menos grande según la precisión de fabricación del engranaje (en casos corrientes, del orden del cinco por ciento). El medio más sencillo (aunque no el más exacto) de determinar el espesor del diente es el calibre de engranajes (fig . 30 .20) . Cuando se comprueban las medidas de los dientes con el calibre de engranajes (fig . 30 .21) se ha de tener en cuenta que las medidas e ya, no corresponden exactamente con el espesor del diente y altura de la cabeza, respectivamente (fig . 30 .22) . Para calcularlas se emplean las siguientes fórmulas : 90° d (1 - cos p) -= ; ac m+ ;e=d
sen
Fig. 30.22
325
Fig. 30.23 Medición directa de la cuerda del paso circular .
Si el número de dientes es elevado se puede tomar, sin error apreciable, que a c = m y que e=e. En los formularios y manuales existen tablas que nos pueden ahorrar los cálculos anteriores . Existen otros aparatos fundados en el mismo principio que el calibre de engranajes, pero cuya lectura se hace en un comparador . 30 .4 .3 .2
Comprobación del paso circular
La comprobación del paso circular puede hacerse de tres maneras : - medida directa de la cuerda (fig . 30 .23) - comprobación de la desviación angular (30.24) - comprobación del paso base (30.25) . No se estudian ni el primero ni el segundo sistema porque son complicados y necesitan aparatos especiales . 30 .4 .3 .3 Fig. 30.24 Medición del paso circular en función de la desviación angular.
Fig. 30.25 Comprobación del paso circular en función del paso base.
Fig. 30.26
Medidas de las dimensiones del diente fundadas en el paso base
Si en lugar de medir el paso sobre la circunferencia primitiva lo medimos sobre la circunferencia base, obtendremos lo que se llama el paso base (P b ). Igualmente, el espesor dei diente medido sobre la circunferencia base será el espesor base (eb ) (fig . 30 .26) . La importancia del paso base y del espesor base se fundan en las siguientes consideraciones : - No varían aunque el dentado esté corregido o no tenga las alturas de la cabeza o del pie normales . - Se pueden medir con gran facilidad. Las medidas se hacen simplemente con un calibrador normal, pero de puntas suficientemente finas como para que entren entre los dientes, o mejor con un pálmer con palpadores en forma de platillos, apoyados como indican las figuras 30 .27 y 30 .28. Aunque por este procedimiento se pueden medir el paso base y el espesor base haciendo dos medidas consecutivas, es más corriente, y para muchos efectos suficiente, hacer una sola comprobación conjunta . En las tablas 30 .29 pueden verse los valores que han de resultar en la medición, según las características de la rueda dentada, así como el número más conveniente de dientes a tomar en la medida . Se ha de observar que la exactitud de las medidas del paso base y el espesor base (así como del paso circular y espesor sobre la circunferencia primitiva) tienen una tolerancia relativamente amplia (siempre, desde luego, negativa) ; en cambio, lo que ha de ser de la máxima exactitud para el buen funcionamiento del engranaje es la igualdad de dichos valores en todos los dientes de la misma rueda dentada . Tabla 30 .29A ce
Pb = W - W1 eb= W_k .Pb
k = número de dientes escogido
Fig. 30.27 Medición del paso base y espesor base con el pie de rey.
pb
y eb eb
Pb
15°
Pb
= 3,0345
m
eb = 1,5173
m + 0,00594
d
20o
Pb
= 2,9521
m
eb = 1,4761
m + 0,01401
d
3,0415
m
eb = 1,5208
m + 0,00537
d
14° 30' Pb eb
Fórmulas para calcular el
= paso base = espesor base
Pb'= m d
= módulo = diámetro primitivo .
PROBLEMAS Problema l
En una rueda de z = 40 y m = 5, calcular : el paso, el diámetro primitivo, el diámetro exterior, el diámetro interior, la altura de la cabeza, la altura del pie y la altura total del diente . Problema 2
Fig. 30.28
Medición del pb y e b con el tornillo micrométrico .
z2
Calcular la distancia de centros de dos ejes unidos por ruedas dentadas de = 60 y módulo 4 .
326
z1
= 40,
Problema 3 Dos ruedas dentadas deben unir a dos árboles . Se conocen los datos : d 1 = 90, d 2 = 60 . Calcular : 1 .° distancia de centros 2 . 11 módulo 3 .° número de dientes de la rueda 2 .
1 = 30,
z
Problema 4 Dos árboles están unidos por dos ruedas de z 1 = 60, z2 = 70, si el primero gira a n 1 = 132 rev/min . Calcular la relación de transmisión y el número de vueltas/minuto a que gira el eje 2 . Problema 5 Un eje gira a n 1 = 1200 r/min . y está unido a otro por medio de engranaje . Sabiendo que la relación de transmisión es i1-2 = 1/2,5, determinar el número de revoluciones del otro eje . Problema 6 Completar la tabla, calculando los datos que aparecen con interrogante . Problema
a) 22
z1
2 n 1 (1/min) n 2 (1/min) z
Tabla 30 .2913 Z 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 35 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
CC= 14o
30'
K
Wm= para
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6
4,5891 4,5945 4,5999 4,6052 4,6106 4,6160 4,6214 4,6267 4,6321 4,6374 4,6428 4,6482 4,6535 4,6589 4,6643 4,6697 4,6750 4,6804 4,6858 7,7327 7,7380 7,7434 7,7488 7,7541 7,7595 7,7649 7,7702 7,7756 7,7810 7,7864 7,7917 10,8386 10,8439 10,8493 10,8547 10,8601 10,8655 10,8706 10,8762 10,8816 10,8869 10,8923 10,8977 73,9445 13,9499 13,9553 13,9607 13,9660 13,9714 13,9766 13,9821 13,9875 13,9929 13,9982 14,0036 77,0505
cc= 15i°
?
1500 330
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6
c)
? 17 600 1200
42 35 540 ?
d)
e) 16 44
o~- 20°
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7
4,4842 4,4982 4,5122 4,5263 4,5403 4,5543 4,M83 4,5423 4,5963 4,5103 4,6243 4,6383 4,6523 7,6184 7,6324 1,6464 7,6605 7,6745 7,6885 7,7025 7,7165 7,7305 10,6966 10,7706 10,7246 70,7386 10,7526 10,7656 10,7806 10,7946 10,8086 13,7748 13,7688 13,8028 13,8168 13,8308 13;8448 13,8586 13,8728 13,8868 16,8530 16,8669 16,6810 16,8950 16,9090 16,9230 16,9370 16,9510 19,9171 19,9311 19,9451 19,9592 19,9732 19,9872 20,0012 20,0152 20,0292
c-C~-
Z 61 62 63 64 65 66 67 68 59 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 96 99 100 107 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 115 117
K
14° 30'
m=
x: 15°
W para 1
6 17,0559 6 17,0612 6 71,0666 6 17,0720 6 17,0773 6 17,01127 6 17,0881 5 17,0935 6 17,0988 6 17,1042 6 17,1095 7 20,7554 7 20,1618 7 20,1672 7 20,1725 7 20,1779 7 20,1833 7 20,1886 7 20,190 7 20,199 7 20,2047 7 20,2101 7 20,2155 8 23,2624 8 23,2677 8 23,2731 8 23,2785 8 23,2839 8 23,2992 8 23,2946 . 8 23,3000 8 23;3053 8 23,3107 8 23,3161 8 23,3214 9 26,3683 9 25,3737 9 26,3791 9 26,3844 9 26,3898 9 26,3952 9 25,4005 9 26,4059 9 26,4173 9 26,4167 9 26,4220 9 26,4274 10 29,4743 10 29,4790 10 29,4850 10 29,4904 10 29,4957 10 29,5017 10 29,5065 10 29,5119 1G 29,5172 10 29,5226
W para M=1 6 6 6 6 6 6 6 6 6 5 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
17,0524 17,0583 11,0642 17,0702 17,0761 17,0827 17,0680 17,0935 11,0999 17,1059 20,1463 20,1522 20,1582 20,1641 20,1101 20,1760 20,1819 20,1879 20,1938 20,1998 20,2057 20,2116 23,2521 23,2581 23,2640 23,2700 23;2759 23,2818 23,2878 23,2937 23,2997 23,3056 23,3115 26,3520 26,3560 26 ;3639 26,3698 26,3758 26,3817 26,3877 25,3936 25,3995 26,4055 26,4114 26,4174 29,4579 29,4638 29,4697 29,4757 29,4816 29,4875 29,4935 29,4994 29,5054 29,5113 29,5173 29,5232
Problema 7 Igual que el 6, completar la tabla .
x= 20°
K
W para M=1
8 8 8 6 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 11 12 12 12 12 13 13 13 13 13 13 13 13 13 14 14 14 14 14
22,9953 23,0093 23,0233 23,0373 23,0513 23,0654 23,0794 23,1074 23,1074 26,0735 26,0875 26,1015 26,1155 26,1295 26,1435 26,1575 26,1715 29,1377 29,1517 29,1657 29,1797 29,1937 29,2077 29,2217 29,2357 29,2497 32,2159 32,2299 32,2439 32;2579 32,2719 32,2859 32,2999 32,3139 32,3279 35,2940 35,3380 35,3220 35,3361 35,3501 35,3641 35,3781 35,3921 38,3562 38,3722 38,3862 38,4002 38,4143 38,4283 38,4423 38,4563 38,4703 41,4364 47,45)4 41,4644 41,4784 41,4924
38 ? 130 260
? 1650
Valores de W para módulo uno W para
4,5875 4,5875 4,5934 4,5993 4,6053 4,6172 4,6172 4,6231 4,6290 4,6350 4,6409 4,6:69 4,6528 4,6587 4,6647 4,6706 4,6766 4,6825 7,7230 7,7289 7,7349 774E 7,7467 7,7527 7,7586 7,7646 7,7705 7,7765 7,7824 7,7883 10,8288 10,8348 10,8407 10,8465 10,8526 10,8585 10,8645 10,8704 10,8753 10,8823 10,8882 10,8942 13,9346 13,9406 13,9465 13,9525 13,9594 13,9643 13,9703 13,9762 13,9822 13,9881 13,9940 14,0)00 17,0405 17,0464
b)
Problema 1 2 n 1 (1/min) n 2 (1/min) z
a)
b) 20
z
1
1400 5 :1
Nota :
En la medición de otros módulos, multiplicar los valores
W de la tabla por el módulo del engranaje a verificar .
32 64 7
500 ?
c)
d)
? 100 1000 ? 2 :1
42 14 1400 ? ?
NORMALIZACION
Repasar las normas UNE y DIN referentes a ruedas dentadas .
MEDIOS DIDACTICOS
Una serie de ruedas sueltas de diversos tamaños y módulos será muy útil para que los alumnos comprendan estos conceptos . Igualmente, diversos montajes de mecanismos sencillos de trenes de engranaje ayudarán a comprender las relaciones entre las ruedas y su importancia en mecánica . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO Hacer una relación de mecanismos conocidos en los que entren los engranajes rectos . CUESTIONARIO - ¿Qué ventajas tiene la normalización en los engranajes? - Define las características : módulo, diámetro primitivo, ley de transmisión y relación de transmisión .
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FORMACION PROFESIONAL Textos editados RAMA ARTES GRAFICAS Tecnología : introducción general Solicite catálogo especial (50 títulos)
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Primer Curso Instalaciones y Líneas Eléctricas . Tecnología Instalaciones y Líneas Eléctricas . Prácticas de Laboratorio Máquinas Eléctricas . Tecnología Técnicas de Expresión Gráfica (Comúrs a ambas especialidades)
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Primer Curso Mecánica y Electricidad del Automóvil . Tecnología Segundo Curso Mecánica y Electricidad del Automóvil . Tecnología
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PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología Eléctrica y Electrónica Tecnología Electrónica Prácticas de Laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica
RAMA QLIIMICA PRIMER GRADO Primer Curso Tecnología Química Prácticas de Laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica Material Audiovisual para Tecnologín Química Segundo Curso Tecnología Química Prácticas de Laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica SEGUNDO GRADO (Enseñanzas Especializadas) Primer Curso operaciones básicas . Técnicas de Laboratorio Químico. Técnicas de Expresión Gráfica
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Primer Curso Tecnología Eléctrica y Electrónica Tecnología Eléctrica Prácticas de Laboratorio Técnicas de Expresión Gráfica
Tercer Curso Máquinas Herramientas . Tecnología Técnicas de Expresión Gráfica
Segundo Curso Análisis Químico Cualitativo y Cuantitativo . Técnicas de Laboratorio Químico Técnicas de Expresión Gráfica
Segundo Curso Tecnología de Delineantes Prácticas de Delineantes Teoría de Técnicas de Expresión Gráfica
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TECNOLOGÍA MECÁNICA
2-1
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Primer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado por
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laru©p
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Presentación
El alumno, terminada la primera etapa de Formación Profesional de Primer Grado, adquiere conocimientos básicos y destreza suficientes, que le capacitan para trabajar en calidad de oficial en la industria; pero, la finalidad principal de esta etapa es la de colocar al alumno en disposición de proseguir los estudios en Segundo Grado. El régimen de Enseñanzas Especializadas estudia una a una las principales especialidades de la Rama del Metal . La presente Tecnología pretende iniciar al alumno en los conocimientos y preparación tecnológica necesarias para la especialidad de Máquinas Herramientas . Este nivel exige mayores conocimientos de fenómenos, ensayos y comportamiento de los materiales ; así como cálculos tecnológicos en el afilado de herramientas, montaje de mecanismos de transmisión, órganos, velocidades y potencias de máquinas, metrologia dimensional y procesos de mecanizado. Al igual que nuestros textos anteriores también éste responde cumplidamente a los programas oficiales, cubriendo as! las exigencias de este nivel de enseñanza. Toda la obra tiene carácter eminentemente práctico, basada siempre en los fundamentos físicos, químicos y tecnológicos que se presentan en cada caso . Con este humilde trabajo esperamos contribuir a la formación de estos nuevos técnicos que deben desarrollar sus actividades en la industria española . Agradeceríamos a los profesores que nos comunicaran sus experiencias, en el caso de que se dignen usar para sus clases el presente texto, y nos indiquen los errores u omisiones que en él pueden existir, con el mejor deseo de perfeccionarlo .
CUESTIONARIO OFICIAL 0. M . 13-IX-75 ; BOMEC, 10-XI-75 Primer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado
Tecnología Mecánica Conocimiento de materiales . Clasificación . Propiedades mecánicas . Formas comerciales . Ensayos mecánicos . Tratamientos térmicos . Medios de unión . Roblonado . Pernos . Chavetas . Tornillo s y tuercas . Roscas . Organos de máquinas . Arboles . Cojinetes . Rodamientos . Acoplamientos . Trinquetes . Correas . Poleas . Cadenas . Rueda s de cadenas . Excéntricas . Levas. Resprtes . Ruedas de fricción . Ruedas dentadas, cilíndicas-cónicas y helicoidales . Aplicaciones de los engranajes . Trenes fijos . Cambios de velocidades . Cadenas cinemáticas . Tecnología del corte de los metales . Materiales de las herramientas . Geometría del filo . Características . Estudio económico del corte : velocidad, fuerza y potencia . Tiempos de mecanizado . Desgaste de la herramienta . Lubricantes y refrigerantes . Clases . Refrigeración de las herramientas de corte . Mantenimiento ordenado de la máquina Trazado . Trazado al aire de piezas asimétricas . Ejes y planos de simetría . Ejes y planos de referencia . Metrología . Unidades de medida . Calibres fijos y graduables . Micrómetros especiales . Calibres de doble corredera y otros de posible utilización . Medición y verificación de ángulos, conos, roscas y ruedas dentadas. Ajustes y tolerancias . Sistemas de tolerancias ¡SO . Calidad de tolerancia . Precisión de la tolerancia . Ajustes recomendados por ISO . El torno Descripción del torno paralelo . Terminología normalizada . Características constructivas y de trabajo . Organos reguladores y de accionamiento . Accesorios . Herramientas de corte . Materiales especiales utilizados en la construcción de herramientas . Formas normalizadas y de perfil constante . Afilado de las herramientas . Posicionamiento de las mismas en el torno . Velocidad de corte . Elección de la velocidad, de los avances y de la profundidad de corte . Principales factores que determinan las características de corte . Tiempos de mecanizado . Trabajos de torno . Conocimientos necesarios para poder realizar los ejercicios prácticos de taller. Torneado cónico . Diversos procedimientos de efectuarlo . Cálculos correspondientes . Control durante el mecanizado . Roscado . Triangular, cuadrangular, trapecial y sin fin . Forma de efectuarlo y cálculos necesarios . Herramientas utilizadas . Cálculo de ruedas para obtener el paso deseado . Retorno del carro : procedimiento de efectuarlo . Roscado de varias entradas . Trabajos especiales . Roscado cónico y transversal . Torneado esférico . Construcción de muelles. Rectificado en el torno . Accesorios especiales . Principales tipos de torno . Conocimientos concernientes a características constructivas y de empleo de los tornos : vertical, al aire, copiador, revólver y automáticos . Procesos de mecanizado . Estudio metódico y ordenado del ciclo de trabajo para la ejecución de piezas en el torno . Elección de herramientas de trabajo y accesorios necesarios .
Indice
Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Cuestionario Oficial . . . . . . , , . . . . . . . . .
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Indice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1
2
Conocimiento de la materia 1 .1 Constitución de la materia 1 :1 .1 Partículas elementales 1 .2 Atomo 1 .2 .1 Núcleo 1 .2 .2 Electrones periféricos 1 .3 Sistema periódico de los elementos 1 .3 .1 Metaloides 1 .3 .2 Metales 1 .4 Enlace 1 .4 .1 Enlace tónico 1 .4 .2 Enlace covalente 1 .4 .3 Enlace metálico 1 .5 Estado cristalino 1 .5.1 Sustancias cristalinas 1 .6 Disolvente y soluto 1 .6 .1 Soluciones sólidas 1 .6 .2 Fase 1 .7 Diagramas de equilibrio de una aleación y trazado del mismo 1 .7 .1 Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado sólido y líquido 1 .7 .2 Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido 1 .7 .3 Diagrama de equilibrio con transformaciones en estado sólido 1 .7 .4 Condiciones para que dos metales sean totalmente solubles 1 .8 Obtención de piezas por moldeo 1 .8 .1 Forma de entrada del líquido en el molde 1 .8 .2 Construcción correcta del molde 1 .8 .3 Velocidad de enfriamiento Clasificación y designación de los materiales 2 .1 Productos férreos (UNE 26001-73) 2 .1 .1 Hierro (UNE 36002-73) 2 .2 Aceros : definición general y clasificación (UNE 36 004-75)
13 13 13 14 14 14 14 15 15 15 15 16 16 16 16 18 18 18
2.2 .1
2 .3
2 .4
19 19
2 .5
21 24 25 26 26 26 26 27 29 29 29
2 .6 2 .7 2 .8 2 .9
Clasificación por su composición química 2 .2 .2 Clasificación por su utilización 2 .2 .3 Designación convencional de los aceros según la norma UNE 36 009 2 .2 .4 Ejemplos de designación para algunos grupos principales de aceros 2 .2.5 Designación de los aceros atendiendo a sus características de utilización o propiedades físicas 2 .2 .6 Designación de aceros moldeados 2 .2 .7 Equivalencia de la nomenclatura UNE con las de otras normas Fund2 ición (UNE 36003) .3 .1 Clasificación de las fundiciones 2 .3 .2 Designación convencional simbólica de fundiciones no aleadas 2 .3 .3 Designación convencional simbólica de fundiciones aleadas 2 .3 .4 Designación convencional numérica Aleac2 iones de cobre .4 .1 Bronces 2 .4 .2 Latones 2 .4 .3 Aleaciones cupro-níquel Clasi icación y designación de las aleaciones l geras (UNE 38001 l .a R) 2 .5 .1 Designación numérica 2 .5 .2 Designación simbólica de metales ligeros no aleados 2 .5 .3 Designación simbólica de aleaciones ligeras 2 .5 .4 Designación del estado de tratamiento de las aleaciones ligeras (UNE 38002) Calor(UNEes distintivos de las aleaciones ligeras 38 003 1 . a R) nio y aleaciones de aluminio para Alumimolde38 o . Equivalencias comerciales (UNE 2 2 1 . a R) Equiv lencias oficiales (UNE 38 201 1 . a R) Cond ciones técnicas generales para suministy ro y recepción de lingote de aluminio al aciones de aluminio para moldeo (UNE 38 203) 2 .9 .1 Condiciones de pedido
30 30 31 33 38 42 43 43 43 43 44 44 44 44 44 47 47 47 47 47 49 49 50 51
52 52
2 .9 .2 2 .9 .3
2 .10 2 .11 2 .12
3
4
Condiciones de recepción Características a comprobar en recepción Antifricción 2 .10 .1 Principales aleaciones antifricción Sinterizados Plásticos Principales componentes de los 2 .12 .1 plásticos 2 .12 .2 División de los plásticos Sistemas de transformación de 2 .12.3 los plásticos 2 .12.4 Aplicaciones de los plásticos 2 .12 .5 Clases de plásticos
Propiedades y ensayos de los materiales 3 .1 Propiedades mecánicas de los metales 3 .1 .1 Cohesión 3 .1 .2 Elasticidad 3 .1 .3 Plasticidad 3 .1 .4 Dureza 3 .1 .5 Tenacidad 3 .1 .6 Fragilidad 3 .1 .7 Fatiga 3 .1 .8 Resiliencia 3 .2 Ensayos de los metales 3 .2 .1 Ensayo de tracción (UNE 7 26273) 3 .2 .2 Ensayo de compresión 3 .2.3 Ensayo de cizalladura (UNE 7246-74) 3 .2 .4 Ensayos de dureza 3 .2 .5 Ensayo dinámico por choque . Ensayo de resiliencia 3 .2 .6 Ensayo de fatiga 3 .2 .7 Ensayos tecnológicos 3 .2 8 Ensayos magnéticos 3 .2 .9 Ensayos eléctricos 3 .2 .10 Ensayo con rayos X 3 .2 .11 Método por ultrasonidos Metalografía . Teoría de los tratamientos térmicos . Endurecimiento superficial . Control de temperaturas 4 .1 Análisis microscópico 4 .2 Análisis microscópico 4 .3 Selección y extracción de la muestra 4 .3 .1 Desbaste de la muestra 4 .3 .2 Pulido de la muestra 4 .3 .3 Ataque micrográfico 4 .3 .4 Observación de la probeta 4.4 Aplicaciones de la metalograffa 4.5 Teoría de los tratamientos térmicos 4.6 Estados afotrópicos del hierro 4 .6 .1 Hierro alfa (a) 4 .6 .2 Hierro beta (p) 4 .6 .3 Hierro gamma (y) 4.6 .4 Hierro delta (8) 4 .7 Influencia en los aceros de los distintos elementos que pueden entrar en su composición 4 .8 Aleaciones hierro-carbono 4 .9 Diagrama de equilibrio hierro-carbono 4 .10 Constituyentes estructurales de los aceros 4 .10 .1 Ferrita 4 .10 .2 Cementita 4 .10 .3 Perl ita 4 .10 .4 Austenita 4 .10 .5 Martensita 4 .10 .6 Troostita 4 .10 .7 Sorbita 4 .10 .8 Bainita 4 .10 .9 Constituyentes de las fundiciones
8
52
4 .11
Examen del diagrama hierro carbono 4 .11 .1 Transformaciones isotérmicas de la austenita en los aceros 4 .12 Tratamientos térmicos de los aceros 4 .12 .1 Calentamiento 4 .12 .2 Recocido 4 .12 .3 Normalizado 4 .12 .4 Temple 4 .12 .5 Revenido 4 .13 Tratamientos termoquimícos 4 .13 .1 Cementación 4 .13 .2 Nitruración 4 .13 .3 Cianuración 4 .13 .4 Sulfinización 4 .14 Control de la temperatura 4.14 .1 Observación del color del metal 4 .14 .2 Termómetros 4 .14 .3 Lápices de contacto 4.14 .4 Pirámides de Seger 4 .14 .5 Pirómetros 4 .14 .6 Reguladores automáticos de temperatura 4 .15 Hornos 4 .15 .1 Clasificación de los hornos 4 .15 .2 Efectos de la atmósfera de los hornos sobre los aceros
53 53 53 53 53 53 54 54 55 55 57 57 57 57 57 57 58 58 58 58 58 58 61
5
62 63 68 70 70 72 72 72 72
73 73 73 73 73 73 74 74 74 75 75 75 76 76 76 76 77 77 78 78 78 78 78 78 79 79 79 79
6
Nociones e Resistencia de Materiales Intro5 ducción a la Resistencia de Materiales 5 .1 .1 .1 Resistencia y rigidez 5.2 Clas s de carga 5 .2 .1 Carga estática 5 .2.2 Carga dinámica Tipos de esfuerzo 5.3 5 .3 .1 Tracción 5 .3 .2 Compresión 5.3 .3 Cizalladura o cortadura 5 .3 .4 Flexión 5 .3 .5 Pandeo 5.3 .6 Torsión 5 .4 Tipos de tensión 5 .5 Elasti5 cidad .5 .1 Ley de Hooke 5 .5 .2 Gráfica de la ley de Hooke 5.5 .3 Diagrama de alargamiento y tensiones 5 .6 Coef ciente de seguridad 5.7 Fórm5 ulas de Resistencias de Materiales .7 .1 Tracción 5.7 .2 Compresión 5.7 .3 Flexión 5.7 .4 Pandeo 5.7 .5 Torsión 5 .8 Ejem los de aplicación Medios de unión 6 .1 Unión de piezas mecánicas 6 .1 .1 Reducción de las superficies en contacto 6 .1 .2 Refrentado realizado por taladrado 6 .1 .3 Supresión de apoyos múltiples 6 .1 .4 Supresión de las aristas o ángulos 6 .2 Clasificación de las uniones 6 .2 .1 Uniones fijas por roblonado o remachado 6 .2 .2 Uniones por soldadura 6 .2 .3 Unión por adhesivos 6 .2 .4 Uniones desmontables por pernos o tornillos 6 .2 .5 Unión con chavetas 6 .2 .6 Unión con pasadores
79 80 80 80 81 82 82 85 85 85 86 87 87 87 87 88 88 88 88 88 89 89 90 91 91 91 92 92 92 92 92 92 92 93 93 93 93 94 94 94 94 96 96 96 97 97 99 102 102 107 108 108 108 108 109 109 109 115 123 125 132 137
6 .2.7 6.2.8 6 .2 .9 7
Unión por ejes estriados o nervados Unión de piezas por guías Uniones forzadas
7 .11 .5 7 .11 .6
139 141 141
Organos de máquinas 144 7.1 Ejes 144 7 .1 .1 Cálculo de ejes 144 7 .2 Arboles 145 7 .2 .1 Cálculo de árboles 146 7 .3 Cofinetes y soportes 148 7 .3.1 Clasificación de los cojinetes 148 7 .3.1 .1 Cojinetes de fricción 148 7 .3.1 .2 Rodamientos 150 7 .3 .2 Montaje y ajuste de los rodamientos 163 7 .3 .3 Lubricación y mantenimiento de los rodamientos 164 7 .3 .4 Soportes para rodamientos 164 7 .4 Acoplamientos 165 7 .4 .1 Clasificación de los acoplamientos 165 7 .4 .4.1 Acoplamientos rígidos o fijos 165 7 .4 .1 .2 Acoplamientos elásticos 167 7 .4 .1 .3 Acoplamientos móviles 168 7 .4 .1 .4 Embragues 168 7 .5 Trinquetes 170 7 .5 .1 Aplicaciones de los trinquetes 170 7 .6 Transmisiones con correas y poleas 171 7 .6 .1 Relación de transmisión 171 7 .6 .2 Material de las correas 171 7.6 .3 Longitud de la correa 172 7 .6.4 Cálculo de correas planas 172 7 .6 .5 Correas trapeciales 176 7 .6 .6 Correas dentadas 181 7 .6 .7 Poleas para la transmisión por correas . Material 190 7 .7 Transmisión por rueda y cadena 191 7.7 .1 Clases de cadenas 192 7 .8 Excéntricas y levas 196 7 .8 .1 Mecanismos de excéntrica 196 7 .8 .1 .1 Excéntrica de collar 196 7 .8 .1 .2 Excéntrica circular de marco 196 7 .8 .2 Leva 197 7 .8 .2 .1 Clases de leva 197 7 .8 .3 Forma del extremo del empujador o varilla 198 7 .8.4 Material de levas y empujadores 198 7 .8 .5 Trazado de las levas 199 7 .9 Resorte o muelle 200 7 .9 .1 Material para resortes 200 7 .9 .2 Clasificación de los resortes 200 7 .9 .3 Cálculo de resortes 200 7 .9 .4 Aplicaciones de los resortes 205 7 .10 Ruedas de fricción 206 7 .10 .1 Clasificación de las ruedas de fricción 206 7 .10.1 .1 Ruedas cilíndricas 206 7 .10.1 .2 Ruedas de fricción acanaladas 208 7 .10 .1 .3 Ruedas de fricción cónicas 209 7 .10 .1 .4 Aplicaciones de las ruedas de fricción 211 7 .11 Ruedas dentadas 211 7 .11 .1 Rueda y piñón 211 7 .11 .2 Clasificación de los engranajes 211 7 .11 .3 Engranajes helicoidales 211 7 .11 .4 Cálculo del tornillo y rueda helicoidal 215
7 .11 .7
8
Cálculo del piñón y cremallera Cálculo de engranajes cónicos de diente recto Cálculo de la resistencia d e os dientes de un engranaje 7 .11 .7 .1 Cargas que actúan sobre el diente 7 .11 .7 .2 Cálculo de las dimensiones del diente (engranaje recto) 7.11 .7 .3 Cálculo de las dimensiones del diente en función del módulo
218 218 221 221 221 222
Tecnología del corte de los metales 225 8 .1 dos de producción . Introducción a la Métonorm8 a DIN 8 580 225 .1 .1 Separar 225 8 .1 .2 Otros conceptos de la norma DIN 8 580 225 8 .1 .2 .1 Cuerpos sólidos geométricamente determinados 225 8 .1 .2 .2 Estados durante el curso de la producción 226 8 .1 .2 .3 Formas durante el curso de la producción 226 8 .1 .2 .4 Nombres de las piezas según el momento del proceso 226 8 .2 Proce8 dimiento de arranque de viruta 226 .2 .1 Arranque de viruta con herramienta simple 227 8 .2 .2 Influencia de algunos factores en la formación de la viruta 228 8 .2 .3 Mínima viruta 228 8.2 .3 .1 Influencias de algunos factores en la mínima viruta 228 8 .2 .4 Falsa cuchilla o filo recrecido 229 8 .3 La he8 rramienta de corte 229 .3 .1 Funciones de la herramienta de corte 229 8 .3 .2 Materiales de las herramientas de corte 229 8 .3 .2 .1 Aceros al carbono 230 8 .3 .2 .2 Aceros aleados 230 8 .3 .2 .3 Aceros rápidos 231 8 .3 .2 .4 Metales duros 231 8 .3 .2 .5 Materiales cerámicos 232 8 .3 .2 .6 El diamante como herramienta 235 8.3 .3 Mejora de las características de las herramientas 235 8 .3 .3 .1 Tratamiento sub-cero 235 8 .3 .3 .2 Nitruración 235 8 .3 .3 .3 Sulfinización 235 8 .4 Geome8 tría del filo 235 .4.1 Planos y ejes de referencia 236 8 .4 .1 .1 Sistema de referencia de la máquina o de funcionamiento 236 8 .4.1 .2 Sistema de referencia de la herramienta o de afilado 236 8 .4 .2 Elementos de la herramienta de corte único 237 8 .4 .3 Influencia de la colocación de la herramienta 238 8 .4 .4 Influencia del valor de algunos ángulos de la herramienta 239 8 .4 .5 El rompevirutas 241 8 .4 .6 Afilado de las herramient242 as
8 .4.6.1 La muela 8 .4 .6 .2 Las máquinas de afilar 8 .4 .6 .3 Proceso de afilado 8 .4 .7 Herramientas de forma 8 .4.7 .1 Principio general Límite del ángulo de 8 .4.7 .2 desviación 8.4.7 .3 Herramienta de directriz recta 8.4.7 .4 Herramienta de directriz circular Fuerza de corte 8 .5 .1 Fuerza específica de corte 8 .5 .2 Fuerza de corte Factores que influyen en la fuer8 .5 .3 za específica de corte Velocidad de corte . Potencia . Tiempos de mecanizado 8 .6 .1 Maquinabilidad Proceso de recalcado 8 .6 .1 .1 8 .6 .1 .2 Proceso de cizallado 8 .6 .2 Velocidad de corte 8 .6 .2 .1 Velocidad económica 8 .6 .2 .2 Desgaste Relación de la viruta 8 .6 .2 .3 8 .6 .2 .4 Temperatura de corte 8 .6 .3 Potencia de corte Tiempos de mecanizado 8 .64
242 243 243 247 247
Metrología 9 .1 Concepto de medida 9 .2 Sistemas de unidades 9 .3 Unidad de longitud 9 .4 Unidades de medida de ángulos 9 .5 Prácticas de la medición 9 .6 Instrumentos de medición 9 .6 .1 Micrómetros especiales 9 .6 .2 Instrumentos comparadores Comparadores de am9 .6 .2 .1 plificación micrométrica 9 .6 .2 .2 Comparadores de am plificación óptica Comparadores de am9 .6 .2 .3 plificación neumática Comparador neumáti9 .6 .2 .4 co SOLEX 9 .6 .2 .5 Comparador neumático CEJET 9 .6 .2.6 Comparadores de amplificación electrónica 9 .6 .2.7 Comparador electrónico CEJTRONIC 9 .6 .3 Calibres de tolerancia 9 .6 .3 .1 Calibres tampón para agujeros Otros calibres de tole9 .6 .3 .2 rancia para agujeros 9 .6 .3 .3 Calibres fijos para ve rificación de ejes 9 .6 .3 .4 Calibres de tolerancia ajustables para ejes 9 .6 .3 .5 Calibres para roscas 9 .6 .3 .6 Recomendaciones para el uso y mantenimiento de los calibres Aparatos especiales de medida y 9.6.4 verificación Microscopio de taller 9 .6 .4 .1 9 .6 .4 .2 Proyector de perfiles 9 .6 .4 .3 Bancos de medida Equipos de verificación 9 .6 .4 .4 múltiple
262 262 263 263 263 263 264 264 265
8 .5
8 .6
9
10
9.6.4 .5
9 .7
247
9 .8
247 248 249 249 250
9.9
251 253 253 253 255 256 256 256 258 259 259 261
256
9 .10
9 .11
10
266 267 267 267 269 269 269 269 271 271 271 272 272 272 272 272 273 275
11
Máquinas de medición por coordenadas Verificac ón y medida de ángulos 9.7 .1 Uso del goniómetro o transportador 9.7 .2 Medición trigonométrica de ángulos Medición y verificación de conos 9 .8 .1 Medición y verificación de la conicidad 9 .8 .2 Medición y verificación del diámetro del cono Medición y verificación de roscas Control del paso 9 .9 .1 9 .9 .2 Control del perfil de la rosca 9 .9 .3 Medición del diámetro de flancos 9 .9 .4 Verificación con calibres-patrón Medición y verificación de engranajes cilíndricos 9 .10 .1 Medición del espesor del diente 9 .10 .2 Comprobación del perfil del diente 9 .10 .3 Comprobación del paso circular 9 .10 .4 Comprobación de la desviación angular 9 .10 .5 Medición directa de paso 9 .10 .6 Paso base . Espesor base . Medidas fundadas en el paso base 9 .10 .7 Comprobación de la concentricidad 9 .10 .8 Comprobación de la orientación del diente 9 .10 .9 Control del diámetro primitivo Compro ación de máquinas' herramientas 9 .11 .1 Comprobación de un torno 9 .11 .1 .1 Verificación del husillo 9 .11 .1 .2 Verificación de la contrapunta 9 .11 .1 .3 Otras verificaciones
Sistemas de a uste . Tolerancias de roscas y engranajes 10 .1 Intercam iabilídad 10 .2 Sistema de ajustes y tolerancias ISO 10.2 .1 Sistema de eje-único o eje-base 10.2 .2 Sistema de agujero-único o agujero-base 10.2 .3 Elección del sistema de ajustes 10.2.4 Selección de ajustes 10 .2 .5 Elección del tipo de ajuste según las aplicaciones Diferenc as admisibles para medidas sin 10 .3 indicaci n de tolerancias 10 .4 Sistema de tolerancias para la rosca métrica ISO 10.4 .1 Calidades de tolerancia Posiciones de tolerancia 10.4 .2 10.4 .3 Combinaciones de calidades y posiciones de tolerancias Designación de la tolerancia 10.4 .4 Toleranc as para engranajes 10 .5 10.5 .1 Tolerancias sobre el diámetro exterior 10.5 .2 Tolerancias sobre la distancia entre centros 10 .5 .3 Tolerancias sobre el espesor del diente 10.5.4 Juego entre flancos Mecanismos el torno 11 .1 Torneado 11 .2 Clases e tornos Torno paralelo ordinario 11 .2 .1 11 .2 .2 Torno paralelo de producción
275 275 275 276 279 279 280 281 281 281 281 283 283 283 284 284 285 285 285 286 286 287 288 288 288 289 289 289 290 290 290 290 290 291 291 292 292 292 292 293 293 294 294 294 294 295 295 295 295 295 295
11 .3
12
11 .2 .3 Torno revólver semiautomático 11 .2 .4 Torno copiador 11 .2 .5 Torno al aire 11 .2.6 Torno automático 11 .2 .7 Tornos especiales Torno paralelo 11 .3 .1 Partes principales de un torno paralelo 11 .3 .1 .1 Motor 11 .3 .1 .2 Transmisión de fuerza y movimiento 11 .3 .1 .3 Bancada 11 .3 .1 .4 Cabezal o caja de velocidades 11 .3 .1 .5 Contrapunto o contracabezal 11 .3 .1 .6 Mecanismos para la obtención de avances 11 .3 .1 .7 Husillo de roscar 11 .3 .1 .8 Eje de cilindrar 11 .3 .1 .9 Carros 11 .3 .2 Refrigeración en el torneado 11 .3 .3 Lubricación en el torneado 11 .3 .4 Normas de seguridad 11 .3 .5 Importancia de la manutención del torno 11 .3.6 Precauciones para evitar accidentes
Trabajos en el torno 12 .1 Refrentado 12 .1 .1 Clases de refrentado 12 .1 .2 Herramients de refrentar 12 .1 .3 Montaje de' las piezas para refrentar 12 .1 .4 Formas de efectuar el refrentado 12.1 .5 Velocidad de refrentado 12 .1 .6 Cálculo del tiempo en el refrentado 12 .1 .7 Refrentado en serie 12 .2 Cilindrado 12 .2 .1 Clases de cilindrado 12 .2 .2 Montaje de las piezas para cilindrar 12 .2 .3 Herramientas de cilindrar 12 .2 .4 Puesta a punto del torno para el cilindrado 12 .2 .5 Cilindrado en serie 12 .2 .6 Tiempo de cilindrado 12 .3 Torneado cónico 12 .3 .1 Clases de conos 12 .3 .2 Herramientas para el torneado cónico 12 .3 .3 Montaje de las piezas para el torneado cónico 12.3 .4 Importancia de la colocación de la herramienta 12 .3 .5 Formas de efectuar el torneado cónico 12 .3 .6 Verificación de conos 12 .3.7 Velocidad de corte en el torneado cónico 12 .3 .8 Cálculo del tiempo en el torneado cónico 12 .4 Torneado excéntrico 12 .4 .1 Clases de excéntricas 12 .4 .2 Montaje de las piezas para el torneado excéntrico 12 .5 Roscado en el torno 12 .5 .1 Clases de roscado 12 .5 .2 Sistemas de roscado a torno 12 .5 .3 Cálculo del tiempo de rosca do 12 .6 Torneado de curvas
296 295 296 296 296 296
12 .6 .1
12 .7
297 297 298 300
12.8
303 318
12 .9
320 324 325 325 330 331 332
12 .10
333 333 334 334 334 334 335 335 335 335 337 337 337 337 338 338 338 338 340 340 340 340 340 340 342 343
343 344 344 345 347 347 347 349 349
12 .11
13
Formas de efectuar el torneado de curvas Troceado y ranurado 12 .7 .1 Herramientas de trocear 12 .7 .2 Velocidad de corte en el troceado 12 .7 .3 Avance para el troceado 12 .7 .4 Sentido de rotación de la pieza para el troceado 12 .7 .5 Troceado en serie 12 .7 .6 Precauciones que se deben tener en el troceado 12 .7 .7 Ranurado Moleteado 12 .8 .1 Clases de moleteado 12 .8 .2 Utiles o herramientas de moletear 12 .8 .3 Velocidad de moleteado Taladrado y escariado en el torno 12.9 .1 Sujeción de herramienta para taladrar 12 .9 .2 Movimiento de avance de la herramienta 12 .9 .3 Precauciones para el taladrado a torno 12 .9 .4 Escariado en el torno Accesorios aplicables a los tornos 12 .10 .1 Aparato para rectificar en el torno 12 .10 .2 Dispositivo para tornear levas 12 .10 .3 Aparato para destalonar 12 .10 .4 Aparatos para fresar en el torno 12 .10 .5 Aparatos para fresar roscas en el torno Otros rabajos especiales 12 .11 .1 Repulsado o repujado a torno 12 .11 .2 Fabricación de muelles y resortes 12 .11 .3 Roscado cónico
Procedimien os y cálculo de roscado en el torno 13 .1 rísticas del roscado a torno 13 .2 CaracteCálculo de las ruedas para roscar en el torno 13 .2 .1 Regla general para el cálculo de las ruedas de roscado 13 .2 .2 Serie ordinaria de ruedas intercambiables de que disponen los tornos 13 .2 .3 Reducción de milímetros a pulgadas o de pulgadas a milímetros (valores aproximados) 13 .2 .4 Valores aproximados de 7r para pasos modulares 13 .2 .5 Pasos periódicos 13 .2 .6 Construcción de pasos inexactos 13.2 .7 Utilización de la caja de avances para pasos no tabulados 13 .2 .8 Roscado transversal 13 .3 Procedicarro mientos para el retorno rápido del en las sucesivas pasadas durante el roscado 13 .3 .1 Retorno del carro tomando referencias 13 .3 .2 Retroceso rápido por medio del dial indicador 13 .4 Roscas e varías entradas . División del paso 13 .4 .1 División del paso por rotación de la pieza 13 .4 .2 División del paso desplazando longitudinalmente la herramienta 13 .4 .3 División del paso por medio del dial indicador 13 .4 .4 Otros sistemas de división del paso 13 .5 Práctica del roscado triangular en el torno
350 351 351 352 352 352 352 352 352 353 354 354 354 354 354 354 355 355 355 355 355 355 356 356 356 357 357 357
358 358 358 358 359 359 360 361 362 365 365 366 366 368 369 369 370 370 371 371
13 .5 .1
13 .6
13 .7
Roscado triangular por penetra ción normal 13 .5 .2 Roscado triangular por penetración normal y desplazamiento lateral 13 .5 .3 Roscado triangular por penetración oblicua 13 .5 .4 Roscado triangular por encima del centro 13 .5 .5 Roscado interior Construcción de roscas cuadradas 13 .6 .1 Pequeños pasos, iguales o inferiores a la cuarta parte del diámetro medio de la rosca 13 .6 .2 Pasos mayores pero inferiores al semidiámetro medio de la rosca 13 .6 .3 Pasos grandes, superiores al semidiámetro medio de la rosca Construcción de roscas trapeciales 13 .7 .1 Pasos pequeños (p < 4 mm) 13 .7 .2 Pasos medianos
371 372
13 .8
375 376 376 378 378 378
379 380
14
Tornos especiales 14.1 Torno vertical 14 .2 Torno al aire 14.3 Torno copiador 14 .4 Torno revólver 14 .5 Tornos revólver automáticos 14 .6 Tornos automáticos
381 381 383 383 385 387 387
15
Procesos de mecanizado en el torno 15 .1 Proceso de mecanizado 15 .2 Principios generales de análisis de los procesos 15 .3 Definición de conceptos básicos 15 .4 Proceso de mecanizado de diversas piezas 15 .5 Comparación entre un proceso unitario y otro serie 15 .6 Fases de mecanizado . Hoja de instrucciones
389 390
372 373 375 375
13 .7 .3 Pasos grandes Roscado de visinfines
390 391 391 393 398
Tema 1 .
Conocimiento de la materia
OBJETIVOS - Dar una base teórica de la constitución de la materia para aplicarla al conocimiento de materiales . - Estudiar las formas de enlace entre átomos, fundamentalmente en los metales. - Estudio elemental de la cristalografla aplicada a metales y aleaciones . - Estudiar las bases fundamentales para el trazado del diagrama de equilibrio . - Interpretar y utilizar los diagramas más característicos. EXPOSICION DEL TEMA El estudio clásico de los materiales estaba basado en la práctica y la experiencia ; no existía una ciencia de materiales ni una teoría donde apoyarse, que explicase científicamente las leyes experimentales . La ciencia de los materiales comienza a partir de la teoría atómica de Bohr, con la cual se pueden explicar los enlaces y la estructura cristalina de los materiales . La ciencia de los materiales se complementa también con otras ciencias, tales como la Termodinámica que, mediante el conocimiento de los sistemas de fases y condiciones de equilibrio, abre paso al estudio de las transformaciones en los tratamientos térmicos, y la Resistencia de Materiales que, al establecer los conceptos de tensión y deformación, y la relación entre ellos, permite explicar el comportamiento de los materiales en los procesos industriales de conformación. 1 .1
Constitución de la materia
El comportamiento y propiedades de un material son consecuencia de su constitución y su estructura. La constitución comprende las partículas elementales, átomos y moléculas así como el modo de estar unidos (enlaces) . La estructura de un material se refiere a las diversas formas que pueden tomar los cristales en procesos industriales de conformación y tratamiento, como laminación, forjado, fundido, maquinado, temple, recocido, etc. 1 .1 .1
Partículas elementales Se llaman partículas elementales las que componen o forman el átomo (electrón, protón, neutrón, positrón, deuterán, fotón, mesones, etc ., son las más importantes) . 13
1 .1 .1 .1
Características de las partículas elementales
Las principales son : masa, carga eléctrica y promedio de vida o vida medía (tabla 1 .1) . Tabla 1 .1
Características de las partículas elementales principales
Nombre Electrón Protón ,H' Antiprotón Neutrón Antineutrón Positrón Partícula a 1'I
Carga
Masa *
-- e + e - e 0 0 + e + 2e
1 1836 1836 1837 1837 1 7270
Promedio de vida Estable Estable 15 minutos Estable Estable
Referida a la del electrón_
1 .2
Atomo
En un estudio elemental, el átomo se puede considerar formado por un núcleo (protones y neutrones), donde se concentra la masa con carga positiva ; y la corteza, formada por electrones con carga negativa y prácticamente sin masa . Si el átomo no está excitado, eléctricamente es neutro ; es decir, el número de electrones de la corteza es igual al número de protones del núcleo . 1 .2 .1
Núcleo
1 .2 .2
Electrones periféricos
El diámetro del núcleo es, según Rutherford, de 10 - ' 2 cm como máximo . estructura interna, en realidad, no se conoce exactamente . Se sabe que está Su formado por protones de carga positiva que corresponde al número atómico (número de orden del sistema periódico), y neutrones que son eléctricamente neutros . El número de protones es lo que caracteriza a un elemento . Si varios átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones y distinto número de neutrones, se denominan isótopos ; las propiedades químicas de los isótopos son similares (fig . 1 .2) ; los isótopos ocupan el mismo lugar en la tabla periódica .
22
IONe Fig.
1 .2
f0 Ne los isótopos .
Similitud de
En los problemas técnicos normales, lo que realmente interesa no es el núcleo, sino los electrones periféricos, porque de su comportamiento dependen las propiedades físicas y químicas . En las transformaciones, los electrones exte riores tienen cambios energéticos ; pueden tener diversos niveles, es decir, estar más o menos alejados del núcleo . La excitación de un átomo supondrá una aportación de energía ; en consecuencia, los electrones periféricos pasan de un nivel inferior a otro superior más externo; por eso, al calentar un cuerpo se dilata ; inversamente, si hay emisión de energía, los electrones exteriores pasan de un nivel superior a otro inferior ; por eso, al enfriarse los cuerpos se contraen . En la figura 1 .3 se muestra un esquema del átomo (A) ; los electrones exteriores pueden pasar de un nivel a otro ; al excitar el átomo, es decir, al darle energía, se observan en el electroscopio diversas rayas ó espectros, que corresponden a los diversos niveles.
1 .3
Sistema periódico de los elementos
La ordenación de los elementos, basada en su estructura electrónica, es decir, en orden del número de protones o de electrones, ha dado origen al llamado sistema periódico de elementos. El primero en conseguirlo fue Mendelejeef, al ordenar los elementos por su peso atómico (fig . 1 .4) .
e Fig. 1 .3
Atomo : A, esquema ; B, vista del electroscopio .
Las propiedades químicas y físicas de los elementos son función del número atómico, no de la masa atómica. Las líneas horizontales se denominan periodos y las verticales grupos . Se llama sistema periódico porque las propiedades químicas se repiten periódicamente (columnas verticales) ; los grupos o columnas verticales tienen una estructura electrónica exterior similar; por eso sus propiedades físicas y químicas son semejantes . Los gases nobles son inertes, no reaccionan con ningún elemento ; el último nivel de estos gases tiene ocho electrones y se considera completo . En cualquier elemento el número máximo de electrones que puede tener el último nivel es de ocho .
14
CLASIFICACIÓN
la
Grupos :
2a
3.
4.
Sa
H
_-
9.0122
11
; 12
U.~ 24 .312 19 20 é 21
; K ° Ca ' Sc
N
39.1 02
40.08
37 5s 4d 5p
O
6s(4l)5d 6p P
; 22
; 39
R6 'é Sr
"
é 5771
36
56
; 28
7
;,41
é 42
; 43
; 44
°
45
é46
; 47
2
; 74
73
99
Hf4áTa
178.
Ac
°, 226
; 27
i 227
76
172 .90_5
é 77
'°05 186 .2 7 190.2 'de
: 78
29
Ca '°
6b
No .
12.01115
10.811
13
7b
107.870
O
N
14,9de
1922
195.09
196-961
He ,.
9F
s
; 14
15.9991
é 15 °
, 10 Ne
,8.9981
U .37
7
é
In
112.40
114_8_2
é 80
1
s9 .r2
49
; 81
72.55
7
174.9216
s Br
I l.
:
ó 82
;183
,
11869
78.96
,
51
20.183
1
S6
121.75
127.60
Kr
"
71505
e.eo ; ~¡ Xe +?
52 ; 53 Te I
1126.9044
; 84
131 .30
; 85é 86
Pt A17 á H
transición
ob
2
eta) s
Zn ' Ga'~ Ge'"iA5's Se
48
3
A 9" Cci 1
¡ 79
r,r b
2 16 ; 17 ; 18 Al' Si P ` S ' CC' A,' MSBI5 28-~ 30.9738 32 .a4 35.453 39.914 - 34 g 30 - ;'31 á 32 - ' 33 SS-5 36 . S
63.54
Pd ~°
106.4 _
Ir #;
Re
;,7
71 80.948`°183.8W 7 5
Elementos
R-h "
Ra ~$
101 .07
C
,
B
_
á 26
72
é 88 é 89-103 Ra
Fr =é
5
V = Cr " ~Mn'~ Fe ' 51_556_ 6ls3at s17 .j 58.9772 Ni 58.1
_50._54_2
46
¡
Y ; Zr z Nb :i Mo ~; Tc'" ' 91 .22 92 .906 95.94
8_7_.6_2_ _88.905 7
223
1VIO
; 25
7
; 40
55
87
ELEMENTOS .
26
Ew- .
; 24
47 .90
C5 B a ~l2 La 132.905 137.31 138.91
7, (Sl)6dZp Q
16
Óa
atómico
ói23
Ti
N.956
é 36
95-7
LOS
Paso
-
Na 'M g '
4s 3d 4p
DE
Elemento
Be
6.939
35 3p
7.
at~m ;
l" i
1
6a
Iv
, .00791 2, 2p
PERIÓDICA
°; TI =ñ P64éi Bi ;l Pa ~I At'; Rn s 2I0 ' 2W3y_1s 201.37 _20719 'I208 .980s 210 212
-
Elementos de transición
interna ~a,'',(;e,'~ P7'
lontánidos 4f Actínidos 5(
Fig . 1 .4
1 .3 .1
Tabla periódica de los elementos .
Metaloides
Los o' no
elementos con tendencia a
metales
Se
átomo
1 .3 .2
de
cargas
elementos
general,
son
porque
de
positivas.
cargas
En la figura trón, le será
con
el
pueden
grupo
último
un
electrón
denominan metaloides
electricidad .
nivel
adquirir
7b,
electrones
llamados
poseen
átomo de flúor; por tener en
siete la
hueco I+I
(cargas
halógenos ;
son
electrones .
última capa o nivel siete
para completar los ocho, que no
negativas se
tendencia
buenos
positivos
Fig.
1.5
Atomo
de
flúor.
sodio,
ceder siete.
llama ion negativo .
a
conductores
fácilmente
pueden
ceder
electrones
de
electricidad
la
ceder
Los más positivos son
se
electrones
los del
denominan
y del y
grupo
calor.
quedan
última
átomo, con exceso
de
metales ;
Se
llaman
con
l a llamados
1 .6 se muestra un átomo de sodio; por tener en la
más fácil cederlo que captar siete. El
llama ion positivo,
1 .4
la
fácilmente
son los del
en
más fácil captar
electrones se
de
Metales
Los en
porque
1,5 se muestra un
exceso
captar
conductores
más negativos
será
con
malos
químicamente ;
la figura
electrones, le
son
negativos,
los
muy activos En
y
llaman
negativas) ;
El
Ae ` Th 'J Pa '1Y
capa
exceso
alcalinos.
un solo elec-
cargas positivas,
se
Enlace
Se
denomina
enlace
sistencia y dureza
de
un
la
manera
cuerpo
en
que se
dependen
de
unen
los
átomos
las fuerzas
de
entre sí ;
enlace ;
si
el
la
Fig,
1 .6
Atomo
de
Fig.
1.7
Enlace
fónico :
re-
acero
es resistente y duro, es porque las fuerzas de unión entre sus átomos son grandes .
1 .4 .1
El
Enlace
fónico
enlace
fónico
iones de de
sodio, Las
atraen
(fig .
de
sodio,
el Un
más sencillo
y
fácil
de
ejemplo característico
comprender ;
de
enlace
se
fónico
forma es
el
entre
cloruro
1 .7) .
atracción,
enlace . El Na
por el
es
carga.
CINa
fuerzas
fuerzas de dido
distinta
entre
iones de
signo
contrario,
cede un electrón quedando ionizado
quedando
por fuerzas eléctricas .
también
ionizado
CI -;
son
electrostáticas,
llamadas
Na 1- y el Cl capta el electrón
los iones cargados
de
distinto
ce-
signo se
15
Cl
Na,
1 .4 .2
Enlace covalente
El enlace covalente se produce cuando se unen químicamente elementos que no son metálicos. En el enlace covalente no hay transferencia completa de electrones desde un átomo a otro, pero sí una penetración mutua de las órbitas de los electrones de la última capa, compartiendo un par de electrones que quedan resonando entre ambos núcleos, es decir, formando una nube electrónica común (fig . 1 .8) . La unión con enlace covalente es muy íntima y fuerte, es decir, proporciona fuerzas atractivas intensas entre los átomos que une . La dureza del diamante se debe al enlace covalente entre átomos de carbono . después del enlace
antes del enlace
Fig.
1 .8
Enlace covalente .
1 .4 .3
Enlace metálico
Los metales tienen algo característico como es el brillo metálico, el color gris, blanco o amarillo ; son buenos conductores del calor y de la electricidad ; tienen una estructura cristalina poliédrica, cuyos cristales se pueden deformar sin romperse ; a esto se debe su maleabilidad y ductilidad. El enlace metálico participa del iónico y covalente; se caracteriza porque sus electrones de valencia están muy sueltos y tienen una libertad relativa para desplazarse en los átomos . Si los átomos no están excitados exteriormente, mediante energía eléctrica o calorífica, los electrones se mantienen oscilando en sus posiciones de equilibrio (fig . 1 .9) . Estos electrones libres, al igual que las moléculas gaseosas, se mueven por la red cristalina, formando una nube electrónica común, que une a todos los iones positivos ; el brillo característico de los metales se debe a esa nube de electrones libres . La luz y el calor pueden provocar una emisión de electrones en los metales, sin alteración de los mismos .
Fig . 1 .9
Enlace metálico,
1 .5
Estado cristalino
En algunos cuerpos, el paso de líquido a sólido se hace bruscamente, en determinadas condiciones de temperatura y presión, apareciendo el estado cristalino . En Química se consideran sustancias sólidas solamente las crista linas; el otro estado es el vitreo, que se caracteriza por una solidificación progresiva, que da lugar a una estructura amorfa . En el estado cristalino, al solidificarse la sustancia, sus átomos se agrupan ordenadamente originando formas poliédricas, llamadas cristales . Cada sustancia cristaliza en una forma característica que permite identificarla . En el estado vítreo los átomos se agrupan desordenadamente . Fig . 1 .10
Cristales metálicos,
cúbico
simple
centrado en las caras romboódrico hexagonal
1 .5 .1
- Cristales fónicos. Su característica es la dureza y la fragilidad ; funden a elevada temperatura ; su conductividad eléctrica es mediana . Ejemplo de cristal fónico es la sal común (Cl Na) . - Cristales covalentes. Su característica principal es la elevada dureza y fragilidad, considerándose indeformables ; son malos conductores de la electricidad . Ejemplo característico de cristal covalente es el diamante (carbono puro cristalizado) . - Cristales metálicos. Se caracterizan por ser blandos y fácilmente deformables ; son opacos y buenos conductores del calor y de la electricidad . Se llama sistema cristalino a la forma geométrica que forma el conjunto ordenado de átomos, iones o moléculas (fig . 1 .10) . La mayoría de los metales y aleaciones pertenecen a los sistemas cúbico, hexagonal y romboédrico (fig . 1 .11) .
1 .5 .1 .1
centrado
Fig .
1 .11
Sistemas cle cristalización,
Sustancias cristalinas
Su característica fundamental es que los átomos, iones, moléculas o conjunto de moléculas se unen ocupando posiciones geométricas en el espacio. Cada sustancia tiene una posición geométrica diferente, llamada cristal o red cristalina .
Isomorfismo. Polimorfismo. Alotropla
Dos o más sustancias se llaman isomorfas, cuando sus cristales tienen la misma forma poliédrica . 16
Una sustancia se llama polimorfa cuando se puede presentar en dos o más formas cristalinas . Alotropía, es la polimorfía referida a los elementos químicos o sustancias simples. El paso de un estado alotrópico a otro se realiza a temperatura y presión fijas, con desprendimiento o absorción de energía. Los estados alotrópicos se designan con las letras : a. (alfa), (P (beta), y (gamma), 8 (delta) en orden creciente a su temperatura. La mayor parte de los metales presentan estados alotrópicos . La temperatura de transformación se llama punto critico. 1 .5 .1 .2
Fig. 1 .12
Red cúbica centrada (c. c .
Estado metálico
Los metales poseen unas cualidades especiales, cuya utilización es la base de todos, o casi todos, los procesos industriales . Las principales características macroscópicas de los metales son las siguientes : - Son opacos ; si bien en láminas muy finas pueden ser traslúcidos .
- Los metales tienen un brillo característico cuando las superficies están pulidas . - El color de la mayoría es blanco, gris o grisáceo, excepto el cobre que es rojo y el oro, amarillo . - Los puntos de fusión son muy variados, de -39,5 °C del mercurio a 3 000 ~C del osmio y wolframio . A temperatura ordinaria, todos son sólidos a excepción del mercurio . - Son buenos conductores eléctricos y térmicos ; a temperaturas próximas a -273 °C la conductividad eléctrica es máxima . - La densidad es muy variada, de 0,53 del litio a 24,48 del osmio . - La maleabilidad y ductilidad son unas de las cualidades más importantes de los metales, ya que permiten cambiarlos de forma sin romperlos .
Fig. 1 .13 Red cúbica de caras cen tradas (c. c. c.J .
1 .5 .1 .2 .1
Redes cristalinas de los metales Debido a las fuerzas de enlace metálico, los átomos se agrupan para formar redes o mallas cristalinas . Las redes cristalinas más importantes son : cúbica centrada (c . c.), cúbica de caras centradas (c, c. c.) y hexagonal.
Fig . 1 .14 gonal .
En la red cúbica centrada los átomos ocupan los vértices del cubo y el centro del mismo (fig . 1 .12) . Los metales que cristalizan en red cúbica centrada son los siguientes : Li, Na, K, Ba, Ti, V, Cr, Mo, Fe y W . En la red cúbica de caras centradas, los átomos se colocan en los vértices del cubo y en el centro de las caras del mismo (fig . 1 .13) . Los metales, que cristalizan en esta red, son los siguientes : Ca, Al, Fe, Co, Ni, Pt, Cu, Ag, Au y Pb . En la red hexagonal, los átomos ocupan los vértices del prisma hexagonal y el centro de las bases del mismo (fig . 1 .14) . Los metales, que cristalizan en esta red, son : Be, Mg, Zn, Ti, Co y Zr .
1 .5 .1 .2 .2
Cristalización de los metales y aleaciones La cristalización de los metales y aleaciones se realiza por un proceso de solidificación . En los metales puros la solidificación se hace a temperatura constante (fig . 1 .15) . Sin embargo, en determinadas condiciones, se puede producir el fenómeno de subfusión (fig . 1 .16), es decir, se mantiene la masa líquida por debajo de la temperatura del punto de fusión . El estado de subfusión es inestable y con cualquier agitación se solidifica toda la masa desprendiendo calor .
El proceso de cristalización se regula por la velocidad de nucleación (V n ) (fig . 1 .17), o sea, la cantidad de cristales que se forman en la unidad de tiempo ; y por la velocidad lineal de cristalización (Vc ) (fig . 1 .18), aumento de longitud por unidad tiempo . Cuando V n y V. coinciden en sus máximas, la cristalización es fácil y es propia de los metales y aleaciones ; cuando Vn y V. no coinciden, se trata de materiales vítreos .
Red hex¿
a tiempos
Fig, 1 .15 Diagrama de solidificació de metales puros : T s, temperatura d fusión .
Ts ñ Tb E
tiempos
Fig. 1 .16 Fenómenos de subfusión Ts, temperatura de fusión; Tt tem peratura de subfusión. cristal
velocidad de nucleación
Fig. 1 .17 Velocidad de nuclea ción,
velocidad línea¡ de cristalización
Fig. 1 .18 Velocidad de cristalización .
17 2.
Tecnologiá 2 .1 .
1 .5 .1 .3
Fig . 1 .19
Dendritas.
Solidificación de metales puros
Al pasar una masa de metal líquido al estado sólido con enfriamiento uniforme, la red cristalina se va formando a partir de un núcleo central alargado sobre el que van apareciendo otros núcleos en planos perpendiculares, llamados dendritas, sobre los cuales se edifica la red (fig . 1 .19) ; las dendritas son propias de metales dúctiles y maleables. Si la superficie del metal se pule y ataca con un reactivo apropiado y se observa al microscopio, se pueden apreciar los bordes de los granos en forma poligonal (fig . 1 .20) . 1 .5 .1 .3 .1
Aleaciones
Los metales químicamente puros tienen poca aplicación en la industria porque son difíciles de obtener y muchas de sus propiedades no satisfacen las exigencias técnicas requeridas . La conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión aumentan con la pureza del metal. Si a un metal se le adiciona otro metal distinto, forma una aleación . Las propiedades mecánicas de la aleación, como la tenacidad y dureza, quedan muy mejoradas . Las aleaciones pueden formar un sistema binario, por ejemplo, acero al carbono (Fe, C) ; algunas aleaciones pueden tener hasta siete elementos, por ejemplo, aceros rápidos (Fe, C, Co, W, Cr, V y Mo) . x 100
Fig . 1 .20 Forma polígona! de una superficie metálica vista al microscopio .
1 .6
Disolvente y soluto
Dos o más elementos son solubles cuando pueden formar parte del mismo edificio cristalino en estado sólido . Se llama disolvente al que entra en mayor proporción y soluto al que entra en menor proporción . En el caso de que los elementos solubles no tengan la misma red cristalina, se considera como disolvente el que conserva su red; aunque esté en menor proporción . La solubilidad en estado líquido, normalmente es posible en cualquier proporción de los componentes ; al solidificarse pueden producirse transformaciones, dando origen a fenómenos complejos, como reacciones químicas, con la aparición o desaparición de compuestos químicos y transformaciones alotrópicas .
1 .6 .1 " =Zn
o=Cu Fig. 1 .21
a E m
Solución de sustitución,
Soluciones sólidas
Las aleaciones metálicas son soluciones sólidas entre dos o más elementos. Según se dispongan los átomos del disolvente y soluto, se pueden obtener varios tipos de solución . Se llama solución de sustitución cuando los átomos del disolvente y soluto tienen una red cristalina similar y los dos forman parte del mismo edificio cristalino (fig . 1 .21) . Se llaman soluciones de inserción cuando el átomo del soluto es muy pequeño y se sitúa en el interior del cristal del disolvente . En la figura 1 .22 se presenta un caso límite de diámetro máximo posible para formar la inserción . La curva de solidificación de una aleación es distinta a la de un metal puro (fig . 1 .23) ; como puede observarse, la solidificación tiene lugar entre las temperaturas T s y Tb.
líquido
TS
intervalo de solidificación
Tb sólido
tiempos
Fig . 1 .23
Curva de solidificación de una aleación.
Fig . 1 .22 Solución de inserción ; caso límite,
1 .6 .2
Fase
Es una o cada una de las porciones físicamente homogéneas de un sistema . La fase puede ser sólida, líquida y gaseosa. 1 .6 .2 .1
Grados de libertad
Es el número de condiciones, temperatura, presión, concentración, etc ., que pueden modificarse libremente . 18
1 .6 .2 .2
Regla de las fases
En un sistema heterogéneo en equilibrio, el número de fases F más los grados de libertad L es igual al número de componentes C más 2:
1 .7
Diagramas de equilibrio de una aleación y trazado de los mismos
En una aleación metálica los factores que intervienen en la transformación son la concentración y la temperatura. La representación gráfica de dichas transformaciones se llama diagrama de equilibrio . 1 .7 .1
Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado sólido y liquido
Se considera una aleación binaria de componentes A y B, que son totalmente solubles en estado líquido y sólido . El diagrama de equilibrio tiene que representar todas las aleaciones que se pueden formar con A y S, desde un 100 % de A y un 0 % de B, hasta un 100%de8yun0%deA . Para trazar el diagrama de la figura 1 .24C, se procede como sigue : Se elige un número de aleaciones con distintos porcentajes de A y B. Una a una, se funden y se dejan enfriar lentamente, registrando en un gráfico temperaturatiempo los puntos críticos de cada una (fig . 1 .24A) . Los puntos 1 de cada curva corresponden al comienzo de la formación de cristales de la aleación correspondiente (principio de solidificación), y los puntos 2, a la formación del último cristal (final de solidificación). 2.° Se llevan estos puntos (temperatura) al gráfico temperatura-concentración (figura °1..24B) colocándolos en la vertical de la aleación correspondiente. 3.° Se unen con una línea todos los puntos 1, y con otra, todos los puntos 2, teniendo así la figura 1 .24C, que es el diagrama de equilibrio de la aleación A-B. 1 .1
t
2
y
r
1
2
1
2
2
A
tiempos
B
2
tiempos
Fig, 1.24 Diagrama de equilibrio : A, diagrama de enfriamiento ; B, diagrama temperaturaconcentración ; C, diagrama de equilibrio, 1 .7 .1 .1
Significado de las líneas en estos diagramas La línea que une todos los puntos (1), donde empiezan a formarse los cristales, línea que separa la fase líquida del resto del diagrama, se llama línea de líquidos . Por encima de esta línea todas las aleaciones estarán fundidas . La línea que une todos los puntos (2), en las que se han formado los últimos cristales quedando toda la rnasa solidificada, se llama línea de sólidos . Por debajo de ella, todas las aleaciones estarán completamente solidificadas . En este diagrama se puede saber cuál es la temperatura a la que empiezan a fundirse las aleaciones y aquella otra a la que estarán completamente fundidas. Para ello, basta trazar una línea vertical por el punto correspondiente a la concentración que interesa (línea m-n de la figura 1 .24C) ; los puntos donde corta a la línea de sólidos y a la de líquidos, dan en la escala de temperaturas los valores pedidos : Ts y TL . También podría servir para determinar qué composición debería tener una aleación de los elementos A y B para que funda a una temperatura determinada . 19
Ejemplo
Se quiere saber cuál es la concentración de la aleación A-B de la figura 1 .24C que empieza a fundir a 1 025 OC . Solución : En la figura, se busca en la escala de las temperaturas la de 1 025° y se traza una horizontal hasta la línea de sólidos ; por el punto XS se traza una vertical hasta la escala de las concentraciones ; el resultado es : X = 87 % de elemento A y (100 - X) del B, es decir, la aleación AB 87-13 .
1 .7 .1 .2
Significado de las zonas de estos diagramas
Las líneas de sólidos y de líquidos dividen todo el diagrama en tres zonas o campos ; dentro de cada uno de ellos toda la aleación está formada por las mismas fases. En cada punto de la zona, cada fase está perfectamente definida . Así, en la figura 1 .25, cualquier punto de la zona L representa una fase única : líquido homogéneo de concentración, la de la aleación correspondiente y más o menos fluido, según esté más o menos alejado de la línea de líquidos . En la zona S también hay una sola fase : la sólida, de concentración igual a la de la aleación correspondiente . Las características mecánicas dependerán de la temperatura a que se encuentren, En la zona comprendida entre las líneas de líquidos y de sólidos hay dos fases : fase líquida y fase sólida . Las cosas aquí ya no son tan sencillas : la concentración depende de la temperatura . Se puede analizar lo que sucede con una aleación de 70 % de A y 30 % de S . Para ello se eligen algunas temperaturas a lo largo de la línea . 1 .° Se traza una vertical a-e por la concentración A-B 70-30 . 2 .° Por debajo de bs todo está en fase sólida y de concentración AB 70-30 . a ro zo so
OS = 100 - QL
que, sustituido en [1], se tiene : QLELc = (100 - QL) -
ccs
Desarrollando y despejando QL se tendrá : QLCCC = 100 CCS - QLCCS QLCCC + QLCCS = 100 CCS QL (CLC + CCS) = 100 CCS QL
__
100
ccs
-
cLc + CC S
_
Y sustituyendo en [3] : Os = 100 - QL
20
=
100
-
100
ccs_
CLCS
-
100
eLe
-
CLCS
= OS
sustituyendo en [4] y [5] los valores de los segmentos medidos en el diagrama se tendrá : QL
=
=QS =
100 x 8,5 44
= 21,25 % de líquido
100 x 35,5 44
88,75 % de sólido
Para otro punto cualquiera n, también se tendrá de la misma manera : la fase líquida nL = 40%deBy60%deAypara la fase sólida ns=10%de8y90%deAylas cantidades relativas : QL =
100 x 17,5 28
= 62,5 % de la fase líquida
OS =
100 x 10,5 28
= 37,5 % de la fase sólida
Véase cómo se cumple también esta deducción para los puntos b s y dL : Para b S , la fase importante es la sólida ya que la líquida es incipiente . Para la fase líquida la concentración es bL = 28 % de A y 72 % de B ; a la fase sólida le corresponde la misma concentración de la aleación : 70 % de A, 30 % de B ; y los contenidos son según las fórmulas [4] y [5] : QL
__
QS =
100 - cC-S CLCS 100 -
__
-L c
-
CLCS
100 x 0 40 100 x 40 40
= 0 °/° = 100
como debía ser. Para el punto dL la fase importante es la líquida, ya que la sólida es simplemente de trazas residuales : d L = 70 % de A y 30 % de B ; d S = 7 % de B y 93 % de A y las cantidades : QL = QS
=
100 x 22 22 100 x 0 22
= 100 % de fase líquida = 0 % de fase sólida
En la zona de fase (S + L), el estado del conjunto será más o menos pastoso según la temperatura . 1 .7 .2
Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido
Para trazar el diagrama de una aleación de este tipo se elige un número determinado de aleaciones con distintos porcentajes de los elementos y se representan sus curvas de enfriamiento en el diagrama temperatura-tiempo (fig . 1 .26A) . Las curvas I y VI corresponden a los elementos puros.
En ellas, desde que empieza a formarse la primera partícula sólida, punto 1, hasta que toda la aleación está solidificada, punto m, la temperatura permanece constante . Las otras curvas resultan más complejas ; así en la curva ll, al llegar al punto 1, empiezan a formarse cristales del elemento A, hasta llegar al punto 2 . Desde 1 a 2 la parte líquida va empobreciéndose de componente A, por tanto, enriqueciéndose del B . Al llegar a 2, se mantiene la temperatura constante mientras se van formando
Em
tiempo
B
concentración
Fig . 1 .26 Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido : A, curvas de enfriamiento ; B, diagrama de equilibrio. 21
cristales del componente A y del componente B ; estos cristales de A y B son muy finos e íntimamente mezclados formando cristales mayores mixtos . Cuando ya no queda más líquido vuelve a descender la temperatura . Con las curvas IV y V pasa algo semejante, pero con la particularidad de que en los puntos 1 empiezan a formarse cristales del componente B, y al llegar a 2, empiezan a solidificarse a la vez cristales de A y B, en las mismas condiciones que en II . Si se van haciendo pruebas con aleaciones intermedias entre 11 y IV se encontrará con una como la III, en la cual desaparece la zona de formación de cristales puros . No hay formación de cristales hasta llegar a 2 y se mantiene a igual temperatura hasta la total solidificación . Los cristales formados son iguales a los formados en las curvas II, IV y V en su último intervalo 2-3 . La simple observación de estas curvas lleva a la conclusión de que en todas las aleaciones de A y B, sea cual sea su concentración, la temperatura a la que acaban de solidificar es la misma . Luego se verá la importancia de este fenómeno . Llevando estos datos a un sistema de temperatura y concentración y uniendo los puntos de iguales características, los 1, los 2 y los 3, resulta el diagrama de equilibrio de la figura 1 .26[3 .
1 .7 .2 .1
Significado de las líneas de este diagrama
La línea que une los puntos donde empieza la formación de los primeros cristales es la línea de líquidos. Por encima de ella todas las aleaciones están en estado líquido . La línea que une todos los puntos donde terminan de formarse todos los cristales es la línea de sólidos. Por debajo de ella todas las aleaciones están en estado sólido . Con estos diagramas, igual que con los anteriores, podremos saber los puntos de fusión y solidificación de cualquier aleación ; o también determinar cuál debe ser la composición para que funda a una temperatura determinada . Y lo que suele resultar más interesante es saber cuál es la aleación de punto de fusión más bajo, a la cual se llama aleación eutéctica. En la figura 1 .26A corresponde a la aleación 111 . 1 .7 .2 .2
Significado de las zonas del diagrama
La línea de sólidos y de líquidos *divide todo el diagrama en cuatro zonas o campos ; dentro de cada una de ellas toda aleación está formada por las mismas fases y en cada punto de esas zonas cada fase está perfectamente definida . Así, en la figura 1 .27A, cualquier punto de la zona L representa una fase única : líquido homogéneo de concentración de la aleación correspondiente más o menos fluido, según esté más o menos alejado de la línea de líquidos . En la zona L + A existen dos fases bien definidas : una de líquido y otra de cristales de la aleación A . Véase qué pasa con una aleación de menor contenido de B que la aleación eutéctica, por ejemplo la representada por la línea a-d : 1 .° En el punto a, como ya se ha dicho, todo el líquido es de concentración AB 70-30, que es la de la aleación . 2 .0 En el punto b L, empiezan a formarse las primeras trazas de cristales de A . La concentración de la fase líquida es de AB 70-30 y la correspondiente a los cristales, la del punto b g , que es AB 100-00 . 3 .° En el punto n se tienen cristales de concentración ng = AB 100-00 y líquido de concentración n L = AB 64-36 . Las cantidades relativas de cada fase se obtienen estableciendo la misma proporción que antes y despejando : QA - nsn =
QL . nL
[6]
como : QA + QL = 100
[7]
se tiene igual que se hizo en el apartado 1 .7 .1 .2 .
QL = 70 30
Fig. 1,27A
60 40
34 66
y
Zonas del diagrama de equilibrio.
22
100 - ngn nSnL
[8]
sustituyendo en [8] y [91 los valores de los segmentos, se tendrá : QL =
100 x 9 14
= 64,28 % de la fase líquida
os =
100 x 5 14
= 35,72 % de la fase sólida
4 .° En el punto d, se tienen cristales de concentración ds = AB 100-00 y el resto será líquido cuya concentración es la del punto c ; es decir, el de la aleación eutéctica d L = AB 60-40 . La cantidad del líquido QL valdrá :
100 x 9 19
= 47,36
100 x 10 19
= 52,64
QL = de fase líquida . OS =
de fase sólida de cristales del componente A . 5 .° A partir del punto d hacia abajo, las aleaciones están formadas por los cristales de A, formados entre b L y d (llamados cristales primarios de A) y de cristales mixtos de B y A (estos cristales de A se llaman secundarios) . Las concentraciones, naturalmente, son el 30 % del total de B y 70 % de A, subdividido en 52,64 % de A primaria y 70 - 52,64 = 17,36 de A secundaria . Los cristales mixtos de AB formarán el 47,36 % del total y tendrán la concentración eutéctica AB 60-40 . Con una aleación eutéctica, línea III, las cosas resultan mucho más sencillas : 1 .0 En un punto e dentro de la zona L, como en las anteriores, la aleación se encuentra en estado líquido y los componentes perfectamente disueltos ; el porcentaje es, naturalmente, el de la aleación AB 60-40 y así hasta el punto c . 2 .1 Al llegar al punto c empiezan a cristalizar simultáneamente cristales del componente A y del componente B, íntimamente mezclados, formando cristales mixtos de composición total eutéctica .
3 .° Por debajo de c, y hasta llegar a la temperatura ambiente, no hay cambio alguno . La aleación eutéctica tiene la gran ventaja de fundir a la más baja temperatura posible de estas aleaciones ; por tanto, son las ideales para obtener piezas fundidas, llenan mejor los moldes y resultan muy homogéneas . Finalmente, véase qué sucede con una aleación con mayor contenido de B que las eutécticas, línea v. 1 .° En el punto k se tiene líquido homogéneo de concentración igual a la de la aleación . 2 .° En e empieza a formarse fase sólida de cristales del componente B, en contacto con la fase líquida . 3 .° En p, dentro de la zona L + B, ya se tienen las dos fases : la líquida y la sólida . La sólida está formada por cristales puros de B . La líquida de aleación A-B con concentración P L = AB 43-57 . La cantidad relativa de ambas fases se obtiene como en casos anteriores : 10 0 -- pp~_ = Q L = _-
pps
100 x 9,5 16,5
= 57,57
de fase líquida .
Os = 100 - 57,57 = 42,43 de la fase sólida S . 4 .° Al llegar a q, la fase líquida tiene una concentración c = AB 60-40, la de la eutéctica, y la sólida continúa siendo de cristales de elemento puro B. Las cantidades de una y otra son : QL
__
100 - qqs cS
100 = 28x _ 9,5 _ ._
= 34 0/o
de fase líquida . =100-34=66% de fase sólida de cristales S . 5 .0 En este momento, en que la concentración de la fase líquida es la eutéctica, se transforma toda ella en fase sólida formada por cristales mixtos del elemento A y el B de concentración, la eutéctica . 23
C
V 0 Fig . 1 .278
Diagrama para hallar el porcentaje de cada fase .
Así, pues, en esta zona se hallan en equilibrio cristales de 8 libres y cristales mezclados de Ay8 . Así sucede con todas las aleaciones comprendidas entre la aleación eutéctica y la de 100 % de S . En todas estas aleaciones se observa cómo las aleaciones al llegar la línea de líquidos se empobrece del elemento de concentración mayor que la eutéctica . Las aleaciones anteriores a la eutéctica se llaman hipoeutécticas y las posteriores hipereutécticas. En la figura 1 .2713 se muestra un gráfico en el que puede hallarse directamente el porcentaje de cristales formados de una y otra fase a temperaturas inferiores a la eutéctica . El diagrama estudiado es un caso límite ; lo más ordinario es que los elementos no sean completamente miscibles y entonces el diagrama toma formas como el de la figura 1 .28, que corresponde a aleaciones Ag-Cu .
1 .7 .3 el
Diagrama de equilibrio con transformaciones en estado sólido
Entre los diagramas de equilibrio, el de las aleaciones hierro-carbono es más importante, desde el punto de vista práctico . Este diagrama se estudiará exhaustivamente en el tema 4 .
Para facilitar la asimilación de los conceptos que se han explicado, se va a considerar una zona del diagrama ; concretamente la comprendida entre 0 y 1,7 % de c . Es preciso aclarar de entrada que el carbono aparece formando carburo de hierro Fe 3 C (6,67 % de C y 93,33 % de Fe) por lo que sería más real hablar de aleaciones de hierrocarburo de hierro . En este diagrama parcial se eligen tres aleaciones tipo, señaladas con las cifras Il, 111 y IV (fig . 1 .29) .
Fig. 1 .28
Diagrama de equilibrio de una aleación Ag-Cu .
Fig . 1 .29 Detalle del diagrama hierrocarburo de hierro en la zona de los aceros . 1 .° Aleación de 0,85 % de c (línea 111) . En a toda la aleación está en estado líquido . En b empiezan a formarse cristales de austenita . En c se tiene fase líquida y fase sólida . En d se solidifica el último resto de líquido . Entre d y A,-3 los cristales son todos de austenita, solución sólida de cementita (Fe 3 C) en hierro y . En A,_ 3 el hierro y (c. c . c .) se transforma en hierro a (c . c .) y ya no es capaz de mantener disuelta a la cementita . Los cristales de austenita se transforman en otros de hierro a (ferrita) y carburo de hierro (cementita), llamados perlita . 2 .° Aleaciones de menos de 0,85 % de C (línea II) . Todo sucede de igual modo que en la aleación 111, hasta llegar al punto A 3 . En este momento empiezan a transformarse los cristales de hierro y en hierro a, o ferrita . En n ya se habrá transformado una serie de cristales de hierro y en hierro a. La concentración y cantidad de cada fase se logra como en los casos anteriores : - Los cristales de ferrita son hierro puro . - Los cristales de austenita tienen la concentración correspondiente al punto n y (en la figura 0,55 % de C) . 24
Las cantidades estarán en la relación : Q « __ QY
nY . n n« . n
de donde : y Q«non = QY nñy Q« -
100 nn ñ,, n« . n Y
Q« + QY = 100
=
100 x 5 13,5
= 37
de hierro a primario . QY = 100 - 37%=63% de austenita . Al llegar a A, se tendrá cristales de hierro a y líquido de concentración de la A, 3 (0,85 de C) y las cantidades serán : _
Q" -
100 x 13,5 21,5
= 62,8
de ferrita . QY = 100 - 62,8 = 37,2 de austenita . A partir de A, hacia abajo, la ferrita primaria sigue igual y la austenita de concentración 0,85 % de C se transforma en perlita . 3 .° Aleación de más de 0,85 % de carbono (línea IV) . Todo sucede como en los otros dos casos hasta llegar al punto Acm . En este momento empiezan a formarse cristales de cementita . A partir de ese punto va empobreciéndose la austenita en contenido de carbono y al llegar al punto A, habrá alcanzado la concentración del A,_ tos intermedios entre Acm y A, se puede saber la concentración3 (0,85 % de C) . En los punde la austenita y la cantidad de ella y de la cementita segregada, igual que se halló hasta aquí . Para m se tendrá que la concentración de austenita es la correspondiente al punto m Y , en la figura z1,1 % de C y las cantidades : Ore,
__
100 ' mm,. m Ym,,,
__
100 x 10 16
= 62,5
de cristales de cementita y : QY = 100 - 62,5 = 37,5 de austenita . Por debajo de A, la austenita se transforma en perlita, y la cementita sigue como tal . Si se compara la apariencia de esta parte del gráfico con el diagrama de aleaciones eutécticas se aprecia la similitud de formas y su comportamiento semejante . Hay, con todo, una diferencia muy grande y es que en el diagrama hierro-carbono se parte de una aleación en estado sólido y las transformaciones se logran siempre en este estado . Debido a esta similitud, a la aleación de 0,89 % de C se le llama eutectoide, por semejanza a la eutéctica de aquellos diagramas . El constituyente eutectoide es la perlita : cristales mixtos de los dos componentes, hierro y carburo de hierro, también como en aquéllos, que eran cristales mixtos de A y S . Las aleaciones de menos de 0,89 % de C se llaman hipoeutectoides y las de más de 0,89 hipereutectoides .
1 .7 .4
Condiciones para que dos metales sean totalmente solubles Para que la solubilidad de dos metales sea total, en estado líquido y só¡ido y en cualquier proporción, los metales deben ser : - Completamente miscibles . - Pertenecer a la misma red cristalina . - De propiedades químicas semejantes . Ejemplos de solubilidad total son : Cu-Ni y Ag-Au . 25
1 .8
zona erosionada
Fig.
1 .30
Colada directa .
Obtención de piezas por moldeo
En la obtención de piezas con arranque de viruta, la estructura de la superficie apenas si sufre transformación alguna . Sin embargo, en las piezas obtenidas por moldeo, las alteraciones superficiales e interiores pueden ser considerables, por lo que se deben tomar ciertas precauciones . Las precauciones a tomar dependen de la forma de la pieza y de la responsabilidad de la misma. Para un buen moldeo se debe tener en cuenta : - Forma de entrada de la masa líquida en el molde. - Construcción correcta del molde. - Velocidad de enfriamiento . 1 .8 .1
Forma de entrada del liquido en el molde
Cada pieza necesita un estudio particular, según su forma y la finalidad de la misma ; la colada puede ser : Directa (fig . 1 .30) . Es poco recomendable, produce turbulencias y deteriora la base sobre la cual incide la masa líquida . En la base superior quedará muy marcado el efecto del rechupe . Colada por la base (fig . 1 .31) . La entrada es suave y sin turbulencias ; si la pieza es de poco espesor y la longitud considerable, el metal de la parte superior se solidifica y no llena bien el molde . Colada por el costado (fig . 1 .32) . Los moldes han de estar partidos ; aunque produzca alguna turbulencia, este sistema es propio para grandes moldes ; con la mazarota se evita el defecto del rechupe . Colada escalonada (fig . 1 .33) . Es recomendable para piezas delicadas y sobre todo para aquéllas cuya sección sea muy variable .
Fig, 1 .31
Colada en sifón .
Fig. 1 .32 tado,
Fig. 1 .34 Principios de grietas por fusión en moldes con aristas vivas .
1 .8 .2
Colada por el cos-
Fig . 1 .33
Colada escalonada .
Construcción correcta del molde
En piezas fundidas se debe evitar siempre las aristas vivas del molde ; al enfriarse los cristales se van orientando respecto a las caras del mismo pudiendo originar defectos y hasta roturas. En la figura 1,34 se muestra una estructura de pieza fundida con aristas vivas; al estar los cristales en distintas direcciones la estructura es menos resistente y tiende a desprenderse . En la figura 1 .35 se muestra la estructura de una pieza fundida con aristas redondeadas ; como puede observarse, la estructura es uniforme y de más calidad que la anterior . Según la forma de la pieza, se debe tener en cuenta la posición de la misma, procurando siempre que la base mayor quede hacia arriba . La pieza de la figura 1 .36, en la posición B, puede producir rechupes internos, por lo que resultará más defectuosa que si se funde en la posición A .
1 .8 .3
Fig .
1 .35 Las aristas redondeadas proporcionan piezas sin grietas .
Velocidad de enfriamiento
La uniformidad de la estructura de una pieza fundida depende de que la velocidad de enfriamiento sea pequeña; una mayor velocidad de enfriamiento provoca una cristalización rápida y da lugar a, una estructura defectuosa . En la figura 1 .37 puede apreciarse la estructura de una misma pieza enfriada a distinta velocidad . 26
Fig. 1,36 Rechupes internos : A, posición correcta; B, posición incorrecta .
molde metálico frío (enfriamiento rápido)
molde metálico caliente (enfriamiento semirrápido)
Fig. 1 .37 Influencia de la velocidad de enfriamiento : A, enfriamiento rápido ; B, enfriamiento semirrápido ; C, enfriamiento lento .
CUESTIONARIO
1 .1 Explicar en qué consisten los enlaces fónico, covalente y metálico . 1 .2 ¿Qué son sustancias cristalinas? 1 .3 Redes cristalinas de los metales . 1 .4 Aleaciones . 1 .5 Soluciones sólidas . Fase . Grado de libertad . Regla de fases . 1 .6 Trazar el diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado sólido y líquido . Explicar su significado . 1 .7 Diagrama Fe-C . 1 .8 Condiciones de solubilidad total de dos metales .
BIBLIOGRAFIA
LUCCHESI D ., Metalotecnia, Editorial Labor, S . A ., Barcelona 1973 . E . P . S ., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . REMY A., Matériaux, Féciération des Ecoles Techniques de Suisse,
Neuchátel .
Tema 2 .
molde de arena (enfriamiento lento)
Clasificación y designación de los materiales
OBJETIVOS - Definir y conocer los productos férreos y sus aleaciones; clasificación numérica y simbólica, según las normas UNE. - Definir y conocer las aleaciones del cobre. - Definir y conocer las aleaciones ligeras; clasificación numérica y simbólica, según las normas UNE. - Dar una idea general de los materiales antifricción, sinterizados y plásticos.
EXPOSICION DEL TEMA Entre los materiales empleados en la industria, destacan principalmente los metales y sus aleaciones . Ocupan el primer lugar las aleaciones férreas que pueden ser aceros o fundiciones . También tienen importancia las aleaciones de cobre, aluminio y magnesio . El uso de los plásticos es un nuevo campo abierto, de innumerables aplicaciones . Cuadro general de los materiales A continuación se expone un cuadro que comprende los principales materiales empleados, con el fin de obtener una idea de conjunto . Por la extensión del tema, sólo se da una idea general de cada uno de los apartados. 27
Hierro (UNE 36002-73)
Aceros (UNE 36001-75) a (UNE 36259-74) Aleaciones férreas (UNE 26 001-73)
Fundiciones (UNE 36003)
No aleados
Aceros de base Aceros de calidad Aceros especiales
Aleados
Aceros de calidad Aceros especiales
No aleadas
Gris Blanca Atruchada Maleable perlítica Maleable blanca Meleable negra De grafito esferoidal
Ordinarios Bronces Especiales
Aleaciones de cobre (UNE 37 102 2 .a R)
Al Al Al Al Al
cinc plomo fósforo silicio aluminio
Al Al Al Al
plomo manganeso estaño hierro y manganeso
( Ordinarios
1
Latones Especiales
Cupro-níquel
Serie L-1XXX metales ligeros y aleaciones madre
L-11XX L-13XX L-13XX L-15XX L-18XX
Grupo Grupo Grupo Grupo
aluminio magnesio berilio titanio aleaciones madre a base de Al (UNE 38 180 a 38193)
L-20XX L-21 XX L-23XX L-25XX L-26XX Grupo L-27XX Grupo L-29XX
aluminio aleaciones Cu-Al aleaciones Al-Mg aleaciones Al-Si
Serie L-3XXX aluminio y aleaciones de aluminio para forja
Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo
aluminio aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones
Serie L-5XXX aleaciones de magnesio para moldeo
Grupo L-51XX aleaciones Mg-Al Grupo L-52XX aleaciones Mg-Zn
Serie L-6XXX aleaciones de magnesio para forja
Grupo L-61XX aleaciones Mg-Al Grupo L-62XX aleaciones Mg-Zn Grupo L-63XX aleaciones Mg-Mn
Serie L-2XXX aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo (UNE 38 200 1 .a R)
Aleaciones ligeras (UNE 38 001 1 .a R)
Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo
L-30XX L-31 XX L-33XX L-34XX L-35XX L-37XX L-38XX L-39XX
aleaciones Al-Zn aleaciones Al-Sn
Serie L-7XXX aleaciones de titanio Serie L-9XXX aleaciones de berilio
Antifricción a base de
Estaño Plomo Cinc Cadmio
Sinterizados
Blandos . - Para antifricción Duros . - Para herramientas de corte (metal duro)
Plásticos
Al-Cu Al-Mg Al-Mg-Si Al-Si Al-Zn Al-Mn Al-Sn
2.1
Productos férreos (UNE 26001-73)
Son las aleaciones en las que el elemento químico hierro es predominante . Se clasifican en hierros, fundiciones, aceros, ferroaleaciones, aleaciones férreas especiales y conglomerados férreos. 2.1 .1
Hierro (UNE 36002-73)
Con la denominación de hierro se designa : - El elemento químico hierro. - Los productos férreos de los que pueden formar parte otros elementos solamente con carácter de impureza . - Los productos férreos obtenidos por reducción de un mineral férreo o por un afino con trabajo mecánico . 2.1 .1 .1
Hierro elemento
Es el elemento químico número 26 de la tabla periódica . Metal blanco brillante, moderadamente blando . Por debajo de 768 oC, bajo la acción de un campo magnético, adquiere una intensa imanación, que desaparece cuando se elimina el campo. Sus datos característicos se indican en la tabla 2.1 .
Tabla 2.1 Concepto Símbolo Peso atómico Valencia Densidad Punto de fusión Punto de ebullición Estructura cristalina
Volumen atómico Calor específico Calor de vaporización Calor de fusión Conductividad eléctrica Conductividad térmica
Características del hierro-elemento Valor
Observaciones
Fe
55,847 2-3 7,86 1535 °C 3000 °C Cúbica centrada Cúbica de caras centradas Cúbica centrada 7,1 0,11 84,6 3,67 0,10 0,18
cal/g °C kcal/átomo gramo kcal/átomo gramo microsiemens cal/cm' °C seg
Hasta 900 °C (hierro a) De 900° a 1400 °C (hierro y) Desde 1400° hasta 1535 °C (hierro d= = hierro a) Punto de ebullición Desde 0 a 20 °C Temperatura ambiente
2.1 .1 .2
Hierro industrialmente puro Es el obtenido industrialmente, que contiene del 99,5 al 99,9 % de hierro elemento ; si se presenta en partículas finamente divididas se conoce industrialmente con el nombre de polvo de hierro . 2 .1 .1 .3
Hierros industriales
Son los obtenidos por reducción de los minerales férreos o por afino con trabajo mecánico . 2 .2
Acero : definición general y clasificación (UNE 36004-75)
Es un producto férreo, generalmente apto para la conformación en caliente . Con excepción de ciertos aceros, de alto contenido en cromo, el contenido en carbono es igual o inferior al 2 %, límite que los separa de las fundiciones . Los aceros se clasifican, según estos criterios (UNE 36 004) : - Por su composición química . - Por su utilización . 29
Tabla 2 .2 Porcentajes admisibles de elementos de aleación, en los aceros no aleados Conaepidox limite para la olasüiocian de los ace,ns Elementos Alumln Bismuto Egrd Circonio (2) Cobalto Cobre (1) Cromo (il Manganeso Molibdeno (1) Niobio (2) Niquel(1) plomo Siento Sillc' ." Tel Titanio (2) vanadio 12/ Volframio L7, te .-I. C, F , S, N y OI Otros
0,10 6,,D 0,0008 0,10 0 .10 0,40 0.30 1,60 0,08 0,05 0,30 0,40 0,10 0,50 0,10 6.65 0,10 0,10 6,05 0,05
d
(11CI do das, tr mbinid
los coa ,o de e s elememps se enenennan eo n un acero debenconsiderarse sLnu!t5neamen-
a) los porcen(dlex limi,¢s individuales de cada uno de ellos,
2 .2 .1
Clasificación por su composición química Según su composición química, los aceros se dividen en dos grupos : - Aceros no aleados. - Aceros aleados. En cada norma se especifica el contenido de los elementos que definen el acero . 2.2 .1 .1
Se consideran como aceros no aleados aquéllos en los que ninguno de sus elementos se encuentra en porcentajes iguales o superiores a los indicados en la tabla 2 .2 . 2.2 .1 .2
2.2 .2
Clasificación por su utilización Los aceros, atendiendo a criterios de utilización, se dividen en : - Aceros de base (sólo en los no aleados) . - Aceros de calidad. - Aceros especiales .
1'
e
2 .2 .2 .1
Tabla 2 .3 Características de los aceros de base Ceraoterlmcae Cara
1 1,1 1-1- do o,,,
eririw
Velo, omita
Peslaenda R Umne
de
A1inima no superior a 690 NI-' (70 kg/mm 1
7
elasl'¢idad
Alargamiento
A
Re
sobre 5d
Doblado n,inimo Resillendo K V a 20 (sentido longitudinal/
-
,
Mi no superior a 27 ¡u I 12,8 kg1 )
Dureza Rockwenl HR6
Miaimo no In,er~or a 60
C .,bono
MSaimo no irJ¢rior a 0.10 M,íaimo no inr¢rior a 0,050"
160- v azn L e Nipbgeno
2.2 .2 .2
---~..~- le^
1 .0 Aceros no aleados de calidad. Se incluyen en este grupo los aceros no aleados, que no pueden incluirse en los aceros de base, ni en los especiales . Deben satisfacer una o varias de las siguientes propiedades :
- Admitir, en frío, recalcado, estampado, plegado y trefilado . -
iur -00,00=_
Obse,vacidn' Los valores de la r 1 rlz i . .n ~, as indicadas corresponden a la gana de expesores de 3 a 16~mm rere,en a v,oben,s tomadas longiwainm o x~ rs,lx¢gdn las v,esyi=áone-de-a no~ o de l a esveci-~~
a
-_ n
Aceros de calidad
Hay que distinguir entre los no aleados y los aleados.
7
so6,e d;S, .,eno n o inre,io, a,e
Aceros de base
Los aceros de base son aquéllos que responden simultáneamente a las siguientes condiciones : - No está prescrito tratamiento térmico. - Las características exigidas por las normas o especificaciones son las que figuran en la tabla 2.3 . - No se les exige ninguna otra cualidad particular de calidad .
M mimo no wperbr a 360 N/mm (37 kg mm )
7
Aceros aleados
Se consideran como aceros aleados aquéllos que contienen uno o varios elementos en porcentajes iguales o mayores a los indicados en la tabla 2 .2 .
bl u --.d . limite cgnlun o que s el 70", de la s de lor valores omites indivia,rale, de¢ada e o nq de los elensideradgs. 2) Cua,do dos o tres de estos elementos se 11 omb4 aplica la misma regia para que lox elementos marca do,~~on 1.
xn
Aceros no aleados
Responder a unas cualidades mínimas de soldabilidad y resiliencia . Admitir el trabajo a bajas y altas temperaturas . Tener limitación en pérdidas magnéticas y mínimos de inducción magnética . Facilidad en su mecanización . Admitir tratamiento térmico en toda la sección o sólo en la superficie .
2.c> Aceros aleados de calidad. guientes aceros :
Pertenecen a esta subdivisión los si-
a) Aceros finos de construcción. De grano fino, soldables, de alto límite elástico, que responden simultáneamente a la condición siguiente : el límite elástico garantizado no debe ser inferior a 43 kgf/mm 2 . b) Aceros para chapas y bandas. No deben contener más mezcla que silicio y/o aluminio, como elementos de aleación, con limitación en las pérdidas de imantación y de inducción magnéticas . c) Aceros de silicio y rnanganeso. S y F --- 0,035 % . d)
Aceros aleados para carriles,
e)
Aceros con cobre,
2.2 .2 .3
Para muelles y piezas sometidas a abrasión con
Aceros especiales
Se incluyen en esta subdivisión los aceros aleados no definidos en los grupos anteriores . 30
1 .°
Aceros no aleados especiales .
siguientes : a) como : con tal
Aceros para tratamientos térmicos .
Pertenecen a este grupo los aceros Deben responder a especificaciones precisas
Garantía de resiliencia en estado tratado . Profundidad de temple o de cementación . Estado superficial . Contenido límite de inclusiones no metálicas . Buena maquinabilidad por adición de ciertos elementos, como azufre, plomo, etc ., de que se mantenga dentro de ciertos valores de resiliencia . b) Aceros de herramientas,
c) nor del
Aceros que deben responder a algunas de las prescripciones siguientes . Aceros con inclusiones no metálicas, particularmente pequeñas . Alambrón con menos de 0,020 % de azufre y fósforo . Alambrón con 0,62 % o más de carbono y contenidos de azufre y fósforo igual o me0,025 % y cobre igual o inferior a 0,10 % . d) Aceros con propiedades magnéticas o eléctricas con una conductividad eléctrica mínima, superior a 9 s/m . e)
Aceros para aplicaciones nucleares .
2 .0 Aceros aleados especiales . Pertenecen a este grupo todos los aceros aleados, excepto los considerados en el apartado de aceros aleados de calidad . En la tabla 2.4 se hace un resumen de los aceros, teniendo en cuenta el doble criterio de composición química y de su utilización . 2.2 .3
Designación convencional de los aceros según la norma UNE 36 009
La norma UNE 36 009 tiene por objeto fijar las reglas de las designaciones convencionales de los aceros por medio de cifras, letras y signos . A esta norma hay que recurrir para cualquier aclaración, que no aparece en la designación de la norma correspondiente al acero en cuestión . La designación se hace atendiendo a los dos grupos o criterios fundamentales empleados para la clasificación de los aceros, es decir : - Atendiendo a la composición química . - Atendiendo a su utilización o propiedades físicas . La clasificación se hace de dos maneras, a saber : - Designación convencional numérica . - Designación convencional simbólica .
2.2 .3 .1
Designación convencional numérica
Se define como el conjunto de cifras y de una letra F, que sirven para identificar un acero sin que, en principio, tengan un sentido descriptivo de sus propiedades o características . En principio, se prevén cinco símbolos para la designación de un acero . El primero, común para todos ellos, es la letra F, a la que siguen cuatro cifras . De éstas, a efectos de clasificación, sólo son significativas las dos primeras de la izquierda . La primera indica grandes grupos de aceros, siguiendo perfectamente un criterio de utilización . La segunda establece distintos subgrupos afines, dentro de cada grupo . Por último, las dos cifras restantes, sin valor clasificativo, sólo tienen misión de diferenciar una clase de otra, aplicándose a medida que estos aceros van siendo definidos cronológicamente . La primera cifra de los aceros especiales es 1, 2, 3, 4 ó 5 . La correspondiente a los aceros de uso general es 6 ó 7 . Los aceros moldeados son designados con la cifra 8 .
2.2 .3 .2
Designación convencional simbólica
Es el conjunto de letras, números y signos que expresan algunas características básicas (físicas, químicas o tecnológicas particulares) y, caso de necesitarse, las características suplementarias que permitan identificar un acero sin ambigüedad . Esta identificación se consigue por medio del tipo y del grado.
2 .2 .3 .2 .1
Tipo
El tipo de acero lo determinan la característica o características que se definen como fundamentales, que son comunes a varios grados y que se toman como base de definición de un conjunto de aceros . 31
Resumen de la clasificación de los aceros por su composición y por su utilización
Tabla 2.4
Clasificación según composición química Aceros no aleados
Aceros aleados
Ningún elemento se especifica en valores iguales o superiores a los indicados en los valores límite . No se prescriben especificaciones particulares de calidad ni exigencias superiores a:
al
Resiliencia a 20 Re
mines360 N/mm' 137 kgf/mm'1 Rm min4690 N/mm' (70 kgf/mm')
p
Ñ U
Q
A
mins 26 % (Lo = 5 do)
bl
-
°C
=
KV-<27 J (2,8 kgf! KCV63,5 kgf/cm'
HflB máx . > 60 Plegado > t e
C. máx. ~ 0,70
%
P. máx. 0,050 % S. máx. > 0,050 %
Ninguno
Ni máx. > 0,007 %
No se garantiza aptitud al tratamiento térmico .
Se incluirán en este subgrupo todos los aceros no aleados que no sean de base o especiales y, en particular, los que respondan a alguna de las características siguientes . 1. 2.
ó
3. 4.
m U
á ó U
Uso general con aptitud al plegado y al conformado en frío por rodillos (v .g . UNE 36 080 aptitud KP y KQ) Aceros de construcción con resiliencia entre 0° y 50° C y KV hasta 27 J (v .g . UNE 36080 grados c y d) . Aceros destinados a trabajos en frío . Aceros para calderas y recipientes a presión (v .g . UNE 36087) para altas o bajas temperaturas . Aceros resistentes a la corrosión atmosférica . Chapas y bandas para embutición en frío (v .g . UNE 36086) . Barras y alambres con especificaciones de conductibiIidad eléctrica (inferior a 9 s/m) . Chapas con limitación de pérdidas e inducción magnéticas. Aceros de fácil mecanización . Sin exigencias de KV * . Alambrón con 0,030 % < P y S < 0,050 * . Aceros para tratamiento con P y S >_ 0,035 sin prescripciones particulares * .
h
ó
5. 6.
Q
7. 8. 9. 10 . 11 .
.ó
U
1.
Ú
2. 3.
4
ó m` U Q
Aceros para tratamiento que además responden a prescripciones precisas relativas a * . 1 .1 Garantía de resiliencia en estado de tratamiento. 1 .2 Profundidad de temple o cementación . 1 .3 Estado superficial . 1 .4 Contenido límite en inclusiones no metálicas. 1 .5 Maquinabilidad obtenida por adición de S, Pb, Se, Te, Bi y con garantía de resiliencia . Aceros de herramientas * . Aceros que deben responder a: 3.1 Contenidos particularmente bajos en inclusiones no metálicas . 3.2 Alambrón con P y S S 0,030 % * . 3.3 Alambrón y alambre con P y S < 0,020 % . 3.4 Alambrón y alambre con C > 0,62 %, P y S 0,025 %, Cu 5 0,10 % * . 3.5 Aceros con propiedades magnéticas y eléctricas (superior a 9 s/m) . 3.6 Aceros para aplicaciones nucleares.
1.
2. 3. 4. 5.
Aceros de construcción de grano fino con Re > 420 N/mm 2 (43 kgf/mm2 ) y elementos de aleación inferiores a los indicados en Aceros al Si y/o Al con limitación de pérdidas e inducción magnética . Aceros Si Mn para muelles y resistentes a la abrasión con S y F > 0,035 Aceros aleados para carriles . Acero con Cu .
Todos los aceros aleados excepto los casos considerados como de calidad .
Aceros con aptitud garantizada al tratamiento
Contenido límite para la clasificación de aceros de alto límite elástico
Valores !irrite Al Bi B Cr Co Cu Mn
0,10 0,10 0,0008 0,30 0,10 0,40 1,60
% % % % % % %
Mo Ni Nb Pb Se Si Te
0,08 0,30 0,05 0,40 0,10 0,50 0,10
% % % % % % %
Ti 0,05 V 0,10 W 0,10 Zr 0,10 Lantánidos 0,05 % Otros (excepto C, P, S, Nz y 02 ) 0,05
Elemento
Contenido %
Cobre Cromo Manganeso Molibdeno Niobio Níquel Titanio Circonio Lantánidos Otros elementos no mencionados
0,50 0,50 1,80 0,10 0,06 0,50 0,12 0,12 0,06
2.2 .3 .2 .2
Grado
Es un conjunto de características distintivas de un acero que lo individualizan entre los de su mismo tipo y que hacen que sea apto para un fin específico o una aplicación determinada . 2.2 .3 .2 .3
Significado y forma de hacer la representación simbólica Un acero se designa por el tipo y, si procede, por el grado, seguido de la norma UNE que define sus características . Eventualmente, se añadirán, para indicar las variantes, todos los símbolos precisos que se juzguen oportunos, que serán indicados en las normas específicas donde se definen tales variantes. 2.2 .4
Ejemplos de designación para algunos grupos principales de aceros Para facilitar la comprensión de las designaciones normalizadas se ponen unos ejemplos característicos, al mismo tiempo que sirven para familiarizarse con el sistema . Se recuerda que, sea cual fuere la designación, lo más importante es el número de la norma del acero en cuestión, ya que cualquier duda que haya, respecto a la interpretación de la designación, como respecto a las características no reflejadas en la misma designación, se encontrarán en la norma . Ejemplo: 31 Cr V 10, U N E 36 014 F 5107, UNE 36 071 Si no se sabe qué representa cada una de estas cifras o letras, será preciso buscar las normas, y así la 36 014, dice que se trata de acero para nitrurar, de la siguiente composición : C de 0,2 a 0,35 %; Mn de 0,40 a 0,70 % ; Si de 0,15 a 0,40 % ; Cr de 2,30 a 2,80 %; Mo de 0,30 a 0,50 %; V de 0,20 a 0,30 %. La 36 071 se refiere a aceros no aleados para herramientas con la composición : C = 0,85 a 0,94 %; Si = 0,35 % máx. ; Mn = 0,35 % máx.
2.2 .4 .1
Designación de aceros especiales no aleados Se simbolizan por la letra C, seguida de un número que indica el porcentaje medio de carbono multiplicado por 100 . En la tabla 2 .5 se muestran aceros especiales no aleados, según la norma UNE 36 011 ; en ella se halla el acero E3 5K, UNE 36 01
Tabla 2.5 Deipnactbn numórip F 1110 F 1120 F 1130 F 1131 F 1132 F 1140 F 1141 F 1142 F 1150
F 1115 (1) F1125(1) F 1136(1) F 1136(1) F1137(1) F 1145 (1) F114611) F1147(1) F 115511)
1l
F11130, UNIE33 :6:01 1
Aceros no aleados según
UNE 36 011
Dasipneció n simbólica
C
Mn
si
C 15k C 15k - 1 C 25k
0,1010,20 0,10/0,20 0,2010,30
0,40/0,70 0,4010,70 0,5010,80
0,1510,40 0,15/0,40 0,1510,40
0,035 0,035 0,035
0,035 máx . 0,020/0 .035 0,035 máx.
C25k-1 C 35k C 35k - 1
0,20/0,30 0,30/0,40 0,30/0,40
0,50/0,80 0,5010,80 0,50/0,80
0,15/0,40 0,1510,40 0,1510,40
0,035 0,035 0,035
0,020/0,035 0,035 máx. 0,020/0,035
C 32k C 32k- 1 C 38k
0,30/0,35 0,30/0,35 0,3510,40
0,50/0,80 0,50/0,80 0,50/0,80
0,15/0,40 0,1510,40 0,15/0,40
0,035 0,035 0,035
0,035 máx. 0,020/0,035 0,035 máx .
C38k-1 C 45k C 46k -- 1
0,35/0,40 0,4010,50 0,4010,50
0,50/0,80 0,60/0,80 0,50/0,80
0,1510,40 0,1510,40 0,1510,40
0,035 0,035 0,035
0,020/0,035 0,035 máx. 0,020/0,035
C 421, C42k-1 C 48k
0,4010,45 0,4010,45 0,4510,50
0,50/0,80 0,6010,80 0,5010,80
0,1510,40 0,15/0,40 0,1510,40
0,035 0,035 0,035
0,035 máx. 0,02010,035 0,035 máx .
C48k-1 C55k C55k- 1
0,4510,50 0,5010,60 0,50/0,60
0,50/0,80 0,6010,90 0,6010,90
0,1510,40 0,1510,40 0,1510,40
0,035 0,035 0,035
0,02010,035 0,035 máx. 0,020/0,035
P máx.
S
(i)Acero, con azufre controlado.
33 3.
Tecno!ogiá 2 .1.
que se interpreta así : C 35
= Letra característica del acero . = Indica el contenido medio de carbono en tanto por ciento multiplicado por 100 : 0,30 + 0,40 2
x 100 = 35
K
= Indica el contenido máximo de azufre y fósforo, dado en la Norma 36 009 ; en este caso concreto, S máx . = 0,035 % y P máx . = 0,035 o/o . UNE 36 011 = Número de la Norma donde se halla este acero y en la que se dan todas sus características (ver la tabla 2 .5) .
2.2 .4 .2
Tabla 2 .7 Porcentajes mínimos necesarios para ser especificados en las designaciones Elementos
.°
Manganeso
1
Silicio
0,5
Níquel
0,5
Cobre
0,4
Cromo
0,25
Molibdeno
0,1
Vanadio
0,06
Boro
0,01
Designación de los aceros especiales con menos del 5 de elementos de aleación
Se designan por el porcentaje medio de carbono multiplicado por 100, seguido del símbolo o símbolos de los elementos químicos de aleación que se consideran básicos para definir el acero, ordenados de mayor a menor por centaje (en caso de porcentajes iguales, se elegirá el orden alfabético) . A continuación, se expresará el producto de los contenidos medios de los elementos que se juzguen precisos, en el mismo orden que sus símbolos químicos, por los factores que se indican en la tabla 2.6 . El producto se redondea al número entero inferior, si la primera cifra decimal es inferior o igual a 5 ; y al número entero superior, si es superior a 5. Cuando deba incluirse el contenido de varios elementos, se expresa siempre con dos cifras, empleando el 0 para los contenidos de una sola cifra. Pueden añadirse los símbolos químicos de aquellos elementos, cuyo contenido no se especifique, pero que se juzguen indispensables para conseguir las características deseadas . Normalmente, no se indicarán los contenidos de los elementos, si no son superiores a los indicados en la tabla 2 .7 . En la tabla 2 .8 se muestran aceros aleados para temple y revenido, según la norma UNE 36 012 ; de ella se sacan los siguientes ejemplos : 1 .o 2.0 3.0 4,0
38 30 30 40
Cr Cr Cr NL
3, UNE 36 012 = F 1 200, UNE 36 012. Mo 4, UNE 36 012 = F 1 251, UNE 36 012 . Mo 4-1, UNE 36 012 = F 1 256, UNE 36 012 . Cr Mo 7, UNE 36 012 = F 1 272, UNE 36012.
Tabla 2 .8
Aceros aleados de temple y revenido según UNE 36 012
OESIGNACION
Tabla 2 .6 Simbolo
Factores para la designación de los elementos de aleación Elementos químicos
Co
Cobalto
Cr
Cromo
Mn
Manganeso
Ni
Níquel
S,
Silicio
VJ
Volframio
Al
Aluminio
Factores
Num&"
F1201 F1202
Fl251
Mo
Molibdeno
F1250
Nb
Niobio
Pb
Plomo
To
Tóntalo
Ti
Titanio
V
Vanadio
Zr
Zirconio
N
Nitrógeno
B
Boro
s
máz.
Cr
Ni
Mo
-
-
-
-
-
0,1510,25 0,1510,25 0,15/0,25 0,15/0,26 0,1510,25 0,1510,25 0,15!0,25
~ '%
39Cr3
0,6010,90
0,15!0,40
0,035 0,035 máx.
0,5010,80
F1207(1)
38C,4 30C,4-1 42Cr4 42Cr4-1
0,3410,41 0,3410,41 0,3410,41 0,3810,45 0,3810,45
0,6010,90 0,6010,90 0,6010,90 0.6010.90
0,1510,40 0,1510,40 0,1510,40 0,1510,40
0,0350,035máx. 0,035 0,02010,035 0,035 0,035máx . 0,035 0,02010,035
0,9011,20 0,9011,20 0,9011,20 0,90/1,20
F7208(1)
36 n6 36Mn6.1
0,3310,40 0,3310,40
30 '65 65 1,30,
Fl206(1)
51
0 40 0,1 0,1 510,40
0,035 0,035 máx. 0,035 0,02010,035
-
Aaroa el como molibdeno
Berilio
Fosforo
. S °
Mn ° ~:
Acxoael ...penoso F1203
Cobre
Azufre
C °
4
Cu
S
simtrblice
Aceros .I cromo Fl200
Be
P
%G
10
Ft253(2) F1252
Fl256(1) F1255(1) Fl257(1)
3ocrMo4 30C,Mo4-1 36C,Mo4 35CrMo4-1 38CrMo4 40C,Mo4 40C,Mo4-1
0,2710,33 0,2710,33 0,3210,38 0,3210,38 0,3410,40 0,3710,43 0,3710,43
0,6010,90 0,6010,90 0,6010,90 0,60/0,90 0,6010.90 0,60/0,90 0,6010,90
40NiCrM.2 35NIC,Mo4 40NiC,Mo4 35NiC,Mo7 40NiC,Mo7 32NiC,Mol2 32NiC,Mo16
0,3710,44 0,3210,38 0.3710.42 0,32/0,38 0,3710,43 0,3010,36 0,3010,37
0,7011 '80 0,6010 0,5010,80 0,5510,85 0,5510.85 0,6010,80 0,3010,60
0,1510,40 0,15/0,40 0,1510,40 0,1510,40 0,15/0,40 0,1510,40 0,15/0,40
0,035 0:035 0,035 0,035 0,035 0,035 0,035
0,035 máx. 0,8511,15 002010,035 0,8511,15 . 0,8611,15 0,035 m§ 0,02010,036 0,8511,15 0,035 máx. 0,8511,15 0,035 máx. 0,8511,15 0,02010,035 0,85/1,16
Acero. al momo níquel mot8xleno
100
1 000
34
F1204 F1280 F1282 F1270 F1272 F1262 F1260
(1l Aceros de azufre controlado
01510,40 0,15/0,40 0,1510,40 0,15/0,40 0,1510,40 0,16/0,40 0,15/0,40
(2) Acero de uso no preferente
1
0,035 0,035 0,035 0,036 0,035 0,035 0,035
0.035 máx. 0,4010,70 0,035máx . 0,6010,90 0,035máx . 0,6010,90 0,035 máx. 0,6510,95 0,035 máx. 0,6510,95 0,035 máx. 0,7010,90 0,035 á.. 1,1011,40
0.40/0,70 0.7011 .00 0,7011,00 1,6012,00 1,6012,00 2,7513,26 3,7014,20
0.15/0,30 0,1510,30 0,15/0.30 0,1510,30 0.1510.30 0,30/0,40 0;25/0,40
Significado de fa designación de estos ejemplos Ejemplo 1,° 38
= Contenido medio de carbono, multiplicado por 100 y redondeado : 0,34 + 0,41 2
Cr
3
x 100 = 37,5
z~
38
= Elemento característico de aleación . = Producto del contenido medio del elemento fundamental de aleación por el factor característico del mismo (tabla 2 .6), según la norma UNE 36009: 0,50
+ 0,80 2
x 4 - 2,
redondeando, 3. UNE 36 012 = Número de la norma donde se especifican las características del acero . Ejemplo 2. ° 30
= Contenido medio de carbono multiplicado por 100 : 0,27 + 0,33 2
Cr Mo 4
x 100 = 30
= Elementos característicos de aleación : Cr 0,85 a 1,15 %; Mo 0,15 a 0,25 %. = Igual que en ejemplo 1 .° ; para elemento principal de aleación, Cr : 0,85 + 1,15 2
x 4 = 4
UNE 36012 = Igual que en ejemplo 1 .° . Ejemplo 3. ° 30 Cr Mo 4
= Igual que el acero del ejemplo 2.° . 1 = Acero en el cual se debe controlar el contenido de azufre . UNE 36 012 = Igual que en ejemplos .° 1 y 2.° . Ejemplo 4.-
40
= Contenido medio de carbono multiplicado por 100 : 0,37
Ni Cr Mo 7
+ 0,43
2
x 100 = 40
= Elementos característicos de aleación : Ni = 1,60 a 2,00 %; Cr = 0,65 a 0,95 % y Mo = 0,15 a 0,30 %. = Igual que en el ejemplo 1 .° ; para el Ni : 1,60
+ 2,00 2
x 4 = 7,6
redondeado, 7 . UNE 36012 = Igual que en ejemplos 1 .°, 2.° y 3.° .
La norma 36 012 recomienda que, para estos aceros, la designación empleada sea la numérica, con preferencia a la simbólica . 2 .2 .4 .3
Designación de aceros especiales aleados con contenido superior al 5 %, al menos en un elemento de aleación Estos aceros se designan por la letra X, seguida del contenido medio del carbono multiplicado por 100 . A continuación, los símbolos químicos de los principales elementos de aleación, seguidos de una serie de números de dos cifras (empleando el 0 cuando el contenido de un determinado elemento sólo tenga una cifra), que representan los porcentajes medios de los elementos indicados y en el mismo orden que sus símbolos químicos, después de redondeados al número inmediato superior . En la tabla 2 .9 se muestran unos aceros inoxidables, forjados o laminados, de uso general, según la norma UNE 36016. 35
Tabla 2 .9
Aceros inoxidables, de uso general UNE 36 016
DESIGNACION Nuérica m
Simbólica
COMPOSICION OUIMICA Si máx.
Mn (11 máx.
P máx.
máx, máx. máx, máx, máx.
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,00 1 00 1,00 1,00 1,50
0,040 0,040 0,040 0,040 0,060
0,09-0,15 0,16-0,25 0,26-0,35 0,36-0,45 0,42-0,50 0,08-0,15 0,42-0,50 0,10-0,20
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,50 1,00 1,00
0,040 0,040 0,040 0,040 0,040 0,060 0,040 0,040
0,03máx. O,08máx .(4)151 0,12 máx . 0,12 máx. 0,10 máx. 0,15 máx. 0,08 máx . 0,08 máx, 0,03 máx. 08má,(4)(6) 0,08máx.
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00
0,045 0,045 0,045 0,020 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045 0,045
C (1)
511)
Cr
Mo
Ni
Aceros ferríticos F3110 F3111 F3113 F3114 F3117
X6113 X6CrA113 . XlfCr17 X8CrTi17 X10C,S17
F3401 F3402 F3403 F3404 F3405 F3411 F3423 F3427
X12Cr13 X20C,13 X30Crl3 X40Cr13 X46Cr13 X12CrS13 X46CrMo16 X15C,Ni16
F3503 F3504 F3507 F3508 F3513 F3517 F3523 F3524 F3533 F3534 F3535
X2C,Ni19-10 X6C,Ni19-10 X10C,Ni18-09 XlJC,NiS18-09 X8C,Ni18-12 X12C,Ní17-07 X6CrNiTi18 11 X6CrNiNb18-11 X2C,NiMo 17-12-03 X6CrNiMo17 .12-03 X6CrNiMoTi17 .12-03
0,08 0,08 0,10 0,10 0,12
, 0
0,030 máx. 0,030 máx. 0,030 máx. 0,030 máx. 0,15-0,35
Otros
Correspondencia aProximada con AISI
11,50- 14,00 11,50 ' 14,00 16,00 .18,00 16,00-18,00 16,00-13,00
0,60má,(2)
0,50 máx. 0,50 máx. 0,50 máx. 0,50 máx. 0,50 máx .
11,50-14,00 12,00-14,00 12,00-14,00 12,50-14,50 12,50-14,50 12,00-14,00 15,50-17,50 15,00-18,00
-0,60 máx. (2) 1,00-1,50 --
1,00máx . 1,00 máx . 1,00 máx. 1,00 máx. 1,OOmáx . 1,00má, 1,00 más . 1,50-3,00
0,60máx .(2) 2,00 - 3,00 2,00-3,00 2,00-3,00
8,00-12,00 8,00-10,50 8,00-10,00 8,00-10,00 11,00-13,00 6,00- 8,00 9,00 - 12,00 9,00- 12,00 10,00- 14,00 10,00-14,00 10,00-14,00
Al 0,10/0,30 5-C<-Ti_<0,80
403 405 430 430T~ 4305
r
Aceros martensíticos 0,030 máx. 0,030 máx. 0,030rnáx. 0,030 máx. 0,030 máx. 0,15-0,35 0,030 máx. 0,030máx .
410 420 420 420 V-0,20 máx.
416 -. 431
Aceros susteníticos (3) 0,030 máx. 4030máx. 0,030máx . 0,15-0,35(6) 0,030 máx. 0,030 máx. 0,030 máx, 0,030 máx. 0,030 máx . 0,030 máx. 0,030 máx .
18,00-20,00 18,00-20,00 17,00-19,00 17,00 19,00 17,00-19,00 16,00-18,00 17,00- 19,00 17,00 19,00 16,00- 18,00 16,00-18,00 16,00-18,00
5xC -
304L 304 302 303 305 301 321 347 316L 316 316 Ti
111 A menos que se acuerde otra casa. (2) A opción del productor.
(3) Con excepción de los aceros F3513 y F3523, para los aceros austeniticos destinados a la fabricación de robos, el contenido máximo de ,q,el puede incrementarse en 1 ",; sobre el especificado en la Tabla. (4) Cuando estos aceros se aplican en recipientes a presión, pueden suministrarse con el contenido en carbono especificado en las normas correspondientes. (5! Para aplicaciones especiales, se puede reducir el contenido máximo de carbono, pero sin llegar a limites inferiores a 0,030% . 161 Previo acuerdo, se puede sustituir el -úbe por el selenio_ (7) Previo acuerdo, se puede sustituir el niobio par el tantalio con los mismos limites .
De ella se sacan estos ejemplos : 1 .° X 6 Cr 13, UNE 36 016 = F 3110, UNE 36016 . 2 .0 X 46 Cr Mo 16, UNE 36 016 = F 3423, UNE 36016 . 3 .0 X 2 Cr Ni Mo 17 12 0,3, UNE 36016 = F 3533, UNE 36016 . Significación de la designación de estos ejemplos Ejemplo l . , X 6 Cr 13
= Letra característica de este grupo de aceros . = Contenido medio de carbono en p/o multiplicado por 100 . En este caso se expresa en la tabla, C máx. = 0,08 % . En la designación se pone 6 por ser el 0,06 °/p el porcentaje más significativo en esas aleaciones. = Elemento característico de la aleación . = Porcentaje medio del Cr : 11,5 + 14 2
= 12,75
redondeado, 13 . UNE 36 016 = Número de la norma Ejemplo 2.q X 46
= Letra característica de estos aceros . = Contenido medio de carbono multiplicado por 100 : 0,42 + 0,50 2
Cr Mo 16
X
100 = 46
= Elementos característicos, que por pasar de los porcentajes de la tabla 2 .9 se anotan, aunque sólo se ponga el valor numérico del Cr . = Porcentaje medio del elemento principal, el Cr : 15, 50 + 17,50 2
__
33 2
= 16,5
según la regla general debería redondearse a 17, pero la norma lo designa 16 . UNE 36016 = Número de la norma .
36
Ejemplo
3.0
X 2
= Letra característica de estos aceros . = Contenido medio de carbono ; en este acero se prescribe como mínimo 0,03 % C : 0,03 = 0,015 2
multiplicando por 100 = 1,5 ; redondeando, 2 % . = Elementos característicos del acero en orden de contenido, = Porcentaje medio de Cr :
Cr Ni Mo 17
12
16,00 + 18,00 2
= 17 %
10,00 + 14,00 2
= 12 °/d
= Porcentaje medio de Ni :
0,3
= Contenido medio de Mo en % :
2,00 + 3,00 2
= 2,5
do %
;:z-
3
Para formar dos cifras se pone el 0 delante : 0,3 . UNE 36 016 = Número de la norma Dada la complejidad de la designación simbólica de estos aceros, la norma recomienda emplear preferentemente la designación numérica .
2.2 .4 .4
Designación de aceros no aleados para usos generales definidos por su composición químíca .
Para designar los aceros para uso general, definidos por su composición química, se utiliza el contenido máximo en carbono, multiplicado por 100 y el manganeso multiplicado por 40 ; tomando de este último producto solamente las dos primeras cifras significativas, forzando la segunda en una unidad, si la primera cifra suprimida es superior a 5 . Separando ambos números, se intercala la letra 0 . En la tabla 2.10 se reproduce un extracto de la norma 36077, para semiproductos de acero para uso general, definidos por la composición química . Tabla 2 .10
Extracto de la UNE 36 077 para semiproductos de acero de uso general, definidos por su composición quimica
Designación según la norma UNE 36-009 Simbólica
Numérica
6 8 10 12 15
Q 18 0 16 Q 20 0 24
F F F F
7201
13 15 18 18 20 20 20
0 O 0 Q Q Q Q
F F F F
7206 7 207
0 25 24 24 24 36
7202 7 203 7 204 F 7 205
Tanto por ciento G en colada 0,06 0,08 0,10 0.12 0.+5
máximo máximo máximo máximo máximo
o.08 0,13 0,10-0 .15
Mn en colada 0,25-0,45 0,25-0,45 0.25-0,50 0,30-0,60 0,60 máximo 0,30-0.60
7208 7209 F 7 210 F 7211 F 7 212
0.13-0 .18 0.13-0,18 0,15-0 .20 0,15-0,20 0,15-0,20
0.30-0,60 0,30-0,60 0,60 0.90 0.40-0,70 0,70-1,00 1 .20-1,50
23 0 28 23 Q 40 23 0 60
F 7 213 F 7 214 F 7215
0.18-0,23 0,113 O,23 0.18-0,23
0.40 0,70 0,70-1 .00 1 .20-1,50
25 25 30 30
F F F F
0 .20-0,25
0,400,70 0,70-1,00 0,40-0,70
0,30-0,40
0,40-0,70 0,70-1,00 0,400,70
Q 0 0 0
28 40 60
28 40 28 40
40 Q 28 40 Q 40 50 0 28 50 Q 40 50 Q 60 60 Q 28 60 Q 40 60 Q 48 70 0 28 70 Q 36 80 Q 28 80 Q 36 90 Q 28 90 Q 36 99 Q 28 99 Q 36
7 216 7 217 7218 7 219
F 7220 F 7221 F 7222 F 7 223 F 7224 F 7 225
0.20-0,25 0,25-0.30 0.25-0,30
0.300,40 0,400,50 0,40 0,50 0,400,50 0,50-0 .60
,
0,701,00
F 7 226 F 7227
0,500,60 0,50-0,60
0,701,00 1,20-1,50 0,40-0,70 0,70-1,00 0,90-1,20
F 7 228 F 7229 F 7 230 F 7231 F 7232 F 7233 F 7 234
0,60-0,70 0,600,70 0,70 0,80 0,70-0 .80 0,80-0,90
----q40-0,70 0,600,90 0,40,0.70 0,600,90 0,40-0,70
F 7 235
,
0,80-0,90 0,90-0,99 0.90-0 .99
0,60-0,90 0,40-0,70 0,60-0,90
Cuando hay que especificar índices de pureza, por ejemplo contenido de azufre y fósforo, o el estado de desoxidación, se añade el grado con las letras correspondientes, según la norma general 36 009, Ef"emplos: 1 .0
2 .11 3 .0
23 Q 28, UNE 36 077 = F 7213, UNE 36077. 18 Q 36 u, UNE 36 077 = F 7 210 u, UNE 36077. 18 Q 36 n NE, UNE 36 077 = F 7 210 n NE, UNE 36 077.
Significado de las designaciones Ejemplo 1,o 23
= Contenido máximo de carbono multiplicado por 100 ; C de 0,18 a 0,23 : 0,23 x 100 = 23
Q 28
= Letra significativa para indicar la clasificación por la composición química . = Contenido máximo del porcentaje de manganeso multiplicado por 40 ; es decir, como el Mn está entre 0,40 y 0,70 : 0,70
x
40 = 28
UNE 36077 = Número de norma donde se dan las características de este acero . Ejemplo 2. 0 18
= Contenido máximo de C multiplicado por 100 ; es decir, como el C es de 0,13 a 0,18 : 0,18
Q 36
x
100 = 18
= Letra característica de estos aceros . = Contenido máximo de Mn multiplicado por 40 ; es decir, como el Mn tiene un contenido de 0,60 a 0,90 : 0,90
x
40 = 36
u = Contenido máximo admisible de azufre 0,060 % y de fósforo 0,080 % . UNE 36077 = Número de norma . Ejemplo 3, o 18
= Contenido máximo de carbono admisible multiplicado por 100 : 0,18
Q 36
x
100 = 18
= Letra característica de estas aleaciones . = Contenido máximo de Mn multiplicado por 40 : 0,90 x 40 = 36
n = Contenido máximo admisible para el azufre y fósforo = 0,040 . NE = Estado de desoxidación según norma 36009 . NE = no es efervescente . UNE 36077 = Número de norma .
2.2 .4 .5
Designación de aceros aleados para usos generales La designación de estos aceros se hace de igual manera que para los aceros especiales aleados, anteponiendo una 0 delante. Como en todos, lo más importante será el número de la norma, para poder acudir a ella a la hora de la interpretación completa . 2.2 .5
Designación de los aceros atendiendo a sus características de utilización o propiedades físicas Los aceros para usos generales normalmente se suministran en perfiles para su utilización directa ; en estos casos su designación se hace atendiendo a unas características mecánicas, que se toman como base para definir el tipo . 5i hace falta, se añade el grado, cuyo significado se explica en la norma correspondiente al acero . 38
Las características que se emplean para definir el acero son : - Valor mínimo de la resistencia a la tracción . - Valor mínimo garantizado del límite elástico . - Características particulares . 2.2 .5 .1
Designación de aceros por la resistencia a la tracción
En estos casos se designan por la letra A, seguida de un número, que indica el valor mínimo de la tensión de rotura en el ensayo de resistencia a la tracción, expresado en kgf/mm 2 . Si se necesitara un elemento de aleación, se añade a continuación su símbolo químico . En la tabla 2.11 se muestran aceros no aleados de uso general en construcción, según la norma 36 080, que se designan por la resistencia a la tracción . Ejemplos : A A A A
1 .0
2.0
3.0 4.0
33 37 37 42
0, b, b a,
UNE 36 080 = F 6200, UNE 36080 . UNE 36 080 = F 6202, UNE 36080 . NE, UNE 36 080 = F 6202 NE, UNE 36080. UNE 36 080 = F 6205, UNE 36080 .
Aclaraciones a los ejemplos anteriores Ejemplo 1,° = Letra característica de estos aceros . = Resistencia mínima a la tracción según la norma UNE 7 262 . = Grado . El 0 significa que el estado de desoxidación queda a elección del fabricante . UNE 36080 = Número de la norma donde se especifican las composiciones del acero . A 33 0
Ejemplo 2 .° A 37 b
= Letra característica del acero . = Resistencia mínima a la tracción . = Grado : en este caso el estado de desoxidación se deja a criterio del fabricante . UNE 36 080 = Número de la norma para el resto de características .
Tabla 2 .11 Dasigneciónsegún UNE 36 009 Numérica
R
i40 (36) 21 <63
Tipo
F 6 200
A 33 IA320 1
0 T5
F-6 202
A 37 (A 365)
F_6204 F -6 204 F-6 205 F-6 206 F-6207
A 42 (A410)
F-6 208 F-6 F-6 F 6 F -(i
209 210 211 212
F-6213 F-6214 F_6215 F-6 2111
22
c 12351 12251 d 25
26
< 1255) (245)
12151
A 44
780 <100 3)
>63 J2,5 <40 (36) i63 X25 ~3 ~~40 X63 <3 _ _ 160 <3 _21 <700 = <3 <40 <63 <100 r~5¡ 81 31 3) _ _ = 2) <63
<63 =
_
13
18
-
11
16
-
24
23
(235)
(225)
(245)
5 36 3 c d (355) (345)
34 (335)
33 (325) 1
30 29 (295) (2851
28 1275)
27 (265)
34 (355
33 13251
32 (3151
31 13051
A 70 2 37 IA6901 1365
36 (355 )
35 13451
34 (3351
2
KCV i65 =J3 <100 <3 -_ <65 3) 3a
-
3a
>3 i63 100 <65 = = 3)
gf / 1cmm2
'V (dl
uC
3,5 a --
s
3,5
16
" ss
1
22
21
20
3,5
28
+00
_
20 _
28
+20 0 -20
12551
A 50 (A 4901
Resili°ocie 71
I
25
A 52
2,5 a
s
(2051
26
(A510)
-
21
28 27 b c 12751 12651 d
(A 4301_ -
Ensayo de doblado Diómatrodemandril 6) Probeta longitu . Probeta transvar .
A°" ú 5) Probeta longitudinal Probeta transversal Espesor en mm
>63
32152 01015101
b a 1
Rmenkgf/mm2 len N/mm z ) 4)
d
60 F-6 217 r IAA 590) F-6 218
míni oe kgf/mmz ° len N/mm z)
Simbólica . do
Aceros no aleados de uso general de construcción según UNE 36 080
" s
"s
s
s
s
s
as
s
s
s
", s
s . :s
. a
s
15
20
19
+20
0
_20
s
s
+20
0
s
® s
2) El espesor límite de 36 mrn es válido para perfiles y para todos los productos del tipo A 52. 3) Para espesores superiores a 100 mm por acuerdo. d) "Salvo acuerdo en contrario, 2 kgf1,un 2 (20 Nlnuu 2) menos de los valores indicados para la carga de" rotura, no 2Cerá objeto dS rechazo . Asimismo es admisible para los grados c y d sobrepasar en 2 kgf1n m (20 Nlmm ) los valores indicados para la carga de rotura en productos de espesor superiora 3 mm y 3 kgflnun 2 (30 Nlmrn 2) en productos de espesor igual o inferior a 3 nim "
5) En probeta L o -5,6 NIS- ~ para espesores iguales o superiores a 3 mm y en probeta Lo = 80 rrm hinetros y b =20 mm para productos de espesores inferiores a 3 mm . 6) a=Espesor delaprobeta, 7l Valores garantizados para espesores no superiores a 63 mm . 8) Para espesores de 2 a 2,S los valores mínimos de alargamiento se disminuirán en 1 1 para espesares de 1,5 a 2 rnm, en 2%y para espesores de 1 a 1,5 en 3 p. 9) Garantizados Para espesores no superiores a 25 mm.
Tabla 2.13 Designación UNE N=mérié~ Aceros n
Composición química
C%
Simbólica
aleados especiales para temple y C 15 K 0,10-0,20 C25 K 0,20-0,30 C35 K 0,30-0,40 C32 K 0,30-0,35 C37 K 0,35-0,40 C45K 0,40-0,50 C42 K 0,40-0,45 C47 K 0,45-0,50 C55 K 0,50-0,60
MI %
P% S~ áximo máximo
Si %
revenido UNE 36 011 -75 0,30-0,50 0,15-0,30 0,035 0,40-0,70 0,15-0,30 0,035 0,46-0,70 0,15-0,37 0,035 0,50-0,80 0,15-0,40 0,035 0,50-0,80 0,15-0-40 0,035 0,50-0,80 0,15-0,40 0,035 0,50-0,80 0,15-0,40 0,035 0,50-0,80 0,15-0,40 0,035 0,60-0,90 0.15-0,40 0,035
0,035 0,035 0,035 0,035 0,035 0.035 0,035 0.035 0,035
Aceros ale ados de calidad para temple y re venido UNE 36012-75 F-1 201 38 Cr 4 0,34-0,41 0,60-0,90 0,15-0,40 0,035 F-i 202 42 Cr 4 0,38-0,45 0,60-0,90 0,15-0,40 0,035 F-1 203 36 Mn 6 0,33-0,40 1,30-1,65 0.15-0.40 0,035 F-1 204 40 Ni Cr Mo 2 0,37-0,44 0,70-1 0,15-0,00 0,035 F-1 250 35 Cr Mo 4 0,32-0,38 0,60-0,90 0,15-0, 0,40 0,035 F-1 251 30 Cr Mo 4 0,27-0,33 0,60-0,90 0,15 -0,40 0,035 F-1 252 40 Cr Mo 4 0,37-0,43 0,60-0,90 0,1 5-0,40 0,035 F-1 260 32 Ni Cr Mo 16 0.30-0,37 0,30-0,60 0,15-0,40 0,035 F-1 262 32 Ni Cr Mo 12 0,30-0,36 0,60-0,80 0.15-0,40 0,035 F-1 270 35 Ni Cr Mo 7 0 .32-0,38 0,55-0,85 0 .15-0,40 0,035 F-1 272 40 Ni Cr Mo 7 0,37-0,43 0,55-0,85 0,15-0,40 0,035 F-1 280 35 Ni Cr Mo 4 0,32-0,38 0,50-0,80 0,15 -0,40 0,035 F-1 282 40 Ni Cr Mo 4 0,37-0,43 0,50-0,80 0,15-0,40 . 0,035
0 .035 0,035 0,035 0,035 0.035 0.035 0,035 0.035 0,035 0,035 0 .035 0,035 0,035
F-1 F-1 F-1 F-1 F-1 F-1 F-1 F-1 F-1
110 120 130 131 132 140 141 142 150
Aceros aleados especáles UNE 36015-75 F-1 410 C 80 0 .60-0,80 0.30-Q60 F-1 430 51 Cr V 4 0,450,55 Q50 0,70 F-1 431 60 Cr 3 F-1 440 56 5i 7 0,50-0.60 0,70-1,00
al
0,10 0,35 - 0 .035 0,10-0,35 0,035
0,035 0 .035
0,15-2,00
0,035
0 .035
carono y aearfos para c entar UNE 36013-75 C 10 K 10,08-0,12 0,30-0,40 0,15-0,40 C 17 K Q14-0 .19 0,40-0,70 0 .15_0,40 C 10 K 1 C 16 K-1 16 Mn Cr 5 0,13-0 .19 1 .01 1,30 1 .11 -0.40 20 NI Cr Mo 2 10,17-0 .23 0. 600.90 0 .150 , 40 20 Ni Cr Mo G 0.78-0.23 0,60-0.80 0, 1 5-0 , 40 15 Ni Cr 11 - 0.10-0,15 0.30-0.60 0.15 0,40 18 C, Mo 4 0,15-0,21 0,60-0.90 0.15 0,40 14 Ni Cr Mo 43 0,120,18 0,50 0.10-0,35 20 Ni Cr 4 0,17-0.22 0,80-1 .00 015 -0 .40 20 Mn 6 0 .78-0,23 1,30-1 .60 0,1 5-0.40 20 2 0,18-0 .23 0 .0-0, 90 0,75-0.40 14 Cr M 2 CM' 012 0,17 0.50-0.80 0.15-0,40
0,035 0 .035
0.035 0,035
0 .035 0,035 0,035 0,035 0,035 0.035 0,035 0,035 0 .035 0,035
0.035 10,035 0,035 0,035 0,035 0.035 0 .035 0 .035 0 .035 0.035
Aceros in F-3 t t 0 F-3 401 F-3 427 F-3 503 F-3 534
Iables de uso genera! UNE 36016-75 X 6 Cr 13 - 0 0 .0ni&x 8 1 u X 12 Cr 13 0,090,75 1 X 15 Cr Ni 16 0,03 2 n X 2 Cr N, 1910 0 .03 n 2 m X 6 Cr Ni Mo 1712-03 1 0.08 n,ax. 2 ax.
0.040 0,040 0 .040 0 .045 0,045
0,030 0,030 0 .030 0 .030 0 .030
Aceros n 1-5103 1-5 117 1-58 11 F-5127
alead s para h C 70 C 102 102 V C 140
n n n n,ax .
0.030 0.030 0.030 0,030
0.030 0.030 0,030 0030
0,10-0.40 0 .15-0.35 0,80-1 .07 010 0,30 6 1,00
0,030 0.030 0.030 0.030 0 .030
0 .030 0.030 0 030 0,030 0.030
F-1 F-1 F-1 F-1 F-1 F-1 F-t F-1 F-1 F-1 F,1 F-1 F-1 F-1
510 511 57 2 513 515 516 522 523 525 526 540 550 560 580
0
Aceros aleados para herrar F-5 220 95 W W 5 F-57 30 Cr 6 F 1141 45 "o W Cr Si 8 F-5 253 5 Cr 640 16 F-5 267 X 38 Cr Mo i6
Aceros para herrarmivrtas 5 520 18-01 F-5 530 18-11-5 F-5 540 10-02-10 F-5 603 6 5-2 F-5 611 2-9-2 Aceros para barras TF-6 104 F-6 107 F-6 109 Aceros no F-6 201 F-6 202 F-6 215 F-62 16
Ternas UNE 36071-75 0.65-0.74 0,35 m 0 .95-1 .09 0 .35 máx 0.95-1,09 0 .35 n'áx 1,30-1,50 0,35 áx
tes
UNE 36072-75 (1) 0,90-7,05 1 .05-1 .35 0.951 ,10 0, 25-0.45 0,40-0, 50 0-75-0.45 0,07 0,10-0 .30 0.33-0,43 1 .00
cornrgadas
de Irornupón armad.
alea dos para
usas generales
n,ax .
0,35 0.35 Q35 0.35
de" corte r,ipido UNE 3607375 0,73-0,83 0,45 0, 75-0,85 0,45 0,75-0,85 0,45 O,B2-0,92 0,45 O,B5-0,95 0,4 5
aleados de uso genera l en constrocción A 37 a A 37 5E A 52 dk A 50 2NE
Aceros moldeados n AM F-8 101 38u F-8 102 AM 38 b F-8 104 AM 45 6 F -e 107 AM 52 c F-8 108 AM 60a F -B 110 AM 60c
t 1 1 1
n, n n n,5x . máx.
Nr %
Cr %
Mn i
". 0,15 0 .20-0,40 . . Q25 0,08 0,08
0,40-0,60 0,85-1,15 0,85-1,15
0,15-0,30 0,15 0,25 0,15-0 .25
3.70-4,20 2,75-3,25 1,60-2,00 1,60-2,00 0,70-1,00 0,70 1,00
1,10-1,40 0,'70-0,90 0,65-0,95 0.65-0.95 0,60 .0.90 060 0,90
0,25 -0,40 0,30-0,40 0,20-0,30 0 ,20 -0,30 0, 1 5-0,30 0,15 -0.30
0,80-1,10
00.70 7 .40-1 .70 2,25-3 .00 3 .80-4 .50 0 .80-1 .20
0 .80 1,10 0,40-0.80 0.40 -6.so 0.50-0 80 0,85-1 .15 0.90 110 0.80 1 .20 0, 300 .50 OA0 0 .60
0,50 n 1 .00 n 1,50 3 .00 8,00 12.00 1,00-14,DU
50 65 60 65 70 70 85 90
40 (Nos .) (NO, .) (Nos .) (Nos .) (Nos.) (Nos .) (Nos.) (Nos .)
2,6
90
8 4
130 120 100
0,15-0,20
0,750 .25 0 .300,40 :3
110 120 130 131 132 140 141 142 1 50
F-1 201 F-1 202 F-1 203 F-1 204 Acrom 35 A-. 30 Acrom 40 F -t 260 F-1 262 F-1270 F-1 272 F-1 280 F-i 282
HAMf ..
F .2 .. , .
CS
F .` F-4 '
EC-2 EC 4
5
EC-6
F-5
URKO-3 URKO 2
135 160
CROMA
E-£i
1,65
170
SIMA
E-4.
45 52
ECO
I
I
95 95 135
0,40-0,50 0.100.20
17 .50-'.4 .00 11,50 14 .00 1500 .- 18.00 1800 20.00 16 .00-18 .00
F-1 F-i F-1 F-i F-1 F-1 F-1 F-1 F-1
Bellota
0,66
1,65 1,4 4,3
0 .15 0,25 0 .15-0 .35
Equivalencrás, HEVA
F-1 516 522 F-1 525
1
A- . F-1 F-1 F-1 F-1
2
580 515 523 526
CN CMD CNMO
D-2
MT
E-3
D-4
2,00 3,-00
0-0,35
1 .00
0 .030 0 .030 0 .030 0 .030 0,030
0 .35 0.65 1,36-1,65 0 90-1,20 3 .50-4, 50 15
0.40 0.60 l .00 1 .50
3.50-4,50 3,50 4,50 3 .50-4,50 3,50-4,50 3,50-4,50
1,00 1,00 1,50 2,50 8,0011 ,00 9,00 12,00
12,00-14,00 12,00-14,00 16,00-18,00 18,00-21,00 18 .00 21 .00
0.050.25
0 .40-0,70
Q10 0,30
1,70-2,30
0,80-1 .20 1. 17,20 18 .70 1,10 1,60 1T20 18, 70 1,30-1,80 17,2018,70 1 .70-2 .20 5 .70-6 .70 1,75 2,05 1,70-2,20
UNE 36 252
0,04 0,04 0,04 0,04 0,04
%
0,901,20 0,90-1,20 0,40-0,70
UNE 36080-73
1,5 máx. 1,5 m?x . 1,5 n, 2,00 O,áx, 2,00 máx .
C
Resistencia a la tracción. Temp/e y Revenido . kg/m1°
0,60
UNE 36088- hl
0,1 n,áx . 0,1 máx . 0 .1 n,áx . 1,50 má 1,50 n,'x
W %
7emplabilidad + diámetracnie tico pulgadas
0,54
Aceros moldeados de bala aleación para usos generales UNE 36255-71 1-8370 AM 22 Mn 5 1 , 8311 AM 30 Mn 5 F-8330 AM 25 Cr Mo 4 F-8373 AM 10 Ni 10 F-8387 AM -X 20 Cr 13 Aceros moldeados inoxidables F 8 "101 AM-X - 12 Cr 13 F-8402 AM -X 30 Cr 13 F~8403 AM -X 15 Cr Ni 17 F-8411 AM-X 7 C, Ni 20 10 F~8414 IAM-X7CrNiMo2010
v %
Tabla general de aceros con des"
0,50 U,50 2,00-3,00
6064 HRC 6055 HRC
62-64 HRC 6264 HRC 62-64 HRC
ARRATE
U
13
R 2 R-3 R-4
Equivalencias clicrales »'. .
carentes españolas
Hanaá
lnglatezza
!talio
UNE
DlN
ASTA
AFNOR
BS
UPIl
LC-1 LC-2 LC-3
M K H
T-1 T-2 T-3
C-15 C-22 C-35
1 015 1 025 1 035
XC 12 C 8 XC 32
EN 2 EN 4 EN 6
C 20 C 30 C 40
1 350 1450 1 550
~.LC-4
R
T-4
C45
1 045
XC
42
EN
8
C 50
1 650
LC-5
G
T-4
F-1 110 F-1120 F-1 730 P -1 11 3 F-1 732 F-1 140 F-114 F 1 142 F-1150
C-60
1 055
XC 55
EN
9
C
1 655
.
F-1 201 F-1 202 F-1 203 F 1 204 F 1 250 F-1 F-1252 1,1 F-1 260 F-1 262 F-1 270 i 2 F-7 280 F 1 282
MO HE-316 CRMO
KA 2
T-16
Mo
_
LC-6/7 CRVM RAL
.C 1 C
'
'
US.A .
7zubra
-
1
Alemania
Reinosa
. ; (!odio Sal
`'
España
INC MOC
'
T REV
T-20
GS
tv1C
T-1
MSS
1
34 Cr Mo 4
4 135
35 CD 4
EN
30 NCD 16
36 Cr N
Mo 4
F 1 410 F-1430 F-1 437 F-1440
EN
19 30
30 NC 7 2
EN
25
9840
35 NCD 4
EN
110
1 070 6151
50 CV 4
EN EN
42 47
9 260
55
EN
45
5
6
38 B
Sue c
Aplicacronc-s
SlS a
60
4
CE)
2 234
35 NCD 75 30
NC 12
Z 534 2 541
C
72 CV 4
2 231
52 S 8
2090
50
Elementos de maquinaria poco cargados o que deben gran tenacldad . Piezas que se han de obtener por deformación en irlo, embutición, plegad . , ele poseer ., de baja resistencia, herrajes, arandelas de fueras,
Piezaseafonjaas de poca importancia . Heno jes, elementos euxiliares . Piezas de poca importancia obtenidas directamente de ha«a . Ejes, elementos de maquinaria y ovas piezas de buena resistencia y buena tenacidad. Rulonería, tornilena, l herrajes, etc . Ppie1a5 estampadas o procedentes de barra . Piezas de poca resistencia . Palancas, ejes. arandelas de gulación, etc . Piezas de mediana resistencia Piezas y engranajes flamearlos de 1>a,nas caracteristics . Ejes poco cargados. Sin Iralamiento aprovechando la acritud de laminado . Eles, vansmisiones, sensores y piezas regularmente cargadas y de espesores n muy elevados . Piezas de resistencia media . alta calidad, gran tenacidad y no muy grandes . Piezas sometidas gran des esfuerzos de fati ga, flexión, torsión, choque . Piezas que exigen dureza y característicos mecanices elevadas Y ausencia de deformación después del tratamiento térmico (engranajes no cementados) . Piezas sometidas a fatiga y a esfuerzos de Vexión y torsión elevados_ Cigüeñales, ejes, bielas, balero s . palancas, válvulas de admisión, etc . Elementos de máquinas Y motores de gran resistencia y buena mraciad . Plenas de máxima responsabilidad en motores de aviación yue,xip,n griari resistencia y grandes medidas, Engranajes (no cementados) . reductores de velocidad . etc . Piezas de gran resistencia y máxima reeVOnsabilidad . Es adecuado ¡>ara en,pb;o en piezas que trabajan a teéZperaluras elevadas, pera inferiores a 350 "C-- clen,entos de calderos para vaporrecalentado . Pi as de alta resistenc a c n buena lemplat>ilided,ap,ol>iado para automovilismo y ferrocanlles . Para piezas de maquinas y motores de 80 a 100 kd1/mrn= y de u muy grandes espesores . Piezas de gran dureza másica, poca ductilidad, pero gran resistencia al desgasm y a la fatiga . Cojinetes de bolas, rodillos, etc . Engranajes, laques, arandelas re9labi,s, válvulas, piezas de dureza n ,asica, en s us1i1gclón de los are" rs da Bmanlaeleq . Pie as roasmas en_ de acta o de formas con,pljcadas sometidas a fuertes esfuerzos y a gran fatiga . Engranajes, 1 . gnajes, órganos de molones de aolón y ejes de hélice de paso venable . Rejes . cuerdas de piano . muelles helicoidales y planos . levas y, en general, piezas resistentes al desI gaste . Pequeños espesores . En general, para pequeños espesores . Cuando se emplea en muelles, ballestas, eic ., los revenidos deben s entre 400 y 500 °C . Muelles espirales de muy olla calidad, para válvulas etc . Especial resistenda o Ie fatiga, borras de terMuclles nde j ballesta y resortes Fabricación de pinzas.
F 1 510 F 7 511 F-1 512 F-1 511 F-1 516 F-1 522 F-1 525 F-1 540 F-1 550 F -1 550 F 7 5 F-1 51 F-1 523 F-1 526
Stc
10.61
1 70
XC 10
EN 32 A
C-10
1 370
14 NC 11 12 CD 4
EN 36 EN 39 8
15 NC 11
2 514
de
grandes medidas .
Plenas ce enfadas muy poca cargadas y c espesores pltucños i . d e no cha r espgnsa hilldad, c n las que ona interese gran tenacidad c el oúcireo . I- a, para automovilismo y ció,, las quo interese e cl núcleo nay alta 1-1-dad dac1a :dad . Piezas c enfadas poco idas de peque - s n,ld :das a gran resistencia el sg as le (engranele rse piñones, elm de embolo)_ gran resistencia c n el nu cleoaydbmemo tenoodad Piezas de buena tenacidad . Empleado como acero de fati en n en pinzas de segu idad . 9a sin Piezas de secciones pequeñas o medios. de buenas caracmrisocaslen~ll Inúcl,o . c n buena tenacidad y gran dureza exterior. Engranajes de lodos clases, ejes de úmbolo, levas . piezas para nmon,ovilisrno, máquinas-heooelmmad y r-6, . No -mentado m se emplea en pie :as de segudad ri de secciones pequeñas ,medias huloncs espeúal es, cherralas, bielas. e¢Pie ona :amoenfadas de grandes medidas . muy olla r a y dureza superficial . Máquinas y n de granate s. ele s de cn,ibolocic reductores . c P -a, de sequndad~Aaem de fatiga . Manivel as y palancas de od"irecclón, an¢ulaclones . Ire os ' d, os oc ,unidad, etc . Piezas cementadas con rssiste,mia e el núcleo .
d
E 9310
F-3110 F-3 401 F-3427 F-3 534 F-3 534
Debido a su gran Iemplabilidnd .las zonas soldadas endurecen al aire. siendo por ello recomendable reven r a 600-700 °C inrnediatame,He después de eolda Buena resistencia a la oxidación hasta 550-600 °C . Buena r sislencia a la co o ió co 1l-d,,1 _ Aha Ien .,ald ::d . Prlsenlaebaena resistencia tal agua da notr9aambiente humedo, aun en contacto con metales elecironeganaos . Soidable, después de soldar 11111 some solubil :zaclón para disolver carburas e rnped, co roslcSn inrergranular . No es apto para nredlosconos :vos por encm,a de 400 °C debido a Ia~P,ec'ipilaci rbn n targr,nular de carburos. De callo, inl1(iOr o losa sal Ci y C, . Ni . Es s Ps cephhle reo deformación en formas complicadas . sgld ble y r este ella rmperalura . Gran ligereza . elevadas . . . . . .. .¡sucas n s y r . . . .Cada a la c orlón a e>lable .
1
F-5703 F 5117 -'5118 F-5127
ND
NA
Mn
Elementos de maquinarla agucola, alicates . tenazas- martillos, deslomilla
F-52 F-5230 F-5241 F-, 2v3 F-5 267
80 W Cr V 4
O-1
80 M 08
0
Matrices cortantes de formac complicadas, lmiadores, mochas para tos cuchilhis encularefi ca libres . Para 1n,b,nr, cuchJl ",s Para cizallas, etc, Fmsas para filca" ar, n,""se, para cenar y da, forma . ,, adores. i1,Iracon para fabricar Whos poleas . . cedas 1lnladds . Ctc . . para mSir CnIPa, I,in4nas sport, e: cillas, irtllcs pa, :, en,butlr. , Uril,, p , n,alnzar y mah,icls para Ira balar en bi0, Vare p ,nenas V n ,dallas . i pa, pe,a cajas (lo rolo! . matutes para anillos, cublenos . cámpanos, m nr~lrrio Par,, mvil, grandes ,,evites para estirar. lu ocas . hileras~~euañadores . etc . el~aca1>ado de piezas de oufoCclilllss y láminas jorra máquinas de rahaler madori,, p o n caliente, 6-11,5 n máncos par ' ,i,doados, lund :c .s grises yace,os t duros, utillaje paro !robalos de cope d, madera, etc. mvnn,PSu s pan ,,a,car, pequeñas cuelvllas para uai>ajar en frío o en caliente, úh1os paran :ál,t,nas neu áilceapa,a demoler homugón, pavlmenlo9 . carbón, c1c . Matrices paro la fabda,ción de tubos de oohre . latón, bronce . ele . ; acides par,, la fundición :nycclada d plata, plata alemana . alpaca . bronce, cla Matrices para 1 ;, labdcaelún de lut>pe de fotón y plome, moldes para fundición inyectado d1 nxn ;d,s de balo Punto de fusión, etc. .d' 1 1 -1 c . . par' lado y I . 7 .1 ^ I y I'.r v, Por I 1 a 1 d d: pción . auion,óv'I - y aquala r . apl'cac s I goms. I' s dcl, .,[ ln .r ,el,t s 1IC, . Matrices r)e Iori"i y eslany>ación 1n caliente Ten,lilndo y r,venido n 550-G00 "C para contables y mandriles.
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Dobllexlrn Ulh a Ultra 12
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F-5520 F-5530 F-540 F 5 603 F-s61t
S 18 , E 18 Co 5
T 7 T 4
F-6102 6104 J E7 ~_--_ F
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Z 80 W 18 ~ Z 85 WK Z 85 WK
F-8101 F-8102
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f-8 106 F-8110
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F-8371 F-8 330 P-8373 P-8387 w
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f-810
I
--
1
F-6201 F-G 202 E F6015 F-6 215
8407 F 8402 F-8403 F-8411 F-8414
UX75 W 13 UX 80 WK UX 80 WK
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I1nca por! o
nue admite, cargas
Tabla 2 .12 Aceros para hormigonado Ejemplo 3.0 designados por el límite elástico según A 37 UNE 36 086 b TiDD -. NE AE 42 Diómer . AE 46 AE 50 AE 60 UNE 36080 6 6 10 12 14 16 20 25 32 40 50
7,19 2,77 3 .30 4,75 6,46 8.44 13.20 20.62 33,78 52,78 8247
130 2 .31 3,61 5.20 7 .08
9.25 14,45 22 .58 37 .00 57,60 9032
L91 2,51 3.93 5,66 7,70 10 .05 15 .71 24,54 40 .21 62,83 95,17
1 .70 3,02 4 .71 6,79 9 .23 12 .06 18 .65 29,45 48 .26 75 .40 11781
= Tipo, 37 k g f/mm 2 , =Grado . = Estado de desoxidación no efervescente . = Igual que en los ejemplos 1 .0 y 2 .0 .
Ejemplo 4.0
A 42 a
= Tipo : 3 kgf/mm 2 . = Grado . La a indica que el grado de desoxidación queda a elección del fabricante, UNE 36 080 = Número de la norma .
2.2 .5 .2
Aceros designados por el limite elástico Estos aceros se designan por las letras AE, seguidas de un número, que indica el valor de la tensión mínima del límite elástico garantizado, expresado en kgf/mm 2 . Si se necesitan algunos elementos de aleación, se añadirá a continuación su símbolo químico. Los aceros para barras corrugadas para hormigonado es un ejemplo de designación por el límite elástico . La tabla 2.12 muestra un extracto de la norma UNE 36086 . De ella es el acero : EE :412 N, UNE 376 088
F 6 102, UNE 36 088
Cuyo significado es : AE 42 N UNE 36 088
= = = =
Letras características de este acero . Límite elástico garantizado R e o R o , 2 en kgf/mm 2 . Estado de suministro en bruto, de la laminación en este caso . El número de la norma para aclaraciones y valores de las restantes características .
2.2 .5 .3
Aceros designados por características particulares Los aceros, que se juzgue conveniente designar por una caracterísit3a particular, se simbolizan por la letra A, seguida de otra letra indicativa de al mencionada característica (así W para características magnéticas ; P, para características de embutición), seguida de un número, que indica el nivel de aptitud para dichas características . Los aceros de la norma UNE 36 079 : semiproductos de uso general para relaminar ; los de la UNE 36087 : chapa para calderas y recipientes a presión, son aceros que se designan según este grupo, Ejemplos : A 37 A 42 A 42 Cuyas 2.2 .6
RA 11, UNE 36 087 = F 6304, UNE 36087 . RC 1300, UNE 36 087 = F 6306, UNE 36087. R 2 N E, U N E 36 079 = F 6 283, U N E 36 079, particularidades están expresadas en la respectiva norma.
Designación de aceros moldeados
La designación de los aceros moldeados va precedida, en todos los casos de las letras AM, seguidas de la designación del grupo a que pertenece el acero ya esté hecha por la composición química o por el criterio de utilización . Ejemplo : AM X12 Crl 3, UNE 36 257
1
F 8401, UNE 36257
Significado de las designaciones
AM X12 Cr13
= Letras características para acero moldeado . = Designación del acero por la composición química correspondiente al grupo del apartado 2 .2 .4 .3 . UNE 36257 = Número de la norma .
42
2.2 .7
Equivalencia de la nomenclatura UNE con las de otras normas Puesto que son empleadas otras designaciones, además de la UNE, en la tabla 2.13, páginas 40 y 41, se muestra una clasificación general en aceros con la designación numérica, simbólica y su equivalencia con casas principales españolas y extranjeras . Por todo lo dicho, se ve que es prácticamente imposible determinar todas las características de los aceros con su sola designación, ya sea en su forma simbólica o numérica . Por tanto, se deberá indicar el número de la norma correspondiente para poder recurrir a ella cuando interese la completa información de las propiedades físicas o composición química del acero .
2.3
Fundción (UNE 36003)
Es una aleación de hierro y de carbono, que puede contener otros elementos, en la que el porcentaje en carbono es superior al punto de saturación que está próximo al 1,7 %. Por tanto, el carbono está siempre por encima de 1,7 (ver diagrama hierro-carbono en el Tema 1) . 2.3 .1
Clasificación de las fundiciones De acuerdo con la norma, las fundiciones se clasifican :
Fundición gris (UNE 36111-73). Es la que presenta todo o gran parte de su carbono en forma de grafito laminar . Fundición blanca, Es la que presenta todo o gran parte de su carbono combinado en forma de carburo de hierro (cementita) . Fundición atruchada, Es aquélla cuya estructura es una mezcla de los constituyentes de la fundición gris y de la fundición blanca . Fundición maleable perlitica (UNE 36116) . Es la que se obtiene por descomposición de la cementita y de la fundición blanca, mediante un tratamiento térmico adecuado . Fundición maleable blanca (UNE 36 113) . Es aquélla en la que el carbono de la cementita ha sido total o parcialmente eliminado por un proceso de descarburación . Fundición maleable negra o americana (UNE 36 114) . Es aquélla en la que el carbono de la cementita se precipita como grafito en forma de copos. Fundición de grafito esferoidal (fundición nodular, UNE 36 118) . que presenta el grafito en forma esferoidal .
Es la
Fundición aleada. Es aquélla cuyo contenido en silicio o manganeso es superior al 5 ó 1,5 % respectivamente, y cuyo contenido en elementos de aleación es superior a los tantos por ciento indicados en la tabla 2.14. Nota : Cuando se presentan simultáneamente varios de estos elementos de aleación, la fundición se considera aleada, si es superior a 1 la suma de las fracciones obtenidas, tomando como numerador el tanto por ciento contenido de cada elemento y como denominador los límites de la tabla 2 .14 . En este cálculo no se tendrán en cuenta los elementos de aleación, cuyo contenido sea inferior a 1/3 de los tantos por cientos límite, indicados en dicha tabla .
2 .3 .2
Designación convencional simbólica de fundiciones no aleadas Para designar los diferentes tipos básicos de fundición, se emplearán las claves indicadas en la tabla 2.15. Para designar una fundición concreta se empleará la clave indicada en la tabla 2 .15, seguida de un número de dos cifras, que indiquen la característica básica que sirve para su definíción . Eventualmente podrán añadirse los símbolos que se juzguen precisos para designar una fundición sin ambigüedad . En todos los casos debe hacerse referencia a la norma UNE que la define, y que servirá para aclarar posibles dudas de interpretación . 43
Tabla 2 .14 Porcentajes mínimos de aleación que debe contener un fundición para considerarla como fundición aleada Elementos de aleación Níquel Cromo Cobre Titanio
!
Tanto por ciento 0,30 0,20 0,30 0,10 0,10 0,10 0,10
Vanadio Molibdeno Aluminio
Tabla 2 .15 Claves para la designación de las fundiciones no aleadas Tipo Fundición gris Fundición blanca Fundición otruchado Fundición maleable blanca o europea Fundición maleable negra o americana Fundición de grafito esferoidal Fundición de grafito difuso
Fe FA FMB FMN FGE FGD
Ejemplos FG 25, F .2 .A ., F .2 .B ., F .2 .D .,
2 .3 .3
UNE 36 111 (fundición gris de 25 I(gf/mmz de resistencia a la tracción) . UNE 36 113 (fundición maleable blanca ; A es el tipo) . UNE 36 114 (fundición maleable negra ; B es el tipo) . UNE 36116 (fundición maleable perlítica ; D es el tipo) .
Designación convencional simbólica de fundiciones aleadas
Para las fundiciones aleadas se emplearán las mismas claves base, seguidas de los símbolos químicos de los elementos de aleación ordenados de mayor a menor contenido de aleación, separados por guiones. Seguirán los porcentajes medios de dichos elementos, separados por guiones, expresados en números enteros de dos cifras, empleando el 0 cuando el contenido sea inferior a 10 . Eventualmente podrán añadirse los símbolos que se juzguen oportunos para designar las distintas variantes. En todos los casos se añadirá la referencia a la norma UNE, donde está definida . 2.3 .4
Designación convencional numérica
Las fundiciones se designarán por la letra G seguida de cuatro cifras . La primera y la segunda servirán para designar grupos y subgrupos, respectivamente. Las dos cifras siguientes no tienen valor de clasificación, y se utilizan exclusivamente para diferenciar las distintas funciones del mismo subgrupo . Eventualmente se podrán añadir una o más cifras, separadas por un guión de las cuatro anteriores, para designar las variantes que se consideren oportunas. En todos los casos se añadirá la referencia a la norma UNE que la define .
2.4
Aleaciones de cobre
Las aleaciones de cobre son aquéllas en las que el cobre entra con preponderancia sobre los demás elementos que las componen, y siempre que la suma de éstos sea mayor del 0,5 por 100 . 2.4 .1
Bronces
Son aleaciones de cobre y estaño . Cuando, además del estaño, entran en la composición otros elementos, se tienen los bronces especiales . 2 .4 .1 .1
Bronces ordinarios
Contienen del 5 al 30 % de estaño ; la fusibilidad, dureza, sonoridad y fragilidad aumentan con el contenido de estaño ; los bronces más duros se emplean para campanas y timbres. Los bronces para piezas mecánicas, como engranajes y cojinetes, contienen del 8 al 20 % de estaño . 2 .4 .1 .2
Bronces especiales
Con la adición al cobre de pequeñas cantidades de otros elementos, además del estaño, se obtienen bronces de características muy determinadas, que se llaman especiales . Los principales son : Bronces al cinc, empleados para objetos de arte, fundidos . Bronces al plomo, que son muy resistentes al desgaste, y se emplean para cojinetes . Bronces al fósforo, que se emplean para engranajes, válvulas, correderas, por la resistencia que les comunica el fósforo . Bronces al silicio, que son buenos conductores de la electricidad ; se emplean para cables telefónicos y telegráficos, por la resistencia que les presta el silicio . Bronces al aluminio, en los que el estaño puede ser reemplazado por el aluminio ; son bronces muy resistentes a la corrosión y se emplean para hélices de barcos, magnetos, piezas de motores y bombas . Las normas UNE actualmente los clasifica y determina sus aplicaciones, según la tabla 2 .16 . Para un empleo correcto consultar catálogos de las casas fabricantes .
2.4 .2
Latones
Son aleaciones de cobre y cinc . Cuando, además del cinc, entran en la composición otros elementos, se tienen los latones especiales . 44
Tabla 2 .16 Nombre (Designación gráfica)
ro
á
Calidad
lo
R kgf1mm
A %
Dureza Rockwell
Aplicación
B
Cu, 89 a 91 Sin, 9 a 11 Fe < 0,1 ; Pb < 0,05 Zu < 0,2
Recocido Semiduro Duro Resorte
42 55 70 82
45 25 5 1
55 90 95 100
Custán 8 Sin (Cu 8)
Cu, 91 a 93 Sin, 7 a 9 P, 0,03 a 0,15 Fe < 0,1 ; Pb < 0,05 Zu < 0,2
Recocido Semiduro Duro Resorte
38 53 65 85
45 20 4 1
50 84 83 98
Custán 5 Sin (Cu 5)
Cu, 94 a 96 Sin, 4 a 6 P . 0,03 a 0,3 Fe < 0,1 ; Ph < 0,05 Zu < 0,3
Recocido Semiduro Duro Resorte
32 48 60 75
40 20 4 1
26 70 85 95
Custán 2 Sin (Cu 2)
Cu, 97,5 a 98,5 Sin 1,5 a 2,5 P, 0,03 a 0,1 Fe < 0,1 ; Ph < 0,05
Recocido Semiduro Duro Resorte
28 38 45 53
30 12 3 1
64 75 79
Cual 5 I*) (Cu Al 5)
Cu, 94 a 96 Al, el resto Fe < 0,3; Ph < 0,1 Si < 0,1
Recocido Semiduro Duro Resorte
35 40 55 70
30 12 6 1
60 68 80 92
Embutido . Estampado. Decoración .
Cual 10 (*) (Cu Al 10)
Cu, 89 a 91 Al, el resto Fe < 0,3; P < 0,1 si < 0,1
Recocido Semiduro Duro Resorte
40 50 55 70
20 12 4 0,5
60 68 80 92
Piezas resistentes a la corrosión . Ruedas dentadas . Acuñación,
0
Nombre (Designación gráfica)
c v3
Composición química
Custán 10 (Cu Sn 10)
c
_~
Bronces (normalizados por el Instituto Nacional de Racionalización y Normalización)
Composición química
ojo
Resistene. Alargara . estática de rotura kgflmm 2 %
Cu, 90 Sn, 10 Min de Cu + Sin, 98,5 Pb < 1 ; Zn < 0,6; Fe < 0,2
20
3
60
Fucustán 12 F Cu Sin 12
Cu, 88 Sin, 12Min de Cu + Sn, 98,5 I b<1 ; Zn<0,6 ; Fe <0,2
20
5
75
20
3
90
12
60
c 0
m`
Cu, 86 Min de Cu + Sn, 98,5 Pb < 1 ; Zn < 0,6 ; Fe < 0,2 Sb < 0,3
Fucustazin 9-6 F Cu Sin Zn 9-6
Cu, 85 Sin, 9 Min de Cu + Sin, 93 Pb<3 ; Sb<0,4 ; Fe <0,2
18
Fucustazin 10-4 F Cu Sin Zn 10-4
Cu, 86 Sin, 10 Min de Cu 1- Sn, 95 Zn, 4 Pb < 1,5; Sb < 0,3; Fe < 0,3
20
Resortes . Usos eléctricos . Muelles . Piezas sometidas a grandes fatigas . Telas metálicas .
Ídem
Ídem
HB
Fucustán 10 F Cu Sn 10
Fucustán, 14 F Cu Sin 14
Resortes . Usos eléctricos . Muelles. Piezas sometidas a grandes fatigas .
Empleo
Maquinaria . Accesorios . Engranajes . Válvulas. Otras piezas de alta calidad.
Cojinetes de Turbinas .
alta
resistencia.
Engranajes .
Piezas de mucho desgaste . Cojinetes sometidos a grandes esfuerzos . Aparatos hidráuticos de alta presión.
Cojinetes para ferrocarriles . Accesorios, etc.
10
65
Maquinaria . Accesorios en general. Bridas y bombas .
45
Tabla 2.16
Bronces (normalizados por el Instituto Nacional de Racionalización y Normalización)
Nombre
(Designación gráfica)
Fucustanzinplo 5-5-5
F Cu Sn Zn Pb 5-5-5
ó
1")
Sn, 5 Min de Cu + Sn, 89 Zn, 5 Pb, 5 Sb<0,5 ; Fe <0,3
kgflmm
lo
15
8
HB
Accesorios de ferrocarril y maquinaria .
Fucustanzinplo 8-7-3 F Cu Sn Zn Pb 8-7-3
Cu, 82
Fucustanplo 10-4 F Cu Sn Pb 10-4
Cu 86 Sn, 10 Min de Cu + Sn, 95 Pb, 4 (máx ., 6) Sb < 0,3; Fe < 0,4
18
12
70
Fucuplostán 12-8 F Cu Pb Sn 12-8
Cu, 80 Pb, 12 (máx ., 14) Sn, 8 Min de Cu + Sn + Pb, 98 Sb < 0,4; Fe < 0,2; Zn < 1
15
7
60
Fucuplostán 15-8 F Cu Pb Sn 15-8
Cu, 77 Pb, 15 (máx ., 16) Sn, 8 Min de Cu + Sn + Pb, 98 Sb < 0,5; Fe < 0,2; Zn < 1
15
Fucual 9 F Cu Al 9
Cu, 89 a 93 Al, 7 a 1 f
35
12
80
Fucualfe 10-1 F Cu Al Fe 10-1
Cu, 86 a 91 Al, 9 a 11 Fe, 0,75 a 1,5
47
15
120
Fucualfeni 11-4-4 F Cu Al Fe Ni 11-4-4
Cu, 79 a 83
65
7
175
20
12
60
Sn, 75 Min de Cu + Zn, 91 Zn, 4,5 Pb, 3 (máx ., 4) Sb < 0,5; Fe < 0,5
Cojinetes de ferrocarril . Válvulas . Grifería, etcétera .
15
Sn, 8 Min de Cu + Sn, 88 Zn, 7 (máx ., 8) Pb, 3 (máx_ 4) Sb < 0,5; Fe < 0,5 Sb < 0,5; Fe < 0,5
Al, 10 a 11,5 Fe, 3 a 5 Ni, 3 a 5; Mn, 3,5 máx.
Empleo
60
Cu, 85
U
C
Cu, 85
Resistenc. Alargam. estática de rotura
Fucustanzinplo 7,5-4,5-3 F Cu Sn Zn Pb 7,5-4,5-3
`° 4
° m
Composición química %
(contínuaciónl
5
70 Maquinaria . Cojinetes de ferrocarril . Grifería, etcétera .
Cojinetes para laminadoras en caliente . Maquinaria eléctrica . Piezas que tienen características anticorrosivas .
Cojinetes para elevadas nadores en frío .
8
presiones.
Lami-
60 Cojinetes para elevadas presiones, especialmente para vagones de ferrocarril .
Piezas moldeadas y lingotes .
Ídem
Ídem
Llamado usualmente bronce de aluminio y cuproaluminio .
2.4 .2 .1
Latones ordinarios
Contienen del 45 al 55 % de cinc ; a mayor cantidad de cinc la maleabilidad y ductilidad disminuyen . Los latones que contienen del 30 al 37 % de cinc se emplean para piezas moldeadas, hilos y laminados en plancha. Los que contienen del 37 al 42 % de cine se usan para trabajos de pequeñas piezas, partiendo de barras laminadas. 46
En la figura 2.17 se representa gráficamente el alargamiento y la resistencia del latón en función del tanto por ciento del cobre . 2.4 .2 .2
Latones especiales
Los más importantes son : Latones al plomo, que se emplean para piezas pequeñas . El plomo facilita la maquinabilidad . Latones al manganeso, para piezas moldeadas o forjadas . Latones al hierro y manganeso, que son muy tenaces y resistentes a la corrosión . El más conocido es el metal delta, que se emplea para hélices y engranajes . Latones para soldaduras fuertes, que son muy empleados en la soldadura autógena . Los más importantes son : - Para soldadura de hierro ; contienen del 70 al 90 % de cobre . - Para soldadura de cobre ; contienen del 50 al 55 % de cobre . - Para soldadura de latón ; contienen del 45 al 55 % de cobre . La clasificación y sus aplicaciones vienen determinadas por las normas UNE según se indica en la tabla 2 .18 .
2 .4 .3
Aleaciones cuero-niquel
Estas aleaciones de cobre y níquel contienen del 15 al 40 % de níquel ; su principal aplicación es la de resistencias eléctricas . 2 .5
Clasificación y designación de las aleaciones ligeras (UNE 38001 1 .a R)
El conjunto de las aleaciones ligeras constituye lo que se denomina, en la clasificación general de los materiales, una clase, la cual se designará por la letra L.' Esta clase L, aleaciones ligeras, se clasifica en series, grupos e individuos o aleaciones . En general, las series comprenden conjuntos de aleaciones semejantes por su tecnología de utilización, y los grupos, dentro de cada uno de ellos, están formados por aleaciones con el mismo elemento principal de aleación o que sean estructuralmente análogos.
2.5 .1
Designación numérica
La serie y grupo se expresarán por una cifra cada uno, y el individuo por dos cifras, por lo que la designación numérica de una aleación cualquiera quedará fijada por un número de cuatro cifras precedido de la letra L, que indica la clase. Elémplos .
L-1 880; L-2 051 ; L-2 110; L-2310 .
2.5 .2
Designación simbólica de metales ligeros no aleados Se escribe el símbolo químico del elemento, seguido del porcentaje de pureza del metal. Ejemplos:
AI 99,55
(significa que la pureza es dei 99,55 %) . AI 99,55 E (pureza del 99,55 %) ; para usos eléctricos se añade la E. 2.5 .3
Designación simbólica de aleaciones ligeras Se escribe el símbolo del metal base seguido de guión, y el elemento principal de aleación, precedido de su porcentaje nominal, y los símbolos de los elementos de aleación que sean necesarios, cada uno de ellos precedido o no de su porcentaje nominal, según convenga para la perfecta identificación de la aleación . El porcentaje nominal se procurará, siempre que sea posible, redondearlo al número entero más próximo, en el caso de ser superior a 1 % y a la décima por ciento más próxima cuando sea inferior a este porcentaje . 47
ó v É ó 70 Q É 50
"
~1IM1"N 11011 11
§mil
I"
mil
ó
"1
c 20 CIZ
al
65
El56%C, 50
Fig. 2 .17 Diagrama de resistencia y alargamiento del latón en función del % del cobre,
Tabla 2 .18
Composición química
Nombre (Designación APJ gráfica)
rz c
Calidad
kqf/mmz
%
H R
Aplicación
Cuzín 90 (Cu Zn 90)
Cu, 89 a 91 Zn, el resto Fe < 0,05 ; Pb < 0,05
Recocido Semiduro Duro
26 36 42
38 10 3
F 53 B 58 B 70
Construcción . Ornamentación . Piezas esmaltadas . Cartuchería .
Cuzín 85 (*) (Cu Zn 85)
Cu, 84 a 86 Zn, el resto Fe < 0,05; Pb < 0,05
Recocido Semiduro Duro
28 39 40
36 10 3
F 56 B 65 B 77
Bisutería . Construcción . Telas metálicas.
Cuzín 80 (*) (Cu Zn 80)
Cu, 78,5 a 8,15 Zn, el resto Fe < 0,05; Pb < 0,05
Recocido Semiduro Duro
29 42 51
41 16 5
F 67 B 70 B 82
Bisutería . Construcción . Telas metálicas
Cuzín 72 (Cu Zn 72)
Sn, 71 a 73 Zn, el resto Fe < 0,05; Pb < 0,05
Recocido Semiduro Duro
30 43 53
45 30 6
F 53 B 55 B 82
Trabajos de embutido profundo . Cartuchería .
Cuzín 70 (Cu Zn 70)
Cu, 68,5 a 7,15 Zn, el resto Fe < 0,05; Pb < 0,05
Recocido Semiduro Duro
30 43 53
42 25 5
F 54 B 55 B 82
Lampistería . Muebles metálicos. Telas metálicas. Ornamentación .
Cuzín 67 (Cu, Zn 67)
Cu, 65 a 68 Zn, el resto Fe < 0,05; Pb < 0,08
Recocido Semiduro Duro
30 40 50
35 15 5
F 65 B 70 B 80
Embutido tanto a máquina como a Orfebrería . (mano . Fabricación de cubiertas.
Cuzín 65 (Cu Zn 65)
Cu, 63 a 65 Zn, el resto Fe < 0,05 ; Pb < 0,3
Recocido Semiduro Duro
34 42 51
30 15 5
F 63 B 70 B 80
Clavos . Tirafondos . Remaches . Tornillería prensada . Alfileres.
Cuzín 60 (Cu Zn 60)
C u, 59 a 61 Zn, el resto Fe < 0,01 ; Pb < 0,3
Recocido Semiduro
37 49
40 8
F 80 B 75
Piezas torneadas . Piezas forjadas y estampadas .
Cu, 58 a 61
Semiduro
35
15
B 60
Piezas torneadas.
Pb, 1 a 2 Zn, el resto
Duro
50
8
B 80
Piezas forjadas .
Cu, 69 a 71 Sn 0,8 a 1,2 Zn, el resto
Recocido Semiduro Duro
29 40 65
40 25 3
F 75 B 70 B 87
Tuberías de condensadores .
Cu, 61 a 63 Sn, 0,5 a 1,75 Zn, el resto
Recocido Semiduro Duro
30 40 50
45 30 8
B 55 B 80 B 90
Placas de condensadores . Piezas resistentes a la corrosión por el agua del mar.
0
Q
Latones (normalizados por el Instituto Nacional de Racionalización y Normalización)
0
m
Cuzinplo 60-1,5 1**) (Cu Zn Pb 60-1,5
Cuzinestán 70-1 (Cu Zn Sn 70-1) Cuzinestán 62-1 (***) (Cu Zn Sn 62-1)
Fucuzín 60
C
(F Cu Zn 60)
k
Fucuzinplo 60-1
a ym
IF Cu Zn Pb 60-1)
c
Fucuzinplo 63-2 (F Cu Zn Pb 63-2) (`) 1"") ("'")
Cu, 54 a 64 Sn+Al+Mn+ Fe, 7,5 Zn, el resto
Piezas fundidas para barcos . Cojinetes. Tuercas .
Cu, 54 a 64 Sn+Al+Mn+ Fe, 7,5 Pb, 0,5 a 1,5 Zn, el resto
Piezas de máquinas . Bombas Grifería
Cu, 60 a 65 Pb, 1 a 3 Zn, el resto
Piezas fundidas en general, especialLampistería mente grifería . Decoraciones .
Llamada usualmente tombac. Llamada usualmente latón 60-40 de tornilleria. Llamada usualmente latón naval.
48
Ejemplo: La designación simbólica de una aleación de base aluminio, con 1,2 % de Mg y 0,7 % de Si, nominales, será :
2 .5 .4
Designación del estado de tratamiento de las aleaciones ligeras (UNE 38 002)
Los estados básicos de tratamiento de las aleaciones ligeras se designarán por una letra mayúscula, a la cual se añadirán una o varias cifras, cuando sean precisas subdivisiones, para distinguir tratamientos dentro del mismo estado básico . En la tabla 2 .19 se resume la designación de los estados de tratamiento . Ejemplo de designación :
I
Tabla 2 .19
L-3 130-76, UNE 38 313
Resumen de las designaciones de los estados de tratamiento
Designación
Estado de tratamiento
F
Bruto de fabricación
0
Recocido total (solamente para productos de forja)
H
Acritud
H7, seguido de una o más cifras
Solamente deformación en frío
H2, seguido de una o más cifras
Deformación en frio seguida de recocido parcial
H3, seguido de una o más cifras
2.6
Deformación en frío seguida de estabilizado
W
Temple
T
Tratamientos térmicos para producir estados estables distintos a los designado. porF,0óH
T7
Maduración natural, solamente
T2
Recocido
T3
Temple, deformación en frio y maduración natural
T4
Temple y maduración natural
(solamente para
productos moldeados)
T5
Maduración artificial solamente
T6
Temple y maduración artificial
T7
Temple y estabilizado
ra
Temple, deformación en frio, y maduración artificial
T9
Temple, maduración artificial y, a continuación, deformación en frío
T10
Maduración artificial y, a continuación, deformación en frio
Colores distintivos de las aleaciones ligeras (UNE 38 003 1 .a R)
Para caracterizar las aleaciones ligeras se empleará la siguiente serie de colores que, de un modo general, coincide con la del espectro, y a la que se hará corresponder las cifras 0 a 9, como se indica en la tabla 2 .20. Según UNE 38 001 la designación numérica de las aleaciones ligeras se hace con un número de cuatro cifras ; las cifras se pueden sustituir por colores ; cada número se sustituye por el color que corresponde a la tabla 2 .20. Por ejemplo, la aleación ligera, cuya designación numérica es L-3171, tendrá la siguiente caracterización por medio de colores (fig . 2 .21) . Tabla 2 .20 Cifra
0
Color
negro
1 morrón
Colores distintivos para las aleaciones ligeras 2 rojo .
3 naranjo
4
5
6
amarillo
verde
azul
violeta
Marrón g
g
gris
blanco
Violeta Marrón
49 4.
Tecnología 2.1 .
Naranjo
Fig. 2.21 Caracterización de una aleación ligera L-3 979 por colores,
2.7
Aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo . Equivalencias comerciales (UNE 38202 1 .a R)
Esta norma tiene por objeto establecer las equivalencias entre los aluminios y aleaciones de aluminio para moldeos comerciales de distintos países y los considerados en las normas UNE (tabla 2.22) . Tabla 2 .22 UNE
España
Equivalencias comerciales de las aleaciones ligeras
Alemania
L-2051 UNE38 125 (A199,5 ) L-2110 UNE 38 211 1 .z , R (A :-10 Cu Mg)
L-211 A-U 10 G Agmadur 10
L-2130 UNE 38 213 l.-' R (AI-7CuSi)
L-213 A-U 7S Z A-U8 S4
L-2140 UNE 38 214 1:' R (Al 4 Cu Mg Ti)
L-214 A-U 5 GT
L-2150 UNE 38 215 1.1 R (AI-4 Cu 2 Ni M9)
L-215 A-U 4 NT Alucor Y
L-2310 UNE 38 231 1 .1 R (AI-10 Mg)
L-231 A-G9 M Be A-G 10 Agmag 9 Alucor 90
L-2331 UNE 38 233 (AI-6 M9)
G-Al Cu 4 Ti Mg Alufont 4 Hontal S
100
A 5-Y A 5-Y 4
100
250
122 Bohnalite J
A-U 10 G-Y Centralit
Bírmalite BA 34 Alminal C 12
12 81 , C 13 172
A-U B S-Y
Y
218
142 Bohnalite-Y
G-Al Mg 10 Honalium 10 Hütta1240/10 Peraluman-10 G
350 S 350 6080
220
A-G 6
L-2341 UNE 38 235 (AI-3 Mg Si)
España
Alemania
L-252 A-S 11 A-S 13 Alucor 10 Sil . 130
G-Al SI 12 GD-Al SI 12 Hüttasll 230 Silafont 1 Sllumin
L-2521 UNE 38 269 (AI-12 Si Fe) L-2530 UNE 38 253 1 ^ R (AI-12 Si 1 Cu)
L-253 A-S 13 U A-S 12 UM Sil . 131
G-Al SI 12 (Cu) Kupfer-Sllumln Sitasil 231
L-2550 UNE 38 255 1.- R (AI-12 SI 2 NI)
L-255 A-S 12 N 2 G
Ha-124 KS 1275
A-S 12 UN A-S 11 UNG
L-256 A-S 9 GM A-S 9 KG A-S 10 G Silumag 9
G-Al SI 10 Mg G-Al SI 10 Mg (Cu) Hüttasll B 230/10 Silafont 3 Silafont 5 Silumln Q SIIumin y GD-Al SI 10 (Cu) Silafont 6
UNE238 268 (AI-10 Si Mg Fe)
L-2570 UNE 38 257 1) R (At 5 Si Mg)
L-257 A-S 4 G Alucor 40 Silumag 5
A-G 6Y 4
Estados Unidos
Canadá
23
Inafond C 5 AAI-L 55 LM14 Hiduminlum Y 218 Y BA 33 Alminal C 14 HG 402
AAI-L 42 Termafond Y Termafond YT Y Y Ti
LM 10 Hiduminium 90 BA 29 350 300 Alloy Alminal C 10
AAIo 70 Corrofond M 10 Peraluman 10 AAI-L 85 Corrofond M 5 Peraluman 5
G.AI SI 5 Mg Anticorodal S SI Huttol235 Pantal 5
MG-7
Francia
160 180 N 180 X 16,5 6290
47
A-S 13-Y Alpax
B 160
g l 13 oy 1
A-S 13-Y 4 26 D Alpax au culvre
162
A132
A-$ 12 N 2G-Y
B 162
E 132
Gran Bretaña LM 6 Hiduminfum 10 Alpax 1 60 BA 40 Wilmil Alminal C6 LM 20 ALAR 00.12 Alminal C 20
Peraluman 50 G
AAI-L 67 PF
A-S 12 UN-Y Central A Centrolil
AAI-L21 Inafond S 131 Silafonl Cupro
Lo-Ex LM 13 162 BA 42 AImínel C 13 HG 413
AAI-L 30 AAI-L 36 Lo-Ex Stantutont Normale Termafond S 122
13 162 BA 42 Alminal C 13 HO 413,
2SQ x H
B 116
0 364 APEX 36
A-S 10 G-Y 4
A-S 4 G-Y 41 SM
AAI-L 20 Inafond S 13 Silafont Normale
LM 20 ALAR 00.12 AImingl C 20
A"S 9 KG-Y A-S 10 G-Y
B 150
Italia
Suiza
Sllalont 1
AAI-ML 13 PF
LM
.. Hüttosll Cu NI Ma ao 124 Nürl 3210 Sllalont 7
AAI-L 46 Termalond C 10 Alcufont 10 Inafond C 12 T LBT
L 214
.
L-2560 UNE 38 256 l .- R (A -10 SI Mg)
218 APEX 418
Suiza
LM 1 Alloy
A-G 6-Y
340
Italia
Alminal C 1
A-U 4 NT-Y Fortal 55 y
G-Al Mg3 Aquanalium 241 Honalium 3 Honalium 31 Hüttal 243 Neoxydin Peraluman 3 G Pero luman 3 G/SI
L-2551 UNE 38 265 JAI-1 2 Si Ni)
Gran Bretaña
100
6377
GD-Al Mg 8 (Cu) Aquanalium 341
L-2520 UNE 38 252 1 . " R (AI-12 Si)
Francia
A-U 5 GT-Y APM W41
L-2332 UNE 38234 (AI-6 Mg Fe)
UNE
Estados Unidos
Canadá
LM B Alminal C8 Birmldel BA LM 8 BA 46 Hiduminium 40 B116 356 Alloy
Sllalont 4
Silafont 7
AAI-L 9 Inafond S 9 Sitafont Mn
Sllalont 3 SI(alont 5
AA I-ML 10 PF AAI-ML 9 PF
Slalom 8
AAI-L 4 Anticorodal 15 Corrofond S 45
Anticorodal 5 SI
Tabla 2 .22 UNE
España
L-2571 UNE 38 266 (AI-5 Si Cu Mg)
Francia
A-S 5 UG
G-Al Si 6 Cu 4 GD-Al Si 6 Ca 3 Alsilit 311 Nürol 85 Nürol 311 US Silcupral225
L-263 A-S 8 U 3 A-S 9 U 3 Agmasil 83 Agmasil 93
L-2630 UNE 38 263 (AI-8 Si 3 Cu)
L-2640 UNE 38 264 (AI-12 Si 2 Cu)
ALAR 21
AAI-L 6 Inafond S 5,5
APEX 39 APEX Z 39 A 380
LM 24 ALAR 308 Hiduminium 19 P. 83 Alloy
AAI-ML 2 PF AAI-ML 8 PF Alsifont S 9 CF Pressofond S9 CF
-- -- '
Silafont 8
L-2710 UNE 38 271 (AI-5 Zn Mg)
L-271 A-Z 5 G Agmazin
L-2910 UNE 38 291 1 .° R 11 (A1-6 Sn Ni)-
DG 63
Allcast 60 Bohnolite W-6 85 A108 319
1-264 A-S 13 U 2 Sil . 132
L-2651 UNE 38 267 (AI-7 Si Mg)
Unifont 5
6148
L-291 A-E 6 UN Alucor 29
Suiza
LM 4 LM 22 Alminal C4 Alminal C 304 D7Alloy D 8 Alloy Hiduminium 20 Hiduminium 21 117 8117 C 117
A-S 5 U 3
127 6145
Italia _ 5 A 85 Inafond S 5 Inafond S 52
Alminal C 16 125
117 0 117
L-262 A-S 6 U 3 A.S 7 U 3 A SC ASC-74
L-2620 UNE 38 262 (AI-6 Si 4 Cu)
(contínuacíón)
Gran Bretaña
=3
L-261 A-S 5 U 3 A-S4U3 Agmasil Alucor 20 Al Si Cu 5/3
L-2610 UNE 38 261 (AI-5 Si 3 Cu)
2.8
Equivalencias comerciales de las aleaciones ligeras
AAI- ML 12 PF AAI-ML 21
356
A-S 7 G-Y
AAI-L 7 Inafond S 7 Inafond S 71
40 E 405 D 612
A-Z 5 G-Y
Inafond 2 5 F
Hiduminium 29 MB-7 Alioy
750
Unifont 5
AAI-L 88 Lubral N 6
Equivalencias oficiales (UNE 38201 1 .a R)
Esta norma tiene por objeto establecer las equivalencias del aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo, consideradas en las normas UNE, con las de otros Organismos Oficiales de Normalización (tabla 2 .23) . Las equivalencias se han determinado tomando como base un criterio amplio de la composición química . Tabla 2.23
Equivalencias oficiales del aluminio y sus aleaciones según UNE 38 201
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1-2371 UNE 38 271 (Al 9i M91
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Tabla 2 .23 EapOlb An1yu0 6báo
UNE
Equivalencias oficiales del aluminio y sus aleaciones según UNE 38 201 (continuación)
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L-2620 UNE 76262 IAI-65I1OU)
(
3275
EalvOOa UniOVi
M
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42610 UNE N 261
4261
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A45i7M0
Al, 17
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37361
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1211 1280 1281
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L- S, UNE38287 IALISiMp)
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AIZnSMp
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1.491
121910
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_
-
2 .9
_
Condiciones técnicas generales para suministro y recepción de língotes de aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo (UNE 38203)
Esta norma tiene por objeto establecer las condiciones técnicas generales para suministto y recepción de lingotes de aluminio y aleaciones de aluminio, destinados a refusión, con el fin de obtener piezas moldeadas de la misma aleación . 2.9 .1
Condiciones de pedido
En el pedido deberá figurar la siguiente información : - Aleación según norma UNE. - Cantidad en peso . - Eventualmente, previo acuerdo, forma y peso del lingote. - Si se exige, certificado de calidad. - Si los lingotes han de ser objeto de recepción técnica en la factoría del fabricante . - Eventualmente, condiciones particulares tales como el marcado del número de lote o colada de los lingotes, aspecto de los lingotes, forma y dimensiones de los mismos, etc. 2.9 .2
Condiciones de recepción Los lingotes podrán ser objeto-de recepción técnica. El control de recepción será realizado en la factoría del fabricante, en presencia de un agente o inspector del cliente, si éste lo desea ; en tal caso, el : fabricante deberá dar al agente o inspector las facilidades pertinentes para la realización de su cometido, si bien sin interferir innecesariamente en el trabajo de la factoría . 52
2.9 .3
Caracteristicas a comprobar en recepción La característica a comprobar obligatoriamente es la composición química, quedando sujeto a acuerdo previo la comprobación de otras, tales como características mecánicas sobre probetas colocadas aparte, aspecto superficial de los lingotes, etc. 2.10
Antifricción
Son aleaciones que tienen la particularidad de ser muy resistentes al desgaste y tener un punto de fusión bajo ; se emplean principalmente para fabricar cojinetes de cabeza de biela (fig . 2.24) . En el caso de que falle el engrase o el calentamiento sea excesivo, el antifricción se funde ; en este supuesto el cigüeñal y la biela quedan intactos y la reparación sería sólo del cojinete antifricción . 2.10.1
Principales aleaciones antifricción
A base de estaño. Tienen un 80 % de Sn, 14 % de Pb y 6 % de Cu ; son de pequeña dureza (de 25 a 30 kgf/mm2 Brinell) y funden de 350 a 400 °C ; se emplean poco en motores de explosión . A base de plomo. caciones . 2.11
Suelen tener del 74 % al 98 % de Pb, según sus apli-
Sinterizados
Los sinterizados no son, en realidad, aleaciones . La sinterización en aglomerar, a alta temperatura y bajo fuerte presión, los distintos nentes, después de pulverizarlos y mezclarlos íntimamente. Se pueden sinterizados de componentes que no sean miscibles, así como hacer en :cualquier proporción .
consiste compoobtener mezclas
La sinterización tiene especial importancia en la fabricación de cuchillas de metal duro o widia . Para ello se mezclan carburos de wolframio con cobalto o titanio . Previamente pulverizados, se calientan a 1 800 °C y se someten a grandes presiones, obteniéndose las plaquetas debidamente conformadas .
2.12
Plásticos
Se denominan materiales plásticos a un numeroso grupo de productos de origen orgánico y de elevado peso molecular, que son sólidos a la temperatura ambiente, pero de fácil moldeo por el calor. Químicamente son polimeros constituidos por miles y miles de moléculas iguales, repetidas y entrelazadas, que dan lugar a un verdadero enrejado, partiendo de una molécula básica llamada monómero . Por ejemplo : n (CH Z = CH) -- -CH 2 - CH - CH Z - CH - CH Z - CH - CHZ cloruro de vinilo (monómero)
policloruro de vinilo (PVC) (polímero)
En su proceso de fabricación se parte de la resina básica que, bajo la acción del calor y la presión, se convierte en plástica y puede, entonces, sufrir la acción de un molde, ser estirada hasta formar barras o tubos, etc ., o ser empleada en la formación de productos laminados .
Principales componentes de los plásticos En la constitución de los plásticos entran los siguientes componentes:
2.12.1
Resina básica,
Puede ser fenólica, poliuretano, celulósica, vinílica, etc.
Cargas. Son materiales que modifican las propiedades mecánicas de la resina y disminuyen el precio del plástico . Se emplean, entre otras: algodón en polvo, papel, fibra de vidrio, sílice, yeso, etc. 53
Fig. 2 .24 Biela recubierta con metal antifricción,
Colorantes y pigmentos . Se adicionan para comunicar al plástico el color deseado ; deben ser solubles en la resina y resistir a la luz y al calor. Los principales son : Ti0 Z, ZnO, litopón (50 % BaSCu y 50 % ZnS), Fe 20 3, etc. Plastificantes. Aumentan la plasticidad del plástico . Cada plástico requiere un plastificante adecuado . Son productos tales como : ftalatos, fosfatos, cloruro de difenilo, etc . Catalizadores. Para acelerar la reacción de polimerización del monómero se emplean catalizadores que actúan como aceleradores de la reacción . Además de los catalizadores químicos, en la polimerización actúan la luz y el calor favoreciendo la reacción . Endurecedores y aceleradores . Su misión es acelerar el proceso de endurecimiento del plástico . Se emplean el fosfato de trifenilo, Mg0, cal, etc . 2 .12 .2
División de los plástícos Según sus propiedades los plásticos se dividen en :
Termoplásticos (fig . 2.25) . Son los que, al ser calentados hasta determinada temperatura, vuelven a su estado plástico, pudiendo cambiar de forma.
OS
TERMOP LA T
Los granos de la plástico . . . Fig. 2.25
. . . se funden por el calor. . .
y se solidifican enfriando.
-
la pieza sólida . . .
aa
".' .
. . .se funde al catentar de nuevo.
Plásticos termoplásticos.
Termoestables . Son los que no pueden, una vez prensados, volver a su estado plástico primitivo (fig . 2 .26) .
Fig. 2.26
Plásticos termoestables.
2 .12 .3
Sistemas de transformación de los plástícos Los plásticos moldeados, tanto termoestables como termoplásticos, se presentan en polvo, escamas o granos, que se emplean para producir en moldes las piezas más variadas y complicadas mediante presión y calor. Los moldes empleados son de acero bruñido . Las piezas salen del molde terminadas y con la superficie lisa y acabada, sin necesidad de nuevos retoques como no sea quitar alguna rebaba y operaciones por el estilo . El molde se obtiene, en general, por uno de los siguientes procedirnientos : prensado, inyección, transferencia, extrusión y colada . Hay que advertir que, para cada tipo de plástico, se adopta la forma más conveniente de moldeo . Fig. 2.27
Obtención de piezas de plástico por prensado,
Prensado (fig . 2.27) . Se emplea principalmente para termoestables . El material pulverizado se introduce en la mitad inferior del moldeo y luego se prensa aplicando calor. Cuando está la pieza endurecida se saca . La expulsión la hace automáticamente la misma máquina.
54
Inyección (fig . 2.28) . Se emplea casi siempre para material termoplástico . El material es impelido a un cilindro caliente y, una vez en estado plástico, un pistón lo inyecta a presión en el molde en donde se enfría . La pieza moldeada se puede sacar, porque el molde está formado por dos piezas que se juntan entre sí, generalmente por presión hidráulica . Transferencia (fig . 2 .29) . Se emplea para materiales termoestables . El material pulverizado o en gránulos es impelido a gran presión a través de una boquilla ; el roce con la boquilla lo calienta y llega al molde, donde se calienta a mayor temperatura para que fragüe .
Fig. 2 .28 yección.
Sistema
de
in-
Extrusión (fig . 2 .30) . Se emplea normalmente para termoplásticos . El material cae de una tolva a una prensa de hélice dentro de un cilindro calentado . De esta forma es impelido por una boquilla que le da, de manera continua, la forma deseada de tubo, barra o perfiles es peciales . Por este procedimiento, se pueden también recubrir con plástico, alambres o perfiles de otras sustancias. Colada (fig . 2 .31) . Se usa a veces para las resinas fenólicas . Tiene poca aplicación . Los moldes se llenan a mano y luego se llevan a un horno hasta que fragüe el plástico .
2 .12 .4
Aplicaciones de los plásticos
Como ya se ha indicado, el campo de aplicación de los plásticos se extiende cada día más. Las aplicaciones de los plásticos son muy variadas y numerosas. Basta indicar, a título de ejemplo, los pequeños objetos de uso doméstico y personal, los muebles, tejidos, aparatos de radio e industrias eléctrica y química, construcción de automóviles, aviones, material de guerra, taller mecánico, etc. 2.12.5
Sistema de trans-
Clases de plásticos
La variedad de plásticos es muy grande . Según el fin al cual están destinados, sus propiedades deben ser distintas y dependen fundamentalmente de los componentes. Los principales plásticos empleados en la industria son los siguientes : celuloide, poliuretano, fenólico, aminoplástico, polivinilo, polietileno y poliestireno . 2 .12.5 .1
Fig . 2,29 ferencia.
Fig . 2 .30 trusión .
Sistema
Fig . 2.31 la da.
Sistema por co-
de
ex-
El celuloide
Es un material termoplástico muy tenaz y resistente al choque . Resiste a los ácidos y álcalis diluidos, pero le atacan los ácidos y álcalis fuertes. No le atacan los hidrocarburos, ni aceites . Se disuelve en acetona y acetato de etilo . Hay que destacar que es el único plástico inflamable . Se aplica en cristales irrompibles, celofán, impermeables, cepillos, etc .
2.12.5 .2
Poliuretano
Se fabrica a partir de compuestos hidroxílicos polifuncionales (poliéster) con isocianatos polifuncionales. Resisten las bases débiles, alcoholes, ésteres, hidrocarburos clorados, benceno, etc., y son atacados por los ácidos débiles y concentrados, bases concentradas y acetonas . Se aplica especialmente como espumas, adhesivos, aislamientos, etc .
2.12 .5 .3
Fenólico
Se forma de la resina fenol-formaldehído y su principal representante es la baquelita. Es un material termoestable, químicamente inerte ; le atacan los ácidos sulfúrico, nítrico y los álcalis fuertes. Se aplica en laminados, engranajes, aislantes eléctricos, barnices, lacas, adhesivos, espumas fenólicas como aislantes, etc .
2.12 .5 .4
Aminoplástico
Está constituido por urea-formaldehído y un ejemplo de aplicación industrial es la Formica . Es termoestable, dura y tenaz. Transparente o blanca translúcida, resiste al calor hasta 138 °C y es incombustible. Sus aplicaciones son múltiples : cajas para embalajes, cajas para equipos instrumentales, conductos eléctricos, interruptores, espumas, lentes ópticas, barnices, etc .
55
2 .12 .5 .5
Polivinilo
Su principal representante es el cloruro de polivinilo (PVC) . Es un material termoplástico, que puede presentarse transparente u opaco . Su rigidez depende del plastifícante adicionado ; se puede soldar con facilidad, con pistola y varilla, y se disuelve en ciclohexanona, ciclopentanona, nitrobenceno y otros productos orgánicos . En el mercado se presenta en forma de filamento, lámina, fibra textil, tubo y perfil de todo tipo . Su aplicación en la industria química es muy destacada : tuberías, correas, aislamientos de cables eléctricos, pavimentos y paredes, botellas, etc . 2 .12 .5 .6 Fig . 2 .32
Ejemplos de empleo de envases de p,olietileno,
Poliestreno
Denominado de alta presión, es un termoplástico que se presenta bajo los nombres comerciales de politeno y alcatene . Le atacan el ácido sulfúrico fumante y el ácido nítrico concentrado . A más de 60 °C es soluble en hidrocarburos y prácticamente resiste a la mayoría de los disolventes, en frío, y a las bases, soluciones y agua caliente . Sus aplicaciones son generales para artículos domésticos e industriales, todo tipo de embalajes, tubos, varillas, protecciones en plantaciones agrícolas, piezas para la industria química, etc . (fig . 2.32) . 2 .12 .5 .7
Poliestireno
Es un polímero de estireno, conocido comercialmente por poliestirol. Es un material termoplástico, transparente, ligero de peso y que se reblandece a partir de 90 °C . Resiste a los ácidos débiles, bases, alcoholes grasos, aceites y ceras ; pero le atacan las cetonas, éter, acetatos orgánicos, etc . Se aplica como material aislante del calor y del sonido, frascos, embalajes, impregnación de papel, lacas aislantes, etc . CUESTIONARIO 2 .1 2.2 2.3 2.4 2.5 2 .6 2 .7 2 .8 2 .9 2 .10 2 .11 2 .12 2 .13 2.14 2 .15 2 .16 2 .17 2 .18 2 .19 2 .20
¿Qué son productos férreos? Definición del hierro . Definición del acero . ¿Qué son aceros aleados? ¿En qué consiste la designación numérica de los aceros? ¿En qué consiste la designación simbólica de los aceros? ¿Qué ventajas tiene la representación simbólica? Definición de fundición . ¿Qué es la fundición gris? ¿Qué es la fundición blanca? ¿Cuáles son las principales aleaciones de cobre? ¿Qué es el bronce? ¿Qué es el latón? ¿Qué elementos fundamentales forman parte de las aleaciones ligeras? ¿Qué es el material antifricción? ¿Qué son los materiales sinterizados? ¿Qué son los plásticos? ¿Cuáles son los principales componentes de los plásticos? ¿Qué son los termoplásticos? ¿Cuáles son las aplicaciones principales de los plásticos?
BIBLIOGRAFIA LEYENSETTER A ., Tecnología de los oficios metalúrgicos, Eaitorial Reverté, S . A ., Barcelona 1974 . IRANCR, Manual de Normas UNE sobre Siderurgia, Madrid . Catálogos comerciales .
Tema 3 .
Propiedades y ensayos de los materiales
OBJETIVOS - Estudiar las principales propiedades mecánicas de los materiales . - Conocer los ensayos mecánicos de mayor interés, tanto estáticos y dinámicos como tecnológicos . EXPOSICION DEL TEMA El color y la simple observación pueden dar una idea general y aproximada de un material . Basta observar una pieza para poder decir si se trata de acero o fundición, de aluminio o aleaciones ligeras, de cobre o sus aleaciones ; si está niquelada o pintada ; si se ha obtenido por elaboración mecánica, por fusión, por forja, etc. Pero esta información no es suficiente para saber las propiedades del material con que está fabricada . Para conocerlas, hay que recurrir a procedimientos más complejos que la simple observación ; todos ellos constituyen los llamados ensayos de materiales . Su importancia es muy grande, porque permiten elegir con seguridad el material o materiales más idóneos para un fin determinado . Los aspectos que son objeto de investigación y ensayo se refieren : - A las características físicas y químicas . - A la aptitud que posean para deformarse, a su maquinabilidad, soldabilidad, etc . - A la resistencia o capacidad para satisfacer las exigencias mecánicas. 3.1
Propiedades mecánicas de los metales
Son las que definen el comportamiento que los metales tienen frente a determinadas acciones exteriores, tales como la dificultad que oponen a ser rayados, su resistencia al choque, a ser estirados, comprimidos, a deformarse o romperse, etc. En general, los metales tienen diversas propiedades que, además, pueden mejorarse por la acción de ciertos tratamientos, que transforman su estructura interior . Las principales propiedades a estudiar son : cohesión, elasticidad, plasticidad, dureza, tenacidad, fragilidad, fatiga y resiliencia . 3 .1 .1
Cohesión
Es la resistencia que oponen los átomos de los metales a separarse entre sí . El tener más o menos cohesión depende de la forma de como estén enlazados los átomos . La cohesión de los metales permite pequeñas separaciones de sus átomos, al aplicar fuerzas exteriores ; por esta razón los metales son elásticos. 3.1 .2
Elasticidad
3.1 .3
Plasticidad
Fig. 3.1 acero,
Muelle
amortiguador
de
Es la propiedad en virtud de la cual un cuerpo, deformado por fuerzas exteriores, recobra su forma primitiva al cesar aquellas (fig . 3.1) . Los metales son elásticos dentro de ciertos límites; si se rebasa el límite de elasticidad, las deformaciones producidas son permanentes. Es la capacidad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura . La ductilidad, o capacidad de estirarse en hilos, y la maleabilidad, o aptitud de extenderse en láminas, son variantes concretas de la plasticidad. 3 .1 .4
Dureza
Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros (fig . 3.2) . La dureza de un cuerpo es directamente proporcional a su cohesión atÓmiCa . 57
Fig. 3 .2 Dureza de los materiales : A, por penetración ; B, por rayado .
Los metales puros son relativamente blandos, aunque por medio de aleaciones y tratamientos térmicos pueden adquirir durezas muy elevadas . Fig. 3.3 Deformación del material.
3.1 .5
3 .1 .6 Fig. 3.4 Rotura de un material frágil al ser golpeado.
Tenacidad
Un material es tenaz si opone gran resistencia a la rotura cuando actúan sobre él fuerzas exteriores . Es una propiedad muy característica de los metales. Los materiales tenaces, cuando se someten a una prueba de choque, absorben mucha energía antes de romperse ; parte de ella la emplean en alargarse elásticamente y el resto en deformarse permanentemente (fig . 3 .3) . También se distinguen por tener el límite de elasticidad y el de rotura muy distanciados . Al tener el período plástico muy largo, pueden resistir amplias deformaciones sin romperse . Fragilidad
Es una propiedad contraria a la tenacidad; o sea, que si un material carece de tenacidad es, por supuesto, frágil . Los materiales frágiles ofrecen poca resistencia al choque . Carecen de período plástico y, en consecuencia, tienen el límite de elasticidad y el de rotura muy próximos . El vidrio, material frágil, es incapaz de resistir el impacto del martillo sin romperse (fig . 3 .4) . 3.1 .7
Fatiga
Es la capacidad de resistencia a los esfuerzos repetitivos, variables en magnitud y sentido (fig . 3.5) . Los elementos mecánicos sometidos a fatiga se rompen al cabo de cierto número de ciclos de trabajo aunque la acción de la carga sea de valor muy inferior al límite de rotura por tracción . Fig. 3.5 Esfuerzos alternativos de una pletina.
3 .1 .8
Resiliencia
La resiliencia no se puede considerar como una propiedad ; es, en realidad, el resultado de un ensayo (ver ensayo de resiliencia en 3.2 .5) . Resiliencia es la energía que absorbe una probeta por unidad de sección, antes de romperse . La resiliencia depende de la tenacidad; a mayor tenacidad, más resiliencia . Se expresa normalmente en kg m/CM 2.
3.2
Ensayos de los metales
Es el conjunto de pruebas que permiten el estudio del comportamiento de los materiales a fin de determinar : - Sus características para una posible utilización . - Los defectos de piezas ya terminadas . Los ensayos son parte muy importante en la tecnología ; los resultados prácticos, con ellos obtenidos, se fundamentan en principios básicos de física, química y mecánica (ver Clasificación de los ensayos en la página siguiente) . Dada la extensión del tema, sólo se estudian detenidamente los ensayos más importantes .
3 .2 .1
Ensayo de tracción (UNE 7262-73) El ensayo de tracción es el más importante y el más empleado de todos. Se realiza con probetas de dimensiones normalizadas, que se someten a esfuerzos de tracción progresivamente crecientes, en dirección longitudinal, hasta producir su rotura . Puede hacerse en frío o en caliente, a distintas temperaturas .
L.-7,25-do=100 130,
25 _
3.2 .1 .1
30
_ _ L~5" dA_f00~
_134 . . ._.-._ 9-._ 14
30..
,_.
Fig. 3.6 Probetas normalizadas para el ensayo de tracción .
Forma y dimensiones de una probeta La probeta, generalmente, es una barra de sección circular, cuyos extremos son de mayor diámetro, para que las mordazas de la máquina de ensayo puedan agarrarla sin deslizamiento . En la parte central de la probeta se marcan dos puntos que sirven de referencia para medir los alargamientos. En la figura 3.6 se muestran tres probetas de sección circular, normalizadas, para el ensayo de tracción (UNE 7262-73) . 58
Clasificación de los ensayos Tracción Compresión Flexión Cortadura
Estáticos
Dureza
Choque
Mecánicos Dinámicos t
Físicos
Lima Brinell Vickers Rockwell Shore Poldi
Tecnológicos
Fatiga
Tracción-compresión Flexíón plana Flexión rotativa Torsión
Doblado o plegado Embuticíón Forja Soldadura Chispa
Magnéticos Eléctricos Rayos X Ultrasónicos
Tipos de ensayos Químicos
Físico-químicos
Metalográficos
Macroscópicos Microscópicos
Espectrográficos
3 .2 .1 .2
Máquinas para el ensayo de tracción Para realizar el ensayo de tracción, se utilizan máquinas provistas de dos mordazas, que someten la probeta a esfuerzos longitudinales por medio de mecanismos hidráulicos o mecánicos . Con las máquinas sencillas hay que efectuar, durante todo el ensayo, la toma de datos, sobre el valor de la carga y la deformación correspondiente (fig . 3 .7A) ; con estos datos se confecciona el diagrama de tracción, a escala y en papel milimetrado . La mayor parte de las máquinas lleva incorporado un mecanismo que traza automáticamente el diagrama de tracción, en papel milimetrado y a escala (fig . 3 .713) . La velocidad para realizar el ensayo debe ser constante y no mayor de 1 cm/min .
3 .2 .1 .3
Diagrama del ensayo de tracción El diagrama del ensayo de tracción permite estudiar el alargamiento de la probeta en función de la fuerza o carga actuante ; la forma del diagrama depende del material a ensayar . En la figura 3 .8 se muestra un diagrama característico de un materíal dúctil y maleable, como el acero extrasuave, y aunque difiere del de otros metales (fig . 3.9), conserva la analogía de la forma en lo esencial . Observando el diagrama pueden destacarse los siguientes puntos y conceptos : 1 . Límite de proporcionalidad . La recta OP corresponde al período de alargamientos proporcionales a las cargas, es decir, cuando es aplicable la ley de Hooke . El punto P es precisamente el límite de proporcionalidad, por encima del cual la ley citada no se cumple . La tensión unitaria o carga unitaria ap en el punto P, se expresa en kgf/mm 2 o kgf/cm 2 .
En ella A o es la sección inicial de la probeta y Fp es la carga aplicada en el punto en cuestión .
59
Fig. 3.7 Máquina universal de ensayo : A, vista general de una máquina moderna ; B, esquema general de una máquina con sistema de grabación de diagrama durante el ensayo.
E P B R
u
Fig. 3 .8 Diagrama del ensayo de tracción de un material dúctil.
límite de elasticidad límite de proporcionalidad límite aparente de elasticidad o límite de fluencia límite de rotura rotura efectiva
Fig . 3 .9
fundición gris
acero duro
acero templado
bronce
E
Diagramas del ensayo de tracción de tres materiales distintos.
2 . Limite de elasticidad. El punto E corresponde al límite de elasticidad; la zona OE es elástica ; al cesar la carga F E la probeta recobra su forma primitiva ; cualquier carga por encima de FE produce deformaciones permanentes . La tensión unitaria o carga (6E), en el punto E, se expresa en kgf/mm2 o kgf/cm 2 . -_
6E
El límite real de elasticidad, e incluso el límite de proporcionalidad, son de difícil determinación práctica . Es por ello que se ha convenido que el límite de elasticidad práctico es la tensión unitaria que produce una deformación permanente del 0,003 % . Para medir alargamientos de este tipo son necesarios aparatos de gran precisión llamados extensímetros, cuyos palpadores están en contacto directo con la probeta . Se basan en principios de amplificación mecánica, eléctrica, óptica y neumática ; entre los más conocidos se hallan el extensímetro de espejo Martens y el neumático Solex (fig . 3 .10) .
Fig . 3 .10 Esquema del extensímetro neumático Solex : 1, recipiente cilíndrico conteniendo agua ; 2, tubo de llegada del aire . 3, tubo graduado que actúa de manómetro ; 4, filtros ; 5, cuchilla móvil; 6, cuchilla fija con boquilla de salida; 7, lámina elástica ; 8, probeta; A, boquilla de entrada ; B, boquilla de salida. 3 . Limite aparente de elasticidad o límite de fluencia . El tramo PS es ligeramente curvo ya que en P terminaba la zona de proporcionalidad . El punto B es generalmente muy acusado en todos los aceros porque el material parece ceder por primera vez, sin aumentar la carga e incluso bajando el valor alcanzado en B . Algunos autores consideran el punto B como límite de la zona elástica, pero en realidad esto no es así, como se ha explicado en el punto anterior, sino que dicha zona elástica termina en E. Lo que ocurre es que la zona plástica se aprecia claramente a partir de B ; de ahí el nombre de límite aparente de elasticidad. Si este punto no estuviera bien destacado, se tomaría como tal la carga unitaria que produjera una deformación o alargamiento longitudinal del 0,2 Se expresa en kgf/mm2 o kgf/cm 2 . aB
60
__
FB AO
[3j
4 . Carga unitaria de rotura . La carga unitaria de rotura es la carga máxima FR, aplicada durante el ensayo ; la tensión de rotura o carga unitaria de rotura se expresa en kgf/mm 2 (GR) o kgf/cm 2 . aR
__
FR A0
Así pues, el punto R expresa el valor de la máxima tensión admisible por la probeta . A partir de ahí, si prosigue el ensayo, se producirá en el centro de la misma una contracción o estricción muy acentuada, hasta llegar a la rotura de la probeta bajo un esfuerzo muy inferior al máximo alcanzado . El concepto de carga unitaria de rotura es muy importante en resistencia de materiales ; las tensiones de trabajo se suelen tomar respecto a la carga unitaria de rotura, aplicando un coeficiente de seguridad, que varía según la finalidad y responsabilidad de la pieza y la clase de esfuerzo a que se verá sometida . 5 . Alargamiento . gar a romperse .
El alargamiento (8) es la longitud que aumenta la probeta hasta lle-
L o = longitud inicial de la probeta, antes del ensayo, en milímetros L u = longitud de la probeta estirada, en el momento de la rotura, expresada en milímetros El alargamiento unitario (E) es la relación que hay entre el alargamiento (8) de la probeta y la longitud inicial (Lo), producida por la fuerza Fo . E
s
Lo
6 . Módulo de elasticidad o módulo de Young. Al hablar de zona de proporcionalidad se hacía referencia a la ley de Hooke. Esta ley expresa la relación constante que existe entre los esfuerzos y alargamientos unitarios y cuyo valor se indica por E. Este módulo característico, llamado de elasticidad o de Young, se mide en kgf/mm 2 .
17 E=
En la cual : ap E
ap E
= tensión unitaria en el límite elástico expresada en kgf/mmz` = alargamiento unitario
Para los aceros este valor varía entre 18 000 y 22 000 kgf/mmz . Problema 1 .Una probeta normalizada española se ha sometido a un ensayo de tracción y se ha obtenido el diagrama correspondiente, con las siguientes cargas : F E = 1 580 kgf ; Fp = 1 610 kgf; FR = 5 450 kgf ; F u = 3 620 kgf . Hallar el valor de a E , ap, aR y au . Respuesta: aE
ap
aR
au 3 .2 .2
1 580 150
= 10,53 kgf/mmz = 1 053 kgf/cmz
0
610 1 150
= 10,73 kgf/mmz = 1 073 kgf/cmz
Ao
150
= 36.33 kgf/mmz = 3 633 kgf/cmz
1500
= 24 .13 kgf/mm 2
FE
Ao
F
__
=
2 413 kgf/cmz
Ensayo de compresión
Este ensayo estudia el comportamiento de un material sometido a un esfuerzo de compresión, progresivamente creciente, con una máquina apropiada, hasta conseguir la rotura o aplastamiento, según la clase de material . Por lo 61
general, se someten a compresión las fundiciones, metales para cojinetes, piedras, hormigón, etc. Las probetas son cilíndricas para los metales y cúbicas para los no metales .
Fig. 3,11 Diagramas de ensayo de compresión y tracción comparados.
1, Diagrama de compresión . Características mecánicas que se determinan en este ensayo . El diagrama de compresión es semejante al de tracción (figura 3 .11) . Los datos que proporciona el diagrama de compresión son similares a los de tracción y de signo contrario; en los materiales elásticos no existe una verdadera carga de rotura por compresión, ya que se aplastan sin romperse, tomando la forma de tonel (fig . 3.12) . Tensión unitaria de compresión :
parte móvil
Contracción total :
Contracción en % : Fig. 3.12
a =
Probeta y ensayo de compresión .
L°
Lo
Lo
.
[10]
100
Contracción unitaria :
Problema 2.° ¿Qué tensión unitaria de compresión soporta un punzón de 20 mm de diámetro si sobre él actúa una carga de 13400 kgf? Respuesta: ac
F
Ao
__
F ,T
-
4
Dz
_
13.400 - 20 2 4
7r
_
13400 314,16
- 42 " 65 kgf/mm 2
2. Dimensiones de las probetas de compresión . La probeta normal para materiales metálicos es un cilindro cuya altura es igual al diámetro . Para medidas de precisión se usan probetas con forma de cilindro regular, cuya altura es 2,5 a 3 veces el diámetro .
limite de fluencia al cizallamiento carga máxima F R F a F p L¿I
0
Fig. 3.13
__
Diagrama de ensayo de cizalladura,
3 . Práctica del ensayo de compresión. Se emplea la máquina universal, debidamente acondicionada (fig . 3.12) . La colocación de la pieza es delicada ya que la excentricidad de la carga falsearía los resultados del ensayo . Los materiales plásticos se rompen después de la aparición de grietas superficiales, mientras que los frágiles lo hacen según un plano a 45° de la dirección del esfuerzo, por deslizamiento de las superficies de rotura . 3.2 .3
Ensayo de cizalladura (UNE 7246-74) Con este ensayo se determina el comportamiento del material sometido a un esfuerzo cortante, progresivamente creciente, hasta conseguir la rotura ; a este ensayo se someten las chavetas, remaches, tornillos, pernos, etc . 1 . Diagrama esfuerzo-deformación . Es similar al de tracción y compresión (fig . 3.13) ; existe una zona de proporcionalidad OP ; el punto B es el límite de fluencia o límite práctico de la zona elástica ; de B a U la zona no es elástica y en U se produce la rotura . Tensión de cizalladura (fig . 3 .14) : [12]
Fig. 3.14 Ensayo cortando una sola sección.
62
Tensión de cizalladura (fig . 3.15) : 6' z
[13]
2
2 . Probetas . No hay probetas normalizadas para este ensayo ; la probeta se puede cortar en una sola sección (fig . 3.14), en dos (fig . 3 .15) o en una superfície cilíndrica (punzonado) (fig . 3 .16) .
punzón .
Fig. 3 .15 Ensayo cortando en dos secciones,
matriz
Fig. 3.16
Ensayo de punzonado .
3 . Máquinas para el ensayo de punzonado. Este ensayo puede realizarse con cualquier máquina universal de ensayos, disponiendo de los accesorios adecuados. La resistencia al punzonado viene expresada en la siguiente fórmula : Tensión de punzonado: GPz
=
F Aa
-
[14]
F .~ . d o - h
siendo : d o = diámetro del punzón h = espesor de la probeta
3 .2 .4
Ensayos de dureza
La dureza se mide, en general, por los siguientes métodos : - Por la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados por otros más duros. Este método es el empleado en mineralogía, basado en la escala de Mohs . - Por la resistencia que oponen los cuerpos a dejarse penetrar por otros más duros. Es el más empleado industrialmente : Brinell, Rockwell, etc. - Por la reacción elástica de los cuerpos que se ensayan al dejar caer sobre los mismos un material duro : Shore . 1 . Ensayo de dureza con lima . El ensayo de dureza con lima está basado en la resistencia al rayado . Se emplea para ello una lima fina, que se aplica con tra la pieza (fig . 3 .17), comprobando si arranca virutas o resbala fácilmente . Es un ensayo imperfecto y sólo da una idea relativa de la dureza . Para juzgar el ensayo con lima, se requiere cierta experiencia . Por ello se emplea poco y sólo en piezas de escasa responsabilidad . Este ensayo es útil para comprobar dureza en zonas inaccesibles a los aparatos corrientes . 2. Ensayo de dureza Brinell. El ensayo de dureza Brinell es adecuado para materiales blandos y semiduros. Consiste en comprimir una bola de acero duro, de 10 mm de diámetro, sobre la superficie del material a ensayar (fig . 3.18A), durante un tiempo determinado. El grado de dureza Brinell (HB) se obtiene dividiendo la presión F en kgf, que se ejerce sobre la bola, por la superficie del casquete esférico en mm 2, correspondiente a la huella . HB =
Fuerza del ensayo Superficie del casquete HB
= F kgf/mm2
kgf/mm 2 [15]
El valor de F se aprecia directamente en el manómetro de la máquina de ensayo . 63
lima
Lp'eza
Fig . 3 .17 Ensayo de dureza con la lima .
110HB 5/250/30
-
D
tiempo de ensayo tuerza diámetro de la bola ñureza Brinell .° de dureza
--
palenca de accionamiento
t = 30 e P = 0kp o = m
250 5
A (mm~l A
c Fig. 3 .18 Ensayo de dureza Brinell: A, esquema del ensayo ; B, relación entre profundidad de la huella y diámetro de huella y bola ; C, medición del diámetro de la huella con lupa graduada ; D, notación ; E, máquina .
Medida de la superficie del casquete esférico (fig . 3 .1813) : A = n - D - f Determinación de f (fig . 3 .188) : D~2= 2
J f
A =
-
D
21
212+
D2 4 _
( D
_ _d2 4 D 2
- ,j/
2 _D 2
f
D2 - d 2 4
j_D2 - d2 = 4 1
2
(D -
. D
D2
2
)
mm 2
De donde: HB =
2
F 7c
.
D (D -
HB =
_- -22) D2
2 F 7u . D (D - .~ 2-dz)
?F D (D D2 _ d2)
kgf/mm2
[161
Para hallar la dureza Brinell, bastará medir el diámetro d de la huella (figura 3.18C) por medio de una lupa o microscopio provistos de retículo graduado y leer después el grado correspondiente en unas tablas que facilita el constructor de la máquina empleada . La notación correcta de la dureza Brinell se efectúa según la figura 3.18D . Para evitar deformaciones y huellas poco nítidas, el diámetro de la bola y la carga de ensayo se escogen en función del espesor de la pieza que se comprueba . Se admite como válido el ensayo que produce una huella de diámetro c1 comprendida entre P/4 < d < D/2 . Además, para que los resultados obtenidos con diferentes materiales sean 64
comparables, es preciso que las cargas aplicadas sean proporcionales a los cuadrados de D y a una constante k que depende del material : [171 Estas condiciones se resumen en la tabla 3.19. Tabla 3.19 Cargas, diámetros de la bola para el ensayo Brinell . Campos de dureza de los diversos materiales y constante de ensayo Cte. de ensayo Q
30
10
3 000
1,25
46,9 11,7
5 2,5
m p m
750 187,5
0,625
900 800 700600 500 400-
0
250 62,5 15,6
31,2 7,81 1,953
3,91 0,977
--
100 90 80 70
¢
62,5 15,6 3,91
2,5
ACEROS
200m
10 5 CARGA EN KG 1 000 500 125 250
_
...' BRONCES
_-
-
_ ALEACIONES LATóÑES ' LIGERAS
50=
Y
40
30
20
ANTI-
, FR(CCION. .
1]
Las máquinas para el ensayo Brinell son de palancas simples, resortes y modernamente, hidráulicas (fig . 3 .18E) . Problema 3.° Una pieza de acero suave se ha sometido a un ensayo de dureza, con una carga da 3 000 kgf; el diámetro de la bola es de 10 mm ; el diámetro de la huella se ha medido con una lupa y es de 4,76 mm . Hallar el grado de dureza Brinell HB . Respuesta: HB =
7c
-
2 F D (D D-2 - d 2)
V
-
2 x 3 000
3,1416 x 10
x
(10 -
10
---722-,657)
= 158 kgf/mm 2
3 . Ensayo de dureza Vickers (UNE 7054-73) . En este ensayo, el penetrador es una pirámide regular de base cuadrada, de diamante, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136° (fig . 3 .20A) . Su empleo es aconsejable cuando la dureza a controlar es superior a 500 HB . Entre sus ventajas se pueden destacare - Se puede emplear para cualquier clase de material (duro y blando) . - Los espesores de las piezas a ensayar pueden ser muy pequeños (hasta 0,05 mm) . - La huella es pequeña y fácil de medir; generalmente no se destruye la pieza . - Las cargas de ensayo son muy pequeñas, variando de 1 a 120 kgf, aunque la normal es de 30 kgf. Con instrumentos especiales y aplicando cargas de 1 a 100 gf, se ha podido determinar la dureza de los constituyentes estructurales de los materiales . El grado de dureza Vickers (HV) se obtiene de modo similar al de Brinell : HV
= A-
kgf/mm2
[181
F = carga sobre la pirámide en kgf A = superficie lateral de la huella en mm 2
65 5.
Tecnoiogía 2.1.
Determinación de la superficie lateral (fig . 3 .2013) : 4 -
L/2
L2 h ,
sen 68o =
A=
4 . L . L 2 - 2 - sen 68°
h =
,
sen 68 0
2
de donde :
~/ OD%i
=
Por otra parte :
2
B
Sustituyendo, se tiene :
d2 A = fuerza
30 kp
dureza Vickers
c
n° de dureza
Fig . 3 .20 Esquema del ensayo Vickers : A, penetrador; B, medida de la huella ; C, anotación .
2
LZ=-
d 2= L Z +L 2 =2- L2 ;
A lmm )
72O H V 30 L
L2
sen 68-
d2 2 - sen 68°
-
2
X
0,9271
_
d2 1,8543
Finalmente : HV = 1,8543
22
[191
kgf/mm 2
La dureza Vickers se indica tal como muestra la figura 3 .20C . Problema 4.°
Se desea hallar la dureza Vickers de una cuchilla de acero rápido . Para ello, se la somete a una carga de 200 kgf; la diagonal de la huella obtenida mide 0,67 mm . Respuesta : HV = 1,8543
d2
= 1,8543
X
200 (0,67) 2
- 826 kgf/mm2
4. Ensayo de dureza Rockwell (UNE 7053-73) . Este ensayo se ideó para medir la dureza más rápidamente que con los ensayos Brinell y Vickers ; el sistema Rockwell es menos preciso que los anteriores, pero muy rápido y fácil de realizar. Sirve para materiales blandos y duros. El penetrador es una bola para materiales blandos HRB (grado Rockwell bola) (fig . 3.21) o bien un cono de diamante de 120° para materiales duros RHC (grado Rockwell cono) (fig . 3.22) . 10 k9f
A0 kgf=10 " 90
1
10 kgl
130
w
¢ i Fig. 3.21 de bola .
e,
E E rv 0
Esquema de ensayo Rockwell con penetración
u ¢
2
Fig. 3 .22 Esquema de ensayo Rockwell con penetrador de cono de diamante.
E E
N
Realización del ensayo Rockwell. En la realización de dicho ensayo se efectúan los siguientes pasos : - Se aplica una carga inicial de 10 kg al penetrador (cono o bola), hasta conseguir una pequeña huella, cuya profundidad (h,) se toma como referencia, colocando el comparador a cero (figs. 3 .21 y 3.22) . - Se aumenta la carga en 90 kgf para la bola y en 140 kgf para el cono, alcanzándose después de 3-6 segundos una profundidad h 2 . - Se retiran las cargas adicionales con lo que el penetrador asciende a la posición h, + e . El valor e no es nulo, como podría creerse ; ello es debido a que el penetrador produce en el material una deformación plástica y otra elás tica y al cesar la carga adicional permanece únicamente la primera, cuyo valor es e. La dureza Rockwell no se expresa directamente en unidades de penetración sino por el valor diferencia respecto a dos números de referencia : Dureza Rockwell HRB = 130 - e Dureza Rockwell HRC = 100 - e
_ =- d3°
o ooz
. leo -
La amplitud de medida es de 0,2 mm y cada unidad e equivale a 0,002 mm o sea 2 gm . La lectura se efectúa directamente en el comparador sobre unas escalas idóneas, previa amplificación (1 :5) del recorrido del penetrador. La razón que justifica esta forma de indicar la dureza es para que los materiales blandos tengan menos número de dureza que los duros, cosa que no ocurriría si la dureza se indicara directamente en unidades e. Las figuras 3 .23A, B y C indican la máquina empleada y la notación correcta de las durezas Rockwell . Existen, además de los explicados, diversos ensayos especiales que combinan otras cargas y penetradores : escala E, bola de 1/8 - y carga de 100 kgf; escala F; bola de 1/16 y carga de 60 kgf, etc . (tabla 3 .24) . Para la comprobación de dureza en chapas muy finas (hojas de afeitar, flejes .. .), de capas cementadas o nitruradas, etc., se utiliza el ensayo de dureza Rockwell superficial . Tabla 3 .24
Nomral
I
C
D
Carga Kg .
150
100
Penetrador
diam . 120°
diam . 120°
D
nacán
EC
B
A
100 , bola 1/16"
F
G
K
N
N
N
T
T
60
100
60
150
150
15
30
45
15
30
45
bola 1/18"
bola 11116'"
bola 1/16"'
bola 1/18"
diam . 120°
diam, 120°
diam . 120°
bola 1/16"
bola 1116"
bola 1/16"
G
K
15N
30N
45N
IST
30T
45T
D
E
F
I
dureza Rockwell L i~-__ n.° do dureza B 54 HRC 150 P = 150 kp fuerza total o de diamante dureza Rockwell - n.° dado.
-_ -
T
diam . 120°
E
P = 100 kp á 1/16"
Fig . 3 .23 Medición de dureza Rockweii. A, máquina ; B y C, anotaciones.
Superficial E
fuerza total bola
C
Cargas, penetradores y escalas empleados en el ensayo Rockwell Escalas de dureza Rockwell
Escala
43HRB 100
5 . Ensayo de dureza Shore. El ensayo de dureza Shore mide la dureza por la altura del rebote de una pequeña pieza que se deja caer desde cierta altura . En la figura 3.25A se muestra un esquema del ensayo de dureza Shore, y en la figura 3.2513 un aparato de ensayo de dureza Shore con lectura directa en cuadrante. En la tabla 3.26 se indica la dureza de algunos materiales en el sistema Brinell, Rockwell, Vickers y Shore . 6 . Ensayo de dureza Poldi. Este ensayo compara las huellas producidas en una probeta patrón de dureza conocida y en el material que se controla, al ser golpeada indirectamente la bola penetradora (fig . 3.27) . Evidentemente la dureza a medir será inversamente proporcional a la magnitud de la huella dejada ; por consiguiente :
Hp Ap H A
= = --=
dureza de la probeta patrón (conocida) kgf/mm 2 superficie del casquete patrón, en mm 2 dureza a rnedir, en kgf/mm 2 superficie de la probeta, en mm 2
Fiq. 3.25 Medición de dureza Shore : A, esquema de funcionamiento ; B, máquina,
67
Tabla 3.26
Dureza de algunos materiales Durezas aproximadas Rockwell
Materiales
martillo
Hp probeta patrón
Brinell
C
B
Vickers
HB
Cono de diamante de 120°
Bola de 1/16"
HV
260 -
26 65
103 -
271 820
37 -
220
63 18
96
780 217
31
461
47
116
471
63
250
24
102
257
36
240
22
99
246
34
600 80 117 52 120 47
59 -
47 69 70 -
675 80 117 52 120 47
-
probeta a ensayar
Fig. 3.27 Esquema
Acero rápido 9 % Co recocido Acero rápido 9 % Co templado Acero indeformable 13 % Cr templado y revenido Acero indeformable 13 % Cr recocido Acero cromo-níquel 1,25 % Cr - 4,25 % Ni templado Acero cromo-níquel 1,25 % Cr - 4,25 % Ni recocido Acero cromo-níquel 1 % Cr - 4 % Ni 0,25 % Mo recocido Acero cromo-níquel 1 % Cr - 4 % Ni 0,25 % Mo templado para cementación Bronce 90 % Cu 10 % Sn Bronce 84 % Cu 16 % Sn Latón 90 % Cu 10 % Sn Bronce-aluminio 90 % Cu 10 % Al Cuproníquel 80 % Cu 20 % Ni
del ensayo
Poldi.
Shore
Despejando : H =
Hp - Ap A
=
Hp (D D -
02
-
dpz)
kgf/mmz
[20]
3.2 .5
Fig 3.29
Probetas de ensayo de resiliencia,
Ensayo dinámico por choque. Ensayo de resiliencia La finalidad del ensayo dinámico por choque es la determinación de la energía absorbida por una probeta de determinadas dimensiones, al ser rota de un solo golpe. Es muy importante para conocer el comportamiento del material destinado a la fabricación de ciertas piezas y órganos de máquinas, que han de estar sometidas a esfuerzos dinámicos. 1 . Forma y dimensiones de las probetas. Las probetas para el ensayo dinámico por choque están normalizadas ; en la figura 3 .29 se muestran los tipos normalizados más frecuentes (UNE 7 290-72) . 2. Máquina de ensayo de resilienciá . La máquina más importante para el ensayo de resiliencia es el péndulo Charpy (fig . 3.28) . Consta de una base rígida con dos soportes verticales, unidos en la parte superior por un eje horizontal ; dicho eje lleva acoplado un brazo giratorio, en cuyo extremo va un martillo en forma de disco, el cual golpea la probeta y produce la rotura . Hay tres tipos de martillos normalizados, capaces de suministrar una energía de 10, 30 y 300 kgm respectivamente .
probeta de ensayo
3. Realizacíón del ensayo de sitio correspondiente (fig . 3 .30) . Se mente, se suelta el martillo y choca hasta alcanzar la altura Tu . La energía potencial inicial del
resiliencia . Se coloca la probeta en su sitúa el martillo a la altura To; seguidacon la probeta, la rompe y sigue girando martillo a la altura To es :
Epo = F . To
Fig . 3,30
La energía potencial final del martillo, a la altura Tu, es :
Esquema del ensayo de resiliencia .
Epu = F - Tu 68
lectura
engranaje de visinfín
Fig, 3.28 Péndulo de Charpy para ensayo de resiliencia .
Energía consumida : Ep u F Ep Epo
F ' To
- T u = F (T o - Tu)
La determinación de la altura T u no es posible ; el problema queda resuelto equipando a la máquina con un dispositivo que pueda medir el ángulo p . Poniendo To y Tu en función de los ángulos a y p se tiene (fig . 3 .31A) : sen (a - 9oo) =
To
- I I
Pero en la figura 3.31 B : sen (a - 90o) = -cos a Sustituyendo : To - I I
-COS a =
De donde : I (-cos a) = To - I ; Tu = I (1
I + I (-cos a) = To - cos a)
En la figura 3 .31A se tiene:
Tu = I (1
- cos p)
Y restando miembro a miembro [b] y [c] : Tu - Tu = I (1 = I (1
- cos a)
- I (1
- cos a - 1
- cos
+ cos e) = I (cos
e p-
COS a)
Fig . 3.31
69
Deducción de la fórmula.
Sustituyendo queda, finalmente, en [a] : Ep = F - I (cos () - cos
a)
[211
La resiliencia se expresa en kgm/cmz y se representa por p : P =
EPA
[221
en la que A es el área de la sección rota en CMZ . Como los valores de resiliencia obtenidos dependen del tipo de probeta empleada, hay que especificarlo en cada caso . Para más detalles, consultar la norma UNE 7 056. 3.2 .6
Ensayo de fatiga
Cuando las piezas están sometidas a esfuerzos variables en magnitud y sentido que se repiten con cierta frecuencia, se pueden romper con cargas inferiores a las de rotura ; si el número de ciclos de actuación es muy grande, la rotura puede llegar aun trabajando dentro de la zona elástica . Los primeros estudios sistemáticos sobre la fatiga son debidos a Wohler . Como consecuencia de ellos, enunció dos leyes fundamentales : 1 .a Las piezas metálicas se pueden romper con esfuerzos unitarios inferiores a su carga de rotura, y en algunos casos menores al límite elástico, si el esfuerzo intermitente se repite un número determinado de veces. 2.a Para que la rotura no tenga lugar, con independencia del número de ciclos, es necesario que la diferencia entre la carga máxima y la mínima sea inferior a un determinado valor, llamado límite de fatiga (Ff) . ~i
0
Fig. 3.32
Gráfico del ensayo de latiga .
Fig. 3.33 A, Ensayo de fatiga por flexión rotativa ; B, por torsión,
defecto de superficie
rotura de fatiga
zona de rotura final
Fig, 3.34 Aspecto que presenta la fractura de un material roto por fatiga,
Para estudiar la relación entre las tensiones variables y el número de ciclos de trabajo hay que trazar el diagrama de Wohler . Sobre el eje de las ordenadas se llevan los valores de la mitad de la solicitación (-F) y en abscisas el número de ciclos N hasta que sobrevenga la rotura (fig . 3.32) . La curva de fatiga varía con la tensión media y el tipo de ensayo ; sin embargo, presentan una similitud básica . Normalmente tienen una asíntota paralela al eje de abscisas y la ordenada de la misma corresponde precisamente al límite de fatiga enunciado. En la práctica, es casi imposible determinar este limite de fatiga, por lo que se admite un límite práctico de fatiga o tensión variable que no produce rotura después de una cantidad limitada de ciclos que en España se cifra en 107 para los metales férreos y en 3 x 107 para los no férreos. Los ensayos de fatiga más habituales son los de flexión rotativa y torsíón. 1 . Ensayo por flexión rotativa . Se emplea una probeta cilíndrica sujeta por un extremo a un mandril giratorio, mientras que en el otro actúa un apoyo cargado radialmente, que produce un momento flector constante (fig . 3.33A) . Debido a ello, a cada media vuelta, la tensión que resiste cada punto de una sección transversal cambia de signo entre dos valores iguales y de signo opuesto. 2. Ensayo por torsión. La probeta también es circular y está empotrada por un extremo . En el otro se le aplica un momento torsor alterno (fig . 3.3313) . Aspecto de las roturas por fatiga . Presentan dos zonas bien definidas: una de grano fino mate y distribución ondular que parece surgir de un punto defectuoso, y otra de grano grueso brillante que es la de rotura final (fig . 3 .34) . En el proceso de fatiga hay tres fases esenciales : una de incubación a partir de una fisura interna, otra de maduración progresiva y la última, instantánea, es la rotura efectiva . 3 .2 .7
Ensayos tecnológicos
Tienen por objeto averiguar si un material determinado es apto para ser sometido al proceso industrial que se pretende ; en consecuencia, el ensayo reproduce a escala conveniente las condiciones prácticas de aquél. 70
1 . Ensayos de plegado. Tiene por objeto estudiar las características de plasticidad de los materiales metálicos. Al doblar las probetas se observan las grietas que aparecen en la parte exterior de la zona curvada . La no aparición de grietas demuestra buena plasticidad . El ensayo se puede realizar en frío o en caliente bajo condiciones normalizadas . Las probetas son prismáticas, de sección rectangular, pulidas, y la cara de tracción, con las aristas redondeadas.
Fig . 3 .35 Plegado con alas paralelas le paradas.
Forma de hacer el plegado. El ensayo se puede realizar de tal forma que las caras de la probeta queden : - Paralelas y a una distancia determinada (fig . 3.35) . - En contacto (fig . 3.36) . - Formando un ángulo a (fig . 3.37) . Se realiza en la máquina universal de ensayos, que dispone a este fin del utillaje necesario. 2 . Ensayo de embutición . Las chapas que han de ser empleadas en procesos de embutición, es conveniente someterlas a un ensayo antes de su utilización, para apreciar su grado de embutido. El ensayo se realiza en la máquina Ericksen de la figura 3 .38 . La máquina consta de una matriz fija y de un vástago o punzón móvil redondeado, templado y perfectamente pulido . El ensayo consiste en presionar el vástago sobre la chapa hasta que se produzca la primera grieta, la cual se observa por el espejo retrovisor . Se comprueba el grado de embutición midiendo la penetración en milímetros del punzón hasta que aparezca la primera grieta (fig . 3.39), y comparándola con otras obtenidas en chapas de capacidad de embutición conocida . Este ensayo está normalizado por UNE 7 080.
Fig . 3 .36 completo .
Fig . 3 .37 lo a. .
Plegado
Plegado hasta un ángu-
3 . Ensayos de forjabilidad. Están destinados a comprobar el comportamiento de un material en las diversas operaciones de forjado . Los más frecuentes son : platinado, recalcado y mandrilado . - Ensayo de platinado. Permite la valoración de dos coeficientes --, y E2, relacionando las dimensiones iniciales de la probeta con las que resultan del ensayo (fig . 3.40) . Coeficiente de alargamiento : a ao Coeficiente de ensanchamiento :
d 100
[231 Fig. 3.38 Máquina Ericksen para el ensayo de embutición.
[241
E2
- Ensayo de recalcado. La probeta es cilíndrica y de longitud 2 d, Se la somete a recalcado, previo calentamiento a la temperatura de forja, hasta que aparezcan grietas laterales ; entonces se relacionan las alturas inicial y final de la probeta (fig . 3 .41) . Coeficiente de recalcado:
e3
__ _ h h0
100
1251
penetración del punzón
Fig. 3.39 tición,
Profundidad de embu-
Fig. 3.40
Ensayo de platinado .
- Ensayo de mandrilado . Se trata de perforar una chapa calentada al rojo con un punzón troncocónico hasta que aparezcan grietas en los bordes del agujero . Entonces se comparan los diámetros inicial y final (fig . 3 .42) . Coeficiente de mandrilado :
[261 4. Ensayos de soldabilidad. No hay que confundirlos con los que permiten determinar la resistencia de la soldadura. Sirven para estudiar las dila71
taciones, contracciones, puntos de fusión y velocidad de la misma, penetración, intensidad de corriente, etc., de los materiales soldables.
Fig. 3.41
Ensayo de recalcado,
5 . Ensayos de chispas. No son ensayos tecnológicos propiamente dichos . Sirven para determinar aproximadamente la macrocomposición de los aceros . Requieren un operario experimentado y unas condiciones adecuadas: muela, habitación oscura, fondo negro, etc. Asimismo, hay que tener probetas patrón que se comparan con las chispas que salen de la pieza-muestra apoyándolas simultáneamente en dos muelas gemelas. También se usan, como referencia, fotografías de chispas de aceros cuya composición se conoce . 3.2 .8
Ensayos magnéticos
Su aplicación sólo 2s posible en los materiales ferromagnéticos. Los defectos interiores se detectan cuando, al incidir un campo magnético sobre la pieza a ensayar, hay perturbaciones en el mismo. 3.2 .9 Fig. 3.42
Ensayo de mandrilado,
Ensayos eléctricos
Este ensayo se basa en el aumento de la resistencia eléctrica que experimentan los metales al tener impurezas (fig . 3.43) . 3.2 .10
Ensayo con rayos X
Al incidir un haz de rayos X sobre un cuerpo opaco, si en éste hay defectos interiores, la intensidad de salida de los mismos es distinta en la parte sana que en la defectuosa (fig . 3.44) ; midiendo tal diferencia se detectan los defectos interiores . 3 .2 .11 Fig. 3.43
Ensayos eléctricos,
Método por ultrasonidos
Se basa en la reflexión que experimentan las ondas sonoras al incidir sobre una zona defectuosa, emitidas por un emisor y captadas por un receptor (figura 3.45), debido a la diferente densidad del medio . CUESTIONARIO
r, Fig, 3.44
emisor
Ensayo por rayos X.
receptor
3 .1 3 .2 3 .3 3 .4 3 .5 3 .6 3 .7 3 .8 3 .9 3 .10 3 .11 3 .12 3 .13 3 .14 3 .15 3 .16
¿En qué consiste el ensayo de tracción? ¿Qué datos proporciona el diagrama de tracción? ¿Qué es el límite de proporcionalidad? ¿Qué es el límite de elasticidad? ¿Qué es la carga de rotura? ¿Qué es el módulo de elasticidad? ¿En qué consiste el ensayo Brinell? ¿En qué consiste el ensayo Vickers? ¿Qué diferencia hay entre el ensayo Brinell y el Vickers? ¿En qué consiste el ensayo Rockwell? ¿Qué ensayo es más rápido, el Brinell o el Rockwell? ¿Qué ensayo es propio de metales duros? ¿Por qué? ¿Qué ensayo es propio de metales blandos? ¿Qué ensayo es el más adecuado para metales duros y blandos? ¿En qué consiste el ensayo de resiliencia? ¿En qué consiste el ensayo de embutición?
BIBLIOGRAFIA
Fig. 3.45
Método del ensayo por ultrasonidos .
LEYENSETTER A., Tecnología de los oficios metalúrgicos, Editorial Reverté, S . A ., Barcelona 1974 . NEY J ., Mecánica y Metalurgia, Ediciones Urmo, Bilbao 1968 . APRAIZ J ., Tratamientos térmicos de los aceros, possat, Madrid 1968 .
Tema 4 .
Metalografía . Teoría de los tratamientos térmicos . Endurecimento superficial . Control de temperaturas
OBJETIVOS
- Conocer la metodología de los análisis metalográficos. - Conocer las bases científicas de los tratamientos térmicos. - Estudiar los efectos de los tratamientos térmicos y saber elegir los más adecuados en función del material y los resultados a obtener. - Conocer los equipos de calentamiento y control de la temperatura. EXPOSICION DEL TEMA La Metalografía tiene por objeto el estudio de la estructura de los metales. El comportamiento de los metales depende de su estructura cristalina . El examen metalográfico de la estructura puede hacerse con lupa o con microscopio.
4.1
Análisis macroscópico
Es el efectuado con lupa o microscopio hasta 15 aumentos . Con este ensayo se puede estudiar la distribución general de las inclusiones, la uniformidad de la estructura, la localización y magnitud de las segregaciones y, sobre todo, los defectos de fabricación, como grietas de forja, grietas superficiales, rechupes, etcétera .
4 .2
Análisis microscópico
Es el efectuado con microscopios desde 15 aumentos en adelante, siendo el procedimiento más adecuado para estudiar la constitución de los materiales . La identificación de los constituyentes se realiza observando la superficie de la probeta, debidamente preparada para este objeto, con ayuda de un microscopio metalográfico . 4.3
Selección y extracción de la muestra
Depende del fin que se persiga. Si se quiere estudiar la causa de rotura de una pieza, la muestra deberá tomarse en la parte afectada por la misma . Conviene obtener otra probeta de la zona sana para comparar una con la otra . Lo mismo se hace si se quiere observar los defectos que se sospechan en alguna zona determinada. El corte suele hacerse en máquinas cortadoras especiales provistas de disco de esmeril, abundante refrigeración y mordazas de seguridad para sujetar la pieza . 4.3 .1
Desbaste de la muestra
4.3 .2
Pulido de la muestra
Tiene por objeto poner al descubierto la superficie metálica, libre de toda clase de impurezas que pudieran obstaculizar su examen y darle una conformación plana. El desbaste se realiza por uno de los siguientes procedimientos : - Con lima adecuada . - Con muela de esmeril . - Con papel de esmeril, comenzando con el número 1 y terminando con 000. el - Combinando los anteriores procedimientos . Esta operación, aunque preliminar, es delicada pues existe el peligro de producir distorsiones en los cristales si se trabaja con excesiva fuerza . Con esta operación se pretende dar a la probeta una superficie reflectora total, como un espejo, para que al ser atacada por los ácidos y observada al 73
microscopio se vea claramente la superficie, sin las rayas producidas en las fases anteriores . El pulido puede hacerse con máquinas pulidoras con disco de abrasivo . También puede hacerse el pulido completo en máquinas pulidoras electrolíticas .
lámpara
4.3 .2 .1
imagen final proyectada en la pantalla
Pu/ido con abrasivos Las máquinas pulidoras constan de un disco plano de madera, aluminio o bronce, recubierto de un paño de gamuza ; el disco está en posición horizontal y gira a poca velocidad ; el abrasivo se aplica al paño en forma de polvo muy fino en suspensión de líquidos adecuados. Durante el pulimento, la temperatura no debe sobrepasar la de la mano . Los abrasivos pueden ser de diamante, alúmina y óxido férrico . 4 .3 .2 .2
Pulído electrolítico
El pulido electrolítico consiste en disolver anódicamente la superficie debastada de la probeta en un electrólito adecuado (fig . 4.1) . Respecto al pulido mecánico presenta la ventaja de que es más rápido y no hay peligro de cambios estructurales ; en la práctica, la calidad del pulimento electrolítico es menor que la del mecánico . voltímetro
imagen primaria ?
bobina ocular ~de proyección
B imagen final proyectada en la pantalla fluorescente
Fig. 4,2 Esquema de microscopio metalográfico : A, óptico ; B, electrónico. Fig. 4.1 Esquema de! pulido electrolitico. 4 .3 .3
batería
Ataque micrográfico
Terminado el pulido, la probeta se lava cuidadosamente con alcohol etílico y después se seca con un secador de aire caliente . A continuación, se sumerge en un reactivo apropiado que ataca a los distintos constituyentes, lo cual hace que resalten al ser observados al microscopio . Los reactivos son muy variados y dependen del material a ensayar . Para los aceros, los más empleados son soluciones alcohólicas de los ácidos nítrico y pícrico, denominadas nital y pícral respectivamente . La duración del ataque varía según la estructura a estudiar y del reactivo . Ordinariamente bastan pocos segundos . Pasado el tiempo del ataque, se saca la probeta, se lava con alcohol etílico, y se vuelve a secar con aire caliente .
4.3 .4
Observación de la probeta Una vez preparada la probeta, se procede a su examen con ayuda de un microscopio metalográfico (fig . 4.2A) o electrónico (fig . 4 .213), si bien éstos se reservan para la investigación. Los microscopios metalográficos iluminan las probetas por reflexión y los aumentos varían de 100 a 1 500. Los electrónicos pueden alcanzar hasta 30 000 aumentos . En los laboratorios existen equipos metalográficos compuestos por un microscopio, una unidad de iluminación de gran intensidad y una cámara fotográfica adecuada, que permiten el control visual y el registro fotográfico de las observaciones .
Fig. 4.3 Microfotografias de estructuras metálicas: A, por medio de un círculo para determinar el tamaño medio del grano; B, microfotografia tridimensional.
4 .4
Aplicaciones de la metalografia
Con las observaciones metalográficas se puede determinar la clase de estructura (fig . 4 .3A) y el tamaño del grano (fig . 4 .313) ; por medio de muestras patrón se puede determinar también la cantidad de carbono de los aceros y 74
los procesos de conformación que han tenido lugar, así como el tratamiento térmico a que se han sometido (figs . 4.4 a 4 .9) .
Fig . 4 .4 Acero al carbono (0,8 % C) laminado en caliente . Calentado a 800 °C durante una hora y enfriado en el horno .
Fig. 4.5 Acero al carbono (1,3 % C) . Laminado en caliente . Enfriado en el horno desde 970 ~C.
Fig. 4.6 Acero al carbono (0,45 % C) . Templado a 732 °C en agua . Perlita, ferrita y martensita .
Fig. 4.7 Acero al carbono (0,45 % C) . Templado a 750 °C en agua . Ferrita y martensita .
Fig. 4.8 Acero al carbono (0,45 %C), Templado a 775 °C en agua . Ferrita y martensita .
Fig . 4 .9 Acero al carbono (0,45 % C) . Templado a 790 °C en agua . Martensita,
4.5
Teoría de los tratamientos térmicos
El objeto de los tratamientos térmicos es mejorar o modificar las propiedades de los metales y aleaciones, mediante alteraciones en su estructura, con el fin de que, gracias a las propiedades adquiridas, puedan desempeñar con más garantías el trabajo a que han de ser destinadas . Aunque la mayor parte de los metales y aleaciones admiten tratamiento térmico, las aleaciones ferrosas son las que mejor se prestan a ello . El tratamiento térmico consiste en calentar el acero a una determínada temperatura, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarlo a la velocidad conveniente . Así se logra una modificación microscópica, transformaciones físicas y, a veces, cambios de composición . Los factores temperatura-tiempo han de ser minuciosamente estudiados ; dependen de las características que se quieran obtener, así como de la forma y tamaño de las piezas . 4.6
Estados alotrópicos del hierro
El hierro, al calentarse desde la temperatura ambiente hasta su estado líquido, sufre una serie de transformaciones en su estructura cristalina ; estas transformaciones son reversibles al enfriarse y pasar del estado líquido a la temperatura ambiente . 4.6 .1
Hierro alfa (a)
El hierro alfa aparece a temperaturas inferiores a los 768 °C ; cristaliza en forma de cubo centrado, con parámetro 2,90 A; a los 768 OC pierde el magnetismo ; mientras dura la transformación la temperatura permanece constante . 75
Las temperaturas a las que tienen lugar las transformaciones se llaman puntos críticos y se representan por la letra A, Ar para el enfriamiento y Ac para el ca-
lentamiento (fig . 4.10) . Su capacidad de formar soluciones sólidas es muy débil porque los espacios interatómicos disponibles son pequeños . La máxima cantidad de carbono que puede disolver es del 0,025 %; se llama ferrita . °c 1600 -
líquido 1400°ClA~ .- .-
1400
líquido
hierro dlAC
sólido
0
1200
hierro n no magnético
m
c
c
hierro ¡i 76Bt(A .?)
hierro a magnético
4 .6 .2
c
0°C(~ l !A
¡AZ)766 °
F c
m
Fig, 4,10 hierro,
Puntos críticos del
Hierro beta (R)
Es similar al hierro a.; se forma a una temperatura entre 768 °C y 90 °C ; cristaliza en forma de cubo centrado ; se diferencia del hierro a en que no es magnético y el parámetro es de 2,93 A (fig . 4.10) . Tiene poco interés desde el punto de vista metalográfico y mecánico . 4.6 .3
Hierro gamma (y)
Se forma a las temperaturas comprendidas entre 900 °C y 1 400 °C . Cristaliza en forma de cubo centrado en caras y parámetro 3,65 A (fig . 4.10) . La capacidad de formar soluciones sólidas es grande porque los espacios interatómicos disponibles son grandes . El hierro y puede disolver un 2 % de carbono; esta solución sólida recibe el nombre de austeníta. 4.6 .4
i
970° 1400°
Fig.
temperatura
4.11 Cambio de volumen al cambiar de estado alotrópico,
Hierro delta (8)
Se forma a una temperatura entre 1 400 °C y 1 539 °C ; la forma de cristalización es de cubo centrado, igual que el hierro a. y P . Debido a que aparece a elevadas temperaturas, tiene poca importancia en el estudio de los tratamientos térmicos . Todas las transformaciones alotrópicas van acompañadas de un cambio de volumen (fig . 4,11), pudiéndose apreciar estos fenómenos con la ayuda de un dilatómetro. 4.7
Influencia en los aceros de los distintos elementos que pueden entrar en su composición
Carbono, Es el elemento fundamental que acompaña al hierro en los aceros . El carbono aumenta la dureza y resistencia, pero disminuye la ductilidad y resiliencia . Al aumentar la proporción de carbono aumenta la capacidad de temple, pero disminuye la soldabilidad . Manganeso .
Favorece la forjabilidad y contrarresta los efectos perjudiciales del azufre .
Silicio . Aumenta la dureza, resistencia, elasticidad y mejora las propiedades magnéticas, Disminuye la ductilidad . Cromo, La presencia del cromo produce un aumento de dureza, resistencia y elasticidad . Favorece la cementación . Se emplea en los aceros inoxidables . Níquel. Mejora notablemente las propiedades mecánicas, aumenta la resistencia, tenacidad y ductilidad . Favorece el temple . Molibdeno . Mejora las propiedades mecánicas. Facilita la penetración del temple . Hace que los aceros sean resistentes a las temperaturas elevadas y a la corrosión, Vanadio . Su presencia mejora la calidad de los aceros . Aumenta la forjabilidad en caliente . La soldabilidad disminuye .
76
Wolframio o tungsteno, Mejora las características mecánicas de resistencia y tenacidad ; hace que los aceros conserven su dureza y resistencia a la corrosión a temperaturas elevadas . Es el elemento básico de los aceros rápidos . Cobalto .
Hace que el acero conserve su dureza a elevadas temperaturas .
Aluminio . Cobre,
Favorece la nitruración .
En pequeñas proporciones aumenta la resistencia a la corrosión .
Azufre . mecanizado .
Perjudica las propiedades mecánicas de resistencia y tenacidad . Favorece el
Fósforo . zas fundidas .
Perjudica las propiedades mecánicas de los aceros . Favorece la colada, en pie-
4 .8
Aleaciones hierro-carbono
Desde el punto de vista industrial, la importancia del hierro se debe a las propiedades que adquiere al alearse con el carbono . El carbono se puede encontrar en el hierro de las siguientes formas : - Disuelto en el Fe y, formando una solución sólida intersticial, llamada austenita (fig . 4.12) ; en muy pequeñas proporciones también se encuentra disuelto en el hierro a. o ferrita, - Combinado con el hierro, formando el compuesto intermetálico Fe 3 C (cementita) . - Libre formando láminas o nódulos de grafito, 4 .9
cubo austenítico hierro y con carbono interpuesto
Diagrama de equilibrio hierro-carbono
Las aleaciones hierro-carbono cristalizan prácticamente según el sistema Fe-Fe 3 C; cuando el enfriamiento es muy lento y en presencia del silicio el Fe 3 C se descompone en hierro y grafito (fig . 4.13) .
'n 1 ~»
perlita ferrita
0° L. 0%
D ó
OB9
perlita + cementita
1.76 Z
.~L5___ . _ hipoeutec hipereutec .
transformación de austenita en por ta 9 _- _-_I - __ -- .
ledeburita transformada
3
55
G
43 6
5
6
5
hipoeutéctica
aceros
Fig. 4.13
7 d D m
cementita + perlita
hipereutéctica
6,67 Fez
C C
fundiciones_
Diagrama fierro-carbono. 77
v
Fig. 4.12 tenita .
Cristal de aus-
4 .10
Constituyentes estructurales de los aceros
En los aceros el carbono se encuentra disuelto o combinado en forma de cementita, rara vez en forma de grafito. Los principales constituyentes de los aceros son : 4.10 .1
Fig. 4.14
Estructura ferrítica.
Ferrita
La ferrita es hierro alfa casi puro ; ordinariamente lleva en solución impurezas de Si y P. Algunos metales con el Ni, Al, Mn, Cu y Cr se disuelven totalmente en la ferrita. Características mecánicas .-
- Resistencia a la tracción : . 28 kgf/mmz. - Alargamiento : 35 %. - Dureza : 90 unidades Brinell . Es el constituyente más blando del acero (fig . 4.14) . 4 .10.2
Cementita
La cementita es carburo de hierro (Fe3C) ; contiene 6,67 % de carbono . Es el constituyente más duro de los aceros, con una dureza superior a 68 unidades Rockwell C ; es frágil (fig . 4.15) . 4.10 .3
Fig . 4.15
Perlita
La perlita normal es la perlita laminar ; es un compuesto eutectoide formado por láminas alternadas de ferrita (Fe) y cementita (Fe 3 C) . En el acero ordinario contiene el 0,89 % de carbono (fig . 4.16) . Estructura de cementita .
.Las características mecánicas son las siguientes
- Dureza, de 200 a 250 unidades Brinell . - Resistencia a la tracción, de 55-70 kgf/mmz. - Alargamiento : 20-28 %. 4 .10 .4
Austenita
Es una solución sólida de carburo de hierro en hierro y. Sólo es estable a temperaturas elevadas superiores al punto A, . En los aceros de elevado porcentaje de aleación (18 % Cr y 8 % Ni), puede ser estable a la temperatura ambiente (fig . 4 .17) . Características mecánicas.Fig. 4.16
Estructura perlitíca .
Resistencia a la tracción, de 88-105 kgf/mmz . Alargamiento : 20-23 %. Dureza : 300 unidades Brinell. Dúctil y tenaz, blanda y resistente al desgaste ; es muy densa .
Los átomos de carbono se encuentran de forma desordenada ocupando los centros de las aristas del cristal de caras centradas. 4.10 .5
Martensita
Es el constituyente de los aceros templados al máximo de dureza . Está constituida por una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro a (figura 4 .18) . La austenita, al enfriarse rápidamente, no puede expulsar a la cementita, por lo que resulta una estructura residual compuesta por hierro a, en el que están incrustados los átomos de carbono que tenía la austenita y que, debido a la ve locidad de enfriamiento tan rápida, no han podido ser expulsados de la malla cristalina (fig . 4.19) . Características mecánicas,-
Fig. 4.17
Estructura
- Resistencia a la tracción : 170-250 kgf/mmz . - Alargamiento : 0,5-2,5 %. - Dureza : 50-60 unidades Rockwell C. - Es magnética.
austenítíca .
78
4 .10.6
Troostita
4.10.7
Sorbito
Es un constituyente intermedio entre la martensita y la sorbita, formado por una fina dispersión de cementita en hierro a. Aparece cuando se enfría la austenita a velocidad inferior a la del temple, o también por transformación isotérmica de la austenita entre 500° y 6000 . Se obtiene por enfriamiento de la austenita a una velocidad bastante inferior a la crítica de temple, y también por transformación isotérmica de la austenita a temperaturas entre 600° y 650° . Es un agregado fino de cementita y hierro a. 4 .10.8
Bainita
4.10.9
Constituyentes de fas fundiciones
Fig, 4 .18
Estructura martensitica .
Se obtiene al transformar isotérmicamente la austenita a temperaturas entre 250° y 500° . Se distinguen dos clases : la superior o arborescente y la inferior, parecida a la martensita . Está formada por una mezcla difusa de ferrita y cementita . Además de los citados para los aceros, hay que considerar el grafito y la ledeburita, como más importantes. El primero aparece por descomposición de la cementita a través de un enfriamiento lento y bajo la acción de elementos grafizantes como el silicio. La ledeburita es una aleación eutéctica de cementita y austenita que, al enfriarse, suele descomponerse en perlita y cementita . 4.11
Fíg. 4 .19 Cristales de martensita .
Examen del diagrama hierro-carbono
En la figura 4.13 se representa un diagrama simplificado hierro-carbono . De su observación se desprende : 1 .° La línea ACD es la línea de líquidos, a partir de la cual empiezan a solidificar las aleaciones del sistema ; la línea AECF o línea de sólidos indica las temperaturas correspondientes al final de solidificación . 2 .° El diagrama tiene una serie de puntos notables : - El punto A es la temperatura de solidificación del hierro puro . - El punto C define la llamada aleación eutéctica, con 4,3 % de C, compuesta, como ya se ha dicho, por austenita y cementita y denominada ledeburita . - El punto E, o de máxima solubilidad del carbono en hierro a y que corresponde al 1,76 % de C . - El punto D es el límite del diagrama que corresponde al 6,67 % de C, o sea, a la cementita pura . - El punto S o eutectoide, donde la austenita se transforma en perlita ; esta aleación tiene el 0,89 % de C . Para el estudio de las transformaciones que tienen lugar a las distintas temperaturas y concentraciones, se escogen seis aleaciones diferentes : - Aleación l con el 0,5 % de C . Por encima de 1 existe únicamente fase líquida . A partir de dicho punto empieza a formarse austenita hasta que en 2 solidifica totalmente . En 3 el hierro y se transforma progresivamente en ferrita (hierro a) . A medida que aparecen cristales de ferrita, la austenita residual va enriqueciéndose en carbono hasta que en 4, cuando tiene el 0,89 % de C, se convierte en perlita . - Aleación /1 de 0,89 % de C . Sigue un proceso idéntico al anterior pero con una diferencia fundamental . No existe el punto 3 porque toda la austenita se transforma bruscamente en perlita . Es la llamada eutectoide . - Aleación 111 de 1,2 % de C . Sigue el mismo proceso anterior hasta 5 ; aquí empiezan a separarse cristales de cementita (línea Acm), empobreciéndose progresivamente de C la austenita restante, hasta que a 723° el porcentaje es de 0,89 % (punto 6) y se transforma bruscamente en perlita . - Aleación IV de 3,2 % de C . Empieza la solidificación en el punto 7, formándose austenita . Cuando el líquido residual llega a la línea eutéctica todo él se transforma en ledeburita (punto 8) . A medida que desciende la temperatura, la austenita va segregando cementita pro eutéctica hasta que en 9 se convierte en perlita . Como la ledeburita está formada por el 52 % de cementita primaria y el 48 % de austenita, a esta austenita le ocurre lo mismo que la anterior y, en consecuencia, también se transforma en perlita (ledeburita transformada) .
79
- Aleación V de 4,3 % de C. Es idéntica que la anterior aunque en el punto C existe el paso brusco de solidificación en ledeburita (aleación eutéctica) . - Aleación VI de 5,4 % de C . En el punto 10 empiezan a formarse cristales de cementita mientras la fase líquida restante va perdiendo carbono según la línea CD, hasta que a la temperatura de 1 130° solidifica en ledeburita, precisamente al alcanzar el 4,3 % de C . A partir de aquí, la ledeburita sufre una serie de transformaciones complejas que exceden del estudio elemental del diagrama y que se pueden consultar en una obra especializada . En todas las aleaciones consideradas se pueden establecer los porcentajes de los constituyentes en cada punto, de acuerdo con los procedimientos explicados en el Tema 1 .
Fig. 4,20
Diagrama de austenización,
Fig . 4.29 Puntos de principio y fin de la transformación de la austenita,
4.11 .1
El punto de partida de una transformación de estructura (tratamiento térmico) es la austenita . A partir de ella se obtienen los diferentes constituyentes según la velocidad de enfriamiento . Las transformaciones isotérmicas (a igual temperatura) tienen un gran interés ; se estudian a través de los diagramas TTT. Para obtenerlos se toman, para cada acero, un conjunto de probetas iguales que se calientan a la temperatura de austenización y se mantienen así hasta que ésta sea completa (fig . 4.20) . Seguidamente, se enfrían bruscamente en un baño de sales o metal fundido a la temperatura constante 0 deseada . A determinados intervalos de tiempo, se sacan las probetas del baño y se enfrían bruscamente hasta la temperatura ambiente . Mediante un ensayo microscópico de las probetas, se analiza la cantidad de austenita transformada, en función del tiempo de enfriamiento, obteniéndose los valores t,, comienzo de la transfórmación, y t 2 , final de la transformación (fig . 4 .21) . Repitiendo el ensayo, variando las temperaturas 0, se pueden dibujar las curvas t, = f, (0) y t 2 = f 2 (0), llamadas diagrama TTT o curvas de Bain (fig . 4 .22) . Para un acero eutectoide, el diagrama TTT presenta la disposición de la figura 4 .22 . Entre 723° y 500° se forma perlita ; entre 500° y 225° aparece la bainita ; a 225° (línea Ms) empieza la transformación instantánea de la austenita en martensita . La cantidad transformada depende de la temperatura ; por debajo de Mf es total . Para aceros hipo e hipereutectoides hay que introducir modificaciones en el diagrama .
4.12
Fig, 4 .22
Gráfico de transformación TTT.
Transformaciones isotérmicas de la austenita en los aceros
Por medio del estudio del diagrama hierro-carbono se han estudiado las transformaciones que se producen para cada aleación por medio de un enfriamiento lento. Se ha visto que los constituyentes de equilibrio son la austenita, la ferrita, la cementita y la perlita, llamados estables; pero el diagrama no contempla lo que ocurre en los enfriamientos rápidos y en las transformaciones isotérmicas .
Tratamientos térmicos de los aceros
En los apartados anteriores se han ido estudiando los diferentes constituyentes de los mismos y las variables que inciden en la transformación de su estructura cristalina . Con ello se han establecido las bases teóricas de los tratamientos térmicos, cuyo objeto no es otro que el obtener una determinada estructura interna cuyas propiedades permitan alcanzar alguno de los siguientes objetivos : - Lograr una estructura de menor dureza y mayor maquinabilidad . - Eliminar tensiones internas para evitar deformaciones después de mecanizado . - Eliminar la acritud ocasionada por el trabajo en frío . - Conseguir una estructura más homogénea . - Obtener máxima dureza y resistencia . - Variar alguna de las propiedades físicas . Estos objetivos propuestos se pueden lograr con alguno de los tratamientos térmicos siguientes : recocido, normalizado, temple y revenido. 4.12 .1
Calentamiento
La primera operación de todo tratamiento térmico es el calentamiento adecuado . En la mayoría de los tratamientos térmicos la temperatura de calentamiento es ligeramente superior a la de transformación Ac,, Ac 3 o Acm. El calentamiento debe ser de tal forma que la diferencia de temperatura, entre el exterior y el interior, sea mínima ; la duración del calentamiento depende del diámetro de la pieza .
80
4.12 .1 .1
Influencia de la temperatura en el tamaño del grano
Al calentar, desde la temperatura de ambiente hasta los puntos de transformación, el grano disminuye de tamaño ; y, aunque esté largo tiempo a esa temperatura, el tamaño no aumenta (fig . 4.23) . El tamaño del grano aumenta considerablemente al aumentar la temperatura por encima del punto de transformación y con el tiempo (fig . 4.24) ; cuando el tamaño del grano es muy grande puede llegar a quemarse y se hace inservible (fig . 4.25) . 4.12.2
Recocido
La finalidad del recocido es ablandar, afinar el grano, eliminar tensiones, eliminar la acritud producida por la conformación del material en frío . Se obtiene el recocido calentando la pieza hasta la temperatura adecuada y enfriando lentamente ; la austenita se transforma en otros constituyentes más estables .
afinamiento del grano
Fig. 4.23 No aumenta si no se sobrepasa A3.
Con el recocido aumentan las propiedades de alargamiento, el ablandamiento y la plasticidad son máximas y disminuyen la carga de rotura, el límite de elasticidad y también la dureza .
4.12.2 .1
Velocidad de enfriamiento en el recocido
Tiene que hacerse con la suficiente lentitud, para que la austenita se transforme . El enfriamiento lento se consigue dejando enfriar las piezas en el horno o recubriéndolas de arena o ceniza caliente . 4.12 .2 .2
At
Tipos de recocido
Los principales tipos de recocido son los siguientes : de regeneración, globular, contra acritud, de ablandamiento, de estabilización, isotérmico y doble recocido . 1 . Recocido de regeneración . Tiene por objeto afinar el grano de los aceros sobrecalentados (fig . 4 .24) . La temperatura de calentamiento es de 50 °C, por encima de Ac á o Acm . La forma de realizarlo puede verse en la figura 4 .26A . En ella se relaciona el diagrama TTT con el tipo de recocido en cada caso, indicándose la fase de calentamiento, la de austenización (tramo horizontal) y por último, la fase de enfriamiento . 800°
Fig. 4.24 Aumenta al sobrepasar A3 y con la permanencia a altas temperaturas,
900°
1000 °
1100 °
1200°
1300°
estructura tina acero sobrecalentado
austenización incompleta
oC
oscilante
subcritica
Ac á Ac i É d MS Mr estabilización homogeneizada
\,_ _, .- ._. . isotórmicos completa
Fig 4.26
incompleta
Diagramas de recocidos.
2 . Recocido globular. mecanización (fig . 4 .2613) .
Se efectúa en los aceros hipereutectoides para lograr una fácil
3 . Recocido contra acritud. En la deformación en frío de los aceros es inevitable la aparición de acritud o pérdida de las propiedades de plasticidad originales . Para recuperarlas y proseguir la deformación, si interesa, se efectúa un recocido entre 500° y 650° (fig . 4 .26D) .
4 . Recocido de ablandamiento. Se emplea cuando hay que mecanizar piezas templadas porque elimina los constituyentes del temple . La temperatura de calentalrtiento es siempre inferior a Ac á o Acm y el enfriamiento debe ser muy lento, especialmente para los aceros aleados (fig . 4.26C) . 5. Recocido de estabilización . Tiene por objeto eliminar las tensiones internas de las piezas forjadas o trabajadas en frío (fig . 4 .26E) .
81 fi .
Tecnologla 2.1 .
acero quemado
Fig. 4.25 Tamaños del grano en función de la temperatura alcanzada.
6 . Recocido ísotérmico . El recocido isotérmíco consiste en enfriar las piezas, desde el estado austenítico hasta una temperatura de 700-750 °C y dejarlas a esta temperatura hasta que la austenita se transforme totalmente . A continuación, se enfrían al aire . Tiene la particu laridad de que es mucho más rápido que los anteriores . Es muy empleado en piezas que han sido estampadas en caliente (fig . 4 .26F) . 7 . Doble recocido . En los aceros de autotemple y los de alta aleación es necesario, la mayoría de las veces, hacer un doble recocido para lograr una estructura mecanizable (figura 4 .26G) . Esencialmente es como sigue : se calienta lentamente el acero a Ac á + 25, dejándolo bastante tiempo a esta temperatura ; después se enfría al aire por debajo de Ac, para regenerar el grano y anular tensiones ; finalmente, se vuelve a calentar hasta cerca de Ac,, dejándolo unas cuatro horas en estas condiciones, para terminar con un enfriamiento lento .
4.12.3
Normalizado
El normalizado se diferencia del recocido en que la velocidad de enfría~ miento es más elevada . Las piezas se sacan del horno y se dejan enfriar al aire . La estructura del normalizado es de grado fino ; es rápido de realizar, pero no se consigue la mínima dureza ; la austenita no se ha transformado completamente (fig . 4.27A) . Sólo se utiliza en los aceros no aleados . 4.12.4
Temple
El temple tiene por objeto endurecer y aumentar la resistencia del acero (fig . 4.2713 y C) . Es el más importante de los tratamientos térmicos . Después del temple es necesario el tratamiento de revenido para eliminar un exceso de dureza y fragilidad y suavizar las tensiones internas . El temple consiste en calentar el acero, a una temperatura suficientemente elevada, para transformarlo en austenita, seguido de un enfriamiento rápido para transformar la austenita en martensita . 4.12.4 .1
Factores que influyen en el temple
Al realizar el temple de un acero, hay que tener en cuenta los siguientes factores : - Composición del acero. - Temperatura a la que hay que calentar . - Tiempo de calentamiento . - Velocidad de enfriamiento . - Medios de enfriamiento en el temple . 4.12 .4 .2
Temperatura de temple
Depende fundamentalmente del tanto por ciento de carbono; los aceros hipoeutectoides deben calentarse a la temperatura de Ac á + 50 °C, y los hipereutectoides a Ac, + 50 °C (fig . 4.27) . En los aceros hipoeutectoides, a temperaturas inferiores a Ac á, aparece la ferrita . Para hacerla desaparecer, es necesario calentarla a 50 OC del punto de transformación Ac á. En los aceros hipereutectoides la temperatura de calentamiento es menor, porque no existe la ferrita ; se puede templar, aunque la transformación en austenita no sea total, porque la cementita no transformada es muy dura . 4.12.4 .3
Tiempo de calentamiento
Depende del diámetro o espesor de la pieza ; la permanencia en el horno debe ser la estrictamente necesaria para que la austenización sea total para los aceros hipoeutectoides y parcial, para los aceros hipereutectoides .
temple total .. ,__. aceros hipoeutectoides hipereutectoides
Fig . 4 .27
82
Diagramas de varios tratamientos.
4.12.4 .4
Velocidad de enfriamiento
Tiene que ser elevada para evitar que se produzcan transformaciones de la austenita antes de Ms y en todo caso superior a la velocidad critica de temple, definida por la curva 8 = f (t), tangente al saliente de la curva TTT y que es la menor posible que produce estructura martensítica .
capa de tránsito sólido-gas transferencia simultánea j% de- masa y calor 0
b
4.12.4 .5
Medios de enfriamiento en el temple Los medios que se emplean para enfriar la pieza y producir el temple son los siguientes : 1 .° Agua . Es un medio de enfriamiento rápido, ideal para conseguir un temple muy fuerte . Se emplea para templar aceros al carbono . La cantidad de agua a emplear debe ser la suficiente para que la temperatura no suba de los 30 °C . Las piezas dentro del agua se deben agitar para impedir que el vapor producido haga de aislante térmico y retarde el enfriamiento (fig . 4.28) . Si al agua se le adicionan sales, por ejemplo Cl Na, la velocidad de enfriamiento es mayor. En la figura 4.29 se muestra la forma de introducir las piezas en el baño . 2.° Aceite mineral. La velocidad de enfriamiento con aceite mineral, cuyo calor específico es notablemente menor, es más lenta que con el agua y depende de la viscosidad . No obstante, se consigue un temple más suave y uniforme . Se emplea para aceros aleados. Lo mismo que en la refrigeración con agua, las piezas deben agitarse, para eliminar la capa de vapor. Para saber la forma de introducir las piezas, véase la figura 4.29 .
líquido
tiempo
Fig. 4.28 Efecto del vapor en la velocidad de enfriamiento.
071
3.° Metales y sales fundidas. Se emplean para los tratamientos isotérmicos ; los metales fundidos pueden ser : mercurio, plomo y plomo-estaño . 4.o Aire en calma o a presión. Solamente se emplea para templar algunos aceros especiales, de velocidad crítica de enfriamiento muy pequeña (aceros autotemplables) . 4.12.4 .6
Tipos de temple
Se clasifican según los resultados obtenidos y el proceso de ejecución ; básicamente son : - Temple continuo
completo _( incompleto
- Temple escalonado (isotérmico) - Temple superficial.
Austempering l Martempering
1 . Temple continuo de austenización completa . Se aplica a los aceros hipoeutectoides. Se calienta el material hasta Ac á + 50 . A continuación se enfría en el medio adecuado . El constituyente obtenido es la martensita (fig . 4.278) . 2. Temple continuo de austenización incompleta . Se emplea en los aceros hipereutectoides . La temperatura previa alcanzada es Ac, + 50 ; entonces la perlita se transforma en austenita quedando intacta la cementita . Después se enfría a velocidad superior a la crítica, con lo que la estructura resultante será mixta, a base de martensita y cementita (fig . 4.27C) .
3. Temple martensítico o martempering. Consiste en calentar el acero a la temperatura de austenización, mantenerlo el tiempo necesario para que se transforme completamente en austenita y, seguidamente, enfriarlo en baño de sales a una temperatura próxima superior a la Ms, manteniéndolo a esta temperatura un cierto tiempo, sin que la austenita se transforme ; a continuación, se enfría rápidamente hasta la temperatura ambiente (fig . 4 .27D) . Por este método se consigue reducir el número de piezas defectuosas, sobre todo cuando su forma es irregular, porque evita los cambios desiguales de volumen en la transformación de la austenita en martensita . 4. Temple austempering . Se diferencia del martempering en que el tiempo de permanencia en las sales fundidas, a temperatura uniforme por encima de Ms, debe ser suficientemente largo como para que atraviese las curvas y se transforme la austenita en bainita. Los resultados que se consiguen, en cuanto al número de piezas defectuosas, es muy satisfactorio (fig . 4.27E). 4.12.4 .7
Temple superficial
Este tratamiento se basa en un calentamiento superficial muy rápido, de tal forma que sólo una capa delgada alcance la temperatura de austenización, seguido de un enfriamiento también rápido . Así se consigue que el núcleo quede blando, con buena tenacidad y la superficie dura y resistente al rozamiento . El calentamiento se puede hacer con soplete oxiacetilénico y por inducción. 83
fig, 4.29 Manera de enfriar las piezas en el temple .
1 . Temple superficial con soplete oxiacetilénico, Consiste en calentar la superficie de la pieza a templar con soplete oxiacetilénico hasta la temperatura de austenización y, seguidamente, enfriar rápidamente con un chorro de agua a presión (fig . 4 .30) . Se puede conseguir una profundidad de temple de hasta 10 mm . Se emplea este procedimiento para endurecer superficialmente piezas grandes, como bancadas de máquinas, etc . Si el temple es muy fuerte, la capa templada puede saltar o desprenderse . El avance del soplete y del chorro de agua pueden ser automáticos . 2 . Temple superficial por inducción . Este método consiste en el calentamiento superficial de la pieza por medio de corrientes inducidas de alta frecuencia (fig . 4 .31) seguido de la introducción en el medio de enfriamiento .
4.12.4 .8
Templabiljdad
Es la capacidad de penetración del temple que tiene un acero ; la templabilidad depende fundamentalmente del diámetro o espesor de la pieza y de la
calidad del acero . Una pieza de mucho espesor y de acero al carbono tiene poca templabilidad y, por consiguiente, su interior no quedará templado, aunque el exterior lo esté . Una pieza de acero aleado puede dejar penetrar el temple aunque tenga notable espesor . Entonces se dice que el acero es de mucha templabilidad .
6
Fig . 4.30 Temple superficial por llama : A, dispositivo de enfriamiento en linea recta (temple por avance) ; B, dispositivo de enfriamiento de forma anular (temple por revolución y avance) .
4.12.4 .8 .1
Medida de la templabilidad
Industrialmente, la templabilidad se mide con varias probetas de distintos
diámetros y por el método Jominy .
1 .° Medida de la templabilidad con varias probetas de distintos diámetros. Consiste en templar las distintas probetas del mismo material, cortarlas transversalmente y medir la dureza de la periferia al centro (fig . 4 .32) . Del resultado del ensayo se obtiene el diagrama de las figuras 4 .33A y B ; el diagrama está formado por unas curvas en forma de U, muy pronunciadas para materiales de poca templabilidad (fig . 4.33A), y aplastadas para materiales de mucha templabilidad (fig . 4 .3313) . Más práctico y rápido resulta el empleo de un utillaje como el de la figura 4 .34 . Previamente se corta la arandela de material a ensayar y se tornea en sus dos caras . Fuertemente apretada entre dos cilindros torneados con refrentado cóncavo, el conjunto se calienta hasta la temperatura de temple y se enfría a continuación . Como los cilindros laterales son de mayor espesor que la probeta, el enfriamiento de ésta es únicamente radial . La capa de aire que queda entre la muestra y las piezas cóncavas actúa como aislante térmico ; así se logra que el enfriamiento sea radial y no axial . Enfriado todo el paquete, se limpian ligeramente las superficies planas de la probeta y se hace el ensayo de dureza, en varios puntos equidistantes de un mismo radio trazado previamente .
hélice calefactora que conduce corriente alterna de alta frecuencia
Fig. 4,31
Calentamiento por inducción,
Fig. 4.32
Ensayo por templabilidad,
60
cilindro 1
v
m
50
dufez a cri
u
a
V0
60
N-K4-n7res.
30
2
1
0
1
50
arandela cilindro 2
40
a
m
A
1 1~l'00Í~o~"~óoo'
60
tornillo
30
distancia al centro en pulgadas
2
B
1
0
distancia al centro en pulgadas
Fig . 4.33 Gráfico de templabilidad o curvas U de dos aceros : A, aceros de poca templabilidad; B, acero de buena templabilidad.
Fig . 4 .35 Dimensiones de la probeta Jominy y manera de colocarla para el en sayo .
probeta de ensayo
Fig. 4.34 Utillaje para el ensayo de templabilidad.
2 .o Método Jominy. Este método es el más empleado ; se hace con una sola probeta normalizada y es rápido de efectuar. La probeta es un cilindro de una pulgada de diámetro y cuatro de longitud (fig . 4.35) . Se calienta la probeta hasta la temperatura de austenización y se enfría en un aparato refrigerador normalizado (fig . 4 .36) . El enfriamiento se logra dirigiendo un chorro de agua a 20 ó 25 eC hacia la base inferior de la probeta durante 30 minutos . Las velocidades de enfriamiento, a lo largo de la muestra, son distintas ; la dureza y el temple son mayores en la parte inferior . Midiendo la dureza en el sentido longitudinal de la probeta (figura 4 .37), se obtiene la gráfica de la figura 4 .38 . Si la diferencia de durezas, de un extremo a otro de la probeta, es muy grande, la templabilidad será pequeña .
84
probeta dispositivo para colgar la probeta de ensayo
agua
desagüe
4.12 .5
Fig . 4.36 Aparato para el ensayo Jominy.
Fig. 4.37 dureza .
Revenido
Es un tratamiento que sigue al temple con objeto de eliminar la fragilidad y las tensiones ocasionadas. Consiste en un calentamiento de las piezas templadas a una temperatura inferior al punto Ac, para lograr que la martensita se transforme en una estructura más estable, terminando con un enfriamiento más bien rápido . Los factores que más influyen en los resultados del revenido son la temperatura y el tiempo de calentamiento. 4.13
Huellas de los ensayos de
Tratamientos termoquímicos
Consisten en modificar la composición química superficial de los aceros, adicionando otros elementos, con el fin de mejorar algunas propiedades en la superficie, fundamentalmente la dureza o la resistencia a la corrosión . Los prin cipales tratamientos termoquímicos son los siguientes : cementación, nitruración, cianuración y sulfinización. 4 .13 .1
HAC
1
30 251 20 , 15 ' 101
1 1, 5
-`-J''-_-_______ .._ 10
15 20 25 30
<0
50
_
distancia en milímetros desde el extremo templado
Fig. 4.38
Gráfico de templabilidad.
Cementación
La cementación consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior en una, pieza de acero. A la cementación sigue el tratamiento térmico del temple, el cual se realiza solamente en la capa exterior, por ser la que tiene el carbono . Así se consigue un endurecimiento superficial . La cementación se aplica a piezas que deben ser resistentes al desgaste y a los golpes, es decir, que posean dureza superficial y resiliencia .
4 .13.1 .1
Aceros de cementación
Pueden ser al carbono y aleados. Su contenido en carbono es siempre menor al 0,2 %. Se pueden considerar tres grupos : - Aceros al carbono (UNE 36013-75 ; F-1 510 a F-1 513) . Se emplean para piezas de poca responsabilidad . Su contenido en carbono es menor del 0,1 % . - Aceros débilmente afeados (UNE 36013-75 ; F-1 522 a F-1 527) . Los elementos de aleación pueden ser Cr, Ni, Mn y Mo en proporción inferior al 3 % . La templabilidad de estos aceros es mayor que la de los de carbono . - Aceros de alta aleación (UNE 36013-75 ; F-1 515 al F-1 589) . El porcentaje de elementos aleantes es mayor del 5 % ; su templabilidad es grande y se emplean para piezas de gran responsabilidad .
4.13.1 .2
Sustancias cementantes
Pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas . Suministran carbono en estado atómico a partir de CO ; a la temperatura de austenización se realiza la reacción reversible :
piezas M
cementante
Fig, 4.39 en caja .
Horno para la cementación
/ "~~INN///I/II~~
2CO+Fey .--=-FeyC+CO, El espesor de la capa cementada depende del tiempo de permanencia y de la temperatura a la que se efectúe (fig . 4 .39) . 85
electrodos
1 .° Cementantes sólidos . El más importante es el denominado mezcla de carbón, que es una mezcla de carbón de madera (60 %) y de carbonato bórico (C0 3 Ba) (40 %) . Las piezas a cementar y el cementante se introducen en cajas metálicas herméticamente cerradas y se calientan en el horno, de 800 á 900 °C (fig . 4 .39), durante el tiempo necesario . Durante la cementación tiene lugar las reacciones siguientes : C0 3 Ba
pieza
C0 2 +C t
cementante líquido
Fig . 4.40
~ CO Z + 0 Ba
Horno para la cementación en baño .
2CO
El CO es el que suministra el C naciente . 2 .o Cementantes líquidos . Son muy empleados por su rapidez y practicidad . Son una mezcla de sales fundidas (900-950 °C), de cianuro sódico (CN Na), cloruro sódico (Cl Na) y carbonato sódico (C0 3 Na 2 ) ; las dos últimas actúan como diluyentes . El horno se llama de sales fundidas y puede calentarse con gas, fuel-oil o electricidad (fig . 4 .40) . El CN Na es muy venenoso, por lo cual es preciso manipularlo con precaución . Las reacciones que tienen lugar durante l a cementación son las siguientes : 2 CN Na + C1 2 Ba .
2
Cl Na + (CN) 2 Ba
(CN) 2 Ba + Fe y -' Fe y (C) + CN 2 Ba 3 .° Cementantes gaseosos . Los cementantes gaseosos necesitan unas instalaciones muy costosas que sólo son rentables cuando se han de cementar grandes series de piezas (fig . 4 .41) . Se emplean en la industria del automóvil y en otras semejantes . Los gases a utilizar son una mezcla de metano (CH 4 ), óxido de carbono (CO), hidrógeno (H 2 ) y nitrógeno (N2)Las principales reacciones que tienen lugar son las siguientes : Fe
2 CO + Fe y ;
Fe
CH 4 +Fey ,
agua
4 .13 .2
y (C) + C02 y(C) +2 H 2
Fig. 4.41 Instalación para la cementación gaseosa .
Nitruración
La nitruración es un tratamiento de endurecimiento superficial aplicado a ciertos aceros y fundiciones. Permite obtener durezas muy elevadas, del orden de 1 200 unidades Brinell . El nitrógeno puede formar con el hierro los compuestos : Fe 4 N y Fe 2 N . Los aceros o fundiciones nitrurados son superficialmente muy duros y resistentes a la corrosión . Los aceros de nitruración contienen Al-Cr-Mo-V ; por ejemplo : F 1 711, UNE 36 014 = 25 Cr Mo 12, UNE 36 014 LF 1740, UNE 36 014 = 41 Cr Al Mo 7, UNE 36014 Después de la nitruración no es necesario ningún tratamiento . La nitruración se efectúa en hornos especiales, exponiendo las piezas a una corriente de amoníaco (NH 3 ), a la temperatura de 500 a 525 °C, durante un tiempo que puede durar noventa horas ; la penetración del nitrógeno es de 0,01 mm por hora aproximadamente . 86
La reacción que tiene lugar es la siguiente : 2NH 3 -; 2N +3 H 2 El N atómico es el que penetra en el acero formando nitruros . La nitruración tiene la ventaja de que se efectúa a bajas temperaturas y las piezas no se deforman ; antes de nitrurar ya están con las medidas de acabado . En la práctica, las instalaciones son muy costosas y sólo se emplean para grandes series, especialmente en la industria aeronáutica y automovilística, para endurecer camisas de cilindros, árboles de levas, ejes de cardán, piñones y aparatos de medida .
4.13.3
Cianuración
Consiste en endurecer la superficie de las piezas introduciendo carbono y nitrógeno ; es como una mezcla de cementación y nitruración . Después de la cianuración hay que templar las piezas tratadas . Las sales para la cianuración son una mezcla de CN Na y C0 3 Na 2 calentadas a (800-900 °C) en presencia del oxígeno del aire . Las reacciones que tienen lugar son las siguientes : 2 CN Na + 02 - 2 CN 0 Na -~ C0 3 Na 2 + 2 CN Na + CO + 2 N
4 CN 0 Na
siendo el CO y el N los encargados de la carburación y nitruración respectivamente. 4 .13.4
Sulfinización
Es un tratamiento termoquímico que consiste en introducir una pequeña capa superficial a base de S, N y C en aleaciones férreas y de cobre. Las piezas a tratar se introducen en baños de sales de CN Na (95 %) y S0 3 Na 2 (5 %) calentadas a 560-570 °C . En tres horas de tratamiento se puede conseguir una capa sulfinizada de 0,3 mm ; las dimensiones de la pieza aumentan ligeramente . Con la sulfinización se consigue mejorar la resistencia al desgaste, favorecer la lubricación y evitar el agarrotamiento . Las herramientas de corte sulfinizadas tienen una duración de cinco a seis veces más que sin sulfinizar.
4.14
Control de la temperatura
Una parte fundamental de un tratamiento térmico es conseguir y controlar con exactitud la temperatura a la que se debe realizar ; los procedimientos utilizados son los siguientes : 4.14.1
Observación del color del metal
Es un procedimiento antiguo, rudimentario y poco seguro . Sólo es aceptable para trabajos de poca responsabilidad. Consiste en observar el color que va tomando el metal al ser calentado . La observación se debe hacer con luz ambiente, suave y difusa, ya que el color observado depende mucho de las circunstancias de observación . Por supuesto, también es importante la experiencia del observador . La temperatura correspondiente a cada color es la siguiente : Rojo naciente Rojo obscuro Rojo cereza naciente Rojo cereza Rojo cereza claro Naranja obscuro Naranja claro Blanco Blanco brillante Blanco sudante
1 1 1 1 1 1
525 700 800 900 000 100 200 300 400 500
°C °C oC °C °C °C °C °C °C °C
87
4.14 .2
Termómetros
Se basan en varios principios físicos: dilatación de líquidos o metales por el calor, variación de la resistencia eléctrica con la temperatura, presión de los gases. Se emplean poco en los tratamientos térmicos por no poder usarse para altas temperaturas ; como máximo pueden medir hasta 900 °C (fig . 4 .42) . 4.14.3 Fig. 4.42
Lápices de contacto
Son unas barritas de sustancias que se funden a diversas temperaturas, al contacto con la pieza caliente (fig . 4 .43) . Sirven para temperaturas comprendidas entre 600 y 700 oC .
Termómetro de dilatación de líquido.
4.14.4
Pirámides de Seger
Son pequeñas pirámides triangulares con el vértice truncado, formadas con mezclas de caolín, feldespato, óxidos de hierro y plomo . 100 0C 220°C 450 0 C Fig. 4.43
Lápices de contacto .
Se construyen series para determinar temperaturas comprendidas entre 500 y 2 000 oC, de 20 en 20 oC. Cada pirámide lleva grabada la temperatura, en que puede producirse su fusión . Las pirámides se colocan en el interior del horno, sobre placas de tierra en grupos de tres, y se observa cuál es la que se funde, pero sin llegar a caer . Sus cifras indicarán la temperatura . En la figura 4.44 la temperatura del horno es aproximada a 660 oC .
4.14 .5
Pirómetros
Se llaman así los aparatos destinados a medir altas temperaturas . Los más empleados son los pirómetros eléctricos y los ópticos . Los eléctricos pueden ser, a su vez, termopares y de radiación . 4.14.5 .1
Fig. 4.44
Pirámides de Seger.
Termopares
Son los más empleados y se fundan en la generación de una corriente eléctrica, por efecto de la variación de temperatura (conocido en física como efecto de Seebeck) en la soldadura de dos metales distintos (fig . 4.45) .
Ivanómetro
Fig. 4 .45 Esquema Pirómetro termopar.
de un
Si se calienta una de las soldaduras, manteniendo constante la otra soldadura fría, la diferencia de potencial entre ellas produce una corriente eléctrica . Un galvanómetro indica la diferencia de potencial en milivoltios o directamente en grados centígrados según la escala . Pe los metales con que se haya fabricado el termopar depende que pueda servir para medir temperaturas entre varios valores . Así, los de Cromel (Ni-Cr), Alumel (Ni-Al) y los de platino, platino-rodio, son los que abarcan una mayor gama de temperaturas, desde -20 oC hasta 1 100 oC, el primero, y desde 0 oC hasta 1 450 oC, el segundo. Estos cubren prácticamente todas las necesidades industriales . El aspecto exterior de estos pirómetros suele ser el indicado en la figura 4.46.
Fig. 4 .46 Pirómetro termopar: 1, galvanómetro ; 2, cables; 3, caña pirométrica .
4.14 .5 .2
De radiación
Los pirómetros de radiación están diseñados para captar la energía radiante . Constan de una lente de vidrio, Pyrex, que hace converger los rayos sobre un elemento térmico y un galvanómetro indicador (fig . 4.47) . El elemento térmico puede ser: una célula fotoeléctrica, un termopar, un termistor, etc. pieza
rendija
lente
cubierta
Fig . 4.47 diación .
88
Esquema
de pirómetro de ra-
Fig . 4.48
inlefruplor
Pirómetro óptico .
filamento
rendija
objotivo
4.14.5 .3
Pirómetro óptico
Es un instrumento con el cual la temperatura del objeto se determina por la comparación óptica de la intensidad luminosa del mismo con un punto de intensidad y temperatura conocidas, por ejemplo, el de un filamento de tungs teno . En la figura 4.48 se muestra un pirómetro de este tipo y en la 4 .49 el esquema del mismo . En la tabla 4.50 se ven los intervalos entre los que pueden utilizarse los diversos instrumentos . -
Tabla 4 .50 258 °C
0 -C _
Campo de utilización de diversos instrumentos 1 000 ~c 2 000 °C 3 000 °C
_
I~~
Pirómetro de radi ación Lápices de contacto
JU
-
Pirámides_ seger Termómetros Qíguidos)
Fig . 4 .49 Esquema de pirómetro óptico : 1, foco luminoso; 2, lente objetivo ; 3, rendijas ; 4, filamento ; 5, lente ocular ; 6, galvanómetro; 7, pila; &, p otenciómetro .
bimetálico Term
de res. elect.
Termopar cr omel-alumen Termopar Cn-constante _
4.14.6
~~~
---^
i
Termopar PtPi . flh
~ ' Pirómetro
óptico
Reguladores automáticos de temperatura
Son aparatos que sirven para regular automáticamente la temperatura de los hornos . Llevan un pirámetro, cuyas indicaciones hacen que se encienda o se apague automáticamente el horno, al llegar a unas temperaturas predeter minadas . Pueden llevar un mecanismo grabador, en el cual quedan registradas las temperaturas del horno a lo largo de toda la operación . 4.15
Hornos
Los hornos empleados para los tratamientos térmicos son muy diferentes, en cuanto a su construcción y tamaño, según el medio de calefacción empleado, el tratamiento a que se destinen y también la producción que se desee alcanzar . En generar, las condiciones que debe reunir un horno son : Posibilidad de alcanzar fácilmente la temperatura máxima . Regulación fácil de temperatura . 3 . 1 Que, al introducir la pieza, no baje mucho la temperatura ; o si baja, que la recobre rápidamente . 4 .a Que la temperatura sea uniforme en todo el horno . Que pueda controlarse con facilidad la atmósfera, para evitar la oxidación, descar5.1 buración o cualquier otra contaminación del acero . 6 .a Que su manejo sea sencillo, limpio y económico . 1 .1
2.1
Fig. 4.51
Fragua de campana .
En la práctica, el horno ideal no existe ; pero se elige aquél que cumple mejor las condiciones necesarias para lograr el fin a que se destina . 4.15 .1
Clasificación de los hornos
Según el combustible empleado, los hornos pueden ser: - para combustibles sólidos; - para combustibles líquidos ; - para combustibles gaseosos ; - eléctricos . Según la construcción pueden ser : 4.15.1 .1
Hornos de hogar abierto
A este grupo pertenecen el soplete de gas y la fragua (fig . 4.51) . El soplete de gas se emplea para calentar pequeñas herramientas y para temple superficial . Tiene el inconveniente de que es difícil controlar la temperatura . 4.15.1 .2
Hornos de cámara abierta
En estos hornos el combustible, o al menos la llama o gases de combustión, está en contacto con las piezas a calentar (fig . 4.52) . Tienen buen rendimiento, pero hay que procurar que los gases de la combustión no sean perjudiciales para el acero. 89
Fig . 4.52 Esquema de horno de cámara abierta : 1, puerta ; 2, mirilla ; 3, mecheros; 4, chimenea .
4.15 .1 .3
Hornos de mufla
En estos hornos, ni el combustible, ni la llama, ni los gases de la combustión están en contacto con las piezas para calentar, ya que éstas se introducen en un recinto completamente separado, circulando las llamas alrededor de dicho recipiente, que se llama mufla (fig . 4 .53) .
mufla
Fig .
4.53
Esquema
de
horno de mufla.
Tienen poco rendimiento y son lentos, pero son los más adecuados para calentar piezas delicadas . Dan muy buen resultado y son de fácil regulación los hornos eléctricos de mufla, calentados generalmente por medio de resistencias eléctricas, colocadas en ranuras o canales de las caras internas de la mufla (fig . 4 .54) .
4.15 .1 .4
Hornos de baños
Estos hornos tienen un recipiente o crisol que se llena con una sustancia que debe ser líquida, o debe fundirse a una temperatura inferior a la del tratamiento (figs . 4.55 y 4.56) . Una vez alcanzada la temperatura de tratamiento, se introduce en su seno la pieza a calentar . Si se utilizan baños apropiados las piezas no son atacadas, quedando lisas y limpias. 6
Fig. 4 .54 Horno eléctrico de mufla con control automático de temperatura : 1, interruptor manual; 2, relé mandado desde el microrrelé del indicador; 3, pirómetro, medidor de la temperatura y generador de la corriente para accionar el microrrelé ; 4, indicador de temperatura, programador y microrrelé ; 5, resistencia eléc trica ; 6, pieza .
Fig. 4 .55 Esquema de horno de sales calentado por resistencia,
Fig . 4 .56
Horno de sales y de mufla .
4,15.2
Efectos de la atmósfera de los hornos sobre los aceros
Es de suma importancia el control de la atmósfera del horno en el cual se verifica la calefacción del acero, pues puede producir oxidaciones o descarburaciones que lo inutilicen o, al menos, rebajen sus características mecánicas . Otras veces, en cambio, con una atmósfera apropiada se intenta de propósito producir cambios en la composición del acero, por ejemplo, carburándolo . CUESTIONARIO
4.1 ¿Qué finalidad tiene el examen macroscópico? 4 .2 ¿Qué finalidad tiene el examen microscópico? 4 .3 ¿Cómo se tiene que hacer la selección de muestras? 4 .4 ¿Qué es el hierro (a) ? 4 .5 ¿Qué es el hierro (P) ? 4 .6 ¿Qué es el hierro (y) ? 4 .7 ¿Qué influencia tiene el wolframio como elemento de aleación en los aceros? ¿Para qué se emplean los aceros con altos porcentajes de wolframio? 4 .8 ¿Cómo se puede encontrar el carbono en el hierro? 4 .9 ¿Cuáles son los puntos de transición en el diagrama hierro-carbono? 4 .10 ¿Qué es la ferrita? 4.11 ¿Qué es la cementita? 4 .12 ¿Qué es la perlita? 4 .13 ¿Qué es la austenita? 4 .14 ¿Qué objetivo tiene el diagrama de las TTT? 4 .15 ¿Qué aplicaciones tiene el diagrama de las S o TTT? 4 .16 ¿Por qué los aceros admiten tratamientos térmicos? 4 .17 ¿Qué se consigue con los tratamientos térmicos? 4 .18 ¿Qué se pretende conseguir con el recocido? 4 .19 ¿Qué diferencia hay entre recocido y normalizado? 4 .20 ¿Qué se pretende conseguir con el temple? 4 .21 ¿A qué temperatura se debe calentar un acero para templar? 4,22 El enfriamiento para el temple, ¿es rápido o lento? ¿Por qué? 4 .23 ¿En qué consiste el temple isotérmico? ¿Qué efectos se consiguen? 4 .24 ¿Qué tratamiento térmico se debe dar después del temple? ¿Por qué? 4.25 ¿Cuáles son los medios de enfriamiento para el temple? 4.26 ¿Qué es la templabilidad? ¿Cómo se mide? 4 .27 ¿Qué objeto tiene endurecer sólo la superficie de algunas piezas? 4 .28 ¿En qué consiste la cementación? 4 .29 ¿Qué aceros se emplean para cementar? 4 .30 ¿Qué tratamiento térmico hay que efectuar después de la cementación? 4 .31 ¿Cuántas sustancias cementantes hay? 4 .32 ¿En qué consiste la nitruración? 4 .33 ¿Cuál es el fundamento de los pirómetros eléctricos? 4 .34 ¿En qué se basa la medida del pirómetro óptico? 4.35 Enumerar las clases de hornos. 4.36 ¿Qué es un horno de sales?
BIBLIOGRAFIA
LEYENSETTER A ., Tecnología de los oficios metalúrgicos, Editorial Reverté, S . A ., Barcelona 1974. LUCCHESI D ., Tratamientos térmicos, Editorial Labor, S . A ., Barcelona 1973 .
90
Tema 5 .
Nociones de Resistencia de Materiales
OBJETIVOS - Adquirir una noción clara del comportamiento de los materiales cuando actúan sobre ellos fuerzas externas . - Saber resolver problemas sencillos, referidos preferentemente a elementos de máquinas. - Adquirir los conocimientos necesarios para saber interpretar y resolver problemas referentes a la resistencia de materiales. EXPOSICION DEL TEMA 5.1
Introducción aj_@ Resistencia de Materiales
Se denomina Resistencia de Materiales a una rama de la Mecánica que estudia el comportamiento de los sólidos sometidos a cargas exteriores . Conviene, no obstante, distinguir claramente ciertas diferencias en esta materia . Dentro de la Mecánica se consideran tres partes fundamentales : Cinemática, Estática y Dinámica. La primera de ellas estudia el movimiento sin considerar la masa ; la segunda, los sólidos rígidos en equilibrio estático, y la tercera los sólidos en movimiento relacionando la fuerza que actúa con la masa que se mueve . Se observa que la Mecánica considera los sólidos como rígidos e independientes, cuando realmente no es así, ya que, al actuar sobre ellos las fuerzas exteriores, se producen deformaciones elásticas o -permanentes . La Resistencia de materiales estudia y establece las relaciones entre las cargas exteriores aplicadas, sus efectos en el interior de los sólidos y las deformaciones que en ellos producen .
5.1 .1
Resistencia y rigidez
Cuestión muy interesante es diferenciar los conceptos de resistencia y rigidez. Un cuerpo puede resistir o no unas cargas (concepto de resistencia) ; pero, además, debe estudiarse su deformación para que ésta no sobrepase unos valores admisibles determinados de antemano, con lo que se puede hablar de poca o mucha rigidez. Un ejemplo muy sencillo puede servir para comprender la diferencia entre Mecánica y Resistencia de Materiales, así como los conceptos de resistencia y rigidez. Problema La figura 5 .1 representa el esquema de una palanca articulada en el extremo 0, que soporta un peso 0, aplicado en el centro de gravedad G del cuerpo ; se desea calcular la fuerza F, capaz de equilibrar el sistema . El problema así planteado es puramente estático y, por tanto, exclusivamente mecánico . Para resolverlo se aplica la ley de la palanca : Potencia por su brazo = Resistencia por su brazo F - c = Q " a De donde : F Y aplicando esta fórmula a un caso concreto en el que Q = 30 kgf, a = 5 cm y b = 15 cm, se tiene que : F=
Q " a c
=
Q-a a + b
=
30 x 5 =7,5kgf 5_ +1 5
Pero en Resistencia de materiales debe ampliarse la solución y estudiar el comportamiento de la barra, la cual no debe romperse (resistencia conveniente), ni debe deformarse excesivamente (rigidez adecuada) . Para ello debe estudiarse el comportamiento interno de las fibras del material de la barra, calculando las tensiones internas originadas por la fuerza exterior 0 .
91
Fig . 5.1
5.2 Clases de carga, Es interesante diferenciar las diversas clases de carga que pueden presentarse. En principio, existen dos tipos: carga estática y carga dinámica . 5.2 .1
Carga estática
Se aplica gradualmente, desde cero hasta el valor máximo F, previa existencia de un contacto . En la práctica, no es frecuente observar este tipo de carga, a no ser la carga permanente . A veces, por aproximación, se asimila a carga estática alguna que no lo es . pieza
Fig.
5.2 .2
Carga dinámica
Es aquélla que se aplica con velocidad sobre la pieza que la debe soportar . En este caso la tensión producida es mayor que la de la carga estática, pues la energía cinética de la carga es absorbida elásticamente por la pieza, lo cual origina un aumento de tensión en la misma . Aveces, este aumento es mucho mayor que la propia tensión estática . La carga dinámica se subdivide en : carga súbita, de choque libre y de choque forzado.
5 .2 Cargas e choque forzado .
1 . Carga súbita. Se aplica instantáneamente en su valor máximo F, pero al igual que en la estática, existe un contacto previo entre los cuerpos. Produce unas deformaciones el doble que igual carga aplicada estáticamente . 2. Carga de choque libre. Es el caso de la caída de un cuerpo sobre un elemento, ya sea en caída libre con velocidad inicial cero, ya sea en caída con velocidad inicial V, distinta de cero .
Fig, 5 .3
3. Carga de choque forzado . Se trata de un choque entre dos masas animadas con velocidades V, y Vz; pero actuando durante el choque una fuerza F, que obliga a los elementos a seguir deformándose después del choque . Puede pensarse en el trabajo de las prensas, plegadoras, puente grúa al llegar a los topes final de recorrido, etc. (fig . 5 .2) .
Esfuerzo de tracción,
5 .3
Tipos de_esfuerzo
Se denomina esfuerzo a los diversos tipos de acciones externas a que puede estar sometido un sólido . Todos los casos posibles quedan referidos a los siguientes tipos : - Tracción . - Compresión . - Cizalladura o cortadura. - Flexión . - Pandeo . - Torsión. A continuación, se define cada uno de ellos y se exponen diversos ejemplos . En la práctica no suelen presentarse aislados, sino que es frecuente observar combinaciones de varios de ellos.
Fig . 5.4 Cadena sometida a tracción .
5.3 .1
Tracción (fig . 5 .3)
Es un esfuerzo normal o perpendicular a la sección transversal del cuerpo, que tiende a alargar las fibras . Aparece en cables, cadenas (fig . 5.4), tornillos, etc. 5.3 .2
Fig . 5.5 Esfuerzo de compresión .
arandela
Teóricamente se podría definir como una tracción negativa, ya que el sentido de la carga es tal que tiende a acortar las fibras de la pieza. Se presenta este esfuerzo en columnas de poca altura (en relación a su sección transversal), arandelas (fig . 5.6), cimentaciones, etc. 5 .3 .3
Fig . 5.6 Arandela sometida a compresión .
Compresión (fig . 5 .5)
Cizalladura o cortadura
Es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contrarias, situadas en dos planos contiguos, que tienden a hacer deslizar entre sí las secciones en que actúan . 92
El corte de una chapa en una cizalla es producido por este esfuerzo que, en este caso, tiene un valor superior a la tensión de rotura del material, por lo que se produce el resbalamiento de las secciones. Otro ejemplo de esfuerzo de cortadura es el que soportan los roblones después de colocados (fig . 5.7), si bien en este caso la tensión de trabajo es inferior a la de rotura para que la unión resista el esfuerzo . Ordinariamente, el esfuerzo de cortadura no se presenta aislado ; suele ir acompañado de algún otro esfuerzo ; por ejemplo, los roblones que han sido colocados en caliente quedan sometidos, además, a un esfuerzo de tracción . 5.3 .4
F=1,11 .11, 041I_IWN
F
Fig. 5.7
Esfuerzos de cortadura.
Flexión
La fuerza actúa sobre un cuerpo de forma tal que tiende a doblarlo, alargándose unas fibras y acortándose otras. Aparece el esfuerzo de flexión en vigas de estructuras, tales como naves, puentes, edificios, etc., en los perfiles que se curvan con rodillos (fig . 5.8), ejes de engranajes, ejes con poleas, ejes de ruedas de cadena, etc . 5.3 .5
Pandeo
Es un esfuerzo combinado de flexión y compresión que se presenta en columnas y piezas cargadas axialmente, cuando su sección transversal es pequeña en relación a su altura o longitud (de dichas piezas se dice que son es beltas) . Al actuar la carga F y debido a imperfecciones del material de la columna (fig . 5 .9A), así como a ligeras excentricidades entre el eje geométrico de la pieza y el eje de aplicación de la carga F, se produce una flecha o deformación lateral. Entonces se combina la compresión pura con la flexión adicional y el fenómeno resulta muy peligroso, porque la ruina por pandeo es instantánea. 5.3 .6
fibras que se acortan
Torsíón
Se presenta cuando las fuerzas o causas externas tienden a retorcer las piezas (fig . 5 .913) .; Es un esfuerzo muy común y aparece en los árboles de todo tipo de máquinas .
a
máquina motriz
Fig. 5.9A Columna sometida a pandeo .
Fig. 5.9B
Eje sometido a esfuerzo de
I
I
máquina conductora trabajando a torsión
torsión: A, esquema; B, aplicación.
5.~ Tipos de tensión
Fig. 5.8 Piezas sometidas a f/exión: A, puente ; B, perfiles que se curvan ; C, palanca de tornillo de banco.
Tensión es un concepto que se introduce en Resistencia de Materiales, para ayudar a comprender lo que ocurre dentro del material de las piezas que están sometidas a esfuerzos. Tensión es la fuerza que actúa en cada unidad de superficie . La tensión puede ser solamente de dos tipos : normal a la superficie o contenida en ella . En la figura 5 .10 se tiene una superficie definida por un plano S y en ella un punto P, por el cual pasan la normal Ptt y la tangente Pt. Una fuerza F cualquiera, que actúe sobre el punto P, podrá descomponerse en dos fuerzas N y T, de forma que la resultante siga siendo F. F = T + N Y llamando F, T y N a los módulos de dichas fuerzas es evidente que : T = F - cos a;
Fig. 5.90 Tensiones normales y tangenciales.
N = F - cos a 93
Se observa que la fuerza N produce tracción, por ser perpendicular a la superficie S, y la fuerza T produce cortadura, al estar contenida en dicha superficie. Aplicando el concepto de tensión se tendrán dos tensiones, tracción y cortadura . Las tensiones de tracción tiran de la sección y tienden a separarla, y las de compresión empujan a la sección. Se suelen representar por la letra griega a (sigma), mientras que las tensiones cortantes se representan por la letra T (tau) . 6
=
T =
NJ A
[1]
_T A
[2)
A = área de la sección en cm 2 o mm 2 N y T = fuerzas externas o componentes de ellas en kgf
Ambas se expresan en kgf/cm2 o también en kgf/mm2. 5 .5
Elasticidad
Uno de los conceptos básicos en el estudio de Resistencia de Materiales es la elasticidad y la ley de Hooke, relativa a las deformaciones elásticas. 5.5 .1
Ley de Hooke
Todos los materiales sometidos a esfuerzos crecientes de tracción tienen un período inicial elástico, en el que los alargamientos unitarios producidos son proporcionales a las tensiones que los originan . Si al aplicar la carga F, se produce el alargamiento unidad, al aplicar una carga doble, el alargamiento también se duplicará, y así sucesivamente. Pero hay una carga que empezará a producir alargamientos mayores que la proporción anterior ; esa carga se llamará limite de proporcionalidad. Fig. 5.11
Barra sometida a tracción .
Se tiene una barra de sección circular (A .) (fig . 5.11) empotrada en un extremo y libre en el otro . Al actuar una carga F, que se supone estática (recuérdese : sin choque es decir, progresiva) la barra se alarga 8 (delta), pasando su longitud inicial lo a valer 1. Por tanto :
Mientras tanto
5.5 .2
Fig, 5.12
Gráficos de fuerzas y alargarnientos proporcionales.
EE EP
r
Fig. 5.13 Diagrama alargarnientos unitarios s, y cargas unitarias a.
Gráfica de la ley de Hooke
En unos ejes de coordenadas se pueden representar (fig . 5.12) los valores progresivos de F y 8 (delta) ; se observará que cada punto del plano, por ejemplo P, corresponde a la fuerza F,, que produce una deformación 8, (delta) ; PZ corresponde a la pareja de valores F2 , 8 2 (delta) y así sucesivamente . Al unir los puntos 0, P,, P2, .. . se obtendrá una recta cuya pendiente constante queda determinada por la relación entre la tensión en un punto y el alargamiento correspondiente . Dicha recta será, pues, la expresión gráfica de la ley de Hooke. 5.5 .3
E,
su sección Ao ha disminuido y ahora es A .
Diagrama de alargamiento y tensiones
Queda dicho que esta ley tiene un límite de proporcionalidad a partir del cual ya no se cumple ; con incrementos iguales de carga F se producirían incrementos de deformación 8, mayores en proporción . Este razonamiento se comprende mejor construyendo un gráfico similar al anterior, pero con las tensiones rs = F/A o y con los alargamientos por cada unidad de longitud s = 8/l0 . Estos alargamientos también se llaman unitarios y no tienen dimensión, es decir, son adimensionales . La figura 5 .13 representa el diagrama a-£ de un material dúctil, por ejemplo, un acero al carbono, en el cual se observa que, desde el origen n al punto P2, ha salido una recta (zona de proporcionalidad) y los alargamientos e son proporcionales a las tensiones a. Del estudio de estos diagramas se deducen características tecnológicas de gran interés industrial (ver tema 3) . 94
1 . Límite de proporcionalidad. La tensión recta, se llama límite de proporcionalidad .
ap,
donde termina la línea
2. Límite de elasticidad, Desde P2 hasta un cierto punto P3 aparece una curva, de forma que a crece en mayor proporción que E . La tensión aE se llama tensión en el límite elástico y representa el valor mayor que puede alcanzarse, ya que para valores superiores aparecen deformaciones permanentes, y, al retirar F, la pieza no recupera totalmente su forma inicial. 3. Limite de fluencia . En los ensayos denominados de tracción, que se realizan con probetas normalizadas en el laboratorio, no importa deformar y romper la probeta ; por ello se sigue aumentando F y se lleva a P3 o límite de fluencia, para el cual, sin aumentar F (ni a, ya que a = F/A o ), la deformación 8 y E crece extraordinariamente y parece que el material fluye ; de ahí el nombre que se le da a GF . 4. Módulo de elasticidad. El concepto de módulo de elasticidad, es una de las deducciones inmediatas de la ley de Hooke . Es precisamente el valor de la relación constante entre las tensiones aplicadas al material y los respectivos alargamientos, producidos en el mismo. Así se tiene, en la figura 5 .13 : aP EP
aE EE
= constante = E (kgf/cm2)
Analíticamente, se podría definir como el valor de la tangente trigonométrica de la recta que representa el período de proporcionalidad en el diagrama de tensiones y alargamientos (fig . 5.13) . Desde el punto de vista mecánico, el módulo de elasticidad da una idea del valor de la fuerza de cohesión de un determinado material . Cuanto mayor sea su fuerza de cohesión molecular, tanto mayor deberá ser la fuerza exterior necesaria para alargarlo . De la misma expresión de la ley de Hooke, se deduce que el módulo de elasticidad es una tensión . Se puede expresar en kg /cm2, o también en kg /mm2 . Cada material tiene su módulo de elasticidad propio y constante. Varía únicamente cuando los metales forman aleaciones, pues cada aleación tiene su propio módulo (tabla 5.14) . La madera tiene diferentes módulos, según las especies y variedades de la misma.
5 . Módulo de Poisson . También se puede comprobar que, para cada material, la relación entre la contracción transversal unitaria d o - d/d o y el alargamiento unitario es constante. Recordando que do - d do ..
__
da - d do 8
E
_ ~ , se tiene que :
= constante =
lo
d o = diámetro inicial d = diámetro instantáneo
Dicho valor
0,2 y 0,35 .
u,
5 .15 .
2,1
101
Fundición gris
1,05
106
Funclic . maleable
1,75
106
Latón
1,05 - 106
Bronce
0,84
10 6
Aluminio
0,72
10 6
Tabla 5.15 Módulo de Poisson de algunos materiales te
Acero
0,292
Fundición gris
0,211
Bronce
0,349
Aluminio
0,334
Tabla 5.16
6 . Módulo de rigidez. . Completa los módulos el gidez G, pues también está comprobado que la fuerza
llamado módulo de riF, origen de la tensión cortante = T/A, produce una deformación angular ,y que, expresada en radianes, cumple que para cada material :
En la tabla teriales,
Acero
se llama módulo de Poisson y tiene valores que oscilan en-
Como ejemplo véase la tabla
Y
Módulo de elasticidad en kgflcmz
Materiales
Ma teriales
Siendo :
tre
Tabla 5.14 Módulo de elasticidad E de varios materiales
5 .16
= constante = G (se expresa en kgf/cm2) pueden verse valores de módulos de rigidez de varios ma95
Módulo de rigidez G
Ma teriales
Módulo de rigidez erg kgflcirr 2
Acero
8,44
10 5
Fundición gris
4,22
10 5
Bronce
3,5
10 5
Aluminio
2,81
105
5.6
Coeficiente de seguridad
En los ensayos de alargamiento, antes estudiados (fig . 5.13), las probetas son sometidas a cargas crecientes, hasta llegar a producir la fluencia del material y la rotura de las mismas probetas, pues se trata de conocer su capacidad de resistencia . Cuando se trata de hacer trabajar una pieza útil, montada en la máquina de la que forma parte, la tensión de trabajo de dicha pieza siempre debe ser notablemente inferior a la tensión de fluencia conocida en el ensayo, si bien estará en función de esta .
La relación existente entre la tensión de fluencia del material y la tensión admisible de trabajo de la pieza, se llama coeficiente de seguridad : _aE
at
= n
[6 a]
También se podría expresar este concepto diciendo que el coeficiente de seguridad indica el número de veces que se podría aumentar la carga de trabajo, antes de llegar a producir la fluencia o rotura de la pieza. El valor de este coeficiente suele oscilar de 3 a 5 en los proyectos ordinarios . Cuando se trata de piezas de gran responsabilidad o que deberán estar sometidas a esfuerzos alternativos o de impacto, suelen emplearse valores de 5 a 15, según los casos. Los materiales frágiles no tienen, prácticamente, período de fluencia, por lo que se usa su tensión de rotura, en lugar de la tensión de fluencia, para hacer los cálculos anteriores . 5.7
Fórmulas de Resistencia de Materiales
Debe prestarse esencial cuidado en analizar previamente las fuerzas que intervienen, al objeto de conocer exactamente los esfuerzos a que está sometida una pieza . El problema aparece, muchas veces, en el cálculo de dichas fuerzas y, en otros casos, la dificultad estriba en que la pieza no trabaja solamente con un determinado tipo de esfuerzo, tal como se vio en el apartado 5 .3, sino que se presentan combinados dos o más de ellos. En esta introducción a la Resistencia de Materiales no se estudian los casos de cargas combinadas ; incluso el caso de cargas que producen un solo tipo de esfuerzo, se estudiarán bajo un aspecto muy elemental .
5.7 .1
Traccíón La fórmula que proporciona el alargamiento total de la pieza es : =
F ._I É A
8 = alargamiento en centímetros F = fuerza de tracción en kgf I = longitud de la pieza, en centímetros E = módulo de elasticidad del material en kgf/cm 2 A = sección transversal en cm 2
Conocido S, se calcula el alargamiento unitario :
Y de aquí se calcula la tensión de trabajo :
96
0 bien, directamente : _F A
al que debe cumplir :
[10]
I 6E
n
5.7 .2
Compresión
[6 b]
Las fórmulas son idénticas a las de tracción, debiendo expresarse, junto 6 en kgf/cm 2, el hecho de que se trata de compresión .
al resultado de la tensión 5 .7 .3
Flexión
Esta clase de esfuerzos exige cálculos más laboriosos, pero la fórmula fundamental, que proporciona la tensión de trabajo 6t, es muy sencilla :
6c Mf
= tensión de trabajo, en kgf/cmz = momento flector en la sección expresado en cm kgf Wxx = módulo o momento resistente de la sección en cm 3
1 . MQtnerlto flector. Se (lama momento flector, en una sección de una viga, al momento resultante (productos de fuerzas por distancias), con respecto a dicha sección, de los momentos producidos por las fuerzas situadas a la izquierda o derecha de dicha sección, incluidas las reacciones . Véase el siguiente esquema . Se trata (fig . 5 .17) de una viga empotrada en un muro por su extremo A, mientras que el extremo B está libre y en él se aplica una carga F. Dicha viga se dice que está en voladizo . La sección más peligrosa será A, porque allí el momento flector es máximo y de valor Mr = F - I . 2 . Momento resistente . El valor de Wxx depende de la forma de la sección de la viga . Es, pues, un valor puramente geométrico, independiente del material de dicha viga . Cuando los perfiles son comerciales, angulares, en U, de do ble T, etc., el fabricante proporciona dicho valor en los catálogos (véase el tema Perfiles normales). Si la sección es rectangular, el valor de Wxx responde a la fórmula : Wxx
b
=
6
h
i
en cm 3
Fig. 5.17 Esquema de una viga empotrada en un extremo.
[12]
b = longitud de la base del rectángulo, en cm h = altura del rectángulo, en cm
Si la sección es circular, Wxx se calcula por' la fórmula; Wxx
=
~
32d
3
en cm 3
[13]
d = diámetro del círculo, en cm
3 . Fibras quemtrabajan a tracción y fibras que trabajan a compresión. En la viga de la figura 5 .18, las fibras superiores se alargarán cuando la viga' se deforme y el punto B baje a la posición B', luego trabajarán a tracción y dicho valor es el que proporciona 6c
Mt Wxx
Por el contrario, las fibras inferiores se acortarán y trabajarán a compresión, siendo dicho valorJgual al de tracción . 97 7.
Tecnologia 2.1 .
Fig. 5.18 Fibras que trabajan a tracción, que trabajan a compresión y fibra neutra .
4. Fibra neutra_-_ Existen unas fibras, en cualquier sección, que ni se alargan ni se acortan y están contenidas en el plano central que pasa por los ejes xx de todas las secciones. En dicho plano están los centros de gravedad de todas las secciones y corresponde al plano tramado en la figura 5.18. 5. Flecha máxima . A la distancia 88 (fig . 5.17), que desciende el extremo 8, s~ le lÍám flecha máxima Ymáx . . Este caso de viga se calcula con la fórmula : Ymáx. Ymáx. p I E
Fig . 5.19 Momento de inercia : A, sección rectangular; B, sección circular.
= = = = =
[14]
F - 13
=
3 E -
Ixx
flecha máxima, en cm carga en el extremo, en kgf luz de la viga, en cm módulo de elasticidad, en kgf/cm2 momento de inercia de la sección con respecto al eje xx en em 4
- Momento de inercia. Ixx, al igual que Wxx, va expresado por los fabricantes de perfiles laminados en sus catálogos. El caso de secciones, rectangular o circular (fig . 5 .19) se calcula por las fórmulas : =
Ixx
11
xx
b -
h3
12
r - d4
=
64
[15]
cm4
[16j
cm4
- Valores límite de la flecha. Cuando la viga tiene otro tipo de apoyos o de cargas, las fórmulas son las mismas, pero el Mr debe calcularse en cada caso . De igual forma que la tensión del trabajo at no puede sobrepasar el valor
la flecha
emplear
suele limitarse en función de la luz y, así, es corriente
Ymáx.
< 500 o 800 , según los casos. Son las dos condiciones, de resistencia con at y de rigidez con Ymáx . . Ymáx .
- Tabla de momentos flectores y flechas máximas (tabla 5 .20) . Aunque debe aprenderse a calcular el momento flector, se acompaña una tabla de distintos casos frecuentes de vigas y de cargas, con los valores de Mf máximo y de la flecha máxima Ymáx . .
9,F-Lcci,
Tabla 5 .20
~S
Momentos flectores y flechas máximas
Viga Denominación
Momento flector máximo M,__
Esquema A
Biarticulada con carga central
l3
~~
Biarticulada con carga
F
descentrada
I
a
-48 b
F 15,6
12
Q
(~
,Í
-
I
f
I2
Biempotrada con carga puntual centrada
'
A
4u
E
8
;Rp
l,, 13
I
E
F
¢
l
b (1 2 -- b2) I E - I
F '
2 8
13
E
384
F
_,
F
5 - f - - 11
8
Voladizo con carga repartida
Bieippotrada con carga
4 I
Biarticulada con carga repartida Voladizo con carga puntual
F
Flecha máxima Y
4
-_
-_
I
I' ___.-_. ._ I
192
E f
I"
- Clases de apoyos . Un apoyo se dice articulado, cuando permite libremente el giro de la viga . En la práctica, pueden adoptarse diversas materializaciones, pudiendo ser, además, fijos o deslizantes (fig . 5.21) . Un apoyo se dice empotrado, cuando no permite el giro de la viga en el arranque . 5.7 .4
eje de giro
Pandeo
El estudio del pandeo lo comenzó Leonhard Euler, gran matemático suizo, que vivió entre 1707 y 1783, descubriendo el método y fórmula que lleva su nombre . Desde entonces se han desarrollado numerosas teorías y limitaciones diversas . Actualmente, en España se recomienda el uso del Método o), propuesto y publicado por el Ministerio de la Vivienda en su Norma MV-103 Cálculo de Estructuras de acero laminado .
esquema
1 . Longitud de pandeo . Se llama longitud de pandeo (/k) de una pieza larga sometida a compresión, a la distancia entre dos puntos consecutivos de inflexión de la línea elástica, formada por el eje de la pieza al curvarse . También podría definirse como la longitud del arco cóncavo completo que se origina al aplicar en los extremos de una pieza larga la carga de pandeo . La longitud de pandeo se obtiene multiplicando la longitud de la pieza por un coeficiente, cuyo valor depende de la forma en que están sujetos los extremos de la pieza . [17] Ik
1
F
longitud de pandeo = coeficiente adimensional que depende de la forma de los apoyos (fig . 5 .22) = longitud real de la pieza =
Pueden darse cuatro casos de pandeo : 1 .° Cuando un extremo de la pieza está empotrado y el otro queda libre . Es el caso típico de los postes de madera que soportan una línea eléctrica . La longitud de pandeo es en este caso Ik = 2 1 . 2 .° Cuando los dos extremos de la pieza están articulados . Es el caso más frecuente, por lo que se le llama caso principal . Son ejemplos del mismo, los pies derechos, columnas, etc. La longitud de pandeo coincide en este caso con la longitud de la pieza, pues toda ella forma un arco completo . Se tiene pues : Ik = I . 3.0 Cuando un extremo de la pieza está empotrado y el otro está articulado . La longitud de pandeo vale en este caso : Ik = 0,707 1. 4.° Se da este caso cuando los dos extremos de la pieza están empotrados, o rígidamente sujetos a piezas fijas. La longitud de pandeo es igual a la mitad de la longitud de la pieza : Ik = 0,5 1 .
c Fig. 5.21 Tipos de apoyos : A, articulado fijo, B, articulado deslizante; C, empotrado.
2. Esbeltez. Una vez calculada /k aparece un nuevo concepto, el de la esbeltez mecánica a de la pieza, como la relación entre la longitud de pandeo /k y el radio de giro mínimo de la sección imi n, . Ik i nlin .
(adimensional)
[18]
El radio de giro mínimo es un valor geométrico de la sección ; se expresa en cm y no depende del material, sino de la forma de dicha sección . Para los perfiles laminados comerciales dicho valor está expresado en los catálogos. 3. Sistema
j
v
v v ..
Fig. 5 .22
Casos de pandeo .
Tabla 5.23 Tipo del acero
A 37
A 42
Coeficiente de pandeo del acero
Coeficiente w de pandeo función de la esbeltez
_ -I--
a + 0
1
20 30 40 50
1,01 1,03 1,07 1,12
1,02 1,04 1,07 1,12
1,02 1,04 1,08 1,13
60 70 80 90 100
1,19 1,30 1,45 1,65 1,89
1,20 1,31 1,47 1,67 1,92
110 120 130 140 150
2,18 2,50 2,86 3,25 3,68
160 170 180 190
2T3
4
5
6
7
8
9
1,02 1,04 1,08 1,14
1,02 1,05 1,08 1,14
1,02 1,05 1,09 1,15
1,02 1,05 1,09 1,16
1,03 1,06 1,10 1,17
1,03 1,06 1,10 1,17
1,03 1,06 1,11 1,18
1,21 1,33 1,49 1,70 1,95
1,22 1,34 1,51 1,72 1,97
1,23 1,36 1,53 1,74 2,00
1,24 1,37 1,55 1,77 2,03
1,25 1,39 1,57 1,79 2,06
1,26 1,40 1,59 1,82 2,09
1,28 1,42 1,61 1,84 2,12
1,29 1,44 1,63 1,87 2,15
2,21 2,53 2,90 3,29 3,72
2,24 2,57 2,94 3,33 3,77
2,27 2,60 2,97 3,38 3,81
2,30 2,64 3,01 3,42 3,86
2,33 2,68 3,05 3,46 3,90
2,37 2,71 3,09 3,50 3,95
2,40 2,75 3,13 3,55 4,00
2,43 2,78 3,17 3,59 4,04
2,47 2,82 3,21 3,63 4,09
4,14 4,63 5,15 5,70
4,18 4,68 5,20 5,76
4,23 4,73 5,26 5,81
4,28 4,78 5,31 5,87
4,33 4,83 5,36 5,93
4,38 4,88 5,42 5,99
4,43 4,94 5,48 6,05
4,48 4,99 5,53 6,11
4,53 5,04 5,59 6,16
4,58 5,09 5,64 6,22
200
6,28
6,34
6,40
6,46
6,53
6,59
6,65
6,71
6,77
6,84
210 220 230 240 250
6,90 7,54 8,22 8,92 9,66
6,96 7,61 8,29 8,99
7,03 7,67 8,36 9,07
7,09 7,74 8,43 9,14
7,15 7,81 8,49 9,21
7,22 7,88 8,57 9,29
7,28 7,94 8,64 9,36
7,35 8,01 8,71 9,43
7,41 8,08 8,78 9,51
7,48 8,15 8,85 9,58
20 30 40 50
1,02 1,04 1,07 1,13
1,02 1,04 1,08 1,14
1,02 1,04 1,08 1,14
1,02 1,05 1,09 1,15
1,02 1,05 1,09 1,16
1,03 1,05 1,10 1,17
1,03 1,06 1,10 1,18
1,03 1,06 1,11 1,19
1,03 1,07 1,12 1,20
1,04 1,07 1,12 1,21
60 70 80 90 100
1,22 1,34 1,51 1,74 2,01
1,23 1,36 1,53 1,76 2,03
1,24 1,37 1,55 1,79 2,06
1,25 1,39 1,57 1,81 2,09
1,26 1,40 1,60 1,84 2,13
1,27 1,42 1,62 1,86 2,16
1,29 1,44 1,64 1,89 2,19
1,30 1,46 1,66 1,92 2,22
1,31 1,47 1,69 1,95 2,25
1,33 1,49 1,71 1,98 2,29
110 120 130 140 150
2,32 2,67 3,06 3,49 3,96
2,35 2,71 3,11 3,54 4,00
2,39 2,75 3,15 3,58 4,05
2,42 2,79 3,19 3,63 4,10
2,46 2,82 3,23 3,67 4,15
2,49 2,86 3,27 3,72 4,20
2,53 2,90 3,32 3,77 4,25
2,56 2,94 3,36 3,81 4,30
2,60 2,98 3,40 3,86 4,35
2,64 3,02 3,45 3,91 4,40
160 170 180 190
4,45 4,99 5,55 6,15
4,51 5,04 5,61 6,21
4,56 5,10 5,67 6,27
4,61 5,15 5,73 6,34
4,66 5,21 5,79 6,40
4,72 5,26 5,85 6,46
4,77 5,32 5,91 6,53
4,82 5,38 5,97 6,59
4,88 5,44 6,03 6,65
4,93 5,49 6,09 6,72
200
6,78
6,85
6,91
6,98
7,05
7,11
7,18
7,25
7,31
7,38
210 220 230 240 250
7,45 8,15 8,88 9,64 10,44
7,52 8,22 8,95 9,72
7,59 8,29 9,03 9,80
7,66 8,36 9,11 9,88
7,72 8,44 9,18 9,96
7,79 8,51 9,26 10,04
7,86 8,58 9,33 10,12
7,93 8,66 9,41 10,20
8,01 8,73 9,49 10,28
8,08 8,80 9,57 10,36
Tabla 5 .23 Tipo del acero
Coeficiente de pandeo del acero (continuación)
Coeficiente w de pandeo función de la esbeltez ~ _
-Ii.
a + 0
A 52
1
2
3
4
5
6
7
8
9
20 30 40 50
1,02 1,05 1,11 1,20
1,02 1,06 1,12 1,22
1,03 1,06 1,13 1,23
1,03 1,07 1,13 1,24
1,03 1,07 1,14 1,25
1,04 1,08 1,15 1,27
1,04 1,08 1,16 1,28
1,04 1,09 1,17 1,30
1,05 1,10 1,18 1,31
1,05 1,10 1,19 1,33
60 70 80 90 100
1,35 1,56 1,84 2,18 2,59
1,37 1,59 1,87 2,22 2,63
1,39 1,61 1,90 2,26 2,67
1,41 1,64 1,94 2,30 2,72
1,43 1,66 1,97 2,34 2,76
1,45 1,69 2,01 2,38 2,81
1,47 1,72 2,04 2,42 2,85
1,49 1,75 2,08 2,46 2,90
1,51 1,78 2,11 2,50 2,95
1,54 1,81 2,15 2,54 2,99
110 120 130 140 150
3,04 3,55 4,10 4,70 5,35
3,09 3,60 4,16 4,76 5,42
3,14 3,65 4,22 4,83 5,48
3,19 3,71 4,27 4,89 5,55
3,24 3,76 4,33 4,93 5,62
3,29 3,82 4,39 5,02 5,69
3,34 3,87 4,45 5,08 5,76
3,39 3,93 4,52 5,15 5,83
3,44 3,98 4,56 5,22 5,90
3,49 4,04 4,64 5,28 5,97
160 170 180 190
6,04 6,79 7,57 8,40
6,12 6,86 7,65 8,49
6,19 6,94 7,73 8,58
6,26 7,02 7,82 8,66
6,34 7,09 7,90 8,75
6,41 7,17 7,98 8,84
6,48 7,25 8,07 8,93
6,56 7,33 8,15 9,02
6,63 7,41 8,24 9,10
6,71 7,49 8,32 9,19
200
9;28
9,37
9,47
9,56
9,65
9,74
9,83
9,92
10,02
10,11
210 220 230 240 250
10,21 11,18 12,19 13,25 14,36
10,30 11,27 12,29 13,36
10,40 11,38 12,40 13,47
10,49 11,48 12,50 13,58
10,59 11,57 12,61 13,69
10,69 11,68 12,72 13,80
10,78 11,78 12,82 13,91
10,88 11,88 12,93 14,02
10,98 11,98 13,03 14,13
11,08 12,09 13,14 14,25
Tabla 5 .24
Tipo de acero
Cargas para aceros de construcción
en kgf/cruz
en kgflcrnz
en kgf1cmz Máxima
Mínima
A - 37
2 400
4 100
1 640
1 455
A -42
2 600
4 600
1 780
1 575
A - 52
3 600
5 700
2 465
2180
Una vez conocido c,), la tensión de trabajo at vale : at = ct at w F A
= = = =
Á
[19]
tensión de trabajo, en kgf/cm 2 coeficiente adimensional carga axial, en kgf sección de la columna, en cm 2
Como es natural, deberá cumplirse que at ~ a admisible. El principio teórico de este método es suponer que el pandeo se trata de una compresión ca veces más desfavorable, que si se tratase de compresión pura, con piezas de poca esbeltez a. Obsérvese igualmente que, el valor de w para esbelteces pequeñas es muy próximo a la unidad y, para esbelteces mayores de 100, crece rápidamente hasta llegar a valer más de 10 para valores de a próximos a 250. No es aconsejable diseñar columnas con esbelteces mayores de 200.
5 .7 .5
Torsión
Este tipo de esfuerzo no produce tensiones normales, como los anteriores (tracciones o compresiones), sino que da lugar a tensiones cortantes T, de valor :
[201 Fig . 5,25 Momento torsor: M t = F - R .
= tensión cortante en kgf/cm 2 M t = momento torsor en cm kgf W o = módulo resistente a la torsión en cm 3 T
Mt es un par de fuerzas, es decir, el producto de la fuerza por el brazo de palanca con el que actúa (fig . 5.25) . En un caso estático resulta que : Mt=F . R Cuando se trata de ejes y árboles que transmiten potencia, la fórmula que proporciona el Mt en cm kg : M t = 71 620
_p n
[211
siendo P la potencia transmitida en caballos y n las revoluciones por minuto .
1 . Módulo resistente a la torsión. Wo es un valor geométrico de la sección del árbol o eje y depende única y exclusivamente de su forma, no teniendo influencia sobre Wo el material con que estén fabricados . Como generalmente son de sección circular, Wo vale : Wo
Fig . 5 .26 Angulo de torsión 0 .
=
- 7~
1 6d 3
en cm 3
[221
Debe prestarse especial cuidado al aplicar la fórmula de W o en torsión y no confundirla con Wxx, que era la que se aplicaba en los casos de flexión y tenía un valor igual a la mitad : Wxx
2.
mula :
=
Angulo de torsión (fig . 5.26) .
T<
. d3 32 ._
El ángulo 0 girado responde a la fór-
[231
5 .8
0 Mt I G
= = = =
ángulo de deformación, en radianes momento torsor, en cm kg longitud, en cm módulo de rigidez, en kg/cm 2
lo
= momento de inercia polar = - ~--32d en cm 4
Ejemplos de aplicación
Problema 2.° .
Fig . 5 .27
Pieza sometida a tracción .
4
Tracción
La pieza de la figura 5.27 es de acero al carbono semisuave F-1 130 estirado en frío y tiene un límite elástico de aE = 3 900 kgf/cmz . Se somete a una fuerza estática F de 6 000 kgf y se desea calcular : 1,° Tensión de trabajo a l . 2 .° Coeficiente de seguridad n . 3 .° Alargamiento d de la barra . 102
Solución : 1 .~
F A
at
En primer lugar se debe calcular la sección A en cmz. A
st
=
7T
=
F
dz
4
=
7c
6 000 7,07
2.o n
6 F I . 8 E A
4
_
6t
= 7,07 cmz
= 849 kgf/cmz
3 900 849
-
6E
32
= 4 ,6
000 _x_ 20 10 6 X 7,07
2,1
= 0,008 cm = 0,08 mm
x
Es decir, que solamente se alarga 8 centésimas de mm . Problema 3 .° .
Tracción
La figura 5.28 representa una pieza de acero aleado de alta resistencia F-1 250 templado y revenido, que tiene un límite elástico de 6E = 6 200 kgf/cmz. Se somete a una fuerza estática F, deseando un coeficiente de seguridad de 3,5. Calcular : 1 .° Máximo valor admisible de la fuerza F. 2.° Alargamiento total.
Fig . 5.28
Pieza sometida a tracción .
Solución :
6E n
6adm. _
F
=
6t
-
Amín .
6200 3,5
s
= 1 771 kgf/cruz
6adm .
De donde : =
F srotav = sízq . + sdsr,a . 5563 2,1 x 10 6
Problema 4.° .
F - I,
7,
~-4-2F -_
= 1 771
6 t " Amín .
I,
F - Iz
6
+ _ -10
4
4
7Z5-2-
= 5 563 kgf
2z
7u .
Iz
= 0,012 cm = 0,12 mm
Compresión
La columna de la figura 5.29 es de aluminio y soporta una carga axial de 45 T. uniformemente repartida sobre la sección . La tensión admisible debe ser, como máximo, de 500 kgf/cmz y se desea calcular : 1 .° Espesor e de la columna . 2.° Acortamiento unitario . 3.° Acortamiento total, Solución :
6adm . _
_F A
A = 2 -_ e - 25 + 2 (25 - 2 e) e = 50 e + 50 e - 4 ez = 100 e - 4 ez -F A =
6adm.
= -. 45 000 500
Fig.
= 90 cm 2
5 .29
presión.
103
Pieza sometida
a
com-
e igualando ambos valores de A, se obtendrá : 100e-4e2 =90 y resolviendo esta ecuación de 2.° grado : 2e 2 -50e+45=0 __ _+ 50
f
50 2 - 4 x 4
2 x
45
_ -
C
24,06 cm 0,93 cm
El primer valor de los dos obtenidos no tiene sentido, porque e no puede llegar a 12,5 cm, en cuyo caso la columna sería maciza . Un espesor de 9,3 mm no es práctico y se toman 10 mm por redondear.
e
E
I
I
A
_
F __ E-A
0,72
45000 x 10 6 x
96
= 0.00065
ya que, según la figura : A = 25 2 - (25 - 2 x
1) 2 = 25 2 - 23 2 = 96 cm 2
El valor de E = 0,00065 no tiene dimensiones y representa el alargamiento en mm, cm, dm, m, etc. por cada mm, cm, dm, m, etc . d e longitud original .
8
Problema 5.° .
=
,.
-
lo
=
0,00065 x
500 = 0,325 mm
Flexión
La figura 5.30 representa una viga I PE-30 de acero A-42, que admite una tensión máxima de 1 780 kgf/cm 2. Se admite una flecha máxima de
la carga es de 2,3 toneladas. 250 ; Consultando el prontuario de Ensidesa se obtendrá que : Ixx
= 8 360 cm 4;
W xx
= 557 cm 3 ;
A = 53,8 cm2
Calcular : Las tensiones en las fibras 1-1 y 2-2, expresando si la viga está bien elegida. 2.° La flecha máxima en el extremo de aplicación de la carga, indicando si la viga está bien elegida . 3 .° Solución adoptada . 1 .1
Solución . Fig. 5.30
Viga sometida a flexión, 6t
=
2 300 x 400 557
Mf Wxx
= 1 652 kgf/cm 2
-:
1 780 kgf/cn, 2
luego la viga está bien elegida por lo que respecta a su resistencia. La fibra 1-1 trabaja a tracción y la 2-2 a compresión, ambas con el valor de 1 652 kgf/cm 2.
Yn,áx . =
F . 13 3 E - Ixx
_
2 300 x 4003 2,1 x 10 6 x 8 360
3 x I
Yadn, . _ _ 250
_
Ymáx . =
400 250
= 2 .8 cm
- 1,6 cm
Yadn, .
luego la viga no está bien elegida, en lo que se refiere a rigidez.
2,8 1,6
3 .°
Debe tomarse un tamaño de perfil tal que la flecha sea inferior a 1,6 cm, es decir
= 1,75 veces menos de flecha ; luego Ixx deberá ser 1,75 veces mayor en el nuevo perfil . I xx
104
necesario = 1,75
x
8 360 = 14 630 cm 4
En el prontuario el perfil I PE-36 tiene un Ixx = 16 270 cm 4 y Wxx = 904 cm3, luego ahora :
x 4003 10 6 x 16
2 300 3 x 2,1 x
Ymáx. =
270
= 1,44 cm
< 1,6 cm
fuego es admisible . Ahora la tensión de trabajo será : _
1Nxxf
2300
x 00 4 04
= 1 018 kgf/cmz -
1 780 kgf/cmz
que va algo sobrada, pero la rigidez es la que manda en este caso y debe aceptarse esta solución . Problema 6.° . Flexión La figura 5.31 representa una viga compuesta por dos U (PN) de acero A-37 que admite una tensión máxima de 1 640 kgf/cmz. La flecha admisible es 1/500 de la luz de la viga . Calcular : 1 .° Los perfiles a elegir . 2.° Incremento de la carga en % que podría admitir la viga . Solución :
F _ _ _ 1 Mf 4
_6_000
x
4
6t
=
200
= 300 000 cm kgf
Mf WXX
de donde: Mt ct
_
300000 1 640
= 183 cm 3
necesarios entre los dos perfiles . Consultando el prontuario de perfiles, se adopta el inmediato superior U PN-16, cuyo Wxx es de 116 cm 3; luego el de ambos perfiles será doble, 2 x 116 = 232 cm3 con 1xx = 2 x 925 = 1 950 cm4. Yadm . =
_ 2000 500
r
Fig. 5.31 Viga compuesta, sometida a flexión.
= 4 cm
x 2003 P 600 _E-- 1 3 . X.. 1 ._ Ymáx . _ 48 _148 T 2,1X 106 950
= 0,024 cm
luego en cuanto a deformación va muy sobrada, por lo cual se aceptan dichos perfiles . 2.° Para expresar el porcentaje de incremento de la carga P, debe observarse que 6t e Ymáx, son proporcionales a P, luego se calcularán ambos valores, en relación con los máximos que pueden admitir :
` tt
=
Mf
Wxx
= -
-6adm_ t
300000 = 1 293 kgf/cmz 232 --
11 640 - = 1,27 293
luego, por lo que se refiere a resistencia, se puede incrementar la carga en un 27 %. Yadm ._ _ ._0 4 -__ = 166,6 - 0,024 Ymáx . luego, por la deformación F podría incrementarse en 166,6 veces o un 16 666 %. La solución es la menor de ambas : un 27 % y puede añadirse que en este caso es más desfavorable la tensión que la flecha, debido a la pequeña luz de la viga .
Problema 7.°, Pandeo El esquema de la figura 5.32 representa un poste empotrado en un extremo y libre en el otro, sometido únicamente a una carga axial F. El material de la columna es acero A-52, aadn,. = 2 465 kgf/cmz.
105
Fig. 5.32 Pie derecho, sometido a pandeo .
Se trata de un perfil HEB (doble T ala ancha y caras paralelas) 120, cuya sección y valores característicos son : A = 34 cm2 ;
imín . = 3,06 cm
Calcular la máxima carga de pandeo que puede soportar . Solución : Según la figura 5.38, (3 = 2 y I k = (; de pandeo . Se calcula la esbeltez mecánica a.
I = 2 x 300 = 600 cm que es la longitud ideal
Ik ~mín .
a=
__
600 3,06
= 196
Y en la tabla de w para el acero A-52 se obtiene que co = 8,84.
luego : E = Problema 8.° .
aadm . ' A w
2 465 x 34 8,84
=
= 9 481 kgf
Torsión
La figura 5.33 representa el esquema de funcionamiento de un motor eléctrico de 5 CV, que gira a 1 440 r. p. m . y que transmite dicha potencia a través de un acoplamiento elástico a una caja de velocidades . El material del eje es acero F-1 140, cuyo límite elástico 4400 c E = 4 400 k 9 f/cm2 Y ^E _ - 2
Fig. 5.33 Esquema de acoplamiento entre motor y caja de velocidades.
= 2 200 kgf/cm
2
Calcular el diámetro d aplicando un
coeficiente de seguridad n = 5 y admitiendo una deformación de 0,25° por cada metro de longitud . 2200 5
__
n
r.PVm.
= 71 620 -
'trabajo =
= 440 kgf/cm 2
= 71 620 -1 440
Mt W
0
= 249 cm kgf
,
V sustituyendo : 249 440 = -- . d3 16 de donde sale d = 1,42 cm por resistencia. Ahora se calcula la deformación. 0 = 0,25
x - 12 0,050 000 =
admitidos de deformación = 0,050/57,3 = 0,00087 radianes . Aplicando la fórmula : 0= _M t 'I G - lo x_. 20 -0,00087 = -----2498,44 x 10 5 x -?i- 32 d y de aquí sale d = 2,88 cm ; se adopta d --- 30 mm . CUESTIONARIO 5.1 Clases de carga. 5.2 Ley de Hooke. 5.3 Trazar el diagrama de alargamientos y tensiones . Explicar las diferentes zonas de la curva . 106
5 .4 Módulo de elasticidad . 5 .5 Coeficiente de seguridad . 5 .6 Momento flector . Momento resistente . 5 .7 Supuesta una viga empotrada por un extremo y libre por el otro, con una carga concentrada sobre este extremo, ¿dónde está la sección peligrosa? ¿Cuál sería el valor del momento flector máximo? 5 .8 Concepto de esbeltez . 5 .9 ¿Qué solución se podría adoptar para aumentar el par motor de un reductor sin disminuir la potencia transmitida?
PROBLEMAS 1 .° Una barra cilíndrica debe soportar una carga de tracción de 5 000 kg . ¿Cuál deberá ser su diámetro para que la tensión de trabajo sea de 2 000 kgf/cmz? 2 .° Una barra cilíndrica cuya sección es de 20 cmz, está sometida a una carga de tracción de 2 500 kgf . Calcular la tensión de trabajo y el coeficiente de seguridad si aE = 3 900 kgf/cmz . 3 .° Determinar el diámetro de un puntal de acero que debe resistir una carga de compresión de 12 000 kgf sabiendo que la tensión de trabajo admisible es de 2 200 kgf/cmz (no existe pandeo) . 4 .° Calcular el diámetro de una viga empotrada por un extremo, si tiene una carga de 5 000 kgf en el otro . Su longitud es de 2 m y la tensión de trabajo es de 1 400 kgf/cmz . 5 .° Una viga de acero IPN debe sostener una carga concentrada de 4500 kgf en su centro . La distancia entre los dos apoyos de sus extremos es de 6 m . Elegir el perfil necesario, teniendo presente que la flecha máxima no debe ser mayor que
y que la tensión de 8~0 trabajo admisible es de 1 780 kgf/cmz . 6 .° Determinar las dimensiones de una viga en las condiciones del problema antericr pero con UPN . Estudiar lo que ocurre al apoyar la viga sobre la cara plana ancha y, después, sobre la estrecha . 7.° Calcular las dimensiones de una columna constituida por un perfil HEB normalizado que debe resistir una carga axial de 6 500 kgf . Dicha columna está empotrada por un extremo y tiene una altura efectiva de 4 m . La tensión de trabajo es de 1 400 kgf/cmz . 8 .° Calcular el diámetro de un árbol de 50 cm de longitud que debe transmitir 20 CV a 200 r . p . m . El material disponible es acero cuyo aE = 4 800 kgf/cmz . Se exige un coeficiente de seguridad de 5 y una deformación angular máxima de 0,3°/m . Comprobar qué sucederia si se redujera la velocidad a la mitad .
BIBLIOGRAFIA BOGE A ., Mecánica y resistencia de materiales, Editorial Reverté, S . A ., Barcelona 1966 . Prontuario para el empleo del acero laminado, Altos Hornos de Vizcaya, Bilbao 1970 .
Tema 6 .
Medios de unión
OBJETIVOS - Conocer los principales medios de unión empleados en Mecánica . - Conocer el comportamiento de estas uniones respecto a las fuerzas externas que han de resistir. - Saber resolver problemas sencillos de algunos de los sistemas explicados . - Adquirir los conocimientos suficientes para saber interpretar planos y resolver problemas referentes a sistemas de unión. EXPOSICION DEL TEMA Problemas de unión se presentan sin cesar en la construcción mecánica . Soluciones tan variadas como numerosas han sido descubiertas, utilizadas y, poco a poco, perfeccionadas . Otras serán creadas y empleadas, a medida que las nuevas técnicas se desarrollen . 10 7
Para escoger racionalmente entre las posibles realizaciones, conviene analizar previamente los factores de los cuales dependen estas soluciones, pues la máquina o elemento será tanto mejor, cuanto mejor sea la técnica de unión empleada .
6.1
D
Unión de piezas mecánicas
Es interesante indicar que la unión entre piezas mecánicas se realiza mediante el contacto de superficies geométricas y que éstas superficies tan solo pueden realizarse de forma rápida, correcta y económica en las máquinas herramientas . El inventario o catálogo de superficies geométricas usuales y la forma de obtenerlas podría ser : Cilindro (fig . 6.1A) . Torneado, mandrinado, brochado, rectificado . Plano (fig . 6 .113) . Cepillado, fresado, limado, rectificado, brochado . Cono (fig . 6 .1C) . Torneado, mandrinado, rectificado . Esfera (fig . 6 .1D) . Torneado . Hélice (fig . 6 .1E) . Torneado, fresado . Prisma (fig . 6 .1F), Mortajado, brochado, fresado .
F
Fig. 6.1 Superficies geométricas : A, cilíndrica ; B, plana ; C, cónica ; D, esférica; E, helicoidal; F, prismática .
La reducción de las superficies de unión y de contacto es un objetivo a conseguir, siempre que sea posible . La superficie de contacto de las piezas es tanto mejor, cuanto las dimensiones de las mismas son más reducidas (fig . 6 .2) . El mecanizado resulta más económico, al ser menor la superficie a mecanizar . En las superficies planas, es conveniente que el contacto se haga a través de tres puntos, tres bases planas o tres pies con apoyo esférico .
A
Fig . 6 .2
6 .1 .1 B
Fig . 6.3 Manera de reducir las superficies de contacto : A, en un agujero cilíndrico ; B, en un eje .
Reducción de las superficies en contacto
Para mejorar el apoyo y disminuir el rozamiento, cuando se trata de ejes que giran o están apoyados en agujeros de cierta longitud, es conveniente hacer un rebaje en el agujero (fig . 6 .3A) . Cuando el agujero tiene un diámetro inferior a 60 mm y el mecanizado se obtiene por taladrado y escariado, el rebaje se hace en el eje (fig . 6 .313) . 6 .1 .2
B
Superficies reducidas .
Refrentado realizado por taladrado
Los asientos donde deben apoyar los tornillos deben ir mecanizados (figuras 6 .4A, B y C) . En lugar de mecanizarlos en el torno y en la limadora, resulta más económico y más fácil hacerlo en el mismo taladro, utilizando una lama (fig . 6 .4D y E) o una herramienta de cajear normalizada . 6 .1 .3
Supresión de apoyos múltiples
Se debe evitar que dos piezas prismáticas que ajustan rocen en todas sus superficies (fig . 6 .5A), ya que es muy difícil ajustarlas . Lo más conveniente es que se deje holgura en una de sus superficies (figs . 6 .513, C y D) .
Fig . 6.4 Sistemas empleados para lograr superficies de asiento : A, B y C, por taladrado ; D y E, por /amado .
superficies
c
de contacto
Fig. 6.5 10 8
Evitar contactos en superficies múltiples,
6.1 .4
Supresión de las aristas o ángulos
Indudablemente, el contacto exacto y en todas las superficies de un ángulo, presenta dificultades . - En primer lugar, de mecanización, pues las herramientas no pueden producir ángulos en arista viva perfecta, por lo cual es necesario indicar en los planos la forma correcta de suprimirlos . - En segundo lugar, las rebabas y suciedades que se acumulan en estos ángulos impiden un buen contacto entre los planos . Por tanto, conviene, en todos los casos, achaflanar las aristas salientes y hacer entrantes en las superficies convexas (fig . 6.6A, B, C y D) . 6 .2
A
Clasificación de las uniones
Las uniones se pueden clasificar en dos grandes grupos y, dentro de ellos, subdividirlas en tipos : 1 .0
Fig. 6.6 Evitar ángulos y aristas vivas para lograr buenos contactos.
Uniones fijas.
- Remaches . - Soldadura . - Adhesivos . 2.0
Uniones desmontables . Pernos o tornillos de unión. Chavetas y lengüetas . Pasadores. Ejes estriados o nervados . Guías de deslizamiento . Uniones forzadas .
uniones remachadas para calderas
cabeza semirredonda DIN 123
Hay que recordar que los tornillos transmisores de potencia, más que una unión desmontable, son órganos que transmiten potencia ; no obstante parece más aconsejable su estudio, a continuación de los pernos o tornillos de unión . También pueden existir discrepancias, sobre si las uniones forzadas son fijas o desmontables, pues la diferencia estriba en el hecho de la destrucción o no, al intentar desmontar y, en muchos casos, las uniones forzadas pueden desmontarse sin mayores inconvenientes . De cualquier forma, lo más importante no es la clasificación misma en sí, ya que solamente pretende ser una guía didáctica para el alumno, toda vez que, a continuación, van a estudiarse aisladamente y por este orden :
6.2 .1
Uniones fijas por roblonado o remachado
En los trabaos de calderería y de construcciones metálicas es necesario hacer montajes de piezas que tengan un carácter permanente (no desmontable), rígidas y, a veces, estancas . Existe, hoy en día, una viva polémica sobre los campos de aplicación de los remaches y, aunque bien es verdad que su empleo ha disminuido considerablemente, no puede decirse que ya no se usen . En cualquier caso, debe consultarse la legislación vigente sobre aquellos elementos en los que se piense colocar remaches . Los remaches están constituidos por un vástago cilíndrico, uno de cuyos extremos presenta un ensanchamiento semiesférico, llamado cabeza y el otro es el propio vástago, en el cual se obtendrá la otra cabeza por aplastamiento durante el montaje. Esta operación recibe el nombre de remachado o roblonado. La forma de los remaches y sus aplicaciones se puede observar en la figura 6 .7 . Los remaches suplen con ventaja a los tornillos, en aquellas uniones permanentes en las cuales el empleo de soldadura no es factible (no soldabilidad entre los elementos a unir), ya que no es necesario que el remache ajuste en el agujero, ni que éstos coincidan exacta y perfectamente. 6.2 .1 .1
cabeza semiembutida DIN 123
cabeza embutida DIN 123
cabeza de ¡enteja DIN 123
semirredonda DIN 301
semiembutida DIN 301
embutida
semirredonda DIN 302
semiembutida
semirredonda
DIN 302
DIN 303
DIN 301
uniones remachadas para estructuras metálicas
semirredonda DIN 124
embutida DIN 124
semirredonda DIN 302
semirredonda DIN 303
lenteja DIN 124
uniones remachadas para calderas yestructuras metálicas
Material de los remaches
El material utilizado es acero de bajo contenido de carbono, ya que se exige un alto grado de maleabilidad para poder soportar las operaciones a que va a ser sometido . Hasta 10 ó 12 mm de diámetro, el roblonado se efectúa en frío, 10 9
embutida DIN 302
Fig. 6.7
lenteja DIN 3o2
lenteja DIN 303
embutida DIN 303
Formas de remaches .
asentador
l///u~/0 W\w W\\t
y desde estos valores a 40 mm de diámetro, en caliente . Las características de los aceros utilizados pueden resumirse en la tabla 6 .8 . No obstante, se fabrican remaches de aluminio, duraluminio, cobre y bronce .
Íá//I ~r
sufridera
IMON
Tabla 6.8
Características del material para remaches
Características de los aceros
Tensión de rotura a de 3600 a 4000 kgf/cmz Tensión en el límite elástico o,- de 2500 a 2800 kgf/cmz Elevada forjabilidad en frío y en caliente
Tensiones admisibles, remaches
Tensión normal o de 1200 a 1400 kgf/cm z Tensión ortante T de 600 a 700 kgf/cmz
buterola I
i im ~t~y:C~R Fig.
6.9
Operación
0d
de
remachado normal.
md,
11
a
1, .3 a 1,6 " d
iW~ A ~WIWI p d
Fiq. 6.10
i =1,05d
Longitud sobrante para remachar.
6.2 .1 .2
pero, en la mayoría de los casos, suele hacerse un milímetro mayor. Los cálculos de resistencia de las uniones se realizan con el diámetro d, del agujero, ya que en la operación de remachado queda totalmente rellenado el agujero . 6.2 .1 .3
Formas de remachado
6.2 .1 .4
Procedimientos de perforado
El remachado se ejecuta a mano totalmente, en algunos casos y, en otros unas operaciones son manuales y otras se realizan a máquina, por choque (remachado neumático o eléctrico) o por presión (remachado hidráulico) . El perforado de las piezas a unir, mediante remaches, puede realizarse por tres procedimientos : - Punzonado o troquelado (produce fatiga y grietas en el material) . - Taladro con broca (procedimiento habitual) . - Punzonado y taladrado (es un procedimiento mixto más barato que el anterior y alivia las tensiones del primer caso) . 6.2 .1 .5
Fíg. 6.11
Angulo del biselado,
Operación de remachado
El remachado tiene lugar mediante dos herramientas : la buterola (fig . 6 .9) y la sufridera, que presentan en hueco la forma que hay que dar a la cabeza de los remaches . El diámetro donde se aloja el remache es mayor que el nominal de éste, para facilitar su colocación en obra . Llamando d al diámetro del vástago, el diámetro d, del agujero es :
Material sobrante para remachar
Según la precisión del orificio del remache, el cuerpo debe sobresalir de 1,3 a 1,6 veces el diámetro d del vástago, para formar con este material la cabeza de apriete y rellenar el agujero (fig . 6.10) . Habitualmente el diámetro d, del agujero es dos veces el espesor mínimo (e, o ez) de las piezas a unir . 6 .2 .1 .6
Canteado de las chapas y retacado
Para que en las uniones remachadas, que deben ser estancas, se pueda efectuar con facilidad el retacado, las chapas se biselan en la cepilladora . En el acero forjado y laminado, la chapa se hace quebradiza en la zona de corte cuando éste se realiza con la tijera, por cuyo motivo es totalmente necesario efectuar el biselado de los cantos en los materiales citados. Además, la mayoría de los defectos se encuentran en los cantos . El ángulo de biselado empleado es generalmente de 18° (fig . 6.11) . Las herramientas necesarias para el retacado son los buriles chatos, que pueden ser rectos o curvos, los cuales van provistos de una arista de asiento semirredonda o biselada . La figura 6.12A representa un retacado incorrecto, mientras que la figura 6.12B nos muestra la ejecución correcta del retacado . Fig 6.12 Retacado : A, preparación incorrecta ; B, preparación correcta,
6.2 .1 .7
Forma y dimensiones de las cabezas de los remaches
Existen tres tipos de cabezas : saliente bombeada (tabla 6.13) semiembutida (tabla 6.14) y embutida (tabla 6.15) .
Tabla 6.13 ~~ t
k
Remache de cabeza bombeada
Medidas en mm Designación de un remache de cabeza redonda de diámetro del remache en bruto d = 16 mm y longitud 1 = 30 mm
I
Remache de cabeza redonda 16 x 30 DIN 123
Diámetro del remache en bruto (propio para fabricantes)
d
10
12
14
16
18
20
22
24
27
30
33
36
Diámetro de la cabeza
D
18
22
25
28
32
36
40
43
48
53
58
64
Altura de la cabeza
k
7
9
10
11,5
13
14
16
17
19
21
23
25
Redondeado de la cabeza
R
9,5
11
13
14,5 16,5 18,5 20,5
22
24,5
27
30
33
Redondeado de la caña
r
1
1,6
1,6
2
2
2
2
2,5
2,5
3
3
4
11
13
15
17
19
21
23
25
28
31
34
37
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
45
48
50
52
55
58
60
62
65
68
70
72
75
78
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
Remache remachado (91 del agujero) propio para cálculo y dibujo
Longitud 1
Tabla 6.14
Remache de cabeza avellanada
I
.
7
Designación de un remache de cabeza avellanada de diámetro d, = 5 mm y longitud I = 20 mm Remache de cabeza avellanada 5 x 20 DIN 661
d, 0 del remache en bruto (diámetro nominal)
Medida nominal
1
Diferencia admitida Medida nominal
Diámetro del alambre para remaches correspondiente
Diferencia admitida
(
1,4 I
1,7
2
I 2,6
± 0,05 1
1,4
I
3
I 3,5
1
4
5
2
2,6
3
7
8
± 0,15
+0,1 1,7
6
3,5
4
5
6
9 ± 0,2
7
8
9
---0,02 -0,02 --0,02 --0,03 --0,04 -0,05 -0,05 --0,06 -0,07 --0,08 -0,10 -0,10 --0,12 --0,05 -0,05 --0,05 -0,06 --0,07 --0,08 -0,08 --0,10 -0,11 ----0,13 -0,15 -0,17 -0,20
D
1,8
2,5
3
3,5
4,5
5,2
6,2
7
8,8
10,5
12,2
14
15,8
d2
1
1,1
1,1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,5
3
3,5
4
4,5
e
0,5
1
1
1
1,5
1,5
2
2
3
3
3
4
4
h
0,25
0,25
0,3
0,3
0,4
0,4
0,5
0,5
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
k
0,5
0,7
0,9
1
1,3
1,5
1,8
2
2,5
3
3,5
4
4,5
2
3
4
5
6
8
10
12
15
18
20
22
25
28
30
32
35
38
40
45
50
55
60
longitud I
Tabla 6 .15
Remache de cabeza avellanada de cabeza pequeña Medidas en mm Designación de un remache avellanado de diámetro remache en bruto d = 16 mm y longitud 1 = 30 mm
del
Remache avellanado 16 x 30 DIN 302 Diámetro del remache en bruto (propio para fabricantes)
d
Angulo de avellanado
a
Diámetro de la cabeza
D
14,5
18
21,5
26
30731,534,5
38
42
Altura de la cabeza
k
3
4
5
6,5
8
10
11
12
13,5
15
16,5
18
Altura de redondeado
W
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
Redondeado de la cabeza
Rz
27
41
58
85
113 124,5 75,5
91
111
114
136
164
11
13
15
17
19
21
23
25
28
31
34
37
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
45
48
50
52
55
58
60
62
65
68
70
72
75
78
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
Remache remachado (0 del agujero) propio para cálculo y dibujo
Fig. 6.16
Fig. 6.17
Fig. 6.18
Remachado por solape,
Remachado por simple cubrejunta.
Remachado por doble cubrejunta .
Longitud 1
10
12
14
16
18
20
22
75e
24
27
30
60°
33
36
45° 42,5 46,5
51
6.2 .1 .8
Típos de uniones remachadas Existen tres tipos fundamentalmente, debiendo indicar, además, el número de filas de remaches : - Solape o recubrimiento sencillo (fig . 6.16) . - Simple cubrejunta (fig . 6 .17) . - Doble cubrejunta (fig . 6 .18) . Las figuras (6 .16, 6.17 y 6.18) representan los tipos descritos para una fila de remaches, pero cuando los esfuerzos son muy grandes deben colocarse más filas de remaches . Las uniones siguen recibiendo los nombres anteriores, pero añadiendo 2, 3, etc., filas de remaches . Como ejemplo se expone la figura 6.19 con varias filas de remaches . una fila
tres filas
dos filas paralelas
una fila
dos filas en zigzag
dos filas recortadas
con cubrejunta
tres filas recortadas
tres filas semirrecortadas
"
1
"
" I "
" L" Fig, 6.19
112
Remachados en varias filas de remaches.
I "
" I " "
6.2 .1 .9
Método de cálculo de las uniones remachadas Para cargas centradas es usual suponer que todos los roblones de una unión están sometidos a la misma tensión. Sin embargo esta hipótesis sólo es cierta aproximadamente . La figura 6 .20 representa una unión a solape con cuatro filas de remaches y trabajando a tracción con una fuerza F. En esta disposición el material tiene grandes alargamientos en B y C, porque en tales zonas soporta la casi totalidad de la carga F, mientras que en A y D los alargamientos son pequeños . Como consecuencia de estos alargamientos desiguales, los roblones extremos soportan cargas excesivas, mientras que los roblones del centro soportan cargas muy por debajo de la medía . Para materiales dúctiles se llega a una distribución más uniforme de la carga entre los roblones, si se somete inicialmente la junta a una sobrecarga, para que el material situado en las zonas de mayor tensión fluya y se deforme plásticamente aliviando tensiones .
F
6 .2 .1 .10
A
B
C
D
Cortadura de
A
p =CON ulqawj
hrriy-
F1 B
F Fig. 6.20 Unión remachada trabajando a tracción.
os remaches
c
(fig . 6 .21A) lSimpe con lo cual : F n . d 2
T
T
4
tensión admisible del remache . Doble (fig . 6 .21 B), con lo cual : T
T
2 . tensión admisible del remache.
En doble cortadura no existe peligro de aplastamiento, mientras el diámetro del roblón no sobrepase a 1,6 veces el espesor de la plancha más delgada .
D
F Fig. 6.21 A, esfuerzo de cortadura simple ; B, esfuerzo de cortadura doble; C, esfuerzo de compresión simple ; D, esfuerzo de compresión doble.
6.2 .1 .11
Compresión de los remaches Simple (fig . 6 .21C), con lo cual :
r
_F d, - e
J
tensión admisible del remache. Doble (fig . 6 .21D), con lo cual :
a =
_F __ d, e2
la mayor de ambas, teniendo que cumplir
< 6
tensión admisible del remache.
6 .2 .1 .12
Tracción de la chapa Esfuerzo sometido a tracción (fig . 6.22A) :
tensión admisible de la chapa.
8.
Tecnologla 2.1 .
Fig. 6.22 Esfuerzo de tracción y cortadura de la chapa.
Tabla 6 .23 Valores admisibles para los remaches
6.2 .1 .13
Fuerzas estáticas tensiones admisibles de trabajo Chapas
Remaches
o =1400 kgf/cmz
o=1800 kgf/cmz
r=
700 kgf/cmz
r=
Cortadura de la chapa
Esfuerzo sometido a cortadura
900 kgf/cmz
o = tensión normal r = tensión cortante
(fig . 6 .2213) :
esfuerzo admisible de la chapa . Los valores admisibles pueden resumirse en la tabla
6.23.
Problema 1 .° La figura 6 .24 representa un tirante, unido a una cartela, por medio de dos remaches de 13 mm introducidos en agujero de 14 mm de diámetro . Las tensiones admisibles para esta unión en los remaches y en las chapas son, respectivamente, a, = 1 800 kg f/cmz, T, = 900 kgf/cmz, 6z = 1 400 kgf/cmz, TZ = 700 kgf/cmz . Calcular la fuerza F de tracción que puede soportar la unión . Solución : 1 .°
Comprobación a cortadura de los remaches : A,
= sección resistente a cortadura
A,
= 4 .
F,
= T,
z 't *41,4 - A,
= 6,15 cmz
= 900 x 6,15 = 5 535 kgf
que es el valor que podría alcanzar la fuerza F, antes de que se corten los remaches . -«»-F
2 .°
Comprobación a compresión de los remaches . A z = sección resistente a compresión A2 = 2 x 1,4 x 1,2 = 3,36 cm 2 F2
= a,
- A 2 = 1 800 x 3,36 = 6 048 kgf
que es el valor que podría alcanzar la fuerza F, antes de que se aplastasen los remaches . 3 .° Comprobación a cortadura de la chapa . Debe observarse que, como la cartela tiene un espesor de 12 mm y el tirante tiene igualmente 2 x 6 = 12 mm, los cálculos en las chapas es indiferente hacerlos con la cartela o con el tirante, ya que ambos son del mismo material . A3 = sección resistente a cortadura en las chapas A3 = 4 x 3
x 1,2 = 14,4 cm 2
F3 = T2 - A3 = 700 x 14,4 = 10 080 kgf 4 .°
Comprobación a tracción en las chapas . A4 = sección resistente a tracción en las chapas A4 = (10 - 2
F4
Fig 6 .24
Cartela remachada .
x 1,4)
x 1,2 = 8,64 cm 2
= a2 - A4 = 1 400 x
8,64 = 12 096 kgf
Así, pues, el valor máximo que puede alcanzar la fuerza F en este caso es de 5535 kgf viniendo limitada por la cortadura de los remaches, que resulta ser el caso más desfavorable de los cuatro .
EJERCICIO A RESOLVER Problema 2 .o La figura 6.25 representa una unión roblonada de doble cubrejunta con remaches de 19 mm de diámetro introducidos en caliente en agujeros de 20 mm de diámetro y montados al tresbolillo .
Las tensiones admisibles en los remaches y en las chapas son, respectivamente, a, = 1 900 kgflcm 2, -r, = 950 kgf/cm 2, a2 = 1 600 kgf/cmz y T Z = 800 kgf/cm 2 . Calcular la fuerza F que puede soportar la unión. 020
e< 5mm
o, YLI!I
¡i
o v
II il - II II II
b
I I I p
I
+
50
6.2 .2
5
50
12
50
Fig. 6.25 Unión remachada, doble cubrejunta .
e< 20mm
Uniones por soldadura
Se llama soldadura a una unión entre dos piezas metálicas, lograda por la aplicación localizada de calor, hasta lograr la fusión del metal en las zonas de contacto . Ordinariamente se añade metal fundido hasta llenar el espacio que hay entre las dos piezas .
Fig. 6.26
Unión soldada a tope,
La soldadura desempeña un importante papel en el aumento de la velocidad de fabricación de piezas y del montaje de estas piezas formando estructuras . Aunque la soldadura ha sustituido al roblonado, en proporciones considerables, éste último procedimiento se utiliza habitualmente en ciertos tipos de juntas . Para conseguir un menor coste inicial, muchos elementos de máquinas : bastidores, bancadas, etc., que antes se fabricaban de fundición, se fabrican hoy uniendo por soldadura sus diferentes elementos . Las piezas soldadas, generalmente, son más resistentes y más ligeras que las piezas fundidas, lo que representa dos importantes ventajas en las partes móviles de las máquinas . En una pieza soldada, usualmente es necesaria menor mecanización que en la pieza fundida equivalente, además de que los cálculos son más seguros.
6 .2 .2 .1
Procedimientos de soldadura
Los procedimientos más usuales de soldadura son : Con metal d e aportación
Soldadura oxiacetilénica Soldadura eléctrica por arco
Sin metal de aportación
Soldadura por puntos
lateral
El material base no queda debilitado en las uniones soldadas, tal como ocurría en el remachado, pudiendo existir un ahorro de diseño del 10 al 20 %. 6.2 .2 .2
Clasificación de las uniones soldadas
Las principales uniones soldadas pueden clasificarse en : - Unión a tope . - Unión a solape . - Unión en ángulo .
Fig. 6.27
Unión soldada a solape .
1 .° Unión a tope (fig . 6.26) . Tiene gran resistencia, debido a la magnífica conducción del flujo de fuerzas. Dado que depende del espesor e de las piezas a unir, así será la preparación de dichas superficies . 2.0
Unión a solape (fig . 6.27) .
3.°
Unión en ángulo o en K (fig . 6.28) .
6 .2 .2 .3
Juntamente con la unión en ángulo, es la más frecuente .
Preparación de las uniones a soldar
Es de gran importancia la preparación de toda unión a soldar, porque la resistencia de la soldadura está influenciada extraordinariamente por la correcta preparación que se haya hecho .
Fig. 6.28 Unión soldada : A, en ángulo ; s, en K.
La preparación está normalizada según UNE 14036 y el Ministerio de la Vivienda, que publicó la norma MV-104 Ejecución de las Estructuras de Acero Laminado en Edificación, en cuyo capítulo tres se estudian las Uniones Soldadas . Hay que decir que, desde el año 1967, es de obligado cumplimiento dicha norma, por lo que la preparación de las uniones a soldar, además de conveniente, es obligatoria. En la tabla 6.29 se puede ver la norma UNE 14036.
Tabla 6.29
ó ¡
Q
Ñ Ú I G
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
42 43 44 45 46 47 48 49 50
o
Dimensiones para preparar las chapas a soldar, según la norma UNE 14 036
mil
vi O
v
t máx.
a min.
S
4 4 5 6 7 8 9 10 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
0 1 1 1 1 1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
1 1 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 5 6 7 8 9 10 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
v
3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,25 9,75 10,25 10,75 11,25 11,75 12,25 12,75 13,25 13,75 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 18,75 19,25 19,75 20,25 20,75 21,25 21,75 22,25 22,75 23,25 23,75
t máx.
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
a min.
1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
S
3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,25 9,75 10,25 10,75 11,25 11,75 12,25 12,75 13,25 13,75 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 18,75 19,25 19,75 20,25 20,75 21,25 21,75 22,25 22,75 23,25 23,75
v 2,3 2,3 3 3,5 4 4,6 5,2 5,8 6 6,7 7,3 7,8 8,4 9 9,3 9,9 10,5 11 11,5 12,1 12,4 13,2 13,8 14,4 15 15,5 16,1 16,7 17,3 17,9 18,4 19 19,5 20 20,6 21,2 21,8
t máx.
a mín.
S
0 1 1 1 1 1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
1 1 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 5 6 7 8 9 10 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 15,5 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
v
t máx.
a mín.
2 2,3 2,6 3 3,2 3,5 . 3,7 4 4,3 4,6 4,9 5,2 5,4 5,6 5,9 6,2 6,5 6,8 7,1 7,4 7,6 7,9 8,1 8,4 8,7 9 9,3 9,6 9,9 10,2 10,4 10,7 10,8 11,1 11,4 11,7 12 12,3 12,5 12,7 13,1 13,4 13,7
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
1 1 1 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
S
3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,25 9,75 10,25 10,75 11,25 11,75 12,25 1-2,75 13,25 13,75 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 18,75 19,25 19,75 20,25 20,75 21,25 21,75 22,25 22,75 23,25 23,75
6 .2 .2 .4
Tensiones de trabajo en los materiales soldables
En relación con el acero estructural comercial (vigas de alma llena), pueden considerarse dos tipos de cargas : Carga tipo l: - Fuerzas principales . - Carga permanente y sobrecarga de nieve. Carga tipo 11 : - Fuerzas principales y secundarias. - Carga permanente, sobrecarga de nieve, acción del viento, fuerzas de inercia y acción térmica . 6 .2 .2 .5
Tensiones de trabajo en las uniones soldadas
En la resistencia de las uniones soldadas cabe distinguir entre la resistencia de la soldadura (rotura en la sección transversal de la soldadura) y resistencia en el empalme (rotura en el enlace entre la soldadura y el material de la pieza) . La resistencia de las uniones soldadas depende de : - El material de las piezas que se sueldan . - Procedimiento de soldadura. - Electrodos . Debe considerarse que a las uniones soldadas se les pide, en primer lugar, una resistencia estática igual, al menos, a la de las piezas que se sueldan . Asimismo, deben presentar un alargamiento y resiliencia suficientes . - Clase y forma de la soldadura . Depende de los diversos tipos : a tope, a solape o en ángulo . - Tipo de carga a que están sometidas las piezas . - Habilidad y cuidado del soldador . 6.2 .2 .6
Defectos en las soldaduras
Los diferentes defectos que se pueden presentar en los cordones de soldadura son los siguientes : Presentación . Define y califica el aspecto exterior de los cordones en cuanto a la uniformidad y medidas de ancho, grueso, etc ., en relación a lo correcto . Empalmes . Comprenden las irregularidades de los cordones de soldadura por interrupción, en las pausas de trabajo, o al cambio del electrodo . Remates . Comprende las irregularidades del cordón de soldadura al comienzo y al final de la longitud total de dicho cordón . Mordeduras o entalladuras . Las mordeduras o entalladuras son los canales o surcos que se forman por una fusión muy prolongada de los bordes, que reducen la sección y la resistencia de las uniones, pudiendo constituir un defecto grave . Falta de penetración . aportación .
Hendidura en la raíz de la soldadura, en la cual falta el metal de
Falta de adherencia. o entre dos cordones .
Discontinuidad metálica entre el metal base y el de aportación,
Porosidad. nes gaseosas .
Presencia en el metal de la soldadura de cavidades motivadas por oclusio-
Inclusiones de escoria .
Presencia en el metal de aportación de parte de escoria .
Grietas o fisuras . Discontinuidad por desgarramiento del metal mientras éste se encuentra en estado plástico, o por fractura del metal cuando está frío .
6.2 .2 .7
Obturadores para mícroporos en las soldaduras
La micropgrosidad, que ocurre sólo en un pequeño porcentaje de las soldaduras, es un fenómeno metalúrgico impronosticable, que produce en las costuras soldadas agujeros microscópicos, casi invisibles, de menos de 0,1 mm de diámetro . La porosidad, que no afecta la resistencia estructural ni depende
de la habilidad del soldador, sólo constituye un problema, cuando la soldadura debe sellar fluidos o gases, como sucede en los casos de neumáticos sin cámara, tanques sometidos a presión hidráulica, transformadores en aceite y otros similares. Como solución se ha propuesto el uso de recubrimientos superficiales y la repetición de la soldadura . Un hermetizador, que se sopletea o se pincela sobre la soldadura, resuelve el problema de la microporosidad de las mismas, causa de pérdidas de gases o líquidos en recipientes soldados . El hermetizador, después de aplicarse con brocha a la soldadura de un tanque, fragua sin encogimiento para llenar los poros microscópicos . El producto, aplicable también por aspersión, se recomienda para uso en tanques de combustible y de almacenaje en general, carcasas de diferenciales y otros componentes y piezas propensos a riesgos de escapes . El hermetizador no debe considerarse una cura de soldaduras defectuosas . Los soldadores tienen la responsabilidad de hacer, en primer lugar, soldaduras estructuralmente correctas . Después, el nuevo hermetizador asegura que las soldaduras no tengan pérdidas.
6.2 .2 .8
Cálculo de las uniones soldadas
A tope (fig . 6.30) La tensión normal de tracción : Fig 6.30
Cálculo de una soldadura a tope .
a
c
admisible de soldadura . A solape (fig . 6.31)
En los cálculos se considera el espesor a que es el menor y que depende del espesor de las chapas . a = e - cos 45° = 0,707 e z, 0,7 e La tensión normal de tracción será : [10] Fig . 6.31
Cálculo de una soldadura a solape,
admisible de soldadura. Para casos más complejos consúltese la norma UNE 14035. 6.2 .2 .9
Norma UNE 14 003 sobre clasificación y simbolización de electrodos
En la tabla 6.32 se presenta un extracto de la norma UNE 14 003 sobre la clasificación y simbolización de los electrodos para soldadura eléctrica al arco, según el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas . El símbolo de cada electrodo se compone de una letra E, que quiere decir electrodo, seguida de 3 cifras, una letra intermedia y otras 2 cifras más . Los electrodos especiales tienen, además, una notación complementaria para indicar otras características . Las características mecánicas se entienden por valores mínimos garantizados por el fabricante y obtenidos según los métodos de ensayo prescritos por la norma UNE 14022. Para los electrodos especiales la notación complementaria es la siguiente : Pn, = penetración media Pe = penetración completa G,t = gran rendimiento
Tabla 6.32
Designación de electrodos según UNE 14 003
Primera cifra Segunda cifra Tercera cifra
Letra interm .
Cuarta cifra
Quinta cifra
Resistencia Alargamiento a la tracción L 5d
Tipo de revestimiento
Posición de soldadura
Corriente de soldadura
Símbolo kplmm' Símbolo
0
-
1
41
%
0
Resiliencia
-
Símbolo kpmlcm Símbolo
0
-
Ca~ácte,
Símbolo
Posiciones
A
Ácido
1
todas las posiciones
B
Básico
2
todas las posiciones excepto vertical descendente
2
44
1
14
1
5
C
Celulósico
3
48
2
18
2
7
0
Oxidante
sobre plano horizontal,
3
horizontal en ángulo sobre plano inclinado y en ángulo interior sobre plano horizontal
4
en ángulo sobre plano horizontal y horizontal en ángulo sobre plano inclinado
4
52
3
22
3
9
R
Rutilo
5
56
4
26
4
11
T
Titanio
6
60
5
30
5
13
V
Otros tipos
Ejemplo E 355 B 26 E 3 5 5 B 2 6
= = = = = = =
6 .2 .2 .10
Electrodo. Resistencia mínima a la tracción 48 kp/mmz . Alargamiento mínimo 30 %. Resiliencia mínima 13 kpm/cm 2. Recubrimiento básico . Que puede soldar en todas posiciones excepto vertical descendente. Que puede emplearse en corriente alterna si la tensión mínima del transformador en circuito es de 70 V y en corriente continua con polaridad positiva .
Espesor de la chapa, espesor del cordón y diámetro del electrodo
Existe una relación entre el espesor de la chapa e y el del cordón a, porque un cordón muy grueso en una chapa muy fina quemaría y deformaría dicha chapa al soldarla . De igual forma, para depositar un cordón de espesor muy grueso no se puede utilizar un electrodo de pequeño diámetro, pues sería antieconómico . Estas ideas quedan reflejadas en las tablas 6.33 y 6.34 . Tabla 6.33
Relación entre el espesor de la chapa y grueso del cordón en la soldadura en ángulo y a solape
Soldadura eléctrica con arco . Uniones en ángulo y a solape Espesor chapa e
Grueso cordón a
3a4 4a8 8a 14 14 a 22 22 en adelante
2a3 3a6 6a 10 10 a 16 16 en adelante
Tabla 6 .34
i d
2,50 3,250 3,250-40 4 0-5 0-6 0 5 0 -6 0
Relación entre el espesor de la chapa y grueso del cordón en la soldadura a tope Soldadura eléctrica con arco . Uniones a tope
Espesor chapa e
Diámetro en mm según unión I
0,8 a 1,5 1,5 a2 2 a 2,75 2,75 a 6 6a 10 10al6 16 en adelante
1,5 0 20 2,5 0 3,25 0 3,25-40 4-5 60 5 - 6 0
I
4- 5-60 5 6 0
j ó óW
, p
corriente continua o alterna tensión del transformador en circuito ó U
50 V
70 V
90 V
+
1
4
7
--
2
5
8
3
6
9
0
6.2 .2 .11
Clases de electrodos y aplicaciones El material de recubrimiento del electrodo tiene una gran importancia, porque ya es sabido que sirve para evitar la oxidación del acero (reacción con el oxígeno del aire) que se aporta en la soldadura . Existen diversas clases de recubrimiento, que se aplican en uno u otro caso (tabla 6.35) . Tabla 6.35
Tipo
Tipos de electrodos según su recubrimiento
Denominación
Aplicación
A B
Acido Básico
C O R T V
Celulósico Oxidante Rutilo Titanio Varios tipos
Depósitos y maquinaria de responsabilidad Gran responsabilidad (los electrodos deben preservarse de la humedad) Tuberías de gas y petróleo Soldadura sin mucha importancia Construcción bien acabada . Son los más usados Poco usados Soldadura de aceros inoxidables, recargues, etc .
6 .2 .2 .12
Características de los electrodos Deben conocerse las siguientes características de cada electrodo : - Tensión de rotura 6R, en kgf/cm 2. - Tensión en el límite elástico 6E, en kgf/cm2 . - Alargamiento por tracción, expresado en tanto por ciento de la longítud inicial . - Resiliencia . - Longitud . - Diámettos comerciales . - Intensidades de utilización . - Aplicaciones . - Modo de empleo . 6.2 .2 .13
Soldadura por puntos o soldadura por resistencia En las soldaduras por resistencia se hace pasar una intensa corriente eléctrica a través de las piezas, por el punto en que se desea obtener la unión . La resistencia de los metales al paso de la corriente da lugar a que la temperatura de los mismos se eleve rápidamente y que el material se funda en la zona de paso, produciéndose la unión molecular . La soldadura se completa por presión mecánica, ejercida por los mismos electrodos, y hace que las dos superficies se unan completamente (fig . 6.36) . Se utiliza corriente alterna a la que se hace pasar por un transformador adecuado, ya que para producir la fusión se necesita una corriente muy intensa de bajo voltaje. Los electrodos de cobre se revisten con aleaciones más duras en los puntos de contacto, previendo un espacio para agua de refrigeración, que evita los sobrecalentamientos y prolonga la vida del electrodo . La presión de contacto debe regularse de acuerdo con el espesor y resistencia de las partes a soldar . Las superficies donde se situarán las soldaduras metálicas deben estar limpias, para que pueda pasar la intensidad prevista . Así se obtendrán soldaduras uniformes . El cálculo de uniones soldadas por puntos tropieza con dificultades, por no ser conocida con exactitud la sección fundida del punto. Depende ésta de los factores influyentes de la soldadura : intensidad de la corriente, tiempo de paso, presión efectuada, diámetro del electrodo, espesor y superficie de la chapa.
Fiq 6 .36 Soldadura por puntos : A, proceso ; B, esquema de funcionamiento ; C, máquina.
1 . Factores a tener en cuenta en la soldadura de conjuntos (fig . 6.37) . En el proyecto de los conjuntos hay que considerar una serie de factores que determinarán las características de la unión en cuanto a resistencia, soldabilidad operatoria, etc . - Debe tenderse a que las juntas trabajen a tracción, que es el esfuerzo más favorable y no a torsión, que resulta más peligroso . La relación máxima de espesores entre las dos chapas es de tres a uno y los cálculos deben realizarse siempre con la chapa de menor espesor. - El diseño debe prever la fácil accesibilidad a la zona de unión. No se olvide que una de las ventajas características de esta clase de soldadura es la rapidez. En la tabla 6.38 puede observarse la comparación de varios conjuntos soldados . 2.
Causas que producen la rotura en las uniones soldadas.
casos en los diversos tipos de soldadura. 120
Se pueden presentar varios
Tabla 6 .38
Varias soluciones en el proyecto de soldadura por puntos
j L
L= 6-8a=90 °
L=
L<50
oc= 90°
NEW
L>15mm
L'S50mm
L=
-- L -
a
B
L>50
L>50
X UN L=15mm
L -_
~l U ~
L>50-
u
L<15mm
L<10-
C>SOmm .l
:=7L
C=1,SL
-'J- rtTil ~
L<3emm
a-60 °
~l
L'=1'75L
Fig. 6.39 Posibles roturas y sus causas: A, rotura fuera del punto; B, rotura junto al punto; C, rotura delpunto por cortadura; D, rotura por desbotonado .
r-
~T
L
¿:>50~
L >15mm
L; 15mm
1
V/ MM O L
L'<75mm
L<75mm
L,50-
- Rotura de la chapa fuera del punto (fig . 6.39A). La zona de influencia térmica se ha endurecido y la chapa resulta más débil . - Rotura de la chapa junto al punto (fig . 6.3913) . El punto es muy grande en comparación con las chapas y la zona de influencia térmica produce un quemado de éstas. - Rotura por cortadura del punto (fig . 6.39C) . Es debido a una mala realización en la soldadura, generalmente por falta de intensidad o poco tiempo . - Rotura por desbotonado del punto (fig . 6.39D) . Es el tipo de rotura que mejor define la falta de calidad de la soldadura .
6 .2 .2 .14
Soldadura de pernos
La soldadura de pernos consiste en un sistema semiautomático de soldadura de elementos de fijación metálicos, comúnmente llamados pernos (tornillos, espigas, remaches, etc .), sobre un material también metálico . Los pernos quedan soldados por una de las secciones circulares de su base, en un tiempo muy pequeño (menor de un segundo) y normalmente sin gas protector. El calor del arco eléctrico funde el extremo del perno y la superficie de la chapa de base, uniéndose finalmente ambas partes mediante una cierta presión. La figura 6.40 representa diversas formas de pernos que pueden ser soldados . Los primeros ensayos de soldadura de pernos por arco tuvieron lugar en 1890, en el campo de la construcción naval, utilizando tornillos corrientes con la cabeza cortada y regulando
fl
concepción de la junta
~l
i muy buena
buena
aceptable ,
reparto
a evitar
0
del esfuerzo
Fig. 6.37
Concepción de las uniones soldadas .
Fig, 6.40
Formas de pernos.
manualmente el arco mediante un interruptor. A decir verdad, la mayoría de uniones obtenidas era defectuosa . Hacía el año 1920, se comenzó de nuevo a prestar atención a esta técnica, preparando la base de los pernos a soldar, comprobando que la duración del arco más conveniente era la corta y colocando en la base del perno una arandela cerámica . Este elemento hacía la función del recubrimiento de los electrodos o bien de los gases inertes empleados en la soldadura automática con varilla sin recubrimiento . base
Fig. 6.42 Preparación del perno : A, espiga y refrentado ; B, arandela ; C, conjunto de perno arandela y base .
Fig . 6 .43
Esquema del circuito .
6.2 .2 .14.1
Variedades de soldadura de pernos
Actualmente existen dos modalidades de soldadura de pernos, que son : - Soldadura de pernos al arco . - Soldadura de pernos al arco, por descarga de condensadores . 1 .° Soldadura de pernos al arco, Se caracteriza por una fusión muy intensa . El tiempo de soldadura varía de 0,1 a 1 segundo y permite soldar pernos de 3 a 30 mm de diámetro . El perno actúa como un electrodo sin revestimiento, con la diferencia de que el cebado del arco, la longitud del mismo y su duración son controlados automáticamente accionando previamente el equipo de soldadura . Se utiliza una pistola o útil de soldar (fig . 6 .41) . Los pernos llevan una preparación en la base (fig . 6 .42A, B, C), colocándose en dicha zona una arandela cerámica . Se posiciona el perno y, cuando la arandela hace tope, comienza el ciclo automatizado . Una vez terminada la soldadura, se elimina la arandela cerámica con un ligero golpe . El esquema elemental del circuito de soldadura puede verse también en la figura 6 .43 .
Fig . 6.49 Esquema de pistola para soldar pernos . Fig . 6.44
Soldadura por descarga de condensador.
perno
soporte
Fig . 6 .45
Pistola : detalle del n7ontafe del perno .
2 .° Soldadura de pernos al arco por descarga de condensadores . Este procedimiento se caracteriza porque tiene un tiempo de soldadura mucho menor ; del orden de 0,0006 a 0,0012 segundos . En realidad, se trata de una descarga brusca de una batería de condensadores . La fusión es muy reducida, del orden de 0,1 a 0,3 mm de penetración, pero es suficiente para la unión y por ello resulta un método ideal para soldar en chapas de pequeño espesor, sin que se produzcan marcas en el reverso . El proceso es similar al anterior, pero no se utiliza arandela cerámica y el extremo del perno lleva una preparación diferente con una punta, que se volatiliza al efectuar la descarga . Luego, por presión, se finaliza la soldadura (fig . 6 .44) . La pistola de soldadura con el perno montado tiene la forma de la figura 6 .45 . Unos esquemas elementales pueden ayudar a comprender la forma en que se realiza este proceso (fig . 6 .46) . Ventajas y rendimiento de la soldadura de pernos al arco. Frente a la soldadura de pernos con electrodo, o bien, al montaje de aquéllos a base de taladrar, roscar y atornillar, ofrece las siguientes ventajas : - Reducción de tiempo . - Soldadura en toda la sección del perno . - Eliminación de agujeros roscados . - Mejor presentación del producto terminado . - Soldadura y sujeción por un solo lado . - Sujeciones permanentes a prueba de vibraciones . - Sujeciones estancas . - Posibilidad de utilizar personal no especializado . Problema 3 .o En la unión soldada de la figura 6 .47 entre dos piezas de acero A-42, se tiene que transmitir una fuerza F de 2 500 kgf, habiéndose considerado en el cálculo de la fuerza F todas las cargas principales y secundarias, con lo cual resultan unos valores admisibles de trabajo del cordón de a, = 1 370 kgf/cm 2 y T, = 1 120 kgf/cm 2 . El valor admisible en las piezas que trabajan a tracción es o 2 = 1 780 kgf/cm2 . Calcular el espesor de los cordones de soldadura .
s
Fig. 6 .46 Esquema del sistema de soldadura de pernos por descarga : A, conexión de cables; B, esquema elemental,
Solución ; En primer lugar, se comprueba que las piezas resisten el esfuerzo de tracción, aunque el enunciado del problema no hacía referencia a este aspecto . 62 = -~
12 2
=
3-500 8
= 1 042 kgf/cm 2 < 1 780 kgf/cm 2
luego es admisible, por lo que a las piezas se refiere . Realmente van algo sobradas y pudieran reducirse sus dimensiones, suponiendo que no estén influenciadas por algún otro factor ajeno a la resistencia . Los cordones trabajan a cortadura, siendo la sección resistente 2 a - 1 . El valor máximo de a es 0,7 e, siendo e el espesor de la chapa más delgada y para el valor de / no puede considerarse los 50 mm netos, pues deben descontarse el comienzo y final de soldadura, por los cráteres que se producen, siendo costumbre descontar dos veces el espesor a en cm . A = sección resistente de la soldadura en cm 2 A = 2 - a - I = 2 - a (5 - 2 a) = 10 a - 4 a2 en cmz F A
2 500 10a-4a 2
= 1 120 kgf/cm 2
y operando resulta : 4 480 a 2 - 11 200 a + 2 500 = 0
Fig . 6.47
y resolviendo esta ecuación de segundo grado resulta a = 0,25 cm : el menor valor de ambos . Se adopta, pues, un espesor de cordón de 3 mm que cumple la condición de ser menor que 0,7 e = 0,7 x 8 = 5,6 mm, con objeto de no quemar las chapas al soldar . Se insiste que el valor de 50 mm debe indicarse en los planos, para que el soldador efectúe dicho cordón, pero en los cálculos se considerará : 1 = 5 - 2
x
0,3 = 4,4 cm
con lo cual : 2 500 < 2 x 0, 3 x 4,4
= 947 kgf/cm 2
1 120 kgf/cm 2
luego es admisible . Un aspecto que interesa recalcar al alumno, que se inicia en este tipo de problemas de Resistencia de Materiales, es que los valores obtenidos deben redondearse en muchos casos, según la aplicación tecnológica en concreto y que no tiene por qué ocurrir que las tensiones de trabajo, en este caso 947 kgf/cm 2 , sean exactamente la máxima admisible de 1 120 kgf/cm 2 . Lógicamente no es posible alejarse mucho de ella por motivos económicos, pero en muchos casos las desviaciones (siempre en menos) pueden ser del 30 % .
EJERCICIO A RESOLVER Problema 4 .°
En la unión soldada representada en la figura 6 .48, las piezas son de acero A 37 UNE 36 080 ; se elige un coeficiente de seguridad para soldadura y para las chapas de 2,5 . Se quiere saber si son suficientes los dos cordones transversales representados o si habrá que reforzarla unión con cordones laterales . Si son necesarios esos cordones laterales, ¿qué longitud deberán tener si se emplean electrodos E 355 B? 6 .2 .3
Unión por adhesívos
La unión de elementos estructurales por medio de adhesivos es una de las técnicas más antiguas ; pero, sólo en el transcurso de los últimos 50 años, se han realizado progresos substanciales en este campo. Estos progresos han hecho del pegado estructural una de las aplicaciones más interesantes de las materias plásticas en la construcción, mecánica, obra civil, motores, transporte, muebles, etc. .. La unión por adhesivos tiene su propia técnica y no debe pensarse que se pueden remplazar todas las uniones remachadas o soldadas por una junta pegada . Esta técnica requiere, para su buena aplicación, un profundo conocimiento de las condiciones de empleo de las resinas adhesivas . 6 .2 .3 .1
Definición de adhesívidad
La adhesividad puede definirse como la capacidad de una sustancia para mantener juntos dos metales, mediante un contacto superficial . 6 .2 .3 .2
Comparación entre las uníones remachadas, soldadas y pegadas
Las tensiones de trabajo se reparten en las uniones pegadas de forma uniforme, no presentando puntas de tensión como ocurre en las uniones remachadas y soldadas . 123
Fig . 6.48
En las uniones remachadas (fig . 6 .49) aparecen puntas de tensión, debido al fenómeno de la concentración de tensiones que se originan en las piezas que cambian bruscamente de sección, como ocurre aquí en los agujeros donde se introducen los remaches . En las uniones soldadas el fenómeno es similar, pero más complejo y quedan almacenadas en las piezas tensiones residuales . En la figura 6 .50 se observan diversas zonas : 1 .a, zona del cordón ; 2 .1, zona de recalentamiento ; 3 .1 zona influida y 4 .a, zona no influida . En las uniones pegadas el reparto de tensiones es uniforme (fig . 6 .51) .
F
Fig. 6.49 Reparto de las tensiones en las uniones remachadas.
Fig. 6.50 Reparto de las tensiones en las uniones soldadas.
Fig. 6.51 Reparto de las tensiones en las uniones pegadas.
6 .2 .3 .3
Proceso a seguir en las uniones por adhesivos Deben estudiarse los siguientes conceptos : - Características de los materiales que constituyen la unión, del adhesivo y de sus soportes . - Naturaleza y forma de la junta. - Método de aplicación del adhesivo . - Preparación de las superficies a unir .
s
6 .2 .3 .4 D
Fig. 6.52
Solicitaciones en las uniones pegadas,
A
a c
Los materiales que pueden ser ensamblados por medio de adhesivos son muy numerosos : aceros ordinarios, aceros inoxidables, aluminio, madera, vidrio, cerámica, caucho, etc. Es preciso, no obstante, estudiar las características físicoquímicas de los materiales a unir . Los adhesivos pueden ser clasificados según diversos criterios : - Sobre la base de su aptitud para transmitir esfuerzos ; de donde, la división en adhesivos estructurales (grandes esfuerzos) y no estructurales (pequeños esfuerzos) . - En función de la forma como se realiza el fraguado . - Según las materias que lo constituyen . - Sobre la base de las características físicas del fenómeno de endurecimiento . Así están los adhesivos que endurecen en caliente y los que lo hacen a la temperatura ambiente, siendo la resistencia mecánica y, sobre todo térmica, de los primeros superior a la de los adhesivos que endurecen a la temperatura ambiente . 6.2 .3 .5
F
H
Fig. 6.53
Tipos de juntas .
Características de los materiales que constituyen la unión del adhesivo y de sus soportes
Naturaleza y forma de la junta
La junta puede estar solicitada de las siguientes formas : - Por tracción (fig . 6 .52A) . - Por cizalladura (fig . 6 .5213) . - Por pelaje (peeling) cuando uno de los dos soportes es flexible y el esfuerzo es aplicado de tal forma que sólo una pequeña porción del adhesivo trabaja en la solicitación (fig . 6.52C) . - Por despegado, producido por las mismas condiciones del caso anterior, cuando los dos soportes son rígidos (fig . 6.52D) . Interesa ahora indicar que, al ser dos los tipos de tensiones que pueden existir, tal como se vio en el tema 5 de Introducción a la Resistencia de Materiales, realmente la unión sólo puede trabajar a tracción (fig . 6 .52A) y a cortadura (fig . 6 .5213), por lo que los casos C y D son consecuencia de diseños defectuosos. Se puede hablar de diferentes tipos de juntas : 1 .° Unión a tope (fig . 6.53A) . No ofrece nada más que una pequeña zona de contacto al adhesivo, por lo cual deben estudiarse diseños que aumenten la superficie de esta zona (fig . 6 .53[3 y C) . 124
2 .° Unión a solape (fig . 6 .53D) . Es la más empleada, debido a la facilidad de ejecución y a la resistencia que proporciona . Como en el caso anterior, pueden adoptarse disposiciones que mejoren la unión (fig . 6 .53E, F, G, H, I y J) . 3 .° Unión en ángulo (fig . 6 .54) . La junta en ángulo recto es, en general, preparatoria de otros ensamblajes . Se encuentran en ella problemas de peefing o de despegue . 6 .2 .3 .6
Método de aplicación del adhesivo
Existen dos métodos de aplicación, según que la resina se endurezca en caliente o en frío . En general, los primeros se extienden con pincel o con rodillo y, a continuación, son calentados, manteniendo una presión determinada sobre la junta . Los adhesivos que endurecen a la temperatura ambiente se extienden de igual forma y ya no es necesario realizar operación alguna . Los adhesivos de dos componentes deben mezclarse cuidadosamente en las proporciones indicadas por el fabricante, porque el rendimiento de la junta disminuye considerablemente con ligeras variaciones de la mezcla exacta . También debe prestarse atención al espesor de la capa, pues la resistencia de la junta es inversamente proporcional a este espesor. 6 .2 .3 .7
Preparación de las superficies a unir
Para favorecer la adherencia y el contacto entre el adhesivo y su soporte, es evidente que una preparación conveniente de la superficie de los materiales es indispensable, para evitar toda traza de óxido, polvo, aceite o pintura . La limpieza puede hacerse por procedimiento químico (el mejor), abrasivo o desengrasado (deficiente) . 6 .2 .4
Fig, 6.54 Junta en ángulo,
Fig. 6.55
Unión par perno,
Uniones desmontables por pernos o tornillos
Ciertas uniones desmontables se realizan por medio de tornillos, tuercas y arandelas . 6 .2 .4 .1
Tornillo o perno
En su acepción más amplia, tornillo es un cilindro o varilla total o parcialmente roscado y provisto, frecuentemente, de cabeza y tuerca . La parte cilíndrica se llama vástago o cuña . El vástago atraviesa libremente las piezas que se han de unir . El tornillo permanece fijo mientras la tuerca gira, frecuentemente apoyada en una arandela (fig . 6 .55) . La cabeza de forma variable (fig . 6 .56), evita la traslación y la rotación . El espesor total de las piezas unidas se llama apriete (A, en la figura 6 .55) . 6 .2 .4 .2
Clases de tornillos de unión
Son muy variados los tipos de tornillos empleados. Hoy en día, los de uso más corriente están normalizados, según las Normas UNE. A estas normas nos referimos siempre. En el caso de que aún no estén normalizados en UNE se utilizan las DIN, de gran aplicación en España . En la norma UNE 17 050 se dan las cotas fundamentales (fig . 6 .57) . El diámetro del vástago es el correspondiente a las roscas respectivas, salvo en los tornillos de ajuste . tornillos y pernos de tracción (ci,allamiento)
tornillos y pernos de presión
espárragos
Fig . 6,57 damentales
Cotas funsegún UNE 17050, 125
Fig . 6 .56 versas,
Cabezas
de
formas
di-
6.2 .4 .2 .1
Tornillos para metales
Dada la gran variedad sólo se reseñan los de uso más frecuente .
Fig. 6.59
Tornillo de cabeza cuadrada.
a) Tornillos hexagonales (fig . 6.58) . DIN 558 y 601, ejecución g . DIN 931 y 933, acabado m y mg. DIN 960 y 961, ídem . rosca fina . Tornillos hexagonales con entrecaras grandes, según DIN 6914, para uniones de alta resistencia pretensados (HV) en la construcción de acero . Las tuercas y arandelas deben ser apropiadas, según se especifica en la misma norma, DIN 7990, para construcción de acero . Tornillos de ajuste hexagonal, DIN 7968, 609, 610 . También hay algunos tornillos normalizados con rosca Whitworth, pero no se recomienda su empleo . admisible extremo abombado a elección del fabricante
Fig. 6.60
Tornillo de martillo .
admisible extremo abombado a elección del fabricante
0
DIN 558
30°_
é
DIN 601
admisible extremo abombado a elección del fabricante
e.
admisible extremo abombado a elección del fabricante
DiN 931
forma admisible a elección del fabricante
DIN 933
Fig, 6.61
admisible extremo abombado a elección del fabricante
Tornillo de cabeza plana cilíndrica con ranura .
admisible extremo abombado a elección del fabricante
forma admisible a elección del fabricante
s DIN 960
Fig . 6.58 UNE 17 056
Fig. 6.62
Fig .
6.63
Tornillo cilíndrico con hexágono interior.
Tornillo
DIN 961
Tornillos de cabeza hexagonal.
b) Tornillo cuadrado con aro, DIN 478 (fig . 6 .59) . c) Tornillo de martillo, UNE 17 021 (fig . 6 .60) . d) Tornillo de cabeza plana cilíndrica con ranura, DIN 85 (fig . 6 .61 ) . e) Tornillo cilíndrico con hexágono interior (fig . 6 .62) . UNE 17 056 y DIN 912, 6 912 V7984 . f) Tornillo avellanado con ranura (fig, 6 .63) . DIN 63 y DIN 87 con cabeza grande . g) Tornillo gota de sebo con ranura (fig . 6 .64) . DIN 88 y 91 con cabeza pequeña . DIN 963 y 964. h) Tornillo avellanado con mortaja cruzada (fig . 6 .65) . DIN 965, 966, se corresponde con las normas ¡SO . La tuerca para tornillos de unión suele ser la normal, cuya altura es 0,8 d como las DIN 555 en ejecución g o las DIN 934, ejecución m y mg .
avellanado con ranura.
Fig. 6 .64 ranura . í~1111~~~~1Ít~d1d~% t1~
6.2 .4 .2 .2
Tornillo gota de sebo con
Fig . 6 .65 Tornillo avellanado con cruzada (Phillips) .
mortaja
Otros tornillos
Para madera se emplean los tirafondos (fig . 6.66) según las normas : UNE 17 024
Fig, 6 .66
UNE 17024, cabeza redonda . UNE 17025, cabeza avellanada .
Tirafondo,
726
UNE UNE DIN DIN
17027, cabeza 17028, cabeza 570, tirafondos 571, tirafondos
redonda con muesca cruciforme . avellanada con muesca cruciforme . cuadrados (fig . 6 .67) . hexagonales (fig . 6 .68) . h
vs 60°
0
Fig . 6 .67 6 .2 .4 .3
DIN 571
r
DIN 570
Tirafondo con cabeza cuadrada .
Fig . 6.68
Tirafondo con cabeza hexagonal.
Inmovilización de la rotación de los tornillos
Para evitar que el tornillo gire al producir la unión (ya se ha dicho que debe girar la tuerca), se emplean varios sistemas . Entre los más empleados, están los que a continuación se indican : 6 .2 .4 .3 .1
Fig . 6 .69 Ranuras T, para tornillos de cabeza cuadrada o de martillo .
Tornillos con cabeza accesible
Cuando, al efectuar la unión, la cabeza es accesible, puede lograrse la inmovilización sujetándola con una llave apropiada o con un destornillador según el tipo de cabeza . 6 .2 .4 .3 .2
Tornillos con cabeza cuadrada, o de martillo
Un método muy corriente para estos tornillos y, algunas veces, también para los hexagonales es emplear unas ranuras en T (fig . 6 .69), en las cuales entran holgadamente las entrecaras de la cabeza, pero sin dejarlos girar ; pueden lograrse por mecanizado o por moldeo . En este caso convendrá mecanizar el asiento . También con un agujero de forma apropiada, obtenido por moldeo o estampado (fig . 6 .70) . Otro sistema puede ser el prever un resalte en las piezas fundidas (fig . 6 .71) . 6 .2 .4 .3 .3
Fig . 6.70 Alojamiento para cabeza de tornillo cuadrada .
Tornillos con resaltes apropiados
Algunos tornillos llevan en la cabeza un resalte especial para evitar el giro . Si la pieza en que apoya es metálica habrá que mecanizar el alojamiento apropiado ; si se apoya en madera o algún otro material fácilmente deformable, el mismo tornillo puede hacerse el hueco necesario, ya al apretar la tuerca, ya inicialmente, por un efecto de percusión . En las figuras 6 .72 y 6 .73 se muestran cabezas de tornillos DIN 604 y 605 . Puede emplearse un pivote adicional (fig . 6 .74A), pero tiene el inconveniente de que debilita el vástago ; para evitar esto, pueden emplearse pivotes colocados en la cabeza, como se muestra en la figura 6 .7413, C, D) . En algunas ocasiones se evita el giro por el esfuerzo de fricción, ya sea empleando cabezas cónicas (fig . 6 .75), que corresponden a tornillos DIN 606, ya introduciendo a presión el vástago del tornillo (fig . 6 .76) . admisible extremo abombado . a elección del fabricante
DIN 604
Fig. 6 .71 Resalte para giro del tornillo .
admisible extremo abombado a elección del fabricante
ontrecaras S
Fig . 6.72
vL-
r- - r-~ ----1
DIN 605
¡
entrecaras S
Fig . 6.73
admisible extremo abombado a elección del fabricante
DIN 606
Fig . 6 .75 Cabeza cónica para incrustar en rnateriales blandos.
Fig. 6.76 Tornillo entrado a presión.
Fig. 6.74 Pivote postizo : A, en el vástago ; B, C y D, en la cabeza . 12 7
impedir el
6.2 .4 .3 .4
Fig. 6.77
Tornillo de ojo .
ejemplo de aplicación
Tornillos de anclaje
Los tornillos de anclaje, ya sean los de martillo, UNE 17021, ya sean los de ojo, según DIN 444 (fig . 6 .77), tienen la ventaja de que pueden ser sustituidos sin necesidad de mover o desplazar la máquina, elemento, etc ., cosa que, con los tornillos normales de unión, resulta prácticamente imposible de lograr . Los de la figura 6 .78, para repartir el esfuerzo, atraviesan el hormigón y la cabeza se oprime contra una placa . En la figura 6 .79 se muestra un ejemplo de aplicación de los tornillos de anclaje de ojo, según la DIN 444 . La figura 6 .80 muestra también una placa de asiento con disposición apropiada para este tipo de tornillos .
6 .2 .4 .3 .5
Designación de los tornillos y condiciones de suministro
6.2 .4 .3 .6
Sistemas de roscas
Para facilitar el entendimiento entre cliente y proveedor, toda norma tiene determinada una designación, que hace relación no sólo a las dimensiones fundamentales, sino también a la calidad . (Ver Tecnología del Metal 1.1, tema 31 y Técnicas de Expresión Gráfica 1.2, Metal, de esta misma Editorial .)
muesca en dirección longitudinal de la cabeza del martillo DIN 7 992
Fig,
6.78
Tornillo
de
anclaje con placa .
(Ver apartados 17 .2, 17 .3, 17 .4, 17.5, 17 .6 y 17 .9 del libro Tecnología del Metal 1.2, de esta misma Editorial .) Observación Las roscas trapecial, cuadrada, diente sierra, etc ., por su particular interés, se tratarán en otro apartado .
6 .2 .4 .3 .7
Fig. 6 .79
Aplicación de los tornillos de ojo,
Fig. 6.80
Pretensado de los pernos : par de apriete
La figura 6.81 representa una unión mediante tornillo, arandela y tuerca. Cuando se inicia el montaje, la unión no ha entrado en servicio y las fuerzas exteriores, Fe que tiende a separar la unión y Fs que tiende a que deslice, aún no existen . El tornillo podría montarse y no apretar la tuerca, con lo cual se comportaría como un remache o como un bulón y, no por ello, se desmontaría la unión. Pero, es evidente que no interesa que esto ocurra así, por lo cual la tuerca se aprieta mediante un par y el tornillo trabaja a tracción con una fuerza inicial de pretensado, Fi . Además, el tornillo trabajará ahora a torsión con el par de apriete M. Una vez apretada la tuerca, es conveniente girarla ligeramente en sentido contrario (100 aproximadamente) con objeto de eliminar en el tornillo la torsión y que sólo trabaje a tracción con las fuerzas Fi . Ahora ha terminado el pretensado y la unión puede comenzar a funcionar, soportando las fuerzas Fe y F, Aunque no es éste el momento de profundizar en el tema, piénsese que la fuerza F e se reparte entre el tornillo y las piezas, según unos porcentajes de reparto, que dependen, en cada caso, de la rigidez de dichos elementos . La fórmula que da el par de apriete M es:
Placa de anclaje . M = par de apriete, en cm - kgf F i = fuerza de pretensado, en kgf d = diámetro exterior, en centímetros
lrgif Fig. 6.81
Unión por medio de tornillo, arandela y tuerca,
Lo verdaderamente difícil es que el operario ejerza el par correcto de apriete, por lo cual se está generalizando el uso de llaves dinamométricas, que pueden ser graduadas para diferentes pares y, cuando dicho par es sobrepasado, la llave gira en vacío. Suele adoptarse, como par de apriete en el pretensado, un valor tal, que produzca una tensión combinada de tracción y cortadura por torsión, del 80 al 85 % de la tensión en el límite elástico . 128
6 .2 .4 .3 .8
Tuercas de seguridad
- Tuerca - Tuerca Los hilos que impide el - Tuerca - Tuerca
almenada y pasador de aletas (fig . 6 .82) . con ranura (fig . 6.83) . cercanos a la ranura se deforman y producen agarrotamiento giro . con autoseguro por arandela de nailon (fig . 6 .84) . autoblocante con muelle (fig . 6.85) .
Fig. 6.82 Tuerca almonada para pasador de aletas .
Esta última tuerca lleva un muelle autofrenante de apriete automático, que resiste las vibraciones ; es indeformable y elástica, insensible a las dilataciones y de muy sencillo manejo . Se le suponen unas ilimitadas aplicaciones y duración .
6.2 .4 .4
Tornillos transmisores de potencia
En muchas ocasiones los tornillos se emplean como elementos mecánicos de transmisión de potencia . 6.2 .4 .4 .1
ranura
Generalidades y aplicaciones
Un tornillo de potencia es un elemento de transmisión, que sirve para transformar un movimiento de rotación en lineal, para elevar pesos y transmitir esfuerzos. Los perfiles adecuados para las roscas de estos tornillos son : - Cuadrada (no normalizada) (fig . 6.86) . - Trapecial Acme (fig . 6 .87) . - Trapecial DIN (fig . 6.88) . - Diente de sierra (fig . 6 .89) .
MM-A `oi Fig. 6.84 nailon .
muelle
Trapecial Acme .
Fig, 6.88
con arandela
de
ranura
Trapecial DIN.
Un aspecto que hay que tener en cuenta es el número de entradas de estos tornillos (que, a veces, suele ser de dos, tres, e incluso más) sobre todo en aquellos casos en los que se desea gran rapidez de avance con un pequeño giro . El avance de dichos tornillos seguirá siendo el de los milímetros que avance la tuerca, por cada revolución ; es decir, que si medimos la distancia entre dos espiras consecutivas habrá de multiplicarse por el número de entradas para obtener el avance .
6.2 .4 .4 .2
Tuerca
Fig. 6.85 Tuerca con almena, ranurada y muelle .
bb~
Fig. 6.87
Fig, 6.83 Tuerca con ranura .
Fig. 6.86
Perfil cuadrado .
Fig, 6.89
Diente de sierra .
Fig, 6.90 nado .
símil tornillo-plano íncli-
Esfuerzos en los tornillos de rosca cuadrada
Llámese 0 a la resistencia a vencer en kg, que es un valor conocido . Dicha fuerza se la supone concentrada en un punto 0, a efectos cinemáticos (fig . 6.90), y se la descompone en dos fuerzas F y R' (cuya resultante es la propia 0) normal al eje y al filete del tornillo respectivamente.
Para que el punto 0 esté en equilibrio deben aparecer dos fuerzas F y R, que se opongan y sean iguales en módulo a F y R', respectivamente . R es la reacción del filete y F es la acción que debe realizarse para que dicho punto 0 esté en equilibrio . Por esto, se asimila un tornillo al trabajo necesario para subir por un plano inclinado un punto 0 de peso 0. [13] De aquí puede deducirse la ley del tornillo, ya que, desarrollando la hélice, se obtiene el triángulo ABC, en el cual AB = avance a, BC es el desarrollo de 129 9.
Tecnologiá 2 .1 .
la circunferencia media igual a n - d medio del tornillo clinación de la hélice .
P =
tg
a
n - d ,
y R es el ángulo de in-
= _F Q
La fuerza tangencial a realizar, para que el tornillo gire, es la fuerza axial a vencer como el avance es a la circunferencia media . Lógicamente la fuerza F, aplicada en el diámetro medio, produce un par M de giro, que es el necesario para que el tornillo gire y es precisamente el que debe realizarse . M = F - R medio = F
2
= Q
r
tg p [141
(Sin considerar rozamiento .) Este par es el valor teórico sin considerar rozamientos, por lo que, si se llama f al coeficiente de rozamiento entre los filetes del tornillo y tuerca será : f=tgy
y
cP = arc tg f
luego: M = Q
2m
tg (p + rP)
[151
(Considerado rozamiento .) 6.2 .4 .4 .3
Rendimiento e irreversibilidad
El rendimiento en % del tornillo es la relación entre el par teórico y el par real ; dividiendo miembro a miembro la [14] y la [15], se tiene : _
tg
R ( P + (P) tg
X
100
[161
Se llama irreversibilidad en los tornillos de potencia a la imposibilidad de girar un tornillo, empujando axialmente a la tuerca, por grande que sea dicha fuerza . Permite, pues, parar un mecanismo que eleva cargas (por ejemplo un gato elevador de automóviles) sin peligro de que la propia carga haga girar al tornillo en sentido contrario . La condición de irreversibilidad es (P S q), siendo q) = are tg f y f el coeficiente de rozamiento . Como el rendimiento es máximo para valores de p = 45° 2 y el valor de (p suele ser 10°, resulta que Í3 debe valer aproximadamente 40° para obtener un rendimiento máximo y, entonces, P > y ; luego, no hay irreversibilidad .
6.2 .4 .4.4
Esfuerzos en los tornillos de rosca trapecial
Debido al efecto de acuñamiento, producido por la inclinación de los flancos de perfil (fig . 6.91), la fuerza necesaria para hacer girar al tornillo es mayor. F = Q tg (p + 91)
Fig. 6,91 Semiángulo del perfil de las roscas trapeciales : ac = 15° para rosca DIN y a c = 14,5° para la Acme .
(considerando rozamiento). Siendo : 9 1 = are tg 130
f
COS a c
[17]
El par necesario será : [18]
(considerando rozamiento) . 6.2 .4 .4 .5
Corte A-8
Rendimiento e irreversibilidad
El rendimiento se obtendrá de forma análoga a los tornillos de rosca cuadrada : _
tg p tg (R + T1)
100
X
[19]
Fig. 6.92 Tornillo con tuerca de bolas.
La condición de irreversibilidad es (3 _< 91 y como 91 > cp se puede afirmar que, a igualdad de ángulo de inclinación de la hélice (igualdad de paso y de diámetro), los tornillos de rosca trapecial son más irreversibles (se quedan clavados con mayor facilidad) .
6.2 .4 .4 .6
Tornillos con cojinetes de bolas
Cuando el movimiento de rotación ha de transformarse en lineal con un gran rendimiento, se recomienda el tornillo y tuerca de cojinetes de bolas, como el que se ve en la figura 6.92. El medio de enlace entre el tornillo y la tuerca se compone de varios circuitos cerrados, llenos de bolas . Cuando se gira la tuerca respecto al tornillo, estas bolas ruedan alrededor de los circuitos helicoidales . Se emplean caminos guías para desviarlas del canal del tornillo, recircularlas diagonalmente por el exterior de la tuerca y volverlas a introducir en el canal . Para ángulos de hélice mayores de 2°, el rendimiento de estos conjuntos es mayor del 90 %, valor que hay que comparar con el 25 %, que es el rendimiento de las roscas Acme . Problema
5.0
El husillo, que mueve el carro transversal de un torno, tiene las dimensiones expresadas en la figura 6 .93 . El coeficiente de rozamiento entre la tuerca y el husillo es 0,12, la fuerza axial 0 a vencer son 200 kgf y el husillo es de una entrada y rosca cuadrada, paso 10 mm y diámetro exterior 50 mm . Calcular : 1 . 1 Diámetro medio del tornillo . 2 .1 Angulo [P de inclinación de la hélice . 3 .o Par necesario para que el tornillo gire y la tuerca avance venciendo la fuerza de 200 kgf . 4 .0 Rendimiento del tornillo . 5 .0 Indicar si es irreversible o no . Solución :
_
dm
40
2
50
= 45 mm = 4,5 cm
2 .0 tg p -
paso
7r,d m
10
3,14
x
_
45-
= 0,0707
b = arc t9 0,0707 . 4,046 grados = 40 y 2,7'
ángulo de rozamiento = arc tg f = are tg 0,12 = 6,8420 . M = Q
2
tg ((3 + y) = 200
= 450 - t9 10,8880 = 450
x
X
5
2
tg (4,0460 + 6,8420)
0,1923 = 86,5 cm - kgf
paso
ndm
Fig. 6.93 Tornillo de carro transversa/ de torno .
=
tg 0 tg ((P +
100 =
cp)
tg 4,046 tg (4,046 + 6,842)
' 100 = 36,8
p = 4,046 grados . cp = 6,842 grados . Luego P < cp y el tornillo es irreversible . Es, pues, imposible que el tornillo gire cuando a la tuerca se le aplique una fuerza axial Q, por grande que sea, con lo cual el carro queda parado cuando el tornillo deja de girar y no puede moverse axialmente mediante una fuerza Q, siendo necesario aplicarle el par M calculado anteriormente .
EJERCICIO PARA RESOLVER Problema 6 .° La figura 6 .94 representa una mordaza utilizada para sujetar piezas, a mecanizar en máquinas herramientas .
F
Fig . 6.95
Fig. 6 .94 Chaveta transversal.
El husillo es de rosca trapecial métrica de una entrada, diámetro exterior 24 mm, paso 3 mm, coeficiente de rozamiento entre la tuerca y el husillo f = 0,15 . La fuerza del operario, realizada en el extremo de la manivela, es de 20 kgf y se desprecia el pivotamiento entre el husillo y la pieza móvil A . Calcular : 1 .° La fuerza de prensado de la pieza P. 2 .° Rendimiento de la mordaza . 3 .° Comprobar la irreversibilidad, razonando su necesidad en este caso .
6 .2 .5
Fig . 6 .97
Unión de dos árboles por chavetas transversales,
Mordaza .
Uníón con chavetas
Enchavetado es la unión de dos piezas alojada una en la otra, de manera que sean fácilmente desmontables . Se asegura la unión por medio de un prisma o cuña de acero llamado chaveta. Si la chaveta atraviesa ambas piezas, para impedir su deslizamiento axial, el enchavetado se llama transversal y las chavetas transversales (fig . 6 .95) . Cuando la chaveta se coloca en sentido longitudinal, para impedir que un cubo gire sobre el árbol y pueda así transmitirse un momento de giro, el enchavetado se llama longitudinal y las chavetas, longitudinales (fig . 6 .96) . Sección AS
r"/I, /~ iIuuuliGW
si Nw
,~\\\~`.\\\\\~~~
Fig . 6.96
Fig . 6 .98
Fig . 6 .99
Aplicación en una máquina herramienta .
Los extremos de las chavetas deben achaflanarse,
6.2 .5 .1
Chaveta longitudinal.
1
Chaveta transversal
Ya se ha dicho que se emplea para unir dos barras, ejes o incluso árboles que están en prolongación (fig . 6 .97) . Cuando une árboles, en general, la chaveta no sirve para transmitir el momento de giro, como por ejemplo en el árbol de una mandrinadora y el mandril portaherramientas (fig . 6.98) . Este tipo de unión se llama enmangado y, para que queden perfectamente centradas la pieza interior (macho) y la exterior (hembra), se hace cónico . La chaveta transversal suele ser recta por un lado y con una pendiente de 1 a 5 % por la otra (fig . 6 .95) . Cuanto más pendiente tiene, más fácil es el desmontaje pero también es menor la eficacia de la unión e, incluso, si la pendiente fuese mayor de un sexto, podría desprenderse durante el funcionamiento, sobre todo si se producen sacudidas o vibraciones . Para que la chaveta pueda desmontarse y montarse, cuantas veces se quiera, los extremos, por los cuales se golpea para encajarla, deben tener unos amplios chaflanes, para con seguir que el inevitable recalcado impida una buena unión (fig . 6.99) . 13 2
Estas chavetas sólo deben ajustar por las caras menores y no por las caras laterales . A veces se emplean también dos chavetas, que se deslizan una sobre la otra (fig . 6.99) .
6 .2 .5 .2
Chaveta longítudínal
Según el objeto a que se destina, la chaveta longitudinal se divide en : - Chaveta propiamente dicha . - Lengüeta . 6 .2 .5 .3
Fig . 6.100
Chaveta propiamente dicha
Chaveta .
Esta chaveta sirve fundamentalmente para poder transmitir un par de giro a la vez que inmoviliza axialmente . La chaveta tiene las caras opuestas que hacen contacto con las piezas a unir con una pequeña pendiente o conicidad (fig . 6.100 y tabla 6.103C) . Chavetero se llama al rebaje que se hace en el árbol o en el cubo para el alojamiento de la chaveta (fig . 6.101) . El chavetero del eje puede ser de varias formas (fig . 6.102), pero siempre de profundidad uniforme en el lugar donde apoya la chaveta . El chavetero del cubo, por el contrario, se hace siempre inclinado con la misma inclinación que la chaveta, es decir del 1 %. Las caras laterales no tienen mayor importancia y su mecanizado puede ser basto y siempre con juego holgado, respecto a la chaveta. Las chavetas están normalizadas en las normas DIN 6 886 a 6889 (tabla 6.103) . Para facilitar el montaje y desmontaje se emplean, con frecuencia, chavetas con cabeza según la norma DIN 6 687 (fig . 6 .100) . Para transmitir esfuerzos de choques alternativos se emplean chavetas tangenciales, de acuerdo con las normas DIN 268 (fig . 6.104) .
Tabla 6 .103
Fig. 6.101 Chaveteros en eje y cubo.
Dimensiones y formas de chavetas según DIN 6 886
ww,o A
A A . u e ro DIN 6886
Forma
Chavetero en ejes .
A
E
B DIN 6886
Formo
f1i 1:100 r!~--
B
Fig . 6.104
C DIN 6887
t
D A I
naiziu~
Fig 6.102
havefa
'
6
ñr bDIO
~, .
b DIO_
Sección AB
- ®i©m ~ ©mmm©Im~' 0©~~Íi:r"00~~
~_
Longitudes normalizadas/ = 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250.
Chavetas tangenciales .
6.2 .5 .4
Lengüeta
Es una chaveta longitudinal que transmite el giro, pero que permite el deslizamiento longitudinal o axial de las piezas unidas . Es muy utilizada en poleas, ruedas dentadas, etc ., cuya inmovilización axial se logra por otro medio (fig . 6 .105) . También se utiliza para ruedas, manguitos o acoplamientos, que deben deslizarse axialmente sobre los árboles (fig . 6 .106) .
~---~~ I ,~: , .
Sección AS
DIN 6 885 forma G Fig 6.107
Fig . 6 .106 Lengüeta para elementos deslizantes .
Fig . 6 .105 Lengüeta, inmovilización axial por arandela y tuerca .
Formas de lengüetas .
La lengüeta es paralela en todas sus caras ; los extremos pueden ser de diversas formas, planos o redondos (fig . 6 .107), según la forma de unirse al árbol y según la forma del chavetero en el árbol . A veces, la unión se hace por medio de tornillos (figs . 6 .106 y 6 .108) . Las caras laterales son las que hacen el trabajo de arrastre y deben quedar perfectamente ajustadas a los chaveteros ; por el contrario, la cara superior, que da al chavetero del cubo, no hace contacto con él (fig . 6 .108) . Las formas, medidas y tolerancias para las lengüetas y chaveteros, se dan en la norma DIN 6 885 a 6 888 (tabla 6 .109) .
6 .2 .5 .4 .1
Fig . 6 .108 Detalle del ajuste de la lengüeta y su fijación al eje .
Lengüeta redonda
Para pequeños esfuerzos y donde hay poca longitud disponible se emplea la lengüeta redonda (fig . 6.110) . La inmovilización axial se hace por conos (fig . 6.111), o por tornillos y resaltes . Para las dimensiones y formas de lengüeta y chavetero, ver la norma DIN (tabla 6 .112) . Tabla 6 .112 Diámefrb
I
> 6-8 > 8-10 > 10-12 >12-17 >17-22 DIN
Fig
66,10
6.110
Lengüeta redonda .
I 11
Lengüetas redondas : dimensiones según DIN 6 888
ipo de ausfe
olundido
I
~
II t2 b ng hhrz dz l ~ t f > 10-12 2J3,7 10 966 2,9 1,0 > 12-17 3 © 13 12,65 3,8 1,4 > 17-22 4 6,5 L6~==
6
-
-
i,
1
>30-38 O'9 5 22
Lengüetas redondas para ejes cilíndricos . Lengüetas redondas para ejes cónicos .
6 .2 .5 .5
Esfuerzos originados en la chaveta y chavetero (fig . 6 .113)
Al introducir la chaveta con una fuerza F se producen las reacciones 0 (sensiblemente iguales para ángulos (3 pequeños) . [201
Q[tgy+tg (Íp+y) N = are tg f f = coeficiente rozamiento Fr
El rendimiento es : 71
Fig. 6.111
Inmovilización axial por cono .
__
tg tgT+tg
(P+(P)
X
100
[211
y la condición de irreversibilidad según la cual la chaveta no sale por sí sola es (P ~ 2 cP,
134
Tabla 6.109
Dimensiones y forma de las lengüetas según DIN 6 885
Forma A
i 7(4777777777"1 Forma B
r
l
_.
0
Forma C
mía
Forma D
y
-
yn
Forma E
Forma F
JS9
~Ivl
DIO
1
9
h9
Forma G
Para Anchura 0 y de-host altura d
17-22 2230 30-38 38-44 74-5 0 50-58 58-65 6x75
bxh
6x6 8x7 10x8 12x8 14xg 16x10 18 x1i 20x12
(
i~ESO
Profun- Tipode a uste Tornillo Lon- Avellanado de didad Con Con gitud cilindrico aprieto holgura retención 1,
3,5 4,0 5,0 50 55 6,0 ,0 7,5
t2
2,2 2,4 2,4 2,4 2,9 3,4 3,4 3,9
t2
2,8 3,3 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4 4,9
d1 x 11
M3x8 M3 x10 M4 x10 5x 10 M5x10 M6x12 M6xl2
13
7 8 10 )0 I 10 12 12
d3
c
59 I ~9 7,4 '© 9,4 " ',5 1Q4 5 1 4 6
I
b
V
~
1
Ií~
Longitudes normalizadas, / = 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200,220, 250, 280, 315, 355, 400.
Para los valores habituales de y y p la relación de F con Q es : F
Q 4
luego : Q = 4 F Fig. 6.113 Esfuerzos originados en chavetas y chaveteros.
la fuerza separadora es cuatro veces la fuerza de introducción. 135
El par que puede transmitirse por rozamiento será (fig . 6 .114) : M = Fr-
Fig. 6.114
Par transmitido por rozamiento .
2
=Q-f-
2
=4' F-0,1
M ;_- 0,2 - F - d
2
=0,2-F-d [221
En la práctica, desear transmitir un par solamente por rozamiento es exagerado, por lo cual comenzaron a admitirse compresiones sobre las caras laterales de la chaveta (fig . 6.115) con lo cual : _F h 2
6compr.
[231
siendo : F
__
Mt d 2
A cada diámetro le corresponden unas dimensiones de chavetero, luego la incógnita es /. En el caso de que salga / muy grande, se ponen dos chaveteros . Problema 7.°
Fig.
6 .115
Esfuerzos de comprensión lateral,
Se desea desplazar un bloque de acero, cuyo peso es de 20 toneladas, sobre un suelo de hormigón (fig . 6 .116) . El ángulo p de las chavetas es de 5°, el coeficiente de rozamiento entre ellas y el bloque 0,1 y el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el hormigón 0,5 . Calcular : 1 .° La fuerza horizontal necesaria para desplazar el bloque . 2 .° La fuerza vertical necesaria a aplicar a las chavetas para desplazar el bloque . 3 .° Rendimiento . Solución : 1 .°
Esta fuerza será la de rozamiento F r entre el bloque y el hormigón . F r = f - N = 20 000 x 0,5 = 10 000 kgf
Obsérvese que si f = 0 (materiales ideales) F r = 0 . 2.o F = Q [tg y + tg ([, + 0, en este caso, es F r = 10 000 kgf . y = arc tg f = arc tg 0,1
= 5,71 grados
F = 10 000 [t9 5,71 + tg (5 + 5,71)] = 2 891 kgf
Fíg. 6 .116 Aplicación de las chavetas o cuñas al desplazamiento de pesos,
g
~_
tg R _ .-(P) _ + tg (Í3 +
_
_tg 5 = 0,303 tg 5,71 ° + tg (5 _ +5,_ 710)
y expresado en porcentaje sería : rl = 30,3 Problema 8.° Un eje de 40 mm de diámetro transmite un par de 7 000 cm kgf mediante una lengüeta (fig . 6 .117) de acero F-1 140 . Según la norma UNE 17 002, la sección de la misma es 12 x 8 mm . Siendo la tensión admisible a compresión 1 400 kgf/cmz, calcular la longitud L de la chaveta . Solución : L=1+1,2encm . I = longitud de cálculo .
13 6
La chaveta trabaja a compresión en una sección :
con una fuerza : 7 000 2
_M t R
F =
= 3 500 kgf
3 500 0,4 - I
1 400
Fig
6 .117
Dimensiones de una lengüeta .
de donde I = 6,25 cm . L = 1 + 1,2 = 6,25 + 1,2 = 7,45 cm Se adopta L = 75 mm . Respuesta:
6 .2 .6
L = 75 mm .
Unión con pasadores
Las funciones de un pasador son similares a las de una chaveta transversal, diferenciándose en la forma, ya que éstos suelen ser cilíndricos, cónicos, estriados y elásticos . 6 .2 .6 .1
Pasadores cilindricos
Responden a la norma Tipo A . Pasador con Tipo B . Pasador con Tipo C. Pasador con
UNE 17 061 y pueden ser de tres tipos (fig . 6 .118) : extremos planos (fig . 6 .118A) . extremos abombados (fig . 6 .11813) . extremos achaflanados (fig . 6 .1180 .
1 .0 Designación, La designación incluye en primer lugar el tipo, a continuación el producto de dos números, diámetro y longitud en milímetros y, finalmente, la norma .
c Fig. 6.118 Pasadores cilíndricos: A, de extremos planos ; B, de extremos abombados; C, de extremos achaflanados.
Ejemplo Un pasador con extremos achaflanados, d = 10 mm y 1 = 60 mm, se referencia : Pasador cilíndrico C 10
x
60, UNE 17 061
2.11 Elección del pasador. Lógicamente la longitud y el diámetro están relacionados entre sí, porque no es lógico un diámetro pequeño y una longitud grande y a la inversa . La zona comprendida entre las líneas escalonadas son las longitudes comerciales ; así, por ejemplo, un pasador de 5 mm de diámetro puede tener una longitud según las necesidades desde 12 a 60 mm (tabla 6 .119) .
6 .2 .6 .2
con. 2
Pasador cónico
Responde a la norma
UNE 17 060 y su forma es (fig . 6 .120) :
Fig. 6.120
- Designación . Su designación es similar a la de los pasadores cilíndricos, indicando expresamente pasador cónico, diámetro d (siempre el menor) y longitud en milímetros y, finalmente, la norma UNE . Así, por ejemplo, un pasador cónico de 4 mrn de diámetro por 35 mm de longitud, se designará : Pasador cónico 4
x
35, UNE 17060 l
En la tabla 6 .121 puede determinarse los límites de longitud del pasador con respecto al diámetro menor. 13 7
Pasador cónico .
Tabla 6 .119
Longitud de los pasadores normales UNE 17 061
Tabla 6 .121
Longitud y diámetro de los pasadores cónicos UNE 17 060 diámetro merar del pasador
diámetros del pasador
d
0,610.81 1
2 12,513
1
4
5
6
8
d
10 112 16 20125 32 40 50
0,610,81 1
1
1,211,6 2 12,513 14 15
161
8 110 112 116120125132 401501
2 3 4 5
rr
6 8
masa¡ ama amo EN aman ERES ©~~~"rrrr r "rrr"""ra """s ~~rrRamo
10 12 14 16 20
r""rrrrrrr~rrrr~r~r~~
30
75 40
~8s
50 _55 60 65 70
"
75 80 90
[ ,012
0
110
masa ESE
1 U
u
0 40 45
0 ó
Ramos masas
i
150 160 170 l8-0190 200
50 _ 55
"r~rr"rrr~rrrrr~rr~~,
60 65
90 100 110 720
120 130
1,0
"" rrrr"rr~u"u"u"
130
~r~No
""=i
nm
-Nrnm 6 .2 .6.3
140 150
190
Zoo
Pasador estriado
Sustituye con gran ventaja al pasador cónico y elástico, efectuándose el taladrado con broca y sin necesitar posterior mecanización . Está normalizado según DIN 1 470 a 1 477 y en la figura 6.122 se pueden ver algunos de los tipos más empleados .
Fig . 6.122
6.2 .6 .4
Fig . 6.123
Pasador elástico.
Pasadores estriados .
Pasador elástico
Se utilizan como elemento de seguridad, además de cumplir la misión propia de transmitir un par o momento. Es abierto (fig . 6 .123) y está fabricado con acero de alto límite elástico . En muchas ocasiones suele introducirse un pasador cilíndrico en su interior o bien otro elástico . 138
6.2.7
Uníón por ejes estríalos o nervados
Se trata de ejes, en los cuales se han fresado axialmente unas ranuras, con lo cual éste queda constituido como un núcleo con unos nervios axiales formando con él un solo cuerpo (fig . 6.124) . El número de nervios varía de 6 a 20 ; pero, dentro de las normas DIN 5 461, 5 462, 5 463 y 5 464, existen tres series de acoplamientos de ejes nervados con flancos rectos, serie ligera, media y pesada . Debe observarse que d, es el diámetro de mandrinado del cubo (igual para las tres series), y dZ es el diámetro de torneado del eje que va creciendo según las series, al igual que la anchura b (tabla 6.125).
Tabla 6.125
Ejes nervados : dimensiones según DIN 5461 Medidas en mm b
..r
Serie ligera Diámetro interior d,
Número de nervios-
11 13 16 18 21 23 26 28 32 36 42 46 52 56 62 72 82 92 102 112
--
6.2.7 .1
6 . 6 6 8 8 8 8 8 8 8 10 10 10 10 10
d,
Serie media b
-
--
26 30 32 36 40 46 50 58 62 68 78 88 98 108 120
6 6 7 6 7 8 9 10 10 12 12 12 14 16 18
Serie pesada
Número de nervios
dZ
b
Número de nervios
d,
b
6 6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 8 8 8 8 10 10 10 10 10
14 16 20 22 25 28 32 34 38 42 48 54 60 65 72 82 92 102 112 125
3 3,5 4 5 5 6 6 7 6 7 8 9 10 10 12 12 12 14 16 18
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 16 16 16 16 20 20 20 20
20 23 26 29 32 35 40 45 52 56 60 65 72 82 92 102 115 125
2,5 3 3 4 4 4 5 5 6 7 5 5 6 7 6 7 8 9
Desígnacíón
La denominación de un acoplamiento nervado se hace por medio de cuatro cifras, que representan : 1 .a cifra : número de nervios . 2.a cifra : diámetro interior de mandrinado . 1 1, cifra : diámetro exterior de torneado . 4.a cifra : la norma correspondiente .
eje Fig. 6.124
Ejes nervados.
Así 8 x 42 x 48 (tabla 6.126) representa un perfil de eje nervado de ocho nervios, diámetro del cubo d, = 42 mm y diámetro del eje d z = 48 mm, observándose que pertenece a la serie media .
A
[B 8 x 42 x 48, D I N 5 463 B
B 8 42 48
Fig. 6.127 Ejes nervados : A, ranura en un extremo; B, ranura en ambos extremos .
= = = =
Perfil del eje nervado. Número de nervios, Diámetro interior . Diámetro exterior.
En las figuras 6 .127A y B se pueden ver las formas más normales de estos ejes . Tabla 6.126
Ejes nervados : dimensiones según DIN 5 463, serie media
Los datos de esta norma coinciden con las reccimendociones del Comité ¡SO 7C 32, de Setiembre de 1953 . Medidas en mm A perfil de cubo nervado
B perfil de eje nervado
tt
9
< ,omara .
Designación de un perfil de cubo nervado A de medidas nominales 8 x 46 x 54 : Perfil de cubo nervado A 8 x 46 x 54 DIN 5463 . . .-') Medidas nominales Anúaua abre.uur, 1 osm<,ro
6 x 11 X 14 6 x 13x 16 6 x 16x 20 6 x 18x 22 6X 21 X 25 6 x 23 x 28 6 x 26 X 32 6 X 28 x 34 8 x 32x 38 8 x 36 x 42 8 X 42X 48 8X 46 x 54 8 x 52x 60 8 X 56X 6 5 8x 62x 72 18 x 72x 82 10 x 82 x 92 ¡O x 92 x 102 10 x102 x112 10 x112 X 125
11 X 14X 3 13x 16x 3,5 16x 20x 4 18x 22x 5 21 X 25X 5 23x 28x 6 _ 26x 32x 6 28x 34x 7 32x 38x 6 __36X 42X 7 42x 48x 8 46x 54x 9 52x 60x 10 -56X_ 65x1(3 62>, 72x12 72x 82x12 82)< 92 x 12 9 2 x 102 X _14_ 102 x112 x16 .1 112x125
r., o
') =) ') ')
L-
Los flancos de cado nervio han de ser paralelos al diámetro interior d, hasta el punta de intersec
tor a«a,<, ~o ~a
Noen abrerucon NJm
e
l
Ó
Designación de un perfil de eje vado B de medidas nominales 8 x 46 x 54 Perfil de eje nervado B 8 x 46 x 54 DIN 5463 . . . a )
ra .~
ne .
lentrddo
a
6
d,
d,
b
10
B a)
f
g
nmo
11 _13 16 centrado 18 -
3 4,9 14 . 3,5 12,0 ~', 4 14,54 '~, 5 16,7 interior') - 25 5 19,5 28 6 21,3 32 _ 6 23,4 __ " 28 34 77 25,9 32 38 29,4 42 - 33,5 48 8 __3 9,5 _ 54 9 42,7 60 10 48,7 ñentado 56 65 10 52,2 i ferio,') 62 72 12 57,8 ti nd os 72 82 12 67 14 82 92 12 77,1 _ 92 102 14 87,3 102 112 16 977_ 11 2 125 18 106,3
g
8
da')
1,55 1,5 0,32 2,1 0,16 1,95 0,45 1,98 95 2,3 _1,34 2,94 1 65 J4 3,3 3,01 1,02 2,91 2__57 4,1 0,86 4 0 2 44 4,74 2,5 50 2,4 5 43 _5,4 3,0 _ 5,2 4,5 _ 49 63 6,4 4,4
k
f mf .-
0,3 0,3 0,2 0,3 0 3 0,2 03 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0 3 0,2 04 I 04 03 1 - 04 03 _04 03 0,4 0,4 0,3 0,4 , _0_4 ..0 3 0,5 0,5 0,5 0 5 0,5 0,5 O5 . 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 .0,5_, 0,5 . 0,5 Q5 0,5 0 5 0-5 0,5 0,5 05 o5 05 0,5 0,5 0,5
J M
El centrado interior n es posible para todos los perfiles en la fabricación de los perfiles de ejes nervados según el procedimiento de redondeado . Estos valores se han calculado basándose en la fabricación de perfiles de ejes nervados según el procedimiento de redondeado . Otras aclaraciones en página siguiente. Las tolerancias para el diámetro interior d,, diámetro exterior d, y anchura del nervio b se indicaran en el pedido, véase DIN 5465 . La antigua abreviatura no se empleará para construcciones nuevas y sólo es válida para el periodo transitorio,
Acoplamientos de ejes nervados, sinopsis . DIN 5461 Acoplamientos de ejes nervados, tolerancias. DIN 5465
6.2 .1 .2 Fig. 6.128
Aplicación
de
eje nerva do.
Aplicaciones
Se emplean en la construcción de automóviles, palas excavadoras y máquinas herramientas . Pueden transmitir grandes esfuerzos de torsión y sustituyen, en estos casos, con ventaja a las chavetas (fig . 6 .128) . En realidad deberían llamarse, con mayor propiedad, árboles nervados . 140
6 .2 .8
Unión de piezas por guías
Cuando dos piezas se unen por intermedio de una unión parcial, una de dichas piezas debe poder desplazarse con respecto a la otra . Este movimiento relativo puede ser de translación, rotación o de una combinación de ambos (movimiento helicoidal) y constituye el guiado, el cual debe facilitarse, controlarse y limitarse. 6 .2 .8 .1
Fig. 6.129 Guías rectangulares : A, sin holgura ; B, con holgura .
Guiado en traslación
Para ello la pieza móvil debe mantenerse siempre dentro de una deslizacera rectilínea y fija . A la pieza móvil (carro portaherramíenta, carnero, etc.), que ordinariamente transmite una fuerza, se le exige un trabajo exacto . La deslizadera es un soporte o bastidor que debe absorber esfuerzos combinados muy complejos y, en especial, vibraciones, por lo cual debe ser rígida y pesada . 6 .2 .8 .2
Tipos de guía
Existen diversos tipos de guía : - Guía rectangular (fig . 6.129A y B) . En aquellos casos en los que las dimensiones son grandes, deben evitarse contactos en muchos planos (figura 6 .129B) . - Guía en V (fig . 6 .130) . - Guía en cola de milano (fig . 6.131) . En todos los casos de guiado se transmiten fuerzas, cuyas componentes normales dan lugar a la aparición de fuerzas de rozamiento en las superficies de contacto . Estas fuerzas se oponen al movimiento y debe intentarse que, en todos los casos de guiado, sean lo menor po sible, para lo cual un aspecto muy importante es la lubricación y la limpieza de las superficies . Debe recordarse que una fuerza que recorre un espacio realiza un trabajo y aquj las fuerzas son de rozamiento y el trabajo no será útil, sino que será perdido por rozamiento y se transformará en calor . Finalmente, una observación : el guiado en rotación suele estudiarse bajo el aspecto de ejes y bulones, por lo cual no se trata en este apartado .
6 .2 .9
Fig. 6.130
Guía en V o prismáticas.
carro (móvil)
tornillo regulador de la holgura
Fig. 6 .131
bancada (fija)
regi .ta
Guías en cola de milano .
Uniones forzadas
Son uniones fijas de dos piezas, que antes de ser montadas tienen holgura negativa . La unión se puede obtener de dos maneras distintas : en caliente o en frío, según la aplicación o según los medios de que se dispone . En todos los casos, unen dos o más piezas entre sí, de manera permanente (fig . 6 .132) . Los elementos que unen son, por lo general, anillos o bandas, corno en las llantas para ruedas (fig . 6 .133), anillos de sujeción para partes cilíndricas y, en otros casos, anclajes o grapas de formas variadas . 6 .2 .9 .1
Uniones forzadas en caliente
Las uniones forzadas en caliente están basadas en la propiedad que tienen los metales de dilatarse al aumentar su temperatura y la sucesiva contracción al volver a la temperatura normal . Su utilización más frecuente es la colocación de llantas de acero sobre ruedas de fundición (maleable) o acero fundido; colocación de anillos de unión en volantes construidos por sectores . En todas estas aplicaciones la parte dilatable es el anillo . También se emplea en uniones forzadas la propiedad opuesta a la anterior : la contracción de un metal al bajar su temperatura . Se provoca la contracción del eje, árbol o macho, mediante un chorro de aire líquido que produce un notable descenso de temperatura, acompañado de la reducción del diámetro ; entonces se introduce en el anillo o buje que se ha mantenido a temperatura normal . 6.2 .9 .2
Uniones forzadas en frío
Las uniones forzadas en frío se realizan por introducción forzada del eje o macho dentro del anillo, cubo o maza, utilizando elevadas presiones mecánicas . Las uniones forzadas, cualquiera que sea el procedimiento utilizado, no suelen ser desmontables, en la mayoría de los casos.
pieza
Fig . 6 .132
Uniones permanentes,
ajuste a presión
WRIMO
'N i i
ilF,4jl
i
rueda
S
anillo postizo
Fig. 6.133 Llanta de una rueda metida a presión .
6.2 .9 .3
Tensiones
Las uniones forzadas originan tensiones en las dos piezas unidas . Cuanto mayor sea el apriete, mayores serán las tensiones que se originan en ambos elementos. El cálculo de la presión mutua P, que se origina entre el eje E y el cubo C es algo complicado, así como la determinación de las tensiones que se originan en el eje y el cubo . Sin embargo, la clase de esfuerzo es fácil de conocer: el eje se reduce y el anillo se estira ; por tanto, el eje E sufre compresión (fig . 6.134) y el casquillo C, tracción (fig . 6 .134) . La elección de los aprietes se hará en función de las necesidades de transmisión de esfuerzos, aplicación, etc. [241
Fig . 6 .134
d I p F
= = = = A =
Tensiones en las uniones forzadas.
diámetro del eje en cm longitud de asiento en cm presión de kgf/cm 2 fuerza total de contacto en kgf superficie de contacto en cm 2
La fuerza de rozamiento Fr (fig . 6 .135) será igual a la normal F por el coeficiente de rozamiento f (adimensional) . [251 Dicha fuerza de rozamiento será capaz de transmitir un par M en cm - kgf. M = Fig . 6 .135 Momento transmitido por una unión forzada .
6.2 .9 .4
Fr
- r =
Fr
d 2
= F - f
d
p -
n - d2 . I . f
[261
Tensiones que se originan en las uniones forzadas en caliente
En los casos de uniones forzadas en caliente, debe calcularse el incremento de temperatura necesario para que el eje entre en el cubo sin dificultad . Luego, el cubo debe calentarse hasta la temperatura At grados centígrados para obtener la dilatación 8.
F=
d = diámetro nominal del eje en cm a = coeficiente de dilatación lineal en 3 = apriete Fig,
6.136
Cálculo
de un asiento forzado .
grados °C
[271
d Ejemplo 9.°
La figura 6 .136 representa un ajuste montado a prensa, entre un casquillo con calidad + 0,021 + 0,081, H7 + 0 y un eje con calidad U6 + 0,048 ambos de acero . Se ha calculado que las pre-
siones de contacto que se originen en los casos de máximo y mínimo apriete son 2 500 kgf/cm 2 y 850 kgf/cm 2 , siendo el coeficiente de rozamiento f = 0,15 . Calcular : 1 .° La fuerza total de contacto . 2 .° Fuerza de rozamiento originada . 3 .° Par necesario para hacer girar el casquillo . Solución .
Fmáx . = pmáx . , A = 2 500 - n Fmln .
= Pmfn . ' A =
850
2,5 x 3,5 = 68 722 kgf 2,5 x 3,5 = 23 366 kgf
De ambos valores el más desfavorable es el mayor, ya que puede llegar a romper el casquillo .
142_
Fr = f - Frn í n, = 0,15
x 23 666 = 3 505 kgf
Ahora se tomará el valor menor de F, considerando el caso del mayor agujero con el menor eje, a los efectos de seguridad contra el giro .
M = F r - R = 3 505 x
25
= 4 381 cm kgf
CUESTIONARIO 6.1 ¿Por qué es deseable suprimir las aristas y los ángulos en el contacto entre dos elementos mecánicos? 6.2 Indicar algunos ejemplos de aplicación de las uniones remachadas . Discutir si pueden reemplazarse por tornillos o soldadura, 6.3 ¿Por qué el material de los remaches debe tener un bajo contenido en carbono? 6.4 ¿Es uniforme la distribución de las fuerzas en los roblones de una unión de este tipo? Indicar los motivos. 6.5 Indicar la razón por la cual una pieza móvil es deseable que pese lo menos posible, siempre que cumpla las condiciones de resistencia, durabilidad, etc. 6.6 ¿Por qué deben prepararse las uniones a soldar? 6.7 ¿Cuándo puede y se debe emplear un hermetizador? 6.8 Exponer ejemplos de materiales que pueden ser unidos por adhesivos, indicando además casos concretos de aplicación mecánica . 6.9 ¿Por qué tiene tanta importancia el par de apriete que se aplica a un perno? 6.10 ¿Qué es la irreversibilidad en los tornillos? 6.11 Clasificación general de las chavetas y sus aplicaciones . 6.12 ¿Cuáles son las funciones de un pasador? 6.13 Indicar dos ejemplos de las aplicaciones típicas de los pasadores . 6.14 ¿Cuándo se recomienda utilizar un eje estriado frente a un eje enchavetado? 6.15 Si el coeficiente de rozamiento entre dos superficies es independiente del tamaño de ambas, ¿por qué se recomienda en las piezas mecánicas que dichas superficies sean lo menor posibles? 6.16 ¿Qué fenómeno puede presentarse, si dichas superficies de contacto se reducen en exceso? 6.17 ¿Es trabajo útil el trabajo de rozamiento? 6.18 Indicar las diferencias tecnológicas del montaje de dos unidades forzadas, en frío y en caliente . 6 .19 ¿De qué tipos son las tensiones que sufren el eje y el casquillo de una unión forzada?
PROBLEMAS 1 .° Se desea construir un tirante con laminado de acero de 180 x 9, habiendo previsto una unión intermedia remachada a doble cubrejunta . Los coeficientes de tensiones admisibles para los remaches y el material del tirante son respectivamente a, = 1 900 kgf/cm z , ,, = 950 kgf/cmz, 6z = 1 600 kgf/cmz y -~ z = 800 kgf/cmz. La carga estática a tracción es de 17 500 kgf. Calcular el número de remaches necesario y su diámetro . 2.1 Dos chapas de 10 mm de espesor soldadas a solape por medio de dos cordones longitudinales de 100 mm, están sometidas a un esfuerzo de tracción de 2 300 kgf. Los valores admisibles para los cordones de soldadura son 6, = 1 370 kgf/cmz y -,, = 1 120 kgf/cmz y para las chapas az = 1 800 kgf/cmz . Calcular el espesor de los cordones . 3.° Una rueda dentada ha de transmitir una potencia de 10 CV, girando a 300 r. p. m . Elegir la chaveta adecuada, adaptándose a la norma UNE 17102, sabiendo que el diámetro del árbol es de 45 mm . La tensión a compresión admisible es de 1 300 kgf/cmz. 4.1 Haciendo referencia al ejemplo n.° 9 de este tema, calcular el incremento de temperatura a que debería someterse el casquillo citado para introducirlo en el eje sin esfuerzo axial apreciable . El coeficiente de dilatación lineal del material del casquillo es a = 11,7 x 10 -6
BIBLIOGRAFIA BóGE A., Mecánica y resistencia de materiales, Editorial Reverté, S. A., Barcelona 1966 . KIENERT G., Construcciones metálicas remachadas y soldadas, Ediciones Urmo, Bilbao 1972 . PEZZANO-KLEIN, Elementos de máquinas, Editorial El Ateneo, Buenos Aires 1968 .
Tema 7 .
Organos de máquinas
OBJETIVOS - Conocer los principales elementos de máquinas .
- Aprender a calcular elementos nuevos de máquinas. - Aprender a comprobar si un elemento es o no adecuado para el fin destinado.
EXPOSICION
DEL TEMA
Las máquinas están compuestas de mecanismos y los mecanismos de elementos . Los elementos son los órganos o piezas individuales de las máquin2s . Si se analizan varias máquinas distintas, sencillas o complejas, se puede ver que los distintos elementos de cada máquina se repiten frecuentemente . Los principales elementos de que están compuestas las máquinas son los siguientes : Ejes, árboles, cojinetes, soportes, acoplamientos, trinquetes, poleas y correas, engranajes, cadenas, excéntricas, levas, tornillos, resortes, etc .
7 .1 correa polea
Fig
7 9
Eje de polea tensora,
Ejes
Se llaman ejes los elementos destinados a soportar órganos giratorios, pero sin que gire dicho eje ; por ejemplo, los ejes que soportan las poleas tensoras (fig . 7 .1 ), los ejes de las ruedas intermedias de la lira del torno (fig . 7 .2), los ejes de las ruedas delanteras de los coches, si la tracción es trasera, etc . El esfuerzo a que están sometidos los ejes es de flexión (fig . 7 .3) ; pero pueden soportar el esfuerzo de flexión y además el de cortadura .
Cálculo de ejes
7 .1 .1
árbol conductor
Calcular el eje es hallar el diámetro que debe tener para que, durante el trabajo, las cargas máximas estén dentro de la carga admisible de trabajo . El cálculo de ejes se hace siempre a flexión . La fórmula para calcular el diámetro es la de la flexión : ct -
-
R
Ixx
= carga de trabajo a tracción kgf/cm 2 = momento flector máximo cm - kgf = radio del eje en cm
Ixx
= momento de inercia
Wxx
= momento resistente de la sección, en cm3
R
Transmisión de ruedas en e! torn o.
Mf
Mf
ct
Fin. 7.2
Mf Wxx
a
para el círculo vale --~ 64p-) cm° para el círculo vale
Sustituyendo en 11] el valor del momento de inercia, se tiene : at
=
Mf
32 -
Mf
10 -
Mf
32 y despejando el D, tenemos :
Fig, 7 .3
Eje de polea loca : esquema de fuerzas,
La fórmula 121 es la fórmula práctica, a emplear para ejes macizos . Los ejes pueden ser macizos o huecos . 144
Ejercicio 1,° Calcular el diámetro del eje en voladizo, sobre el cual se apoya la polea de un cable (figura 7 .4) ; el cable está sometido a una tensión de 1 000 kgf . La carga de trabajo a t = 500 kgf/cmz . Solución : Aplicando la fórmula [2] : D = Mf = 1 000 x 15 = 15 000 cm - kgf 1000 kg
Sustituyendo : u x
D
5 uvu Fnn
=
x
Fig. 7.4
Eje en voladizo.
300 = 6,7 cm
Ejercicio 2.0 Con los mismos datos del problema 1 .°, se emplea un eje hueco de un diámetro exterior de 100 mm ; hallar el diámetro interior . Solución : Aplicando la fórmula [1] en función del Ixx y siendo, TU
.
64
D4
_
rc . d 4 64
_
rr (D 4 - d4) 64
cable
que sustituido en [1], se tiene : D Mf 2 T (D4 - d4 ) 64
Mf - R 1XX =
- M-f - d4)D Tc32 (D4
y despejando d: d = 4 D4 _
32 M f - D r ' at
=
32 x 1 000 x 15 x 10
10 4 -
500
6 944,2 = 9,12 cm Fig . 7.5
Por razones prácticas se elegirá un tubo de diámetro interior normal no mayor de 90 mm . Problema 3.e Calcular el diámetro del eje de la polea de un montacargas, si la tensión máxima del cable es de 2 200 kgf y la carga de trabajo del eje es de 600 kgf/cmz (fig . 7.5) . Solución : Aplicando la fórmula [2] : D = En este caso el momento flector máximo M f vale la reacción del apoyo por la distancia a la polea . Reacciones en los apoyos : 2200 R q = Rf3 = --2 - = 1 100 kgf M f = 1 100 x 100 = 110 000 cm - kgf de donde : D =
7 .2
a s f-1--1--x_ 10 3 10 _X1 - . _10 000 _6, _ 600 -(w --
s _ 10
= 12,23 cm ~z- 125 mm
Arboles
Se llaman árboles los elementos de máquinas que giran siempre con los órganos que soportan (poleas, ruedas dentadas, etc .) a los cuales hacen girar, o son movidos por ellos. 145 10 .
Tecnología 2.1 .
2200 kg
Eje de polea loca .
Los árboles trabajan siempre a torsión ; pero pueden soportar esfuerzos de flexión, cortadura, compresión y tracción . Los árboles son empleados en todas las máquinas ; los órganos que soportan, poleas o ruedas dentadas, se fijan a ellos por medio de chavetas (fig . 7 .6) o ranuras estriadas .
Fig. 7.6 7 .2 .1
Arbol de polea tronzadora .
Cálculo de árboles
Frecuentemente, los árboles trabajan a torsión y flexión ; cuando la flexión es pequeña, se suele despreciar y el diámetro se calcula sólo a torsión . La fórmula a emplear para calcular el diámetro es la de torsión : [3a]
= carga de trabajo a cortadura kgf/cm 2 M t = momento torsor cm - kgf R = radio del árbol en cm Io
=
Wo
=
.
momento de inercia polar (para el círculo vale rr -32
módulo resistente a torsión en cm
Da
cm 4
para el círculo vale
rr
' 16
D3
,.,
5
)
Como puede observarse, la fórmula de torsión [3a] es similar a la de flexión [1] . El valor de la carga de trabajo a la cortadura (,), se suele usar en función de la tensión de trabajo a la tracción (6t) con el valor de :
En la práctica, el diámetro del árbol se obtiene en función de la potencia a transmitir y del número de revoluciones . Partiendo del concepto de potencia se tiene : P =
F . V =
F .
R
= F - -2 - _
6..000_!?
'
R
kgrn/s
P - 6000 nF- 2- 7cP F n R
eje
= = = =
potencia en kg - m/s fuerza tangencia] a transmitir en kgf rev/min radio del árbol en cm
Si la potencia está dada en caballos (CV) y el radio (R) en cm : F- R-2-?r-n_-(CV) X . 75_ X 100 por otra Fig. 7.7
Momento torsor.
parte, el momento torsor (fig . 7 .7) : Mt = F
146
[3b]
Sustituyendo : P=
60 x 2 75 x 100
Mt -
Mt . 2 . 7u . n 60-7 5 x 100 P
x
- 71 620 x ñ cm " kgf
Sustituyendo el valor de Mt en la fórmula [3a] se tiene que : P n
71 620 .
Mt " R Io
_
2
71 620
D4
.
D3
10
despejando el diámetro y sustituyendo
T
5 - P n
por 0,5 - 6t se tiene :
La fórmula [4] es la expresión práctica a emplear para calcular los árboles macizos. Los árboles pueden ser macizos o huecos . Si el árbol lleva chavetero, el diámetro hay que aumentarlo en dos veces la profundidad del chavetero . Problema 4 .° Calcular el árbol de un motor eléctrico de 50 CV, que gira a 1 500 r . p . m . y la carga de trabajo del material es de 550 kgf/cmz . Solución :
Aplicando la fórmulá [4] : D
_
3
716 200 " P -6t, n
-
3
716 200 x 50 550 x 1 500
3,5 cm
A este diámetro hay que añadirle el doble de la profundidad del chavetero . Problema 5.° Un reductor de sin fin (fig . 7 .8) tiene un motor de 50 CV y gira a 1 500 r . p . m . Calcular el diámetro del árbol del reductor, si la relación de reducción es de 1 :50 y la carga de trabajo del árbol es de 550 kgf/cmz . Solución :
El número de revoluciones del árbol del reductor será : 1 500 n = - 50
= 30 r. p . m .
Aplicando la fórmula [4] : __ 3 716 Zoo P __ 3 716 x 50 20o D - 13 cm at n 55O x 30
Fig
A este diámetro hay que añadirle el doble de la profundidad del chavetero .
7.8
Problema 6.° Calcular el diámetro del árbol y la potencia que puede transmitir la polea de la figura 7 .9, si ha de girar a 120 r . p . m . y la carga de trabajo del árbol es de 600 kgf/cmz . Solución :
De la fórmula :
Mt - n P = .__71 620 -_ -
40 0 x 25 x-120 71 620
- 16,75 CV
Fig . 7.9 147
Reductor
Aplicando la fórmula [41 : _ 3 D -
716 200 - P at * n
3
_
716 200 x 16,75 600 x 120
5,5 cm
Problema 7. Calcular el diámetro interior máximo que debe tener el tornillo de la figura 7 .10, si la carga de trabajo del material es de 850 kgf/cmz . Solución : Aplicando la fórmula [31 : Mt Wo
T
tendremos : W° Fig. 7.11
Cojinete .
3
n 16d
para el círculo ;
__ M t __ T 0,2 Wo eje
^ 0,2 d3
F
I d3
_
50
x
20 d3
de donde :
d - 3 50 x 20 _ 3 1 000 0,2 0,2 t 0,2 x 0,5
ar
-
3
1 000 x
0,5
x
850
= 2,27 cm
que corresponde a un tornillo M 27 . Fig . 7.12 Transmisión montada en soporte .
7 .3
Cojinetes y soportes
Tanto los ejes giratorios, como los árboles, necesitan puntos de apoyo para sostener su peso, para guiarlos en su rotación y para evitar desplazamientos . Se llaman cojinetes los elementos donde se apoyan los ejes o árboles (fig . 7 .11) . Los cojinetes van, algunas veces, colocados directamente en el bastidor de la pieza o máquina ; pero, con frecuencia, sobre todo en transmisiones, van montados en soportes convenientemente dispuestos para facilitar su montaje (fig . 7 .12) . 7 .3 .1 rodamiento
e Fig. 7.13 A, cojinete de deslizamiento; B, rodamiento de bolas o rodillos.
axiales, radiales y mixtos.
Los cojinetes axiales (fig . 7 .14A) impiden el desplazamiento en la dirección dél radiales impiden el movimiento en la dirección del radio, o sea, transversalmente (fig . los mixtos hacen el efecto, al mismo tiempo, de los cojinetes axiales y radiales (fig . Los cojinetes axiales pueden ser de simple efecto o de doble efecto, según que el desplazamiento del eje en un sentido o en ambos . 7 .3 .1 .1
B
Fig. 7.14 Esquema de cojinetes : A, axial; 3, radial; C, mixto .
Clasificación de los cojinetes
Los cojinetes, por su estructura, se clasifican en cojinetes de fricción y rodamientos. En los primeros (fig . 7 .13A), los ejes giran con deslizamiento en sus apoyos . En los segundos (fig . 7 .1313), se interponen, entre el eje y su apoyo, esferas, cilindros o conos, logrando que el rozamiento sea sólo de rodadura, cuyo coeficiente es notablemente inferior . Por la dirección del esfuerzo que soportan, se clasifican los cojinetes en eje ; los 7 .1413) ; 7 .14C) . impidan
Cojinetes de fricción
Los tipos de cojinetes de fricción más utilizados son los radiales horizontales, aunque también se utilizan los verticales . Los axiales no se utilizan más que para pequeñas cargas y cuando el eje es vertical . El material más corrientemente empleado es el bronce y las distintas clases de metal antifricción, aunque también los hay de cobre, plástico, etc . Todos los cojinetes de fricción suelen llevar unas ranuras de engrase, llamadas ordinariamente patas de araña, que pueden tener diversas formas (fig . 7 .15) . Sirven para que el aceite se reparta a lo largo de todo el cojinete . 148
7 .3 .1 .1 .1
Cojinetes de fricción radiales
pata de araña
Los cojinetes de fricción radiales pueden tener varias formas . Los más sencillos consisten en un agujero o en un simple casquillo o buje, con ajuste fuerte en su alojamiento, provisto de su engrasador correspondiente (fig . 7.16) . Este tipo sólo se utiliza para pequeñas cargas y trabajo de poca responsabilidad y fácil vigilancia . Los más corrientes en las transmisiones son los representados en la figura 7.17, con engrase por anillo . Sus dimensiones corrientes se pueden ver en la tabla 7 .18 . Constan, como se aprecia en la figura, de una caja de fundición con su tapa, que mantiene unidas entre sí las dos mitades del casquillo de bronce, que constituye el cojinete propiamente dicho . También se fabrican, para transmisiones, cojinetes articulados o de rótula (fig . 7.19), los cuales pueden adaptarse a las flexiones del eje y ser éste, por tanto, de mucha longitud. En algunos casos (para máquinas herramientas sobre todo), consisten los cojinetes en casquillos cilíndricos por dentro ; pero, cónicos por fuera, y con tres ranuras longitudinales, una de las cuales parte enteramente el cojinete (fig . 7.20) para poderlo ajustar . En los cojinetes de fricción para ejes verticales resulta difícil el engrase por aceite, por lo que suelen emplearse engrasadores de grasa consistente o se hace por capilaridad . En el de la figura 7.21 (engrase por mecha), el depósito anular inferior recoge el aceite sobrante, impidiendo así que baje por el eje .
Fig. 7.15 Patas de araña en cojinetes de fricción .
engrasador
cojinete
pieza
Fig. 7.16 ción,
soporte
Fig. 7.17 Cojinete de friccion y soporte.
Cojinete sencillo de fric-
rótula eje
Tabla 7 .18
Medidas de soportes de cojinetes Agujeros para tornillos
Diámetro de eje D 25
Altura del eje h
Distanció m
65
150
30 35
75
170
90
200
Tornillos
Longitud máxima 0
Anchura d t
Diámetro de rosca d
20
17
1/2"
25
20
5/8-
30
23
3/4-
Fig. 7.19 tula,
Cojinete y soporte de ró-
Fig. 7.20
Cojinete ajustable.
40 45 50 55
100
230
70
110
260
80
125
290
90
140
320
34
26
7/8-
165
370
39
30
1"
200
450
48
36
1 1/4-
60
100 110 125 140
Fig. 7.21 pilaridad,
149
Cojinete engrasado por ca-
7 .3 .1 .1 .2
Cojinetes de fricción axiales
En el caso más corriente se utilizan para soportar el peso de un eje vertical y, entonces, suelen tomar una forma como la que se ve en la figura 7 .22A . Como se observa en ella, el cojinete consiste en una lente de acero templado (excepcionalmente de otros materiales), llamada tejuelo, en donde se apoya el eje, cuyo extremo inferior también está redondeado (pivote) . Un casquillo de bronce impide también el movimiento radial . Otras veces (fig . 7.2213), sobre todo en turbinas, el cojinete de fricción axial está compuesto de varias piezas a las que se deja un pequeño movimiento para que se adapten bien (cojinetes axiales de segmentos) .
pivote tejuelo A
- Gorrones y pivotes. Se llaman gorrones las partes de los ejes por donde éstos se apoyan en los cojinetes . Pueden ser de dos clases : gorrones radiales o muñones (fig . 7 .23A) y gorrones axiales, llamados también quicios o pivotes (fig . 7 .2313) . segmentos
lLLCG
Y1
detalle de los segmentos
Fig. 7.22
A, tejuelo, E, cojinete axial de segmentos.
- Anillos de situación. También se pueden evitar los desplazamientos axiales del eje por medio de los anillos de situación (fig . 7 .23C), que se fijan en los ejes mediante tornillos que han de quedar totalmente hundidos para evitar accidentes .
7 .3 .1 .1 .3
Cojinetes de empuje mixto
Cuando los cojinetes han de soportar un empuje radial y otro axial, se pueden emplear dos cojinetes, cada uno de los cuales sufre uno de los empujes ; pero, a veces, se emplea uno solo, de forma cónica (fig . 7 .24) . Estos cojinetes necesitan casi siempre otro, que aguante los empujes en sentido contrario (fig . 7 .25) . Sin embargo, esta disposición es poco empleada, porque tales cojinetes tienen poco rendimiento y tienden a clavarse por lo que se suelen sustituir por rodamientos.
7.3 .1 .2
Rodamientos
En el libro Técnicas de Expresión Gráfica 1 .2, Metal, de esta misma Editorial se ha tratado el tema de rodamientos, estudiando los diversos modelos, sus aplicaciones en montaje de mecanismos y la designación en los dibujos . En este apartado solamente se estudia la selección del tipo y tamaño del rodamiento . La selección es, en muchos casos, un problema complejo ; para una selección adecuada se deben tener en cuenta distintos factores y, en casos especiales, se aconseja consultar a las casas constructoras .
7 .3 .1 .2 .1
Fig . 7.23A
Gorrón o muñón.
Normas generales para seleccionar un rodamiento
- Para pequeños montajes, normalmente se emplean rodamientos de bolas . - Para soportes de grandes dimensiones y fuertemente cargados, deben emplearse rodamientos de rodillos . - Los rodamientos rígidos de bolas son apropiados para velocidades elevadas de giro y, aunque son radiales, soportan empujes axiales relativamente importantes. - Los rodamientos de bolas de contacto angular, los de rodillos a rótula y rodillos cónicos son propios para esfuerzos radiales y, al mismo tiempo, pueden soportar importantes empujes axiales. - Los rodamientos de rodillos cilíndricos no soportan esfuerzos axiales; solamente pueden soportar grandes esfuerzos radiales . - Los rodamientos axiales de bolas solamente soportan esfuerzos axiales . - Los rodamientos axiales de rodillos a rótula pueden soportar cargas importantes axiales y radiales . 7.3 .1 .2 .2
Cálculo de las dimensiones de un rodamiento
Según la forma de trabajo, el cálculo puede ser para cargas dinámicas y estáticas. La carga es dinámica, si el rodamiento gira constantemente . La carga se considera estática, cuando el rodamiento está en reposo o ejecuta movimientos muy lentos de giro o vaivén . El tamaño de un rodamiento se determina con ayuda de la fórmula : soporte
Fig. 7.238
C
tejuelo
Quicio o pivotes.
15 0
fr. fn - ft
. F
[5a]
siendo : C = capacidad de carga dinámica en kgf (se indica en el catálogo para cada uno de los rodamientos) (tablas 7.41 y 7 .42, por ejemplo) factor de esfuerzos dinámicos (tabla 7,26) factor de velocidad ; depende únicamente del número de revoluciones, aunque se establecen dos grupos según se trate de rodamientos de bolas (tabla 7.27A) o de rodillos (tabla 7.2713) . f t - factor de temperatura de servicio (tabla 7 .28) F = carga dinámica combinada o equivalente en kgf
Cuando se trata de rodamientos solicitados estáticamente, la fórmula anterior se transforma en :
[C11
siendo :
f 7-F e
[5h]
C o = capacidad de carga estática en kgf indicada en las tablas para cada rodamiento f s = factor de esfuerzos estáticos F e = carga estática equivalente en kgf
Volviendo a la solicitación dinámica es necesario, en todos los casos, calcular la carga dinámica equivalente F, que se puede definir como una carga radial o axial hipotética, constante en magnitud y dirección, cuyos efectos sobre el rodamiento serían los mismos que las cargas reales . Tabla 7 .26
Fig . 7 .23C Anillos de situación : A, para ejes pequeños, B, para ejes de gran diámetro .
Factor F E según el tipo de montaje y clases de esfuerzo
Lugar de montaje Maquinaria en general Trenes de laminación Rodamientos de empuje para barcos Rodamientos de ejes propulsores de hélices de barcos Ventiladores pequeños Ventiladores de tipo medio Ventiladores grandes Bombas cetrífugas Centrifugadoras Poleas para cables de extracción Rodillos para cinta transportadora Tambores para cinta transportadora Draga de rueda de paletas, rueda de paletas y elevador Machacadoras de piedra Molinos batidores Cribas vibratorias Grandes apisonadoras vibratorias Excitadores excéntricos, Aparatos vibratorios Prensas para briquetas Grandes batidoras Molinos de tubos Rodillos para hornos giratorios Tornos, fresadoras y taladradoras Rectificadoras, lapeadorasypulidoras Volantes Maquinaria de imprenta Máquinas para la fabricación de papel parte húmeda parte de secado refino calandria Máquinas para trabajar la madera Husillos de "'tupis - y árboles portacuchillas Sierras de bastidor Máquinas para trabajar madera y plásticos Maquinaria textil Máquinas para fundición centrifugada
fL
2,0-2,5 2,9-3,6 > 6,0 (condición constructiva) 2,5-3,5 3,0-4,5 4,5-5,5 2,5-4,5 3,0-4,0 4,5-5,0 3,0-4,5 4,5-5,5 > 6,0 (condición constructiva) 3,0-3,5 3,5-4,5 2,5-2,8 1,6-2,0 1,0-1,5 4,5-5,0 3,5-4,0 > 6,0 (condición constructiva) 4,5-5,0 °,7-4,5 2,7-4,5 3,4-4,0 4,0-4,5 5,0-6,0 5,0-6 ,0 4,6-5,0 4,0-4,5
3,0-4,0 2,8-3,3 3,0-4,0 3,6-4,7 3,4-4,0
Lugar de montaje
fL
Engranajes Engranajes universales pequeños Engranajes universales de tipo medio Grandes engranajes para barcos Engranajes para vehículos sobre carriles Engranajes para laminadores
2,5-3,5 3,0-4,0 2,6-4,0 3,5-4,5
Vehículos Motocicletas Coches ligeros Coches pesados Camiones ligeros Camiones pesados Autobuses Tractores Vehículos a orugas Ruedas delanteras Cajas de cambio Eje de transmisión Motores eléctricos Motores para aparatos electrodomésticos Motores pequeños de serie Motores de tipo medio de serie Grandes motores estacionarios Motores eléctricos de tracción Cajas de grasa Vagonetas Tranvías Coches de viajeros Vagones de mercancías Vagones de descombro Automotores Locomotoras (rodamientos exteriores) Locomotoras (rodamientos interiores)
3,0-5,0
1,4-1,9 1,6-2,1 1,7-2,2 1,7-2,2 2,0-2,6 2,0-2,6 1,6-2,2 2,1-2,7
Fig . 7 .24
Cojinete cónico .
Fig . 7 .25 cónicos .
Disposición de cojinetes
1,5-2,0 2,5-3,5 3,0-4,0 3,5-4,5 3,0-4,0
3,0-4,0 4,5-5,5 4,0-5,0 3,5-4,0 3,5-4,0 4,0-5,0 4,0-5,5 4,5-5,5
f
r. p. m.
Tabla 7 .27A
n
Factor de velocidad f para rodamientos de bolas
r. p. m.
fn
n r. p . m .
fn
n r. p . m .
fn
n r. p . m .
fn
10 12 14 16 18
1,494 1,405 1,335 1,277 1,228
100 105 110 115 120
0,693 0,682 0,672 0,662 0,652
450 460 470 480 490
0,420 0,417 0,414 0,411 0,408
2100 2200 2 300 2 400 2 500
0,251 0,247 0,244 0,240 0,237
8200 8 400 8 600 8 800 9 000
0,160 0,158 0,157 0,156 0,155
20 22 24 26 28
1,186 1,148 1,116 1,086 1,060
125 130 135 140 145
0,644 0,635 0,627 0,620 0,613
500 520 540 560 580
0,406 0,400 0,395 0,390 0,386
2 600 2700 , 2 800 2 900 3 000
0,234 0,231 0,228 0,226 0,223
9200 9400 9 600 9 800 10 000
0,154 0,153 0,152 0,150 0,149
30 32 34 36 38
1,036 1,014 0,994 0,975 0,958
150 155 160 165 170
0,606 0,599 0,593 0,586 0,581
600 620 640 660 680
0,382 0,378 0,374 0,370 0,366
3100 3200 3 300 3 400 3 500
0,221 0,218 0,216 0,214 0,212
10 11 11 12 13
500 000 500 000 000
0,147 0,145 0,143 0,141 0,137
40 42 44 46 48
0,941 0,926 0,912 0,898 0,885
175 180 185 190 195
0,575 0,570 0,565 0,560 0,555
700 720 740 760 780
0,363 0,359 0,356 0,353 0,350
3 3 3 3 4
0,210 0,208 0,206 0,205 0,203
14 15 16 17 18
000 000 000 000 000
0,134 0,131 0,128 0,125 0,123
50 52 54 56 58
0,874 0,863 0,851 0,841 0,831
200 210 220 230 240
0,550 0,541 0,533 0,525 0,518
800 820 840 860 880
0,347 0,344 0,341 0,339 0,336
4 100 4200 4300 4 400 4 500
0,201 0,199 0,198 0,196 0,195
19 000 20 000
0,121 0,119
60 62 64 66 68
0,822 0,813 0,805 0,797 0,788
250 260 270 280 290
0,511 0,504 0,498 0,492 0,487
900 920 940 960 980
0,333 0,331 0,329 0,326 0,324
4 600 4700 4 800 4 900 5 000
0,193 0,192 0,191 0,190 0,188
70 72 74 76 78
0,781 0,774 0,767 0,760 0,753
300 310 320 330 340
0,481 0,476 0,471 0,466 0,461
1 1 1 1 1
000 050 100 150 200
0,322 0,317 0,312 0,307 0,303
5200 5400 5 600 5 800 6000
0,186 0,183 0,181 0,179 0,177
80 82 84 86 88
0,747 0,741 0,735 0,729 0,724
350 360 370 380 390
0,457 0,453 0,448 0,444 0,441
1 1 1 1 1
300 400 500 600 700
0,295 0,288 0,281 0,275 0,270
6200 6 400 6 600 6 800 7 000
0,175 0 173 0,172 0,170 0,168
90 92 94 96 98
0,718 0,713 0,708 0,703 0,698
400 410 420 430 440
0,437 0,433 0,430 0,426 0,423
1 800 1 850 1 900 1 950 2000
0,265 0,262 0,260 0,258 0,255
7200 7400 7 600 7 800 8 000
0,167 0,165 0,164 0,162 0,161
-
600 700 800 900 000
1
Para los rodamientos radiales el cálculo de F se efectúa por la ecuación : F=X- Fr+Y
en la cual : Fr Fa X Y
= = = =
-
Fa
carga constante radial en kgf carga axial real en kgf coeficiente radial del rodamiento (tabla 7 .29) coeficiente axial del rodamiento (tabla 7.29)
En la tabla 7.29 se puede comprobar que, para una carga puramente radial,
Fa
F a = 0, se tiene F = F u En los rodamientos de una hilera, la carga axial no em-
pieza a influir sobre la carga equivalente hasta que la relación 152
pasa de
Tabla 7.2713
Factor de velocidad f,, para rodamientos de rodillos
r . p. m,
fn
r . p. m .
fn
10 12 14 16 18
1,435 1,359 1,297 1,246 1,203
100 105 110 115 120
0,719 0,709 0,699 0,690 0,681
20 22 24 26 28
1,166 1,133 1,104 1,077 1,054
125 130 135 140 145
30 32 34 36 38
1,032 1,012 0,994 0,977 0,962
40 42 44 46 48
fn
r. p . m .
fn
r. p. m.
fri
450 460 470 480 490
0,458 0,455 0,452 0,449 0,447
2 100 2200 2 300 2 400 2 500
0,289 0,285 0,281 0,277 0,274
8200 8 400 8 600 8 800 9 000
0,192 0,190 0,189 0,188 0,187
0,673 0,665 0,657 0,650 0,643
500 520 540 560 580
0,444 0,439 0,434 0,429 0,425
2 2 2 2 3
600 700 800 900 000
0,271 0,268 0,265 0,262 0,259
9200 9 400 9 600 9 800 10 000
0,185 0,184 0,183 0,182 0,181
150 155 160 165 170
0,637 0,631 0,625 0,619 0,613
600 620 640 660 680
0,420 0,416 0,412 0,408 0,405
3100 3200 3 300 3 400 3 500
0,257 0,254 0,252 0,250 0,248
10500 11 000 11 500 12 000 13 000
0,178 0,176 0,173 0,171 0,167
0,947 0,933 0,920 0,908 0,896
175 180 185 190 195
0,608 0,603 0.598 0,593 0,589
700 720 740 760 780
0,401 0,398 0,395 0,391 0,388
3 600 3 700 3 800 3 900 4000
0,246 0,243 0,242 0,240 0,238
14 000 15 000 16 000 17 000 18000
0,163 0,160 0,157 0,154 0,152
50 52 54 56 58
0,886 0,875 0,865 0,856 0,847
200 210 220 230 240
0,584 0,576 0,568 0,560 0,553
800 820 840 860 880
0,385 0,383 0,380 0,377 0,375
4 100 4200 4 300 4 400 4 500
0,236 0,234 0,233 0,231 0,230
19 000 20 000
0,149 0,147
60 62 64 66 6$
0,838 0,830 0,822 0,815 0,807
250 260 270 280 290
0,546 0,540 0,534 0,528 0,523
900 920 940 960 980
0,372 0,370 0,367 0,365 0,363
4 600 4700 4 800 4 900 5 000
0,228 0,227 0,225 0,224 0,222
70 72 74 76 78
0,800 0,794 0,787 0,781 0,775
300 310 320 330 340
0,517 0,512 0,507 0,503 0,498
1 1 1 1 1
000 050 100 150 200
0,361 0,355 0,350 0,346 0,341
5200 5 400 5 600 5 800 6 000
0,220 0,217 0,215 0,213 0,211
80 82 84 86 88
0,769 0,763 0,758 0,753 0,747
350 360 370 380 390
0,494 0,490 0,486 0,482 0,478
1 1 1 1 1
300 400 500 600 700
0,333 0,326 0,319 0,313 0,307
6200 6 400 6 600 6 800 7 000
0,209 0,207 0,205 0,203 0,201
90 92 94 96 98
0,742 0,737 0,733 0,728 0,724
400 410 420 430 440
0,475 0,471 0,467 0,464 0,461
1 800 1 850 1 900 1 950 2000
0,302 0,300 0,297 0,295 0,293
7200 7 400 7 600 7 800 8 000
0,199 0,198 0,196 0,195 0,193
Tabla 7 .28 temperatura máxima de servicio factor de temperaturas ff
r. p . m .
B
Fig. 7.30 A y B, montaje de rodarnientos de rodillos cónicos. l
¡
Factor f t de temperatura de servicio 200 °C
250 °C
300 °C
0,90
0,75
09 ,0
un cierto valor e . En los rodamientos rígidos de bolas, los coeficientes X e Y dependen de la relación Fa y de la capacidad, de base estática C o . (C o , se encuentra en el catálogo para cada uno de los rodamientos.) Cuando se trata de rodamientos axiales, a excepción de los de rodillos a rótula, la carga equivalente es F = Fa, puesto que sólo admiten cargas axiales . - Fuerzas axiales en rodamientos de rodillos cónicos y de una hilera de bolas en contacto angular. Estos rodamientos van montados de la siguiente forma (figs. 7.30 y 7.31) ; las fuerzas axiales adicionales pueden calcularse con ayuda de la tabla 7.32. 153
Fig. 7.31 A y B, montaje de rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular .
Tabla 7.29
Coeficiente radial X y axial Y
Rodamientos de bolas
Tipos de rodamientos
F _-
X
Y
Rodamientos de rodillos
F. - >e F,
X
F e
Y
X
Rodamientos rígidos de bolas
Co
= 0,025
2
0,22
= = = = =
1,8 1,6 1,4 1,2 1
0,24 0,27 0,31 0,37 0,44
0,04 0,07 0,13 0,25 0,5
1
Rodamiento de bolas a rótula 135, 126, 127, 108, 129 1200-1203 04- 05 06- 07 08- 09 - 12 13- 22 24- 30 2200-2204 05- 07 08- 09 10-- 13 14--- 20 21 - 22 1300--1303 04-- 05 06- 09 10- 22 2301 2302 -2304 05- 10 11 - 18
0
1
1,8
1
2 2,3 2,7 2,9 3,4 3,6 3,3
1
1
1
0,56
0,65
2,8
0,34
0,65
3,1 3,6 4,2 4,5 5,2 5,6 5
0,31 0,27 0,23 0,21 0,19 0,17 0,2
1,3 1,7 2 65 2,3 0" 2,4 2,3
2 2,6 3,1 3, 5 3,8 3,5
0,5 0,37 0,31 0,28 0,26 0,28
1,8 2,2 2,5 0`65 2,8
2,8 0,34 3,4 0,29 3,9 0,25 4,3 0,23
1 1,2 1,5 1,6
1,6 1,9 065 2 , 3 2,5
0,63 0,52 0,43 0,39
Rodamientos de bolas con contacto angular Series 72 B, 73 B
1
0
0,35 0,57 1,14
Series 72 BG, 73 BG Un par de rodar lentos un montaje en el rnisn,o sentido
1
0
0,35 0,57 1,14
Un par de rodamientos en montaje 0 o x
1
0,55 0,57 0,93 1,14
Series 32 A, 33 A
1
0,73 0,62 1,17 0,86
Corteso
s-
Y
F F, X
23944-239/670 239/710-239/950
1
23024 C-23068 CA 23072CA-230/5000A
1
24024 C-24080 CA 24024CA-240/5000A
1
3,7 0,67 " 67 4
>e . e Y
5,5 6
0,18 0,17
2,9 4,4 67 4 , 3,3 0 " 9
0,23 0,21
2,3 2,4 0,67
3,5 3, 6
0,29 0,28
23120 C-23128 C 23130C--231/5000A
1
2,4 67 2,3 0 "
3,6 3, 5
0,28 0,29
24122 C-24128 C 24130 C-24172 CA 24176CA-241/5000A
1
1,9 1,8 0,67 1,9
2,9 2,7 2,9
0,35 0,37 0,35
1
2,1 2,5 2,9 0,67 2,6 2,4 ,4
3,1 3,7 4,4 3,9 3,6
0,32 0,27 0,23 0,26 0,28
2,2 0,67 2
3,3 3
0,31 0,34
2,8 3,2 67 3,4 0" 3,7
4,2 4,8 5
0,24 0,21 0,2 0,18
1
1,8 1,9 0' 67 2
2,7 2,9 3
1,9
2,9
0,37 0,35 0,34 0,35
30203-30204 0508 . 22 0924-30
1
0
0,4
1,75 1,6 1,45 1,35
0,34 0,37 0,41 0,44
32206-32208 0922 30 24 -
1
0
1,6 0,37 0,4 1,45 0,41 1,35 0,44
30302-30303 0407 08 24
1
0
2,1 0,28 0,4 1,95 0,31 1,75 0,34
31305--31318
1
0
0,4 0,73 0,82
32303 32304--32307 08-24
1
0
2,1 0,28 0,4 1,95 0,31 1,75 0,34
22205 C -22207 09 08 C -10 C20 44 64 48 C48 -
C C C C
23218 C - 23220 C 22 C 64 CA 21304-21305 0610 11 19 2022 22308 C-22310 C 11 C--15 C 16 C-40 C 56 44 -
1
1
Relación entre la carga y la duración de los rodamientos
Existe la siguiente relación :
5,5
Rodamientos de rodillos cónicos
K. F.
7.3 .1 .2 .3
154
<-e
Rodamientos de rodillos a rótula
Series EL, R, 160, 60, 62, 63, 64
-F,,
Tipos de rodamientos
F,
Tabla 7 .32
Cálculo de la carga axial de los rodamientos de rodillos cónicos y de los de una hilera de bolas de contacto angular Condiciones F,,
F ,
Y,
Y
1
Carga axial del rodamiento
0, 5 F,,
K > 0
Y,
2
K > 0,5
3
co,«5i. s
K
F,_ = F,, -+ K
Y , F! ( Y
_ F,, Y,
F,,
F,
Y,
Y
K _0, 5
Y,
F,., = F - K
(F_L-
F,_ _
0,5 F,
F.
en ella : L C F
C
p
= duración nominal expresada en millones de revoluciones = capacidad de base dinámica del rodamiento en kgf = carga equivalente sobre el rodamiento en kgf seguridad de carga (tabla 7.33) = 3 (para rodamientos de bolas) = 10 3 (para rodamientos de rodillos)
La relación entre la duración en millones de revoluciones y la duración en horas de funcionamiento se expresa por la fórmula : L
__
60 n _- _Lh 1 000 000
[8j
en la que : Lh = duración nominal en horas de funcionamiento n = revoluciones por minuto
En las tablas 7 .34A y 7.34[3 se indica la seguridad de carga, en función del número de revoluciones por minuto . La tabla 7.35 contiene unos datos orientativos sobre las horas de funcionamiento previstas ordinariamente para las clases de máquinas especificadas . El cálculo de rodamientos, a excepción de los casos más corrientes, es muy complejo ; en realidad se trata de una auténtica especialidad cuyo dominio no puede exigirse al alumno . En consecuencia, los ejemplos que siguen deben tomarse en sentido didáctico; están extraídos del catálogo SKF y en ellos se emplea el método de cálculo por la seguridad de carga C/F . Problema 8.¿Qué duración nominal, en horas de funcionamiento, puede alcanzar un rodamiento rígido de bolas 6 308 (tabla 7 .41), siendo la carga radial constante F r = 280 kgf y la velocidad 800 r. p . m .? (fig . 7 .36) . Solución : Dado que no se ejerce ninguna carga axial sobre el rodamiento, la carga equivalente F = F r = 280 kgf .
Fig . 7.36 Rodamiento rígido de bolas ; carga cínica radial F,,
Según la tabla 7 .41, la capacidad de base dinámica C es de 3 200 kgf y la seguridad de carga es, pues : _C F
__
3 200 280
= 11,4
En la tabla 7 .34A se encuentra que la duración buscada es ligeramente inferior a 32 000 horas de funcionamiento . Tabla 7 .33
Seguridad de carga C/F, para diferentes duraciones expresadas en millones de revoluciones L Rodamientos de bolas
Duración en millones de revoluciones L
_C F
Duración en millones de revoluciones L
Rodamientos de rodillos
C F
Duración en millones de revoluciones L
C F
Duración en millones de revoluciones L
_C F
0,5 0,75 1
0,793 0,909 1
600 650 700
8,43 8,66 8,88
0,5 0,75 1
0,812 0,917 1
600 650 700
6,81 6,98 7,14
1,5 2 3
1,14 1,26 1,44
750 800 850
9,09 9,28 9,47
1,5 2 3
1,13 1,24 1,39
750 800 850
7,29 7,43 7,56
4 5 6
1,59 1,71 1,82
900 950 1000
9,65 9,83 10
4 5 6
1,52 1,62 1,71
900 950 1000
7,70 7,82 7,94
8 10 12
2 2,15 2,29
1 100 1200 1300
10,3 10,6 10,9
8 10 12
1,87 2 2,11
1 100 1200 1300
8,17 8,39 8,59
14 16 18
2,41 2,52 2,62
1400 1 500 1 600
11,2 11,4 11,7
14 16 18
2,21 2,30 2,38
1400 1 500 1 600
8,79 8,97 9,15
20 25 30
2,71 2,92 3,11
1700 1 800 1900
11,9 12,2 12,4
20 25 30
2,46 2,63 2,77
1700 1800 1900
9,31 9,48 9,63
35 40 45
3,27 3,42 3,56
2000 2200 2 400
12,6 13 13,4
35 40 45
2,91 3,02 3,13
2000 2200 2 400
9,78 10,1 10,3
50 60 70
3,68 3,91 4,12
2 600 2 800 3 000
13,8 14,1 14,4
50 60 70
3,23 3,42 3,58
2600 2 800 3 000
10,6 10,8 11
80 90 100
4,31 4,48 4,64
3200 3 400 3 600
14,7 15 15,3
80 90 100
3,72 3,86 3,98
3200 3 400 3600
11,3 11,5 11,7
120 140 160
4,93 5,19 5,43
3800 4000 4 500
15,6 15,9 16,5
120 140 160
4,20 4,40 4,58
3800 4000 4500
11,9 12 12,5
180 200 220
5,65 5,85 6,04
5000 5500 6 000
17,1 17,7 18,2
180 200 220
4,75 4,90 5,04
5000 5500 6000
12,9 13,2 13,6
240 260 280
6,21 6,38 6,54
6 500 7 000 7 500
18,7 19,1 19,6
240 260 280
5,18 5,30 5,42
6500 7 000 7 500
13,9 14,2 14,5
300 320 340
6,69 6,84 6,98
8 000 8 500 9 000
20 20,4 20,8
300 320 340
5,54 5,64 5,75
8 000 8 500 9000
14,8 15,1 15,4
360 380 400
7,11 7,24 7,37
9 500 10 000 12 000
21,2 21,5 22,9
360 380 400
5,85 5,94 6,03
9 500 10 000 12 000
15,6 15,8 16,7
420 440 460
7,49 7,61 7,72
14000 16 000 18 000
24,1 25,2 26,2
420 440 460
6,12 6,21 6,29
14000 16 000 18 000
17,5 18,2 18,9
480 500 550
7,83 7,94 8,19
20 000 25 000 30 000
27,1 29,2 31,1
480 500 550
6,37 6,45 6,64
20 000 25 000 30 000
19,5 20,9 22
Cortesía S. K. F.
Tabla 7.34A Seguridad de carga CIF, para diferentes duraciones expresadas en horas de funcionamiento y para diferente número de revoluciones para rodamientos de bolas Duración en horas Lh
Revoluciones por minuto 10
16
100 500 1 000
25
40
63
100
125
160
200
250
320
400
500
630
1,15
1,06 1,34
1,24 1,56
1,45 1,82
1,56 1,96
1,68 2,12
1,06 1,82 2,29
1,15 1,96 2,47
1,24 2,12 2,67
1,34 2,29 2,88
1,45 2,47 3,11
1,56 2,67 3,36
1,24 1,34 1,45
1,45 1,56 1,68
1,68 1,82 1,96
1,96 2,12 2,29
2,12 2,29 2,47
2,29 2,47 2,67
2,47 2,67 2,88
2,67 2,88 3,11
2,88 3,11 3,36
3,11 3,36 3,63
3,36 3,63 3,91
3,63 3,91 4,23
1 250 1 600 2000
1,06
1,06 1,15 1,24
2 500 3200 4 000
1,15 1,24 1,34
1,34 1,45 1,56
1,56 1,68 1,82
1,82 1,96 2,12
2,12 2,29 2,47
2,47 2,67 2,88
2,67 2,88 3,11
2,88 3,11 3,36
3,11 3,36 3,63
3,36 3,63 3,91
3,63 3,91 4,23
3,91 4,23 4,56
4,23 4,56 4,93
4,56 4,93 5,32
5 000 6 300 8 000
1,45 1,56 1,68
1,68 1,82 1,96
1,96 2,12 2,29
2,29 2,47 2,67
2,67 2,88 3,11
3,11 3,36 3,63
3,36 3,63 3,91
3,63 3,91 4,23
3,91 4,23 4,56
4,23 4,56 4,93
4,56 4,93 5,32
4,93 5,32 5,75
5,32 5,75 6,20
5,75 6,20 6,70
10 000 12500 16000
1,82 1,96 2,12
2,12 2,29 2,47
2,47 2,67 2,88
2,88 3,11 3,36
3,36 3,63 3,91
3,91 4,23 4,56
4,23 4,56 4,93
4,56 4,93 5,32
4,93 5,32 5,75
5,32 5,75 6,20
5,75 6,20 6,70
6,20 6,70 7,23
6,70 7,23 7,81
7,23 7,81 8,43
20000 25 000 32 000
2,29 2,47 2,67
2,67 2,88 3,11
3,11 3,36 3,63
3,63 3,91 4,23
4,23 4,56 4,93
4,93 5,32 5,75
5,32 5,75 6,20
5,75 6,20 6,70
6,20 6,70 7,23
6,70 7,23 7,81
7,23 7,81 8,43
7,81 8,43 9,11
8,43 9,11 9,83
9,11 9,83 10,6
40 000 50 000 63000
2,88 3,11 3,36
3,36 3,63 3,91
3,91 4,23 4,56
4,56 4,93 5,32
5,32 5,75 6,20
6,20 6,70 7,23
6,70 7,23 7,81
7,23 7,81 8,43
7,81 8,43 9,11
8,43 9,11 9,83 10,6 9,11 9,83 10,6 11,5 9,83 10,6 11,5 12,4
80 000 100 000 200 000
3,63 3,91 4,93
4,23 4,56 5,75
4,93 5,32 6,70
5,75 6,20 7,81
6,70 7,81 8,43 9,11 9,83 10,6 7,23 8,43 9,11 9,83 10,6 11,5 9,11 10,6 11,5 12,4 13,4 14,5
Duración en horas L
11,5 12,4 15,6
12,4 13,4 16,8
13,4 14,5 18,2
11,5 12,4 13,4 14,5 15,6 19,6
Revoluciones por minuto 800
1000
1250
1600 2000 2500 3200 4000 5000 6300 8000 1~III 12500 160(.10
100 500 1 000
1,68 2,88 3,63
1,82 3,11 3,91
1,96 3,36 4,23
2,12 3,63 4,56
2,29 3,91 4,93
2,47 4,23 5,32
2,67 4,56 5,75
2,88 4,93 6,20
3,11 5,32 6,70
3,36 5,75 7,23
3,63 6,20 7,81
1 250 1 600 2000
3,91 4,23 4,56
4,23 4,56 4,93
4,56 4,93 5,32
4,93 5,32 5,75
5,32 5,75 6,20
5,75 6,20 6,70
6,20 6,70 7,23
6,70 7,23 7,81
7,23 7,81 8,43
7,81 8,43 9,11
8,43 9,11 9,83 10,6 9,11 9,83 10,6 11,5 9,83 10,6 11,5 12,4
2 500 3200 4 000
4,93 5,32 5,75
5,32 5,75 6,20
5,75 6,20 6,70
6,20 6,70 7,23
6,70 7,23 7,81
7,23 7,81 8,43
7,81 8,43 9,11
8,43 9,11 9,83 10,6 9,11 9,83 10,6 11,5 9,83 10,6 11,5 12,4
5 000 6 300 8 000
6,20 6,70 7,23
6,70 7,23 7,81
7,23 7,81 8,43
7,81 8,43 9,11
8,43 9,11 9,83 10,6 9,11 9,83 10,6 11,5 9,83 10,6 11,5 12,4
10 000 12500 16 000
7,81 8,43 9,11
8,43 9,11 9,83 10,6 9,11 9,83 10,6 11,5 9,83 10,6 11,5 12,4
3,91 6,70 8,43
4,23 7,23 9,11
4,56 7,81 9,83
11,5 12,4 13,4
12,4 13,4 14,5
13,4 14,5 15,6
11,5 12,4 13,4
12,4 13,4 14,5
13,4 14,5 15,6
14,5 15,6 16,8
15,6 16,8 18,2
16,8 18,2 19,6
11,5 12,4 13,4
12,4 13,4 14,5
13,4 14,5 15,6
14,5 15,6 16,8
15,6 16,8 18,2
16,8 18,2 19,6
18,2 19,6 21,2
19,6 21,2 22,9
21,2 22,9 24,7 26,7 28,8 31,1
20 000 25 000 32 000
9,83 10,6 10,6 11,5 11,5 12,4
11,5 12,4 13,4
12,4 13,4 14,5
13,4 14,5 15,6
14,5 15,6 16,8
15,6 16,8 18,2
16,8 18,2 19,6
18,2 19,6 21,2
19,6 21,2 22,9
21,2 22,9 24,7
22,9 24,7 26,7
24,7 26,7 28,8
40 000 50 000 63 000
12,4 13,4 14,5
13,4 14,5 15,6
14,5 15,6 16,8
15,6 16,8 18,2
16,8 18,2 19,6
18,2 19,6 21,2
19,6 21,2 22,9
21,2 22,9 24,7
22,9 24,7 26,7
24,7 26,7 28,8
26,7 28,8 31,1
28,8 31,1
31,1
80 000 100 000 200 000
15,6 16,8 21,2
16,8 18,2 22,9
18,2 19,6 24,7
19,6 21,2 26,7
21,2 22,9 28,8
22,9 24,7 31,1
24,7 26,7
26,7 28,8
28,8 31,1
31,1
Cortesía S. K. F.
157
Tabla 7.3413 Seguridad de carga C/F, para diferentes duraciones expresadas en horas de funcionamiento y para diferente número de revoluciones para rodamientos de rodillos Duración en horas Lh
Revoluciones por minuto 10
16
100 500 1 000
25
40
63
100
125
160
200
250
320
400
500
630
1,21 1,49
1,39 1,71
1,49 1,83
1,60 1,97
1,05 1,71 2,11
1,13 1,83 2,26
1,21 1,97 2,42
1,30 2,11 2,59
1,39 2,26 2,78
1,49 2,42 2,97
1,13
1,05 1,30
1,05
1,05 1,13 1,21
1,21 1,30 1,39
1,39 1,49 1,60
1,60 1,71 1,83
1,83 1,97 2,11
1,97 2,11 2,26
2,11 2,26 2,42
2,26 2,42 2,59
2,42 2,59 2,78
2,59 2,78 2,97
2,78 2,97 3,19
2,97 3,19 3,42
3,19 3,42 3,66
1,13 1,21 1,30
1,30 1,39 1,49
1,49 1,60 1,71
1,71 1,83 1,97
1,97 2,11 2,26
2,26 2,42 2,59
2,42 2,59 2,78
2,59 2,78 2,97
2,78 2,97 3,19
2,97 3,19 3,42
3,19 3,42 3,66
3,42 3,66 3,92
3,66 3,92 4,20
3,92 4,20 4,50
5 000 6 300 8 000
1,39 1,49 1,60
1,60 1,71 1,83
1,83 1,97 2,11
2,11 2,26 2,42
2,42 2,59 2,78
2,78 2,97 3,19
2,97 3,19 3,42
3,19 3,42 3,66
3,42 3,66 3,92
3,66 3,92 4,20
3,92 4,20 4,50
4,20 4,50 4,82
4,50 4,82 5,17
4,82 5,17 5,54
10 000 12 500 16 000
1,71 1,83 1,97
1,97 2,11 2,26
2,26 2,42 2,59
2,59 2,78 2,97
2,97 3,19 3,42
3,42 3,66 3,92
3,66 3,92 4,20
3,92 4,20 4,50
4,20 4,50 4,82
4,50 4,82 5,17
4,82 5,17 5,54
5,17 5,54 5,94
5,54 5,94 6,36
5,94 6,36 6,81
20 000 25 000 32 000
2,11 2,26 2,42
2,42 2,59 2,78
2,78 2,97 3,19
3,19 3,66 3,42 -3,92 3,66 4,20
4,20 4,50 4,82
4,50 4,82 5,17
4,82 5,17 5,54
5,17 5,54 5,94
5,54 5,94 6,36
5,94 6,36 6,81
6,36 6,81 7,30
6,81 7,30 7,82
7,30 7,82 8,38
40 000 50 000 63 000
2,59 2,78 2,97
2,97 3,19 3,42
3,42 3,66 3,92
3,92 4,20 4,50
4,50 4,82 5,17
5,17 5,54 5,94
5,54 5,94 6,36
5,94 6,36 6,81
6,36 6,81 7,30
6,81 7,30 7,82
7,30 7,82 8,38
7,82 8,38 8,98
8,38 8,98 8,98 9,62 9,62 10,3
80 000 100 000 200 000
3,19 3,42 4,20
3,66 3,92 4,82
4,20 4,50 5,54
4,82 5,17 6,36
5,54 5,94 7,30
6,36 6,81 8,38
6,81 7,30 8,98
7,30 7,82 8,38 8,98 9,62 10,3 7,82 8,38 8,98 9,62 10,3 11,0 9,62 10,3 11,0 11,8 12,7 13,6
1 250 1 600 2000 2 500 3200 4 000
Duración en horas L,,
11,0 11,8 14,6
Revoluciones por minuto 800
1000
1250
1600 2000 2500 3200 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000
100 500 1 000
1,60 2,59 3,19
1,71 2,78 3,42
1,83 2,97 3,66
1,97 3,19 3,92
2,11 3,42 4,20
2,26 3,66 4,50
2,42 3,92 4,82
2,59 4,20 5,17
2,78 4,50 5,54
2,97 4,82 5,94
3,19 5,17 6,36
3,42 5,54 6,81
3,66 5,94 7,30
3,92 6,36 7,82
1 250 1 600 2000
3,42 3,66 3,92
3,66 3,92 4,20
3,92 4,20 4,50
4,20 4,50 4,82
4,50 4,82 5,17
4,82 5,17 5,54
5,17 5,54 5,94
5,54 5,94 6,36
5,94 6,36 6,81
6,36 6,81 7,30
6,81 7,30 7,82
7,30 7,82 8,38
7,82 8,38 8,98
8,38 8,98 9,62
2 500 3200 4 000
4,20 4,50 4,82
4,50 4,82 5,17
4,82 5,17 5,54
5,17 5,54 5,94
5,54 5,94 6,36
5,94 6,36 6,81
6,36 6,81 7,30
6,81 7,30 7,82
7,30 7,82 8,38
7,82 8,38 8,98
8,38 8,98 9,62 10,3 8,98 9,62 10,3 11,0 9,62 10,3 11,0 11,8
5 000 6 300 8 000
5,17 5,54 5,94
5,54 5,94 6,36
5,94 6,36 6,81
6,36 6,81 7,30
6,81 7,30 7,82
7,30 7,82 8,38
7,82 8,38 8,98
8,38 8,98 9,62 10,3 8,98 9,62 10,3 11,0 9,62 10,3 11,0 11,8
10 000 12 500 16 000
6,36 6,81 7,30
6,81 7,30 7,82
7,30 7,82 8,38
7,82 8,38 8,98
8,38 8,98 9,62 10,3 8,98 9,62 10,3 11,0 9,62 10,3 11,0 11,8
20 000 25 000 32 000
7,82 8,38 8,98
8,38 8,98 9,62 10,3 8,98 9,62 10,3 11,0 9,62 10,3 11,0 11,8
40 000 50 000 63 000 80 000 100 000 200 000 Cortesía S. K,
15 8
F.
11,8 12,7 13,6
12,7 13,6 14,6
11,0 11,8 12,7
11,8 12,7 13,6
12,7 13,6 14,6
13,6 14,6 15,6
14,6 15,6 16,7
15,6 16,7 17,9
17,9 19,2 20,6
19,2 20,6
11,0 11,8 12,7
11,8 12,7 13,6
12,7 13,6 14,6
13,6 14,6 15,6
14,6 15,6 16,7
15,6 16,7 17,9
16,7 17,9 19,2
17,9 19,2 19,2 20,6 20,6.
20,6
9,62 10,3 10,3 11,0 11,0 11,8
11,0 11,8 12,7
11,8 12,7 13,6
12,7 13,6 14,6
13,6 14,6 15,6
14,6 15,6 16,7
15,6 16,7 17,9
16,7 17,9 19,2
11,8 12,7 15,6
13,6 14,6 17,9
14,6 15,6 19,2
15,6 16,7 20,6
16,7 17,9
17,9 19,2
19,2 20,6
20,6
12,7 13,6 16,7
11,0 11,8 12,7
Tabla 7.35
Duración nominal Lh para diferentes clases de máquinas Duración en horas de funcionamiento
Clases de máquinas
Instrumentos y aparatos de poco uso. Aparatos de demostración, dispositivos para maniobra de puertas correderas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
500
Máquinas para servicio corto o intermitente cuando eventuales perturbaciones en el servicio son de poca importancia: Máquinas-herramienta manuales, aparatos de elevación para talleres, máquinas movidas a mano en general, máquinas agrícolas, grúas de montaje, aparatos domésticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4000 - 8000
Máquinas para servicio intermitente cuando eventuales perturbaciones en el servicio son de mucha importancia: Máquinas auxiliares para centrales de fuerza, equipos de transporte para fabricación continua en cadena, ascensores, grúas para carga general, máquinas-herramienta de poco uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8000 - 12-000
Máquinas para 8 horas de servicio diario, no totalmente utilizadas : Motores eléctricos estacionarios, engranajes para usos generales . . . . . . . . .
12 000 - 20 000
Máquinas para 8 horas de servicio diario, totalmente utilizadas : Máquinas para talleres industriales en general, grúas para trabajo continuo, ventiladores, transmisiones intermediarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20 000
30 000
Máquinas para servicio continuo (24 horas diarias) : Separadoras centrífugas, compresores, bombas, ascensores de minas, motores eléctricos estacionarios, máquinas de servicio continuo en navíos de guerra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40 000 - 60 000
Máquinas para 24 horas diarias de servicio con gran seguridad: Máquinas para la fabricación de celulosa y papel, máquinas para el servicio público de fuerza motriz, bombas de minas, bombas de abastecimientos públicos de agua, máquinas de servicio continuo en buques mercantes . . . . . . . . . . . . ., . . . . . . . . . . . . . . ., . , ., . . . . . . . ., . . . . . .
100 000 - 200 000
Cortesía S . K. F.
Problema 9.° Sobre el rodamiento 6 308 (tabla 7.41) del problema 8.°, se ejerce, además de la carga radial F r = 280 kgf una carga axial Fa = 170 kgf (fig . 7.37) . ¿Qué duración puede, pues, alcanzar? Solución : Se obtiene la carga equivalente con la ecuación [61 y de la tabla 7.29. Dado que la capacidad de base estática del rodamiento Co = 2 200 kgf (tabla 7.41), se tiene : _F a - -_ _ 170 Co 200
2
=
0,077
Según la tabla 7.29, se tiene X = 0,56 e Y = 1,6 con la condición de que mayor que e = 0,27 . Así sucede en este caso, porque : _ Según la ecuación
Fa Fr
Fa-r
sea
170__ = 0,61 280
[61, la carga equivalente sobre el rodamiento es : F = 0,56
x 280 + 1,6 x 170 = 429 kgf
Ya que, la seguridad de carga : C F
_
3200 __429_
_ 7,46
Según la tabla 7.34A se obtiene la duración buscada, o sea, alrededor de 9 000 horas de funcionamiento .
159
1F
Fig. 7.37 Rodamiento rígido de bolas, carga radial F, y carga axial Fa,
Tabla 7 .41
Rodamiento números
Dimensiones y características de un rodamiento rígido de bolas, serie 63 Capacidad de base en kgf
Milímetros
Dinámica C
Velocidad máxima permitida rp m
d
D
B
r --
Estática C,
6300 01 02
10 12 15
35 37 42
11 12 13
1 1,5 1,5
360 430 520
630 765 880
16000 16000 16000
6303 04 05
17 20 25
47 52 62
14 15 17
1,5 2 2
630 765 1 040
1060 1250 1 660
13000 13 000 10 000
6306 07 08
30 35 40
72 80 90
19 21 23
2 2,5 2,5
1460 1 760 2200
2200 2 600 3200
10000 8 000 8000
6309 10 11
45 50 55
100 110 120
25 27 29
2,5 3 3
3000 3 550 4 250
4150 4 800 5 600
8000 6000 6000
6312 13 14
60 65 70
130 140 150
31 33 35
3,5 3,5 3,5
4 800 5 500 6 300
6400 7200 8150
5 000 5 000 5000
6315 16 17
75 80 85
160 170 180
37 39 41
3,5 3,5 4
7200 8 000 8 800
9 000 9 650 10400
4000 4 000 4000
6318 19 20
90 95 100
190 200 215
43 45 47
4 4 4
9 800 11 200 13 200
11 200 12 000 13 700
3000 3000 3000
6321 22 24
105 110 120
225 240 260
49 50 55
4 4 4
14 300 16 600 17 000
14 300 16 000 16 300
2 500 2 500 2500
6326 28 30
130 140 150
280 300 320
58 62 65
5 5 5
19 600 22 400 25 500
18 000 20 000 21 600
2500 2000 2000
Cortesía S . K. F.
Problema 10 .° Elegir un rodamiento rígido de bolas para soportar una carga radial F r = 525 kgf a 1 000 revoluciones por minuto . La duración debe alcanzar 20 000 horas de funcionamiento . Solución : Dado que no se ejerce ninguna carga axial sobre el rodamiento, la carga equivalente
F = F r = 525 kgf .
Según la tabla 7 .34A, la seguridad de carga requerida la capacidad de base requerida : C = 10,6 - F = 10,6
x
F
= 10,6 y, por consecuencia
525 = 5 565 kgf
Conviene escoger el rodamiento 6 216 (tabla 7 .42) con la capacidad de base C = 5 700 kgf o el rodamiento 6 311 (tabla 7 .41) con la capacidad de base C = 5 600 kgf, de acuerdo con el diámetro de eje requerido para la aplicación .
Problema 11 .° Se quiere escoger un rodamiento rígido de bolas que, a 1 600 revoluciones por minuto, soporte una carga radial F r = 220 kgf y una carga axial Fa = 45 kgf (fig . 7.38) . Se desea una duración nominal de 10 000 horas de funcionamiento . Fig . 7 .38 Rodamiento rígido de bolas, con carga radial F, y pequeña carga axial F .,
Solución : e
= Far =
220
= 0,204
Tabla 7 .42
Rodamiento números
Dimensiones y características de un rodamiento rígido de bolas, serie 63 Capacidad de base en kgf
Milímetros
Estática Co
r -
Dinámica C
Velocidad máxima permitida rpm
d
D
g
6200 01 02
10 12 15
30 32 35
9 10 11
1 1 1
224 300 355
6203 04 05
17 20 25
400 540 610
20000 20000 16000
40 47 52
12 14 15
1 1,5 1,5
440 655 710
6206 07 08
750 1 000 1 100
16000 16 000 13 000
30 35 40
62 72 80
16 17 18
1,5 2 2
6209 10 11
1 000 1370 1 600
1 530 2000 2 280
45 50 55
85 90 100
13 000 10 000 10 000
19 20 21
6212 13 14
2 2 2,5
1 830 2120 2 600
2 550 2 750 3400
60 65 70
110 120 125
8 000 8 000 8 000
22 23 24
2,5 2,5 2,5
3200 3 550 3 900
4050 4 400 4 800
6215 16 17
75 80 85
6000 6000 5000
130 140 150
25 26 28
2,5 3 3
6218 19 20
4 250 4 550 5 500
5200 5 700 6 550
90 95 100
160 170 180
5 000 5 000 4 000
30 32 34
6221 22 24
3 3,5 3,5
6300 7200 8150
7 500 8 500 9 650
105 110 120
190 200 215
4 000 4000 3000
36 38 40
3,5 3,5 3,5
6226 28 30 32
9 300 10 400 10 400
10 400 11 200 11 400
3000 3 000 3 000
130 140 150 1,60
230 250 270 290
40 42 45 48
4 4 4 4
11 600 12 900 14 300 15 600
6234 36 38 40
170 180 190 200
12 200 12 900 13 700 14 300
2 500 2 500 2 500 2000
310 320 340 360
52 52 55 58
5 5 5 5
19 000 20 400 24 000 26 500
16 600 17 600 20 000 21 200
2000 1 600 1 600 1 600
Cortesía S. K. F.
Este valor es inferior al valor e de la tabla 7.28 y, por consecuencia, X = 1 e Y = 0 . Se tiene, pues : F = F r = 220 kgf
F
Según la tabla 7 .33, la seguridad de carga requerida es de 9,83 . El rodamiento rígido de bolas debe tener una capacidad de base dinámica C mínima de 9,83 - F = 9,83 x 220 = 2 160 kgf. Convendría, por ejemplo, escoger el rodamiento 6 208 (tabla 7.42) que tiene una capacidad de base C = 2 280 kgf .
Problema
12.o
Dos rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular de la serie 73 BG (tabla 7.43), han de montarse apareados en montaje 0 . La carga radial F r = 200 kgf y la axial F a = 1 000 kgf (fig . 7.39) . ¿Qué tamaño de rodamiento es el adecuado, si el número de revoluciones es de 1 500 por minuto y la duración nominal debe llegar a un mínimo de 20 000 horas de funcionamiento? Solución :
Fa_ _ _1 000 Fr 200
_
5
Este valor es mayor que e = 1,14 y, según la tabla 7 .29, X = 0,57 e Y = 0,93 .
11 .
fecnologla 2. 1.
Fig. 7.39 Rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular montaje 0.
Tabla 7 .43
Características de los rodamientos de una hilera de bolas de contacto angular, serie 72 BG Y 73 BG
Rodamiento número Fig.
Fig. 7.46 El tipo de montaje"determina la tolerancia del asiento : eje fijo y soporte giratorio .
Capacidad de base en kgf para un par de rodamientos Estática Dinámica Ce C
Velocidad máxima permitida
Dinámica C
7205 BG 06 BG 07 BG
1 560 2 240 3 060
1860 2 600 3 450
7208 B G 09 BG 10 B G
8000 8000 6000
7304 BG 05 BG 06 BG
1660 2 500 3 400
2200 3100 3 900
8000 8000 6000
3 800 4 320 4 720
4 050 4 550 4 750
6000 5000 5000
7307 BG 08 BG 09 BG
4 080 5100 6 800
7211 BG 12 BG 13 BG
6 000 7 300 8600
5 850 7100 8000
4 650 5 700 7 350
6000 5000 5000
5000 4000 4000
7310 BG 11 BG 12 BG
7214 BG 15 BG 16 BG
9 500 10 000 11400
8100 9 500 11000
8 650 10 000 11400
4000 4000 4000
8 800 9 000 10200
4000 3000 3000
7217 BG 18 BG 19 BG
13100 15 300 17 600
7313 BG 14 BG 15 BG
12 600 14 700 16300
12 900 14 600 15600
3000 3000 3000
11 400 13 400 15 300
3000 2500 2500
7220 BG 21 SG 22 B G
7316 BG 17 BG 18 BG _
18 300 20 400 22 800
17 000 18 300 19 600
3000 2500 2500
18600 20 800 23 200
16 600 18 000 19 300
2500 2000 2000
7319 20 21 22
25 000 30 600 33 200 38 600
21 200 24 000 25 500 28 500
2000 2000 2000 2000
Rodamiento de rodillas a rótula,
7 .45 El tipo de montaje determina la tolerancia del asiento : soporte estacionario y árbol giratorio .
Velocidad máxima Rodamiento permitida número
Estática Ce
7.40
Fig .
Capacidad de base en kgf para un par de rodamientos
rpm
8G BG BG BG
rpm
Cortesía S . K. F.
La ecuación [61 da la carga equivalente : Fig.
7.47
No emplear el rodamiento como calibre . A
F = 0,57
x
200 + 0,93
x
1 000 = 1 044 kgf
La duración nominal L h de 20 000 horas corresponde, según la ecuación [81, a una duración L = 1 800 millones de revoluciones y, según la tabla 7 .33, la seguridad de carga requerida
F
= 12,2 . Los rodamientos deben, pues, tener una capacidad de base dinámica de, por lo menos, C = 12,2 - F = 12,2 x 1 044 = 12 700 kgf. Serán adecuados dos rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular 7 313 BG que, montados apareados, tienen una capacidad de base dinámica C de 12 900 kgf (tabla 7 .43) . gentileza S. K. F.
Problema 13,0
Fig . 7 .48
apoyo sobre anillo exterior
Se trata de escoger un rodamiento de rodillos a rótula (fig . 7 .40) de la serie 232 C (tabla 7 .44) . El rodamiento soportará una carga radial F r = 5 000 kgf y una carga axial F a = 1 000 kgf . La velocidad es de 400 r . p . m . y la duración nominal debe alcanzar 40 000 horas de funcio namiento . Según un cálculo aproximado, el diámetro del agujero del rodamiento debe ser por lo menos 120 mm .
Montaje de rodamientos : A, correcto, B, incorrecto,
Solución : Fa FF
__
1 000
5000
_ -
0,2
Este valor es inferior al valor de e, de la tabla 7 .29, y, por consiguiente, se tiene e Y = 2. La carga equivalente es, según la ecuación [61 : F=1
gentileza S . K. F.
Fig .
7.49
Baño de aceite para dilatar el anillo interior .
x
5000+2 x 1000=7000 kgf
Según la tabla 7.34B, la seguridad de carga requerida - F = 7,82 . El rodamiento debe, pues, tener una capacidad de base C mínima de 7,82 - F = 7,82 x 7 000 = 54 750 kgf. El rodamiento de rodillos a rótula 23 226 C (tabla 7 .44) tiene una capacidad de base C = 58 500 kgf y 130 mm de diámetro de agujero y es, por tanto, apropiado . La duración nominal del rodamiento será de unas 50 000 horas de funcionamiento .
162
Tabla 7.44 Rodamiento con agujero cilíndrico número
Dimensiones y características de los rodamientos de rodillos a rótula Rodamiento con agujero cónico número
Capacidad de base en kgf
Milímetros d
D
B
E
r
Velocid. máxima Estática Dinámica permitida C rpm
23218 C 20 C 22 C
23218 CK 20 C K 22 CK
23224 C 26 C 28 C
90 100 110
160 180 200
52,4 60,3 69,8
23224 C K 26 C K 28 C K
107 118 130
3 3,5 3,5
27 000 36 000 46 500
120 130 140
215 230 250
2000 1600 1600
23230 C 32 C 34 C
23230 C K 32 C K 34 CK
76 80 88
26 500 35 500 44 000
141 152 165
3,5 4 4
150 160 170
270 290 310
96 104 110
55 000 63 000 75 000
51 000 58 500 68 000
1600 1300 1300
23236 C 38 C 40 C
23236 C K 38 C K 40 C K
176 189 201
4 4 5
180 190 200
320 340 360
112 120 128
88 000 80 000 100 000 90 000 116 000 104 000
1000 1000 1000
23244 C 48 C 52 CA
23244 C K 48 C K 52 CAK
211 223 236
5 5 5
220 240 260
400 440 480
800 800 600
260 287
23256 CA 60 CA 64 CA
144 160 174
127 000 110 000 143 000 122 000 160 000 137 000
5 5 6
23256 CAK 60 CAK 64 CAK
280 300 320
500 540 580
208 000 176 000 250 000 212 000 260 000 224 000
176 192 208
6 6 6
600 500 500
280 000 236 000 335 000 280 000 390 000 320 000
400 400 400
Fig . 7.50 Efecto pernicioso en los caminos de rodadura por montajes defectuosos.
Fig. 7.59
Montaje del anillo exterior.
Cortesía S. K . F.
7 .3 .2
Montaje y ajuste cle los rodamientos
He aquí unas nociones sobre la manera de montar los rodamientos, según las recomendaciones de las casas fabricantes . Conviene seguir cuidadosamente estas instrucciones : los diseños mejor estudiados y las protecciones más eficaces no sirven de nada, si el rodamiento se inutiliza al montarlo o desmontarlo .
°-
- Cuídese de la limpieza de los rodamientos : el polvo y otras suciedades pueden estropearlos rápidamente . Manténgase, pues, el rodamiento embalado hasta el momento de montarlo . - Elíjanse ajustes correctos para el rodamiento . Para ello, conviene atenerse a las recomendaciones de las casas fabricantes . En general, hay que decir que, si el eje es giratorio y el soporte estacionario (fig . 7 .45), debe montarse el aro interior con ajuste fuerte . Si, por el contrario, el soporte es giratorio y el eje fijo (fig . 7 .46), es el aro exterior el que debe montarse con ajuste fuerte . - Al mecanizar el eje no debe emplearse el rodamiento como calibre (fig . 7 .47), pues el ajuste puede resultar incorrecto y, además, se corre el riesgo de que penetren virutas o suciedad en el interior del rodamiento . Es mucho mejor utilizar un micrómetro o pálmer o un calibre de tolerancia . - El montaje de un rodamiento en el eje se efectúa empleando un tubo en cuyo extremo se coloca un plano sobre el cual se golpea ligeramente . El tubo debe apoyarse únicamente en el aro interior (fig . 7 .48) . Se facilita el montaje, si previamente se calienta el rodamiento en un baño de aceite mineral hasta 80 oC (fig . 7 .49) . - Si se monta el rodamiento sobre el eje, dando golpes sobre el aro exterior, puede dañarse el rodamiento, porque las bolas pueden quedar marcadas en los caminos de rodadura (fig . 7 .50) . - Si el aro exterior es fijo, con frecuencia se monta el rodamiento a mano o con ligera presión . Si es giratorio, y por tanto debe montarse con ajuste fuerte, el empuje se ha de aplicar únicamente sobre el aro exterior (fig . 7 .51) . - A fin de facilitar el desmontaje, el resalto del eje no debe hacerse demasiado grande (fig . 7 .52) . En muchos casos será necesario proveer al eje de unas entalladuras (fig . 7 .53A), que permitan el uso de un extractor (fig . 7.53B) . Precauciones semejantes se habrán de tomar en el alojamiento del aro exterior, cuando éste deba ser montado con ajuste fuerte . - Para desmontar el rodamiento, si es posible, se empleará un extractar al efecto (figura 7.53C) . Otra manera de desmontarlo es apoyar el aro interior en un soporte adecuado (fig . 7 .54) y desmontar el eje, dando golpes en su extremo, pero interponiendo entre el eje y el martillo una barra de bronce de diámetro adecuado . Debe procurarse que el aro interior apoye uniformemente sobre el soporte . Jamás se empleará el cincel para desmontar rodamientos (fig . 7 .55), pues el cincel puede arrancar fragmentos del aro interior y, además, puede dañar el eje produciendo resaltos que impedirán después el correcto ajuste . 163
apoyo sobr anillo interior
Fig. 7.52 Montaje de rodamientos sobre resalte : A, bien ; B, mal,
Fig. 7.53 A, entalladuras en el eje ; B, las entalladuras facilitan el uso del extractor; C, extractor de rodamientos .
Un procedimiento especial de desmontaje, para grandes rodamientos, es el desmontaje por presión de aceite (fig . 7 .56) . - Si el montaje de un rodamiento de bolas a rótula se hace sobre manguito de fijación, para ajustarlo, una vez colocado en su sitio (fig . 7 .57), apriétese la tuerca, al mismo tiempo que se gira y mueve el aro exterior, para darse cuenta de cómo disminuye el juego interior del rodamiento . Cuando se considere que el juego ha disminuido la mitad, apriétese la tuerca hasta la más próxima aleta de la arandela de cierre, pero nada más, y asegúrese la tuerca en esta posición . El aro exterior debe poderse todavía mover en todas direcciones . Para desplazar el manguito de fijación a lo largo del eje, se abre un poco la ranura del manguito, mediante un destornillador (fig . 7 .58) .
Fig. 7.54 Desmontaje de rodamiento por medio de soporte y barra de bronce .
Fig . 7.56 líco .
7 .3 .3
Desmontaje hidráu-
Fig . 7.57 Fijación con manguito cónico .
Fig . 7.58 Manera de faci litar la colocación del manguito cónico .
Lubrícacíón y mantenímiento de los rodamientos
En general, es preferible lubricar los rodamientos con grasa . Sin embargo, se emplea también el aceite, por ejemplo, para altas velocidades, o cuando la máquina tiene lubricación general por aceite . Los rodamientos axiales de rodillos a rótula se lubrican también con aceite, casi siempre.
Fig .
7.55
Fig. 7 .59
Manera defectuosa de montar un rodamiento .
Nivel máximo de la grasa .
Si se lubrica el rodamiento con grasa, no debe llenarse el soporte más de los 2/3 de su capacidad (fig . 7 .59), pues un exceso de grasa puede causar el calentamiento del rodamiento ; debe usarse grasa apropiada para rodamientos . Si se usa aceite, el nivel superior del mismo debe estar situado un poco más bajo que el centro del rodillo inferior (fig . 7 .60) . La mayoría de los rodamientos de bolas y muchos de los de rodillos en los que se utiliza la grasa, no necesitan lubricarse más que una o dos veces al año . Con velocidades elevadas han de ser lubricados a intervalos mucho más cortos . Con aceite, los intervalos deben ser también mucho más cortos . Para trabajo duro, será necesario, en muchos casos, emplear lubricación continua . Los rodamientos deben ser limpiados y revisados periódicamente . Si el rodamiento está sometido a una carga elevada, convendrá hacer esta operación una vez al año . Para limpiar los rodamientos se puede emplear gasolina o bencina (¡cuidado, son inflamables!), o, mejor, petróleo de buena calidad . Después de lavados, deben ser engrasados y montados en seguida, haciéndolos girar unas cuantas vueltas para que el lubricante penetre por todo el rodamiento, sobre todo si han de estar cierto tiempo sin funcionar .
7.3 .4
Soportes para rodamientos
El acoplar un rodamiento supone la realización de un mecanizado de mandrinado de cierta precisión ; hay que disponer para ello de máquinas apropiadas . Cuando sea posible, el acoplamiento de rodamientos puede hacerse sobre soportes normalizados, construidos por las casas de rodamientos. El montaje sobre soportes resulta sencillo y rápido, y sobre todo más económico .
Fig . 7 .60
Nivel máximo del aceite .
Los soportes son de estructura robusta, de dimensiones relativamente reducidas (figura 7 .61A) y llevan incorporados los engrasadores correspondientes . En algunos soportes ya está incorporado el rodamiento (fig . 7 .61 B y C) ; este tipo de soportes es apropiado para velocidades y cargas moderadas, en las que interese un acoplamiento rápido y sencillo . El soporte de la figura 7 .61D, llamado de vagoneta, es utilizado para extremos de ejes ; lleva una tapa lateral para facilitar el engrase y evitar la entrada de suciedad .
7.3 .4 .1
Montaje de soportes
Es posible que, a veces, se monten los soportes sobre planos no mecanizados ; en tal caso los ejes no quedan perfectamente alineados y, por ello, los rodamientos de bolas o rodillos deben ser de rótula . 164
La fijación del eje al rodamiento puede ser con manguito de fijación (figura 7.62A y B) ; con anillo y tornillo (fig . 7.62C) ; con eje escalonado y casquillo (fig . 7 .62D) ; con escalón y tuerca (fig . 7 .62E) . Para dimensiones y tipos de soportes hay que consultar catálogos .
A
B
c
g,
_
C;
y -
escalón
Fig. 7.62 Fijación delrodamiento al eje : A y B, con manguito cónico ; C, con anillo y tornillo ; D, con escalón lateral y casqui llo; E, con escalón y tuerca de seguridad.
- Silletas para soportes . Las silletas tienen la finalidad de sostener los soportes de rodamiento en transmisiones especiales . La forma y clase de silletas depende de la sujeción y del lugar de montaje, en cada caso . En la figura 7.63A, B y C se indican los tipos más comunes de silletas normalizadas y su forma de montaje. 7 .4
Acoplamientos
Son elementos que tienen por objeto transmitir el movimiento entre árboles coaxiales . 7.4 .1
Clasificación de los acoplamientos
Existe gran variedad de acoplamientos, con diferentes características, según sus aplicaciones . Se pueden clasificar en : - Acoplamientos rígidos o fijos. - Acoplamientos elásticos . - Acoplamientos móviles. - Embragues. 7 .4 .1 .1
Acoplamientos rígidos o fijos
Sirven para unir, de una manera permanente, los árboles de transmisión entre sí . Para ello se requiere que sus respectivos ejes geométricos coincidan exactamente . Si los ejes no coinciden el acoplamiento no debe hacerse, porque los árboles sufrirían un peligroso esfuerzo de fatiga . 165
c Fig. 7.63 Silletas : A, de techo y rótula ; B, de suelo; C, de pared.
Los acoplamientos rígidos principales son :
raff~ ::
911
- De manguito (fig . 7,64) : El momento de rotación que puede transmitir es : 1 F z f R
Fig . 7.65 Acoplamiento con manguito cónico elástico,
= = = =
N1c-z- F - f - R
1
fuerza normal que ejerce un tornillo en kgf número de tornillos coeficiente de rozamiento radio del árbol en cm Corte AB
Fig. 7.64 Acoplamiento de manguito,
- Por fricción de cono elástico (fig . 7 .65) : Al apretar un tornillo se produce una fuerza radial (fig . 7 .66) :
Fig. 7.66
F S a
Detalle de A
= fuerza radial en kgf = fuerza radial en kg = ángulo de inclinación de la hélice del tornillo
El momento que puede transmitir :
Mt-z_ .
tgFao
[10a]
.f .
F = fuerza axial de cada tornillo en kgf
Acoplamiento Seller (fig . 7 .67) : Es similar al de fricción por cono ; el momento que puede transmitir :
-
[10b]
Mt_S . f . R =z - Acoplamiento de platos (fig . 7 .68A y B) : Pueden transmitir un momento : Mt=f
ráu ia-4El140 Fig, 7.67
Acoplamiento Sel%r.
[10c]
F
-
platina 2170H.,
Fig . 7 .68 Acoplamiento de platos : A, contacto directo ; B, contacto con platina adherente.
166
7 .4 .1 .2
Acoplamientos elásticos
Se emplean para acoplar árboles, cuyos ejes no están perfectamente alineados . Como elemento elástico se utiliza cuero, caucho, algodón y muelle metálico . Permiten un arranque ligeramente progresivo, porque absorbe las deformaciones angulares de los ejes, debidas a la torsión. Los principales acoplamientos elásticos son : - Acoplamiento con casquillos de goma (fig . 7.69) . Es similar al de platos de la figura 7.68 . El momento torsor que puede transmitir :
casquillo de goma
Fig . 7.69 Acoplamiento elástico con casquillos de goma o cuero .
-
Acoplamiento con correa en estrella (fig . 7 .70) . Tiene la particularidad de que el arranque es muy suave y evita todo golpe violento . Se emplean para transmitir pequeñas potencias. llanta
yi_ .~ .G Corte AB
motor
~_wwv receptor
Fig . 7 .70 Acoplamiento con correa en estrella,
- Acoplamiento con paquetes de cuero (fig . 7 .71) . El desmontaje de los ejes o máquina se lleva a cabo sin necesidad de un desplazamiento axial . Se emplea para transmitir pequeñas potencias.
Fig. 7.72
Acoplamiento Periflex,
tacos de cuero
muelle
Fig. 7.71 Acoplamiento con tacos de cuero . - Acoplamiento Periflex (fig . 7 .72) . La unión se hace por medio de una llanta de goma que se fija con bridas . El desmontaje es muy sencillo . - Acoplamiento elástico de muelles (fig . 7.73) . Tiene la particularidad de que es muy elástico . Se emplea para aquellos casos en que el error de alineación sea considerable ; los muelles ceden y se adaptan perfectamente . El arranque es muy suave.
16 7
Fig, 7.73
Acoplamiento de muelles.
- Acoplamiento de seguridad (fig . 7.74) . Entre los platos se fija un elemento que admita la fricción, cuyo coeficiente de rozamiento es elevado . La presión del ferodo se puede graduar por medio de tornillos. El momento de rozamiento debe ser mayor que el momento torsor . En el caso de sobrecarga, patina sin más consecuencias.
ferodo
iiii~uw~ ~wvv
f- F-r=Mt=71620 f F r p n
' Fig. 7.74 Acoplamiento con limitación de par o de seguridad.
7.4 .1 .3
= = = = =
P n
[12a]
coeficiente de rozamiento del ferodo fuerza total que ejercen todos los tornillos en kgf radio medio de la pletina en cm potencia a transmitir en CV r. p. m. Acoplamientos móviles
Los acoplamientos móviles permiten cierto desplazamiento a los ejes, en el curso de su rotación . Los tipos más importantes de desplazamientos móviles son los siguientes : - Acoplamiento de garras (fig . 7 .75) . Se emplean para compensar las variaciones de longitud debidas a las dilataciones . Un árbol de acero se dilata 1 mm por cada metro de longitud, al aumentar la temperatura 100 °C .
Fig . 7.75 Acoplamiento de garras .
- Junta de Oldham (fig . 7.76) . Sirve para acoplar árboles paralelos que estén ligeramente descentrados . Esta junta permite pequeños movimientos transversales .
Fig.
7.76
Junta
Oldharn.
- Junta Cardan (fig . 7.77) . Permiten acoplamiento de ejes que forman ángulo, con posibilidad de sufrir desplazamientos angulares en todos los sentidos . El desplazamiento angular de los ejes debe ser menor de 45° . El movimiento que transmite la junta Cardan no es uniforme . 7.4 .1 .4
Embragues
Son acoplamientos que se pueden conectar o desconectar a voluntad, aun durante el funcionamiento de los árboles. Constan de un elemento fijo al árbol que transmite el movimiento (árbol conductor) y otro desplazable que va sobre el árbol que recibe el movimiento (árbol conducido) . Los embragues pueden ser: - De arrastre instantáneo. - De arrastre progresivo . - Automáticos . 7.4 .1 .4 .1 cruceta
~~
horquilla
Fig . 7.77
Junta Cardan .
Embragues de arrastre instantáneo
Este tipo de embragues se acoplan y desacoplan en reposo ; el desacoplamiento puede hacerse en .marcha. Los embragues de arrastre instantáneo también se llaman de dientes. Los principales tipos son los siguientes : - Embrague de dientes periféricos, con movimiento en ambos sentidos (fig . 7.78A) . - Embrague de dientes periféricos, con movimiento en un solo sentido (fig . 7 .788) . 168
- Embrague de dientes periféricos, con movimiento en ambos sentidos, pero con uno de preferencia (fig . 7.78C) . - Embrague de dientes frontales (fig . 7.78D) . Si la ~,elocidad es reducida pueden acoplarse en marcha . - Embrague por engranajes, interior y exterior (fig . 7.78E) .
OFE
D
ala Mil
Corte CO
Fig. 7.78 Embrague de dientes : A, movimiento en ambos sentidos ; B, movimiento en un solo sentido ; C, en los dos sentidos, preferentemente en uno ; D, acoplar sólo parado o a pequeña velocidad; E, de engranaje interior.
7 .4 .1 .4 .2
Embragues de arrastre progresivo Tienen la particularidad de que el embrague y desembrague se hace sobre la marcha ; el arranque puede ser suave y continuo . Estos embragues se llaman de fricción . La fricción puede ser metal con metal, metal con cuero o ferodo . Los principales tipos de embragues progresivos son : - Embragues de fricción, planos . Se fundan en la fuerza de rozamiento que se produce entre dos superficies en contacto, cuando una presiona sobre otra (fig . 7 .79) . El momento torsor que pueden transmitir es : p n Mt p n F f
= = = = =
[12bJ
Embrague de fricción pla-
momento torsor en cm - kgf potencia a transmitir en CV r . p. m. fuerza total de los muelles en kgf coeficiente de rozamiento
- Embragues radiales de fricción (fig . 7.80) . al de los planos . - Embragues de fricción cónicos (fig . 7.81) . uno exterior (macho) y otro, interior (hembra) .
Su fundamento es similar Constan de dos conos,
cono exterior
cono exterior
collar
A
Fig. 7 .79 no .
cono interior
Fig. 7.80
Embrague radial.
Fig . 7.81 Embrague cónico : A, accionamiento por collar; B, accionamiento por muelle. 1610
El momento torsor que pueden transmitir es : Mt=
f .F :. R
sen
aO
ó: L71 620 -
P n
sen
[131
oro
F = fuerza ejercida axialmente en kgf R = radio medio en cm - Embragues de fricción de accionamiento hidráulico y neumático (figura 7 .82) . Con respecto a los de accionamiento manual su manejo es más cómodo y sencillo y de mayor rendimiento, ya que se evita el rozamiento en la maniobra .
disco de fricción
A
Fig. 7.82
Fig. 7.83 Embrague de accionamiento electromagnético : A, sin colectores de flujo múltiple : 1, inductor fijo ; 2, rotor; 3, rodamiento ; 4, anillo ; 5, caja de bornes; 6, tuerca de ajuste ; 7, tornillo de posicionamiento ; 8, disco especial, de bronce ; 9, disco de acero; 10, armadura móvil; 11, pulsador de despegue; 12, medio de arrastre ; 13, tapa de arrastre . B, esquema de un embrague de accionamiento .
encajes
Embragues con accionamiento : A, hidráulico ; B, neumático.
- Embragues de fricción de accionamiento eléctrico magnético (fig . 7 .83) . El embragado y desembragado se hace por medio de un electroimán.
7 .4 .1 .4 .3
Embragues automáticos (fig . 7.84) Tienen la particularidad de que embragan sin ninguna fuerza exterior . Actúan automáticamente al llegar a un determinado número de revoluciones por minuto . 7.5
Trinquetes
Los trinquetes son mecanismos destinados a impedir el giro de un árbol en un sentido, permitiéndolo en el otro . El trinquete consta de una rueda dentada exterior (fig . 7 .85A) o interior (fig . 7.8513) de dientes oblicuos y de una uñeta, que actúa contra los dientes, por medio de un resorte o su propio peso . La rueda puede ser de dientes rectos (fig . 7.86) y el giro es posible en ambos sentidos . rueda giro
eje principal
Fig. 7.84
Embrague automático .
rueda A
Fig. 7 .85
7.5 .1 Fig . 7 .86
Trinquete de dientes rectos.
1
B
uñeta
giro
° . ..D--I-__ -
C
Trinquetes de dientes oblicuos : A, exterior; B, interior; C, lateral .
Aplicaciones de los trinquetes
Los trinquetes se emplean en numerosos mecanismos y con finalidades diversas ; en máquinas herramientas se suelen emplear para dar avances automáticos. 17 0
Algunas de las aplicaciones prácticas son las siguientes : - En el mecanismo del movimiento automático de avance, en la limadora (fig . 7 .87A) . - En el mecanismo de giro manual (en un solo sentido), en las taladradoras de chicharra (fig . 7 .8713) . - En llaves para apretar tornillos o tuercas donde el espacio es reducido (fig . 7 .88) . - En poleas movidas manualmente, el trinquete puede ser un sistema de seguridad (fig . 7.89) . - En frenos de trinquete (fig . 7 .90) . 7 .6
Transmisiones con correas y poleas
Las correas planas o trapeciales se emplean para transmitir un movimiento de rotación entre dos árboles, ordinariamente paralelos (fig . 7.91), en los cuales no sea necesario mantener una re/ación de transmisión exacta. En la transmisión por correas siempre hay pérdidas de potencia del 3 al 5 %, debidas al deslizamiento de las mismas . La elección apropiada de la correa plana o trapecial es un problema importante a tener en cuenta, al elaborar los priyect s . 7 .6 .1
Relación de transmisión
Fig. 7.87 Aplicaciones de los trinquetes . A, aplicado a la limadora; B, chicharra.
rueda
uñeta
La ley de transmisión viene dada por la fórmula general (fig . 7 .92) : di . n,
- d2 . n 2
Fig. 7 .88
Llave de trinquete .
Fig . 7.89
Trinquete de seguridad.
[14a]
Se llama relación de transmisión a : di d2
__ _nz n,
[15a]
Si se tiene en cuenta el deslizamiento y el grueso de la correa, entonces resulta : (d2 + at)
~
(1
- P)
[161
En correas planas de cuero p c 0,02 (2 %), y en las de tejido y goma p ~ 0,01 (1 %), la relación i puede ser hasta 5 ; en correas con tensor puede llegar hasta 10 . En estas fórmulas : d i y d2 ni y n2 i p a
= diámetro de las poleas mayor y menor en mm
= número de r . p . m . de las poleas mayor y menor
= relación de transmisión = coeficiente de deslizamiento en tanto por uno = espesor de correa en mm
giro
Fig . 7 .90 Trinquete acoplado a un freno de cinta .
7 .6 .2
Material de las correas Las correas se fabrican de distintos materiales pero los más empleados son :
1 .° Cuero al tanino o al cromo, de 4 a 6 mm de espesor . Para espesores mayores se unen en doble o triple capa por medio de adhesivos, teniendo entonces de 6 a 10 mm las de dos capas, o más de 10 mm las de tres . Según la calidad se dividen en tres clases y sus cargas de trabajo y velocidades recomendadas son :
conductora
Fig.
Ti
conducida
7.91
Transmisión por correa .
Fig. 7.92 abiertas .
Longitud de las correas
Clase I a t = 25 kgf/cm 2 utilizables hasta v = 12 m/s . Clase II a t = 29 kgf/cm 2 utilizables hasta v = 24 m/s . Clase III a t = 33 kgf/cm 2 utilizables hasta v = 45 m/s . 2 .' Tejido de algodón, nailon, pelo de camello, etc . Se hacen de una o varias capas de tejido . Para protegerlas del roce o agentes que puedan dañar el tejido se recubren de caucho o balata . Suelen ser del tipo sin fin, con lo que se logra una transmisión suave y sin golpes . La carga de trabajo puede variar de 125 a 240 kgf/cm 2 .
7 .6 .3
Longitud de la correa
Según la figura 7 .92, la longitud de la correa se puede obtener sumando todos los tramos, rectos y curvos . 1 .°
Longitud exacta .-
L =
n .
d'
2 d2
+ 2 C sen d20-
= arc sen
+ - ,U9~ó
[17]
[18a]
d, - d2 2 C
[19] 2 .°
"Longitud aproximada :
L = n .
d,
+ 2
d2
+ 2 C +
(di
4 C
d,)2
[20]
Para ángulos de Po menores de 140° conviene emplear la [17] . Si el mecanismo no dispone de elemento tensor convendrá tomar para longitud inicial Li = 0,98 L, con objeto de tener una tensión inicial que evite el deslizamiento . Para correas cruzadas (fig . 7 .93) : Fig.
7.93
L =
Longitud de las correas cruzadas .
d,
2 d2
+
[211
(d, + d2 ) 2 + 4 C 2
En las cuales : L d, d2 C 7 .6 .4
En La
= = = =
longitud diámetro diámetro distancia
de de de de
la correa en mm la polea mayor en mm la polea menor en mm centros en mm
Cálculo de correas planas
el cálculo de correas se presentan dos casos: Dada una potencia a transmitir, seleccionar la correa . Dada una correa, calcular la potencia que puede transmitir . potencia a transmitir viene dada por la fórmula : [221
Para que la transmisión sea posible debe haber una diferencia de fuerza entre el ramal cargado o conductor y el ramal descargado o conducido : F = T, (kgf [23] TZ Y la relación de tensiones entre T, y T Z es : _T, TZ
[241
En las cuales : P F v T, T2 e li
= = = = = = =
potencia a transmitir en CV fuerza tangencia¡ a transmitir en kgf velocidad lineal en m/s fuerza total en el ramal conductor en kgf fuerza total en el ramal conducido en kgf base de los logaritmos neperianos = 2,7182 Coeficiente de rozamiento entre polea y correa : para IL = 0,22 + 0,012 v ; para otros casos ver tabla 7 .94 .
cuero
ángulo abarcado por la correa en la polea, en radianes ; p =
172
sobre
57,3
acero
Tabla 7.94
Material del cuerpo
N.
rozante
Coeficientes de rozamiento (valores medios) r~o (rozamiento de partida) En seco
1 Acero sobre acero . . . . . . 0,15 2 Acero sobre fundición, bronce ordinario o bronce mecánico . . . . . . . . . 0,2 3 Metal sobre madera . . . . 0,6 - 0,5 4 Madera sobre madera . . . 0,65 5 Cuero sobre metal (empaquetaduras) . . . . . . . . 0,6 6 Correa de cuero sobre fundición . . . . . . . . ., . . 0,5- 0,6 7 Correa de cuero sobre madera . . . . . . . . . . . . . . 0,47
N (rozamiento en movimiento)
Engrasa lo
Con agua
En seco
Engrasado
Con agua
0,1
-
0,1
0,05
-
0,1 0,1 0,2
0,7
0,16 0,5 - 0,2 0,4 - 0,2
0,05 0,08 - 0,02 0,16 - 0,04
0,25
0,25
0,62
0,25
0,12
0,36
-
0,36
0,28
0,12
0,38
-
-
0 27
,
Para evitar el cálculo e" P, puede emplearse el gráfico 7 .95. La correa está sometida a la mayor tensión en el ramal conductor; por tanto debe tener una sección suficiente para que la tensión de trabajo sea igual o inferior a la admisible. =0,60 0,55 0,50 0,450,40 0,35
8,0
0,30
6,0 5,0
._0,25
4,0
- 0,20
3,0
e N 2,0 2,e Fi-, 7.95 Gráfico para deter90° .3,
U41
7,6 1,4 1,2
minar el valor de e!J
_
45 °
-
-0,15 -0,10
135° 180° 225° 270° 315° 360 ° ángulo abrazado (i
La sección se calcula con la fórmula : T, Gt
[251
En la que : A = sección necesaria de la correa en cm 2 (vi = tensión admisible de trabajo, según el material de la correa, en kgf/cm 2
A su vez: A-b -a (cm,)
[261
En la cual : b = ancho de la correa en cm a = espesor de la correa en cm
Las correas normales, así como sus correspondientes poleas, suelen emplearse según la norma DIN 111 (tabla 7 .96) . Problema
14 .
En una transmisión de correa plana se ha de transmitir una potencia de 8 CV ; el diámetro de la polea motriz es de 500 mm y gira a 300 r. p. m. ; la polea receptora debe girar a 150 r . p. m . ; la distancia entre los ejes es de 5,4 m. Hallar las dimensiones que debe tener la correa si es de cuero .
17.3
Tabla 7 .96
Anchos normales de poleas y correas, DIN 111
Antriebselemente, Flachriemencheiben, Masses, Nenndrehsnomente . Drivingcomponen ts ; pulleys; dimensions ; nominal torsionalmoments. En relación con las recomendaciones publicadas por la International Organization for Standardization (150) 150/R 22-1956, ISO/R 99-1959 e ISO/R 100-1959, véase aclaraciones . Medidas en mm la poleas de correas planas no es necesario que correspondan a la representación gráfica ; sólo se observarán las medidas indicadas . 7, `77 serie 2 DIN 3141 abombada
Poleas macizas
Tabla 1 Alvwa Toleren< Diámevo del del mowi Ci diaa air. Iamrenvoal c~r 40 j x0 .5 I x0,d
cilíndrico
0,3 0,3
80 x1.3
100
Poleas
140 60 180 200 224 250 280 315 355
de radios de una pieza (IT)
Tabla 2 ~ancñ~ .ade llanca b b Diá m dev o
5
125
I 0,5 0,6 a,6 xzf 0,8 0,8 3
IAp Iw
Diámetro del cubo d, =. (1,6 hasta 1,8) x d3 Designación de una polea plana, de una . pieza (1T), con forma de llanta abombada (G), de diámetro d, = 400 mm, anchura de la llanta b = 200 mm, agujero del cubo da = 65 mm, con chavetero (PN) según DIN 6885 hoja 1 : Poleo 1T G 400 x 200 x 65 PN DIN 111 Designación de una polea plana señalado con , de una pieza (1T) con forma de.llanta abombada (G) de diámetro d, = = 400 mm, anchura de la llanta b = 20,0 mm, agujero del cubo d3 = 65 mm, longitud del cubo I = 140 mm, con chavetero (PN) según DIN 6885 hoja 1 : Poleo 1T G 400 x 200 x 65 x 140 PN DIN 111
Anchura 1e 11 diferencia adm. Ah r n e r, ae la ee r
1.1
25 -.__ 20
na ae, " a=alm ; de polcas nd
63 25
L 3i--
W
So
- 71
63
,
112
a
__ _
__
-
_
IJ
I
I
35
50
120
35
140
.
221 . 250
-
-
_
35
50 160 35 ', ._ 50 1e0 _3s _1
35
50 200 35
280 __ _ 315 -_
1r
2,5 2,5 -3___. . . 3
1,5
2
lj
2
1,5 _1,5 2
2 2 _
_ 2,5 I~ 2,5
2,5
1
2,5
2,5 0,8 '3 3 3,5 _15 _4 1 4 4 5 4
3,5
lw
160
125
140
4
",
1
Nr. m '
r Nm
r
1
1
` t
a
30
60
35
60
Zso iza
40
40
60
360
40
60 100
40
60
400
45
60
45
60
450
45
60 500
60 360
40
.1
a
aal
45
60 5000
so
70
560
250
45
60 320
50
70
lao
w
7o
Sw
50
70
Mo
55
80
630
45
60
280
so
7o 360
50
e0
4`A
50
e0
.sbo
55
e0
630
60
90
710
50
70 400
50
e0
500
55
80
90
71
65
90
800
50
70 450
50
80
560
55
80 80
60 630 _ 710 60
90
800
65
90
900
90
900 65
_
50
60
360
-50
60
400
50
70 500
50
80
630
55
50 _ M
60
450
50
70 560
55
80
710
55
80
900 60
70 500
55
70 630
55
80
800
60
90
60
70 560
60
70 770
60
BO
900
GS
90
-
= d2
-
n2 ;
170
BW
60
90
90 1000
1000
70
10W 65
100 1100
70
110 1200
1100
100
75
110 1400
70
no
1200
100 1100
Solución : - Diámetro Según
300 112 150
174
la
de
la
fórmula
450
220
60 320
polea: [14a],
61
d1
_ _d 2_ 11 1
n1
_ _
500
x
y,
en _
consecuencia :
- 1 000
I
0,6 pe
11 2
~Iil.r
h
2~
50 60
'.. 50
___
1
el
2~
1, 2
I
Toleé
i« ula
LJ
7
.' I má. ~YYII,,
Z
-1- ls ©©_©1,5
40 ¡45
180 ___
x
~~0~0~0 0 " " " " " 0~000~
115
200
x r
1,5
125 x1,5
1
1
3~`S
OS 06 0,6
90
~©lomo©o~mooao~©o~©o~
so
_
280 315
1,2
100
iT
=
__ 9°. .
224 250
,~
40
80
1 .2
1
x
630 710 800 900 7000 1120 1250 1400 _ 1600 j 1800 2000
I80 200
0,4
Akura del abombamlenco
medldal ~ ad,l. 400 450500
0,3
mm
Se comprueba el ángulo abarcado empleando la fórmula [19] : °= 180° - 2 «o -- 180° - 2 are sen
d' 2
= 180 ,
Cd2
2 arc sen
= 1801 - 2 are sen 0,046 = 1801 - 2 x 2,65- = 174,7 >
1 000 - 500 2 x 5 400
140°
luego, para calcular la longitud, se emplea la fórmula [20] . L = rc
d,
+ d2
1 000 + 500
2
+
2
= 2 356 + 10 800 + 11
7 .6 .4 .1
(d, - d2 ) 2 4 C
+ 2 C +
2
(1000 - 500)2 4 x 5 400
x 5 400 + = 13 167 mm
Sección de la correa
Según la fórmula [25] se necesita saber el esfuerzo en el ramal conductor y la tensión de trabajo del material . De las fórmulas [22], [23] y [24] tenemos : 8 pero : v
-
- d, - n, 1-0-00X 60
_-
7,
7
-
500
x x
1 000
300 60
= 7,85 m/s
Quiere decir que podrá emplearse cualquier clase de cuero. Se elige la clase I, que tiene una tensión admisible at = 25 kgf/cm2. De -la [22] : 75 - P v
_-
75 x 8 7,85
= 76,43 kgf
De la [24] : T
=
2
T, euli
que sustituida en la [23] tenemos: F = T,
- Tz
= T,
-
=
-T-'.
e[4
Ti--e"~ e.
de donde: Ti
-
F .
- (e"P- 1)
(3° = 177" y !a = 0,22 + 0,012 v = 0,22 + 0,012 fico 7.95 se tiene:
x
7,85 _- 0,3142 ; en el grá-
2,6 Por cálculo se tiene : e v.O = e o,s,42
x
_177_ 57,3
=
e0,970 = 2,639
Sustituyendo en [a] se tiene : T, = 76,43 x
-
2,639 2,639 - 1
123 kgf 175
De la [25] se tiene: A
= 6t = 253
= 4,92 cm 2
Si se emplea correa de una capa para a = 6 mm = 0,6 cm, despejando en la fórmula [26] tendremos : b =
A a
=
4,94 0,6
= 8,2 cm
Se elige un ancho normal superior al valor obtenido ; o sea de 85 mm. 7.6 .5
Correas trapeciales
Las correas trapeciales tienen un núcleo resistente de algodón o nailon, que es el que transmite la potencia, y una parte exterior de goma que rodea al núcleo y da la forma característica a la correa . Esta parte exterior de goma tiene por objeto guiar la correa debidamente por las ranuras de la polea . Las correas trapeciales transmiten la potencia por rozamiento de sus flancos con la ranura de la polea, debiendo ajustar perfectamente durante el funcionamiento . Los flancos de la polea deben estar perfectamente pulidos, para evitar desgastes por abrasión . 7.6 .5 .1
Relación de transmisión
Como estas correas son muy gruesas y, además, como no deben rozar en el fondo, el diámetro que debe considerarse para la relación de transmisión es el que corresponde a la fibra neutra de la correa ; según la figura 7.97, el diá metro primitivo o medio se encuentra a una distancia 2ht del diámetro exterior de la polea, en función del tamaño de la correa (valores en tabla 7 .98), de donde : dmt ,
bp h,
polea -- pW
un
correa
j s-
sección garganta Tabla 7.99 Poleas de garganta para correas trapeciales UNE 18 009 Diámetro primitivo de la polea menor
Perfil
Z A B C D E F
(10 (13 (17 (92 (32 (38 (51
x x x x x x x
6) 8) 11) 14) 19) 25) 30)
Normal (mm)
Mínimo (mm)
71 90 140 224 355 500 750
63 80 125 200 315 450 600
y Z A 8 C D E
7 .6 .5 .2
[14b]
dm2 , n2
h, b, b,
= ancho primitivo = altura de la garganta sobre la línea primitiva = profundidad de la garganta bajo la línea primitiva = distancia entre los ejes de sección de dos gargantas contiguas = distancia entre el eje de sección de la garganta extrema y la cara externa de la polea
a dp
= ángulo de garganta = diámetro primitivo
Fig,
Tabla 7.98
ni
7.97
Perfil de la correa trapecial.
Dimensiones de la polea para correas trapeciales según UNE 18 009
b,
ht mín
h mín
b
5,3 8,5 11 14 19 27 32
1,6 2,5 3,3 4,2 5,7 8,1 9,6
4,7 7,0 8,7 10,8 14,3 19,9 23,4
8 12 15 19 25,5 37 44,5
'
Tolerancia para bl
+ 0,3 ± ± ± ±
0,4 0,5 0,6 0,7
b
Tolerancia para b, máx
7 8 10 12,5 17 24 29
mín
+ 1 + 2
- 1
+ 3 + 4
Velocidad lineal v
La velocidad lineal de la correa debe ser tan grande como sea posible, procurando que no pasen de 25 m/s. La velocidad tiene una gran influencia en la potencia a transmitir . La velocidad puede variarse eligiendo adecuadamente el diámetro de la polea . En la tabla 7.99 se dan los valores mínimos de las poleas menores . 17 6
7 .6 .5 .3
Potencia a transmitir
En la tabla 7 .100 se da la potencia teórica que puede transmitir una correa en función de la velocidad lineal y trabajando en condiciones normales . Estas condiciones normales se refieren a las siguientes circunstancias : Como 1.3 el ánguo de adherencia, se considera normal el de 180° . Si es menor se emplea el coeficiente de corrección c l . 2 .1 El funcionamiento se considera normal cuando no hay sobrecargas, sacudidas y el arranque es suave en vacío . Si no se dan estas circunstancias se emplea el coeficiente de corrección c2 . 3,1 El diámetro de la polea tiene su valor mínimo normal . Cuando, por razones insoslayables, deban emplearse diámetros menores se empleará el coeficiente de corrección : c
3
=
diámetro de polea elegida diámetro mínimo de polea según la tabla 7.99
Si c 3 > 1 se considera c 3 = 1 . La potencia que realmente puede transmitir una correa es : Pr = Tabla 7 .100 Velocidad periférica enm1s 4,0 4,5 ` 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0
Pt ,
Cl
' c2
[271
C3
Potencia PfIque pueden transmitir las correas trapeciales
Sección Z 10x6
Sección A 13x8
0,25 0,28 0,30 0,33 0,36 0,39 0,42 0,45 0,48 0,51 0,54 0,57 0,60 0,63 0,66 0,69 0,72 0,75 0,78 0,81 0,84 0,87 0,90 0,91 0,92 0,94 0,95 0,96 0,97 0,97 0,98 0,99 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10 1,10
0,8 0,8 0,9 1,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,8 1,9 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,3 2,4 2,5 2,5 2,6 2,6 2,6 2,7 2,7 2,8 2,8 2,9 2,9 2,9 2,9 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,1 3,1 3,1
Sección 8 17x 11 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,2 2,4 2,5 2,6 2,6 2,7 2,9 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,6 3,7 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,2 4,2 4,3 4,3 4,3 4,4 4,4 4,4 4,4 4,5 4,5
Sección C 22x 14
Sección D 32 x 19
Sección E 38x25
Sección F 51 x30
2,4 2,6 3,0 3,2 3,4 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,2 5,5 5,8 6,0 6,2 6,4 6,7 6,9 7,1 7,3 7,5 7,7 7,9 8,1 8,3 8,5 8,7 8,9 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 9,6 9,6 9,7 9,7 9,8 9,8 9,9 9,9 10,0
4,7 5,0 5,5 6,1 6,7 7,3 7,9 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,4 11,8 12,2 12,6 13,0 13,4 13,8 14,2 14,6 15,0 15,3 15,5 15,7 15,9 16,1 16,3 16,4 16,6 16,8 17,0 17,1 17,3 17,4 17,5 17,6 17,7 17,8 17,9 18,0 18,0
6,5 7,1 7,9 8,7 9,4 10,2 10,9 11,6 12,3 13,0 13,7 14,3 15,0 15,7 16,3 16,9 17,5 18,1 18,7 19,3 19,8 20,5 21,0 21,3 21,7 22,2 22,6 23,0 23,4 23,8 24,2 24,6 25,0 25,3 25,6 25,8 26,0 26,2 26,3 26,5 26,7 26,9 27,0
9,2 10,5 11,2 12,8 14,0 15,1 16,3 17,4 18,6 19,8 21,0 22,1 23,3 24,4 25,6 26,8 28,0 29,1 30,3 31,4 32,6 33,7 34,8 35,9 37,0 37,9 38,9 39,7 40,6 41,4 42,3 43,1 43,9 44,6 45,3 45,9 46,6 47,2 47,8 48,3 48,8 49,3 49,8 177
12 . Tecnología
2.1 .
En ella : Pr Pi
potencia real que puede transmitir una correa potencia teórica que puede transmitir una correa en condiciones normales, según tabla 7 .100 coeficiente de adherencia, cuyo valor se halla en la tabla 7 .101 . El ángulo P° se calcula con las fórmulas [181 y [191 coeficiente de sobrecarga, cuyo valor se halla en la tabla 7 .102 . En la tabla 7 .103 se dan estos valores de C Z , según el tipo de máquina y motor
c, c2
Tabla 7 .101 180°~ cl
1
Tabla 7 .102
Coeficiente de adherencia c l
170°
160°
150 °
140 -
130°
120°
110°
100'
90°
80°
70'
0,98
0,95
0,92
0,89
0,86
0,82
0,78
0,73
0,68
0,63
0,58
Coeficiente de sobrecarga
Sobrecarga momentánea en
CZ,
según el tanto por ciento de sobrecarga 0
25
c2
7.6 .5 .4
50
100
150%
1,4
Ventajas de las correas trapeciales
Comparadas las correas trapeciales con las planas, tienen las siguientes ventajas : - La distancia entre ejes puede ser tan pequeña como lo permita la polea . - No hay casi pérdida de potencia por deslizamiento . - La relación de diámetros entre las poleas puede ser hasta de 1 :12 . - La transmisión puede hacerse en cualquier posición de la correa : vertical, horizontal o inclinada . - Para una misma transmisión se pueden emplear varias correas . - Son silenciosas al ser de construcción sin fin . - Las correas trapeciales con respecto a las planas, al transmitir la misma potencia, ejercen una presión menor sobre los cojinetes, debido a que la adherencia es unas tres veces mayor . - Son indiferentes al calor hasta una temperatura de 60o . Resisten la intemperie, el polvo, los gases de cloro y anhídrido sulfuroso . Son insensibles a la humedad, de tal forma que pueden instalarse sumergidas en agua .
7 .6 .5 .5
lnconveníentes de las correas trapeciales
Aunque son muchas las ventajas, es imprescindible conocer los inconvenientes para procurar evitarlos en lo posible . Los principales son :
- La grasa y el aceite atacan a la goma, por lo que se deben tomar precauciones . Para la limpieza de las correas trapeciales no se debe emplear gasolina o gas-oil, porque también la atacan . - Debido a la elasticidad y a la fabricación sin fin, la distancia entre ejes debe ser regulable ; la variación de distancia de regulación debe ser igual al 1 % de la longitud de la correa . - En el caso de agarrotamiento, las correas patinan y se destruyen rápidamente ; en las correas planas, al patinar, fácilmente se deslizan y salen fuera . 7 .6 .5 .6
Cálculo de las correas trapeciales
Para el cálculo de las correas se procederá de acuerdo con los datos disponibles aplicando las fórmulas anteriores . Para un primer tanteo se elige el tipo de correa de acuerdo con la potencia total a transmitir y al número de r . p . m . de la polea menor, según la tabla 7.104 . Calculada la potencia real que puede transmitir una correa con la fórmula [271 se calcula el número de correas por la fórmula :
[281 Si la transmisión es con menos de cinco correas y la parte decimal del cociente es menor del 10 %, se toma el entero ; si sobrepasa el 10 %, se toma el entero superior . Por ejemplo, para un cociente de 3,2 se toman cuatro correas . Cuando la transmisión es con cinco o más correas, si la primera cifra decimal es inferior a cinco se toma el entero y si es superior a cinco se toma el entero superior . Por ejemplo, para un cociente de 6,5 se toman siete correas . 178
Tabla 7.103
Coeficiente de sobrecarga CZ, según el tipo de motor y máquina empleada Tpo de motor
Clase de máquina '
Motores eléctricos C .A . De fase partida C .A . Doble arrollamiento C .A . En cortacircuito C .A . Sincrónico C.C . Motor en derivación Turbinas de vapor e hidráulicas Ruedas hidráulicas Motores de combustión interna
Ventiladores pequeños hasta 10 CV Bombas centrífugas Agitadores de líquidos Compresores centrífugos Soplantes
Motores eléctricos C .A . Monofásico en serie C .A . De gran par de arranque C .A . Anillos rozantes C .A . Con condensador C.C . Compound Máquinas de vapor
Con embrague en la máquina o motor
1,1
1 ,2
Cintas transportadoras Árboles de transmisión Generadores Punzonadoras Cizallas y prensas Troqueles Ventiladores Máquinas-herramientas Maquinaria de imprenta
1,2
1,4
Martillos pilones Gravilladoras Compresores de pistón Bombas de pistón Transportadoras de tornillo Transportadores de sacudidas Maquinaria de aserraderos Maquinaria t( , xtil Elevadores de cangilones Maquinaría para hacer ladrillos Batidoras para fábricas de papel
1,4
1,6
Machacadoras de mandíbulas Machacadoras de rodillos Machacadoras de cono Molinos de bolas Molinos de tubos Molinos de barras Montacargas
1,6
1,8
C .A . -- corriente alterna -- C .C . = corriente continua " Para servicios continuos de 24 h aumentar 0,2 al factor . Si la transmisión ha de funcionar mojada, aumentar 0,2 al factor . Si se, usan poleas tensoras, aumentar 0,2 al factor . Para funcionamiento intermitente, restar 0,2 al factor,
Tabla 7 .104
Potencia (CV)
Velocidad de la polea pequeña (r p m)
%z
1
2
3
4
4000
-
-
-
-
-
3500 3000 2500 2000
_
-
15
20
-
-
-
-
_
_
-
-
_ _
_ -
_
_ -
_
_
_-
-
_
_
-
_
_
_
_
__
_
_
-
_
-
-
-
_
_
800 700
_ _
500
-
-
_
-
_
-
_
-
-
-
-
75 100 150 200 250 500 más
-
_ _
_ _
-
-
_
_
-
_
_
_
50
_ B
_ -
_
30
_
-
-
600
_
10
_ _
_ -
900
A
_
7Y2
_ _ -
-
1000
_ _
_ _
_
__
-
-
-
-
-
-
-
C
-
-
~-
-
-
-
_
-
_
_
-
- p
-
-
-
-
-
_
_
_
_
-
_
_
_
-
_
_
_
_
_
_
100
_
-
_
-
_
_
_
_
_
_
_
E
400 300 200
7 .6 .5 .7
_ _
_Z _ _ - _
1750 1500 1250
Elección de la correa
_
-
-
_
-
_
_
_
F _
-
_
_
_
_
-
-
Distancia de centros
Se recomienda que sea :
C > dm2 + 3 - h, siendo :
1
[291
d m2 = diámetro medio de la polea mayor h, = según la fig . 7 .97 y tabla 7 .98 .
Como quiera que el desarrollo de la correa está limitada a las existentes, normalmente en el comercio la distancia C habrá que redondearla según los casos. La longitud de la correa se calcula con las fórmulas [171 y [201, utilizando los diámetros primitivos de las poleas . Si calculando el desarrollo no hay uno apropiado normal se elige el que más se aproxime . Si la diferencia fuere muy grande, convendrá hacer una comprobación para ver si la variación de distancia de centros es admisible. Problema 15 .°
Calcular las correas trapeciales que se deben emplear en el reductor de un montacargas ; el motor es eléctrico de corriente alterna ; la potencia del mismo es de 25 CV y gira a 1 500 r. p . m ., el eje del reductor debe girar a $Ocí r . p . m . y la distancia de centros debe ser la menor posible . Solución :
Según la tabla 7.104, el perfil de la correa más apropiada es para P = 25 CV y n, = 1 500 ; entre el B (17 x 11) y el C (22 x 14), según la norma UNE 18 006 (tabla 7 .99) . Se elige en principio el C (22 x 14) . La polea menor para este perfil según la tabla 7 .99 debe tener un diámetro normal de 224 mm . Con ella se tendrá : v
__
n - d, , n, 60 x 1 000
_
rr x 224 x 1 500 60 x 1 000
- La polea del reductor valdrá, según la fórmula [14b] : dmi ' n, - dm2 ' n2
= 17 " 6 m s
de la cual : d m , * n, n2
d m2 =
224 x 1 500 850
=
= 395 mm
La distancia de centros, según la fórmula [29] : C>- d m2 +3h=395+3
x
7>416mm
- Angulo de adherencia, según las fórmulas [18] y [19] : Po = 180 0 - 2
d2 - d' 2 C
= 180° - 2 arc sen
ao
= 1800 - 2 arc sen 0,204 = 1800 - 2
= 1800 - 2 arc sen
395 - 224 2 x 416
11,798 = 1560
x
Interpolando entre 150° y 1400 de la tabla 7.101 se tendrá : c,
= 0,905
Según la tabla 7 .102, el coeficiente de sobrecarga, suponiendo 100 % para los arranques será c 2 = 1,4 . Como se ha elegido el diámetro normal, c 3 = 1 . Por tanto, según la fórmula [27] : cl
Pr = Pi
. C2
c3
0,095 x 1 1,4
= 8,9
= 5,75 CV
Y según la fórmula [28] : 25 5,75
z
= 4,3
Se deberán tomar 5 correas . - La longitud o desarrollo de la correa será, según la fórmula [20] : Lm = r
dm,
+ dm2 2
224 + 395 2
( d ml - dm2 ) 2 4 C
+ 2 C + + 2
x
(395 4
416 +
x
224)2 416
El desarrollo interior es aproximadamente L i = di = 1 822 -
7r
x
Lrn -
= 971,8 + 832 + 18 = 1 822 mm r - h, siendo h la altura de la correa :
14 = 1 778 mm
Los desarrollos nominales o primitivos están contenidos en la norma UNE 18006, si bien las existencias comerciales son muy superiores . Los resultados resumidos son : d m del motor = 224 mm d m del reductor = 395 mm Sección de la correa = 22
x
14
Hacen falta 5 correas trapeciales UNE 18006 . La distancia de centros es 416 mm que puede variarse entre ciertos límites según las correas disponibles, rehaciendo el cálculo . 7 .6 .6
Correas dentadas
La transmisión por correas dentadas es un sistema moderno muy eficaz . Se pueden emplear en todo tipo de máquinas . Reúnen las ventajas de las correas planas, trapeciales, cadenas y engranajes, eliminando los inconvenientes propios de cada una de estas transmisiones . En la figura 7 .105 se muestra un ejemplo de transmisión . 7 .6 .6 .1
Re/ación de transmisión
La ley de transmisión para estas correas es igual que para las otras : dP,
,
n,
- dp2 .
n2_~
[14a]
Fig . 7.105 dentada .
Transmisión con correa
pero como los diámetros son función del paso (fig . 7.106), ya que: dp, =
n * d p , = p , Z, ;
p
Z,
y llamando módulo a m = p, es decir : dp, = m , Z, Fig. 7 .106
Relación d/M.
[30]
y, por tanto : dPZ = m .
ZZ
con lo que la [14a] se transforma en : [14c] Y llamando relación de transmisión : i = 7.6 .6 .2
Z, ZZ
-
nz n,
[15b]
Número minimo de dientes de contacto llama así al número de dientes Z,, de la correa que están en contacto polea menor en cada instante . la figura 7 .107, y según el concepto de ángulo de adherencia para las planas o trapeciales, se tiene que :
Se con la De correas Fig. 7.107 Angulo de adherencia y mínimo número de dientes de contacto Z,
[311 en ella : Z,
= número de dientes de la rueda o polea menor
El valor de PI) por similitud con la figura 7 .92 y las fórmulas [18] y [19] se tiene: sen a'> _ __ 7.6 .6 .3
LZL_-2 C~m
[18b]
Potencia de base (Pb)
Se llama así a la potencia transmitida por cada cm de ancho de correa, según el tipo de correa que se considere . Se obtiene de la tabla 7 .108, en función del número de dientes y de las revoluciones de la polea menor para el tipo L (para los diversos tipos de correa ver catálogo) . El número de dientes de contacto debe ser igual o mayor de seis . Si es inferior a seis, la potencia de base debe multiplicarse por un coeficiente c,, cuyo valor se puede hallar en la tabla 7.109 . 7 .6 .6 .3 .1
Potencia total corregida (P r)
Lo mismo que para las correas trapeciales, para las dentadas hay que emplear unos coeficientes de corrección según las condiciones de trabajo .
Tabla 7.109
Coeficiente cl
Para Z,.
4
5
c,
0,6
0,8
1 .0 Coeficiente de corrección por sobrecargas de funcionamiento (c2) Este coeficiente se saca de las tablas 7 .110 y 7 .111 según la máquina movida y según el motor empleado . - De la tabla 7 .110, según el motor empleado y el sistema de arranque se obtiene la clasificación I, II ó III . - En la tabla 7.111, según la máquina accionada y la clase de motor, se obtiene el coeficiente c 2.
182
Tabla 7.108 N. diente, polea
de 1.
Dp
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 3100 3200 3300 3400 3500 3600 3700 3800 4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200 5400 5600 5800 6000
ó c E ó a m y a
14
42 .4 0.02 0.05 0.08 0.11 0.14 0 .17 0.20 U23 0.26 0.28 0.31 0.34 0.37 0.40 0.43 0.45 0.48 0.51 0.54 0,57 0.60 0,63 0,65 0.68 0.71 0.73 0.76 0.79 0.82 0.84 0.87 0.90 0-92 0.95 0.98 1 .00 1 .03 1 .06 1 .11
15
45 .5 0.03 0.06 0.09 0.12 0,15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.30 0.33 0.37 0.39 0.42 0.45 0.48 0.51 0.54 0.57 0.61 0.64 0.67 0.70 0.72 0.75 0,78 0.81 0.84 0.87 0.90 0.93 0.96 0.98 1.01 1.04 1 .07 1.10 1.12 1.18 1.24 1.30 1.34 1 .39 1,44 1.50 1 .54 1 59 1,64 1 69
16
48 .5 0.03 0.06 0.09 0.13 0.16 0.19 0.22 0.26 0.29 0.32 0.36 0.39 0.42 0.45 0.48 0.52 0.55 0,58 0.61 0.65 0,68 0.71 0.74 0.77 0.80 0.83 0.87 0.90 0.93 0.96 0.99 1,02 1.05 1 .03 1.11 1.14 1.17 1,19 1.26 1.31 1.37 1.43 1.48 1.54 1.58 1.64 1 69 1,74 1 79
18
54 .6 0.03 0.07 0.11 0 15 0 18 0.22 0.26 0.29 0.33 0.37 0.40 0 44 0 .47 0.51 0.55 0.58 0.62 0.65 0.69 0 72 0.76 0.80 0.83 0.87 0.90 0.93 0 97 1 00 1 0,1 1 07 1,11 1 .14 1.17 1 21 1.24 1.27 1.30 7 3,1 1.40 1 46 1.52 1.58 1.64 1.69 1,75 1.81 1 .86 1 .90 1_95
20
60 .6 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 0.37 0.41 0.44 0.48 0.52 0.57 0.61 0.65 0.69 0.73 0.77 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1 .00 1 .03 1 .07 1 .11 1 .15 1 .18 1.22 1.25 1 .29 1 .32 1 .36 1_39 1.43 1.47 1.53 1 .60 1 .66 1.72 1.79 1.84 1.89 1.95 2.00 2.05 2.10
22
24
26
28
30
32
36
66 .7 0.04 0.09 0,13 0.1 B 0 .22 0.27 0.31 0.36 0.40 0.45 0.49 0.53 0.58 0.62 0.67 0.71 0.75 0.80 0.84 0.88 0.93 0.97 1 .01 1 .05 1 .09 1 .13 1 .18 1 .21 1 .25 1 .29 1 .33 1 .37 1 .41 1 .45 1.48 1.52 1.56 1.59 1.66 1 .73 1 .80 1.86 1.93 1.98 2.04 2.09 2.14 2.19 2.24
72 .8 0.05 0.10 0.15 0,19 0.24 0.29 0.34 0 .39 0.44 0.49 0.53 0.58 0.63 0.68 0.73 0.77 0.82 0.87 0.91 0.96 1,01 1 .05 1.09 1.14 1.18 1.23 1 .27 1.31 1.35 1.39 1.44 1.48 1 .52 1 .56 1 .60 1.64 1.67 171 1.79 1.86 1 .93 1.99 2.05 2.11 2.16 2.21 2.26 2.30 2.33
78 .8 0.05 0.10 0.16 0,21 0.26 0.32 0.37 0.42 0.47 0.53 0.58 0.63 0.68 0.73 0.78 0.84 0.89 0,94 0.98 1.03 1.08 1 .13 1.17 1.22 1.27 1,32 1.37 1.41 1.46 1.50 1.54 1.59 1 .63 1.67 1.71 1.75 1.79 1.83 1 .90 1 .97 2.04 2.10 2.16 2.23 2.27 2.31 2.35 2.39 2-42
84 .9 0.06 0.11 0.17 0.23 0.28 0.34 0.40 0.45 0.51 0.57 0.63 0.60 0.73 0.79 0.84 0.90 0.95 1.00 1.06 1.11 1.16 1 .21 1 .26 1.31 1 .36 1.41 1.46 1 .51 1.55 1.60 1.64 1 .69 1 .73 1 .77 1 .81 1 .86 1 .90 1 .94 2.01 2.08 214 2.20 2.25 2.31 2.35 2.39 2.43 2.45 2.47
90 .9 0.06 0.12 0.18 0.24 0.30 0.37 0.43 048 0.55 0.61 0.67 0.73 0.78 0.84 0.90 0-96 1.02 1.07 1.13 1.18 1.24 1.29 1.34 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.64 1.69 1.74 1.79 1 .83 1.87 1.91 1_95 1.99 2.03 2.10 217 2.24 2.29 2.34 2.38 2.42 2.45 2.47 2.49 2.50
97 .0 0.06 0.13 0,19 0.26 0.32 0.39 0.45 0.52 0.58 0.65 0.71 0 .77 0.84 0.90 0.96 1 .02 1 .G8 1 .14 1 .20 1 .25 1.31 1 .37 1.43 1 .48 1 .53 1 .59 1 .64 1.60 1 .74 1 .79 1 .83 1-88 1 .92 1 .97 2.01 2_05 2.09 2.13 2.19 2.26 2.32 2.37 2.41 2-44 2.47 2.49 2.50 2.50 2.49
109.1 0.07 0.15 0.22 0.29 0.37 0.44 0.51 0.53 0.65 0.73 0.80 0.87 0.94 1 .00 1 .07 1 .14 1 .21 1 .27 1 .33 1 .40 1 .46 1 .52 1 .58 1 .64 1 .69 1 .75 1 .80 1 .85 1 .90 1,95 2 .00 2.05 2.09 2.14 2.18 2.21 2.24 2.28 2.34 2.39 2.43 2.46 2.49 2.49 2.49 2.49 2.46 2.42 2.36
40
48
121.3 145.5 0.08 0.10 0.16 0.19 0.25 0.29 0.32 0.39 0.41 0.48 0.49 0.58 0.57 0.68 0.65 0.77 073 0.88 0.80 0.96 0.83 1.05 0.96 1 .14 1.03 1.23 1 .11 1_31 1 .18 1-39 1,26 1.78 1.33 1.56 1.40 1.64 1 .47 1.71 1.53 1.78 1 .60 1 .86 1 .66 1 .92 1 .73 2.00 1.79 2.05 1.85 2.10 1 .90 2.16 1.96 2.21 2.01 2.25 206 2.30 2,11 2,34 2.15 2.37 2.19 2.40 2.23 2.43 2.27 2.45 2.31 2.47 2.34 2.48 2.37 2.49 2.40 2.49 2.44 2.48 2.47 2.45 2.49 2.40 2.50 2.32 2.48 2.21 2.46 2.08 2.42 1 .93 2.36 1 .75 2.29 1 .53 2.21 1 .28 2.10 1 .01
Las poleas y las r p m al lado izquierdo de la tabla, antes de la línea de separación, se pueden utilizar sólo en el caso de aceptar una duración limitada de la correa . Para velocidades superiores a 30 m/s, lado derecho de la tabla, después de la línea de separación, es necesario utilizar poleas especiales
Tabla 7.110
Clasificación de los motores para determinar el coeficiente
c2
Clase Tipo de 7notor " Puntas de carga instantáneos en %
Hasta 150
Motor eléctrico monofásico Motor eléctrico trifásico, jaula de ardilla
-
De 250 a 400 Todos
Estrella triángulo
Motor de alterna síncrono
Directo
Doble jaula
A par normal
A elevado par de arranque
Motor de continua
Excitación derivación
Excitación compound
Excitación en serie
Motor a combustión interna
8 cilindros y más
6 cilindros
4 cilindros o menos
----------- --Motores hidráulicos, líneas de árboles "
De 150 a 250
Cuando se conozca la potencia Instalada y las relativas sobrecargas,
Todos la clasificación se hará siempre en base a estos valores .
183
Tabla 7.111
Clasificación de las máquinas para determinar el coeficiente c2 Clase
Aplicación 1 Agitador, mezclador: Para líquidos Para semilíquidos
Clase
Aplicación
11
111
1
11
111
1,4
-
1,6
-
1,4 1,5
1,6 1,7
1,8 1,9
Máquinas elaboración madera : Tornos, sierras de cinta, 1,3 cortadoras, sierras circulares, cepilladoras 1,4
1,6
1,8
2,0
Máquinas elaboración pan: Amasadoras, mezcladoras
1,4
1,6
1,8
1,8
2,0
2,2
Centrifugadoras :
1,7
1,9
-
Compresores: Centrífugos o rotativos a pistones
Máquinas de imprenta: Rotativas, offset, plegadoras, guillotinas, linotipias, prensas de impresión
1,4
1,6
1,8
1,6 2,0
1,7 2,2
1,8 2,4
1,5
1,7
-
Elevadores :
1,6
1,8
2,0
1,6
1,8
2,0
Trituradoras: Cilindros, martillos
-
2,2
2,5
Máquinas herramientas: Taladradoras, tornos, roscadoras, entalladoras, fresadoras, cepilladoras, rectificadoras
1,4
1,6
1,8
1,5
1,7
1,9
Molinos de grano
1,7
1,9
2,1
Bombas : Centrífugas, rotativas a engranajes . a pistones
1,5 2,0
1,7 2,2
1,9 2,4
Tamices: Rotativos a tambor o cónicos vibratorios
1,4 1,5
1,5 1,7
-
1,3
1,5
1,7
1,6 1,7 1,7
1,7 1,8 1,9
1,8 1,9 2,0
Aspiradores y ventiladores : Centrífugos helicoidales, insufladores para minería
Grupos generadores y excitadores
1,6
1,8
2,0
Lineas de ejes : (árboles transmisión)
1,5
1,7
1,9
1,4
1,6
1,8
1,7
1,9
2,1
Máquinas industria cerámica : Cortadoras, dosificadoras, trefilas
1,5 1,8
1,7 2,0
1,9
2,2
Máquinas para lavanderias: Lavadoras, secadoras
1,6
1,8
2,0
Máquinas industriales: Agitadores, calandrias, secadores, bobinadores batidores, bombas, trituradoras, refinadores
Máquinas para elaboración goma .
1,6
1,8
Maquinaria textil: Urdidores, bobinadores, retorcedoras, telares, hiladoras
Transportadores . Con banda de caucho (material ligero), con banda de caucho (material pesado), elevadores, montacargas a rosca
2,0
2.0 Coeficiente cm . Este coeficiente se emplea en el caso de que la relación de transmisión sea multiplicadora ; es decir, cuando el eje arrastrado deba girar a mayor número de r. p. m. que el eje del motor: si Z, = número de dientes de la polea del motor, y Z z = número de dientes de la rueda de la máquina, se tiene : im
Si resulta Calculado
i n, im,
=
Zt Z2
=
n2 n,
< 1, se toma para c m el valor cero. en la tabla 7.112, se obtiene el coeficiente c m.
3.0 Coeficiente por funcionamiento (ct) . Depende de las horas de servicio o funcionamiento ; en la tabla 7.112 se encuentra el valor del coeficiente ct. La potencia corregida se obtiene por la fórmula :
Pc = F (C2 Pe = potencia total corregida en CV P = potencia útil a transmitir (CV)
184
+ Cm
+ c t)
[32]
Coeficiente c m y ct
Tabla 7.112
Coeficiente para transmisiones multiplicadoras cm
Relación transmisión i, De l De 1,25 De 1,75 De 2,50 Más de
7.6 .6 .4
Coeficiente por funcionamiento
a 1,24 a 1,74 a 2,49 a 3,50 3,50
+ + + +
0,10 0,20 0,30 0,40
Tipo de funcionamiento
c,
8 - 10 horas día 10 - 16 » » 116 - 24 » » Intermitente o estacional Con poleas tensoras
-+- 0,10 +- 0,20 0,10 + 0,10
Continuo
Elección de la correa
Conocida la potencia total corregida y el número de r. p. m. de la polea menor, se elige el tipo de correa por medio del gráfico 7.113 . La coordenada correspondiente a la potencia Pe y a r. p. m. se halla en una de las zonas limitadas por las líneas quebradas y rotuladas con las letras XL, L, H, XH y XXH, que indican el tipo de correa . En la tabla 7.114 se dan los pasos de estos tipos de correa .
4 D
E n
10000 9000 8000 7000 6000 5000
Tabla 7.114 Tipo de correas y pasos
m"m11111!m""11111"~~111111~ "~~ 1111 ~"miliiI~
~II~~IU~/~111111~"/11111
d 000 3000
11
1
2000
1000 900
iiiilwmm"""l11 " x""""11
bao
200 600
1"
""11
500 100 300 200
5
Fig. 7.913
7 .6 .6 .4 .1
Ancho de la correa (b)
5 10 50 100 500 1000 potencia o fronsmihr . coelicranfe conectivo C, en CV
Elección del tipo de correa .
r
Una vez conocidas la potencia corregida Pc, transmite una correa del tipo elegido, se tiene:
[:bZ
Pb
._
y
la potencia de base
(cm)~
Pb
que
[331
El ancho definitivo se obtiene multiplicando bt, por un coeficiente cb (tabla 7.115) según el tipo de la correa y el ancho calculado b. Hechos estos cálculos se elige el ancho normal que más se aproxime según la tabla 7.116A. - La longitud de la correa se calcula por la misma fórmula [171 ó [20], y se busca el desarrollo más aproximado de los normales en la tabla 7.11613 . En la misma tabla se da el número de dientes que tiene cada desarrollo . El núme185
Tipo
Paso
XL
5,080 mm
(
1/5")
L
9,525 mm
(
'/e")
H
12,700 mm
(
'/,-)
XH
22,225 mm
(
XXH
31,750 mm
(1 1 /,")
ro de dientes de una correa en función de su longitud y paso, se determina por la fórmula : [341
Zr Tabla 7.115
pl Coeficiente cb Ancho nomina/ mm
Tipo de correa 10
15
20
25
30
40
50
60
XL
1,3
1,1
1,1
1
-
--
-
-
L
1,3
1,1
1,1
1
-
-
-
-
1,1
1
-
-
H
-
XH
--
-
1,3
1,3
1,1
1,1
1,1
1
XX H
-
-
1,3
1,3
1,1
1,1
1,1
1
Tabla 7.11EA
Ancho unificado de correas dentadas
Ancho unificado L Designación l 0,50 0,75 100
Ancho unificado XL
Pulgadas
rnrrn
Designación
Pulgadas
mm
11,2 1, 4 1
12,7 19,1 25,4
0,25 0,31 0,37
1!4 5/16 3/8
6,3 7,9 9,4
Ancho unificado H
1
Ancho unificado XH
Designación
Pulgadas
mm
075 100 150 200 300
3/4 1 1 1/2 2 3
19,1 25,4 38,1 50,8 76,2
Designación i 200 300 400
Pulgadas
mm
2 3 4
50,8 76,2 101,6
Ancho unificado XXH
7.6 .6 .4 .2
Designación
Pulgadas
200 300 400 500
2 3 4 5
17n 50,8 76,2 101,6 127,0
Designación de las correas dentadas
La abreviatura empleada es un número que indica el desarrollo en décimas de pulgada seguidas de la sigla que indica el tipo, y detrás el ancho unificado en centésimas de pulgada. Detrás puede seguir el nombre comercial . Así, una correa dentada del tipo H (paso 12,7 mm), de 1 778 mm de desarrollo (igual a 1 778/25,4 = 70") y un ancho unificado de 38,1 mm (igual a 38,1/25,4 = 1,5"), se designa así: Correa dentada 700 H 150 o también: Correa dentada 700 H 150 Pirelli ) En la tabla 7.11613 se tienen los datos para la designación .
186
7.6 .6 .5
Ventajas de las correas dentadas
Las principales ventajas de las correas son las siguientes : - Ausencia de deslizamientos y elevado rendimiento . - Mínima tensión cuando está en reposo . - Mínima solicitación en los cojinetes (soportes) . - Elevada transmisión de potencia . - Transmisiones reducidas (ocupan poco espacio) . - Relaciones de transmisión elevadas . - Elevado número de revoluciones . - Transmisiones silenciosas e inextensibles . - No precisan manutención ni lubrificación . - Transmisión de potencias elevadas, incluso a bajas velocidades, soportando fuertes sobrecargas . Tabla 7.116 B
Desarrollos normalizados de las correas dentadas
Desarrolo
Tip
. __
Desarrollo
N .° de
Tipo
dientes
de correa
pulgadas)
240 H 270 H 300 H
24,00
609,6
27,00
685,8
48 54
30,00 33,00
762,0 838,2
60 66
36,00 39,00
914,4 990,6
72
de correa
pulgadas
60 XL
6,00 7,00
152,4 177,8
30 35
90 XL
8,00 9,00
203,2 228,6
40
100 XL 110 XL
10,00 11,00
254,6 279,4
120 XL 130 X L 140 X L 150 XL
12,00
304,8
55 60
13,00 14,00
330,2 355,6
65 70
15,00 16,00
381,0 406,4
75
480 510
17,00 18,00
431,8
80 85
540 H 570 H
457,2 482,6
90 95
600 H 630 H
508,0 533,4
100 105
558,8 584,2
110 115
660 H 700 H
609,6 635,0
120
70 XL 80 XL
160 170
XL XL
180 X L 190 X L
19,00 20,00
200 XL 210 XL 220 XL
21,00 22,00
230 XL 240 XL
23,00 24,00
250 X L 260 XL ._.----
25,00 26,00
124 L
12,37
150 187
15,00 18,75
L L
202 L 210 L 225 L 240 L 255 L 270 L 285 1 . 300 L 322 L 345 L 367 390
L L
420
L
450 L 480 L 510 L 540 L 600 L
i
20,25 21,00 22,50 24,00 25,50 27,00 28,50 30,00 32,25 34,50 36,75 39,00 42,00 45,00 48,00 51,00 54,00 60,00
mm
660,4 ---314,3 381,0 476,2 514,3
45 50
125 130
__
33 40 50
330 H 360 H 390 H 420 H 450 H
_
H H
N .° de dientes
mm
78 84
42,00 1066,8 45,00 1 1143,0 48,00 1219,2 51,00 1295,4
90 96 102 108 114
54,00 1371,6 57,00 ' 1447,8 60,00 1524,0 63,00 66,00
1600,2 1676,4
750 H
70,00 75,00
1778,0 1905,0
800 H 850 H
80,00 85,00
2032,0 2159,0
900 H 1000 H
90,00 100,00
2286,0 2540,0
1100 8 1250 H
110,00 125,00 140,00
120 ¡ !
126
I
150 160 170
1
2794,0
200 220
3175,0 3556,0 ~
250 280
170,00
4318,0
340
560 XII
50,75 56,00
1289,0 1422,4
58 64 72
1400 H 1700 H
132 140
180
533,4
54 56
571,5 609,6
60 64
647,7 685,8
68
630 XII 700 XH
63,00 70 .;00
1600,2 1778,2
723,9
72 76
770 XH 840 XH
7Í,00
1955,8
80 88
762,0 819,1
80 86
84,00 98,00
2133,6 2489,2
96 112
876,3 933,4
92
980 XH 1120 X H 1260 X H
112,00 126,00
2844,8
128 144
98 104
1400 XH 1540 XH
112
1750 XH
1219,2
120 128
700 XXH
1295,4 1371,6
136 144
1524,0 __
160
990,6 1066,8 1143,0
507 XH
140,00
3200,4 3556,0
154,00 175,00
3911,6 4445,0
200
800 XXH
70,00 80,00
1778,0 2032,0
56 64
900 XXH 1000 XXII
90,00 100,00
2286,0
72
1200 XXH 1400 XXH 1600 XXH
120,00
2540,0 3048,0
80 96
140,00 160,00
3556,0
112
1800 XXH
180,00
4064,0 4572 ,0
128 144
160 176
7.6 .6 .6
Fig . 7.117 Constitución de una correa dentada .
Material de las correas dentadas
Las correas están constituidas, según figura 7.117, por: - Un elemento resistente de fibra de vidrio (a) que garantiza la inextensibilidad de la correa, resistencia a las flexiones repetidas y elevada carga de rotura . - Un cuerpo de la correa (b), de neopreno, que ofrece una excepcional resistencia a la fatiga, al envejecimiento, acción de la luz, del calor, de eventuales presencias oleosas, grasas, lubrificantes, etc., y una absoluta indeformabilidad. - Un revestimiento en nailon (c) de los dientes de la correa que garantiza su resistencia a la abrasión, y un bajo coeficiente de adherencia a las poleas, que no precisan ninguna lubrificación . Problema 16.° Calcular la correa dentada más apropiada para una centrifugadora, de funcionamiento intermitente, con motor de 0,5 CV, trifásico, a jaula de ardilla y arranque directo . El motor gira a 1 450 r . p . m . y la centrifugadora a 4 500 . La distancia entre ejes puede ser de 240 a 260 mm . Solución : 1 .°
La potencia total corregida vale, según la fórmula : P C = P (C2 + c m + Ct)
[321
en la que c 2 se obtiene de las tablas 7 .110 y 7 .111 . El motor se clasifica (tabla 7 .110) en la clase II, y para una máquina centrifugadora se tiene (tabla 7 .111) : c 2 = 1,9 c m , por ser una relación multiplicadora, ya que : _
n2 n1
4 500 1 450
= 3,10 > 1
por tanto en la tabla 7 .112, c m = 0,30 y c t , por tratarse de un servicio intermitente = -0,10, valores que en [32], se tiene : P, = 0,5 (1,9 + 0,30 - 0,10) = 1,05 CV 2 .°
Elección de la correa, según el gráfico de la figura 7 .113, para : P C = 1,05 CV
y
n 2 = 4 500 r . p . m .
se tiene que el tipo más aconsejable es el L . 3 .° Las dimensiones de las poleas. Para este tipo de correa y para 4 500 r. p . m . de la polea, el número mínimo de dientes de ella, según la tabla 7 .118, es : Z 2 > 20 Tabla 7 .118 Tipo de correa
Mínimo número de dientes de las poleas en función del número de vueltas r p n7
Valores mininos recomendados
Valores mínimos absolutos
Diámetro primit . mm
Z dientes
Diámetro pnbvt. min
Z dientes
Módulo pan
XL
2900 1450 970
25,88 24,30 22,60
16 15 14
19,40 17,80 16,20
12 11 10
1,6170
L
2900 1450 970
60,63 54,58 48,51
20 18 16
48,51 42,44 36,40
16 14 12
3,0319
H
2900 1450 970
97,03 88,92 80,85
24 22 20
80,85 72,77 64,67
20 18 16
4,0425
XH
1450 970 725
212,24 198,10 183,90
30 28 26
183,90 169,80 155,60
26 24 22
7,0744
XXH
1500 1000 750
343,62 303,19 262,76
34 30 26
262,76 242,55 222,34
26 24 22
10,1063
y, por tanto, según la ley de transmisión : Z 1 , ni = Z 2
"
n2
Se tiene : Z' d p2 = m dp, = m
Z2
__
*
n
2
_
20 x 4 500 1 450
n,
-
62
Z 2 = 3,0319 x 20 = 60,63 mm Z, = 3,0319 x 62 = 187,97 mm
El número de dientes de contacto según [311 : R Z° =360°°
[311
. Z2
pero p° = 180° - 2 a° [18] ; y (Z2 - Z ') m 2 C
sen a =
[18b]
y para C = 250, ya que dice debe estar entre 240 y 260 : sen a =
(62 - 20) x 3,0319 2 x 250
= 0,2546
de donde : a° = arc sen 0,2546 = 14,75° por tanto : (3° = 180° - 2 a° = 180° - 29,50° = 150,5° Y según [311 : 1 50,5 360
Z°
x 20=8,36
Al ser mayor que 6 no hace falta emplear el factor c, . 4 .°
Potencia de base .
Según la tabla 7 .108, vale por interpolación : Pb =
5 .°
1,66 + 1,72 2
Ancho nominal de la correa .
= 1,69 CV/cm
Aplicando la fórmula [33] :
pe 1,69 bn ~ P b - 1 ' 05
= 0,62 cm = 6,2 mm
El coeficiente c b para el ancho mínimo, 10 mm, de la tabla 7 .115 es : cb =
1,3
por tanto : b = 6,2 x 1,3 = 8,06 mm Pero como en ancho mínimo unificado según la tabla 7 .116A es de 12,7 mm se elige este ancho como definitivo . 6 .°
Longitud de la correa, según la fórmula [20] será : + E = n (d 1 d2) + )2 d2 2 C + (d' 2 4 C =
7c
(60,63 + 187,97) 2
+ 2 x 250 +
( 187,97 - 60,63)2 4 x 250
= 390,5 + 500 + 16,21 = 906,7 mm
189
Y según [34] : L p
=
906,7 - m
7c
-
906,7 9,525
= 95,19
Habrá que elegir, por tanto, según los desarrollos normales : 876,3 de 92 dientes, o el 933,4 cm de 98 dientes, que será el más adecuado :
Fig . 7,119 Polea de madera .
L r = 933,4 ;
Z r = 98
Corresponde a una correa 367 LO 50. 7 .°
Corrección de C :
933,4 _Lr_-_ -L-- 906,7 C = C 1 -2 250 -2 x14,75e cos a° = Fig, 7.120 Bombeado de las poleas.
= 250 + 13,8 = 263,8
Si esta distancia no fuese admisible, se podría modificar el número de dientes de las ruedas y rehacer el cálculo . Resumiendo, los datos hallados son : Correa dentada, 367 LO 50 Pirelli . Número de dientes de polea motor, 62 . d p , de polea motor, 187,97 mm . Número de dientes de polea de la centrifugadora, 20 . d pz de la polea de la centrifugadora, 60,63 mm .
Fig . 7 .121 Polea acanalada enteriza .
7 .6 .7
Poleas para la transmisión por correas . Material
Las poleas empleadas para la transmisión por correas se fabrican de distintos materiales pero los más comunes son la fundición de hierro, el acero estampado y las aleaciones ligeras . Para poleas planas aún se emplean algunas veces las poleas de madera (fig . 7 .119) y, en ocasiones, poleas de plástico . Las formas y dimensiones están normalizadas . Fig. 7.122
Polea formada por varias piezas .
7 .6 .7 .1
Poleas para correas planas
El ancho de la llanta está normalizado en la UNE 18 007 (ver tabla 7 .96) . La llanta puede ser plana o ligeramente abombada (fig . 7 .120), la flecha 1) del arco de este bombeado suele ser de 1/4 -\/'b- a 1/3 \l-h . La unión al eje suele hacerse por medio de chaveta o lengüetas de ajuste ; en este último caso hay que prever la retención axial . Las de madera, y algunas de acero, suelen fijarse por medio de tornillos que aprietan el cubo, previamente partido, contra el eje . 7 .6 .7 .2
Fig . 7,123 Deformación de la correa al doblarse para ceñirse a la po lea .
Poleas acanaladas para correas trapeciales
Para poleas pequeñas se hacen enterizas (fig . 7 .121) ; para mayores dimensiones suelen hacerse de varias piezas unidas por tornillos (fig . 7 .122) . Lo más importante en estas poleas es la forma y acabado de las canales . Las dimensiones están dadas en la tabla 7 .99 . El ángulo de las gargantas depende del diámetro ; cuanto más pequeña es la polea menor es el ángulo del perfil, para así adaptarse a la forma que adquiere la correa al deformarse (fig . 7 .123) . El acabado de las caras laterales debe ser lo más fino y uniforme posible ; de no hacerlo así, las correas se desgastan prematuramente por abrasión . Cuando la polea es de gran diámetro, o la diferencia con la menor es muy grande, no es necesario hacerle canales ; puede apoyar las correas por la base en la llanta plana (fig . 7 .124A) . En este caso, la relación de velocidad y el cálculo de la polea se obtiene teniendo en cuenta, no el diámetro real de la polea plana, sino el diámetro imaginario que pasa por la fibra neutra (fig . 7 .1248) de la correa .
A fibra neutra
7 .6 .7 .3
Poleas para correas dentadas
En este caso la polea se parece más a una rueda dentada . La forma del dentado es muy importante ; para el buen funcionamiento y duración de las correas, deben redondearse las aristas . Fig . 7.124 A, Poleas planas y correas trapeciales ; B, fibra neutra de la correa trapecial.
En la figura 7 .125 se muestra la relación de diámetro y paso . En la figura 7 .126 se muestra las dimensiones y formas constructivas según que lleven o no arandelas laterales .
En la tabla 7.127, las dimensiones del tipo de correa L . (Para los otros tipos, ver catálogo .) En la tabla 7.128 se muestra la forma y dimensiones del perfil del dentado de las poleas, según el tipo de correa .
Tabla 7 .127
Tipo de polea
10 L 12 L 14 L 15 L 16 L 18 L 20 L 22 L 24 L 26 L 28 L 30 L 32 L 36 L 40 L 48 L 60 L 72 L 84 L 96 L 120 L
N.° de dientes
10 12 14 15 16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 40 48 60 72 84 96 120
Dimensiones de las poleas dentadas, tipo L (paso 9,525)
Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro Ancho máximo Diámetro Primitivo exterior exterior exterior L agujero nominal nominal valona cubo mm central d d,. d, H d mm mm mm mm Tipo 050 Tipo 075 Tipo 100 mm 30,3 36,4 42,4 45,5 48,5 54,6 60,6 66,7 72,8 78,8 84,9 90,9 97,0 109,1 121,3 145,5 181,8 218,3 254,7 291,1 363,8
Tabla 7.128
Tipo XL L H XH XXH
7 .7
29,6 35,6 41,7 44,7 47,8 53,9 59,9 66,0 72,0 78,1 84,1 90,2 96,3 108,4 120,6 144,8 181,2 217,6 254,0 290,3 363,1
35,0 41,0 49,0 52,0 57,0 62,0 67,0 73,0 80,0 90,0 90,5 98,5 103,0 119,0 127,0 154,0 ---
20 24 28 34 36 40 40 45 55 58 58 58 65 65 65 65 75 75 75 75 75
28 30 30 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 42 42 42 42 42
-38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 45 45 45 45 45
45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 50 50 50 50 50
11 11 11 11 11 11 11 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 19 19 19 Fig. 7.126 Poleas dentadas, formas constructivas. A, con guía lateral; E, lisa .
Perfil de los dientes de las poleas dentadas
Perfil de la polea 17
1,4 2,1 2,5 6,8 10,22
r1
rz
0,4 0,6 1,1 1,7 2,4
0,4 0,6 1,1 1,3 1,65
1,35 3,25 4,4 7,9 12
Fig. 7.125 Poleas dentadas y relación con la correa .
50° 40° 40° 40° 40°
Transmisión por rueda y cadena
Cuando la transmisión entre dos ejes deba ser exacta, y por su distancia no sea posible unirlos con engranajes, se recurre al sistema de ruedas y cadena . Para los efectos de transmisión se pueden considerar como un caso particular de los engranajes . Con las cadenas se pueden transmitir grandes potencias . Las cadenas están normalizadas y las casas constructoras suministran tablas y catálogos con las distintas clases y tipos. El material de las cadenas es de acero al carbono y de aceros aleados de calidad.
7 .7 .1
Fig. 7.129
Cadena de eslabones .
polea
Clases de cadenas
Según sus aplicaciones, las cadenas pueden ser de : - Eslabones. - Rodillos . - Bloque . - Dientes,
7 .7 .1 .1
Cadena de eslabones
7 .7 .1 .2
Cadena de rodillos
Se llama también cadena común (fig . 7.129) ; este tipo de cadena no se emplea para transmisiones entre árboles; su aplicación principal es en aparatos de elevación y polipastos (fig . 7.130) . En los polipastos la cadena de eslabones se acopla a una polea especial, para que, al ejercer una fuerza tangencial con la cadena, la polea gire . En la figura 7.131, se muestran las poleas para cadenas de eslabones y su forma de acoplarse. Esta cadena se usa casi exclusivamente para transmitir el movimiento entre árboles ; según la potencia a transmitir la cadena puede ser de una (fig . 7.132A), dos (fig . 7.132B) o tres hileras de rodillos (fig . 7 .132C) . Consta de una serie de placas que hacen de eslabones articulados, unidas entre sí por medio de pasadores o ejes, sobre los cuales gira el rodillo exterior (fig . 7 .133) . La distancia entre rodillos es el paso, y éste debe ser igual al paso de la rueda en la cual engrana . La relación de transmisión máxima que se puede conseguir con cadenas es de 8 :1 .
Fig . 7.130 Aplicación de la cadena de eslabones en un polipasto .
sección AB
Fig . 7.132
7.7 .1 .2 .1
Cadenas de rodillos : A, de una hilera ; B, de dos hileras ; C, de tres hileras .
Piñones y ruedas para cadena de rodillos (UNE 18011)
Para que la transmisión por cadena sea correcta, la rueda y el piñón deben tener una forma y dimensiones apropiadas (fig . 7.134) . El mínimo número de dientes suele ser de 17, y el máximo de 124 . Fórmulas para el cálculo de ruedas de cadena : __
1800 Z
p dp - - sen a° Fig. 7.131
[35] [361
[37
Poleas para cadenas de eslabones .
d e =p - (0,54 +cot
[381
[391
Z p d dp Fig. 7.133
Constitución de una cadena de rodillos .
= = = =
número de dientes paso en milímetros diámetro del rodillo en mm diámetro primitivo en mm
d e = diámetro exterior en mm dp = diámetro de fondo en mm A t = altura del diente en mm
Las dimensiones del ancho del diente se obtienen en la tabla 7.135 . 192
Tabla 7.135
Dimensiones de las ruedas dentadas para cadenas de rodillos
bi N.° de la cadena Máximo Mínimo
b3
bz Máximo
Mínimo
Máximo
Mínimo
8,33 15,57
8,18 15,34
13,97 25,81
13,82 25,58
1 2 3
2,69 3,58 5,33
2,54 3,50 5,11
4 5 6
2,97 4,47 4,80
2,79 4,27 4,60
-
-
7 8 9
--
7,24 2,97 4,47
6,99 2,79 4,27
21,16 -
20,90 --
10 11 12
6,02 9,04 7,37
5,79 8,76 7,09
25,63 -
13 14 15
11,00 11,99 16,13
10,67 11,63 15,70
30,45
16 17 18
13,46 18,57 24,18
13,06 18,08 23,57
19 20 21
21,13 29,54 21,13
22 23 24
h
Mínimo Máximo
1,27 1,52 1,52
2,16 2,03 2,03
0,76 0,76 0,76
8,00 9,53 9,53
-
2,92 2,92 2,03
2,16 2,16 2,79
0,76 0,76 0,76
12,70 12,70 12,70
35,08 --
34,82 -
25,35 -
2,03 3,56 3,56
2,79 2,16 2,16
0,76 0,76 0,76
42,21 -
41,95 -
12,70 12,70 12,7a
2,54 2,54 3,05
3,30 3,30 3,81
0,76 0,76 1,27
48,01
30,12 47,57
49,91 79,88
15,88 15,88 19,05
49,58 79,45
55,02 72,54
3,05 4,06 4,06
3,81 4,19 4,19
54,53 71,93
91,47 120,90
1,27 1,27 1,27
19,05 25,40 25,40
90,98 120,29
20,57 28,83 20,57
89,10 -
4,95 4,95 5,97
4,83 4,83 5,72
1,27 1,27 1,27
88,39 -
148,67 -
31,75 31,75 38,10
29,54 36,37 43,69
147,96 -
28,83 35,51 42,67
88,09 108,66 134,90
6,99 6,99 8,00
6,10 6,10 8,89
2,54 2,54 2,54
87,38 107,80 133,88
44,45 44,45 50,80
25 26 27
51,00 58,29 65,53
146,63 180,95 226,11
145,92 180,09 225,09
8,00 10,03 11,94
49,83 57,02 64,26
157,61 178,18 201,80
8,89 10,16 11,43
2,54 2,54 2,54
50,80 63,50 76,20
156,44 176,91 200,53
-
28 29 30
72,77 87,25 101,73
-
13,97 16,00 18,03
71,50 85,98 100,46
223,27 267,34 311,28
18,80 21,08 22,61
5,08 5,08 5,08
88,90 101,60 114,30
31
222,00 266,07 310,01
-
-
116,21
20,07 23,88 27,94
25,15 28,70 32,36
114,94
356,24
354,97
5,08 5,08 5,08
127,00 152,40 177,80
-
-
31,75
35,56
5,08
203,20
7 .7 .1 .3
Fíg. 7.134 Perfiles de ruedas para cadena de rodillos.
Cadena de bloque
Esta cadena tiene el eslabón macizo, unido entre sí por medio de pernos y placas laterales (fig . 7 .136) ; puede transmitir una potencia de hasta 100 CV . En la figura 7 .137 se muestra la forma de la rueda para cadenas de bloques. Las fórmulas para el cálculo son las siguientes : [351
[401
Fig. 7.136
Cadena de bloques.
Fig. 7.137 bloques.
Rueda para
[411
d,=d,,+d
[421
df = d p - d
[431 [441
193 13 .
Tecnologia 2 .1 .
cadena
de
7 .7 .1 .4
Cadena silenciosa (UNE 18003)
Los eslabones de la cadena están formados por los elementos siguientes : Mallas . Son las placas dentadas (fig . 7 .138A), y sin dentar (fig . 7 .13813) que engranan o facilitan el engrane en la rueda . Las mallas sin dentar evitan que la cadena salte de las ruedas durante el funcionamiento ; se llaman placas guías . Perno o pasador. nes (fig . 7 .138C) .
Es la pieza que al unir entre sí las mallas permite formar los eslabo-
Buje . Pieza que se introduce en los taladros de la malla y sirve de apoyo al perno para formar la unidad de trabajo (fig . 7 .138Q) . Fig, 7.138 Malla : A, placa dentada ; B, placa sin dentar o placas guía ; C, perno; Q, buje ; E, arandela .
Arandela . Pieza que colocada a presión en los extremos del perno asegura el cierre de los eslabones (fig . 7 .138E) .
7 .7 .1 .4 .1
Tipos de cadena silenciosa
Las cadenas silenciosas pueden ser de estos cuatro tipos :
1 .°
Sencillas con guías laterales (fig . 7.139A) .
2.°
Sencillas con guía central (fig . 7 .139B) .
3 .° Dobles con guías laterales (fig . 7.140) . Este tipo se caracteriza porque los eslabones están constituidos por mallas dentadas agrupadas dos a dos, unidas por bujes, llevando al exterior las mallas de guía .
4.1> Dobles, con guía central (fig . 7.141) . Se diferencia de la anterior en que las mallas guía van colocadas en el centro . Para velocidades grandes trabajan mejor las de guía central .
Fig. 7.139 Cadenas sencillas : A, con guías laterales ; B, con guía central. Fig . 7.140 terales .
7 .7 .1 .4 .2
Fig. 7 .141 central .
Cadena doble con guías la-
Cadena
doble
con
guía
Designación de las cadenas
En la norma UNE 18 003 p4 y p5 se dan las dimensiones fundamentales y la carga de rotura de cada una de ellas . La designación se hace según la norma UNE 18003, seguido de las letras S o D, según sea sencilla o doble, y la L o C según sean las guías laterales o centrales ; a continuación, el signo x y la longitud total en metros ; acompañará siempre el número de la norma UNE 18003 .
Ejemplos :
Fig . 7.142
Perfil del diente de las ruedas silenciosas.
194
Cadena 12 SC
x 2, UNE 1 8 00 3
Cadena 29 SL
x
2, UNE 18003
1
Cadena 33 DC x 2, UNE 18003 Cadena 55 DL x 2, UNE 18 003
1
que indican : cadena de dos metros de longitud según norma UNE 18003, con las variantes siguientes : 1 . Número 12, correspondiente a una cadena sencilla de 10,16 mm de paso, con las mallas combinadas 4 x 5 y guía central, con una carga de rotura de 1 511 kgf . 2 .1 Número 29, sencilla, guías laterales, paso 15,87 mm, con mallas 1 x 2 y carga de rotura 1 313 kgf . 3 .a Número 33, cadena doble, guía central, paso 15,87 mm, con juego de mallas dobles 5 x 6 y carga de rotura 3 289 kgf . 4.1 Número 55, cadena doble, con guías laterales, con juegos de mallas dobles 9 x 10, con paso 25,4 mm y carga de rotura 18 217 kgf . 7.7 .1 .4 .3
slp W
V
Designación de las ruedas
PA
Designación de una rueda dentada de 12 dientes, para cadena de rodillos, según la norma UNE 18002,
IEN ---w_.
Para cadena simple : Rueda dentada z = 12, UNE 18011
(1S x 5, UNE 18002)
Para cadena doble : Rueda dentada z = 12, UNE 18 011
Fig. 7.143 Detalle lateral de las ruedas para cadenas silenciosas.
(8D x 8, UNE 18002)
Para cadena triple : L
Rueda dentada z = 12, UNE 18 011 (4T x 3, UNE 18002)
7 .7 .1 .4 .4
Ruedas para cadenas silenciosas
Como puede apreciarse en la figura 7 .142, el perfil del diente es recto, con un ángulo entre flancos alternos apropiado para el perfecto acoplamiento con las mallas . En la figura 7 .143A aparecen las cotas principales para el tallado del mismo, en función del paso, p. En la figura 7 .143B se ve el detalle lateral de las ruedas según sea para cadenas con mallas guía central o con mallas guía lateral. El número de dientes mínimo de las ruedas depende del paso . Las fórmulas para determinar las dimensiones principales de las ruedas de cadena son (fig . 7.143A) :
F-T
- 360°
Z
h= H
-
+ 0,08
[50] [51]
[461
dp p_ _~_ sen -2de
[45]
=
__ . .P-. .
tg 2
Elcuales n as se ti ene : =
cp
Z p
= = = =
a
dp
[52] [47] n,
, Z , = n 2 « Z2
[53]
[48]
[54]
[49]
[55]
=
p
de e h H h2 d, n,, n 2
=
= = =
= =
=
Z,, Z 2 = i = F P v
= = =
195
ángulo central número de dientes ángulo del hueco entre dientes ángulo de cuña diámetro primitivo en mm paso en mm diámetro exterior en mm juego en el fondo en mm altura del diente en mm altura de la cuña en mm profundidad de la ranura guía en mm diámetro interior en mm número de revoluciones por minuto de cada una de las ruedas número de dientes de cada rueda relación de transmisión fuerza tangencial transmitida en kgf potencia a transmitir en CV velocidad tangencial en m1s
Calculada la fuerza a transmitir F se elige la cadena según la norma UNE 18 003, haciendo : [56] En la cual : FR = carga de rotura de la cadena = coeficiente de seguridad, variable de 1,5 a 4, según los casos
7.7 .1 .4 .5 Fig. 7.144 Cadenas especiales para transportadores y elevadores .
Aplicaciones de las cadenas
Las cadenas, fundamentalmente, se utilizan como elementos sión, pero también pueden emplearse como elementos resistentes y de transporte . En la figura 7 .144 se ven unas cadenas que llevan especiales para poder unirse a cintas transportadoras, cangilones,
7 .8
de transmide tracción unas mallas etc.
Excéntricas y levas
Las excéntricas y las levas son elementos muy empleados en los mecanismos para construcciones mecánicas y en motores de explosión. La finalidad de las excéntricas y de las levas es transformar el movimiento circular uniforme en movimiento rectilíneo alternativo o en movimiento angular que sigan una norma o ley determinada . La amplitud del movimiento rectilíneo obtenido puede ser muy pequeña ; por esta razón el empleo de excéntricas es, en algunos casos, muy apropiado, pues resulta muy difícil conseguir el mismo resultado con otros sistemas .
7.8 .1 Fig . 7.145
Excéntrica de collar.
antifricción
antifricción
Fig, 7.147 Material en la superficie de contacto : A, del mismo material que el anillo ; B y C, anillo revestido de material antifricción.
Mecanismos de excéntrica
Aunque estos mecanismos se basan en un mismo principio, el resultado práctico puede ser muy diverso ; por esta razón los sistemas de levas empleadas son muy variados . Los principales sistemas de excéntrica empleados son los siguientes : - Excéntrica de collar . - Excéntrica circular de marco. 7 .8 .1 .1
Excéntrica de collar (fig . 7 .145)
El disco (1) con agujero excéntrico va acoplado al árbol del motor ; la corona (2) va ajustada al disco (1 ) ; al girar el motor gira el disco y la corona adquiere un movimiento de vaivén ; este mecanismo hace los efectos de biela manivela (fig . 7.146) . Se pueden tener desplazamientos muy pequeños .
Fig. 7.146 Excéntrica de collar como biela-manivela . La superficie de la corona que gira en contacto con el disco, puede ser del mismo material (fig . 7 .147A) o estar formada por un material antifricción (fig . 7 .147B y C) .
La excéntrica de collar se emplea en compresores, en prensas excéntricas, etc . 7 .8 .1 .2
Fig. 7.148
Excéntrica de marco .
Excéntrica circular de marco
El mecanismo consta de un disco con agujero excéntrico que se acopla al eje del motor; el disco va ajustado a un marco (fig . 7 .148) al cual proporciona un movimiento de vaivén . Este sistema se emplea en las cajas de distribución de las máquinas de vapor y para movimientos automáticos en máquinas herramientas. 196
7.8 .2
Leva
La leva es una variante de la excéntrica ; transforma el movimiento de rotación uniforme en un movimiento rectilíneo o angular, según una ley determinada . La leva es muy empleada en máquinas herramientas . En las máquinas automáticas, las levas son los órganos principales de accionamiento en el tiempo y duración previstos . Cada leva tiene la programación de una operación que se debe realizar dentro de cada ciclo .
7.8 .2 .1
Clases de leva
parte concéntrica
Según la forma que generalmente tenga la leva, ésta puede ser : - Leva de disco . - Leva de tambor . - Leva frontal . - Otros tipos de leva .
. Fig
7.149
Leva de roldana,
El contacto de la varilla con la leva se hace por la fuerza exterior de un muelle o por otro medio . En algunas, el empujador va dentro de una ranura que le obliga al movimiento en ambos sentidos ; éstas se llaman de movimiento positivo .
7.8 .2 .1 .1
Leva de disco
Se llama así porque para construirla se parte ordinariamente de un disco . El método a seguir para construirla depende de la precisión que deba tener y del número de levas a construir . Hay levas que se hacen a lima, partiendo de un trazado ; a fresa, si la curva es uniforme y continua . Se fabrican en máquinas especiales cuando se hacen en serie, generalmente por copiado . La leva de disco puede ser :
al
0
$ecoo,A-a 5-,wC-0
Fig. 7,150
Seccmn£-F Seccón0 -H
Arbol de levas,
- Leva de roldana. Caracterizada porque, en la periferia, alguna de las partes es concéntrica al eje de giro (fig . 7 .149) . Este tipo de leva es muy usado en los motores de combustión para abrir y cerrar las válvulas . En la figura 7.150 se muestra un eje de levas de un motor de cuatro tiempos y la figura 7.151 presenta el montaje del árbol de levas, válvula y balancín, - Leva de movimiento uniforme, También llamada leva de corazón por la forma que toma (fig . 7 " 152) . El movimiento circular uniforme lo transforma en rectilíneo uniforme alternativo,
s
'
Fig. 7.152 Leva de corazón: A, esquema de funcionamiento ; B, diagrama del recorrido; C, forma de trabajo.
- Leva de movimiento variado, En la leva de la figura 7.153 el movimiento que imprimen a la varilla ya no es uniforme .
Fig. 7.153 Leva to variado : A, funcionamiento ; del recorrido; C, bajo .
7.8 .2 .1 .2
de movimienesquema de B, diagrama forma de tra-
Fig. 7.151 Movimiento transmitido por la leva a través de elementos intermedios,
pivote
gula
Leva de tambor
El cuerpo una ranura de tre que hace medio de una
de la leva es un cilindro (fig . 7.154), en cuya periferia se practica dimensiones adecuadas para introducir en ella un pivote de arrasmover el vástago o elemento mandado, ya directamente ya por palanca (fig . 7,155), de brazos fijos o variables . 19 7
tambor
Fig. 7.154
canal
Leva de tambor .
7 .8 .2 .1 .3
Leva frontal
El cuerpo de la leva es un cilindro o cono, convenientemente vaciado, para lograr una corona de ancho apropiado. Sobre esta corona se construye la leva (fig . 7 .156). El vástago se desplaza paralelo al árbol motor. 7 .8 .2 .1 .4 e = recorrido
r r1 ,~rrrr ~~~ Fig. 7.155 Leva de tambor mandado por una palanca : A, forma de trabajo ; B, gráfico del recorrido .
Fig. 7.156
Otros tipos de leva
La forma constitutiva de la leva puede ser muy variada, según la disposición que debe tener en la máquina y el movimiento que debe producir en el elemento accionado. En la figura 7 .157A se muestra una leva en un cono formando el eje del árbol y la varilla o vástago un ángulo a . En la figura 7 .15713 la leva de aspa hace contacto intermitentemente con el rodillo de la varilla . En este caso la varilla es empujada sólo en un sentido . En sentido contrario, el empuje es por gravedad. La figura 7 .157C muestra una leva que dota a la palanca de un movimiento angular alternativo . El contacto del rodillo con la leva se logra por medio de un muelle . La figura 7 .157D muestra una leva de tambor de piezas postizas en vez de ranura . En la figura 7 .157E se muestra una leva mixta llamada cruz de Malta . En la figura 7 .1571` aparece una leva triangular cuya varilla o empujador es un marco semejante al de la excéntrica de marco .
Leva frontal.
Fig. 7.157 sición .
Distintos tipos de levas, por su forma o dispo-
7 .8 .3
Forma del extremo del empujador o varilla
7 .8 .4
Material de levas y empujadores
La forma del extremo del empujador en contacto con la leva debe estar construido de tal forma que reproduzca el movimiento deseado . Si la forma de la leva es muy sinuosa y el esfuerzo que debe vencer es muy pequeño, el extremo de la varilla puede ser puntiagudo (fig . 7.153) ; para mayores esfuerzos puede hacerse el contacto a través de un rodillo (fig . 7.156) ; final mente, cuando la leva no presenta ninguna parte cóncava, puede emplearse para el extremo del empujador la forma de platillo (fig . 7.151) . El marco de la figura 7 .1571` es un caso particular de empujador de platillo . Ya se dijo que para las excéntricas de collar, la superficie de contacto podía hacerse de un material antifricción . La forma de trabajar de las superficies en contacto origina una fuerza de rozamiento que debe reducirse al mínimo con una buena lubricación . Tiene la ventaja de que la fuerza total de empuje queda repartida en una gran superficie, por lo cual la presión es relativamente pequeña y el material se elige para que no sobrepase los límites admisibles para el aplastamiento por compresión . La carga habrá que reducirla en función de la temperatura que pueda adquirir la superficie durante el funcionamiento . 198
Para las levas ya no se cumplen estas condiciones : las superficies de contacto son pequeñas y, por consiguiente, las presiones muy grandes, por lo cual los materiales deben ser muy resistentes al desgaste . Suelen emplearse aceros de aleación para temple o cementación al Ni0 al Cr-Ni .
7.8 .5
Trazado de las levas
Este tema será tratado ampliamente en los próximos cursos y en la asignatura de Técnicas Gráficas. En este apartado sólo se da una idea del problema y se resuelven unos casos sencillos. 7.8 .5 .1
Movimiento de la varilla
Para el trazado de la leva, hay que partir del movimiento que debe lograrse en la varilla o empujador. En ocasiones, este movimiento estará perfectamente definido por leyes geométricas y podrán representarse por las ecuaciones matemáticas del movimiento ; otras veces serán movimientos que no obedezcan a estas leyes y que no pueden materializarse en una fórmula matemática . Sea cual sea el caso, lo primero que hay que lograr es un gráfico del movimiento . Estos gráficos se trazan en un sistema de ejes de coordenadas rectangulares : en las ordenadas se representan los espacios o caminos recorridos por la varilla y en las abscisas se traza una longitud arbitraria que representa el tiempo de una revolución de la leva ; en las levas de disco suele medirse en grados ; así, se tomarán 360° para una vuelta entera ; en las de tambor se suele tomar el desarrollo del cilindro o tambor . Problema
17.0
Trazar una leva de disco para un recorrido de 50 mm . El movimiento debe ser uniforme tanto a la ida como a la vuelta y con la misma velocidad . Solución :
Supongamos que la varilla en el lugar de contacto con la leva es puntiaguda . 1 .° Trazar el diagrama de movimiento . En un sistema de ejes rectangulares (fig . 7 .158A) se toma en ordenadas 50 mm y en abscisas una medida arbitraria, por ejemplo 120 mm . Por tener que ser el movimiento uniforme, la línea del gráfico debe ser una recta ; y por tener que llevar la misma velocidad a la ida y a la vuelta, las pendientes serán iguales (fig . 7 .15813) . 2 . 1 Se divide el eje de las abscisas en un número de partes iguales, 12 por ejemplo, y por cada una de ellas se trazan las respectivas normales y1, y2, y3, etc . 3 . 1 Sobre una circunferencia (tangente a las abscisas para más facilidad) de diámetro arbitrario (no debe ser muy pequeño y, por supuesto, no menor que el cubo de la leva), se hacen tantas divisiones iguales como las que se hicieron en el eje de abscisas, 12 en nuestro caso, y que equivalen a 3600/12 = 30° . Sobre el extremo de cada radio se lleva la coordenada respectiva . 4 .o Uniendo esos puntos por una curva continua tendremos trazado el perfil de la leva . Se termina dibujando el cubo, agujero, chavetero y la vista lateral (fig . 7 .158B) . Para evitar que el cambio de sentido de la varilla sea muy brusco, suele modificarse la línea del gráfico de movimiento con unos redondeados en los extremos, quedando la forma como la de la figura 7 .158C .
Fig. 7.158 corazón: A, B, perfil de cado de la
Trazado de una leva de diagrama de movimiento ; la leva, C, perfil modifileva .
Problema 18 .0
Trazar una leva igual a la anterior pero utilizando como extremo de empujador un rodillo de 20 mm de diámetro . Solución :
El trazado es exactamente igual que en el caso anterior hasta el punto final (apovechamos el gráfico corregido) . El perfil trazado es el que debe recorrer el centro del rodillo ; para lograrlo, sobre el perfil así obtenido se trazan una serie continuada de circunferencias de diámetro igual al del rodillo . La línea tangente a esas circunferencias es el perfil real de la leva (fig . 7 .159) . Téngase presente al elegir la circunferencia base que quedará reducida en una dimensión igual al diámetro del rodillo . En la figura 7 .159 queda trazada la leva. Problema
velocidad constante
19. ,
Trazar una leva de tambor de modo que el movimiento que imprima a la varilla sea como sigue : Durante 1200 avance con movimiento uniforme 18 mm ; permenezca parada durante 60° ; en los 60o siguientes vuelva a moverse uniformemente 20 mm ; para volver a pararse durante 300 ; seguidamente, vuelva al punto de partida . El diámetro exterior del tambor debe ser 45 mm .
199
Fig. 7.159 Trazado de una leva con empujado¡ de rodillo .
Solución . 1 .° Trazar el diagrama de movimiento . Para ello en ordenadas tomamos, a tamaño natural, los recorridos y en las abcisas longitudes proporcionales a los grados, para una longitud total = n - d . n d 360°
=
X1
120° __
X2
60°
-_
x3
-_
60°
X4
_
30°
X5
360° - (120° + 60° + 60-+30°)
X5
90° X'
X2
Fig . 7.160 Trazado del diagrama de movimiento de una leva de tambor .
__
Xg
_
n - d - 120 , 360°
_
n
d 60° 360°
_
n
d
__
3,14
__
n - d - 60°
-
n - d 6
_ -
3,14
d - 30° 360°
_
n - d 12
_
n-d 4
X4 X5
_
360°
n-d-90° 360°
n
6
d
3
__
3,14
x
3
45
= 47,1 mm
45
= 23,55 mm
45
= 23,55 mm
__
3,14 x 45 12
= 11,78 mm
__
3,14 x45 4
=35,33 mm
x
6 x
6
Para hacer más suave el movimiento, los enlaces de los distintos tramos deben hacerse redondeados . En la figura 7 .160 queda dibujado el diagrama del movimiento . Enrollado en el tambor este diagrama servirá para el trazado sobre el tambor . Como se comprende, las pendientes serán más o menos bruscas según el diámetro del tambor . También sucede que, en el exterior, la velocidad tangencial es distinta que en el interior y, si el rodillo se hace cilíndrico, habrá deslizamientos, desgastando prematuramente la ranura o el rodillo . Se evita este inconveniente haciendo la ranura en forma de V y el rodillo cónico . Por estas razones las ranuras se harán de la menor profundidad posible .
7.9
Resorte o muelle
Es un elemento susceptible de experimentar grandes deformaciones bajo la acción de una fuerza, capaz de almacenar una considerable cantidad de energía, restituible al recobrar su forma primitiva . Las aplicaciones de los resortes son muchas y variadas ; forman parte de la mayoría de los mecanismos y máquinas . 7.9 .1
Materia/ para resortes
Los resortes se hacen de acero especial ; en la norma UNE 36015-75 se especifica el acero para muelles del F-1 430 al F-1 460; los elementos de aleación son el Cr, V, Si, Mo ; por ejemplo: F-1 430 = 51 Cr V 4; F-1 140 = 56 Si 7; F-1 460 = 52 Cr Mo V 4 son aceros para resortes . Algunos materiales plásticos y de goma, en ocasiones se pueden considerar como resortes . 7 .9 .2
Clasificación de los resortes
En la norma DIN 29, los resortes se clasifican según la tabla 7 .161 . 7.9 .3
Cálculo de resortes
En cualquier mecanismo, una vez seleccionada la forma de resorte, es fundamental el cálculo del mismo, para que pueda cumplir el fin propuesto. Las deformaciones que pueden experimentar los resortes deben de estar dentro de los límites de proporcionalidad . Un muelle que trabaja a tracción, si el esfuerzo al que se somete es ligeramente superior al límite de proporcionalidad, se inutiliza rápidamente. 20 0
Tabla 7 .161
Representación
Denominación
Platillo sencillo
Muelles de platillo
Clasificación de los resortes según DIN 29 Símbolo ')
en sección
en Vista ~-~
cálculo DIN
2093
¡--r-
Paquete de muelles
á.sono.ms áe
2092
2093
-
2092
2093
cziZ
Columna de muelles 2092
Resorte espiral (muelle real), sintensión Resortes en espiral Resorte espiral (muelle o real), n caja, en tensión
-
sin oj os
_
;o con Ballestas ,innojos brida
-
con ojos con brida
-
Representación
Denominación
Resorte o coomp esión con sección redonda
en vista
en sección
ea.
Símbolo')
l /~
< ámo i e
/Rd
2095 2096 2089
~
Resorte a compresión con sección cuadrada
oiN
170 4 kt
E
2090
W Resortes helicoidales ciIindricos Resorte a tracción
E
=)
2197
r 2089
Resorte a flexión en ll ¡lado (resorte ro de brazos)
con sección redonda (resorte troncocónico) Resortes a c. presión cónicos
2088
LZMÍ i
f
_~
-
Rd
-
. I con sección rectangular (resorte troncocónico)
')
J
~
~.
-11,11
1.
En caso necesario se completarán los símbolos por indicaciones sobre la sección según DIN 1353, p. e. Rd (= perfil redondo), 4 c (= perfil cuadrado). Para espiras a izquierda se añadirá siempre aizquierdan . Se ha representado todo el anillo alemán ; para otras formas de anillo se dibujará el simbolo correspondiendo a la forma según DIN 2097 .
1z
7.9 .3 .1
el y
í', -~ .1 p.21
A
155 1,5 1,45 Y 1,4 d 135 ` 13 125 s 1,2
Cálculo de resortes helicoidales cilíndricos de alambre redondo a compresión
Lo que en la práctica interesa, en los resortes, es calcular la deformación, en función de la fuerza ejercida
diámetro del alambre y el diámetro del resorte del número de espiras (fig . 7.162A) .
Las fórmulas que relacionan estas variables son las siguientes :
Fórmula de la tensión.
t ,5"
[57)
Fórmula de la elasticidad
1,1s 11 1,05 10
(deformación
f relación de arrollamiento w =
Fig. 7.162 B, gráfico
r
.G n-
.
elástica) :
Dm3 d4
.
[58]
F
Dmd
Fórmula para calcular el diámetro del alambre.
A, resorte a compresión ; para el cálculo de K.
[59]
-.
f 52-
K Dm F f n G d
= = = = = = = =
resistencia a la cortadura en kgf/mm2. coeficiente (se calcula mediante el gráfico de la figura 7.16213) diámetro medio del resorte en mm fuerza ejercida en kgf deformación elástica en mm número de espiras módulo de elasticidad transversal (para el acero vale 0,83 x 10 4) en kgf/mm 2 diámetro del alambre en mm
Problema 20 . , Fig. 7.163
Resorte a tracción .
Un resorte de compresión tiene 16 espiras (fig . 7162A) ; la tensión máxima admisible - = 7 000 kgf/cm 2, el diámetro medio del resorte es de 10 cm y el diámetro del alambre 20 mm . Se deben determinar la carga máxima admisible y la deformación sufrida . Solución : - Cálculo de K (Gráfico fig. 7.162B) : -Dm_ d
-
100 20
= 5
en el gráfico K = 1,3. - Cálculo de F; aplicando la fórmula 1571 : = K _ 8__ .. . D., -- . F n d3 K.7r. . .. .. . d 3 _ .Dn,
F =
70 203._ 8 `x. . ._13,14 . 3 x._100
_ 1680 k gf
- Cálculo de f; aplicando la fórmula [581 :
f = _ 8 _ n - DM 3 G
202
d4
F -
_ 8 x. 16 . 14x ._1003, x 0 83204
x 1690 = 163 mm
7.9 .3 .2
Cálculo de resortes helicoidales cilíndricos de alambre redondo a tracción
El cálculo es similar al de compresión ; solamente se diferencia en que hay que tener en cuenta la fuerza de la tensión interna (fig, 7 .163) . [601
D n 8 . f = G
.
d4
ma
siendo : Fo = carga previa
7.9 .3 .3
Cálculo de muelles de platillos (fig . 7 .164A y tabla 7.16413) Se emplean para grandes fuerzas en espacios reducidos de altura . El cálculo se hace para un platillo sencillo ; en la práctica, se pueden acoplar varios, de la misma forma que indica la figura 7 .165A, B y C. Fórmula para el cálculo de la carga F en un muelle simple (fig . 7 .164A) en función de f: -J .e4 Del
,
ef
.
h
f
h
-
0,5 .
(kgf)
donde : F e
= fuerza ejercida en kgf = espesor del muelle
a
= coeficiente dependiente de la relación
De D¡ f h
= = = =
Muelle de platillo,
[611
. (F _ Fo)
[621
F = 92 300
Fig. 7.164A
Tabla 7.164 B Valor de los coeficientes a, (i y y en función de De/D ;
D, !D,
a
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0
0,29 0,45 0,56 0,64 0,70 0,74 0,76 0,77 0,78 0,79 0,79 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,79 0,78
¡
y 1,00 1,07 1,12 1,17 1,22 1,27 1,31 1,35 1,39 1,43 1,47 1,50 1,54 1,57 1,61 1,67 1,67 1,70 1,73 1,76
1,04 1,13 1,22 1,30 1,38 1,46 1,53 1,60 1,67 1,74 1,81 1,88 1,94 2,00 2,07 2,13 2,19 2,25 2,32 2,37
- De-(tabla 7.16413) i
diámetro exterior del platillo en mm diámetro interior del platillo en mm deformación elástica del muelle (flecha) en mm altura libre del muelle sin esfuerzo
Tensión : e2 = cp 92 300 - --~ --- -e D
kgf/mm2. Fig. 7.165 Forma de muelles de platillos,
a., (3 y y (tabla 7 .16413) .
acoplar los
Estas fórmulas constituyen la base para la determinación del número de platos de los muelles compuestos . 7 .9 .3 .4
Cálculo de resortes de flexión doble arrollados (fig . 7 .166) El procedimiento de construcción de estos resortes es idéntico a los muelles cilíndricos de torsión . La sección de alambre puede ser cilíndrica o rectangular. Deformación elástica .- Para alambre de sección cilíndrica : 3 660 -En.
. m . d
D,
grados
[631 Fig, 7.166
203
Muelle de flexión doble,
Carga de trabajo a flexión:
32 '
. !F
M
a Fig, 7,167
=
a° n D, a E d
Resorte de espiral.
7 .9.3.5
= = = = = =
M d3
(kgf/mm 2 )
[64]
momento torsor mm/kgf grados de giro número de espiras útiles diámetro medio del mu lle en mm carga de trabajo a flexi n en kgf/mm 2 módulo de elasticidad a lexión en kgf/mm 2 (21 000 para acero de muelles) diámetro del alambre en mm
Cálculo de resortes en espiral plana (fig . 7.167)
Estos muelles tienen una sección rectangular . La fuerza que actúa produce un momento que tiende a enrollarlo ; la tensión que produce este tipo de muelles suele ser suave. Deformación elástica :
2 160
70
Fig . 7.168
7r-E
9 = -- 7z 6-
Resorte de ballesta .
I a
E 1
M b3
(grados)
[65]
(vueltas)
[66)
Carga de trabajo:
a = a° I M E g a a b
Fig. 7.169
Resorte de caucho,
7 .9 .3 .6
= = = = = = = =
6 M a , b2
kgf/mm 2
[67]
grados que puede girar longitud de la espiral en mm momento torsor en mm/kgf módulo de la elasticidad a flexión (kgf/mm2) (21 000 para acero de muelles) vueltas carga de trabajo del muelle kgf/mm 2 lado del rectángulo paralelo al eje en mm lado del rectángulo perpendicular al eje en mm
Cálculo de ballestas
Las ballestas se fabrican con pletinas rectangulares de acero; tienen la particularidad de que la tensión es casi uniforme en toda su longitud (fig . 7.168) . Fig. 7,170
Deformación elástica :
Entenalla .
[68) Carga de trabajo:
a -_ n
A
f I E n b h F a
B
Fig, 7.171
Muelle en espiral: A, en su máxima tensión ; B, en reposo,
204
6 - I _ _b . h2
flecha en mm (deformación elástica) semilongitud de la ballesta en mm módulo de la elasticidad a flexión kgf/mm 2 (21 000 para acero de muelles) número total de pletinas ancho de la pletina en mm espesor de la pletina en mm semicarga total en kgf carga de trabajo de la pletína en kgf/mm 2
[69]
7 .9 .3 .7
Resortes de caucho (fig . 7.169)
Este tipo de resortes se emplea, cada vez más, como expulsor en los moldes de embutición . La fuerza F necesaria para expulsar el material embutido se obtiene por experiencias prácticas.
N~00~~~/OOw 7,01
1
Fórmula de la sección elástica : A
4
1*
(D2 - d2) = 0,7854
(p2 d2)
[70]
Fórmula de la carga axial:
yf:",
O~n
[711 Fórmula de la flecha elástica :
aa~~
Fig . 7 .172 Muelle a compresión en una matriz,
[72] D d F f h n A
7 .9 .4
= = = = = = = =
diámetro máximo en mm diámetro del agujero en mm carga axial en kgf flecha elástica en mm altura del disco de goma en mm número de discos área de la sección del disco en mm tensión admisible por compresión en kgf/mm2 (para el caucho suele ser de 0,04 kgf/mm )
2
2
Fig. 7 .173 ticas .
Muelle de láminas elás-
Aplicaciones de los resortes
Los resortes tienen múltiples y variadas aplicaciones ; en algunos mecanismos son insustituibles por otros elementos. El cálculo de un resorte debe ser cuidadoso cuando se ha de aplicar a válvulas de seguridad, embragues, reductores continuos de velocidad, tensores de poleas y uniones elásticas, por las consecuencias graves que su fallo podría originar . En las figuras 7 .170 a 7.178, se muestran algunas de las aplicaciones de resortes .
i Fig . 7.176 Muelle a tracción en un tensor de polea .
~~~rl q
r~~~w,s
9i~ I Id
L~~S=i6C~S'
~
. ~~ Fig. 7,175
Fig . 7.177 Muelle a compresión en un embrague .
Fig. 7.178 Muelle a compresión en un variador de velocidades . 20 5
7 .10
Ruedas de fricción
Se llaman ruedas de fricción los elementos de máquinas, que permiten transmitir el movimiento circular de una forma continua entre dos árboles, por contacto directo de sus superficies periféricas . Las ruedas de fricción se emplean para árboles muy próximos, cuya potencia a transmitir sea pequeña ; en algún caso puede ser un sistema de seguridad . El contacto entre las ruedas produce una fuerza de rozamiento, que depende de la presión que ejerzan una contra otra y del material de las mismas . Fiq
7 179
Ruedas de fricción .
7 .10.1
Clasificación de las ruedas de fricción
Por la forma que pueden tener, las ruedas de fricción se clasifican en : - Ruedas cilíndricas . - Ruedas acanaladas . - Ruedas cónicas. 7 .10.1 .1
Ruedas cilíndricas
Son rodillos de sección circular, cuyos radios son r, y r2 tangentes entre sí (fig . 7.179) ; sobre los rodillos actúa una fuerza 0 ; suponiendo que se transmite el movimiento por fricción y que al girar no hay deslizamiento, la velocidad tangencial será : r, = 02 , r2 ;
eó, = 2 - r. - n,
y
cú 2
= 2 .
n2
luego : _r 2 r1
d2 di
n, n2
[73a]
siendo : co, y co l = velocidades angulares n, y n 2 = rev/min de las ruedas r, y r 2 radios de las ruedas d, y d z = diámetros de las ruedas
=
7.10.1 .1 .1
Fuerza tangencial
La fuerza tangencial F, debida al rozamiento que se desarrolla en la generatriz de contacto de los rodillos, depende de la potencia que debe transmitirse y de la velocidad tangencial ; si F se expresa en kgf, la potencia P en CV, v en m/s y n en r. p . m., y el radio r en cm se tiene que : 75 - P = F - v de donde: [741 Por otra parte :
[IF
r = 71 620
n
[751
7.10.1 .1 .2
Fuerza radial de las ruedas Si 0 es la fuerza total normal de las ruedas, se debe verificar que: [761
f --- coeficiente de rozamiento ; depende de la naturaleza de los materiales en contacto . En la tabla 7.180 se indican los coeficientes de rozamiento entre los materiales más usados .
206
Tabla 7.180
Coeficientes de rozamiento f y presiones admisibles Presión admisible en kglcmz
Coeficiente f
Material de la correa
P
Fundición sobre fundición » » papel » » cuero » madera
7.10 .1 .1 .3
0,10- 0,15 0,15 - 0,20 0,20 - 0,30 0,30 -0,50
3 1 1 1
-
5 2 2 2
Cálculo del ancho de la llanta
El ancho de la llanta depende del material y del diámetro de las ruedas y viene dado por la siguiente fórmula : [771 _1
d2 p b Q dr d, y d 2
= = = = =
presión admisible de la llanta (tabla 7.180) en kgf/cm2 ancho de la polea en cm fuerza radial en kgf franja de contacto en cm diámetros de las poleas en cm
Problema 21 . Con dos poleas de fricción de tencia de un CV . El diámetro de la polea mayor debe girar a 80 r. Calcular la fuerza tangencial,
fundición y forradas de cuero, se ha de transmitir una pola polea menor es de 190 mm y gira a 120 r . p. m. ; p. m . la presión normal y ancho de las poleas .
Solución : - Cálculo de la velocidad tangencial : x 120 x 0190 314 ,,
v
= 1,19 m/s
- Cálculo de la fuerza tangencial [74] : F = 75 - -
_
1-,1 g
-
= 63 kgf
- Cálculo de la presión normal [761 . Según tabla 7.180 f = 0,25 :
f -0
25
= 252 kgf
- Cálculo del ancho de la llanta : d, d2 -
d+ . .' n
1f-
= dz , n2
, n,
190 8x 120_ .. _ 285 mm
-
_
_1 285
+
1
190-
d, = 114 Según la fórmula [77] : b = -- Q d -. =
1 ; 5 252 x -
í-14
_- 1,47 cm = 14,7 mm
20 7
7 .10 .1 .2
Ruedas de frícción acanaladas
Estas ruedas tienen una garganta, cuyo saliente de la una se introduce en el entrante de la otra, en forma de cuña (fig . 7.181 A) . Cuando interese transmitir mayor potencia se construyen de varias gargantas (fig . 7.182).
A
Con las gargantas se consigue aumentar la superficie de contacto . Con respecto a las planas, presentan la ventaja de que, para transmitir la misma fuerza tangencial, la acción de la fuerza radial, que flexa y fatiga los árboles, es menor . El valor del ángulo a suele ser de 150 .
7.10.1 .2 .1
Fig. 7.181 A, ruedas de fricción acanaladas ; B, descomposición de la fuerza 0 .
Cálculo de la fuerza tangencial
La fuerza radial 0 proporciona unas fuerzas N perpendiculares a las caras de la garganta (fig . 7 .181 B), con la siguiente relación : Q=2N -senade donde : Q sen ao
2 N =
[781
La acción motriz F, tangente al cilindro medio XX' según la teoría elemental del rozamiento, debe ser : F = 2 N - f sustituyendo 2 N por su valor en [78] resulta : Q . f F = _ sen a°
[791
En las ruedas acanaladas la velocidad tangencial es igual en el diámetro medio XX, pero es distinta en los extremos a y b (fig . 7 .181A) ; por esta razón, tienen el inconveniente de que hay pérdidas de potencia por frotamiento, el cual origina, a su vez, desgaste de las ruedas en las zonas de contacto . Para disminuir este efecto, la profundidad de la garganta se hace pequeña, de 10 a 12 mm .
7.10.1 .2 .2
Número de ranuras
Para evitar un desgaste excesivo la presión radial debe ser pequeña ; esto se logra aumentando el número de ranuras. La fórmula de la presión viene dada por la siguiente expresión : 2 [80] e
= proyección de la línea de contacto en un plano perpendicular a 0 o semidiferencia de las bases del trapecio de contado en cm Z = número de ranuras Q = fuerza radial en kgf p = presión unitaria admisible en kgf/cmz
El número de ranuras suele ser de 3 a 5. El rendimiento de estas ruedas es de 0,88 a 0,90 . Problema 22 .Con dos poleas acanaladas de fundición y forradas de cuero, se ha de transmitir una potencia de 1,5 CV ; el diámetro medio de la polea menor es de 200 mm y gira a 1 200 r . p . m . El ángulo a = 15° y e = 4 mm (fig . 7 .182) . Calcular el número de ranuras. Solución : - Cálculo de la velocidad en punto medio : Fig . 7.182
Ruedas de canales múltiples.
d n, ' n 60 208
3,14
x
0,200 x__1 200 , = 12,56 m/s 60
- Cálculo de la fuerza tangencial [74] : F =
75 - P v
-
75 x 1,5 = 8,96 kgf 12,56
- Cálculo de la fuerza normal [79] y para f = 92 de la tabla 7 .180 : Q
_
F - sen ao f
_
8,96 - sen 15° 0,20
- 11,6 kgf
- Cálculo del número de ranuras [80] : Q
= z - 2 .
11,6 = 2 z_4 __ x
1,45 ti 2 Fig. 7 .983 nicas .
El valor de p, en la tabla 7 .180, oscila entre 1 y 2 . Se toma el mínimo : 1 kgf/cm2 . 7 .10 .1 .3
Ruedas de fricción cónicas
Las ruedas de fricción cónicas se usan para transmitir el movimiento entre árboles que se cortan (fig . 7 .183) . El ángulo más común, que suelen formar los árboles, es el de 90° . 7 .10 .1 .3 .1
Re/ación de transmisión de ruedas cónicas
En este tipo de ruedas las velocidades tangenciales son distintas en cada punto . La velocidad lineal, en el punto M, de la periferia, será : cú,
,
r,
= co l ,
r2
de donde . co,
rz r,
(ú 2
[73b]
n2 n
_
Por otra parte :
despejando : r,
=
OM,
- sen
Yo
,
r2 OMI
sen despejando : r2 = Sustituyendo estos valores en
OM,
» sen a' 2 .
[73b] queda :
__w? - _ .!?? _ _ sen- -0-C 2 sen n
-
[73c]
Teniendo en cuenta que a ° 2 = ao - ao, y sen a ° 2 = sen a 0 - cos a 0 , cos a. 0 - sen a°,, sustituyendo en [73c] se tiene que : n, n22
sen_ ao - cos ao, - ocO, cos a° sen n,
ao _ . sen ao, tg
sen aO
- cos ao 209
14 .
Tecnologla 2. 1
Ruedas de fricción có-
de donde: tg a°1
=
[811
sen a°
ni nz
+ cos a0
De forma análoga se deduce :
[82]
sen aO
= tg ao2
Los radios medios se calculan, en función de la velocidad media, de la siguiente forma : vm
2 .
-ir
60 ,
131m =
n1
2 .
nz
60 Tu_
' rzm
de donde : velocidad minima
30 -
-
r,m
yr
y
~T . n1
[83]
rzm
La fuerza tangencial a transmitir y la presión normal se obtienen por las fórmulas [74], [76] y [77] de idéntica forma a las ruedas cilíndricas . Fig. 7.184 Aplicación de las ruedas de fricción a variadores de velocidad .
Problema 23 .°
Se han de transmitir 2,5 CV de potencia mediante ruedas cónicas de fundición y cuero . El ángulo que forman los ejes es de a = 90° ; n, = 40 r . p . m . y n z = 105 r . p . m . La velocidad periférica v = 1,5 m/s . Calcular las ruedas para tal transmisión . Solución : - Cálculo de la inclinación de los conos [81] y [82] : tg a l
sen a
=
sen 901
+ cos a
~' z
Fig .186 En.7 granaje de dientes rectos,
_
t9 a z =
ñz i
+ cos 90°
05
sen a
105 40
= 2,625
= 69° 9'
al
=
_
_
sen 90°
4~ +
+ cos a
__
cos 901
40 105
0 " 38
a z = 200 51' - Cálculo de los radios medios [831 : r 1r = Fig . 7.187
Engranaje interior de diente recto .
r2m
_
30 30
. nm 1
=
ym
_
n2
3,04x140 _ 30
3,14
x 1,5 x
105
= 0,358 m = 358 mm = 0,136 m = 136 mm
- Cálculo de la fuerza que transmite tangencialmente [74] : 75 -- P v
= 75x_2,5_ = 125 kgf 1,5
- Cálculo de la presión que ejercen los rodillos [761 :
Fig . 7 .188
Ct %
Piñón y cremallera .
21 0
f
0 ,25
= 500 kgf
- Cálculo del ancho de los rodillos [77] :
1 d
+
1 ._ d2-
_1 _
- - 71,6
1
+
27,2
d r = 19,7 cm b =
7.10 .1 .4
1,5
600
9,7
Fig.
7.189
Sector dentado.
= 16,9 cm = 169 mm
Fig .7.190 Engranaje helicoidal con ejes que se cruzan.
Aplicaciones de las ruedas de fricción
Además de usarse como elementos de transmisión y de sistemas de seguridad, se emplean también como mecanismos reductores continuos de velocidad (fig . 7.184) y en inversores de velocidad (fig . 7 .185) . Fig .7.191 Engranajes helicoidales de ejes paralelos,
Fig. 7.185 Aplicación de las ruedas de fricción para inversores de marcha .
7.11
Ruedas dentadas
Las ruedas dentadas, engranando entre sí, sustituyen a las ruedas de fricción, con la ventaja de mantener la relación de transmisión constante para cualquier potencia, siempre que los dientes sean suficientemente resistentes y las ruedas estén construidas en la forma debida .
7.11 .1
Fig. 7.192 Tornillo y rueda sin fin.
Engranaje
Se llama engranaje al conjunto de ruedas dentadas que engranan entre sí . En todo engranaje son necesarias, al menos, dos ruedas dentadas ; por tanto, no es correcto llamar engranaje a una sola rueda dentada .
7 .11 .2
Clasificación de los engranajes
Rectos
.7.193 EngraFig naje helicoidal doble.
Exteriores Interiores De piñón y cremallera Ruedas de cadena De una espiral
Helicoidales De dos o más espirales
I
De ejes paralelos De ejes cruzados De piñón y cremallera De ejes paralelos De piñón y cremallera
De visinfín
Cónicos
De dientes rectos De diente recto inclinado De diente curvo Hipoide
Fig. 7.194 Engranaje cónico de dientes rectos .
De la figura 7 .186 a la figura 7 .195 se muestran los tipos de engranajes más comúnmente empleados . Los engranajes rectos se estudiaron en el Tema 30 de Tecnología del Metal 1 .2, de esta misma Editorial .
7 .11 .3
Engranajes helicoidales
Se llaman engranajes helicoidales aquéllos que tienen los dientes inclinados en forma de hélice (fig . 7.196) .
Fig. 7.195
Engranaje hipoide.
Fig. 7.196
Paso helicoidal.
Propiamente son tornillos de varias entradas, cuyos hilos forman los dientes del engranaje. Los engranajes helicoidales son más suaves y silenciosos que los rectos, por eso su aplicación es muy grande ; producen esfuerzos axiales que se reciben normalmente sobre cojinetes de bolas o rodillos . Dándole a los engranajes una doble espiral se consigue disminuir el rozamiento y contrarrestar los esfuerzos axiales (fig . 7 .193) . Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos (fig . 7.191) y cruzados (fig . 7.190) . 7 .11 .3 .1 En -
Pasos en los engranajes helicoidales todos Paso Paso Paso
7.11 .3 .1 .1
los engranajes helicoidales, siempre hay que considerar tres pasos : circunferencia¡ (P~) . normal (P .) . helicoidal (H) .
Paso circunferenclal (P,)
Es la distancia entre los dientes consecutivos, tomada sobre la circunferencia primitiva y paralelamente al eje del engranaje (fig . 7 .197) . 7.11 .3 .1 .2
Paso normal (Pn)
7 .11 .3 .1 .3
Relación entre P,: y Pn
Es la distancia entre dos dientes consecutivos, tomada perpendicularmente al diente del engranaje (fig . 7 .197) . Fig. 7.197 Pasos circunferencial y normal.
Observando la figura 7 .197 se tiene: _P n Pc
cos R
de donde [84] es el ángulo que forman los dientes con el eje. 7.11 .3 .1 .4 Fig.
7 .198
Cálculo del paso helicoidal.
Paso helicoidal (H)
Un engranaje helicoidal es un tornillo de tantas entradas como dientes tiene el engranaje. El avance de la rosca del tornillo es el paso helicoidal (fig . 7.198) . Desarrollando la hélice se tiene que : tg P _
7r
-d H [85]
7 .11 .3 .2
Módulos en los engranajes helicoidales
En todos los engranajes helicoidales, siempre hay que considerar dos módulos: - Módulo circunferencia¡ (me) . - Módulo normal (mn) . 7.11 .3 .2 .1
Módulo circunferencia¡ (mo)
Módulo circunferencia¡ es el cociente entre el paso circunferencia¡ y el número 7u . [86] 21 2
7.11 .3 .2 .2
Módulo normal (mn) Módulo normal es el cociente entre el paso normal y el número n. [87]
7 .11 .3 .2 .3
Relación entre m, y mn Sustituyendo el valor de P n de [84] en [87] se tendrá : mn
=
Pn n
=
Pc ' COS p n
=
mc ' cos [88]
7.11 .3 .3
Dimensiones de un engranaje helicoidal Es importante observar que el diámetro primitivo de un engranaje helicoidal se deriva de las dimensiones del módulo circunferencial; por tanto :
=
d- z-m
C
[89]
En cambio, la altura del diente y otras proporciones que ha de tener la herramienta con que se hacen los engranajes, se derivan de las dimensiones del módulo normal, para facilitar su construcción ; así : h=2,25m~
[90]
de =d +2m~
[91 ]
7.11 .3 .4
Par de ruedas helicoidales formando engranaje igual Al que en los engranajes rectos : n2 z,
_
n, z2
' z, = n2 - z 2 C
d, + d2 2
[92] [93]
7.11 .3 .4 .1
Par de ruedas helicoidales de ejes paralelos Su montaje puede verse en la figura 7 .175 . Casi todas las fórmulas de los engranajes rectos se pueden aplicar a estos engranajes . El ángulo (P es igual en los dos engranajes, pero de sentido contrario, por ser uno de ellos con la hélice a derecha y otro, a izquierda. 7 .11 .3 .4 .2
Par de ruedas helicoidales de ejes que se cruzan Las más normales son las que forman un ángulo de 90o (fig . 7.190) . La relación que forman sus ángulos con n y d son las siguientes : d 2
d, tg p 2 =
n, , d,
dd2
[94]
[96]
[95]
Si el ángulo que forman los ejes es de 90°, p, = p2 = 45°. p, = ángulo del piñón ; p2 = ángulo de la rueda. 21 3
7.11 .3 .5
Recopílacíón de las fórmulas de engranajes helícoídales de -
[841
n,
[851
d
. z , = n 2 . z2
C=
[861
[871 [881 [891
+ 2 mn
d,
+d 2
2
[911 [921 [931
tg P, =
n2
, d2
[941
t9 P2 =
n, d, n2 - d2
[951
RZ + ~,
[90]
790=
[961
Problema 24 Calcular las dimensiones de un engranaje helicoidal cuyos datos son : z = 40 ; m n p = 35- 20' .
=
5;
Respuesta : zcos - mn p
__
d
_
40 x 5 0,815802
d e = d + 2 m n = 245 + 2 d tg p
H
= 245 mm 5 = 255 mm
x
3,1416 x 245 0,70891
__
h = 2,25 m r, = 2,25
^ 1 086 mm
5 = 11,25 mm
x
Problema 25 Calcular un juego de ruedas helicoidales con los siguientes datos : z, = 20 ; z 2 = 50 ; m n = 4 ; p = 30° ; n, = 560 r/m . Cálculo del piñón : d, d e,
n
zcos p + 2 mn
= d, =
n - d, tg p
__
=
-
= 92,372 mm
20,866 4
92,372 + 2
x
4 = 100,372 mm
3,1416 x 92,372 0,57735
h=2,25m n =2,25
= 502,63 mm
4=9mm
x
Cálculo de la rueda : n, ' z, = n2 ' z2
n2 =
50
d2
n, - z, - _ z2 zcos p
n
__
560
x
20
50,8664
d e 2 = d 2 + 2 m n = 230,946 + 2 HZ =
21 4
n - d2 tg p
_
= 224 r/m
= 230,946 mm x
3,1416 x 230,946 0,57735
4 = 238,946 mm = 1 256,66 mm
Problema 26 Calcular un juego de ruedas helicoidales de 11 y 22 dientes de módulo 6 y cuyos diámetros primitivos sean iguales . El ángulo de los ejes es de 90o . n2 . d 2 n, d,
tg p, =
z2 . d2 z, - d,
__
22 11
= 2
p, = 63o 26' Hay que tener en cuenta que d, = d 2 ; n, = n 2 son proporcionales a z, y n, - d, _ z, - d, tg p2 = n 2 d z 22 2 2 T d2
_
11
z2 .
fig . 7.999 Forma práctica de determinar el ángulo de la hélice,
= 0,5
p2 = 26o 34' También p2 = 90° - p, = 90° - 63° 26' = 26° 34' Cálculo del piñón : =
d
mn tos p,
d e , = d, + 2 '
_-
z1
'
H
Cálculo de la rueda :
mn
d, tg p,
17
1
h = 2,25
11 x 6 0,447213
= 147,58 + 2
-
3,1416 m
= 2,25
= 147 ,58 x
147,58
x
2 x
6 = 159,58 = 231,81
6 = 13,5
d2
mm mm
mn
d2
_ _
=
7T
tg
-
22 x 6 0,89442
= 147,58 + 2 3,1416
p2
h = 2,25
mm
_
mn
-
d el = d 2 + 2 H2
mm
Z2
mn
x
0,5
= 2,25
Determinación del ángulo P de un engranaje ya construido Si no se necesita una gran exactitud, se puede hacer de la siguiente forma : se enrolla el engranaje en una cartulina delgada, se marcan los dientes, como indica la figura 7 .199, después, con un goniómetro, se mide el ángulo corres pondiente (fig . 7.200) . Este ángulo es aparente porque está medido sobre el diámetro exterior y debe hacerse sobre el diámetro primitivo. Su corrección puede hacerse de la forma siguiente : Se construye un triángulo rectángulo que tenga un cateto igual al diámetro exterior y el ángulo opuesto a dicho cateto igual al ángulo medido sobre el papel. A partir del ángulo recto, y sobre el mismo cateto, se lleva el diámetro primitivo y se une el vértice contrario con el extremo de dicho diámetro . El nuevo ángulo P',, opuesto al d, será el ángulo buscado (fig . 7 .201) .
= 147,58 x
147,58
x
mm
6 = 159,58
mm
_ 927,27
mm
6 = 13,5
mm
7.11 .3 .6
7 .11 .4
Fig. 7.200 Medición del ángulo cor, limbo graduado,
Cálculo del tornillo y rueda helicoidal (fig . 7.202)
A continuación, se expone un formulario completo para calcular las dimensiones de la rueda y tornillo visinfín .
Fig. 7.201 obtención dE ángulo de la hélice prr mitiva a partir de la ex terior .
.. ejemplo grafito con sin fin de 3 entradas
Sección normal
Nota . Para ejes que se cruzan la inclinacion de la hélice del tornillo sin fin y de la rueda, han de ser ambos en el mismo sentido : derecha o izquierda .
Fig . 7.202 Rueda y tornillo sin fin para ejes que se cruzan a 90° .
RUEDA HELICOIDAL Y TORNILLO SIN FIN (Ejes que se cruzan a 90°) Tornillo sin fin Designación : z, Mn Ma dp de a, Pn p g g, a
= = = = = = = = =
n .o de entradas (de 1 a 5) módulo normal módulo en sección axial diámetro primitivo diámetro exterior ángulo de inclinación de la hélice paso normal ángulo de presión normal ancho de la cabeza del diente en la sección normal = ancho en el fondo del diente en la sección normal = addéndum
b h At f P
= = = = =
Pa pa
= =
ga
=
gf
=
dedéndum profundidad de trabajo altura total del diente juego en el fondo del diente paso de la hélice (paso helicoidal) paso axial entre filetes ángulo de presión en la sección axial ancho en la cabeza del diente en la sección axial ancho en el fondo del diente en la sección axial
Fórmulas: Mn=
3,
=Ma'cosa
16
[97]
dp = de - 2 - a = dp de la fresa madre Ma =
1
Pa 3,1416
Mn cos a
=
dp ' 3,1416 P
91 _
4)
[104]
Pn - (b - tang 2 1 . a = Mn
4)
[105]
P = t n¡
[106]
Pa =
b = 1,166 - Mn ; para
[102]
Mn
[103]
[107]
a -
=
dp - 3,1416 tang a,
dp - 3,1416 = Pa - z,
cosn
a
tang Pa =
= Ma - 3,1416 tang cos
a
[113] [1141 [115] [116]
= 20°
[109]
ga =
Pa - (h - tang pa - 4) 2
[117]
-1
[110]
gf =
Pa - (b - tang Pa - 4) 2
[118]
P
[111]
f=At- h Pn - z, dla - 3,1416
Pn - z, cos a
P
[108]
At=a+b
a =
[101]
R = 14 30'
b = 1,25 - Mn ; para
sen
[100]
en general 140 30' y 15° ; para pasos largos se recomienda 20°
Pn - (h - tang [i 2
h=2- Mn
f
a
Pn = 3,1416
R .
[99]
Z
dp Ma - z,
=
90° -
g =
D-P-
de = dp + 2 - a = de de la fresa madre menos 2 tang a, =
p =
=
[98]
__
Mn , z, dp 216
[112]
Rueda helicoidal Designación.' Z Mn Ma Dp De Dt a Pn Pa pa
= = = = = = = = = = =
G Q r Y E
= = = = =
n .o de dientes módulo normal módulo oblicuo o aparente = al módulo de la sección axial del sin fin diámetro primitivo diámetro exterior diámetro total ángulo de inclinación del diente paso normal ángulo de presión normal paso oblicuo o aparente = al paso axial entre filetes del sin fin ángulo de presión oblicuo o aparente = al ángulo de presión de la sección axial del sin fin ancho de la sección del diente de la rueda ancho de la parte convexa radio de cabeza ángulo entre caras distancia entre ejes
Fórmulas : Z Mn-
__
Dp Ma =Ma'cosa
3,416 Mn cos a
Ma =
[119] [1201
Pa 3,1416
=
[1211
Dp = Z - Ma
[1221
De= Dp+2- Mn
[1231
Dt= De +2 (r-r-cosY)
[124]
Pn-Z Dp - 3,1416
cosa= sen a =
dp
=
Pn - z, . 3,1416
tang a =
__
Mn-Z Dp Mn -
[1251 [1261
z,
dp
_P
[1271
dp
Pn = Mn - 3,1416
[1281
R = en general 141 30' y 150 ; para pasos largos se recomienda 200 Pn
GOS a
__
tang (3a =
-G-=
Dp - 3,1416 tang cos a
6 a8Ma
Q= SenY-r-2
[1291
r =
2
[1301 sen Y = [1311 [1321
E=
G 2 r + At
Dp+dp 2 21 7
Formulas para calcular las dimensws de los engranajes unnar~cos d .~ d entes rectos can perid de evolvente. egun el sistema de modulo. d e acuerdo con el metodo Brown Sharpe dente smal tasado en n 109,1, de p,, /1 = 15 (ee muy u do lamt~en el 1a° so'i .
7.11 .5
Formulario para calcular las dimensiones de engranajes de diente del piñón y cremallera .
0
d,
Cálculo del piñón y cremallera (fig . 7 .203) recto
Designación:
Fíg. 7.203
Z m Dp De a b At h f Pc e s (p Db
Rueda y cremallera .
= = = = = = = = = = = = = =
n .o de dientes del engranaje módulo diámetro primitivo diámetro exterior addéndum (altura de la cabeza del diente) dedéndum (altura del pie del diente) altura total del diente altura común de los dientes (profundidad de trabajo) espacio libre de fondo paso circular espesor circular del diente hueco circular del diente ángulo de presión diámetro de la circunferencia de base para los centros que forman la evolvente de los dientes del engranaje
Fórmulas : Z =
m
Dp m
PC
= __
3,1416
De m DDp Z
Dp=m,Z=
[1361
- 2 =
De Z+2
ZPc
[1381
3,1416
De =Dp+2-m=m-(Z+2)
a = b=
6
6
[1371
m = m
[1391
F
13 6
At =
r
[1411
f=0,166
PC
e =
S = m=1,166-m=m+f
h = 2 - m
Pc=m
[1401
m=2,166«m
2-
PC _ 2
[1421 [1431 [1441
3,1416=e+s
[1451
= m . 1,5708
[1461
= m - 1,5708
[1471
Db = Dp - cos R
[1481
Hasta ahora, este sistema es el que se ha generalizado más en Europa . Esta norma concuerda con las dimensiones establecidas por las normas DIN 867 exceptuando el ángulo de presión, que es de 20o . También se diferencia en el espacio libre de fondo que en este último sistema recomienda f = 0,1 a 0,3 x m (dependiendo dicha holgura del procedimiento de fabricación y necesidades especiales) . 7 .11 .6
Cálculo de engranajes cónicos de diente recto (fig . 7 .204)
Formulario completo para calcular las dimensiones de engranajes cónicos de diente recto (ejes a 90°) .
Designación común a los
m a
dos engranajes :
= módulo = addéndum . Depende del sistema del perfil del diente que se elija (ver engranajes rectos) . b = dedéndum . Depende del sistema del perfil del diente que se e li ja (ver engranajes rectos) At = altura total del diente G = longitud de la generatriz de los conos primitivos 9 = ancho de los dientes Y = ángulo de la cabeza de los dientes F = ángulo del pie de los dientes f = juego en el fondo de los dientes (constante en toda la longitud) ángulo de presión . Depende del sistema del perfil del diente que se elija (ver engranajes rectos) t 2 = grueso de la corona interior . A escoger 21 8
perfil de los dientes en los conos complementarios exteriores perfil de los dientes en los conos complementarios interiores
Fig. 7 .204 Engranajes cónicos con diente recto para ejes que se cortan a 900 .
Designación rueda:
Designación piñón: z
n .o de dientes diámetro exterior diámetro primitivo medio ángulo primitivo ángulo del cono exterior de los dientes ángulos complementarios exterior e interior grueso de la corona exterior. A escoger altura del cono hasta el vértice proyección de la anchura proyección de las coronas exteriores diámetro primitivo ángulo del fondo de los dientes proyección de la corona interior
z
De Dm aP aE (3r t H K
w
Dp ce F D
dp de dm ap, ae af
Pp
t, h, k w d
Fórmulas rueda:
n .° de dientes diámetro primitivo diámetro exterior diámetro primitivo medio ángulo primitivo ángulo del cono exterior de los dientes ángulo del fondo de los dientes ángulos complementarios exterior e interior grueso de la corona exterior . A escoger altura del cono hasta el vértice proyección de la anchura proyección de la corona exterior proyección de la corona interior
Fórmulas piñón: [149]
De = Dp + (2
a - cos aP)
Dm = Dp - (g - se n aP) tang aP =
D p dp
_
Z z
t = A escoger
=
(De - 2 - g_- sen (xE) -- cotg a E 2
dp = z - m de = d p + (2 - a - cos
[150]
dm = dp - (g - sen ap, )
[151 ] [152] [153]
ae = ap, + Y
[154]
af = ap, - F
[155]
PP = 900 - ap,
[156]
t,
= A escoger
k, = g - cos as
[157] h, _
(de - 2 - g - sen ae) - cotg me 2
K=9-cosaE
[158]
W=t-coser=t-senaP
[159]
w, = t, - cos pp = t, , se n ap,
[1601
d = t 2 - sen ap, 21 9
l
Fórmulas comunes a los dos engranajes:
G -rG =
2
dp sen ap,
[174]
2
Dp sen ,P
[175]
< 3
g
L
[173]
~At=a+b
tang Y = tang F =
b
[177]
G _b G
[178]
t 2 = A escoger
[179]
[176]
G
CONOS COMPLEMENTARIOS Designaciones y fórmulas comunes a los dientes exteriores e interiores:
Z, = n .o de dientes ideal de la rueda z2 = n .° de dientes ideal del piñón m = módulo
Z,
Z cos ocp
__
Dc m
Designación dientes exteriores:
Dc de a b At e s Pc
= = = = = = = =
m, dc, Dc, a, b, At, e, s, Pc,
Fórmulas dientes exteriores : [182]
Dc = G - tang aP dc =
dp, cos ocp
_ - m
de = G - tang ap,
Pc=3,1416 ~At = a + b e =
s =
_ PC 2 _ PC
2
m
2
cos ocp
__
de m
[1811
Designación dientes interiores :
diámetro primitivo de la rueda diámetro primitivo del piñón addéndum dedéndum altura total del diente espesor circular del diente hueco circular del diente paso circular
cos aP
z
[180]
[183]
= = = = = = = = =
módulo (común a los dos engranajes) diámetro primitivo del piñón diámetro primitivo de la rueda addéndum dedéndum altura total del diente espesor circular del diente hueco circular del diente paso circular
Fórmulas dientes interiores : m, _
Dc, Z,
dc, z2
_
De l _ (G - g)
tang aP
[191]
7d c-7 _ (G - g) - tang ap,
[192]
z2
[184]
2~
[185]
Pc, = 3,1 4 16 - m,
[186]
At, =a+b
[187] [188]
[190]
e, =
s, =
_ PC, 2
2
l
[193]
[194] [195] [196]
[189]
Los datos que corresponden al perfil de los conos complementarios, interesan para la construcción de plantillas patrones en ciertos tipos de máquinas talladoras y también cuando se trate de fresar con aproximación engranajes cónicos en la fresadora universal corriente .
220
7.11 .7
Cálculo de la resistencia de los dientes de un engranaje
F
Las ruedas dentadas transmiten el movimiento de rotación transportando una determinada potencia ; el momento torsor, potencia y revoluciones por minuto se relacionan mediante la conocida fórmula : Mt = F - R = 71 620 " ñ cm - kgfl
Mt
= = = =
R P n
d ~/I\\mol
~F i Fr
[197]
momento torsor en cm - kgf radio primitivo en cm potencia en caballos de vapor transmitidos revoluciones por minuto
El cálculo del diente es un problema de resistencia de materiales, cuyo objeto es hallar las dimensiones del mismo para que resista la fuerza a transmitir; esto supone analizar las fuerzas que actúan sobre el diente, al objeto de aplicar una teoría de resistencia de materiales apropiada. Para calcular las dimensiones del diente hay que tener en cuenta la transmisión y hacerlo en base al caso más desfavorable, es decir, calculando el piñón o rueda más pequeña.
Fn Fig. 7.205 Fuerzas que actúan en un engranaje.
7 .11 .7 .1
Cargas que actúan sobre el diente Se supone que, en la transmisión, está en contacto un solo par de dientes; esto sólo sucede cuando el número de dientes del piñón es pequeño; esta base de cálculo es aceptable porque, además de simplificar, se considera el caso más desfavorable, dando más seguridad a los cálculos . Esta hipótesis no excluye el análisis exacto de cómo se ejercen las fuerzas (fig . 7 .205) . En efecto, el diente del engranaje es una pieza empotrada en un extremo, sometida a una fuerza variable periódicamente que, en el caso más desfavorable, pasa por el extremo (fig . 7 .206) . La trayectoria que sigue la fuerza F durante la transmisión y los puntos de contacto entre los dientes, puede apreciarse en la figura 7 .207 ; el ángulo a que forma la dirección de la fuerza F, con la recta normal tangente a los puntos de contacto, se llama ángulo de presión . El valor de a está normalizado y puede valer 15° o 20° .
Fig. 7.206 Momento más desfavorable de la actuación de la fuerza .
El diente está sometido a una fuerza tangencial F,, que le hace trabajar a flexión y una fuerza normal F, que le hace trabajar a compresión, cuyos valores (fig . 7 .205) son: [198]
y [199] Para efectos de cálculo Ft se puede tomar igual a F. 7 .11 .7 .2
Cálculo de las dimensiones del diente (engranaje recto) Para calcular el diente pueden emplearse las fórmulas de la flexión; para fectos de cálculo, el diente se considera como una viga en voladizo, emporada por un extremo (fig . 7 .208) . El momento flector máximo que produce a fuerza tangencial es :
Fig . 7.207 Línea de acción y ángulo de presión .
Mfmáx .=Ft-h
Fig . 7.208
Por esta razón la sección más desfavorable del diente es la de la base del mismo (fig . 7 .209) . La fuerza Ft se supone que está uniformemente repartida . Aplicando la fórmula general de la flexión se tiene : 6t = donde:
_Mf
w
[200]
6t = carga de trabajo del material a tracción M f = momento flector máximo (Mf = F t - h = F - h - cos a) W
= momento resistente
para el rectángulo W =
Viga en voladizo.
r
b ~ a2 6
Fig. 7,209
22 1
Fuerza total Fr .
Tabla 7.210
Sustituyendo :
Coeficiente de forma y
a = 20°
a =
15°
F - h b
6t
Y=
yd
fundición
acero
Y.
fundición
yd
acero
c
6
cos aQ a2
y simplificando :
10 11 12 13
11,88 84,58 11,2 13,75 10,63 113,07 10,17 012,50
13,11 12,56
14 15 16 17 18 19 20 21 23
9,78 9,45 9,19 8,95 8,76 8,59 8,45 8,31 8,09
12,01 11,60 11,26 10,96 10,72 10,49 10,31 10,13 9,85
12,09 14,27 11,72 15 13,80 11,45 113,46 11,18 813,10 10,94 12,83 10,74 12,58 10,56 12,35 10,41 12,15 10,16 11,82
25 27 30 34 38 43 50 60 75 100 150 300
7,93 7,77 7,59 7,41 7,27 7,14 6,99 6,85 6,7 6,57 6,44 6,3 6,17
9,62 9,42 9,17 8,92 8,72 8,54 8,36 8,17 7,98 7,82 7,65 7,5 7,37
9,94 9,76 9,55 9,30 9,10 8,92 8,72 8,52 8,33 8,14 7,92 7,73 7,5
15,5 14,83
11,55 11,32 11,02 10,7 10,46 10,23 9,96 9,72 9,45 9,18 8,89 8,59 8,3
6 - F - h - cos ab -a2
[2011
La fórmula [201] tiene tres variables a, b y h; el espesor del fondo del diente (a) y la altura del diente (h) están relacionados entre sí, según el módulo del engranaje y la forma del diente . Conocido el valor de a y h, se determina el espesor del diente .
7.11 .7 .3
Cálculo de las dimensiones del diente en función del módulo Calcular las dimensiones del diente mediante la fórmula [201] resulta engorroso, porque el espesor (a) del fondo depende del número de dientes del piñón y del ángulo de presión . En la práctica, lo que realmente interesa es calcular el módulo en función de la potencia a transmitir, del número de revoluciones y del material . La más notable teoría sobre esta materia fue dada a conocer por Lewis en 1892 . De una forma elemental, la teoría de Lewis queda resumida en las siguientes fórmulas :
[2021[2031[2041
Donde : F Y
a
= fuerza tangencial útil, en kgf = coeficiente de forma de la tabla 7.210 = relación,
= Mt = Z = P = n = m =
m,
entre 6 y 30
carga de trabajo según el material, en kgf/cm2 momento torsor a transmitir, en cm - kgf n .° de dientes de la rueda potencia a transmitir en CV número de r . p. m. de la rueda módulo en mm = paso/7r, en mm
Según los datos, se emplea una fórmula u otra . A veces habrá que hacer un primer tanteo y luego rehacer el cálculo definitivo . El factor de precisión y suele tomarse : 5 a 6 para engranajes tallados con poca precisión que transmitan grandes fuerzas y giren a pocas revoluciones. 10 para engranajes tallados con precisión media y que transmitan cargas medias . 15 a 30 para engranajes tallados con precisión y que transmitan grandes potencias.
Factor material. Los dientes de los engranajes están expuestos a choques, a esfuerzos y deformaciones provocados por los defectos de montaje y tallado impreciso . Estos efectos, en general, dependen de la velocidad . Por esta razón, el coeficiente ts se toma para materiales metálicos: crt kg f/cm 2 donde: v A A at 222
velocidad periférica, en m/s factor precisión expresado en m/s 3, para tallado normal 6 a 10, para tallado de precisión carga de trabajo según el material, en kgf/cm 2
[205]
Las dimensiones del diente en función del módulo son las siguientes : Altura del diente, en mm : = 2,25 m
[2061
Ancho del diente, en mm : b = n - m
[2071
Problema 27.o Calcular las dimensiones del diente que debe tener un piñón de Z = 20, si ha de transmitir 6 CV a 550 r . p . m . ; el material es de acero, at = 1 300 kgf/cmz, el ángulo de presión 20° y el mecanizado poco preciso .
Solución : Al no conocer ni la fuerza, ni el momento y sí P y n empleamos la fórmula [2041 : 3
m = 35,7
y como no podemos calcular a, por no conocer v, hacemos un primer tanteo con a = °"t, con lo que para y = 6 y y = 10,31 m = 35,7
3
1 000
6 x 20
x x
6 x 10,31 550 x 1 300
- 35,7
x
8,96
x
= 3,20 mm
10 -2
Si tomamos de la tabla 7 .211 un módulo normalizado de 3,5, tendremos : v
_
- Z - m - n 1 000 x 60
_
Tu
20 x 3,5 x 550 1 000 x 60
-
/ = 2 .015 m s
de donde, para A = 3, según fórmula [205] : a
A A + v
a t = 0,598
x
1 300 = 777 kgf/cmz
con lo que : m = 35,7
3
1 000
6 x 20
x
x
6
x
550
10,37 x 777
° 35,7
x
1,06
x
10 -1
= 3,80 mm
Quiere decir que deberíamos tomar m = 4 . Tabla 7 .211
Modulos normales según UNE 18 001
Problema 28.° Calcular las dimensiones del piñón del problema 27 .0 para un tallado de precisión . Solución : Aplicando - Factor - Factor - Factor
la fórmula [2051 se tiene : de forma del diente, según tabla 7 .210 = 10,31 cp = 15 material A A + v
a
at
ypara A=8 : v=2m/s (para un módulo aproximado a 3,5) .
a = 8 82
1 300 = 1 040 kgf/cm 2
x
Valores que en [2041 : m = 35,7
15 1 x0020
3
x
- 35,7 x 7 .11
550 x0 1 1040
x
10 -2
= 2,54 mm
Se puede tomar 2,75 o, tal vez, 2,5 sería suficiente . Comprobamos para éste último : v
_
7
- m - Z - n 1 000 x 60
_
T
-
2,5
x 20 60 000
x
550
= 1,44 m/s
por tanto :
a
ar
A A+ v
8 +81,44
x
1 300 = 1 101 kgf/cm 2
por tanto : m = 35,7
3
1 000 x 6 x 10,31 15 x 20 x 550 x 1 101
= 2,49 mm
luego es perfectamente admisible : m = 2,5 Compárese con el módulo 4 necesario en el problema anterior ; al aumentar la precisión, el módulo necesario es menor.
CUESTIONARIO 7 .1 7 .2 7 .3 7 .4 7 .5 7 .6 7 .7 7 .8 7 .9 7 .10
Ejes y árboles . Distinción entre rodamiento y cojinete de fricción . Precauciones en el montaje de los rodamientos . Lubricación de los rodamientos . Acoplamientos elásticos . Ventajas . Poner algunos ejemplos de aplicación del mecanismo de trinquete . Relación de transmisión . Ventajas e inconvenientes de las correas trapeciales . Angulo de presión en las ruedas dentadas . Módulo normal y módulo circunferenciaL
PROBLEMAS 1 .° Calcular el diámetro del eje de una polea para cable que está fijado por dos apoyos, situados a 120 mm de distancia, si la carga máxima producida por el cable es de 1 200 kgf y la tensión admisible a la flexión para el eje es de 900 kgf/cm 2 . 2 .° Elegir un rodamiento rígido de bolas que debe soportar una carga radial de 460 kgf a 1 400 r . p . m . Duración prevista 30 000 horas . 3 .° Proyectar una transmisión por correas trapeciales para un motor eléctrico asíncrono de 25 CV a 1 400 r. p . m . que mueve un ventilador a 600 r. p . m . en servicio continuo . Distancia entre centros prevista 900 mm . 4 .° Determinar las dimensiones fundamentales de un piñón y una rueda de diente recto que deben transmitir 10 CV siendo 1 500 las r . p . m . que da el piñón de Z = 30. El material previsto tiene a t = 1 200 kgf/cm 2 ; el ángulo de presión es de 20° y el mecanizado es de precisión .
224
Tema 8 .
Tecnología del corte de los metales
OBJETIVOS - Conocer los complejos procesos del corte de materiales, para : - Sacar conclusiones prácticas de cara al trabajo de taller. - Iniciar en el afilado cientifico de herramientas . EXPOSICION DEL TEMA 8.1
Métodos de producción . Introducción a la norma DIN 8 580
En el capítulo 8 de Tecnologia del Metal 1.2 se inició el estudio del corte de los materiales con herramienta por desprendimiento de virutas. Antes de hacer un estudio más detallado del problema del corte, se presenta aquí un breve comentario a la norma DIN 8 580, que refiere los métodos de producción para la fabricación de cuerpos sólidos geométricamente determinados . Esta norma clasifica los métodos de producción partiendo del estado del cuerpo, definido por su forma geométrica y por sus propiedades materiales ; los divide en los siguientes : 1 .0 Dar forma primitiva, crear forma . 2.0 Transformar. 3.° Separar. 4.° Unir . 5.0 Cubrir . 6 .° Modificación de las propiedades . El procedimiento más interesante y que se va a estudiar, con alguna detención, es el 3 .e, método . 8.1 .1
Separar
Es producir por modificación de la forma de un cuerpo sólido, suprimiendo localmente la consistencia . La forma final del cuerpo está contenida en la forma inicial . Por extensión, también entra en este concepto la descomposición de cuerpos compuestos . Este grupo principal de producción comprende, entre otros, los siguientes subgrupos : 8.1 .1 .1
Dividir
Es separar las partes contiguas de una pieza ; cortar, entallar, rasgar, romper . 8 .1 .1 .2
Arranque de viruta
Es separar partículas de materia (virutas) por medios mecánicos y con herramientas geométricamente determinadas : torneado, taladrado, fresado; o con herramientas de forma geométricamente indeterminada : abrasión, amolado, etc. Otros procedimientos dentro de este grupo son : rebajar, descomponer y limpiar, pero sin mayor interés por el momento . 8.1 .2
Otros conceptos de la norma DIN 8 580
Como quiera que, en el desarrollo de este tema, se repiten con frecuencia algunos términos que pueden tener significado diferente, para evitar confusiones, se entenderán, siempre en el sentido que los emplea la referida norma. 8.1 .2 .1
Cuerpos sólidos geométricamente determinados
Así se llaman todos los productos técnicos, también los compuestos de éstos: máquinas, vehículos, aparatos, herramientas y otros objetos de utilidad o adorno de una sola parte o de varias partes . Pieza. Cada una de las partes sueltas de un producto técnico. 225 15 .
Tecnología 2 .1
Herramienta. Medio de producción que, por movimiento relativo respecto a la pieza y transmisión de energía, origina la configuración o la modificación de la forma y posición y a veces también de las propiedades materiales . Dentro de este concepto entran también aquellos elementos que se emplean para golpear, agarrar, sujetar, etc . Medios activos, Son materias que producen modificaciones en las piezas por diversas formas de energía : energía mecánica, calor, radiación, etc ., incluso las reacciones químicas . Par activo, por otra .
Es el conjunto de pieza, por una parte, y la herramienta o medio activo,
Junta activa . Es el par de superficies en que hace contacto la herramienta y la pieza durante el proceso de trabajo .
8.1 .2 .2
Estados durante el curso de la producción El estado de un cuerpo se describe por su forma geométrica y por sus propiedades materiales . La producción consiste en variar la forma o las propiedades, o ambas a la vez, desde un estado en bruto a otro terminado . Estado en bruto. Estado final, Fig, 8.1 Piedras aguzadas, empleadas como herramientas cortantes o contundentes, por los hombres pri mitivos.
Así se llama al estado del cuerpo, antes del proceso de trabajo .
Es el estado del cuerpo, al terminar el proceso de trabajo,
Estado intermedio, Si un cuerpo recibe una serie continuada de procesos de trabajo, se reserva el nombre de estado inicial y final para el primero y último de la serie; a los otros se les llama estados intermedios . Estado instantáneo,
Es el que tiene el cuerpo en un momento determinado del proceso .
8 .1 .2 .3
Formas durante el curso de la producción En la producción, la forma es lo fundamental; de aquí que conviene aclarar estos conceptos : Forma inicial .
La forma que tiene la pieza, al empezar el proceso .
Forma instantánea, Forma final, pieza
La forma que tiene la pieza, al final del proceso .
8.1 .2 .4
filo
Fig, 8.2
La forma que tiene la pieza, en un momento determinado del proceso .
Buril primitivo,
Nombres de las piezas según el momento del proceso A las formas que tienen las piezas durante el proceso, le corresponden denominaciones diversas, a saber : Pieza en bruto .
IZM
Es la pieza antes de empezar el proceso .
Pieza semiterminada, Es la pieza en un estado, comprendido entre el principio del proceso y el final del mismo .
cuerpo
Pieza acabada o terminada . Es aquella pieza cuya forma ya no debe ser modificada ; es la pieza al finalizar el proceso .
cabeza i filo
Fig. 8.3
Herramienta simple : de torno o limadora .
pieza herramienta
Fig,
8.4
Viruta
continua lisa .
8 .2
Procedimiento de arranque de viruta
Ya desde los comienzos de la humanidad, el hombre utilizó herramientas para ayudarse y suplir las deficiencias con que la naturaleza le había dotado para sobrevivir . Así empleó las piedras aguzadas, ya directamente (fig . 8.1), ya unidas a palos para utilizarlas como hachas, mazos, o armas arrojadizas . Cuando en milenios posteriores descubrió los metales, fue sustituyendo estos elementos naturales por instrumentos más perfeccionados : en la figura 8.2 se muestra una herramienta elemental o buril . En ella aparecen los elementos básicos, que caracterizan a toda herramienta : mango y filo . Se comprende que el filo es la parte más delicada de la herramienta y que se hayan dedicado y sigan dedicándose grandes esfuerzos para mejorar las características del mismo, con el fin de lograr una mayor productividad .
22 6
la pieza p_sición y 3
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proceso.
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i,jonden
Hasta no hace más de un siglo, los artesanos que fabricaban las herramientas guardaban para ellos los secretos . En los últimos decenios es cuando se ha introducido el estudio cíentífico y sistemático en la fabricación de las herramientas . No se puede decir que ya se haya llegado al final del proceso y, así, aún quedan muchos problemas por solucionar, en este complejo campo del corte y conformación con arranque de viruta . Dada la índole de este libro, no se pretende investigar en este campo, sino más bien dar alguna idea sobre el estado actual de las soluciones encontradas y, tal vez, mencionar los pro blemas aún sin solución . En las naciones más industrializadas y progresistas existen fuertes equipos dedicados a estas investigaciones . Debido a la continua evolución, que llevan estos estudios, no se ha llegado a una perfecta uniformidad en la definición y designación de los diversos elementos que se emplean en esta parte de la técnica. Para no aumentar el confusionismo se emplean las designaciones y definiciones de las normas UNE y cuando éstas no lleguen se emplean las de otras normas que, en cada caso, se determinan . Como quiera que resulta difícil lograr la exposición de tema tan complejo, sin el conocimiento de cierta terminología de los ángulos y valores de los elementos de corte, se remite al lector a temas posteriores. Para los estudiosos que quieran profundizar en estos temas, al final del libro se expone una amplia y escogida Bibliografía .
8.2 .1
Para hacer más sencillo el estudio, solamente se hace mención de las herramientas de un solo filo, o herramientas simples, como son la mayoría de las del torno y limadora de la figura 8.3 . Las otras herramientas de filos múltiples, como las fresas, sierras, brochas, etc., no son, al fin, más que un conjunto de herramientas simples agrupadas o dispuestas convenientemente . En segundo curso, al hablar de la fresadora, se hará el estudio detallado de estas herramientas y en tercero, se acabará de estudiar, con más detalle, al tratar de la preparación de herramientas . Mas, para poder sacar alguna consecuencia práctica de los numerosos trabajos de investigación, conviene analizar, siquiera sea brevemente, el comportamiento de la viruta al ser separada de la pieza. La viruta no se separa del material de una manera simple, sino por combinación de al menos estos tres procesos : 1 .o, por cortadura; 2.°, por arranque; y 3 .0, por fluencia . Los esfuerzos de cada uno de estos fenómenos no son constantes y tampoco lo es la suma de ellos . La primera consecuencia que se saca es que el esfuerzo de corte de viruta no es constante, sino ondulatorio e irregular. Gallovvay clasificó la viruta en tres categorías : 1 .a Viruta continua de bordes lisos. 2.a Viruta continua de caras irregulares . 3 .a Viruta discontinua . 8.2 .1 .1
del pron-lificada ;
a dotado iidas a tituyendo ura 8.2 ~' -nentos .
_jyan der'-mo, con
de cizallamiento
pieza herramienta
Fig, 8.5 irregular,
continua
de
cara
pieza herramienta
herramienta
herramienta
Viruta continua de bordes lisos (fig . 8.4)
Viruta continua de caras irregulares (fig . 8.5)
Se presenta en materiales dúctiles, pero con grandes avances y pequeñas velocidades de corte. El filo se embota, la refrigeración es deficiente o nula, el fuerte rozamiento que se produce entre viruta y herramienta desprende pe queñas partículas, que se sueldan a la herramienta, formando un filo irregular ; este recrecimiento se va rompiendo y parte queda en la viruta y parte, en la pieza. En la figura 8.6 se muestra una secuencia de cómo sucede este fenómeno ; las adherencias en la viruta le dan ese aspecto de caras rugosas e irregulares, 8 .2 .1 .3
Viruta
herramienta
Se presenta esta viruta en materiales dúctiles, con pequeños avances, gran velocidad de corte, herramientas de filo muy agudo y superficie de desprendímiento muy pulido, eficaz y abundante refrigeración, pequeño coeficiente de rozamiento y gran resistencia al desgaste . La viruta se comprime fuertemente al aproximarse al filo de la cuchilla y la cara en contacto con la cuchilla sale lisa y brillante . 8 .2 .1 .2
-pmientas
Arranque de viruta con herramienta simple
plano
herramienta
Fig. 8.6 Secuencia de la formación de la viruta de caras irregulares,
Viruta discontinua (fig . 8.7)
Se presenta en material quebradizo, con pequeñas velocidades de corte y ángulos de afilado pequeños . El material próximo al filo se comprime y al ir aumentando el esfuerzo, llega al límite de cortadura y se produce la rotura (figura 8 .8) . 22 7
herramienta
Fig, 8.7
Viruta discontinua,
viruta completa
herramienta
herramienta
herramienta
rl~°í~O~p
misa aEl Iamosflnas
a
herramienta
vir
herramienta
mis
91111111111199
5 Fig . 8 .8
Secuencia de la rotura de la viruta .
8.2 .2 Influencia de algunos factores en la formación de la viruta De los párrafos anteriores se deduce que hay una serie de factores que influyen en la formación de la viruta ; éstos son : - el material de la pieza y de la herramienta ; - el afilado de la herramienta ; - la lubricación y refrigeración ; - los elementos de corte . Para un estudio detallado de la influencia de cada uno de estos factores habría que mantener uno de ellos fijos e ir variando cada uno de los otros . Dado que estos estudios han llevado a los investigadores a determinar las mejores condiciones, lo más lógico y razonable es seguir sus instrucciones sobre los tipos de herramienta, ángulos y material ; el tipo de lubricación y la forma de hacerla, así como los elementos de corte más adecuados : el aumento del avance y la velocidad aumentan la deformación de la viruta ; sin embargo, el aumentar la profundidad de pasada disminuye la deformación . Todos estos valores suelen estar recopilados en tablas o gráficos y a ellos hay que acudir para lograr el mejor rendimiento o productividad . Naturalmente, si las condiciones no son exactas a las de los investigadores, pueden producirse variaciones en los resultados ; de aquí, que desde ahora, se llama la atención sobre los valores de estas tablas, que siempre serán orientativas y jamás valores absolutos de los cuales no se pueda salir .
8.2.3
Mínima viruta
Según la velocidad de corte, la calidad y afilado de la herramienta, así como la naturaleza y forma de la pieza, la viruta no puede ser menor de determinados valores . Esto tiene importancia especial para lograr un buen acabado : disminuyendo la profundidad de la pasada o el avance hasta ciertos valores, la cuchilla tiende a separarse del material de manera intermitente, produciendo como un marti lleo sobre la pieza, endureciendo su material y haciendo que el filo de la herramienta pierda rápidamente su poder cortante .
8.2.3.1
Influencias de algunos factores en la mínima viruta
Dada la importancia que tienen algunos factores en las dimensiones de la mínima viruta, he aquí una breve relación de ellas, para saber cómo actuar en el momento práctico que se presente este fenómeno .
8 .2 .3 .1 .1
Influencia del material de la pieza
Los materiales dúctiles que pueden trabajarse a altas velocidades facilitan la obtención de virutas menores : pueden trabajarse en pequeños avances, sin que se presenten dificultades con materiales duros y tenaces y que, por consi guiente, han de trabajarse con menores velocidades ; las virutas no pueden ser tan pequeñas, debiéndose trabajar con mayores avances .
8.2.3.1 .2
Influencia del material de la herramienta
Las herramientas de metal duro, en las mismas condiciones, admiten una viruta menor que las de aceros rápidos . Sin duda, esto es debido a la mayor dureza y resistencia al desgaste de la herramienta, que impide o retarda la formación del filo recrecido .
8.2.3.1 .3
Influencia del ángulo de colocación y del de desprendimiento
El ángulo de tiene, llegando a de colocación de El ángulo de sentido .
colocación de la herramienta es de lo que mayor influencia obtenerse las mínimas dimensiones de viruta con el ángulo 90° . desprendimiento no parece tener influencia alguna en este
8 .2.3 .1 .4 Influencia del grado de acabado del filo El buen acabado del filo tiene una importancia capital ; una herramienta bien afinada permite obtener virutas mínimas, mucho menores que una herramienta con un afilado basto . 228
8.2 .4
Falsa cuchilla o filo recrecido
filo recrecido
Con cierta frecuencia se observa que cuando en la superficie de las cuchillas se acumulan pequeñas partículas del material cortado, el rozamiento entre la viruta y la herramienta aumenta y con ello la temperatura de la misma, llegando en ocasiones a soldarse esas partículas con la cuchilla . Este fenómeno (fig . 8 .9) se conoce con el nombre de falsa cuchilla, filo recrecido o viruta adherente, Estas partículas adheridas suelen romperse con cierta periodicidad, una parte se adhiere a la viruta y otra parte queda en la superficie mecanizada, dando lugar a un acabado de mala calidad; además, el fuerte rozamiento ocasiona la interna erosión de la superficie de desprendimiento y la cuchilla se desafila más rapidamente . Algunos remedios : 1 . 0 Lubricación . El rozamiento se disminuye con un refrigerante que lubrique eficazmente, a la vez que la cantidad sea suficiente para evacuar el calor y disminuir la temperatura, reduciendo así la posibilidad de soldadura . El dispositivo empleado para que el refrigerante llegue hasta la superficie de desprendimiento, es muy importante . En la figura 8 .10 se ven algunos dispositivos empleados . 2. 1 El material de la herramienta es también muy importante ; debe ser lo más antigripante posible . Los metales duros y cerámicos resultan mucho más favorables, así como el tratamiento de sulfinizado de las herramientas es también muy eficaz . 3 .o La velocidad pequeña favorece la formación de la viruta adherente ; por tanto, habrá que aumentar la velocidad cuanto sea posible . 4 .o El ángulo de desprendimiento pequeño aumenta el efecto de recalcado de la viruta y, con ello, la presión entre ésta y la cuchilla, favoreciendo con ello la formación del filo recrecido . Por tanto, el aumentar el ángulo de desprendimiento, cuanto se pueda, será beneficioso .
8 .3
herramienta
Fig. 8.9
Falsa cuchilla .
correcto refrigerante herramienta
La herramienta de corte
La herramienta de corte tiene vital importancia; de su material, tratamiento térmico y afilado, depende el rendimiento en la producción de piezas . 8.3 .1
Funciones de la herramienta de corte Para que una herramienta de corte cumpla con su finalidad debe ser capaz de realizar con eficacia estas funciones : - Cortar el material en forma de viruta . - Lograr que la viruta tenga una salida tal que no entorpezca el trabajo del operario y que sea (la viruta) de fácil evacuación . - Evacuar el calor producido por el corte. - Ser suficientemente robusta para soportar, sin deformarse, las fuerzas producidas por el corte . - Tener una dureza y resistencia al desgaste, capaz de soportar los efectos destructores del material, durante un tiempo razonable y rentable . - Mantenerse suficientemente rígida en su posición, durante el trabajo, para lo cual se necesita un sistema eficaz de sujeción y una máquina en perfectas condiciones de utilización . Para lograr estas funciones, la herramienta debe tener unas características de materiales, formas y dimensiones que se estudian a continuación . Elegir la herramienta ideal de cada caso no es nada fácil, ya que son muchas las variables que influyen para la elección, y algunas veces estas variables dan lugar a comportamientos opuestos, por ejemplo : una herramienta de metal duro será más resistente al desgaste y necesitará afilarse más esporádicamente así como podrá trabajar a mayor velocidad; pero también es más cara, necesita mayor potencia de corte, máquina más robusta, etc. Más adelante se habla con mayor detalle sobre algunas de estas cuestiones . 8.3 .2
Materiales de las herramientas de corte Los materiales empleados para la construcción de herramientas de corte son : 1 .0 Aceros : al carbono, aleados y de corte rápido . 2.° Metales duros. 3.° Productos cerámicos . 4.o Diamante .
229
Fig . 8.10 Dispositivos para lubricado y refrigerado eficaz.
8.3 .2.1
Aceros al carbono
El carbono es su principal componente . Al no tener otros elementos, la templabilidad es pequeña, por lo cual la velocidad crítica de enfriamiento es máxima ; por ello, son muy propensos a las grietas y deformaciones ; adquieren una gran dureza con el temple, pero resultan muy frágiles, Tienen poca aplicación para herramientas de corte, porque el calentamiento, que inevitablemente se produce en el mecanizado, les hace perder su dureza y resistencia al desgaste (se revienen) . En la tabla 8.11A se dan sus designaciones, características y aplicaciones, que resumidas son: - Los aceros de 0,65 a 0,85 %D de C, se emplean para matrices y herramientas de corte y embutido . - Los aceros de 1 a 1,15 % de C, se emplean para machos de roscar, brocas y fresas . - Los aceros de 1,3 %D de C, para buriles y rasquetas y para herramientas de corte. Tabla 8.11A DESIGNACION
Numérica
Simbólica
F 5103 F 5107 F 5113 F 5117 F 5118 F5123 F 5124 F5125 5F 5127 5128
C 70 C 80 C 90 C 102 102 V C120 120 V 120CrV C 140 140 Cr
Aceros al carbono para herramientas UNE 36 071-75 TEMPERATURAS oC
Máxima penetración de templo
Dureza mínimo H Re
Dureza máxima HB len estado racocidol
de templo 111
de revenido
de recocido
de templo (2)
190 195 205 210 210 215 215 215 220 220
795-825 780-810 780-810 775-805 775-805 76(1790 770-800 770-800 760-790 760-790
150-250 150-250 15(1250 150-250 150-250 150-250 150-250 150-250 150-250 150-250
740-780 740-780 740-780 740-780 740-780 740-780 74(1780 740780 740-780 740-780
62 63 64 64 64 64 64 64 64 64
mm (3) (4) ge do normal
grado wperio
5 5 5 5 4 5 4 5 5 6
4 4 4 4 3 4 3 4 -
Dureza H Re normal da utilizacion I~I (51
52-60 56 62 60-64 60-64 60 - 64 60-64 60-64 60-60 60-64 60 - 64
i
11) Las temperaturas indicadas se refieren a temple en agua . Para temple en aceite se debe incrementar en 20oC aproximadamente . (2) La dureza se mide sobre una placa de 5 mm de espesor después de templada en agua a la temperatura indicada por el fabricante . (3) Después de temple en salmuera a la temperatura indicada por el fabricante . (4) Estos ensayos sólo se realizarán si se ha convenido previamente. (5) A título orientativo, en estado de temple y revenido bajo .
8 .3 .2 .2
Aceros aleados
En los aceros ligeramente aleados, la adición de estos elementos influye principalmente en la capacidad de temple, de manera que la velocidad crítica de temple es menor y, por tanto, no son tan propensos a agrietarse ni a deformarse . Gran variedad de herramientas se construyen con estos aceros como puede verse en la tabla 8 .11 B . Con todo, estos aceros tampoco son aptos para trabajar a grandes velocidades por ser, en general, poco resistentes a las temperaturas elevadas que se presentan en el corte. Tabla 8.1113 Designación Numérica
Simbólica
Aceros aleados para herramientas UNE 36 072-75 Dureza máxima HB en estado de recocido
F 5230 F5233 F 5237
t000r6 105WCr5 102WCrV5
220 225
F 5220 F5227
95MnCrW5
230 235 260
F5211 F 5212 F5213
X1000r10 .V5 X160C,M.V12 X210Cr12 X210CrW12
F5214
X210C,M.V12
F 5241 F 5242
45WC,Si8
F5247
60WC,Si8 60SiMoCr8
F 5253 F 5267
5C,Mo16 7CrMoNi8
F5261 F 5262
X20C,13 X30Cr13 X40C,13
F5263 F5267
X38C,Mo16
220
265 265 255 220 220 220
Temperaturas oC de templo
230 240
Medio de templo
Dureza mfnima en estado de templo .venid .HRC
820800820-
860 840 860
160-210 160-210 160-210
aceite aceite aceite
60 61
770-
810
160-210
970-1010 980-1020 960- 1 000 960-1000
160-210 160-210 160 .210
aceite aire
60 61
aire aceito
61
60 61 61
980-1020
160-210 160-210
aceite aire
880-
920
160-210
870860-
910 900
160-210 160-210
aceite aceite
56 57
aceite
58
185 180
255 265
derevenido
60
CEMENTADOS 980-1030 960-1030 1000-1050 1000-1050
160-210 160-210 160 210 160-210
aceite aceite
48 49
aceite aceite
50 49
8 .3 .2 .3
Aceros rápidos
Son unos aceros intensamente aleados, que conservan su dureza hasta los 600 °C o más, por lo cual pueden trabajar a grandes velocidades de corte. La aplicación de estos aceros se puede decir que revolucionó las técnicas de producción . 8.3 .2 .3 .1
Características de los aceros rápidos
Las características de los aceros rápidos deben responder a las necesidades de servicio, pero también hay que tener en cuenta la facilidad de preparar la herramienta. Resistencia a la abrasión . La resistencia a la abrasión la dan los carburos, teniendo en cuenta no sólo el número de ellos sino también su composición . Los carburos de vanadio son los más duros y resistentes al desgaste, de aquí que todos los aceros rápidos lleven este elemento en mayor o menor proporción . Lo normal es que tengan de 1,5 a 2 % de vanadio y 0,75 a 0,85 de C. Tenacidad. La tenacidad o resistencia al choque es muy importante en las herramientas sometidas a choque, por tener el corte intermitente . Los aceros al molibdeno suelen ser más tenaces que los aceros al volframio; los aceros al cobalto, por el contrario, son más frágiles . Por estas razones las fresas y brocas suelen ser de acero al molibdeno y en las herramientas de torno, de corte continuo, se emplean más las de cobalto . Dureza en caliente . En esta propiedad no influyen los carburos, sino el material base o matriz, y el cobalto actúa favorablemente . Por esto, también es muy importante la presencia del cobalto para las altas velocidades .
Fig . 8.12 Proceso de temple y revenido de los aceros rápidos.
Aptitud al rectificado. Se llama así a la facilidad que presenta una herramienta templada a su máxima dureza para ser afilada por amolado. Influyen en ella la cantidad y la calidad de los carburos . Los carburos de volframio y molibdeno no presentan mayor dificultad ; no así los carburos de vanadio que tienen una dureza casi igual a la del abrasivo y su presencia dificulta el afilado . También tiene influencia el tamaño de los carburos . Los carburos de mayor tamaño son los más difíciles de afilar . Añadiendo azufre al acero se mejora la aptitud de afilado. Maquinabilidad. En general, la facilidad mayor o menor de mecanizar estos aceros depende del tipo de carburos en cuanto a tamaño, número y disposición, pero sobre todo de su naturaleza . El azufre también facilita la maquinabilidad . Esta propiedad es muy importante para la preparación de las fresas, herramientas de forma, brocas, machos, etc . Tratamientos térmicos de los aceros rápidos. Lo mismo que en el resto de los aceros, las propiedades varían, de acuerdo con el tratamiento térmico realizado con ellos. Estos aceros presentan dificultades especiales, tanto por las temperaturas elevadas a que hay que realizarlas, como por la facilidad de descarburación que presentan ; así como por los procesos complicados que requieren (fig . 8 .12) . Por esta razón no es aconsejable el tratamiento de estos aceros, si no se dispone de instalaciones adecuadas y de personal con experiencia . 8.3 .2 .4
mango
Metales duros
Los metales duros son aleaciones obtenidas por fusión o por sinterización de los carburos de Cr, Mo, Ta, Ti, V y W. Las aleaciones obtenidas por fusión (estilita) tienen hoy poca aplicación . Los metales duros de sinterización o fritado se obtienen por proceso cerámico y tienen una gran dureza de 70 a 75 HRC, son muy homogéneos y altamente resistentes al desgaste . La mayor ventaja que tienen, con respecto a los aceros, es que a temperatura de 1 000 °C sólo pierde alrededor de 15 % de su dureza, lo que permite trabajar a muy grandes velocidades de corte. Dado el alto precio, se emplean en forma de placas (tabla 8.13), que luego se sueldan a los mangos por soldadura de cobre o plata (fig . 8 .14) o bien, se fijan a ellos por medios mecánicos. Las plaquitas sólo pueden afilarse con muelas de carburo de silicio (SiC) y de diamante . Hoy día se fabrican con gran variedad de propiedades, pero la clasificación se hace no por sus cualidades, sino por sus aplicaciones . Se dividen en tres grandes grupos, como se ve en la tabla 8.15, que se caracterizan por una letra; así, el grupo P es para mecanizar materiales de viruta larga . 231
plaquita
plaquita
Fig . 8.14 A, plaquita soldada al mango de la herramienta ; B, plaquita su-
jeta por brida.
Tabla 8.13 A
1!~
C
~i'
I I
a
8
t
t
I I
I l a I
a
Tipos
E
~~
I
I
I I
A y B
14
I
~
I
C
tS
~
-
I
I
l
D
1
78 °
I I. I c
. .j
i
Plaquitas de metal duro
I i
I
D
E
Longitud nomina/
b
h
1
r
b
h
1
b
h
1
b
h
1
3
-
-
4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
3 4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
3 4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
3,5 4,5 5,5 6,5 8,5 10,5 12,5 -
3 4 5 6 8 10 12 -
8 10 12 14 16 18 20 -
4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 -
2,5 3 3,5 4 5 6 7 8 9 10 -
10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 -
El grupo K, para las de viruta corta y el M, para casos intermedios. Cada grupo principal, a su vez, está subdividido en grupos ; que se diferencian por un número que indica las dos propiedades de tenacidad (resistencia al choque) y de resistencia al desgaste ; flechas de sentidos opuestos indican que si aumenta la resistencia al desgaste disminuye la tenacidad, y al revés. Es muy importante tener en cuenta esta numeración, si se quiere obtener buen rendimiento de estas herramientas . La designación normalizada ayuda para el pedido de las placas y debe usarse siempre. Ejemplo . Una placa de forma B y 8 mm de arista, del grupo principal P y grupo de empleo 30, se designa así:
Plaquita para herramienta de torno B8 P30 UNE 1 8.3 .2 .5
Materiales
101
cerámicos
Es el material de corte más moderno y sobre él se están haciendo grandes trabajos de investigación. Tiene un campo de aplicación más reducido que los metales duros, pero se va extendiendo su aplicación ; las grandes velocidades que necesita para trabajar, limitan su empleo a máquinas muy robustas y veloces . Hay dos tipos fundamentales de materiales cerámicos ; 1 .o Los formados únicamente por alúmina . 2.° Los que están formados por óxidos de otros metales, como los de cromo, vanadio y manganeso. Su fabricación entra dentro de la metalurgia de los polvos : reducidos los materiales a fino polvo, se prensan en moldes de., metal duro ; estos polvos son tan abrasivos que desgastan rápidamente los oldes. Una vez conformados, en forma de pastillas, se someten a la operación de secado y posterior fritado a temperaturas de 1 800 °C ; esta operación es la fundamental para obtener una buena calidad y posterior rendimiento aceptable; debe obtenerse, a la vez, 232
Tabla 8.15 Grupo y color distintivo
Designación
Equivalencia antigua
P 01
P 10
P 20 P (color azul)
P 30
P 40
Condiciones de trabajo Acabado finísimo para torneado y taladrado, altas velocidades de corte, pequeños avances ; grandes exigencias de exactitud de medida y calidad de acabado de las superficies; trabajos exentos de vibración .
Acero, acero moldeado .
S 2
Acero, acero moldeado, fundición maleable de viruta larga .
S 3
S 4
o
Torneado, torneado con copia, fileteado, así como fresado, altas velocidades de corte, pequeños a medianos avances .
S 1
Acero, acero moldeado, fundición maleable de viruta larga .
Acero, acero moldeado con inclusiones de arena y porosidades .
Acero, acero moldeado de mediana a baja resislencia al desgaste, con inclusiones de arena y porosidades .
M 10
Torneado, torneado con copiador, fresado, medianas velocidades de corte, avances medianos, cepillado con pequeños avances .
-o
ó
a, E a
-
c
Torneado, cepillado, mortajado y en algunos casos para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de aumentar el ángulo de desprendimiento de vi, rutas, condiciones de trabajo desfavorables (1) .
ti
Torneado, cepillado, mortajado, para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento de viruta, condiciones de trabajo desfavorables, máxima exigencia a la tenacidad del metal duro .
E, Q
Acero, aceros austeníticos, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris esferoidal, fundición maleable .
Torneado, cepillado, fresado, velocidades de medianas, medianos avances .
corte
0 ven d ~-
M 30
Acero, aceros austeníticos, aleaciones de elevada resistencia al calor, acero moldeado, fundición gris .
Torneado, cepillado fresado, velocidades de medianas a grandes avances .
corte
~á É á~° ~~
M 40
Aceros de más baja resistencia, aceros blandos para máquinas automáticas, metales no ferrosos .
Torneado, torneado de forma, tronzado, mente para máquinas automáticas .
Acero templado, fundición dura de toquillas, con dureza - 60 Rc (,,~ 85 Shore), fundición gris de elevada dureza, aleaciones de aluminio con gran contenido de silicio, materiales sintéticos muy abrasivos, papel prensado, materiales cerámicos .
Torneado, acabado finisimo para torneado drado, fresado fino, rasqueteado .
K 10
H 1 (2)
K (color rojo) K 20
G 1
Acero de baja resistencia, fundición gris dureza, madera contrachapada .
K 30
K 40
Acero templado, fundición gris, D . B . >, 220 kg/mmz, fundición maleable de viruta corta, aleación de cobre, aleaciones de aluminio con contenido de silitio, materiales sintéticos, ebonita, papel prensado, vidrio, porcelana, roca . Fundición gris, con D . B . < 220 kg/mm 1 , cobre, latón, aluminio, otros metales no ferrosos, madera contrachapada fuertemente abrasiva .
G 2
de
baja
Metales no terrosos, maderas duras en estado natural,
á
m
cm
Torneado, medianas a elevadas velocidades de corte, pequeños a medianos avances .
M 20
E
°' d -° `°
Torneado, cepillado, fresado, medianas a bajas velocidades de corte, medianos a grandes avances ; también en condiciones de trabajo menos favorables (1) .
Acero, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris aleada,
K 01
.
Material
Acero, acero moldeado .
P 50
M (color amarillo)
Grupos principales y aplicaciones de los carburos metálicos
Ñ m
E Q .. m 5, E -
especial-
y
tala-o 0
ó Toméado, taladrado, do y rasqueteado .
avellanado,
escariado,
fresa-
! c
_
Torneado, cepillado, avellanado, escariado, fresado, en trabajos que exigen elevada tenacidad del metal duro . Torneado, cepillado, mortajado, fresado, posibidad de gran ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1) .
='
E
~ rr
cñ E -E
Q
Q
Torneado, cepillado, mortajado, posibilidad de mayor ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1) .
(1) Materiales irregulares, por ejemplo, corteza de fundición y de forja, durezas variables, etc ., profundidades de corte variables, cortes interrumpidos, trabajos sometidos a vibraciones, piezas ovaladas . (2) La denominación antigua H 2 correspondería a un K 05 intermedio entre el K 01 y el K 10 .
una densidad determinada por la porosidad y un tamaño de grano adecuado . La porosidad debe mantenerse dentro de ciertos límites, ya que un aumento del 10 % de la misma reduce, según algunos autores, hasta en un 50 % la capacidad de corte . En la tabla 8 .16 pueden verse las formas más características . 8.3 .2 .5 .1
Propíedades de las cuchillas de materíal cerámico
He aquí brevemente algunas propiedades de estos modernos materiales : Resistencia al calor, Es la propiedad más destacada, ya que pueden llegar, durante el trabajo, hasta temperaturas de 1 200 °C en perfecto estado de corte, y con unas variaciones muy pequeñas en sus propiedades mecánicas. Dureza . La dureza, a la temperatura ambiente, es algo mayor que la de los metales duros : 89 HRA a 92 HRA para los cerámicos, contra 88 HRA a 91 HRA de los metales duros. Pero la diferencia es mucho mayor a elevadas temperaturas . El afilado es más sencillo que para los de metal duro .
233
Tabla 8.16
Formas y dimensiones de las plaquitas cerámicas
Símbolo
Forma a
A
a
C
D
Z7
Nombre
a = 85°
Paralelogramo 85°
a = 82°
Paralelogramo 82°
a = 80°
Romboidal 80°
a = 55°
Romboidal 55°
a = 75°
Romboidal 75°
H
Hexagonal
a
K
a = 55°
Paralelogramo 55°
Rectangular
M
Z7
Conductividad térmica. por el corte.
a = 86°
Romboidal 86°
Es bastante buena y facilita la evacuación del calor producido
Otras características mecánicas. Tienen un módulo de elasticidad relativamente elevado de 3,82 x 10 6 kgf/cm 2 a 20 °C y de unos 3,22 x 10 6 kgf/cm 2 a 1 800 °C . También la compresión de 1 300 kgf/cmz a 20 °C, Tiene la gran desventaja robustos . También son muy
es buena baja sólo de que a sensibles
Propiedades químicas. al desgaste .
Tienen
8.3 .2 .5 .2
y a la a
disminuye relativamente poco con la temperatura : 900 kgf/cm 2 a 1 000 °C . flexión resiste poco, hay que emplear soportes muy los choques.
una gran inercia química, que favorece la resistencia
Capacidad de trabajo
Su profundidad de corte puede variar desde pequeñas pasadas (0,2 mm) hasta profundidades considerables (10 mm) . Los avances pueden variar también, desde centésimas para el acabado, hasta 0,8 mm/vuelta. Dada su buena dilatación, casi como los aceros, admite bien la refrigeración .
234
8 .3 .2 .6
El diamante como herramienta
El diamante, dada su gran dureza natural, tiene una gran resistencia al desgaste ; tiene el inconveniente de su gran fragilidad, por lo cual solo puede emplearse para pequeñas pasadas y en cortes continuos. Su montaje ha de ser muy cuidadoso y las máquinas muy robustas, ya que no admite vibraciones ; puede lograrse con él precisiones de 0,002 mm . Su aplicación es muy recomendable para el mecanizado de ebonita, bronces, aleaciones de aluminio, cartón comprimido, etc . y, en general, para materiales muy abrasivos . A pesar de las grandes ventajas del diamante como herramienta, su fragilidad, precio, y dificultad de montaje limita su empleo para casos muy especiales.
8.3 .3
Mejora de las características de las herramientas En las herramientas de acero, no es suficiente que la calidad del acero sea la adecuada, ya que necesitan un tratamiento adecuado para lograr un rendimiento aceptable . Además de los tratamientos térmicos, en general, hay otros tratamientos, a los que se someten las herramientas actualmente, para mejorar de una manera especial su resistencia al desgaste . 8.3 .3 .1
Tratamiento sub-cero
Algunos aceros rápidos adquieren sus mejores características si, a continuación del tratamiento térmico normal, se los sumerge en baños cuyas temperaturas estén por debajo de 0 °C . No está demasiado comprobado el porqué de los resultados ; pero teóricamente se admite sea debido a que, después de los temples y revenidos normales, aún queda austenita residual que, con este tratamiento, se transforma casi en su totalidad en martensita, mucho más dura y resistente al desgaste, como ya se sabe . La necesidad de instalaciones especiales limita la aplicación de este tratamiento ; además, debe hacerse con gran cuidado para evitar grietas o roturas .
8.3 .3 .2
Nítruración
La nitruración se hace después del temple y revenido y, a ser posible, perfectamente afinada; cuanto mejor sea el acabado, mejor será el resultado obtenido . La capa nitrurada es muy fina, pero le da una gran resistencia al des gaste y puede suplir alguna deficiencia en el temple . Es mejor la nitruración en baño que en atmósfera gaseosa, ya que en ésta, la duración es muy grande (de 10 a 90 horas), mientras que en aquél es de 5 a 90 minutos. 8.3 .3 .3
Sulfinización
Es un tratamiento muy similar al de nitruración en sales ; pero aquí el elemento activo es el azufre, en lugar del nitrógeno . El tratamiento se hace en baños de sales apropiados entre los 560 °C y 580 oC y durante tiempos que pueden ir de 20 a 150 minutos, pudiéndose llegar a penetraciones de hasta 0,3 mm . La sulfinización da a las herramientas una duración entre 3 y 5 veces mayor que la que tienen otras no sulfinizadas . Esta mayor duración es debida a que mejora el efecto de rozamiento entre la pieza y la herramienta y entre ésta y la viruta, lo que trae como consecuencia un menor calentamiento de la herramienta y menor peligro de gripado .
8.4
Geometría del filo
Ya se ha dicho que la forma básica de la herramienta es la cuña, y también se ha indicado la anarquía existente en la nomenclatura de las distintas superficies, aristas y ángulos. Para no aumentar la confusión con terminología propia, lo más oportuno es emplear la normalizada en la norma UNE 16015-75 . Aunque, para facilitar el trabajo, nos referimos siempre al estudio de herramientas simples de corte único, conviene recordar que, en la práctica, éste puede ser múltiple, como sucede en las fresas, brocas, herramientas de for ma, etc. Para tales casos habrá que repetir, en cada uno de ellos, lo que se dice para un solo filo . 235
La posición, forma y dimensiones de los elementos de la herramienta se refieren a un sistema de ejes ortogonales, cuyo origen está en la punta del filo (fig . 8 .17) . Antes de seguir adelante, conviene definir algunos términos empleados :
1 .0 Superficie de corte. Es la superficie accidental que se forma en la pieza, debajo de la arista principal de la herramienta . La arista es la generatriz de dicha superficie (fig . 8.18) .
Fíg. 8.17
Sistema de ejes de referencia .
2.o Superficie de trabajo. Es la superficie resultante en la pieza : está engendrada por la punta de la herramienta y por el filo secundario o contrafilo (fig . 8.18) . 8 .4 .1
Planos y ejes de referencia Los ejes y planos de referencia son distintos según sean referidos : 1 .0 A la máquina . 2.° A la herramienta .
superficie de trabajo
8.4 .1 .1
Sistema de referencia de fa máquina o de funcionamiento En la figura 8.19 quedan representados estos planos de referencia, que se llaman : 1 .0 Plano tangente (PT) . El tangente a la superficie de trabajo, que pasa por la punta de la herramienta .
Fíg. 8.18
Superficies de corte y de trabajo.
2.° Plano normal (PN) . dirección de avance .
3 .° Plano de referencia (PR) . El perpendicular al normal y paralelo a la dirección de avance (perpendicular a los otros dos planos) . Los ejes determinados por estos planos son : Xm, Ym, Zm. La m del subíndice hace referencia a máquina (su inicial) . En el torneado, estos ejes tienen las direcciones : Xm
=
Ym = Zm =
Z Fig. 8.19
El perpendicular a la superficie de trabajo y a la
paralelo al eje de giro paralelo al avance de profundidad perpendicular al Ym y Xm
Este sistema de referencia es de gran interés para tener en cuenta el comportamiento de la herramienta en el trabajo, así como para determinar la descomposición de la fuerza generada en el corte . En la figura 8.20 se representan estas fuerzas principales . En el plano (X,-Y,) aparecen las dimensiones de la viruta, a (avance) y p (profundidad de pasada) (fig . 8 .21), que sirven para calcular el área de la viruta :
Planos de referencia,
8.4 .1 .2
I
A
p = a '
(M m2)
Sistema de referencia de la herramienta o de afilado La figura 8.22 muestra los planos de referencia respecto a la herramienta y que se llaman : 1 .1 Plano de referencia. Es la superficie plana, base de la herramienta y apoyo para su fijación . Es normal a la dirección del corte.
2.° Plano de corte de la herramienta. Es la superficie plana que, contehiendo a la arista de corte, es normal al plano de referencia . 3.0 Plano de medida de la herramienta. plano de referencia y al plano de corte. Fig. 8.20
Fuerzas de corte.
Es la superficie plana normal al
Este sistema de referencia sirve para determinar las dimensiones y forma de la herramienta y, en consecuencia, para lograr el afilado de la misma.
236
Para completar las dimensiones de los ángulos se emplea un plano cortante NN, (figura 8 .23) perpendicular a la proyección horizontal del filo principal . Para facilitar la colocación en el afilado se emplean también unos planos cortantes normales al plano de referencia, uno de ellos que contenga al eje de la herramienta AA y otro, perpendicular a él (PP) . 8 .4 .2
Elementos de la herramienta de corte único
En la norma correspondiente a cada herramienta se dan los valores que definen a la misma ; naturalmente, en ellas el sistema de referencia es el de la herramienta . En la norma UNE 16015-75 se dan los nombres de los elementos principales y a ella nos vamos a referir. En la figura 8 .24 quedan señalados los principales : superficie de superficie, desprendimiento principal Z de incidencia
Y, '17
superficie de desprendimiento superficie principal de incidencia
superficie secundaria
,
ir
I -I
\
\ \
Ym
Fig. 8 .21 Sección de la viruta en el plano de referencia.
'y//
herramienta
sección N-M
de incidencia
Fig. 8.22 Planos de referencia la herramienta .
Fig. 8 .24
Elementos característicos de la herramienta simple. 90°
8 .4 .2 .1
Superficie de desprendimiento
Es la superficie de la herramienta sobre la cual resbala la viruta . También se llama plano de salida o plano de ataque . 8 .4 .2 .2
P-
Superficie principal de incidencia
Es la superficie de la herramienta que da la cara a la superficie de corte . También se llama plano libre del filo . 8 .4 .2 .3
Superficie secundaria de incidencia
Es la superficie de la herramienta que da la cara a la superficie de trabajo . También se llama plano libre del contrafilo . 8 .4 .2 .4
Arista de corte principal
Es la arista de corte que está en dirección del avance ; es la que engendra la superficie de corte . También se puede decir que es la arista formada por las superficies de desprendimiento y principal de incidencia . 8 .4 .2 .5
Arista de corte secundaria o contrafilo
Es la arista de corte que genera la superficie de trabajo . También es la arista formada por las superficies de desprendimiento y secundaria de incidencia . 23 7
Fig. 8 .23
Planos auxiliares .
de
8.4 .2 .6
Angulo de incidencia (A)
Es el formado por la superficie de incidencia principal y el plano de corte de la herramienta, medido en el plano de medida de la herramienta. Los ángulos de incidencia secundario derecho y secundario izquierdo y del cuerpo se representan, respectivamente, por los símbolos As, Asd, As¡, A, . 8.4 .2 .7
Angulo de la punta (E)
Es el formado por las proyecciones de las aristas de corte principal y secundaria sobre el plano de referencia . 8.4 .2 .8
Eje de la herramienta
8.4 .2 .9
Angulo de posición (G)
Es el eje de simetría del mango de la herramienta.
Es el formado por el plano de corte principal y la proyección del eje de la herramienta sobre el plano de referencia de la herramienta . Los ángulos de posición secundaria, secundario derecho y secundario izquierdo se representan respectivamente por los símbolos Gs, Gsd y Gsi . 8.4 .2 .10 Angulo de inclinación de la arista de corte (L)
Es el formado por la arista de corte principal con el plano de referencia de la herramienta, medido en el plano de corte de al herramienta . Se dice que es positivo, cuando es descendente desde la punta y negativo, cuando es ascendente (fig . 8.25) . 8.4 .2 .11
Fig, 8.25
Angulo de inclinación L.
Angulo de desprendimiento (C)
Es el formado por la superficie de desprendimiento y el plano de referencia de la herramienta, medido en el plano de medida de la herramienta . El ángulo de desprendimiento referido al cuerpo de la herramienta se representa por el símbolo (C,~) (fig . 8.24) . 8.4 .2 .12
Angulo de filo (B)
Es el formado por las superficies de incidencia y desprendimiento, medido en el plano de medida de la herramienta (fig . 8.24) . 8 .4 .2 .13 Angulo de corte (D)
Es la suma de los ángulos de filo y principal de incidencia : D = A + B (figura 8.24) . 8.4 .2 .14 Angulo de desviación lateral (K)
Es el ángulo que forma la superficie de desprendimiento con el plano de referencia, medido en un plano perpendicular al eje de la herramienta (fig . 8.26) . 8.4 .2 .15 Fig. 8.26 Angulo de desviación lateral K y longitudinal J .
Angulo de desviación longitudinal (J)
Es el ángulo que forma la superficie de desprendimiento con el plano de referencia, medido en un plano paralelo al eje de la herramienta y perpendicular al plano de referencia (fig . 8.26) . 8 .4 .3
Influencia de la colocación de la herramienta
Los elementos de la herramienta, definidos más arriba, son válidos respecto al sistema de la herramienta ; pero algunos de ellos varían respecto al sistema de la máquina, según la colocación de la herramienta en la máquina y según las características de corte. 8 .4 .3 .1
Fig . 8.27 No varían los ángulos C y A por la sola posición de la herramienta,
Influencia en el ángulo de ataque y en el de incidencia
Si la altura de la punta de la herramienta no coincide con el centro de la pieza, y el plano base de ella sigue estando en un plano radial (fig . 8.27), no tiene influencia ni en el ángulo de desprendimiento ni en el de incidencia ; pero si continúa siendo horizontal el plano base, el ángulo de desprendimiento varía, según sea la desviación, por encima o por debajo de centro (fig . 8.28A, B y C) . Lo mismo le pasa al de incidencia, pero con distinto signo. 238
Ch = ángulo de desprendimiento de la herramienta Cm = ángulo de desprendimiento modificado Ah = ángulo de incidencia de la herramienta Am = ángulo de incidencia modificado
Cn,-Ch - a
Fig, 8,28 Variación del ángulo de desprendimiento C e incidencia A: A, no hay variación; B y C, variación en los ángulos C y A. 8.4 .3 .2
c
Influencia del avance en el ángulo de incidencia
Al avanzar la herramienta produce una superficie de corte en forma de hélice que hace que el ángulo de incidencia real sea menor que el de la herramienta (fig . 8 .29A) . Esto tiene una gran importancia en el roscado, ya que el ángulo de la hélice es mayor y, por tanto, su influencia mayor. En estos casos (fig . 8.2913), la incidencia de la otra cara queda influenciada en sentido favorable y suele afilarse con distinto ángulo de incidencia en cada lado . 8.4 .3 .3
Influencia en la viruta, del ángulo de colocación
El ángulo de posición de la herramienta G, tiene influencia en el ancho de la viruta (fig . 8.30), pero puede modificarse esta influencia si se coloca la herramienta en otra postura (fig . 8 .31A y B) . No debe exagerarse el ángulo de colocación, porque aumenta inmediatamente la longitud de la viruta que hace variar las componentes de la fuerza de corte (fig . 8.31 B) . También puede tener influencia en el acabado o afinado resultante . Los ángulos de posición y de colocación influyen en el comportamiento de la herramienta, al empezar la pasada y al final de ella, ya que las secciones cortadas, y con ellas las fuerzas, son progresivas (fig, 8.32) .
herramienta n.° t
!
herra mienta n.° 2
~
I/
I
1
1__
merma n°
Cm=C~-H
B
5,
H>Cé,C~,10
noa,d raronom~enro
Fig, 8,29 A, influencia del avance en el ángulo de incidencia ; B, influencia del ángulo de la hélice en las roscas,
3
Fig. 8,30 Influencia dei ángulo de posición G, en la viruta,
8.4 .4
Fig, 8.31 Modificación del ángulo G por el de colocación X.
Influencia del valor de algunos ángulos de la herramienta
Se acaba de ver cómo influye la colocación de la herramienta ; véase, a continuación, cómo influyen algunos ángulos . 8,4.4 .1
Influencia del ángulo principal de incidencia
Si el ángulo de incidencia se hace muy pequeño, el contacto con la pieza es grande (fig . 8.33A). Se produce mucho calor y se hace mayor aún, si aumenta el avance . Un ángulo mayor evita el roce y talonado, así como el peligro de calentamiento ; sin embargo, se debilita la herramienta (fig . 8.3313) . Por estas razones, para materiales dúctiles y con herramientas de acero rápido, se suelen dar mayores ángulos de incidencia ; para materiales más tenaces y con herramientas de metal duro el ángulo se hace menor. Los ángulos de incidencia secundarios pueden debilitar la herramienta, pero favorecen en el sentido de rozamiento y producción de calor. 23 9
Fig, 8.32 Influencia del ángulo de posición en la entrada y salida de la pieza,
8.4.4 .2
Influencia del ángulo de punta y los de incidencia
La unión de las dos superficies de incidencia para formar la punta, es de gran importancia, ya que en ella se acumula la mayor fuerza de corte, a la vez que es la parte más débil de la herramienta . Se mejora la herramienta haciendo un redondeado o chaflán en dicha punta (fig . 8 .34) . En esta figura se representan varias posibilidades de realización . El ángulo de incidencia en la arista ya no es el mismo que en las superficies de incidencia, como se aprecia en la figura 8.35. Un achaflanado tal, como se ve en el detalle de la figura, es ventajoso : produce menos vibraciones y exige menos fuerza de corte. radio (R)
R
YX--
chaflán (a)
o
Fíg. 8.34 Redondeado o chaflanado de la punta, Fig. 8,33 Influencia del ángulo de incidencia príncipal: A, ángulo pequeño : gran contacto de herramienta y pieza; B, ángulo grande : pequeño contacto, pero se debilita la herra mienta,
8.4 .4.3
tnfluencia del ángulo de desprendimiento El ángulo de desprendimiento grande (fig . 8 .36A), hace que la cuchilla penetre y corte
bien, pero resulta muy débil ante las fuerzas de corte ; haciéndolo más pequeño (fig . 8 .3613), se favorece la resistencia . Para la evacuación del calor tienen el mismo grado de influencia ; es decir, resulta más favorable el ángulo mayor .
chaflán (a)
Fig. 8.35 El ángulo de incidencia de la punta es mayor que el de las superficies de incidencia : 1, superficie de incidencia principal; 2, superficie de incidencia secundario ; 3, superficie de incidencia del chaflán.
Fig. 8.36 Influencia del ángulo de desprendimiento : A, gran penetración, pero debilita la herramienta ; B, el ángulo menor ángulo que favorece la hace más resistente la herramienta; C, el ángulo negativo hace aún más resistente la herramienta . Todo esto se mejora todavía más, si se llega a que este ángulo sea negativo (fig . 8.36C). Esto es muy importante cuando se trabaja con placas de metal duro, las cuales quedan forzadas a trabajar a compresión contra el asiento, evitando el peligro de rotura por flexión . También es favorable el ángulo negativo para los trabajos con corte interrumpido (figura 8.37) .
Fig. 8.37 El ángulo negativo mejora el rendimiento en cortes interrumpidos.
8.4.4 .4 Influencia del ángulo de la inclinación L y del ángulo de desviación longitudinal J
El ángulo de inclinación de la arista principal tiene importancia para hacer que la viruta tienda a salir en una u otra dirección (fig . 8 .38) . La influencia de mayor importancia del ángulo de desviación longitudinal es respecto a la tendencia a deformar la pieza : L positivo
Fig. 8.38 El ángulo L influye en la salida de viruta,
El corte de la viruta ejerce, sobre la superficie de ataque, una fuerza normal Fn y otra tangencial Fr. Como el ángulo puede ser positivo o negativo, véase lo que pasa en cada caso : Gráficamente queda resuelto el problema en las figuras 8 .39A y 8.3913 . En el caso de ángulo positivo, la resultante sobre el eje Y puede ser positiva o negativa, según sea mayor o
240
menor la componente del rozamiento o la normal . En el caso de ángulo negativo, se ve cómo la resultante será siempre negativa y valdrá : Fy = Fny + Fry La herramienta tenderá a separarse de la pieza dando lugar; en piezas largas, a que la reacción contra la pieza tienda a deformarla dando piezas convexas (fig . 8.39C). En el caso de ángulo positivo : Fy = Fny - Fry = F n - sen J - Fr - cos J si F r = Fr , - f = F,, - tg l-r siendo f el coeficiente de rozamiento y ~t el ángulo de rozamiento ; sustituyendo, se tiene : sen J Fy = F - sen J - F,, - tg ~t - cos J = F n - cos J ( cos J
-
tg
l,)
= Fn - cos J (tg J - tg ~L) Si el ángulo J es pequeño o nulo y el coeficiente de rozamiento es grande, resultará el paréntesis negativo y, por tanto, la fuerza Fy será negativa y tenderá a deformar la pieza en forma convexa . Si J es mayor que la, el paréntesis es positivo y, por tanto, también Fy, con lo cual la herramienta tenderá a clavarse en la pieza produciendo piezas cóncavas (fig . 8.39D) .
8.4 .5
El rompevirutas
Las grandes velocidades de corte de los materiales dúctiles hacen que la viruta larga sea peligrosa para el operario . También ocupan grandes volúmenes y resultan difíciles de evacuar y manipular. Por éstas y otras razones es muy interesante lograr que las virutas se rompan en pequeñas fracciones ; esto es más interesante todavía, cuando se emplean herramientas de metales duros o cerámicos, dada la gran velocidad a que se trabaja. Esta división de la viruta se logra por medio del rompevirutas ; se puede decir que su fundamento estriba en que obliga a la viruta a salir con un radio mucho menor que con el que sale normalmente (fig . 8 .40), y las tensiones que por esto se forman la rompen en pequeños trozos . 8 .4 .5 .1
Tipos de rompevirutas
Los rompevirutas pueden ser de dos tipos, a saber: 1 .° postizos y 2.° enterizos en la misma cuchilla .
Fig. 8.39 Influencia del ángulo de desviación longitudinal: A y B, descomposición de las fuerzas; C y D, piezas cóncavas o convexas según el ángulo J.
Postizos (fig . 8.41A y B) . Resultan más complejos y difíciles de preparar, pero tienen la ventaja de que, fácilmente, se puede variar su posición hasta encontrar su postura y características ideales. brida de apriete rompevirutas
X
~---¡~
"__\ '__
~(Ó
cara frontal del rompevirutas, de metal duro
Fig. 8,40 El rompevirutas obliga a doblarse a la viruta y llega a romperla .
A
Fig. 8,41 clinado.
Rompevirutas postizo: A, recto; B, in-
B
Enterizos . Tienen la ventaja de su simplicidad, pero el inconveniente de que no se pueden modificar fácilmente . Pueden ser paralelos a la arista principal o inclinados . Los primeros (fig . 8.42A), tienen el inconveniente de su fabricación ; no tiene salida la muela, que paradójicamente se desgasta e inutiliza más rápidamente, si toca el acero normal del , mango . Trabajan bien con cualquier profundidad de pasada . Los segundos (fig . 8.42B), son más fáciles de fabricar, pero trabajan peor ya que en cada porción se dobla la viruta de distinta forma.
249 16 .
Tecnología 2.1
8.4 .5 .2
Dimensiones del rompevirutas
La capacidad de fraccionar la viruta es función del radio de curvatura de arrollamiento de la viruta y del avance . El de arrollamiento depende de la altura del rompevirutas Z y de su longitud 1 (fig . 8.43) . En la tabla 8.44 se reúnen algunos valores posibles en función del avance . Variando el avance, se pueden tener virutas más o menos fragmentadas . Los materiales de menor límite elástico se fraccionan más fácilmente .
A
Tabla 8 .44 R
2,54
3,81
5,08
Valores de las dimensiones del rompevirutas 7,62
10, 16
12,7
15,24
17, 78
20, 32
22, 86
5,4
3,37 3,91 4,34 4,75
3,65 4,21 4,70 5,15
3,91 4,52 5,02 5,51
4,16 4,77 5,35 5,84
4,39 5,05 5,63 6,17
Ancho 1 0,38 0,51 0,63 0,76
8.4 .5 .3 Fig. 8.42 Rompevirutas enterizos : A, paralelo a la arista principal, B, inclinado respecto a la arista principal,
1,35 1,52 1,67 1,80
1,65 1,90 2,10 2,28
1,93 2,21 2,46 2,66
2,38 2,74 3,04 3,32
2,74 3,17 3,53 3,86
3,07 3,55 3,96 4,34
Fuerza absorbida por el rompevirutas
El rompevirutas, como consecuencia de la fuerza suplementaria que supone el arrollamiento de la viruta y posterior rotura, hace que la fuerza absorbida en el corte varíe del 5 % al 20 % y aun en ocasiones pueda llegarse al 50 %. 8.4 .6
Afilado de las herramientas
La preparación de las herramientas, incluido el afilado, está prevista en los cuestionarios oficiales, para tercer curso; en ese momento se hace un estudio detallado de la manera correcta y científica de hacer el afilado . Pero, dada la necesidad de emplear con mucha frecuencia las herramientas, convendrá, ya desde este curso, preparar y afilar las herramientas correctamente, al menos las más sencillas. Por esta razón se dan unas normas prácticas. 8.4 .6 .1
La muela
Ya se estudió la muela abrasiva en la Tecnología del Metal 1.2 ; se recuerda sólo lo necesario para su adecuada elección . Fig . 8 .43 El arrollamiento depende de la altura del rompevirutas,
de vaso cilíndrico
de doble vaso
de disco con vaciado
de vaso cónico
Material. Para las herramientas de acero al carbono, se emplea fundamentalmente el corindón . Para el acero rápido, y para desbastar los metales duros, el carburo de silicio. Para afinar los metales duros y materiales cerámicos se emplea el diamante. El grano. Se usan las de grano fino para todos los usos, salvo para el vaciado (incidencia del cuerpo) de las herramientas de pastillas en la parte de acero, que pueden ser de grano más basto. El grado, Deben ser más bien blandas para que estén siempre reavívadas y en condiciones perfectas de corte. El aglomerante más a propósito es el vitrificado, que es resistente, puede obtenerse el grado adecuado y la estructura más o menos abierta, pero de gran uniformidad, y admite perfectamente el refrigerado . La forma. Puede ser distinta, según el tipo de herramienta; las que suelen dar mejor resultado son las planas, en forma de vaso o copa, trabajando por la cara plana (fig . 8.45) .
Fig, 8.45
Muelas de vaso o copa .
La superficie de contacto con la herramienta debe ser pequeña, para evitar que se caliente la herramienta, las de doble vaso son interesantes, cuando pueden tener fácil acceso, por uno u otro lado, con el fin de que el sentido de giro sea siempre en contra de la arista de la herramienta . También se emplean las de disco : éstas deben emplearse siempre por la periferia, tienen el inconveniente de que la superficie afilada no resulta plana, y pueden quedar debilitadas las aristas de la herramienta (fig . 8 .46) .
242
8.4 .6 .1 .1
Muelas de diamante
Los diamantes industriales, seleccionados por tamaños y tratados químicamente para eliminar impurezas, se aplican sobre soportes metálicos en finas capas, por medio de un aglomerante . Clases de aglomerantes : 1 .° vitrificados ; 2 .o resinosos ; 3.° metálicos .
Aglomerante vitrificado.
Es el
más empleado por su
buen rendimiento .
Suele ser de baquelita ; permite una operación rápida y con poco desarrollo de calor, pero tiene menos rigidez y se desgasta más rápidamente .
Aglomerante resinoso .
Detalle A
Fig .
8.46
Muelas de disco,
Es más rígido pero corta más lentamente y tiende a calentarse, lo que se evita haciendo las zonas de contacto muy pequeñas .
Aglomerante metálico.
Las formas son semejantes a las de carburo, pero, en general, de dimensiones menores. la figura 8.47 se muestran algunos tipos . En Si todas las muelas deben girar perfectamente para lograr un trabajo aceptable, en las de diamante esta excentricidad no debe ser superior a 0,002 mm ; de otra manera, el rendimiento del trabajo es muy pequeño y la vida de la muela disminuye .
planas con vaciado cónico
planas con vaciado cilíndrico
con capa externa
de para formar rompevirutas
plana de
8.4 .6 .2
muela
vaso cónico
de ángulo
cuchilla Fig.
8.47
Muelas de diamante . Fig.
Las máquinas de afilar
8.48
Máquina universal de afilar.
Pueden ser variadas, en cuanto a la disposición, pero deben ser siempre muy robustas y dotadas de mesas o soportes para colocar la herramienta en la posición correcta, para poder obtener las superficies y ángulos deseados sin ninguna limitación (fig . 8 .48) . Deben permitir aproximar con precisión la herramienta a la muela, o ésta aquélla, para dar las distintas pasadas ; y también poder dotar a una o a otra a de un movimiento de vaivén, para no localizar la acción en un solo punto, que podría dar lugar a calentamientos localizados . Deben, a su vez, poseer elementos de refrigeración, generalmente líquidos, aunque algunas veces se emplea el aire a presión Los refrigerantes deben ser de No es recomendable el afilado pre poniendo sumo cuidado . En las adecuados y con dispositivos para
8.4 .6 .3
calidad y nunca de tipo graso . a mano, más que para operaciones de desbaste y siemmuelas diamantadas nunca debe afilarse sin los soportes dar la pasada micrométricamente,
Proceso de afilado
Cada tipo de herramienta tiene su proceso más o menos variado . Para dar una idea general se elige una herramienta DIN 4951-ISO 401 (fig . 8 .49) . Los ángulos varían según el material a trabajar. Supóngase que se quiere emplear para mecanizar acero A 37 .
243
L E As
= se
- 80. - s^
A
c c
= so = 27° = 20^
8 .49 Herramienta para desbaste, recta DIN 4951-1SO 401 . Fig.
En la tabla 8 .50 se dan los valores para esta herramienta :
Ángulo de posición G
Ángulo de la punta E
43° 65° 85°
100° a 110° 90° 80°
Tabla 8.50
Valores de los ángulos de la herramienta DIN 4 951 según los materiales
Ángulo de incidencia A
Ángulo de filo B
Ángulo de desprendimiento C
60
84 0
0.
8°
74°
8°
Acero y acero fundido de más de 70 kgf/mmz de resistencia, fundición templada de dureza Brinell mayor de 100 kgf/mmz, bronces y latones .
8°
68°
14°
Acero y acero fundido de 30 a 70 kgf/mmz de resistencia, fundición de dureza Brinell menor de 180 kgf/mmz y para latón blando .
8.
62'
20'
Acero y acero fundido de 34 a 50 kgf/mmz de resistencia.
8°
55°
27°
Bronce blando y tenaz, aceros muy dulces .
10°
40°
40°
Metales blandos y aluminio .
Destino Fundición dura y para bronces y latones duros y frágiles .
Fase 01 Subfase 01 Operación 01, Desbastado de la superficie principal de incidencia, A = 8°, G = 20° (fig . 8.51A) . Se coloca la herramienta a partir del ángulo de incidencia lateral A L; para saber su valor se hace por descriptiva (fig . 8.51A) o analíticamente . De la misma figura, según la sección MM, se tiene :
Pero según el detalle Z:
x Y
= cos G
[b]
Y en la sección NN : h
=tgA
De donde: y=h-tgA
[r,]
Valor que sustituido en [b] y despejando x, se obtiene : h -tgA x
= cos e
x =
y
h -tgA cos G
Y, finalmente, sustituyendo en [a]: h-t9 A cos G h
t9 AL =
tg AL
__
tg A cos G
tg A cos G
[2]
Aplicando esta fórmula al caso presente : tg A~ =
tg A cos G
__
tg 8° cos 200
__
0,1405 0,9396
y
AL = are tg 0,1495 = 80 30' 244
= 0" 1495
Colocada la herramienta en el soporte universal de la figura 8 .51 B se gira alrededor del plana eje y 8° 30' y sobre el eje z 90° - Go = 90° - 20° = 70°, para que forme con la cara de la muela el ángulo de posición G (fig . 8 .51 B) . Firmemente fijada en esta posición, se dota a la herramienta de un movimiento de vaivén, que a la vez que se va aproximando poco a poco contra la muela ; así se va rebajando hasta llegue la punta al eje de la herramienta . Antes de finalizar, se puede hacer una comprobación con una galga sobre el mármol (fig . 8 .51C), y el ángulo G con otra galga o goniómetro . Se prosigue la operación después de corregir, si procede . Operación 02. Desbastado de la superficie secundaria de incidencia A S = 6°, G s = E - G = 80° - 20° = 60° (fig . 8 .51 D) . Se hace de manera similar a la operación 01, sustituyendo los ángulos A y G por los A . y G . . Así se tiene : tg A s e =
tg A S cos G .
_
tg 6° cos 60°
_
0,105 0,5
= 0,21
y A s e = arc tg 0,21 = 11 0 52' Se gira el soporte alrededor de y un ángulo A S A y alrededor de z para colocar en posiclon (fig . 8 .51E), haciendo girar la muela al revés. Procediendo como en la operación 01, se rebaja hasta llegar a formar la punta. Antes de llegar a finalizar el desbaste, sin llegar a formar arista viva en la punta, dejar unos 2 mm ; se procede a una comprobación similar a la anterior, del ángulo de incidencia y del de punta E o del G . .
B
corfem-M
E
Fig . 8.51 Proceso de afilado para las superficies de incidencia : A, principal; B, disposición en la máquina ; C, verificación del ángulo; D, incidencia secundaria ; E, afilado en la máquina . Subfase 02
Operación 03. Desbastado de la superficie de desprendimiento : C = 27° y L = 3° (figuras 8 .52 y 8 .45) . La colocación de la herramienta se hace a partir de los ángulos de desviación lateral K y de desviación longitudinal J, que se pueden obtener gráficamente por geometría descriptiva (fig . 8 .52) o analíticamente . Así el ángulo de desviación lateral K se obtiene por la fórmula : G [3j tg K = t9 C - cos G + tg L - sen tg K = tg C - cos G + tg L - sen G = tg 270 - cos 20° + tg 90 - sen 20° = 0,509
x
0,939 + 0,158
x
0,342 = 0,478 + 0,054 = 0,532 245
SeccidiP-P
Fig. 8.52 Afilado de fa superficie de desprendimiento . pieza
De donde :
pieza
K = arc tg 0,532 = 28° Y el ángulo de desviación longitudinal J, con esta fórmula :
herramienta
Fig. 8 .53
tgJ=tgC-senG-tgL-cosG
herramienta
Herramientas de forma,
tg J = tg C - sen G - tg L - cos G = tg 27° - sen 20° - tg 9° - cos 20° = 0,509 x 0,342 - 0,158
x
0,939 = 0,174 - 0,1483 = 0,0257
De donde : J = arc tg 0,0257 = 1 ° 28' Se coloca la herramienta con el plano base vertical y paralelo a la cara de la muela ; se gira alrededor de z un ángulo J = 1 ° 28' (fig . 8 .45) y alrededor del y, K = 28° . Se procede, con pasadas pequeñas, a desbastar, hasta obtener la superficie de ataque . Se suspende el afilado poco antes de llegar a formar arista viva en la arista principal . herramienta herramienta superficie de salida de viruta
superficie dencenca iídi
C
'
B
Fig. 8 .54 Tipos de directrices en las herramientas de forma : A, recta ; B, circular; C, evolvente .
Subfase 03 Operación 04. Acabado del ángulo de incidencia del cuerpo A,, . Repetir la operación 01 de la subfase 01, pero con un ángulo de incidencia de A, = 10°, G = 20° con un ángulo A c L. tg A~~ =
tg A C cos G
__
tg 10° cos 20°
__
0,176 0,939
= 0,187
De donde : A e L = 10° 36' Se afila hasta dejar una faja paralela bajo el filo principal de 1,5 mm aproximadamente. Operación 05. G s = 60° .
Acabado del ángulo de incidencia del cuerpo A . s, para A . s = 8°,
tg A es l- =
246
tg ACS cos G s
__
t 9 8°
¿os60-
__
0,1405 0,5
= 0'281
De donde : Acst_ = arc tg 0,281
= 150 40'
Se afila también hasta dejar una faja de 1,5 mm aproximadamente debajo del contrafilo . Fase 02 En una máquina con muela de afinado se procede al repaso de las superficies de incidencia y de ataque . Subfase 04 Operación 06. Con ángulos iguales a los de la operación 01, se afila la faja correspondiente a la superficie principal de incidencia . Operación 07. Se repite lo mismo para la cara secundaria de incidencia con los ángulos de colocación de la operación 02.
sen G)
As ----> A As 0
Aceptable para G>30 Si G = 30 ° y A = 8-
Subfase 05 Operación 08.
A s = arc tg (tg A Si G -~ 90' 0
si G -~
Se repite lo dicho en la operación 03, en la superficie de ataque .
Fase 03
A, = arc tg 10,140 x 0,5) = 4°
Fig . 8.55 viación .
Límite del ángulo de des-
Operación 09 . Superacabado de los filos y aristas con barra de grano superfino de repasar. Es una operación muy importante para el buen rendimiento de la herramienta . 8 .4.7
Herramientas de forma
Se llaman así las herramientas que transmiten a la pieza el perfil de su arista cortante de una sola vez (fig . 8 .53) y trabajan frontalmente, como se aprecia en la misma figura . La herramienta de forma debe reunir estas condiciones : 1 :a Transmitir a la pieza el perfil previsto . 2 .a Cortar adecuadamente en todas las partes del perfil . 3 .a Ser de fácil afilado, de manera que conserve su perfil inicial después de cada afilado . 8 .4 .7 .1
Principio general
El perfil cortante ha de permanecer constante durante toda la vida de la herramienta ; para lograrlo, es necesario que ese perfil, y por tanto el plano que lo contiene, se desplace en los sucesivos afilados según una directriz adecuada . Los tres tipos de directrices empleadas son : 1 .11 Línea recta (fig . 8 .54A) . 2 .o Línea circular (fig . 8 .5413) . 3 .° Línea evolvente (fig . 8 .54C) . 8 .4 .7 .2
Límite del ángulo de desviación
En el ángulo de es distinta tiene una
caso más sencillo de una herramienta de arista única rectilínea, el incidencia es constante ; pero en las de perfil curvo, la incidencia para cada punto del perfil ; en las de perfil mixtilíneo, cada cara recta incidencia constante (fig . 8 .55) :
Nw sección recta
ELEE IKI
A S = arc tg (tg A , sen G) El valor máximo del ángulo de incidencia es en la parte frontal para G = 90% y se hace igual a cero para el punto cuya tangente es paralela al eje de la herramienta, para G = 00 . En este caso límite se produce talonado . Para poder trabajar entre límites aceptables se procura que el ángulo G no sea nunca menor de 30° . 8 .4 .7 .3
Herramienta de directriz recta
La cuchilla tiene forma prismática (fig . es también fácil y se hace según un plano ver la forma de una herramienta prismática desviación y el valor del semiángulo de la
8 .56A), de fácil sujeción ; el afilado único . En la figura 8 .5613 se puede para rosca triangular sin ángulo de sección recta . 24 7
Fig. 8 .56 A, herramienta de directriz recta ; B, herramienta prismática para roscar .
El ángulo de desviación longitudinal puede ser nulo o con un valor positivo o negativo ; cuando no es cero, resulta que el ángulo de desprendimiento es distinto para cada punto, según su ángulo de posición (fig . 8.57) . Preparación de una herramienta sencilla de perfil constante. El problema se presenta al determinar la sección recta correspondiente a la directriz. Herramienta con ángulo de desprendimiento nulo . A partir del perfil real de la pieza (fig . 8 .58), por geometría descriptiva (cambio de proyecciones) se obtiene el perfil que debe tener la herramienta en la sección normal a la directriz. En la figura se muestra el proceso a seguir, según la línea directriz. Herramienta con ángulo de desprendimiento C = 0. A partir del perfil real (fig . 8.59) se halla el perfil que tendrá la herramienta en el plano de afílado y de él se halla la sección recta de la herramienta. Se emplea el mismo sistema de geometría descriptiva, teniendo en cuenta que hay que hacer varios cambios de planos, y que el proceso debe hacerse con la mayor precisión posible, ya que los errores pueden sumarse. Fig. 8.57 Influencia del ángulo de posición en el ángulo de desprendimiento .
En la práctica, es corriente hacer estos dibujos a escala ampliada y, con ellos y la ayuda de un proyector de perfiles, se prepara la plantilla de verificación . Es frecuente el empleo de las rectificadoras-copiadoras (fig . 8 .60), que permiten obtener los perfiles de manera exacta .
perfil o sección recta de la herramienta
Fig . 8.60
perfil para rosca paso 6 mm
Máquina rectificadora con copiador de perfil.
¡so
aumento 10 veces para hacer plantilla de copiado
Fig. 8 .58
Herramienta de ángulo de desprendimiento nulo . Fig. 8 .59 Herramienta con ángulo de desprendimiento positivo .
8.4 .7 .4
Herramientas de directriz circular Son fáciles de fabricar y de afilar (fig . 8.61) . Para que tengan una superficie de incidencia que no talone, suelen afilarse por debajo del centro .
Fig. 8.61
Herramienta circular,
El perfil se obtiene de igual manera a como se ha dicho para las cuchillas de directriz recta, sustituyendo en este caso la directriz (que es la circunferencia) por la tangente a dicha circunferencia directriz (fig . 8 .62) . Naturalmente, hay que prever desde el principio la altura H a que se quiere colocar el centro de la cuchilla . Los afilados sucesivos se hacen siempre sobre planos tangentes a una circunferencia imaginaria de radio H (fig . 8 .63A) . En la figura 8.63[3 se deducen los cálculos matemáticos para determinar el valor del semiángulo del perfil normal de una herramienta de perfil constante para rosca triangular .
248
H = R - sen A
sección recta
b
sección real
Fig. 8.62
tg
Directriz rectificada .
E,
-
2
r=W
-_
2 R - r 1
E, tg -_ 2 2
p~
b
2 (R - r)
=
W
1
(D - h)~ =IFk~,
(TR'-H'-hl'
b
1 R-
H' + (
MI
R'-H° -
A, afilados sucesivos tangentes a la circunferencia de radio H ; B, herramienta de perfil constante para roscar. Fig. 8.63
8 .5
Fuerza de corte Para cortar la viruta es necesario aplicar una fuerza determinada, llamada
fuerza de corte .
La determinación de la fuerza de corte es muy importante para los constructores de las máquinas herramientas, con el fin de dotarlas de los elementos adecuados para soportarlos sin deformaciones excesivas . Por parecida razón tiene importancia para los fabricantes de
herramientas .
También el usuario de las máquinas y herramientas debe conocer estos esfuerzos y, sobre todo, saber cómo pueden reducirse al mínimo, con una utilización racional . El problema no es sencillo, ya que son muchas las variables que intervienen y sus interdependencias no son constantes . Intentaremos simplificar el problema hasta límites aceptables, de cara a tener unos conceptos claros y que sirvan para sacar unas consecuencias prácticas . 8 .5 .1
Fuerza específica de corte
Uno de los factores que más influye en la fuerza de corte es la sección de la viruta, es decir, los milimetros cuadrados que tiene la sección recta de la viruta cortada y su forma y la relación entre su espesor y su ancho. La fuerza que se necesita para cortar una viruta de 1 mmz y con una relación determinada entre su espesor e y su longitud 1 (fig . 8 .64), se llama fuerza
específica o fuerza unitaria de corte .
Fig. 8.64
Sección de viruta .
La fuerza de corte puede considerarse como la resultante de las tres que la figura 8 .65, a saber:
se representan en
F, = fuerza de reacción de corte que se opone a la fuerza principal y tiene dirección tangente a la superficie mecanizada F a = fuerza de reacción de avance que se opone a la fuerza de avance y tiene la misma dirección del avance F p = fuerza de la reacción a fa penetración radial, es perpendicular a la superficie cortada, y es la que tiende a mantener en contacto a la herramienta y pieza F = fuerza resultante 249
F -
F_, + F_'
1
Fe,'
Fig. 8.65 Fuerzas originadas en el corte .
Para el análisis y estudio real de estas fuerzas se emplean aparatos que aprovechan varios principios o leyes físicas ; los más fiables son (fig . 8 .66A), pero también los eléctricos se emplean mecánicos (fig, (fig . 8 .66C) e hidráulicos 8 .66B), neumáticos (fig . 8 .66D) .
para determinar Fc y Fa
a
C
Fig. 8.66 Aparatos para medir la fuerza de corte: A, eléctrico ; B, mecánico; D, hidráulico . C, neumático,
8.5 .2
Fuerza de corte Para simplificar los cálculos, la fuerza de corte Fe, puede expresarse por:
p = profundidad
a
fe
Los valores de f e se han obtenido por experimentación pilados en tablas, según y se hallan recolos diversos autores . Estos valores fe están muy así que no hay que extrañarse influenciados por las condiciones de ensayo, que haya diferencias, incluso diversos autores . notables, entre
kg 1000
8.5 .2 .1
1500 1000 500 0
en milímetros = avance en milímetros = fuerza específica de corte kgf/mmz
2
Fig. 8.67
4
6
s
10
11
14
mm 2
Re/ación entre los componentes de las fuerzas de corte Los valores que se calculan suelen ser los de la fuerza principal de corte Fe ; para los otros componentes se pueden tomar las relaciones : Fa Ñ
A - sección de viruta en mm'
Relación entre las fuerzas de corte.
Fc 5
y
Fe
3
y, si quiere tenerse en cuenta la sección de la viruta, puede emplearse el gráfico de la figura 8 .67. 250
8.5 .3
Factores que influyen en la fuerza especifica de corte
Ya se ha dicho que son muchos los factores que influyen en el valor de la fuerza de corte. Tampoco están completamente de acuerdo los diversos autores, sobre cómo influye cada uno de ellos. Intentaremos hacer un resumen de los criterios más acordes y que sirvan para dar unas orientaciones prácticas . 8.5 .3 .1
Influencia de la velocidad de corte
8.5 .3 .2
Influencia de la sección de la viruta
Según la mayoría de investigadores, la velocidad tiene poca importancia en la fuerza de corte. También hay unanimidad en admitir qué es lo que más influye, pero no están tan acordes en cómo influye. Algunos investigadores, como Kronenberg, calculan la fuerza específica en función de la sección de la viruta, pero prescindiendo de la relación entre profundidad y avance . La fórmula de Kronenberg es : Cfe
fe =
[6a]
A1 /Efe
en la cual : fuerza específica de corte (para 1 mm 2 de sección) kgf/mm 2 = fe A = sección de la viruta = p - a mm 2 Cf e y E fe = coeficientes que dependen del material cortado y de la forma de la cuchilla especialmente del ángulo de desprendimiento
Los valores
Cfe
se hallan en la tabla 8.68 ; para facilitar los cálculos en la
tabla 8 .69 se dan los valores de
= M con lo que la fórmula [6a] que-
Al1Efe
da así: [6b]
M
Tabla 8.68
Valores de Cr e en kg/mmz
Ángulo de desprendimiento en grados
Acero Resistencia en kglmrn 1
Fundición Dureza Brinef en kglrnml
50
60
70
80
5 10 15 20 25 30
263 254 245 235 225 215
301 291 280 270 258 246
340 329 317 304 291 278
380 367 354 340 325 310
140
100
91 87 82,5 78,2 74 69,3
78,5 75 71,5 58 64 60,5
Tabla 8.69
180 100 95,5 91,5 86,5 82 76,6
Valores de M Fundición
Acero Sección de la viruta en (mm2) A 1
M = A
1 E,,.
2
3
4
5
10
15
20
2
3
4
5
10
15
20
0,560
0,9
0,866
0,825
0,800
0,73
0,693
0,665
---- ---i 0,875
0,8
0,775
0,720
0,640
0,586
25 1
Ejemplos 1 .° Cuál es la fuerza total de corte para obtener viruta de 5 mmz, en un acero de carga de rotura de 60 kgf/mmz, con una herramienta con un ángulo de desprendimiento de 15o . Solución : Fe= fe'A = Cfe' M " A
según las tablas : Cf e = 280
y
M = 0,720
De donde : F e = 280
x 0,720 x 5 = 1 008 kgf
Si se quieren hacer cálculos más exactos, teniendo en cuenta la relación de la viruta, hay que acudir a tablas de tratados especializados . Para cálculos aproximados, cuando sólo se conoce la carga de rotura por tracción FR, se podrán emplear para fe los valores de la tabla 8 .70 .
Tabla 8 .70 Sección de la viruta en (mmz) A =
2
4,5
Valores de f e/FR en función de A
4
6
8
10
12
15
20
4
3,75
3,5
3,5
3,3
3,2
3,1
2.° ¿Cuál es la fuerza aproximada de corte para un acero, cuya carga de rotura por tracción es 70 kgf/mmz, si la viruta es de 8 mmz? Solución : Fe =A-fe
Según la tabla 8 .70 : fe R
F
De donde :
= 3,5
fe = 3 , 5 . FR F e =3,5- FR-A=3,5 x 70 x 8=1960 kgf
Influencia de los ángulos de funcionamiento
8 .5 .3 .3
Los ángulos de las herramientas tienen también su influencia en el valor de la fuerza de corte, principalmente el de desprendimiento y el de desviación de la arista principal . 8 .5 .3 .3 .1
Influencia del ángulo de desprendimiento
Si se aumenta el ángulo de desprendimiento, disminuye la fuerza de corte. Para aceros de distintas resistencias a la tracción, puede emplearse la fórmula : ( fe FR
C
= 76 +4,15F R - 0, 03 C(FR+ 15)
= carga de rotura a la tracción en kgf/mmz = ángulo de desprendimiento en grados
Ejemplo Cuál será la diferencia en la fuerza específica de corte, para un acero de FR = 75 kgf/mmz, al pasar de un ángulo de desprendimiento de 28° a otro de 70 .
252
Solución : fe =76 +4,15FR-0,03C(FR-15) =76+4,15
x 75-0,03C (75=15)
Resistencia FA en kgf
= 387,25 - 2,85 C fe za° = 387,25 - 2,85 x 28 = 308 kgf/mmz fe ,~
= 387,25 - 2,85 x
7 = 367 kgf/mmz
En la tabla 8.71 se dan algunos valores de fe para varios aceros y con distintos ángulos de desprendimiento.
8.5 .3 .3 .2
Tabla 8.71 Valores de fe para algunos aceros
Influencia del ángulo de posición
El ángulo de posición tiene influencia distinta en los varios componentes de la fuerza de corte; así, las fuerzas Fe y Fp disminuyen al aumentar el ángulo G, mientras que F a aumenta.
50
60
Ángulo (C) 28° 21° 17° 14 0 13° 7°
75
90
110
130
428 454 469 481 484 507
494 525 532 555 559 586
valores de f, 228 242 250 256 258 270
262 278 287 293 296 309
312 362 331 384 342 396 350 406 353 409 369 428
El gráfico de la figura 8.72 muestra la relación de los componentes de la fuerza de corte para un acero de F R = 85 kgf/mmz, que puede dar una idea de cómo variará para otros materiales .
8 .6
Velocidad de corte . Potencia . Tiempos de mecanizado
Una cuestión preocupante para todos los investigadores, que han estudiado el corte de los metales, ha sido encontrar las causas que producen la limitación en la velocidad de corte y las que producen el desgaste de la herramienta, así como la serie de fenómenos que se producen en esta importante actividad humana, para saber cómo actuar sobre ellos, a fin de lograr una mayor productividad . Para mantener la herramienta en contacto con la pieza y que sea capaz de producir el arranque de viruta, es necesario dotarla, al menos, de dos movimientos distintos: el movimiento propiamente de trabajo o corte y el de avance . La máquina herramienta ha sido el medio de que el hombre se ha valido para lograr eficazmente estos movimientos, combinándolos adecuadamente. Desde el principio se vio la importancia de la velocidad de corte, pues el tiempo necesario para mecanizar una superficie o arrancar una cantidad de viruta, es inverso a esta velocidad; pronto se descubrieron dos problemas: 1 .°, que no todos los materiales se trabajan con igual facilidad ; 2.o, que la herramienta se desgasta de muy diversa manera, al variar las circunstancias de corte. Estos dos problemas aún no han encontrado cumplida solución hasta el momento, a pesar de los grandes progresos realizados .
8.6 .1
Maquinabilidad
F
1000 800 600 400 200
Se puede decir que maquinabilidad es la facultad que tiene un material para ser trabajado con mayor o menor facilidad por medio de herramientas, o más brevemente : maquinabilidad es la facilidad que presenta un material para el arranque de viruta . Hoy día se va más lejos, y se incluyen también, dentro de este concepto, el desgaste de la herramienta, la precisión que puede obtenerse en las medidas, la calidad de acabado superficial, la deformación de la pieza y el consumo de energía necesaria. Los primeros investigadores emplearon el llamado método destructivo, es decir, se dedicaron a mecanizar grandes cantidades de material y, tras medios empíricos e intuiciones personales, llegaron a descubrir muchos de los valores que dificultaban o facilitaban el logro de grandes cantidades de viruta : fueron los pioneros en el estudio del corte y lograron resultados verdaderamente espectaculares, como el descubrimiento de los aceros rápidos y los metales duros para las herramientas. Los investigadores de hoy van por otros caminos, más o menos sofisticados, y procurando obtener resultados científicamente comparables . Están muy en boga los que se refieren al comportamiento de la viruta durante el proceso de corte ; con pequeños dispendios de material se están alcanzando resultados altamente ilustrativos para saber cómo lograr mayor productividad, que es lo que, en definitiva, se busca. He aquí muy brevemente algunos de estos estudios y las consecuencias deducidas.
8 .6 .1 .1
kg
Proceso de recalcado
Las propiedades de maquinabilidad van muy ligadas con el recalcado de la viruta, que puede valorarse numéricamente. Para ello, se determina la relación entre la longitud teórica que debería 253
FQ
0 20 1
40°
valor del ángulo G
Fig, 8.72
60 ,
80°
90°
Relación entre Fe, Fp y Fa .
tener la viruta, si no hubiera deformación, y la longitud que realmente tiene; o bien, el espesor de la viruta real y el de la teórica, sin recalcar. Coeficiente de recalcado :
IC
Siendo : I
= longitud = longitud e r = espesor e = espesor r
I
Fig. 8.73 Ranuras para medir el efec-
to de recalcado .
r
_=_11,
-
er
e
teórica de la viruta, en milímetros real de la viruta, en milímetros de la viruta recalcada, en milímetros de la viruta teórica, en milímetros
Para facilitar la operación se hacen unas ranuras en la pieza, a una distancia /determinada (fig . 8.73) y se miden luego las virutas que salen entre esas ranuras. Otro método, para eliminar errores de medida en la viruta cortada, es calcular el recalcado a partir del peso de virutas arrancadas y del peso teórico : Cr
-
1 000 G A ~ 8 ~ I
en la cual : G A S !
= = = =
peso de las virutas, en gramos sección de la viruta calculada = a p, en mm 2 peso específico g/cm 2 longitud teórica de la viruta, en mm
Cuanto mayor es el coeficiente de recalcado, mayor es la deformación. Esta deformación se logra a expensas de energía ; por consiguiente, cuanto menor sea el recalcado, mayor será la maquinabilidad . 8.6 .1 .1 .1
Elementos que influyen en el coeficiente de recalcado Se ha comprobado que son varios los factores que influyen en la maquinabilidad, aunque no todos de igual manera : 1 .° Material de la pieza . cado que los agrios .
Los materiales más tenaces tienen mayor coeficiente de recal-
2., Material de la herramienta . El recalcado es mayor con elementos de menor dureza y de mayor tendencia a producir gripado. Los metales duros, sobre todo el diamante, producen menos recalcado que los aceros rápidos . 3 .° El ángulo de desprendimiento. prendimiento .
El recalcado disminuye al crecer el ángulo de des-
4.° Velocidad de corte . Hay que distinguir : - Con herramientas de metal duro disminuye el recalcado, al aumentar la velocidad . A partir de 150 m/min se mantiene más o menos constante . - Con herramientas de acero rápido, al principio, crece el recalcado con la velocidad, hasta llegar a unos 50 m/min ; a partir de ella, el recalcado disminuye .
8.6 .1 .1 .2
Efectos del recalcado
Son varios los efectos que se pueden distinguir como consecuencia del recalcado . 1 .0 Tamaño de la viruta . Cuanto menor es el recalcado, más cortos son los trozos en que se rompe la viruta . 2 .0 Velocidad de la viruta. Evidentemente, cuanto mayor es el recalcado, menor es la velocidad de salida de la viruta .
3 .° 25 4
Presión y temperatura de corte.
Aumentan al aumentar el recalcado .
4.° Modificación de la superficie mecanizada . La deformación no es sólo en la viruta, sino también en la pieza ; de manera que la estructura del material queda modificada en una cierta profundidad. Cuanto mayores son el recalcado y la sección de la viruta, mayor es el espesor de la capa deformada. Puede llegar a ser la mitad de la profundidad de pasada .
e e
r
= espesor de la viruta sin cortar = espesor de la viruta recalcada
Un caso especial, en el que no se sigue esta norma, es cuando se trabaja en la proximidad de la viruta límite : la deformación puede ser más profunda que la pasada . pieza
Proceso de cizallado
8.6 .1 .2
Hay dudas sobre la existencia real del ángulo de cizallado: fotografías, tomadas a gran velocidad, no han mostrado su presencia. A pesar de ello, y dado que este concepto ayuda mucho a determinar la maquinabilidad, se da como cierta su existencia y se define así : Se llama ángulo de cizallado y aquél según el cual se corta el material para formar la viruta (fig . 8.74) . Según la misma figura se tiene : er
= cos (cp - C)
e
y
Fig. 8.74 Angulo de cizallado,
= sen y
Dividiendo miembro a miembro : er e recordar que
er e
=
COS-
(Y C) sen y
= Cr, apartado 8.6 .11
= C
).
Luego, se puede hacer : Cr - sen y = cos (V' - C)
[a]
Pero : cos (y-C) =cosy-cosC+seny-senC Dividiendo los dos miembros de [a] por sen y resulta : Cr = co s y sen y
. cos C + sen y = cotg y - cos C + sen C
Despejando cotg y : cotg y =
Cr
sen C cos C
[10a]
Lo cual manifiesta que el ángulo de cizallado depende del coeficiente de recalcado y del ángulo de desprendimiento de la herramienta . Para C = 00 se tiene : cotg y = 8 .6 .1 .2 .1
Cr
1
0
= Cr
[10b]
herramienta
Velocidad de cizallamiento
Se llama así la velocidad con que se rompe la viruta . Según la figura 8.75, vz es la suma geométrica de las velocidades de corte v, y de salida de la viruta vr . Si la velocidad vc es constante, vZ depende de vr, la cual, a su vez, depende del coeficiente de recalcado. Pero también depende (fig . 8.75) del ángulo de desprendimiento C. De manera que las herramientas de ángulo negativo hacen aumentar la velocidad de cizallamiento y con ello disminuye el tamaño de la viruta . 255
r,7-,-
7~f
, pieza
Fig. 8.75 Influencia del ángulo de desprendimiento en el recalcado.
8.6 .2
Velocidad de corte
Se entiende como tal el desplazamiento relativo de la herramienta, respecto a la pieza en el sentido de corte; se mide en m/min. Para el torneado se tiene : v =
7u
- d - n 1 000
m/min
d = diámetro de la pieza en bruto, en milímetros n = revoluciones de la pieza en un minuto
No se puede trabajar a cualquier velocidad ; con velocidad pequeña, la producción será pequeña, mas, si por el contrario, se trabaja a demasiada velocidad, se desgastará y embotará la herramienta prematuramente . 8.6 .2 .1
Velocidad económica
Se llama así la velocidad en la que, con el mínimo costo, se obtiene la máxima cantidad de viruta . Esta velocidad depende de muchas variables, pero principalmente de las siguientes : 1 .a De la herramienta. Ante todo, del material o tratamiento; de su afilado, tanto de los ángulos como del grado de afinado ; de la fijación del costo de la herramienta; de la vida de la herramienta y del tiempo de su reafilado y preparación de la máquina . 2 .a Respecto a la pieza. Del material y estado del mismo ; de la forma de la pieza ; de la fijación de la misma ; de la calidad exigida al acabado. 3.a Respecto a la viruta . tre a y p.
Su sección (mm 2) ; su forma y relación en-
4.a Del sistema de refrigeración y lubricación . herramienta) 5 .a 8.6 .2 .2
De la máquina empleada .
Del par activo (pieza y
Robustez, vibraciones, etc
Desgaste
Uno de los factores predominantes, al seleccionar la velocidad de corte, es el desgaste de la herramienta. Pequeñas variaciones de la velocidad, próximas a un valor determinado, pueden tener grandes repercusiones : un pequeño aumento puede llevar consigo el rápido desgaste de la herramienta, y una pequeña disminución puede suponer alargar la vida del filo de manera notable. De aquí que, cuando el reafilado de la herramienta sea muy costoso (afilado de herramientas múltiples) o la misma herramienta sea cara e, incluso, cuando la colocación de la herramienta sea costosa y el tiempo muerto de la máquina sea importante, en todas estas circunstancias habrá que adoptar una velocidad algo menor que la económica. Cuando, por el contrario, lo importante sea obtener una gran producción y tenga poca importancia el desgaste, entonces se podrá aumentar algo la velocidad. Hoy día, es frecuente determinar la velocidad para que dure la herramienta, en condiciones de corte y producción de piezas aceptables, un tiempo determinado de corte real . Así, es frecuente, cuando se trata de herramientas sencillas y baratas, determinar la velocidad para que dure la herramienta durante 60 o 120 min ; estas velocidades se suelen representar por v eo y V120 respectivamente . En herramientas más complejas o caras, o cuando trabajan en máquinas que conviene se interrumpa el trabajo sólo las menos veces posibles, se suelen emplear velocidades v24o, V420 o menores. A veces se determina la velocidad para que pueda mecanizarse con la herramienta sin reafilar un número determinado de piezas. Para taladrado, es frecuente determinar la longitud de agujero mecanizado ; así, se suele decir velocidad para 300 mm de agujero, para 600, 1 000 etc . En la figura 8 .76 y tablas 8 .77, 8 .78 y 8 .79 se pueden hallar velocidades de corte, según estos conceptos expuestos .
256
Tabla 8.77 Velocidades de corte según la longitud de taladro entre dos afilados
500 400 300
relación de dependencia existente entre la duración T y la veloci-
200
dad de corte v
É 100
ó
acero rápido -------- metal duro P20 ----- -- - metal duro K 10
70
á
50 40
procedimiento de trabajo : torneado A=a p=5 x 0,4 =2nun'
30 20
10
30
40 50
70
100
200
300
velocidad de corte v en m/min
Fig. 8.76
Velocidades en función de la duración de la herramienta . Tabla 8.78
Características de trabajo con acero rápido
Velocidad ngulos Ángulos de de corte afilado (1) mlmin -
Material que se ha de trabajar
Des- Afrirabaste do
A
B
Velocidad Material que se ha de trabajar
de corte (1) mlmih Des-
Afina-
baste
do
Fundición de dureza hasta 180 Brinell
22
Ángulos de afilado A
B
30
6°
70°
Hierro . Acero hasta 45 kgf/mmz
30
45
8°
60°
Acero 45 - 65 kgf/mmz
25
40
6°
65°
Fundición de dureza mayor de 180 Brinell
14
22
6°
75°
Acero 65-85 kgf/mmz
20
30
6°
70'
Cobre . Latón blando
50
80
8°
60°
20
6°
22
40
6°
80°
200
250
8°
60°
100
150
6°
75°
Acero fundido hasta 70 kgf/mmz Acero 85=100 kgf/mm2 Acero inoxidable hasta 70 kgf/mmz Acero fundido 70=100 kgf/mmz Acero 100=140 kgf/mm 1
15
10
Acero de más de 140 kgf/mmz Acero inoxidable de más de 70 kgf/mm 2
15
6°
70'
75°
Latón duro . Bronce
Aluminio . Aleaciones ligeras blandas
Aleaciones ligeras duras 5
8
6°
80°
Avances. (En milímetros por revolución ; Piezas con grandes aumentos de material, procedentes de forjado o fundición : desbaste a gran pasada con tornos de suficiente potencia
1
a 1,5 mm
Piezas con aumentos prudenciales de material, desbaste con pasada corriente
0,6
a 0,8 mm
Piezas que después del torneado son terminadas en la rectificadora: superficie sin afinación en pasada única
0,4
a 0,6 mm
Piezas pequeñas : desbaste con pasada ligera
0,25 a 0,4 mm
Afinados a punta de cuchilla
0,05 a 0,1 mm 0,15 a 0,2 mm
Profundidad de corte. (Valores normales medios) Desbaste de hierro y aceros Desbaste de metales y fundición de hierro Afinado
8 x avance 5 x avance 0,25 mm
(1)
Las velocidades indicadas se pueden emplear con herramienta de acero rápido calidad fl-2 (UNE F-5521) de 18 % W, 4 % Cr, 1 % Va . Si se emplean aceros superrápidos de 10 % de Cose pueden aumentar las velocidades en un 20 %, aproximadamente .
257 17.
Tecnología 2.1
Broca sin afilar
en mm
v en mlmin.
3000 2000 1000 500 250
17 18 20 22 25
Broca afilada filo princ. corregido v en v en mlmin. mlmin. Broca afilada
25 26 28 31 34
31 32 34 37 41
Influencia del afilado de la broca y la velocidad de corte sobre la longitud de duración . Material : acero al cromo-níquel . Diámetro de la broca : 25 mm 0. Avance : 0,6 mm/rev . Profundidad de cada agujero: 50 mm .
10 10
Longitud de duración
aura ~ . .~
uraa,icrraucas uc trapajo con metas auro Condiciones de
Materia/ que se ha de trabajar y resistencia
Calidad
kgflmml2
torneado
Para desbastar Velocidad de corte mlmin
Ángulos de corte
Para afinar
Avance Profundidad valor aproxim. de corte mm mm
Velocidad de cope mlmin
Avance varar apmxim. mm
Profundidad Ángulo de corte de incidencia mm A
Ángulo de cuña B
desprendimiento
Angulo de c
Hierro y acero hasta 50 kg/mmz
P 10 P 20 P 30
150-250 50-150 30- 80
1 1 1,5-2,5
hasta 10 hasta 10 hasta 10
250-350 hasta 0,2 75-200 hasta 0,2 50-100 hasta 0,2
1 1 1
5°- 8° 5°- 8° 5°- 8°
65° 65° 65°
3°- 5° 3°- 5 3°- 5°
Acero 50-60 kgf/mmz
P 10 P 20 P 30
110-200 35-120 25- 60
1 1 1-2
hasta 10 hasta 10 hasta 10
150-275 hasta 0,2 50-150 hasta 0,2 40-100 hasta 0,2
1 1 1
5°- 8° 5°- 8° 5°- 8°
65° 65° 65°
3°- 5° 3°- S 3°- 5°
Acero 60-85 kgf/mmz
P 10 P 20 P 30
70-140 22- 70 15- 50
1 1 1-2
hasta 10 hasta 10 hasta 10
140-200 40-150 30- 80
hasta 0,2 hasta 0,2 hasta 0,2
1 1 1
5°- 8° 5°- 8° 5°- 8°
70° 70° 70°
3°- 5° 3°- S3°- 5 -
Acero 85-100 kgf/mmz
p 10 P 20 P 30
60-100 20- 65 10- 40
hasta 1 hasta 1 hasta 1,5
hasta 10 hasta 10 hasta 10
100-150 hasta 0,2 30-110 hasta 0,2 20- 70 hasta 0,2
1 1 1
5°- 8° 5°- B° 5°- B°
75° 75° 75°
3°- 5° 3°- 5 3°- 5°
Acero 100-140 kgf/mm1
P 10 P 20
45- 70 15- 50
1 1
5-10 5-10
70-100 22- 75
0,2 0,2
1 1
5°- 8° 5°- 8°
BID' 80°
3°- 5 3°- 5°
Acero 140-180 kgf/mm1
P 10
20- 40
0,5
5-10
40- 60
0,2
1
5°- B°
84°
3°- 5 -
Acero inoxidable
p 10 P 20 P 30
50- 70 20- 60 10- 40
1 1 hasta 2
4- 8 4- 8 hasta 10
80-120 30- 90 20- 70
hasta 0,2 hasta 0,2 hasta 0,2
1 1 1
5°- 8° 5°- 8 ° 5 ° - 8°
75° 75° 75°
3°- 5° 3 ° - 53 ° - 5°
Fundición de acero 50-70 kgf/mmz
P 10 P 20 P 30
60-100 1 22- 70 1 15- 60 hasta 2
5-10 5-10 hasta 10
100-150 hasta 0,2 35-110 hasta 0,2 25-100 hasta 0,2
1 1 1
5 ° - 8° 5°- 8° 5°- 8 °
75 ° 75° 75 °
3° - 5° 3° - 5 3° - S -
Fundición de acero 70-100 kgf/mmz
p 10 P 20 P 30
30- 60 15- 45 10- 30
1 1 hasta 1,5
5-10 5-10 hasta 10
50- 80 25- 70 20- 60
hasta 0,2 hasta 0,2 hasta 0,2
1 1 1
5°- 8 ° 5°- 8° 5°- 8°
80 ° 80° 80°
3°- 5 ° 3°- 53°- 5°
Acero al Mn, al 12 %
P 10 P 20
10- 20 B- 15
0,3-0,5 0,1-0,5
3-10 hasta 10
20_ 35
0,2
1
4°- 7 °
80°
3°- 5 °
Hierro fundido hasta 180 Brinell
K 10
60-200
hasta 1,5
5-10
1
5°- 8 °
75°
3°- 5°
Hierro fundido de 180-250 Brinell
K 10
45- 70
1
5-10
70-100
0,2
1
5°- 8°
75 ° -80°
3°- 5 °
Hierro fundido de más de 250 Brinell
K 10
20- 50
1
4- 8
40- 70
0,2
1
4°- 6 °
82 ° -84°
3 °- 5°
Fundición en coquilla
K 10
30- 50
1
5-10
70-100
0,2
1
5°- 7°
73°
3°- 5°
Fundición dura
K*10
hasta
10
hasta 1
hasta 10
hasta
20
0,2
4°
82 ° -86°
3°- 5°
Cobre
K 10
hasta
350
hasta 1
3- 5
hasta
500
0,2
1
Aluminio
6°- 8 °
56°-57°
5°- 8°
K 10
hasta
1 .500
hasta 1
5-10
hasta 2.500
0,2
1
8 ° -10 °
45°
5°- 8°
Duralu minio
K
hasta
300
hasta 1
5-10
hasta
400
0,2
1
5°
80°
3 ° - 5°
_K 10 _
hasta
250
hasta 1
5-10
hasta
350
0,2
1
4
75°
3°- 5°
K 10
hasta
200
hasta 0,5
3- 5
hasta
300
6°
8°
66°
5 ° -10°
Carbón electrodos
K 20
hasta
80
hasta 1
5-10
hasta
100
8°
62°
5°-1o°
Mármol
K 10
hasta
40
hasta 0,5
hasta
3
hasta
40
4 ° - 6°
80°
5°-10°
Porcelana
K 1
hasta
20
hasta 0,5
hasta
1
hasta
30
4°- 6°
84°
5 ° -10 °
K 1
hasta
200
hasta 0,5
3- 5
hasta
300
50°
5°-10°
__
Bronce fosforoso Bakelita y material plástico
Papel duro
_
I
10
8 .6 .2 .3
Relación
de
la
100-250 hasta 0,2
10°
viruta
Al redondear la punta de la herramienta o al terminarla en forma de chaflán (fig . 8 .80), el filo activo de la herramienta se hace más largo Esta longitud activa del filo se llama longitud del arco de viruta . Si se divide la sección de la viruta A = p - a, por la longitud del arco de viruta, se tendrá el llamado espesor del arco de viruta : ea
ea
A
Fig . 8.80 = Longitud de arco de viruta .
la
258
=
=
=
_A la
espesor del arco de viruta, en milímetros sección de la viruta = p - a, mmz longitud del arco de viruta, en milímetros
[121
Para un mismo valor de A, cuanto mayor sea la longitud del arco de viruta, tanto más se reparte la fuerza de corte en la herramienta y, en igualdad de condiciones, la velocidad de corte o el tiempo de duración podrían ser mayores. Como quiera que es engorroso el cálculo para la determinación de la longitud del arco, suelen emplearse gráficos . Los alemanes emplean las fichas AWF, y de ellas deducen las velocidades correspondientes . La figura 8 .81 reproduce dos de estas tablas . Temperatura de corte
8 .6 .2 .4
El arranque de la viruta y el trabajo empleado en su deformación se transforma en calor, que se reparte muy desigualmente entre la viruta (del 65 al 80 %) entre la pieza (del 15 al 25 %) y entre la herramienta (del 5 al 10 %) .
avance a en mm
A pesar de que este reparto es favorable a la herramienta, es sin embargo muy elevada capatemperatura a que puede llegar el filo de la misma con influencia muy grande en la la de duración . cidad de corte y en el tiempo la Se procura aminorar estas altas temperaturas : primero, haciendo que la sección de buen sis.82), y segundo, con un la zona peligrosa (fig . 8 sea lo mayor posible en herramienta tema de refrigeración y lubricación . hasta un Con un eficaz lubricado y refrigerado puede aumentarse la velocidad de corte acabado de la se consigue un mejor la vida de la herramienta y 40 %, a la vez que se alarga superficie mecanizada . refrigerantes La calidad del elemento empleado es fundamental : el agua es el mejor de los (tiene el mayor calor específico = 1), pero no es buen lubricante, además de que, empleada
sola, oxida las máquinas . Cuando lo primordial sea refrigerar, se emplea el agua con aceites solubles (taladrinas) herramienta y, cuando lo más importante es la lubricación para disminuir el rozamiento entre aceites de corte. pieza, se utilizan los viruta y entre herramienta y y dirigido Es importante que el líquido sea abundante y continuo y, a ser posible, que vaya al punto de contacto entre herramienta-pieza-viruta . Por estas razones se emplean distintos sistemas (fig . 8.83) .
velocidad de corte en m/min
Fig. 8.81 Gráficas según AWF, para determinar el espesor del arco de viruta y la velocidad de corte.
Corte A-B
Fig. 8.83
8.6 .3
Corte C-D
Sistemas de refrigeración .
Potencia de corte
Se sabe que potencia es el trabajo producido en la unidad de tiempo, o el producto de la fuerza por la velocidad : P = F
v (kgfm/s)
[13a]
En el corte de material por arranque de viruta se ha visto que la fuerza total era la resultante de las fuerzas de trabajo, de avance y de empuje . Pero esta última, al no producir trabajo, no absorbe potencia y la potencia de avance es muy pequeña ; por ser pequeña la fuerza de avance y muy pequeña la velocidad, queda como componente principal la fuerza de trabajo en dirección del corte, que es la que ordinariamente se considera, a la hora de calcular la potencia de corte . Según esto se tendrá : [13b] 25 9
Fig. 8.82 Una gran sección en la punta de la herramienta facilita la evacuación del calor,
Como F c = A - f e, también se podrá escribir :
Cc=A
. f e . vc
[13c]
Dos son los problemas que se pueden presentar en la práctica : 1 . 0 Determinar la potencia necesaria para cortar una sección A, de un material determinado y a la velocidad v c, v 6o, etc. 2.0 Calcular la sección de viruta A, de un material determinado y a una velocidad v c o vt, etc., en una máquina de potencia total P. Para el primer problema se emplea la fórmula [13c] transformada en una de las siguientes, según que la potencia se quiera en CV o en kW . P=
P
__
A
A .fe .y (CV) 75_ x6 0 e
5 x 60
' 0,736 (kW)
[13d]
[13c]
Estas potencias serían las necesarias en el eje principal de la máquina . Si se quiere saber la potencia del motor, teniendo en cuenta el rendimiento de la máquina y que se ha despreciado la potencia de avance, habría que introducir un coeficiente o rendimiento que, en las buenas máquinas, no debe ser inferior a : l / n = 1 ,10,8 = 1,25 ;,1 = rendimiento del motor. Las fórmulas anteriores quedan así: ~P=0,0003A-f e ' v(CV)
[13'd]
= 0,0002 A - fe - y (kW)
[13'e]
En ellas : A =a-p=mmz f e = fuerza específica de corte kgf/mm2 v = velocidad de trabajo en m/min
Para el segundo problema se despeja de éstas el valor de A . 8 .6 .3 .1
Caudal de viruta
Es el volumen de viruta arrancado en la unidad de tiempo . Q = A - v (cm 3 /min)
[14]
Q = caudal de viruta en cm 3 A = sección de viruta en milímetros v = velocidad de corte en m/min
8.6 .3 .2
Caudal especifico de viruta
Es el volumen de viruta arrancado en la unidad de tiempo y de potencia . Qe
_Q P
[15]
Q e = caudal específico de viruta en cm 3 P = potencia del motor en CV Ejemplo
Se desea mecanizar en un torno con una herramienta de 280 de ángulo de incidencia, una pieza de acero que tiene 80 mm de diámetro exterior y una resistencia a la tracción de 50 kgf/mm 2 . El rendimiento del torno es de 0,8 . Sabiendo que la profundidad de pasada a emplear es de 4 mm, el avance 0,5 mm y la velocidad de corte 30 m/min, calcular : 1 .° La cantidad de viruta en cm 3 arrancada en una hora . 2 .° La cantidad de viruta arrancada por minuto y por unidad de potencia motor ( 0 e) .
0
Solución : 1 .°
La cantidad de viruta arrancada en una hora :
Q = A - v - 60 = p - a - v - 60 = 4 2 .°
x
0,5
x
30 x 60 = 3 600 cm 3/hora
Para calcular el caudal específico de viruta, se calcula primero la potencia motor : P
_
A - fe - y 75 x 60
_
2 x 228 x 30 75 x 60
= 3 CV
(Para averiguar f e , ver la tabla 8 .71 .) Teniendo en cuenta el rendimiento :
El caudal por minuto : Q=A-v=2
x
30=60 cm 3 /min
Y el caudal específico : Qe = 8 .6 .4
60 3,75
P
= 16 cm 3 /min/CV
Tiempos de mecanizado
El tiempo de mecanizado es función del volumen de viruta que hay que arrancar y de las características de corte: velocidad, avance y profundidad de pasada . Normalmente suele calcularse el tiempo necesario para dar una pasada y, más frecuente aún, es calcular el tiempo necesario para mecanizar una longitud determinada, por ejemplo 100 mm . Esto es práctica común cuando el cálculo se hace con el empleo de ábacos, reglas, etc. (fig . 8 .84) . avances en mm/vuelta 4000
0.10
0.15 0.200,250300.40 0,6
3000
0,8 1
1,5
1
3.3
5
%woorww mti=C wwwwwww ~"" X1111111" """11111111"/
nnnrmooouno en C~1i~1111"1"""""--1111111"1"""1111111/" 1 ""\111Yr1 "1"
2000 1400
ni~nnm~imnnunn
1000 800 500 500 400 300
300
200
200
100
140
140
c É É d
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ó á U v
ó i
100
100 8o
0 E
50
á
40
m G O
30 26
100 90 8o 70 60
70 50
50
40
40
30
30
20
20
10
14
12
10 9
to 9
7 6 5
7 6 5
4
4
3
3
e
10 e 5
3
e
W"¡i
2
2
400 300
200
100 80
60
40
30
20
1098 7 6 5
4
3
2
diámetro en mm
Fig, 8,84
Medios auxiliares para el cálculo del tiempo de mecanizado,
1
E E ~,
14
10
8
2 1
~
~ 11111"1" " 1111 1111111 milla
1 ~ 6 5
4
3
2
~ 1
imliliiillll ¡lo ,111U1
1
0,70 0,50
tiempos de perforación o torneado en minutos
0,30
020
0 a °' _0 0 E E 0
En el presente curso se estudia fundamentalmente el torno y la mecanización en el mismo . Como cada operación tiene su peculiaridad, se estudian los tiempos de mecanizado en el momento que se estudia la operación correspondiente . Para saber el tiempo total habrá que añadir al tiempo de mecanizado o corte, los de preparación y maniobra, que también dependen, en cada caso, de la máquina y de los útiles empleados . CUESTIONARIO 8 .1 Hacer un estudio por escrito sobre el concepto mínima pasada . 8 .2 ¿Qué es la falsa cuchilla y cómo puede evitarse o aminorarse? 8 .3 Aceros y otros materiales empleados para las herramientas : ventajas, inconvenientes, limitaciones de cada uno de ellos . 8 .4 ¿Por qué dos sistemas de referencia, al estudiar los ángulos y formas de las herramientas? 8 .5 Enumerar los ángulos y superficies más importantes de las herramientas . 8 .6 Hacer un estudio, por escrito, sobre la influencia de la colocación de la herramienta y de los ángulos de la misma, en el arranque de viruta . 8 .7 Preparar una ficha para el afilado de una herramienta de torno normalizada para desbastar acero F 6 205 UNE 36 080. 8 .8 ¿Cuál es el principal inconveniente que se puede presentar en las herramientas de forma? 8 .9 ¿Qué es fuerza de corte? ¿Cómo se calcula? 8 .10 ¿Qué factores influyen en la fuerza de corte? 8 .11 ¿Qué es el efecto de recalcado? ¿Es ventajoso o perjudicial? 8 .12 ¿Qué se entiende por velocidad económica de corte? 8 .13 ¿Cómo se calcula la velocidad de corte en función del desgaste? 8 .14 Cómo se calcula la potencia de corte .
PROBLEMAS 1 .0 Calcular los ángulos de desviación lateral y longitudinal de una herramienta con las siguientes características : A = 8o, A s = 6o, C = 150, D = 30o y L = -7o . 2 .0 Cuál es la fuerza de corte para producir una viruta de 8 mm 2 en un acero de 50 kgf/mm 2 de carga de rotura, si el ángulo de desprendimiento es 12o . 3 .1 Cuál es la diferencia en la fuerza de corte al trabajar un acero de F R = 60 kgf/mm 2 para los ángulos de desprendimiento de 18o y de 20 . 4.1 Calcular la máxima viruta que se puede cortar en un torno cuyo motor tiene 5 CV, trabajando acero de 120 kgf/mm 2 con herramienta de metal duro . 5 .1 Calcular la potencia motor absorbida por un torno que mecaniza acero de 60 kgf/mm 2 de resistencia a la rotura (FR), con una herramienta cuyo ángulo de desprendimiento es de 21 o . El avance empleado es de 0,5 mm, la profundidad de pasada 4 mm y la velocidad de corte 30 m/min . Rendimiento del motor : 0,8 .
Tema 9 .
Metrología
OBJETIVOS - Completar el conocimiento de los instrumentos de medida y verificación iniciado en cursos anteriores. - Conocer los procedimientos de medida y verificación empleados en el control de ángulos, conos, roscas y engranajes. EXPOSICION DEL TEMA 9.1
Concepto de medida
La medida de una magnitud es la relación obtenida como resultado de compararla con otra de su misma naturaleza, tomada como unidad . Esta relación es el valor de la medida e indica el número de veces que la unidad está contenida en la magnitud a medir. 262
La operación destinada a determinar la medida de una magnitud se llama medición . 9.2
Sistemas de unidades
Existen dos sistemas fundamentales de unidades de medida, dotados cada uno de ellos de diferentes unidades y series de múltiplos y submúltiplos de las mismas, a saber: - El Sistema Internacional (S . I.) . - El Sistema Inglés . El primero de los citados tiende a sustituir al segundo, mucho más complejo, aunque el proceso es lento, por razones económicas y políticas . 9.3
Unidad de longitud
La unidad de longitud en el S. I. es el metro (m) . Sin embargo, en Mecánica y Metrología tienen mayor interés los submúltiplos que se indican : milímetro (mm) = 10 -3 m micra ([,m) = 10 -6 m El Sistema Inglés tiene como unidad de longitud la yarda, equivalente a 0,9144 m . Como unidades derivadas se utilizan : pie
(V)
__
pulgada (1") =
yarda 3 1' 12
La pulgada se divide en fracciones . La micropulgada es igual a una millonésima de pulgada. El factor oficial de equivalencia es : 1"=25,4 mm 9.4
Unidades de medida de ángulos Para la medida de ángulos se emplean las siguientes unidades : El grado sexagesimal (11» igual a la 90 .a parte del ángulo recto, con sus
submúltiplos : el minuto (1') igual a la 60 .a parte del grado; 1'
= 60 .
El se-
1' gundo (1 ") que equivale a la 60.a parte del minuto ; 1" = 60 . El grado centesimal, que es igual a la centésima parte del ángulo recto, con sus unidades derivadas, la décima, la centésima y la milésima de grado. Finalmente existe el radián (rad) igual a la magnitud del ángulo central correspondiente a un arco de longitud igual al radio de la circunferencia :
9.5
Práctica de la medición
La práctica de la medición es una operación de dificultad relativa, es decir, está totalmente condicionada por la precisión o exactitud requerida. En primer lugar, hay que partir de la imposibilidad de obtener la medida real de una magnitud, por lo que siempre aparecerá una diferencia entre la dimensión hallada y la dimensión real . Esta diferencia es lo que se llama error. Los errores en la medición proceden necesariamente de los siguientes apartados : - Instrumentos de medida . - Condiciones ambientales. - Actuación del operador . 263
Los errores debidos a los propios instrumentos de medida deben atribuirse a defectos constructivos, a deformaciones elásticas, a defectos de reglaje, desgaste por uso, etc . Las condiciones ambientales, especialmente la temperatura, producen errores de medición . Ello ha obligado a establecer una temperatura de referencia para efectuar mediciones de precisión, que en el Sistema Internacional es de 20 °C . El operador del instrumento de medida comete también errores ; debidos casi siempre a la presión desigual entre la pieza y el palpador ; en función de la fuerza que hace el verificador y a la dificultad de apreciar la coincidencia entre los trazos del nonio y la regla .
9 .6
Instrumentos de medición
Los instrumentos o aparatos destinados a la realización práctica de operaciones de medición pueden agruparse en tres grandes grupos : a) Instrumentos de medida directa. Tal como su nombre indica, proporcionan un valor concreto de la magnitud en cuestión . Por ejemplo, el pie de rey, el micrómetro, etc .
Fig. 9.1
Micrómetro para interiores.
b) Instrumentos de comparación. Comparan las dimensiones de una pieza con las de un patrón . Los valores proporcionados son diferencias de medida . El ejemplo más conocido es el reloj comparador .
c) Instrumentos de verificación . No son instrumentos de medida propiamente dichos . Sirven para indicar si las dimensiones de una pieza son idénticas a las marcadas por el instrumento, dentro de un margen admisible o tolerancia . De los instrumentos pertenecientes al primer grupo se han estudiado, en cursos anteriores, la regla, el pie de rey y el micrómetro . También se ha estudiado el reloj comparador entre los incluidos en el segundo grupo . A continuación, se explicarán las características de micrómetros y comparadores especiales y toda la gama de calibres .
9.6 .1
Micrómetros especiales
Son adaptaciones del instrumento básico para especializarlo en mediciones concretas . Según esto, se pueden clasificar en : a) Micrómetro para interiores . b) Micrómetro para profundidades . c) Micrómetro para roscas . d) Micrómetro para engranajes . e) Micrómetros varios .
9.6 .1 .1
Micrómetro para interiores
Carece de la herradura característica . El tipo más corriente es el representado en la figura 9.1 . El recorrido de los palpadores es limitado y, por consiguiente, debe emplearse en juegos de longitud escalonada . Los hay con una cabeza micrométrica y una serie de manguitos que se acoplan entre sí ; con ello se aumenta su capacidad de medición, pero la carrera de los palpadores continúa siendo corta (fig . 9 .2) .
A
Para evitar los errores sistemáticos en la medición de diámetros interiores por dos puntos de contacto, han aparecido los micrómetros de tres contactos, el más conocido de los cuales es el IMICROTESA (fig . 9 .3), cuyo funcionamiento es como sigue . El tornillo micrométrico lleva una hélice cónica, en la que ajustan los tres palpadores, de forma que un giro de la cabeza de mando se traduce en un desplazamiento simultáneo de los tres contactos de medición . El campo que abarca el instrumento va de 6 a 200 mm, por medio de una serie de juegos . El recorrido máximo es de 25 mm . La precisión es considerable ; del orden de 10 -3 mm .
B
Fig, 9.2 Micrómetro para interiores : A, varillas acoplables; B, aplicación,
Fig. 9.3 A, micrómetro Tesa Imicro ; B, mecanismo de la cabeza de medición; C, verificación sobre máquina . 264
9.6.1 .2
Micrómetro para profundidades
Es un tornillo micrométrico que dispone de un puente de apoyo (fig . 9 .4) . La varilla del tornillo entra en contacto con el plano interior, cuya profundidad interesa medir. Dicho valor será la distancia que separa el extremo de la varilla del plano de apoyo del puente . Este aparato debe manejarse cuidadosamente, ya que es muy fácil cometer errores, por excesiva presión de la varilla .
A
Fig . 9,4 Micrómetro para profundidades : A, simple ; B, con puente de apoyo ; C, aplicación .
9 .6 .1 .3
Micrómetro para roscas
Es un micrómetro normal al que se adaptan unas puntas intercambiables, para medir diámetros de roscas, normalmente diámetros de flancos . Dichas puntas son cónicas o de rodillos cilíndricos . Para medición de diámetros de flancos con puntas cónicas es preciso que el ángulo del cono sea igual al ángulo de la rosca, según el sistema al que pertenezca . Se emplean dos puntas : una, simple y otra, doble, que varían según el paso (fig . 9.5) .
Fig. 9.5 Micrómetro para medir el diámetro medio : A, galga patrón de puesta a cero para pálmer de 25-50 ; B, apoyos de contacto ; C, puesta a cero del mícrómetro ; D, medición del diámetro medio ; E, detalle de la medición .
Para controlar diámetros de núcleo, se utilizan puntas de cono agudo . La punta doble o hembra hay que cambiarla para cada paso . También hay puntas planas para diámetros exteriores . La medición precisa de diámetros de flancos puede hacerse por el método de los tres alambres o rodillos -de gran precisión, que se suministran montados en unos soportes (fig . 9 .6) . El d z (diámetro de flancos) se deduce por medio de unos cálculos, aunque los fabricantes del instrumento suelen facilitar tablas adecuadas para evitarlos .
9.6.1 .4
Mícrómetro para engranajes
Las puntas de contacto son, en este caso, unos platillos de diámetro considerable. Sirven para medir la cuerda entre dientes de ruedas cilíndricas de dentado recto y helicoidal (fig . 9.7) .
Fig. 9.7 Micrómetro para medir el paso de un engranaje : A, micrómetro; B, forma de medir.
9.6 .1 .5
B
Mícrómetros varíos
á
Además de los tipos citados existe una enorme variedad de micrómetros que harían muy engorrosa una descripción detallada . En la figura 9 .8 están representados algunos de ellos.
9.6.2
Instrumentos comparadores
Son aparatos de lectura amplificada, que trabajan por comparación, señalando la diferencia de cota que existe entre la pieza a verificar y el patrón de 265
C
Fig, 9.6 Medición del diámetro de la rosca por medio de alambres rectificados : A, micrómetro ; B, contactos ; C, forma de apoyo en la rosca ; D, esquema.
Fig. 9.8 Otros tipos de micrómetros : A, para ranuras estrechas ; B, para tubos; C, con placa base; D, de tres contactos; E, para chapa ; F, de doble tornillo para tolerancias ; G, para tubos.
referencia . Según el sistema de amplificación se clasifican en mecánicos, ópticos, neumáticos y electrónicos . Entre los primeros destaca, por su enorme difusión, el reloj comparador centesimal, ya estudiado . Para grandes precisiones tienen mucho interés los comparadores de amplificación micrométrica (de tipo mecánico) o minímetros . 9 .6 .2 .1
Comparadores de amplificación micrométrica Como ejemplo representativo de este grupo está el MIKROKATOR-CEJ . Se trata de un aparato, que puede apreciar hasta 10 - 5 mm . En la figura 9.9 aparece un corte longitudinal del mismo, que permitirá el estudio de su mecanismo . La amplificación la efectúa una banda de acero (5), cuyo centro experimenta un giro proporcional a la deformación longitudinal que una palanca (4), unida al husillo (1), le comunica .-La aguja (6), conectada a la banda (5), señala sobre la escala (7) la amplitud del movimiento producido . La carga de contacto del palpador (2) se obtiene por medio del resorte (9) . Para aumentar la sensibilidad del mecanismo, se han reducido al mínimo el peso y el momento de inercia de la aguja y la banda de acero . Dispone también de sistema amortiguador .
Fig. 9.9
Corte del MikrokatorCej .
Las ventajas principales de este aparato son su sensibilidad y estabilidad, por ausencia de elementos móviles, tales como engranajes, ruedas, etc., claridad de lectura, independencia de fuentes externas de energía y gran robustez (fig . 9.10) .
B
9 .6 .2 .2
Fo
Fig. 9.10 Mikrokator-Cej : A, detalle de la cabeza ; B, conjunto,
Comparadores de amplificación óptica Se basan en la oscilación de un espejo que envía una imagen reflejada sobre una escala graduada, generalmente de material translúcido . Una serie de palancas unen el palpador con el espejo, de forma que una mínima oscilación 26 6
de éste se traduce en una notable variación angular del rayo luminoso . Un par de índices regulables permiten situar la zona de tolerancia con ayuda de bloques patrón (fig . 9.11) .
Fig. 9.11 Esquema de un comparador de amplificación óptica .
9.6 .2 .3
Comparadores de amplificación neumática
El principio en que se basan consiste en la transformación directa o indirecta de las variaciones de dimensión de las piezas en variaciones de presión, motivadas por las oscilaciones del caudal de aire utilizado en el sistema . 9.6 .2 .4
destilada
Fig. 9.12 Principio de funcionamiento del comparador neumático Solex.
Comparador neumático SOLEX
La figura 9.12 muestra el esquema del aparato. La cámara del micromedidor T, a presión rigurosamente constante H, está conectada a la red de aire comprimido a presión P siempre superior a H. Esto se logra sumergiendo la cámara T en el depósito de agua R, escapando al exterior el aire residual ; la presión H viene pues determinada por el valor de la altura de inmersión . En estas condiciones, si el orificio G, de sección constante, está en conexión con el surtidor de salida S, la variación de la presión h vendrá determinada únicamente por la relación de las secciones de ambos; o dicho de otro modo, una pequeña modificación de la sección de s se traducirá en un notable salto de h registrado en la escala de M. La variación del surtidor de salida se logra por: - Sistema integrado. Es el caso más sencillo pero poco frecuente. El orificio de salida s se encuentra en la misma pieza a verificar (fig . 9 .13A) . Las diferencias de diámetro entre aquélla y el patrón de reglaje del comparador se manifiestan con diferencias de presión . - Sistema de medida sin contacto o aproximación directa. La sección de S es constante. La variación del gasto será provocada por la variación de la distancia que hay entre S y la pieza a medir, habiendo puesto a cero previamente el aparato por medio de un patrón (fig . 9 .138) . - Sistema de medida con contacto o aproximación indirecta. El surtidor de salida S es sustituido por un obturador- palpador que actúa de válvula (figura 9.13C), cuyos desplazamientos son producidos por las diferencias de la pieza verificada con el patrón de reglaje. Una instalación Solex dispone, por consiguiente, de un aparato de lectura o micromedidor y el cabezal de lectura unido a él, que adopta la forma más adecuada en cada caso . El aire comprimido puede obtenerse de una fuente general, o bien, a través de una unidad compresora autónoma . En la figura 9.14 se muestra una instalación de verificación y en las figuras 9 .15, 9.16 y 9 .17 aparecen diversos detalles y aplicaciones concretas. 9.6 .2 .5
Comparador neumático CEJET
Este comparador, fabricado por C . E. Johansson, se basa en un sistema de equilibrio de presión . El aire comprimido (fig . 9.18) después de pasar por el filtro (2) y el regulador (3) es conducido por un conducto que se bifurca, terminando en un mecanismo de estrangulación (7), por un lado, y por el otro llega hasta el tampón de medida (8) . 267
Fig. 9.13 A, estrangulamiento ; B, aproximación directa; C, aproximación indirecta .
La aguja del manómetro estará a cero, si los fuelles A y 8 reciben la misma presión de aire . Sin embargo, al colocar el tampón en un anillo patrón de medida conocida (9), el caudal de aire que escape a través de los agujeros de salida será menor que antes, lo que se traducirá en un aumento de la presión en A, registrada, a su vez, por el manómetro (5) . Para que la aguja vuelva a cero bastará manipular el dispositivo estrangulador (7), que limitará la salida de aire, equilibrando de nuevo la presión y dejando el aparato dispuesto para su empleo .
Se comprende fácilmente que, si la pieza a verificar tiene un diámetro mayor o menor que el anillo patrón, la aguja del manómetro registrará sobre la escala la variación, positiva o negativa, del mismo.
Fig. 9.14 Equipo de verificación Solex.
Fig. 9.15 Cabezal de lectura en soporte vertical,
Fig. 9.16 Cabezal de lectura en soporte orientable.
A
Fig. 9.19
B
Fig. 9.17
solex
I calibre
.
.
. 3
Calibre neumático: A, manejo ; B, esquema,
~~2
Fig. 9.18 Esquema del comparador neumático Cejet.
calibre
Fig. 9.20 Tampón de contactos mecánicos,
Tampones de medida : A, para agujero pasante ; B, para agujero escalonado,
Fig. 9.21 pasantes,
268
Control del diámetro de agujeros
,pieza J-T .
Fig. 9.22 Medición del diámetro de un agujero escalonado .
9 .6.2.5 .1
Tampones de medida
pieza
Los tampones o cabezales de medida se construyen en acero templado y rectificado y su forma varía según el uso a que vayan destinados . Es decir, pueden ser macho o hembra, así como disponer de sus toberas u orificios de salida de aire, de forma distinta según sea pasante o ciego el agujero a controlar (figura 9 .19). Para verificar agujeros de rugosidad media o elevada, se utilizan tampones con contactos mecánicos, para evitar errores de lectura (fíg . 9 .20) .
9 .6 .2.5 .2
Uso de comparadores neumáticos
calibre
Fig. 9.25 Control de la rectitud de un orificio cilíndrico con calibre tampón de tres toberas,
La eliminación práctica de errores de manipulación, la facilidad de manejo, la robustez y elevada precisión de estos aparatos los ha convertido en instrumentos de uso frecuente en el taller, especialmente para la verificación de series de piezas de forma sencilla, apreciando fácilmente 1 ~tm e, incluso, 0,1 pm en algunos casos. Las figuras 9 .21 a 9 .28 representan, de modo esquemático, la verificación de diversas piezas con el tampón adecuado en cada ocasión . pieza
calibre
Iilh~~
Fig. 9.26 Medición del diámetro de un eje con calibre de herradura de dos toberas. Obsérvese el tope de referencia .
Ill~a:~l a
Fig. 9.23 Medición del diámetro de agujeros pasantes .
Fig. 9.24 Medición del diámetro de un eje con calibre hembra de dos toberas. calibre
9.6.2.6
Comparadores de amplificación electrónica
En este tipo de comparadores, los desplazamientos de los husillos de los palpadores son transformados directamente en tensiones de medición, amplificadas y rectificadas convenientemente . La mayoría de ellos realiza mediciones directas, acumulativas o diferenciales . En la figura 9.29 se observan diversas aplicaciones del comparador electrónico TESA .
9 .6.2 .7
Comparador electrónico CEJTRONIC
Fig. 9.27 Verificación del espesor de una chapa con calibre hembra especial de 2 toberas(control continuo),
Este comparador, de dimensiones muy reducidas, tiene verdadero interés industrial, tanto en las salas o puestos de verificación, como en la aplicación directa sobre máquina . En la figura 9.30 se pueden observar sus tres partes principales : la caja registradora, el palpador y el soporte de verificación . En la parte derecha de la caja se encuentra el mando de escalas y los ajustadores de puesta a cero . El palpador puede ser de dimensiones muy reducidas, para trabajar en lugares de difícil acceso . Dispone de conexión doble, lo que permite emplear dos palpadores, con objeto de lograr valores diferenciales de cotas (A ± B) .
9.6.3
Calibre de tolerancia
Es un instrumento de verificación, que permite controlar si una cota determinada se encuentra dentro de unos límites o tolerancia admisibles . Existen variadas clases de calibre, pero se pueden agrupar en dos grandes familias : los calibres tampón, destinados a la verificación de agujeros, y los calibres de herradura, para la verificación de ejes .
9 .6 .3 .1
Calibres tampón para agujeros
Constan de dos cilindros de acero, unidos por un mango de sección cilíndrica o hexagonal . En dicho mango están grabadas la medida nominal, la tolerancia y el nombre del fabricante . También lleva una franja anular negra en el lado pasa y roja en el no pasa (fig . 9.31). Para ilustrar el uso de los calibres tampón, se supone que con uno de estos instrumentos se va a verificar un orificio de 42 mm de diámetro y tolerancia H7 .
269
piezas
Fig. 9.28 Control de juego relativo entre agujero y eje, con calibres macho y hembra.
Fig .
9.29 Comparador Tesa de amplificación electrónica : A, control de una pieza prismática ; B, control de un taladro de pequeño diámetro ; C, medición sobre máquina ; R, control de la perpendicularidad de un cilindro patrón .
caja registradora
palpadorr
soporte
Fig . 9.30
Comparador de amplificación electrónica Cejtronic .
Fig. 9.31
Calibre tampón pasa-no pasa .
Como es sabido, las medidas máxima y mínima del agujero para este diámetro y tolerancia serán 42,025 y 42,000 . Por tanto, el lado pasa tendrá un diámetro de 42,000, mientras que el lado no pasa deberá medir 42,025 ; todo ello, claro está, dentro de unas tolerancias normalizadas muy estrechas, reservadas a los calibres . Sin embargo, los calibres así construidos presentan inconvenientes en ciertos casos. Cuando se trata de verificar agujeros de gran diámetro, para evitar calibres de mucho peso, se construye el instrumento en dos partes, pasa y no pasa o bien se sustituye el tampón por una varilla de sección redonda o cuadrada, cuya longitud equivale al diámetro de dicho tampón (fig . 9 .32) . Para facilitar la entrada de lado pasa se mecaniza, en el tampón, una ranura estrecha en forma de cuña (fig . 9.33) . El control de agujeros ciegos realizado con este tipo de calibres puede verse afectado por la resistencia del aire almacenado . Entonces se practican algunos agujeros en la cara frontal del cilindro o bien se realizan unas ranuras sobre la superficie lateral . El inconveniente más grave de este tipo de calibres es que no pueden detectar si un agujero está ovalado .
Fig .
9.32 Calibres : A, calibre tampón pasa ; B, calibre de varilla .
270
9.6 .3 .2 Otros calibres de tolerancia para agujeros Se puede hacer mención de los calibres planos (fig . 9.34), y de los calibres de barra (fig . 9.35), pensados para grandes diámetros . manguito de acero cubierto de baquelita
ranura
ángulo de contacto
Fig. 9.33 Ranura de entrada en un calibre tampón . A
Fig, 9 .35
Calibres de barra : A, calibres; B, aplicación,
También es muy interesante el calibre TEBO (fig. 9.36), para controlar agujeros precisos. Consiste en una cabeza esférica y un mango aislante desmontable. El diámetro de la esfera equivale a la medida mínima, mientras que el resalte que lleva señala la medida máxima, según la clase de tolerancia . La forma de operar con él se representa en la figura 9 .37 . La primera posición indica que el agujero controlado es demasiado pequeño, ya que no entra el diámetro mínimo . La segunda corresponde a un agujero con diámetro correcto, ya que el calibre ha entrado, pero no pasa el diámetro medido sobre el casquete esférico y el punto opuesto . Por último, la tercera posición representa un agujero de diámetro excesivo, es decir, fuera de tolerancia .
Fig. 9.34 pasa .
Calibres planos pasa-no
A s c Fig. 9.37 Calibre Tebo : A, diámetro pequeño ; B, diámetro correcto ; C, diámetro demasiado grande,
Fig, 9.36
9.6 .3 .3
Calibre Tebo . Calibres fijos para verificación de ejes
El tipo más sencillo es el calibre anillo (fig . 9.38), compuesto por dos piezas, pasa y no pasa . Este tipo no permite detectar errores de redondez y conicidad con facilidad y presenta el inconveniente suplementario de que, para verificar un eje entre puntos, es preciso desmontar la pieza . El tipo más corriente es el de herradura (fig . 9 .39) . Constan, tal como se puede observar, de dos bocas, una con la medida máxima o lado no pasa y la otra, con el valor mínimo o lado pasa, Las superficies de contacto son planas, paralelas, trabajadas cuidadosamente y endurecidas (60 HRC) . La entrada del lado pasa tiene la arista ligeramente rebajada, mientras que el lado no pasa tiene un fuerte chaflán . Esta disposición tiende a facilitar la entrada del calibre . Los calibres de herradura de una sola boca (fig . 9 .40) son variantes del tipo anterior . La boca del instrumento tiene dos planos, uno de los cuales tiene un escalón ; el nivel primero corresponde a la medida máxima, es decir, al pasa, mientras que el segundo nivel o escalón equivale a la cota mínima o no pasa .
9 .6 .3 .4
Calibres de tolerancia ajustables para ejes
La figura 9.41 muestra diferentes modelos y detalles constructivos. Todos ellos pueden ajustarse dentro de unos límites por medio de calas patrón, compensando los desgastes por uso. Para proceder al reglaje hay que liberar los tornillos de fijación, mover los de arrastre, situar los topes a medida y volver a bloquear los tornillos.
Fig. 9 .41
Fig . 9.38 Calibre de anillo (dos piezas) : A, pasa ; B, no pasa ; C, perspectiva .
Diferentes modelos de calibres de herradura regulables .
B
Fig . 9,39 no pasa .
Calibre de herradura pasa-
Fig. 9.40 Calibres de herradura pasano pasa de una sola boca.
9 .6 .3 .5
Calibres para roscas
Para el control de tornillos y tuercas se emplean calibres pasa y no pasa, adecuados a las características de la rosca . Proporcionan información de tipo general sobre la calidad de la misma, porque, debido a las numerosas variables que definen una rosca, no es posible su control simultáneo con el calibre (figura 9 .42) . 9 .6 .3 .6
Recomendaciones para el uso y mantenimiento de los calibres
Los calibres de tolerancia, como cualquier instrumento de medida, requieren una serie de cuidados y precauciones de empleo para garantizar resultados correctos :
Fíg . 9.42 Calibres para roscas : A, para tornillos; B, para tuercas; C, patrón .
- Las mediciones deben efectuarse a la temperatura de referencia . Sin embargo, para trabajos normales de taller será suficiente que el calibre y la pieza estén a la misma temperatura (ambiente) . - La fuerza que debe aplicarse al calibre es mínima . De ordinario, esta fuerza es el mismo peso del instrumento . - El calibre se tomará cuidadosamente por la zona prevista, evitando tocar las caras de contacto . Una vez usado, se limpiará y guardará en una caja o estuche adecuado, protegiendo la zona de trabajo con vaselina neutra . - El calibre se verificará periódicamente en el banco de medida con una periodicidad que disminuirá, según la importancia del mismo . Para ello se adopta un código de control y se marca en el mango o empuñadura la clave de verificación . 9 .6 .4
Aparatos especiales de medida y verificación
En este apartado se estudia una serie de aparatos de uso habitual en el laboratorio de Metrología, como el microscopio, el proyector de perfiles, el banco de medida, etc . 9 .6 .4 .1
Microscopio de taller
Se utiliza para verificar piezas pequeñas, plantillas, herramientas, etc . Proporciona valores longitudinales y angulares (fig . 9 .43) . Los desplazamientos sobre los ejes X-Y están controlados por tornillos micrométricos . Disponen de un sistema de verificación de perfiles .
Fig. 9 .43
9 .6 .4 .2
Fig, 9 .44
Proyector de perfiles.
Microscopio de taller.
Proyector de perfiles
Se trata de un instrumento de verificación de perfiles por comparación . La pieza a verificar, colocada en la mesa de trabajo, aparece proyectada, total o parcialmente, sobre una pantalla, a tamaño superior al natural y que depende de la gama de amplificación del aparato . Los aumentos disponibles suelen oscilar de 5 x a 100 x (aumentos) . De esta forma es posible comparar el perfil de la pieza con una plantilla patrón y detectar las variaciones existentes . Nótese 272
que una desviación de un milímetro en la pantalla, trabajando a 50 x, representa un error real de 0,02 mm en la pieza . La pantalla de proyección está convenientemente graduada, efectuándose con seguridad lecturas angulares . Además, para la verificación de roscas, van equipadas de plantillas trasparentes con el perfil deseado a escala convenida . En la figura 9 .44 se observa un proyector de perfiles y en la figura 9.45 el esquema de funcionamiento .
~~
pantalla de proyección de la pieza aumentada
e
pantalla de proyección de la pieza aumentada
o
lente de condensación
lámpara
objeto
A
espejo
Fig . 9.45 Esquema de funcionamiento de un proyector de perfiles: A, sistema de observación diascópica; B, pieza obtenida (toda ella en negro) ; C, sistema de observación episcópica ; D, pieza obtenida (transparente) ; E, pieza obtenida por el sistema epidiascópico .
9 .6 .4 .3
E
Bancos de medida
Son aparatos de tipo universal pensados para obtener medidas absolutas de piezas, calibres y herramientas, con gran rapidez y extrema precisión . Son de uso exclusivo del laboratorio de metrología . 9 .6 .4 .3 .1
Banco cle medida MUL-300
Esta máquina, construida por la Societé Genevoise d'Instruments de Physique, servirá de modelo para estudiar este tipo de aparatos . Las figuras 9.46 y 9.47 permiten observar sus elementos fundamentales. El cuerpo (1) está fabricado en material de alta calidad y sobre unas guías plano-prismáticas del mismo se deslizan el carro principal (3) y el soporte transversal (5) . Un palpador fijo (2) se encuentra montado en el extremo de la bancada. El brazo (4), con botón de mando está destinado a controlar pequeños desplazamientos con auxilio de comparador (C) . Los soportes de puntos (6) sirven para acomodar piezas en sentido longitudinal . Dispone de regla auxiliar (7), regla patrón (8), microscopio (9), palpador móvil (10), indicador de la presión de contacto (11 ), etc.
Fig, 9 .46 Banco de medida MUL-300: 1, cuerpo de la máquina ; 2, palpador; 3, carro principal, 4, brazo con botón de mando ; 5, soporte transversal; 6, soportes de puntos ; A, volante para movimiento rápido del carro principal; B, mando para los movimientos lentos y precisos del mismo carro .
Fig. 9.47 Banco de medida MUL-300: 7, regla de precisión auxiliar, 8, regla patrón de gran precisión ; 9, microscopio micrométrico de lectura ; 10, palpador móvil; 11, indicador visual de la precisión del contacto ; 12, mando de alineación de precisión; C, micro-comparador; D, brazo oscilante ; E, mando para desplazar el retículo, 273
18 .
Tecnologia 2.1
Fig. 9.48 Retículo de microscopio del banco de medida MUL-300.
La medición se realiza colocando la pieza en contacto con los palpadores, hasta que el indicador de presión indique que ésta es correcta (400 g) . La lectura de la cota se realiza por medio de la regla auxiliar (7) y el microscopio (9) . Observando por el visor del mismo aparece un retículo alargado y otro pequeño, a la derecha (fig . 9.48) . El trazo vertical, centrado sobre el 6, es una división amplificada de la regla patrón . La ventana pequeña muestra un sector de un disco dividido en 200 partes, de modo que un giro completo del mismo se corresponde con una división de la regla patrón . Cada división del disco equivale a 0,5 ~tm. La lectura que se refleja en la figura 9 .48 es de 0,6116, que deberá añadirse a los milímetros enteros que indique el cursor de la regla auxiliar (7) . Las figuras que siguen a continuación ilustran los trabajos posibles con el MUL-300 . Medición de exteriores (figs . 9 .49 y 9 .50) ; medición sin palpadores (paso de rosca) (fig . 9 .51) ; medición de interiores (figs . 9 .52 y 9 .53) ; verificación de ángulos con goniómetro (fig . 9.54) . medición del paso referencia
microscopio
Fig. 9.50 Control del diámetro de un aro, calibre de rosca a medir
Fig. 9.51 Fig. 9.49
Verificación del paso de rosca en un calibre .
Control del diámetro de un calibre tampón .
anillo a medir
Fig . 9.52
Control de un calibre de anillo,
Fig. 9.54 Verificación del ángulo de rosca, en un macho . A, cabezal goniométrico; B, montaje en la máquina .
Fig . 9.56 Sistema Combichek Cej con indicador luminoso de columna. Fig . 9 .55 Verificación simultánea de un piñón de ataque con sistema Combichek Cej .
calibre de herradura a medir
Fig. 9.53
Control de un calibre de herradura,
274
9.6 .4 .4
Equipos de verificación múltiple
El esfuerzo continuado por reducir los tiempos de fabricación ha obligado a profundos replanteamientos de la verificación industrial . Se puede decir que son dos las exigencias que se plantean : fiabilidad en los resultados y reducción al mínimo indispensable del tiempo empleado . Todo ello ha motivado la aparición de diversos sistemas de verificación simultánea, que permiten el control de una serie de cotas al mismo tiempo y, a la vez, tienen la lectura de datos sumamente sencilla . El indicador combinatorio Combicheck CEJ, perteneciente a este grupo de equipos, está compuesto por una cierta cantidad de elementos estándar, que se combinan fácilmente entre sí, como un mecano, valga la comparación, para el control de una infinita variedad de piezas de revolución (figs . 9.55 y 9 .56) .
9.6 .4 .5
Máquinas de medíción por coordenadas
Son instrumentos de medición por coordenadas, sobre los tres ejes X-Y-Z, en los cuales el movimiento del punto de inspección es rigurosamente controlado por un visualizador de cota digital . La figura 9 .57 representa la máquina CORDIMET-8481, construida por CEJ . Los movimientos de la mesa y el cabezal pueden ser fijados en cualquier posición ; pueden desplazarse rápidamente y realizar, luego, un ajuste manual por tornillos micrométricos . Las sondas o ca bezales de verificación van montados en el husillo (fig . 9 .58) y sus movimientos son visualizados por el contador electrónico digital de la figura 9 .59.
Fig. 9.57 Máquina Cordimet-8 481 de medición por coordenadas .
Fig . 9.59 Visualizador de cotas de la Cordimet-8 481 .
Fig . 9.58 Accesorios de la Cordimet-8 481
9.7
Verificación y medida de ángulos
Los instrumentos empleados para el control de ángulos son de dos tipos : a) Los destinados a verificación : escuadras, plantillas, reglas prismáticas, etc. b) Los destinados a la medida de ángulos : goniómetros, regla de senos, etc. Los primeros son de sobra conocidos por el alumno, por lo cual no se estudian aquí. 9.7 .1
Uso del goniómetro o transportador
La figura 9 .60 muestra uno de estos aparatos, de empleo muy extendido . El cuerpo principal (6) lleva la cara de referencia y el limbo fijo (4), dividido en grados . El nonio (5) va incorporado al disco central giratorio y puede inmo275
Fig . 9.60 Goniómetro : 1, regleta ; 2, tornillo de fijación de la regleta ; 3, tornillo de inmovilización ; 4, limbo ; 5, nonio ; 6, cuerpo principal.
vílizarse con la tuerca (3) . La regla (1) puede desplazarse longitudinalmente . Según el detalle de la figura 9.61, el nonio tiene 12 divisiones en dos sentidos, a partir del 0 central. La lectura se debe hacer según el nonio que tenga la numeración en el mismo sentido que la escala del limbo utilizada . La apreciación del nonio puede hallarse aplicando la regla general :
d n
Fig.
9.61
Siendo :
Detalle del goniómetro .
a = apreciación del nonio d = menor división del limbo n = número de divisiones del nonio
Por tanto: a =
1 o 12
d_ n
_
60' 12
=
5'
En la figura 9 .62 está dibujado un nonio que aprecia 2' 30". sentido de la escala principal
11
20 1
- sentido de giro del nonio
Fig. 9.63
Lectura del nonio : giro a la derecha .
Fig . 9.62 Detalle del nonio de un goniómetro de precisión, 21 30'.
P1L~1
\ 030 15 45
j
"
_ o
lq division
e74 -
15
JG
divisi ones nonio
Al hacer la lectura, si coincide el cero del nonio con una división del limbo, se obtiene la lectura directamente en grados . En caso contrario, el trazo más cercano al cero del limbo señalará los grados y la división del nonio que coincida con una del limbo, indicará los minutos. En la figura 9.61 la lectura será : 6011 . En la figura 9 .63 se lee 8° 20' y en la figura 9 .64 el resultado es 130 30'. Hay que tener en cuenta, al medir, que la lectura efectuada sea la del ángulo que interesa y no la de su complementario o suplementario. 9.7 .2
Fig. 9.64
Lectura del nonio : giro a la izquierda .
Medición trigonométrica de ángulos Es mucho más precisa que la medida directa por medio del goniómetro . Tiene, en cambio, la desventaja de que, como son necesarios algunos cálculos, es mucho más lenta. He aquí dos de sus aplicaciones : medición con auxilio de rodillos y regla de senos. 9.7 .2 .1
Medición de ángulos con rodillos Hay que tener en cuenta dos casos: ángulo interior (cóncavo) y exterior (convexo) .
9.7 .2 .1 .1
Angulo cóncavo (interior) Si el ángulo es cóncavo bastan dos rodillos de diferente diámetro, que se colocan apoyados en las dos caras del ángulo (fig . 9.65) . El triángulo NOP formado es rectángulo y uno de sus catetos es igual a la diferencia de radios de los rodillos, concretamente el ON. El ángulo opuesto a es igual a la mitad del ángulo buscado . Para resolver el triángulo se debe hallar previamente la hipotenusa o distancia entre centros de los rodillos, o bien, el otro cateto . 27 6
- Los rodillos se pueden colocar simultáneamente. Se mide (fig . 9.66) la distancia m entre rodillos o la cota total M . La distancia entre centros valdrá : e = m + o bien : e = M -
D + d 2
D 2+
[2a] Fig . 9,67
Fig . 9 .66
d
[2b]
o bien : e =
[2c]
2
siendo D y d los diámetros de los rodillos . Una vez hallado e, resolviendo el triángulo NOP, resulta : sen a. =
D - d 2 e
- Los rodillos no se pueden colocar simultáneamente (fig . 9.67) . Se busca en la pieza un plano de referencia perpendicular a la bisectriz del ángulo (fig . 9.68) o bien, por medio de un artificio, se fija la pieza a un apoyo que suministre el plano de referencia buscado (fig . 9.69) . A continuación, se colocan sucesivamente los dos rodillos, midiendo las distancias al plano de referencia (fig . 9.68), superiores M y M' e inferiores m y m' . La distancia entre centros se obtiene por medio de una de las siguientes fórmulas, que se deducen sin dificultad : e - M - M, -
D - d 2
[4a]
e = m - m' +
D - d 2
[4b]
plana de refe,enna
Fig . 9.69
o bien :
El ángulo a se calcula por la fórmula anterior, una vez hallada e . Cuando no hay ninguna superficie de referencia perpendicular a la bisectriz, pero sí la hay respecto a una de las caras del ángulo (fig . 9.70), se toman las distancias al plano de referencia y, después, se calcula la cota f, por las fórmulas (fig . 9 .71 ) :
plano de ,efe,encia
Fig . 9 .71
[5a] o bien :
plano de ,e(e,enpia
f=m-m' +
D-d _ 2
[5b]
Por último, se resuelve el triángulo rectángulo del principio (fig . 9 .65) : tg a. = 9.7 .2 .1 .2
Fig . 9 .72 Recurso para ángulo convexo .
medir un
te, . plano de rele,encla
D _ d 2f
Angulo convexo (exterior)
En algunos casos puede transformarse en la medición de un ángulo cóncavo por medio de dos plantillas de apoyo (fig . 9.72) . Si esto no es posible o conveniente, pueden utilizarse dos planos de referencia perpendiculares entre sí (fig . 9 .73), en uno de los cuales se apoya una de las caras del ángulo . La medi27 7
cala
z,
p ocle,ere,encla
Fig . 9 .73 Otro recurso para medir un ángulo convexo.
ción se hace con dos rodillos iguales y dos calas o suplementos paralelos, de altura perfectamente determinada, colocados como indica la figura . Llamando M y M' a las medidas tomadas, desde la parte exterior de los rodillos a la superficie de referencia, y h y h' a las alturas de las calas, se obtiene el triángulo rectángulo ABC, cuyos catetos son M - M' y h - h' y cuyo ángulo 2 a es igual al que se quiere medir, por tener los lados paralelos. Por tanto (fig . 9.74) : Fig. 9.74
M-M' h - h'
tg2a=
fórmula que resuelve el problema . Si no se dispone de dos superficies de referencia, pero es posible apoyar la pieza, de forma que la bisectriz del ángulo a medir sea perpendicular al plano de referencia, se empleará la fórmula, que se deduce fácilmente (figs. 9 .75 y 9 .76) : tga
plano de referencia
Fig. 9,75
9 .7 .2 .2
__
M -M' 2(h-h,)
Regla de senos
Es un instrumento destinado a formar un ángulo patrón, de valor conocido de antemano, para usos de verificación o colocación de piezas en las máquinas herramientas y, eventualmente, para medir ángulos (fig . 9.77) . Consta de una regla, lisa por la parte superior, y dos cilindros encajados en dos escalones, de tal modo que la distancia entre los centros de dichos rodillos es constante y de valor muy preciso (por ejemplo, 100,000 mm) . Bloque
1=1.005 2- 1,07 3=1,10 6-2 f 5=2,2
A
Fig. 9.77 Regla de senos: A, regla; B, rectificado de un ángulo con ayuda de la regla de senos.
Fig. 9.76
B regla de senos
bloques
Las reglas de senos se utilizan en combinación con un juego de calas patrón que se colocan tal como se ve en la figura 9 .78. De la figura 9.79 se deduce que, si la distancia entre centros de rodillos es e y las alturas de las calas son h y h', el ángulo formado por la superficie de la regla con la superficie de referencia, será : Fig. 9,78
sen a =
h - h' e
Si se apoya en un rodillo (fig . 9.80), el valor del ángulo será : sen
a =
_h e
[10]
Ejemplo Si en la regla de senos de la figura 9.80 la distancia entre centros es de 100 mm y se debe formar un ángulo de 22o 30', (cuál será la altura de la combinación de calas que será preciso utilizar? Solución : h=e-sena sen a = sen 22° 30' = 0,38268 h = 100 x 0,38268 = 38,268 mm Fig. 9.80
Las calas pueden ser 1,008
278
A-
1,06 + 1,2 + 5 + 30
= 38,268 mm .
9 .8
Medición y verificación de conos
En los conos hay que comprobar principalmente : a) La conicidad. b) El valor de un diámetro determinado a una cierta distancia de la superficie de referencia . 9 .8 .1
Fig, 9.81
Medición y verificación de la conicidad
Antes de seguir adelante, es necesario volver a recordar algunos conceptos básicos, que es preciso emplear. A saber (figs. 9.81 y 9.82) : - Conicidad. Es la relación que existe entre variación de diámetro y longitud . Su valor es : Conicidad = - Semiángulo cónico. generatriz cualquiera .
D - d
Es el ángulo que forma el eje del cono con una
tg a. =
[12]
Fig . 9.82
en la que a es el valor del semiángulo cónico . - Angulo cónico o del cono . Es el ángulo formado por dos generatrices opuestas . Evidentemente es igual a 2 a.. - Inclinación . Es la tangente del semiángulo cónico . Según lo dicho, se pueden establecer las siguientes igualdades : Inclinación = tg a. =
D - d 21
La medición de la conicidad de un cono diendo dos diámetros separados una cierta fórmulas anteriores . La medición de precisión de modo indirecto (fig . 9 .83) . Obtenidas las cotas M y m, conocidas las rodillos son iguales, la conicidad valdrá : Conicidad =
=
Conicidad 2
[13]
exterior se hace, en general, midistancia y aplicando luego las se realiza con ayuda de rodillos, alturas de las calas h y h", si los
M - m h -h'
[14]
La conicidad de un cono interior se hallará como si se tratara de la medida de un ángulo interior. La inclinación puede hallarse con la pieza montada entre puntos sobre el mismo torno, con ayuda de un comparador (fig . 9.84) . Se apoya el comparador en un punto de la generatriz y se desplaza el carro una longitud determinada . La inclinación valdrá : tg
2
Desviación I
[15]
Fig. 9 .84 Manera práctica de hallar la inclinación de un cono.
279
Fig . 9.83
Para hacer verificaciones de la conicidad, con ayuda de un cono patrón, hay que introducirlo en la pieza a comprobar coloreado con minio o azul de Prusia . Las zonas de contacto indicarán también la rectitud de las generatrices y la posible ovalización . Cuando se trata de controlar calibres o piezas de mucha exactitud, existen aparatos de alta precisión que miden el semiángulo cónico, basándose en el principio de la regla de senos (fig . 9.85) .
mesa de senos
Fig. 9.85
Máquina de conos Carl Mahr .
9.8 .2
Fig. 9.86
Verificación
con
calibre cónico.
verificar
Medición y verificación del diámetro del cono
Cuando se trata de verificación, se suele hacer uso de los conos o calibres patrón . Para ello, van provistos de dos señales o muescas, a modo de pasa y no pasa que indicarán la penetración mínima y máxima del calibre (fig . 9 .86) . Estas señales se graban de acuerdo con la tolerancia deseada . Por este procedimiento se puede medir el diámetro del cono con mayor precisión que por método directo . Ejemplos 1 .o ¿Cuál será el diámetro del cono (fig . 9.87) a 3 mm del resalte, si el calibre empleado tiene un diámetro máximo de 32,17 mm y al hacer la comprobación queda a 3,5 mm del re+0,45 . salte? La conicidad es de 1 :10 y el diámetro del cono debería ser 32 +0,3 Solución : La diferencia de las longitudes es : 3,5-3=0,5 mm como la conicidad es
110
, se puede escribir, utilizando la fórmula :
que :
Fig. 9.87
p = ó0 +
32,17 = 0,05 + 32,17 = 32,22 mm
La diferencia con el proyecto es 32,22 - 32 == +0,22, que está fuera de tolerancia . 2 .° En el problema anterior, calcular las distancias máxima y mínima a que debe quedar el calibre, del resalte, para que la pieza sea aceptable . Solución: Las medidas extremas admisibles a 3 mm son : + 0,45 32 + 0,3 = 32 "45 28 0
máx . y 32,3 0 mín .
Partiendo de
=
D
-
d
y despejando l, se tiene I = x (D - d) . Sustituyendo en
^~`\
ésta los dos valores extremos : h,
= 10 (32,3
- 32,17)
= 10
x
0,13 = 1,3 mm
h 2 = 10 (32,45 - 32,17) = 10
x
0,28 = 2,8 mm
Por tanto, las distancias pedidas serán : H,
= 3 + 1,3 = 4,3 mm (medida mínima)
H 2 = 3 + 2,8 = 5,8 mm (medida máxima)
9.9
Medición y verificación de roscas
Los controles que se realizan, hacen referencia al paso de rosca, ángulo del filete y diámetros de rosca . Puede hablarse de verificación simultánea cuando se emplean calibres patrones . 9.9 .1
Control del paso
9.9 .2
Control del perfil de la rosca
El paso de rosca puede verificarse de manera aproximada por medio de peines o plantillas, observando a contraluz su adaptación a la pieza. La medición del paso puede hacerse con regla o pie de rey cuando sirvan valores aproximados . Cuando se trata de mediciones de precisión hay que emplear aparatos con palpadores, uno fijo y otro móvil, conectados a un comparador, que son puestos a punto con ayuda de un patrón (fig . 9 .88) . Se utilizan procedimientos ópticos (microscopio de taller, proyector de perfiles,,etc .) que permiten tanto la verificación por comparación como la medida directa (figs. 9 .89 y 9.90) . La medición del ángulo del filete también puede realizarse por el método de los rodillos o alambres, como si se tratara de un ángulo cóncavo, cuando la rosca tenga dimensiones que lo permitan .
Fig. 9.89 files.
9 .9 .3
Proyector de per-
Fig. 9.90
Fig . 9.88 Dispositivo comprobador de pasos de rosca .
Microscopio de taller: A, microscopio ; B, campo visual del ocular .
Medición del diámetro de flancos
La medición del diámetro exterior de rosca y especialmente el interior o diámetro del núcleo, tiene poco interés . Normalmente se controla el diámetro de flancos. Esto se hace según dos procedimientos : con ayuda de puntas có nicas, macho-hembra, aplicadas al pálmer (fig . 9.91) y por el método de los tres rodillos (fig . 9.92) . Los fabricantes de los micrómetros destinados a este fin suelen suministrar tablas indicadoras de los rodillos o alambres a emplear en cada caso, así como tablas de cotas teóricas que relacionan la lectura del 28 1
,v,_ . . ilÍlfl 1111111 ,OIIII,I,~ttl1~N111~
die6,1
d; .alio n.
Idel d'.hma rn
Fig. 9 .91 Medición del diámetro de flancos con el pálmer.
o dai ,odwos
, Palma
rodillo
8
Fig. 9.92
C
Medición del diámetro de flancos por el método de los tres rodillos : A, disposición de los rodillos ; B, soportes; C, adaptación de los soportes al pálmer,
pálmer con el diámetro de flancos . Sin embargo, por creerlo de interés, se explicará a continuación la deducción de las fórmulas a emplear. Observando la figura 9.93 puede afirmarse que la medida M entre alambres es : M = 2
2
+ 2 n + d = G + 2 n + d
Hay que determinar n y d para cada tipo de rosca . El valor de n es (fig . 9.94) :
Fig. 9.93
n
G 2 sen
2
Para los perfiles más corrientes (60° y 55°) : 2 sen ss
2 sen
G 55° 2
600 2
2 x 0,5
2 x G 0,4617
= G
- 1,08284 G
El valor de d se calcula partiendo del diámetro de flancos d2, según el detalle de la figura 9.95 : d=d2 - H y como H es igual, para los perfiles normalizados de 60° y 55°, a 0,86603 P y 0,96049 P, respectivamente : deo- = d 2 - 0,86603 P d55° = d2 - 0,96049 P Sustituyendo estos valores y los de n en la fórmula general : M6o. =G +2n6oo+d6o~=G+2G+ (d2-0,86603 P)=3G+d2-0,86603P
Fig. 9.95
Luego, para perfiles de rosca de 60° : Perfil de la rosca .
M =3G +d2-0,86603P
[161
M, S- = G + 2 x 1,08284 G + (d 2 - 0,96649 P) = 3,1656 G + d 2 - 0,96049 P Luego, para perfiles de rosca de 550: ~M = 3,1656 G + d 2 - 0,96049 P
282
[171
En estas fórmulas M es la medida obtenida con el pálmer, G el diámetro de los rodillos, P el paso de rosca y d2 el diámetro de flancos . Como ordinariamente se buscará este último dato, se puede despejar fácilmente de las dos fórmulas finales (fig . 9.96) . El diámetro G no puede ser cualquiera . Se calcula de acuerdo con la relación (fig . 9.97) : _P _4 _G 2
_a. 2
= cos
Fig. 9.96 Verificación del diámetro de flancos en función de la medida M del pálmer.
de donde: G =
G 6w
G55 .
9 .9 .4
P 2 cos
2 cos 30 0 -
P
55 0 2 cos 2
a 2
2 x 0,866 __
2
x
P 0,877
0,58 P
[18]
- 0,56 P
[19] Fig. 9.97 Cálculo del diámetro de rodillos más conveniente.
Veríficacíón con calibres-patrón
Se utilizan en la fabricación en serie, tanto para roscas interiores como exteriores . El lado pasa tiene todo el perfil de rosca mientras que el no pasa tiene sólo varios hilos con el perfil truncado (fig . 9.98) . Existen calibres con reloj comparador incorporado y campo de ajuste bastante amplio, que permiten sustituir a un grupo numeroso de calibres fijos (fig . 9 .99) . Los calibres patrón proporcionan información global sobre una rosca y evidentemente no pueden comprobar todas y cada una de las dimensiones con exactitud .
Fig. 9.99
9 .10
Fig. 9.98
Calibre ajustable para roscas.
Medición y verificación de engranajes cilíndricos
Si bien la determinación de las características de un engranaje cilíndrico es una operación sencilla, el control de la exactitud de la fabricación es mucho más delicado y requiere el uso de aparatos especiales . 9.10 .1
Medición del espesor del diente
El espesor del diente, tomado sobre la circunferencia primitiva, debe ser igual a la mitad del paso menos la holgura o juego, que se toma en proporción a la precisión exigida. Se puede medir con ayuda de un calibrador especial (fig . 9.100) . Las cotas obtenidas é y a° (fig . 9.101) no corresponden exactamente al espesor del diente 283
Calibres para roscas.
y altura de la cabeza respectivamente . Para calcular los valores teóricos, se emplean las siguientes fórmulas : __
ac=m+
A
900 Z
d (1
- cos 2
[20] ~t )
[211 [22]
Si el número de dientes es elevado, se puede tomar, sin error apreciable, que a, = m y e = é (fig . 9.102). Existen tablas en formularios y manuales que evitan los En la figura 9 .10213 se puede ver el cálculos citados. esquema del micrómetro Zeiss para medir el diente en la circunferencia primitiva, espesor del e Fig. 9.100 Calibres para engranajes: A, medición del espesor del diente ; B, detalle de la medición . patilla de medición tornillo soporte micrométrico
tornillo micrométrico para la regulación de la altura de la cabeza del diente
1
B ac = 2 IDe _ Dp cos NI Fig. 102. A, detalle de un diente ; B, micrómetro Zeiss para medir el de un engranaje. espesor del diente
9.10 .2
Comprobación del perfil del diente El perfil del diente tiene generalmente la forma de evolvente del Si el material del diente sobrepasa círculo . el perfil teórico, se dirá que hay un error positivo ; si falta material, el error será negativo (fig . 9 .103) .
El control del perfil puede hacerse por medio del proyector de perfiles o ratos especiales. Estos instrumentos de verificación disponen de un palpador, bien con apala curva lateral del diente y cuyos que desplazamientos son recogidos por un reloj recorre toda registrados sobre una cinta de papel (figs comparador o . 9 .104 y 9 .105). Fig. 9.103 Errores en el perfil del diente .
Fig, 9,104 Esquema del aparato para la comprobación del perfil del diente, con comparados. 9 .10.3
Fig. 9.105 Esquema del aparato registrador para la comprobación del perfil del diente .
Comprobación del paso circular Puede hacerse de tres maneras : a), medida directa de la cuerda ; b), comprobación de la desviación angular ; c), comprobación del paso base .
284
9.10.4
Comprobación de la desviación angular
En un divisor de precisión (fig . 9.106) se coloca la rueda dentada, centrada cuidadosamente, y se apoya el palpador de un comparador sobre uno de los flancos de un diente . Después de poner a cero el comparador se gira el divisor una vuelta completa . Si el paso es correcto, la aguja volverá a marcar cero y, si es incorrecto, medirá el error de paso . Repitiendo la misma operación, se van pasando todos los dientes, 9.10.5
Medición directa del paso
Para ello se utiliza un aparato MAAG TMA (fig, 9.107A) o similar. Dispone de dos apoyos regulables, que se aplican al círculo exterior de la rueda dentada, y de unos palpadores de verificación, conectados a un comparador y una regla graduada con nonio. Puesto a cero, por medio de un patrón, puede detectar las variaciones que se produzcan. Se puede emplear también para la comprobación del paso normal en los dentados helicoidales .
Fig, 9.106 Montaje para la comprobación de la desviación angular.
hb - W - W1 eb - W - k
k - número de dientes escogido
B
Fig. 9.108 Medición del paso base y espesor base con el pie de rey,
Fig. 9.107 A, palpador Maag para la medida directa ael paso cordal; B, espesor base y paso base .
9.10 .6
~~b
Paso base, Espesor base, Medidas fundadas en el paso base
Si, en lugar de medir el paso sobre la circunferencia primitiva, se mide sobre la circunferencia base se obtendrá el llamado paso base (Pb) . Igualmente, el espesor del diente medido sobre la circunferencia base, determina el espesor base (eb) (fig . 9 .10713) . La importancia del paso base y del espesor base se funda en las siguientes consideraciones : - No varían, aunque el dentado esté corregido o no tenga el addéndum o dedéndum normales . - Se pueden medir con facilidad. - Permiten calcular con exactitud las restantes características de la rueda dentada . Las mediciones pueden hacerse con calibradores o con pálmer de platillos (figs. 9 .108 y 9.109) o con calas y comparador adaptadas a un micrómetro (fig . 9.110) . Las fórmulas que permiten calcular el paso base y el espesor base se especifican en la tabla 9.111 . Tabla 9 .111
Fórmulas para calcular Pb y Cb
15°
p
b = 3,0345
m
eb
20,>
p
b = 2,9521
m
eb = 1,4761
m + 0,01401
d
pb = 3,0415
m
eb = 1,5208
m + 0,00537
d
14 , 30' pb = paso baso = esposar beso eb
Fig, 9.109 Medición del paso base y espesor base con el pálmer de platillos,
== 1,5173
m + 0,00594 - 4
r n - módulo' d = diámetro primitivo . r-
Sin embargo, la verificación suele hacerse por comprobación de la medida cordal W sobre un determinado número de dientes K. En la tabla 9 .112 constan los valores de W, en función del número de dientes Z y el ángulo de presión a, para m = 1 . Tratándose de otros módulos, hay que multiplicar el valor de la tabla por el módulo en cuestión . Para ruedas helicoidales se usan otras fórmulas . 28 5
Fig. 9.110 Medición del paso base y espesor base con un micrómetro dotado de un comparador.
Tabla 9 .112 a :15° para K W m=1
Z
K W para m--1
4 5
Z 2
6
2 2 2
4,6052 4,6106
11
2 2
4,6160
12 13
2 2
14 15
2
9 10
2 2
16
4,6589 4,6643
2 2
4,6597 4,6750
2 2
4,6804 4,6858
3 3
7,7327
23 24 25
3 3
7,7486 7,7541
3 3 3
7,7595 7,7649
28 29 30 31 32 33
3 3 3
34 35 35
3 4
37 38
4 4
39 40
4 k
41 42
4
43 44
4 4
45 16
4
47 48
4
49 50
Fig. 9.115 Gráfico de lecturas del comparador : error de división y de concentricidad.
3
7,7380 7,7434
26 27
5 5
4,5934 4,5993
2 2
4,6053
2 2
4,6409 4,6',69
2 2
4,6528 4,5587
4 4
1-;,°.bol iQ8E55
4 4 4 4
10,8816 10,8869
4
10,8923
4 5
lo,8977 13,9445
5 5
13,9499 13,9553
54 55
5 5
50 57
5
13,9821 13,9875
5 5
13,9929 13,9982
5 6
14,0336 17 ,05w5
7,7289
4 4
10,E?0? 1",9762
13,97144 13,9758
3 3
4
15,8493 10,é547
5 5
4,6825 7,7230
3 3
10,3386 10,8439
52 53
2 3
3
7,7864 7,7977
13,9E27 13,9650
4,6706 4,6766
3 3
5 5 5 5 5 5
2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3
7,7349 7,7408
4 4 4
7,7467 7,7527 7,7536 7,7646
4 4 4
7,7705 7,7765
4 4
7,7824 7,7883
4 5
10,8288
5
13,9940 14,0,,-1 17,0405 17,0464
6
17,0666
65 66
6
17,0720
6 6
17,0773 17,0827
6 6
17, 1,111111 17,0935
6
6 7
73 74
7
75
7 7
76 77
7 7
78 79
7
7,6505 7,6745
7,7165
81 82 83
7 8
85 86
8 8
87 88
8 8
B9 90
8
10,7.686 10,7526 10,7666 10,7806 10,7946 10,8086
13,2728 13,8868
6 6 6
16,9090 16,9230
5
16,9510 19,9111
16,9370
19,9311 19,9451 19,9592 19,9132
1
19,9872 20,012
7 7
20,0152 20,0292
7 7
84
10,7246
1 13,65588
7 7
80
7,7305 10,6966 10,7106
16,8810 16,8953
7 7
71 72
7,6464
6 6
7 7
5 6
7,6184 7,5324
7,6885 7,7025
6
?0
4,6383 4,6523
6
7 7
68 69
4,5103 4,6243
13,8308
6 6
67
4,5963
16,8530 16,8669
10,8942
13,9922 13,9801
17,0 .9 17,0612
6 6
4,5683 4,5823
5 5
5 6
10,8823 10,8882
13,9703 13,9752
6 6
53 64
4,5543
13,8028 13,8168
5 5
10,8704 13,8753
13,9584 13,9643
61 62
4,5263 4,5403
5 5
10,8585 10,8645
13,9" 65 13,9525
ar=14°30' x_15° K W para K W para m=1 m=1
4,4982 4,5122
5
10,8466 10,8516
13,9346 13,9476
Z
4,4&Z
13,7740 13,7888
10,8348 10,8407
5
6 6
2 2
4,6547
2
3 3
2 2
4,6231
2
3 3
oC= 20° W para m=1
K
4,6112 4,6172 4,6290 4,6350
2 2
7,7756 7,7810
5 5
60
2 2
2 2
7,7702
51
58 68
4,5815 4,5875
2
4,6428
2 2
21 22
2
4,6321 4,6374 4,9-82 4,6535
19 20
2
4,5214 4,6267
2
17 18
Fig. 9.114 Montaje para comprobar la concentricidad.
4,5891 4,5945 4,5999
7 8
Fig. 9.113 Aparato para la comprobación de la concentricidad : A, bancada ; B, bloque del carro fijo; C, carro fijo ; p, engranaje a verificar ; E, engranaje patrón; F, carro móvil; G, amplificador ; H, comparador.
Valores de W para módulo uno
%1 4°30'
8 8
91 92 93 94
8 8
95
8 8
95 97
9 9
98 99
9 9 9
100 101 13
9 9
103 10;
9 9
I o5 106 187
9 9
1 ;68 109 II0 111 112 113 .114 115 115 117
17,0988
6 6
17,1042 17,1095
6 7
20,1564 20,1618
7
20,1672
7
20,1725 20,1779
7
20,1940 20 , 199 20,2047
7 7
20,2101 20,2155
7 8
23,2624 23,2677
8
8 8
23,2839 23,2992 23,2946
8 8
23,3000 23,3053
8 8
23,3707 23,3161
8 9
23,3214 25,3683
9 9 9
26,3737 26,3791 25,3844
9 9
26,3898 26,3952
9 9
25,4075 26,4559
9 9
26,4113 26,4167
9
29,4743 29,4796
l: l0
8 8
23,2731 23,2785
26,4220 2E,42771
10 10
7 7 7 7
9
10 10
7
20,1833 20,1886
10 10 10 1J
6
29,485, 29,4904 29,4957 29,5011 29,505 29,5119 29,5172 29,5225
9 10
lo l0
B 8
22,9953
17,0642
8
17,0702 17,0761
8
23,0233 23,0373
8 8
17,6821 17,6880
8 8
17,0935 17,0999 17,1058
8
20,1463
9 9
20,1522 20,1562
9 9
20,1641 20,1701
9 9 9
20,1760
23,0093
23,0513 23,0654 23,0794 23,1074 23,1074 26,0735 26,0875 26,1015 26,1155 26,1295 26,1435
9
26,1575 26,1715
10 10
29,1377 29,1517
29, 1993 20,2057 20,2116
10 10
29,1657 29,1797
23,2521 23,2581
10
29,1937 29,2077
23,2640
10
29,2217
10 10
29,2357 29,2497
20,1819 20,1879 20,1938
lo
23,2700 23,2759 23,2818 23,2878 23,2937 23,2997 23,3756 23,3115 26,3520 26,3680 26;3639 26,3598 26,3754 26,6817 26,3377 25,3935 26,3995 26,4055 26,4114 26,4174 29,4579 29,4638
10 10 10
29,4816 29,4575
10 70 10
29,4935 29,4994
10 10
20°
W para K m=1
17,0524 17,0583
29,4697 29,4757
10
0,c'=
29,'754 29,5113 29,5173 29,5232
11 11 11 11 11 11 11 11
32,2159 32,2299 32,2439 32,2579 32,2719 32,2859 32,2999
11
32,3139 32,3279
12 12
35,2940 35,3030
12 12
35,3220
12 12 12 12 13 13
35,3351 35,3557 35,3641 35,3781 35,3927 38,3682
13
39,3722 38,3562
13 13
68,4;}32 38,4143
13 13
4283 68,,4423
13 13
38,45E3
14 74
38,4703 41,4364 41,4514
14
41,4644
14 14
41,4784 41,4924
Nota. En la medición de otros módulos, multiplicar los valores W de la tabla por el módulo del engranaje a verificar .
9.10.7
Fig . 9.116 Gráfico de lecturas del comparador : error de concentricidad.
Comprobación de la concentricidad Para que un engranaje funcione correctamente no basta que las ruedas estén perfectamente talladas ; es preciso, además, que el centro de la circunferencia primitiva coincida exactamente con el eje de giro de la rueda. Para comprobar la concentricidad se suele disponer de un aparato como el que se ve en la figura 9.113 . Una de las ruedas es un patrón mecanizado cuidadosamente ; la otra es la que se quiere controlar. Si el engranaje es correcto, al girar las ruedas no debe variar la distancia entre centros y, por tanto, la aguja del comparador no debe moverse . En algunos aparatos, en vez de comparador existe un estilete que dibuja una gráfica con las desviaciones producidas . Si no se dispone de un aparato como el descrito, pueden obtenerse resultados fiables, por medio de un comparador y un rodillo bien calibrado . La rueda a controlar se monta en un mandril y se van anotando las indicaciones del comparador en cada hueco entre dientes (fig . 9 .114) . En estas comprobaciones influyen también las irregularidades del paso y aun del perfil . Sin embargo, con un poco de experiencia es posible interpretar correctamente el trazado obtenido (figs . 9.115, 9.116 y 9 .117) . 9.10 .8
Fig, 9.117 Gráfico de lecturas del comparador: error de división .
Comprobación de la orientación del diente Cuando las generatrices de los flancos de los dientes no siguen la dirección correcta se dice que existe distorsión . En la figura 9 .118 aparecen tres casos de distorsión, en una rueda cilíndrica dentada recta . Para controlar estos errores existen aparatos especializados . Sin embargo, tratándose de engranajes rectos, puede prepararse un montaje muy sencillo, 286
cuyo esquema puede verse en la figura 9.119A y para engranajes helicoidales (fig . 9.11913) .
A
Fig . 9.118 Tres casos de distorsión . A, diente inclinado ; B, diente curvo ; C, diente inclinado y curvo .
Fig. 9.119 A, comprobación de la distorsión de los dientes en un engranaje recto ; B, esquema funcional del aparato Maag para la comprobación de distorsiones en los dientes de un engranaje helicoidal: 1, rueda ; 2, vástago; 3, punta de escribir, 4, guía ; 5, carro ; 6, disco base; 7, ranura ; 8, regla,
9.10.9
Control del diámetro primitivo
El diámetro primitivo tiene gran importancia en cualquier rueda dentada, ya que es el diámetro teórico según el cual se realiza la tangencia . En los engranajes cilíndricos, el sistema más fiable de control del diámetro primitivo lo constituye el de los rodillos auxiliares, empleados junto con un micrómetro o calibrador de precisión. Cuando se trata de ruedas dentadas con número par de dientes, se usan dos rodillos opuestos diametralmente, encajados en el hueco entre dientes. Si el número es impar, deberán ser tres los rodillos, situados en puntos equidistantes, siendo preciso construir un calibre de anillo para inscribirlos en él . También se pueden aplicar, en este último caso, dos rodillos no opuestos diametralmente . Como ejemplo, se exponen, a continuación, las fórmulas que permiten calcular la cota D (fig . 9 .120) y el diámetro de los rodillos D r en los engranajes rectos de un número par de dientes . Si se desea profundizar en el tema, es aconsejable consultar una obra especializada . Según la figura 9.121 el diámetro D buscado es igual a :
Fig . 9.120 Comprobación del hueco de los dientes con rodillos y pálmer : A, esquema ; B, forma de medir.
D=2(A+h+s) Ahora bien : [231 Siendo h la altura del triángulo equilátero inscrito en el rodillo, puede expresarse en función del radio r: [241 Dicho radio viene determinado por la expresión : r - cos 30° = R - sen a, De donde: r =
R - sen a, ¿Os 30°
R - sen a, 0,86602
=
El ángulo a,, semiángulo del diente, es igual por definición a : a,
3600 4 Z
__
90o Z
Por otro lado, se sabe que los rodillos no son tangentes a los flancos de los dientes sobre, el diámetro primitivo, sino que están desplazados la cota m, a lo largo de dicho flanco y según la cota S, en sentido radial . 28 7
Fig. 9 .121
Se tiene que: r , cosp=R-sena., +m-senR
m
=
r
cos 3_- R - sen a, sen
y el valor de s : s =
m-m' cos p
[25]
siendo m' = r - sen (300 - (3) . Sustituyendo A, s y h en la fórmula general, se obtiene : D=2IR -cosa., +1,5r+
m - m' cos R
[26]
En ella a, es el semiángulo del diente y (3 es el ángulo suma de a., y a, siendo a el ángulo de presión . 9.11
Comprobación de máquinas herramientas
Con objeto de controlar las condiciones técnicas de las máquinas herramientas, existen una serie de verificaciones geométricas y pruebas prácticas, debidamente recogidas y unificadas en las normas UNE 15 021 a 15028, de carácter general, complementadas con hojas de recepción de máquinas que especifican los controles concretos según el tipo de máquina . - Las verificaciones geométrícas corresponden a las dimensiones, formas y posiciones relativas de los distintos órganos. - Las pruebas prácticas consisten en la ejecución de piezas de ensayo, con cotas y tolerancias prefijadas, que se ajustan a las operaciones fundamentales para las que la máquina ha sido proyectada .
Fig . 9.123
9.11 .1
Comprobación de un torno Se realiza siguiendo las disposiciones de la hoiá de recepción. La cantidad de controles es muy elevada, por lo cual, se explicarán sólo los más importantes. 9.11 .1 .1
Verificación del husillo - Control de la oscilación transversal. Se realiza con el comparador apoyado en la parte cilíndrica saliente, situando la base en la bancada . La lectura de las desviaciones debe efectuarse en dos planos ortogonales (fig . 9 .122) .
Fig. 9.124
- Control de la oscilación axial. El palpador se apoya en este caso sobre la cara frontal del husillo . Las oscilaciones del comparador señalarán los desplazamientos axiales del mandril durante el giro (fig . 9.123) .
- Control del cono interior. Se efectúan dos controles : uno con un cono patrón y un comparador normal a su generatriz (fig . 9.124) y otro con ayuda de un cilindro de prueba, con un extremo cónico que se acopla al husillo (figura 9.125) . Con el comparador en la posición A, se hace girar mente e l su cilindro y se observa el descentramiento señalado ; luego se desplaza el carro hasta B y se repite la misma operación . La corrección del error se hace rectificando el cono interior.
Fig. 9.125
A
Fig. 9.12s
- Control del paralelismo de las guías de la bancada y el eje del mandril. Esta operación se efectúa sobre el mismo cilindro del caso anterior . Situado el comparador en la posición A, se gira lentamente el husillo y se anota la desviación media de las lecturas . Seguidamente, se traslada el comparador hasta B y la media de las lecturas en esta posición se compara con la hallada anteriormente; la diferencia no puede sobrepasar un valor determinado. Este proceso debe repetirse en el plano horizontal (puntos A', B') (fig . 9 .126) . 28 8
- Control del paralelismo entre el eje del torno y las guías de la bancada. Para ello, se monta un cilindro patrón entre puntos (fig . 9.127) . Se sitúa el comparador sobre el carro en la posición A y se desplaza lentamente hasta B, anotando las indicaciones del reloj. Luego se repite el mismo proceso pero con el palpador en el plano horizontal . 9 .11 .1 .2 Verificación de la contrapunta - Paralelismo entre el eje de la contrapunta y las guías de la bancada. Con el comparador apoyado en el extremo del husillo de la contrapunta, A, se pone el reloj a cero . A continuación, se desplaza el carro principal hasta B y se lee la diferencia . Debe repetirse el proceso en el plano horizontal (fig . 9.128) .
Fig . 9 .127
- Control del paralelismo entre el asiento cónico de la contrapunta y las guías de la bancada. Se acopla a la contrapunta el cilindro patrón de extremo cónico . Situando la base del reloj comparador sobre el carro principal, se apoya el palpador sobre A y después se traslada hasta B, leyendo la diferencia de lecturas . Se repite el proceso con el palpador en el plano horizontal (fig . 9 .129) . 9.11 .1 .3
Otras verificaciones
También se controlan las guías de la bancada, los carros, los husillos motrices, etc. Hay que tener en cuenta en todas estas verificaciones y en las anteriormente explicadas que las tolerancias admisibles varían según la clase y las dimensiones del torno .
Fig. 9.128
CUESTIONARIO 9 .1 9 .2 9 .3 9 .4 9 .5 9 .6 9 .7 9 .8 9 .9
Factores que influyen en los errores de medición . División general de los instrumentos de medición . Esquema de un comparador de amplificación neumática . Mantenimiento y uso de los calibres patrón . Apreciación de un goniómetro . Regla de senos. Conicidad e inclinación . Medición del diámetro de flancos de una rosca . Control del diámetro primitivo de un engranaje .
Fig . 9 .129 ?a
PROBLEMAS
1 .° Para la medición del ángulo de un calzo se utilizan dos rodillos de 20 mm y 6 mm de diámetro respectivamente (fig . 9 .130) . La medida exterior tomada con pálmer da 29,56 mm . ¿Cuánto vale el ángulo buscado? 2 . , ¿Cuánto vale el ángulo de la figura 9 .131, si al medir con ayuda de rodillos de 15 y 20 mm de diámetro, se obtienen distancias de 73 y 85 mm respecto a la cara de referencia? 3 .° Calcular el valor teórico de la lectura de un micrómetro que controla el diámetro de flancos de una rosca M 72 X 6 ¡SO, así como el diámetro de los rodillos que deben utilizarse . 4 .° Se desea controlar un engranaje de dientes rectos de m = 2,5 y Z = 100, midiendo la cuerda W . Hallar el valor de la misma así como la cantidad de dientes que se toman . Angulo de presión : 20° . 5 .° Calcular el valor de la cota D, tomada con dos rodillos situados diametralmente opuestos en los huecos de los dientes, en un engranaje de dientes rectos m = 2 y z = 42 . Angulo de presión : 20° . Calcular también el diámetro de los rodillos que deberán utilizarse.
Tema 10 .
Sistemas de ajuste. Tolerancias de roscas y engranajes
OBJETIVOS
- Aprender a seleccionar, aunque sea de forma elemental, los ajustes convenientes a las aplicaciones de elementos de máquinas, - Ampliar los conocimientos de sistemas de tolerancias que debe tener el alumno, con las tolerancias de roscas y engranajes. 289 19 .
Tecnología 2.1
Fig. 9 .130
Fig . 9.131
EXPOSICION DEL TEMA La industria moderna está basada en la producción en serie, es decir, la fabricación de elementos simples de forma repetitiva e independiente, que luego puedan agruparse en conjuntos. En ellos, las piezas o elementos simples están relacionados y cumplen una determinada función. Una relación muy frecuente son los acoplamientos o ajustes, asociación de dos piezas que trabajan introducidas una en la otra . 10 .1
Intercambiabilidad
Es una cualidad de fabricación que implica el uso indistinto de las piezas de un mismo tipo ; para que esto se cumpla, es necesario que todos los elementos homólogos tengan las mismas dimensiones. Ahora bien, en la práctica no es posible fabricar piezas exactamente iguales, por lo que se debe admitir un error comprendido dentro de ciertos límites. La diferencia de medidas, máxima y mínima, que señalan los límites del error admisible, se llama tolerancia. Si las dimensiones de una pieza están dentro de la zona tolerada, quedará garantizada su intercambiabilidad . De este modo se pueden acoplar piezas fabricadas separadamente y sustituir las originales, desgastadas o rotas, por piezas de recambio .
10 .2
Sistema de ajustes y tolerancias ¡SO
El conjunto de normas que definen el valor y la posición de las tolerancias, así como la agrupación de los ajustes aconsejables, se llama sistema de ajustes
y tolerancias .
El sistema universalmente aceptado es el ISO, ya estudiado con detalle en el libro de Técnicas de Expresión Gráfica 1.2, rama del metal . Por consiguiente, no es procedente insistir en los conceptos básicos de unidad de tolerancia, calidades de tolerancia, grupos de medidas y posiciones de las tolerancias . Sin embargo, por su gran interés, se volverá a tratar de los dos sistemas de ajustes empleados : eje único o eje base y agujero único o agujero base.
10.2 .1
Sistema de eje-único o eje-base
Es el sistema en el que, para todas las clases de ajuste, la medida máxima del eje coincide con la nominal, posición representada por la letra h. Los agujeros serán mayores o menores, según el tipo de ajuste necesario (fig . 10 .1) .
10.2.2
Sistema de agujero-único o agujero-base
Es el sistema en el cual, para toda clase de ajuste, la medida mínima del agujero coincide con la nominal, posición representada por la letra H. Los ejes serán mayores o menores para lograr los aprietos o juegos necesarios (fig . 10.2) .
g
Fig. 10 .1 Obtención de ajustes en el sistema de eje-base.
10.2.3
Fig. 10.2
Elección del sistema de ajustes
Obtención de ajustes en el sistema de agujero-base .
Es un problema muy complejo, resuelto para cada tipo de fabricación con la experiencia de muchos años . A título y. orientativo puede afirmarse que el eje base se emplea en maquinaria textil agrícola y el agujero base en material ferroviario, aviación, automoción, construcción naval y maquinaria en general .
290
10.2 .4 Selección de ajustes
Como la multiplicidad de ajustes daría lugar a la multiplicación del utillaje se ha reducido su número de acuerdo con DIN 7 154, para el sistema de agujero único y la 7155, para el eje único. Para lograr la máxima selección y, en consecuencia, la reducción de cortes, a base de ambos sistemas, la norma DIN 7 157 agrupa una serie de asientos, del (tabla 10 .3) . mayoría de las aplicaciones taller cubre la que Ajustes seleccionados DIN 7 157
Tabla 10 .3
u
sedo
No No r6 ñ6 e6
(medida nominal 50)
K711
N' F6 i8
NN
Agujeros L úiea cero
Los asientos escogidos se reparten en tres series : - Serie l. Es la fundamental y preferente . Contiene seis campos de tolerancia para piezas interiores y otras seis para medidas exteriores (tabla 10 .4) . Aplicaciones recomendadas de los ajustes de la serie I.
Tabla 10 .4 Asiento
Ajuste
Signas (antiguos)
Forzado con . prensa
H7 - u8
Forzado con prensa
H7 - r6
Forzado con prensa
H7 - n6
~~
De deslizamiento
H7-h6
~-7 V V V
Deslizante
HB-h9
Libre normal
H7 -f7
Libre normal
F8 - h6
N
Libre normal
H8 - f7
~~7~7 V V V
Libre normal
F8-h9
Libre normal
E9-h9
Libre muy amplio
D10-h9
~~
Libre amplio
Cl 1 - h9
~~~
-
10 .2 .5
Signos
Forma de montaje
Aplicación
Con prensa, a mano y con diferencia de temperatura
Para órganos fijos con aprieto muy fuerte . El desmontaje sólo es posible cambiando uno de los dos elementos
A mano con martillo oprensa ycondiferencia de temperatura
Ajustes prensados no desmontables, para partesqueforman unasolapieza contransmisi6n de esfuerzos axiales y pares torsores, sin chaveta
Con prensa
Para órganos fijos, montados bajo fuerte presión, sin deslizamiento axial ni rotación
De deslizamiento a mano
Como H6-h5 pero con cargas de menor precisión y asiento más largo
A mano
Ajustes deslizables axialmente, lubricac+os, con asiento muy largo y poca preci ",íón
N5
Libre o mano
Ajustes giratorios generales con cargas bajas y poca exigencia de centrado
N5
A mano
Para órganos que deban tener relativa movilidad pero sin juego apreciable
N5~
A mano
Como la anterior pero con menos precisión
N8
A mano
Para órganos móviles, juegos medianos
N8
A mano
Para órganos móviles, juegos medianos
N8
A mano
Como el anterior, pero siempre con juego muy considerable
A mano
Para ajustes con partes muy libres en que interviene una gran variación de juegos
(nuevos)
N8
~~ VV V V V
~~~
~7~7~ V V v
~~
V V V
0
~--~7 V V V V V V
Series 11 y lll .
V
N5
Son complementarias de la anterior .
Elección del tipo de ajuste según las aplicaciones
En la elección o proyecto del ajuste, se tienen en cuenta dos criterios básicos : la función mecánica de las piezas que se acoplan y la precisión exigida . Si se trata del ajuste de un árbol en un cojinete liso, debe existir un juego deter minado para que pueda girar ; ahora bien, este juego no puede sobrepasar unos valores lógicos porque, de lo contrario, la transmisión sería imprecisa. También se valoran otros factores, como la temperatura ambiental, los agentes corrosivos, etc. .. A modo de ejemplo, se explica a continuación la elección de ajustes en el conjunto de la figura 10.5. Se trata del extremo de un árbol 29 1
Fig. 10.5
Tabla 10.6
Tolerancias libres de magnitudes lineales
ms e
á d Grado masde más de másde 0,5 3 G 30 di . , precisron hasta hasta hast hasta JU 120 tino 1Q05 'Q05 _'0,1 -Q15 medró 10,1 -0,1 _Q2 =Q3
más e miss e 120 315 315 :0,2
h1000
_0,5
_0,8
basto
-
£Q2
-0,5
muybost.
-
-'Q5
_0,8
_1,2
-1
:1,5
`_2
-1
3
Tabla 10 .7
Tolerancias libres de grados y minutos
Grado de precisión fino medro basto
Medidos nominales ¡mm/ /longitud del lado mas corto/ ds de ro mds de 50 I miss de
nosro ro
t fe
I
nos ro 50
1,1
I
1
. 170
r
I
o20,
1
1,
¡
muy basto
120
_i0-
(3) que lleva montada una polea (4), fijada contra un resalte por un anillo con tornillo prisionero (5) . El gorrón del árbol se apoya en un cojinete liso (2) ajustado a la bancada (1) . El acoplamiento del cojinete liso en su bancada debe ser forzado, para evitar que tienda a salir o a girar sobre su eje. Se elegirá el H7-n6 . El árbol debe girar fácilmente y con precisión sobre el cojinete liso. Se debe considerar la disminución del juego real por efecto de cerraje del cojinete liso, al ser montado en su asiento. Los factores velocidad, engrase y carga dinámica no se valoran en este caso . Se escoge el ajuste H7-h6 . El acoplamiento del cubo de la polea y el árbol debe permitir el desmontaje periódico de la polea . El par motor es transmitido por una chaveta y el desplazamiento axial es impedido por el anillo (5) . Se escoge el ajuste H7-k6. Finalmente, el anillo de retención (5) debe poder entrarse con facilidad a mano . El ajuste que se escoge es el H8-f7 . Obsérvese cómo el sistema empleado es el agujero base ; también se ha procurado no salirse de la Serie 1 de ajustes recomendados .
10 .3
"30
Diferencias admisibles para medidas sin indicación de tolerancias
Son las diferencias admisibles de las medidas nominales para cotas que no necesitan tolerancia particular . La norma DIN 7 168 ha previsto cuatro calidades, que sirven para las distintas precisiones (tablas 10 .6 y 10 .7) . Se utilizan para medidas de longitudes exteriores e interiores, distancias entre centros de agujeros, medidas angulares y en piezas de cualquier material que deba trabajarse con arranque de viruta o sin él . 10 .4
Sistema de tolerancias para la rosca métrica ¡SO
El sistema establecido por ISO/TC1-N347, que concuerda con la norma UNE 17 707, comprende : - Calidades de tolerancia para cada uno de los diámetros principales (tornillo y tuerca) : d, d2, D, D Z (tabla 10 .8) . Tabla 10 .8
Calidades de tolerancia para los diámetro s d e rosca Medidas
Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro
interior de la tuerca exterior del tornillo . medio de la tuerca . medio del tornillo . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,
Calidades . . . . . . . . . . . . , . .
. . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3,
4, 4, 4,
4,
5, 5,
5,
6, 6, 6, 6,
7, 7, 7,
8, 8, 8, 8,
9,
- Posiciones de tolerancias, e, g, h para los tornillos; G y H para las tuercas. - Combinaciones de calidades y posiciones de tolerancias en tres grupos : fina, media y basta para las tres clases de acoplamiento, corto, medio y largo (S, N, L) . 10 .4 .1
As, ds = desviación superior di, di . = desviación inferior zona tolerada J. 1 = luego mínimo de tuerca y tornillo
Calidades de tolerancia Son los diferentes valores de la tolerancia expresados en [m . Se dan para cada diámetro de la rosca y varían en función del diámetro y del paso . Para la clase normal y longitud de acoplamiento normal, debe utilizarse la calidad 6. Las inferiores a 6 se reservan para la clase fina y/o longitud de acoplamiento corta . Las superiores a 6, para la clase basta y/o longitud larga. 10 .4 .2
Fig.
10.9
Posición de la zona tolerada,
Posiciones de tolerancia Indica, por medio de un signo literal, la posición de la zona de tolerancia respecto a la línea nominal . Tal como se ha dicho, para el tornillo son : e, g, h y para la tuerca, G y H. La posición e sólo se admite cuando el paso del tornillo es igual o superior a 0,5 mm (figs. 10 .9 a 10 .11) . La posición g se emplea en todas las aplicaciones normales . La posición h se emplea únicamente cuando se desea reducir al mínimo el juego radial del acoplamiento (roscas de precisión) . 292
ra
roz=semitoterancia sobre el 2 diámetro medio de la .tuerca _a =semidesviación tundam. 2 del tornillo = semijuego
r°2 =semitolerancia
sobre el diámetro medio del tornillo
Combinaciones de calidades y posiciones de tolerancias
Para evitar la proliferación de calibres y utillaje, se recomienda ajustarse a una serie de clases recomendadas, según las siguientes normas (tabla 10 .12) : Tolerancias y posiciones recomendadas . Rosca métrica ¡SO
Clases de tolerancias preferidas para tuercas Sin juego posición N
Juego pequeño posición G
Calidad
S
L
N
Fina Media
(5 G)
Basta
(6 G)
(7 G)
(7 G)
(8 G)
S
N
L
4H
5H
6H
5 H
6 H
7 H
(7 H)
(8 H)
Clases de tolerancia preferidas para tornillos
Calidad S
N
Sin juego posición h
Juego pequeño posición g
Juego grande posición e L
S
N
L
Fina Media
6 e
(7 e 6 e)
(5 g 6 g)
Basta
6 g
(7 g 6 g)
8 g
(9 g 8 g)
S
N
L
(3 h 4 h)
4 h
(5 h 4 h)
(5 h 6 h)
6 h
17 h 6 h)
Las clases de tolerancias entre paréntesis se deben evitar . Para la tornillería comercial se utilizarán las clases de tolerancia recuadradas . Cada clase de tolerancia elegida para las tuercas se puede combinar con cualquier otra de las preferidas para los tornillos .
Fina . Media.
Roscas de precisión. Empleo general .
Basta. Limitada a casos en que puedan existir problemas de fabricación . Si se desconoce la longitud de acoplamiento, se recomienda emplear la N. 10 .4 .4
línea de referencia
9
Fig. 10.11 Posiciones normalizadas de tolerancias de rsocas.
Fig. 10.10 Esquema de un acoplamiento tornillo-tuerca, según normas ISO.
Tabla 10 .12
G
tornillo
TD i-semitolerancia sobre 2 el diámetro del núcleo de la tuerca
10 .4 .3
tuerca
f
Designación de la tolerancia
Se compone de : - Una cifra que señala la calidad de la tolerancia para el diámetro medio o de flancos. - Una letra, colocada seguidamente, que designa la posición de la tolerancia . Si fuera necesario indicar la tolerancia para otro diámetro, se hace a continuación . Un conjunto roscado (tuerca y tornillo) se indica por la tolerancia de la tuerca seguida de la del tornillo, separadas por un trazo oblicuo. 29 3
n Tabla 10 .13 Tolerancias sobre el diámetro exterior
Ejemplos Tolerancia para el diámetro medio del tornillo Tolerancia para el diámetro exterior del tornillo
Tolerancia en mm
Calidad
A
y
B
C
D
Módulo Módulo Módulo = 1-3 =3,25-5 =5,5-10
- 0,02 - 0,08
- 0,03 - 0,08
- 0,04 - 0,08
- 0,06 - 0,12
- 0,07 - 0,14
- 0,08 - 0,17
- 0,14 - 0,20
- 0,15 - 0,21
- 0,16 0,26
Tornillo M10 - 5g 69 Tuerca
Tuerca M20 x 2 - 6H 6g
-
10 .5
Para ruedas helicoidales
- 0,05 - 0,06 - 0,07 - 0,08 - 0,09
- 0,04 - 0,05 - 0,06 - 0,07 - 0,08
1,5-2 2-2,5 2,5-3 3-3,5 4-5
Tolerancia de la tuerca y del tornillo respectivamente .
Tolerancias para engranajes
Calidad A .
Para los engranajes de gran precisión (V > 25 m/s) .
Calidad S.
Para engranajes de precisión (15-20 m/s) .
Calidad C.
Para engranajes de buena calidad (10-15 m/s) .
Calidad D. Para engranajes de calidad corriente o comercial (V -, 6 m/s) . Se suelen establecer tolerancias sobre : - El diámetro exterior de cada rueda . - La distancia de centros del engranaje . - El espesor de los dientes o cuerda sobre la circunferencia primitiva . - El juego entre flancos de ld os entes .
Tolerancia en mm
Para ruedas cilíndricas de dientes rectos
Tolerancia para el diámetro medio e interior de la tuerca .
No existen normas generales referentes a las tolerancias de engranajes ; sin embargo, se indican a continuación algunas de las más extendidas internacionalmente . Los engranajes se clasifican en cuatro grupos o calidades :
Tabla 10 .15 Tolerancias sobre el espesor del diente
Módulo m
M16 x 1,5 - 6H
y cónicas
10 .5 .1
Tolerancias sobre el diámetro exterior Son siempre negativas, para evitar que las cabezas de los dientes rocen con el fondo del vano de la otra rueda . Su valor depende del módulo y de la calidad de acabado (tabla 10 .13) . 10 .5 .2
Tolerancias sobre la distancia entre centros Son esenciales para lograr una transmisión precisa y silenciosa . Los valores admitidos se incluyen en la tabla 10 .14. Tabla 10 .14 Tabla 10 .16
Clase
Tolerancias del juego
entre flancos
Módulo
m
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
1 2 2,5 3 3,5
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 0,12 0,13 --
0,06 0,07 0,10 0,11
0,05 0,07 0,08 0,10 0,12 0,13 0,15 0,20 0,22 0,24 0,27 0,30 0,40 0,50
0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,60 0,80
4 5 6 7 8 9 10 12 16
A
CaGáades A y 8 Calidades C y D
0,12
0,13 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,21 -
Tolerancia sobre la distancia de centro
Módulo = 1 - 3 C = 20- 100
Módulo = 3,25 - 5 C = 100 - 300
Módulo = 5,5 - 10 C = 300 - 600
0 + 0,05 0
0 + 0,06
0 + 0,08 0
+ 0,06 ---
+ 0,07
+ 0,09
+ 0,08
+ 0,10
+ 0,12
+- 0,15
--- + 0,07---_ + 0,10 C - Distancia entre centros .
10 .5 .3
_-
Tolerancias sobre el espesor del diente Como se trata de lograr que los dientes engranen, las tolerancias son siempre negativas . Su valor varía con el módulo y según la clase de rueda dentada, cilíndrica de dientes rectos y helicoidal o cónica (tabla 10 .15) . 294
Juego entre flancos
10 .5 .4
agarrotamiento Para hacer posible el engrane y evitar el acuñamíento o máximos y mícuyos valores tolerancia entre flancos da una dientes se de los nimos aparecen en la tabla 10 .16 . CUESTIONARIO
10 .1 Noción de intercambiabilidad . 10 .2 Eje base y agujero base. 10 .3 Ajustes recomendados . 10 .4 Proyectar los ajustes de los diferentes elementos de una transmisión atendiendo a las siguientes indicaciones (fig . 10 .17) : libremente, 1 .a Dibujar el conjunto a tamaño natural o a escala, disponiendo las medidas procurando, no obstante, mantener las proporciones de la figura . cuenta 2 .1 Determinar los ajustes adecuados de la rueda (5) con el árbol (6), teniendo en ; árbol (6) que debe desplazarse axialmente, movida por una horquilla de cambio de velocidad plato de acoplamieny cojinete liso (4) ; cojinete liso (4) en su asiento de la bancada (3) ; el to (2) con el extremo del árbol (6) y la espiga de arrastre (1) en su alojamiento . de 3 .a En base a las medidas elegidas, determinar el valor numérico de las calidades tolerancia obtenidas .
Tema 11 .
Fig. 10.17
Mecanismos del torno
OBJETIVOS
- Conocer todos los mecanismos que componen un torno paralelo, con finalidad de dominar el manejo, montaje y desmontaje del mismo. la EXPOSICION DEL TEMA 11 .1
Torneado
Se llama torneado a la operación de mecanizado, realizada en el torno, en la que la pieza gira alrededor de su eje de rotación y la herramienta va cortando, al desplazarse en sentido longitudinal o transversal . 11 .2
Clases de tornos
Para poder mecanizar toda clase de piezas, de tamaño y cantidad variables, se requieren varios tipos de torno . En realidad, no se pueden delimitar totalmente las características de un torno, ya que éstas dependen mucho del número de accesorios que en él se introducen, los cuales le dotan de propiedades de uno u otro tipo ; sin embargo, se pueden establecer los siguientes tipos de torno : 11 .2 .1
Torno paralelo ordinario (fig . 11 .1)
11 .2 .2
Torno paralelo de producción (fig . 11 .2)
Fig. 11 .1
Torno paralelo .
Fig.
Torno de producción .
Es el que se utiliza para la mecanización de piezas unitarias, lo mismo grandes que pequeñas, y para series limitadas . Lo uno y lo otro dependen exclusivamente del tamaño y capacidad de la máquina . El operario interviene manualmente en todas las operaciones y fases, salvo que el torno disponga de algún sistema automático .
Es un torno de características semejantes al anterior, pero suele trabajar a mayor velocidad y se prepara para mayores series de piezas . Algunas operaciones se realizan simultáneamente y se evita, en parte, la manualidad del ope rario . El mayor o menor número de accesorios especiales y automáticos de que disponga el torno, aumenta o disminuye la producción .
295
11 .2
11 .2 .3
Torno revólver semiautomático (fig . 11 .3) Es un torno que se emplea para la fabricación de piezas, generalmente pequeñas, pero en grandes series . El principal trabajo lo realiza la máquina automáticamente y el resto, el operario a mano ; por eso se llama semiautomático . 11 .2 .4
Torno copiador (fig . 11 .4A y B) El torno copiador permite obtener económicamente piezas de pequeño y gran tamaño en pequeñas series, reproduciendo una pieza previamente hecha (pieza patrón) . También se puede emplear una plantilla con la silueta de la pieza a realizar (fig . 11 .5) .
Fig. 11 .3
Torno revólver .
A
Fig. 11 .4 A, torno copiador; B, acoplamiento de un copiador hidráulico a un torno paralelo .
11 .2 .5
Fig . 11.5
Torno copiador con plantilla.
Torno al aire (fig . 11 .6) Es un torno destinado a trabajar piezas de gran diámetro y poca longitud ; por esta causa trabaja a reducida velocidad . 11 .2 .6
Torno automático (fig . 11 .7) Es una máquina proyectada para la producción de grandes series de piezas en forma totalmente automática durante la fabricación . El operario interviene en la preparación y puesta a punto de la máquina, en la verificación de las piezas de producción y en la reparación de averías . 11 .2 .7
Tornos especiales (fíg . 11 .8) Existe otra variedad de tornos especiales preparados para trabajos específicos de producción continua, por ejemplo, para la mecanización de piezas de automóviles .
Fig. 11 .6
Torno al aire.
Fig. 11 .7
11 .3
Torno automático.
Fig. 11 .8 ducción.
Torno especial de pro-
Torno paralelo
El torno es una máquina herramienta en la cual la pieza que se ha de mecanizar tiene un movimiento de rotación uniforme, alrededor de su eje horizontal . 29 6
uniA la par de este movimiento de la pieza está el movimiento de traslación longitudinal (ficon él el corte del material (fig . 11 .9A), y forme de la herramienta que produce el avance gura 11 .913) . La herramienta puede tener un segundo movimiento de penetración transversal para realizar la operación de refrentado (fig . 11 .10) . Con todas estas posibilidades se pueden engendrar superficies de revolución exteriores e interiores, tanto en piezas largas como cortas .
Partes principales de un torno paralelo (fig . 11 .11)
11 .3 .1
Un torno está construido por un gran número de piezas agrupadas por subconjuntos ; se pueden considerar las siguientes partes principales : motor, trans-
misión de fuerza y movimiento, bancada, cabezal, contracabezal, mecanismos de inversión de avances, engranajes de transmisión de la lira o guitarra, caja de cambios para avances, barras de roscar y de cilindrar, carros, sistema de refrigeración y engrase, alumbrado y protección de accidentes. Partes principales de un torno paralelo : 1, cabezal; 2, eje principal; 3, plato; 4, punto ; 5, garra del plato ; 6, carro transversal; 7, plataforma giratoria ; 8, portaherramientas ; Fig. 11 .11 1
2
3
45
ig
678 9
18
ion 1213
17 % 1514
Fig. 11 .9 A, movimientos de la herramienta y pieza; B, trabajo de corte de la viruta en el torno.
9, carro orientable ; 10, guías de la bancada ; 11, contrapunto; 12, eje del contracabezal; 13, contracabezal; 14, eje de cilindrar; 15, eje de roscar ; 16, cremallera ; 17, bancada; 18, carro principal; 19, bandeja; 20, caja de cambios para avances.
-
enEl conjunto de estos y otros mecanismos, perfectamente montados y relacionados : caeje principal, se denomina el eje del motor al tre sí para transmitir el movimiento desde dena cinemática (fig . 11 .12) .
h
Fig. 11 .10 Movimiento transversal de la herramienta para refrentado .
16
y
6
Ju.1111
11 .3 .1 .1
~-10
y
la,
.¡Mffi
1
i i X 11
Fig. 11 .12 Esquema de la cadena cinemática de caja de un torno moderno : 1, motor eléctrico ; 2, ; fijo 5, eje velocidades ; 3, polea motor, 4 cabezal principal; 6, tren de engranajes de la guitarra ; 7, caja de roscas y avances, 8, barra de cilindrar; 9, husillo de roscar, 10, cremallera, 11, cuerpo carro; 12, carro longitudinal; 13, carro transversal; 14, carro portaherramientas ; 15, torreta, 16, cabezal móvil.
Motor
La fuente de energía en un torno, al igual que otras máquinas herramientas, es un motor eléctrico (fig . 11 .13) de potencia determinada, proporcional a la máquina y al trabajo a desarrollar . El acoplamiento del motor a la máquina es diverso, según la fábrica de procedencia y el sistema de transmisión (figs . 11 .14, 11 .15 y 11 .16) . Al conectar un motor a la red hay que tener muy en cuenta la tensión de la red, para conectarlo en estrella (fig . 11 .17) o triángulo (fig . 11 .18) y el sentido de giro . En el caso de giro al revés, se intercambia el neutro con una fase (fig . 11 .19) o dos fases entre sí . 29 7
Fig. 11 .13
Motor eléctrico .
motor
Fig. 11 .15 dia altura .
Motor colocado a meFig.
Fig.
11.14
11 .16
Motor colocado en la parte superior,
z
Motor colocado en la parte inferior del torno.
S
fases que se han cambiado
r
R
N
r R 5 T
I
I
L
S
R S T N
OOfu^'
sama
-
I
5
-
ly ~ -yll i-
yl,
Fig. 11 .18 Embornado en estrella de un motor: A, esquema ; B, forma real.
v
xxx ;
; xxx --------
t-l
J
Fig. 11 .19 - Sistema para invertir el sentido de giro del motor.
R
s r
11 .3 .1 .2
Transmisión de fuerza y movimiento La transmisión de fuerza desde el motor hasta el cabezal se realiza por medio de correas (figs . 11 .14, 11 .15 y 11 .20), cadenas o ruedas dentadas . El accionamiento del torno puede realizarse mediante motor de ataque directo (montado en el cabezal) (fig . 11 .16) o por un motor colocado a cierta distancia de la caja de velocidades (figs . 11 .14 y 11 .15) . 11 .3 .1 . .2 .1
Embornado en triángulo de un motor: A, esquema; B, forma real. Fig.
11 .17
Motor colocado en el exterior de la caja de velocidades Con este tipo de instalaciones no se transmiten las vibraciones del motor a la pieza, ya que quedan amortiguadas por las correas que transmiten la fuerza (fig . 11 .21) en el centro del eje. cadena silenciosa
!~ílil(i~ corre motor
I Ijü-
I Illii~
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`sI~1
tornillo de regulación del tensado de la correa
~II N~I~I~i I ~
I II!n i~~
Fig. Transmisión por medio de cadenas silenciosas. 11 .20
:'iljlllli
eje de giro
Fig.
poleas escalonadas
11 .22
balancín
Transmisión compuesta por conos de poleas.
11 .3 .1 .2 .2
Fig. 11 .21
1i Z h
.,T'171
correas
Transmisión por correas al eje principal,
Mecanismos de transmisión Estos mecanismos tienen la misión de transformar el número de revoluciones constantes del motor en otras distintas y variadas, a las que debe girar, según las necesidades, el eje principal de la caja de velocidades . 29 8
poleas escalonadas (fig . 11 .22) 11 .3 .1 .2 .2 .1 Accionamiento por correas y Mediante un solo mecanismo de accionamiento por poleas escalonadas de escalones del cono puede obtenerse un número de revoluciones igual al . de poleas un número mayor de escalones Raramente se emplean más de cinco escalones, ya que otro, dos mecanismos de tres escalones disponen, uno tras ocuparía demasiado sitio. Si se números distintos de revoluciones (fig . 11 .23) . Con obno seis, sino nueve obtendrían, se misma en todos los escalones, la suma de los diámejeto de que la tensión de la correa sea la juntas tiene que ser la misma, En el caso de mecanismos poleas que trabajan las dos de tros pasar de un escalón al siguiente tiene que poderse variar la disde poleas trapezoidales, para balancín (figs. 11 .22 y 11 .24), una excéntrica, tortancia entre ejes de las poleas mediante un o ranuras rasgadas . tensores níllos
variedad 1 .° Transmisiones situadas debajo del cabezal, Existe una gran patentiene sus modelos y . Cada fabricante tensado de correas de de sistemas tes propias.
1y, el motor
Fig, 11,23 Transmisión doble de conos de poleas .
de tensado en un torno, cuyo moEn la figura 11 .24 se pueden observar los mecanismos correa trapezoidal se tensa por medio de los debajo del cabezal. La encuentra situado tor se en el soporte G, por el propio peso unas ranuras rasgadas cuatro tornillos 8, que se deslizan por posición vertical . Una vez tensada la correa, se las ranuras en por estar situadas motor y del aprietan los tornillos. una excéntrica H, Una palanca A, que mueve un eje horizontal y en cuyo extremo tiene correa plana y con ello se deje totalmente floja la de las posiciones hacer que en una puede excéntrica está situada en la posición pueda pasar de una posición a otra del cono ; cuando la perfecto, el mecanismo opuesta, tensa ligeramente la correa, y para conseguir un tensado más F. lleva un tornillo tensor
trans2.° Transmisión horizontal. Algunos tipos de torno reciben la tornos de en especial los la caja de velocidades, el exterior de misión desde sobremesa (fig . 11 .25A, B y C) .
Fig. 11,24 Tensado de correas: 1, correa del cono de poleas ; 2, palanca de la excéntrica; 3, excéntrica ; 4, resorte de balanceo ; 5, ajuste de la correa de la polea cónica ; 6, correa trapecial; 7, tornillos del tensado de la correa ; 8, soporte.
Fig. 11,25A Transmisión horizontal : 1, tensor ; 2, soporte con guias de centrado ; 3, palanca de tensado ; 4, motor; 5, punto de giro ; 6, poleas ; 7 y 8, correas.
motor
Fig. 11,25C Forma de tensado por el propio peso del motor.
de tensado; Fig. 11 .258 Transmisión del motor en un torno Cumbre 022: 1 . palanca 5, tapa ; del retardo; ; 4, polea escalonada 3, soporte del eje 2, polea receptor del motor; tensado de 6 y 7, correas; 8, tornillo de fijación de la excéntrica ; 9, excéntrica para el correas,
299
11 .3 .1 .3
Bancada
Es un zócalo de fundición, soportado por uno o más pies, que sirve de apoyo y guía para las demás partes principales del torno (fig . 11 .26) . 11 .3 .1 .3 .1
Material y dimensiones La fundición de la bancada debe ser de la mejor calidad y poner las dimensiones apropiadas y suficientes para soportar las fuerzas que se originan durante el trabajo . 11 .3 .1 .3 .2
Fig. 11 .26 Bancada robusta de un torno.
Forma de las guías Las guías han de servir de perfecto asiento y permitir un deslizamiento suave y sin juego del carro y contracabezal (fig . 11 .27A) . Es corriente dar previamente a los tornos modernos un tratamiento de temple superficial (fig . 11 .2713), para que puedan resistir el desgaste producido por el desplazamiento del carro y de la contra-punta ; además, las guías deben estar perfectamente rasqueteadas o rectificadas . Los tornos de sobremesa (fig . 11 .28A) y los de grandes dimensiones (figura 11 .2813) suelen construirse con bancada plana . La bancada debe tratarse con mucho cuidado, evitando los golpes o rayaduras de viruta ; por eso, algunas máquinas llevan superpuestas unas chapas telescópicas que sirven de protección a las guías.
A
B
Fig, 11 .27 A, forma y aplicación de la bancada; B, detalle de una bancada tratada a 425 Brinell y después rectificada. Fig. 11 .28 A, torno de sobremesa con bancada plana; B, torno de grandes dimensiones con bancada plana,
11 .3 .1 .3 .3
Escote o puente Algunas bancadas llevan delante del cabezal (fig . 11 .29A), una entalladura o escote, cuya finalidad es poder tornear las piezas cortas de gran diámetro (fig . 11 .2913) . Para trabajos normales se cubre este escote con un puente perfectamente ajustado y con el perfil igual al resto de la bancada (fig . 11 .29C), procurando que asiente y quede bien alineado ; de no ser asi, el carro encontraria dificultades de desplazamiento al llegar a este punto. Unos pasadores cónicos de situación le obligan a adoptar su posición correcta y, por medio de tornillos, se mantiene solidario a la bancada (fig . 11 .29D) . Las bancadas con escote tienen el inconveniente de que nunca resultan tan precisas como las de una sola pieza. Por esta razón, los talleres que pueden disponer de tornos de varios tamaños prefieren la bancada sin escote . Corle A-B banda-
puente pasador
pieza
tornillos de fijación
B
Fig. 11 .29 A, bancada con escote; B, aplicación ; C, bancada con puente colocado; D, forma de sujeción del puente a la bancada,
300
11 .3 .1 .3 .4
Sujeción o apoyo de la bancada al suelo
La cimentación y nivelación es muy importante para el correcto funcionamiento de la máquina ; la cimentación depende de las dimensiones y del peso de la máquina y, sobre todo, de la precisión de la misma . Los principales elementos materiales empleados para cimentar y nivelar son : hormigón, material antivibratorio de corcho, goma de fieltro, máquinas las regulación de lapas de goma, pernos de anclaje, tornillos y tuercas, cuñas de altura,
aislante
empleada para 1 .° Cimentación con base de hormigón. El hormigón es la materia más de grandes masas la cimentación de máquinas herramientas ; es imprescindible para máquinas . móviles y, sobre todo, para máquinas de gran precisión, como rectificadoras y punteadoras la máquina, un La cimentación con hormigón consiste en colocar, en toda la base de . 11 .30) . El espesor bloque del mismo de 150 kg/cm 2 , generalmente empotrado en el suelo (fig constructoras de máquinas herrade la capa de hormigón normalmente lo indican las casas tiene que mientas ; generalmente oscila entre 30 y 50 cm . El espesor de la capa de hormigón son de mucha precisión . móviles y, sobre todo, si máquinas de grandes masas ser mayor para
hormigón
Fig. 11 .31
Cimentación con aislante,
Detalle A
Fig. 11 .32 Cimentación con aislamiento de arena prensada .
Fig. 11 .30
Cimentación y sujeción de un torno .
Si la máquina a cementar es muy precisa, se puede aislar el hormigón del terreno con prómaterial aislante de corcho, goma o fieltro (fig . 11 .31) con el fin de que otras máquinas ximas no le transmitan sus vibraciones . para Se dan casos de máquinas de alta precisión, sobre todo rectificadoras en las que, aísla con arena de hormigón se ser total; para ello, la base ciertos trabajos, el aislamiento ha de prensada (fig . 11 .32) . 2.° Anclaje y nivelación de máquinas . Juntamente con la cimentación deben de ir el hormigón anclaje y la nivelación ; las máquinas tienen que ir fuertemente sujetas a la base de de anclaje. con pernos o tornillos em3.° Anclaje con perno empotrado. Este es el caso más generalizado ; el perno se . de 180 kg/cm 2 (fig . 11 .33) potra en el hormigón con mortero La sujeción, nivelación y amortiguamiento de la máquina puede ser con tornillos roscasos a la bancada (fig . 11 .34) o con cuña (fig . 11 .36) . que mo4.° Anclaje de perno con tuerca o cabeza empotrada. En el caso de que haya fijado (figuel saliente del perno frecuencia, o por otros motivos, ver las máquinas con cierta ra 11 .35) al suelo es peligroso al quedar libre; en estos casos es más práctico empotrar la tuerca parte superior (fig . 11 .36) ; la nivelación puede hacerse con tornillo roscado a la bancada por la (fig . 11 .37A) o por la parte inferior (fig . 11 .3713) con cuñas (fig . 11 .38) . y la hanUna vez anclada y nivelada la máquina, el espacio entre la base de cimentación fin de darle mayor con agua, con el fluido, es decir, cemento puro cada se rellena de mortero consistencia y evitar vibraciones.
lino
lechada de (:emenlo a
Fig. 11,36 Anclaje por medio de tuerca empotrada y cuña de nivelación.
Anclaje con perno normal.
tornillo de nivelauon Y Fin~
W~ÍÍ
0
// //~J/
~emente hno
Nivelación por medio de
~trnillo de nivela ión
Ll
placa de apoyo
tornillo y Iverea de anctale
Fig. 11 .34 tornillos.
tornillo de nivelación I
Fig. 11 .33
A
placa de apoyo
Fig. 11 .35 Sujeción por medio de tornillo fijado al suelo.
Fig. 11 .37 Nivelación con tornillo : A, por la parte superior de la bancada; B, por la parte inferior de la bancada.
30 1
Fig, 11 .38 Nivelación de un torno por medio de cuñas .
3
5 .0 Apoyo de las máquinas sobre lapas. Las lapas son soportes de goma antivibratoria, en forma de ventosa, que sirve para el apoyo de las máquinas y, a la vez, para nivelarlas con eficacia . Las lapas se construyen de distintos tamaños, cuyos diámetros oscilan entre 120 y 237 mm . Cada tamaño soporta una carga determinada, que oscila entre 50 y 3 500 kg . El peso total de la máquina queda repartido entre los distintos anclajes. Las lapas no se deben usar en limadoras y taladros radiales, porque el centro de gravedad tiene variaciones sensibles, a no ser que sean lapas fabricadas especialmente para este tipo de máquinas . Para que las lapas trabajen correctamente y el efecto de ventosa sea posible, el suelo ha de ser plano y liso, de loseta o de hormigón con una lechada superficial . En la figura 11 .39 se presenta la sección en perspectiva de una lapa montada en la base de la máquina ; y en la figura 11 .40, diferentes tipos de lapas . El uso de las lapas es muy práctico para prensas, cizallas, tornos y fresadoras . La figura 11 .41 muestra algunas aplicaciones de lapas .
2
Fig. 11 .39 Lapa seccionada : 1, tornillo de sujeción y nivelación ; 2, tuerca de fijación; 3, arandela ; 4, base de la máquina ; 5, campana metálica ; 6, base metálica para fijar tornillo ; 7, goma sintética antivibratoria ; 8, plataforma metálica de apoyo,
~o~~
Fig . 11 .40 torias.
nllro
Fig . 11 .42
. Fig
Electroesmeriladora sobre fieltro .
Diferentes tipos de lapas antivibra-
o -
o
oo
Aplicaciones de las lapas a un torno .
6 .° Emplazamiento de máquinas sobre materiales antivibratorios . Se usa una lámina fina de fieltro, pegado con cola especial a la base de la bancada en algunas máquinas . Este sistema es económico y rápido de colocar ; con el fieltro se evitan considerablemente las vibraciones . Su aplicación fundamental es para aquellas máquinas que vibran mucho y son de poca precisión (fig . 11 .42) . En la figura 11 .43 se muestra un detalle de la base de fieltro . En la actualidad se fabrican elementos antivibratorios perfectamente estudiados para que cumpla su misión . Normalmente suelen ser de goma u otros productos similares, de diferentes formas (fig . 11 .44) según la aplicación a que se destinan . En la figura 11 .45 pueden observarse gráficamente los efectos de las vibraciones en una misma máquina, en la que en uno de los casos no tiene elementos antivibratorios y en el otro, sí .
11 .43 Base de fieltro.
Fig. 11 .45
Fig.
Fig . 11,41
q~oo
11 .44
Planchas antivibratorias.
Efectos de las vibraciones .
7 .° Instalación y nivelación, a) Instalación . Para que la máquina trabaje en óptimas condiciones, se requiere una cuidadosa instalación, que garantice la exactitud y precisión con que ha sido construida por el fabricante . Como ya se dijo anteriormente, es muy importante que el torno se instale sobre una base sólida y que sea cuidadosa y exactamente nivelado . Sea cualquiera el procedimiento de anclaje, lo primero que hay que hacer, es colocar los espárragos o las tuercas en su posición correcta en el suelo (fig . 11 .46) que han de coincidir con los taladros de la base del torno . Para que coincida, lo ideal es hacer una plantilla de chapa
302
o de madera (fig . 11 .47) . Una vez bien seco el cemento que sujeta los espárragos, se eleva la máquina y se desprenden los tablones de la base y se introduce la máquina en los espárragos . Este procedimiento tiene el inconveniente de resultar incómodo para máquinas de mucho peso ya que hay que elevar la máquina para introducirla en los tornillos . Otro procedimiento más cómodo consiste en hacer primero los orificios donde han de ir alojados los espárragos y colocar la máquina encima de ellos, dejando espacios laterales por donde introducir los espárragos ; se colocan después las arandelas y las tuercas y, a continuación, se nivela el torno echando luego el cemento . Una vez fraguado el cemento se aprietan fuertemente las tuercas y se comprueba de nuevo la nivelación . En caso de emplear lapas, una vez elevada la máquina, se introducen las lapas en los orificios de la base de la máquina y se apoya de nuevo en el suelo . Introducida la máquina en los tornillos o lapas, se realiza la limpieza de las partes no pintadas con gas-oil para quitar la grasa de protección de fábrica . La máquina está dispuesta para la nivelación . Tanto para las instrucciones anteriores como para la nivelación, cada máquina va acompañada de su libro de instrucciones que hay que seguir paso a paso . b) Nivelación. El torno puede nivelarse por varios procedimientos : desde cuñas con graduación micrométrica, hasta el recurso sencillo de poner debajo de la base del torno calzos de madera dura o de metal . Todos estos procedimientos tienen como objetivo nivelar el torno en sentido transversal y longitudinal (fig . 11 .48) ; para ello, se emplea un nivel de precisión, de sensibilidad 0,05 mm por metro (fig . 11 .49) . Una vez nivelado, se van apretando simultáneamente los tornillos, de forma que no se desnivele la máquina cuando estén fuertemente apretadas las tuercas o tornillos . Una vez sujeta fuertemente la máquina al suelo, se debe comprobar de nuevo la nivelación . Cuando el montaje es sobre lapas con tornillos de regulación (figura 11 .41) la nivelación resulta más fácil .
Fig. 11 .46 Colocación de los tornillos en el suelo .
Fig. 11 .47 Plantilla para facilitar la colocación de los tornillos.
Fig. 11 .50 Posición del cabezal en el conjunto de un torno . Fig . 11 .48 Comprobación de la nivelación de un torno . 11 .3 .1 .4
Fig .
11 .49
Nivel de precisión,
Cabezal o caja de velocidades (fig . 11 .50)
Cabezal es el conjunto mecánico más importante del torno, con el que se imprime a la pieza el movimiento de rotación durante el proceso de trabajo (fig . 11 .51) . Consta de una carcasa o zócalo de fundición, ajustado a un extremo de la bancada y unido fuertemente a ella mediante tornillos . En el interior de la carcasa se aloja el eje principal o husillo y el mecanismo para conseguir las distintas velocidades . En el mismo cabezal van montados, generalmente, los órganos encargados de transmitir el movimiento del motor al eje . En su exterior, lleva la carcasa una serie de palancas (fig . 11 .52), que son los mandos para seleccionar las distintas velocidades a que ha de girar el eje principal en cada una de las disposiciones de estas palancas, la cual está en función de la clase de material a trabajar . El cambio de velocidad o caja de velocidades tiene por fin imprimir al eje principal un número variable y determinado de revoluciones por minuto, apropiado al diámetro de la pieza a tornear y al material y tipo de operación a realizar . Los mecanismos alojados en el interior de la caja de cambios pueden ser de muy variados sistemas ; los más comúnmente empleados son de tres tipos :
Fig . 11 .51 cidades .
Cabezal o caja de velo-
Fig . 11 .52
Palancas de mando de
- Cambio de velocidad conopolea, empleado principalmente en tornos pequeños de poca potencia, generalmente de construcción antigua . En cada posición del cono se consigue un número de revoluciones distinto . - Cambio de velocidad monopolea, construido con muy diversos sistemas de engranajes y empleado en los actuales tornos de velocidades medias . - Cambio de velocidad de ataque directo del motor, empleado en tornos de gran potencia y elevado número de revoluciones . - Variador de velocidades para la regulación del número de revoluciones sin escalonamiento, fabricado en diversos tipos y que se emplea en tornos de poca potencia y elevado número de revoluciones . 303
las cajas de velocidades y avances.
Para velocidades de hasta 1 200 r. p. m. normalmente se emplean mecanismos de engranajes . Para el caso de un número elevado de revoluciones se emplean mecanismos sin escalonamiento de velocidades (variador) o mecanismos hidráulicos . En el caso de muy elevado número de revoluciones, aproximadamente hasta 6 000 r. p . m ., se utiliza el acoplamiento directo de un electromotor con el husillo principal . 11 .3 .1 .4 .1
Fig, 11 .53A Cambio de velocidades conopolea del torno Cumbre 022 : 1, palanca de tensado de correa ; 2 y 3, correas; 4, eje principal ; 5, palanca del retardo ; 6, pivote del retardo ; 7, inversor ; 8, tabla de velocidades ; G, orificio de engrase diario ; J, orificio de engrase diario (dos veces) ; K, orificios de engrase anual (grasa consistente) .
Cambio de velocidad conopolea (fig . 11 .53A) Llamado también retardo de engranajes, es cada vez menos empleado y totalmente en desuso en los tornos modernos . El cono de poleas 1 gira libremente sobre el eje principal 7 (fig . 11 .5313) ; en la parte izquierda lleva una rueda de pocos dientes 2, que gira solidaria y formando un solo cuerpo con el cono de poleas . En estas condiciones no se puede transmitir movimiento por girar libre el cono . Para obtener las marchas rápidas o directas, se hace solidario este cono de poleas con la rueda dentada 5, colocada delante de él y enchavetada al eje principal 7 ; esto se logra por medio del pasador, ya que todo el mecanismo forma un solo bloque . Colocando la correa en cada uno de los escalones se pueden obtener tantas velocidades distintas como escalones tiene el cono . El eje excéntrico del retardo se retira del conjunto, por medio de la palanca 6, no influyendo en los engranajes del eje de retardo en las velocidades. El número de velocidades se puede duplicar empleando el mecanismo de retardo; para ello, actúa sobre la palanca F de la excéntrica (fig . 11 .53C) . Para conseguir las marchas lentas (fig . 11 .53D), se retira el pasador P, dejando la polea loca y se hace que las dos ruedas dentadas A y D del tren basculante engranen : una, con la 8, que va unida al cono de poleas, y la otra, con la E enchavetada y solidaria al eje principal . En el caso de olvidarse de sacar el pasador P, se produciría un bloqueo total del mecanismo, haciendo patinar las correas, o rompiéndose uno de los mecanismos más débiles o, incluso, quemándose el motor. Este bloqueo, si el torno está parado, favorece el cambio del plato portapiezas . Dado que son muchas las escuelas que disponen del torno Cumbre modelo 022, se dan, a continuación, las explicaciones del cambio de velocidad de dicho torno . Puede observarse, por la figura 11 .53A, que, colocando un cono de dos poleas en el exterior y comunicado con el motor, se pueden duplicar las velocidades directas y las de retardo. La maniobra para pasar de las velocidades directas a las de retardo o reducidas consiste en : - Girar hacia adelante la palanca (1) (fig, 11 .53A) . - Cambiar la correa a la posición que se desee (cuatro posiciones) . - Sacar el pivote (6) y girar a mano el eje (4) para desblocar la rueda dentada del cono de poleas . - Meter la palanca del retardo (5) hacia adelante . - Tensar la correa (2) colocando hacia atrás la palanca (1), Una de las pocas ventajas de este sistema es que las marchas directas son bastante silenciosas, debido a que no se emplean ruedas dentadas . Pero hay el inconveniente de que el cambio de velocidad es lento y engorroso. Sólo se emplea en tornos de pequeña potencia . El engrase debe ser periódico, con una frecuencia mínima de una vez al día, en cada uno de los cuatro puntos señalados con la letra (G) . Los engranajes (J) del inversor se engrasarán abundamtemente, un par de veces al día. Los puntos marcados con una (K), se engrasan una vez al año, con una grasa consistente .
5 Fig . 11 .538 Mecanismos de que está compuesto el retardo . A, esquema de funcionamiento . 1, cono de poleas ; 2, rueda de engranajes enchavetada al eje ; 3, excéntrica ; 4, tren basculante; 5, piñón unido al cono de poleas; 6, pivote de arrastre ; 7, eje del cabezal. B, cabezal de torno de cono de poleas y retardo de engranajes .
Fig. 11,53C Cambio conopolea con retardo en posición libre,
304
Fig. 11,53D Cambio conopolea con el retardo metido .
1 .° Relación de transmisión general con el retardo. la relación general de transmisión : Z2 Z,
Z4 Z3
__
Conviene recordar
n, n2
(Véase el apartado 30 .32.1 de Tecnología del Metal 1.2, de esta misma Editorial) . De acuerdo con la fórmula, el eje principal del torno gira mucho más despacio que el cono de poleas, por tener las ruecas conductoras Z, y Z 3 menos dientes que las conducidas Z2 y Z, . Esta reducción de velocidad depende de las reducciones parciales entre i, e j2, que, según la fórmula, es igual al producto de ambas . Ejemplo (fig . 11 .54) Calcular las velocidades directas y reducidas a que gira el eje principal de un torno, cuyo cabezal es conopolea con retardo de engranajes y mandado por un motor con polea .
Fig. 11,54
n=1500 cpm.
Solución : _n o' n,
__
300 ; 100
= 500 x
380 160
1 500 x 100 300
n
= 1 187 r . p . m . d,=360
= 636 r . p. m
n 2 = 500 x
20
n 3 = 500 x
220 280
= 392 r . p . m .
n 4 = 500 x
160 380
= 210 r . p . m .
Directas
= 500
Fig . 11 .55
Reducción de retardo : 20 40
x
20 40
4 16
1 4
= 500 x
380 160
1 x 4 = 297 r . p
nR2 = 500 x
280 220
x
nR 3 = 500 x
220 280
x 4 = 98 r . p . m .
nR4 = 500 x
160 380
x _1 - = 52 r . p . m. 4
nR,
Reducidas
1 4
= 159 r . p
m m
~ -H-4~
EJERCICIOS A REALIZAR Fig. 11 .57
Problema 1 .° Calcular el número de revoluciones de 174 (fig . 11 .55) . Problema 2.0 Calcular el número de revoluciones de 174 (fig . 11 .56) . Problema 3.° Calcular el número de revoluciones por minuto del eje n 2 en cada una de las poleas del cono (fig . 11 .57) . Problema 4.° Calcular el número de revoluciones por minuto del eje del torno para cada una de las poleas del cono y las dos posibilidades de velocidades de partida (fig . 11 .58) .
305 20 . Tecnología 2.1
n1=125rp.m
Calcular las velocidades directas y reducidas del eje n del mecanismo de retardo de la figura 11 .59. Problema 6.e Calcular las velocidades directas y reducidas del mecanismo de la figura 11 .60.
Fig. 11 .59
Fig. 11 .60
2.0 Cambio de conos de poleas escalonados con doble juego de engranajes. Las posibilidades del número de velocidades del eje principal del torno, con respecto al mecanismo sencillo de cono de poleas, se pueden aumentar empleando un doble juego de engranajes (doble contramarcha) (fig . 11 .61) .
Fig. 11 .61 Cambio de conos de poleas con doble juego de engranajes : A, conjunto ; B, posición con el retardo fuera; C, primera posibilidad de reducción, D, segunda posibilidad de reducción .
o
Problema 7.° Calcular todas las velocidades posibles del eje n4 (directas y reducidas) del mecanismo de retardo con doble juego de engranajes de la figura 11 .62. Problema 8.e Calcular las velocidades
reducidas
del eje n3 del retardo de engranajes de la figura 11 .63.
11 .3 .1 .4 .2
Cambio de velocídades monopolea En las máquinas modernas, de mediana y gran potencia, los diversos números de revoluciones se obtienen mediante cambio de engranajes (fig . 11 .64) mandados por una sola polea con una o varias correas (fig . 11 .65) (de ahí el nombre de torno monopolea) .
eje
Fig. 11 .63
Fig. 11 .64 Caja de velocidades con mandos selectivos desde el exterior y desplazamiento axial de los engranajes por medio de levas y excéntricas .
306
Fig.
11 .65
Transmisión monopolea,
El torno monopolea lógicamente es más caro y aparentemente más complejo, pero presenta indudables ventajas sobre el tipo conopolea . En este tipo de torno el cambio de velocidades consiste normalmente en un simple despla zamiento de palancas, giro de levas (fig . 11 .64), etc ., por lo que es más rápido y, sobre todo, no ofrece peligro para el operario . Este mecanismo tiene la ventaja de que presenta poco resbalamiento; normalmente tiene hasta 24 velocidades distintas . Los motores son conmutables y hacen posible una conexión de marcha hacia la derecha o hacia la izquierda . Un freno (fig . 11 .66) acoplado a la caja de velocidades o a la polea permite la detención rápida del mecanismo. La tabla de velocidades está sujeta a una parte visible de la caja del cabezal (fig . 11 .67A), indicando de forma clara las posiciones de las palancas, para cada número de giros por minuto del eje del cabezal (fig . 11 .6713) .
c\YÍ
S
Fig. 11 .66
540
9
6.7
0
ó V 50
Fig. 11,67 A, posición visible de la tabla en el cabezal; B, detalle de funcionamiento de la tabla .
maz
6 ao
,.60
~l5
0 0 h ~6 ~0 ~50/~ ~00
50'
1 . Posición del motor. La posición del motor depende de los fabricantes ; las más normales son : - Motor colocado en la parte inferior y exterior del torno (fig . 11 .68) (disposición poco común) . - Motor colocado en la parte inferior dentro (figs. 11 .65 y 11 .69) o fuera de la bancada (fig . 11 .70) . - Motor colocado en la parte posterior del torno (fig . 11 .71) . Fig. 11 .68
Fig. 11 .70
2. Clases de correas empleadas en los tornos monopoleas . Las más usadas hasta el presente son las correas trapeciales (fig . 11 .65) ; suelen emplearse conjuntamente tres o cuatro . Cuando se trate de renovarlas, hay que cambiarlas todas a la vez, para garantizar que tengan la misma longitud . Modernamente, y para evitar resbalamientos, cada día se emplean más las correas dentadas (fig . 11 .72) . También se pueden emplear las cadenas articuladas silenciosas (fig . 11 .73) . 30 7
Fig . 11 .69
Freno de pedal,
cadena
correa
Fig . 11,72 Transmisión por medio de correa dentada .
tren fijo
Fig. 11 .74 Regulación del número de revoluciones por medio de ruedas desplazables : A, conjunto en perspectiva ; B, posiciones de funciona miento,
Fig . 11 .73
Transmisión por medio de cadena articulada silenciosa.
3 . Sistemas de mecanismos con trenes de engranajes empleados en los cambios monopolea. En todos estos sistemas, las distintas velocidades se consiguen cambiando de posición las ruedas, o bien desplazando ejes excéntricos, estriados interiormente, por medio de embragues mecánicos. Los engranajes son los mecanismos que sirven para conseguir las diversas velocidades; esto se logra por el desplazamiento axial de algunos de ellos, a través de un eje estriado y por medio de palancas, desde el exterior del zócalo o carcasa de la caja de velocidades . Los engranajes deben ser de acero especial templado y rectificado ; los dientes, para facilitar el acoplamiento, van afeitados (rebaje en forma de chaflán que se hace a todos los dientes de un engranaje en el caso que haya de entrar en contacto con otra rueda) . Este tipo de mecanismo resulta más cómodo que el de cono de poleas . En carga arranca mejor la máquina. La relación de transmisión entre los dientes que engranan resulta más exacta que en el caso del mecanismo de correa, ya que no existe resbalamiento . - Mecanismo de ruedas correderas . Un bloque de ruedas desplazables (fig . 11 .74) en cada una de las posiciones consigue velocidades distintas . Como un bloque de ruedas dentadas puede estar compuesto a lo sumo por tres, con un dispositivo de este tipo no pueden obtenerse más de tres velocidades distintas (fig . 11 .75) . Combinando dos mecanismos (figura 11 .76) se pueden conseguir nueve números de revoluciones.
tren desplazable
Fig . 11,76
tren desplazable
Caja de velocidades con tren compuesto desplazable,
tren fijo
Fig. 11 .77 Sistema de chaveta simple para el desplazamiento axial de los engranajes .
Fig. 11 .75 Caja de velocidades con tren simple desplazable . Para ruedas que deben ir fijas, lo ideal es que sean de una sola pieza con su eje ; de no hacerlo así, hay que hacerlas solidarias al eje, por medio de chavetas con pasadores y demás elementos normalizados . Las ruedas desplazables tienen que moverse libremente, en sentido axial en el árbol, con el mejor juego posible. Para el desplazamiento desde el exterior se emplean palancas, excéntricas, etc . ; para que se deslice por el eje se emplean chavetas paralelas sencillas (fig . 11 .77) y para transmitir potencias superiores se emplean ejes nervados, llamados también de chavetas múltiples (fig . 11 .78) .
Fig. 11 .78 Sistema de ejes nervados para el desplazamiento axial,
- Mecanismo de engranajes con acoplamiento y ruedas fijas. Se consigue la transmisión de movimiento a través de un acoplamiento (fig . 11 .79A) o embrague (fig . 11 .7913) .
308
Las ruedas R, y RZ (fig . 11 .79C) son fijas al eje A que proviene del motor ; las ruedas R3 y R4 giran libres en el árbol 8 y se pueden hacer independientemente solidarias a dicho eje por medio del acoplamiento I, cuyo detalle de funcionamiento se indica en la figura 11 .79A, P olea
5
Fig . 11,79A Detalle de funcionamiento del embrague : R 3 y R 4 , giran libres en el eje; A, palanca ; B, punto de giro ; C, dado articulado ; D, embrague frontal doble .
Fig. 11 .79C Caja de velocidades con acoplamiento de embrague.
Fig. 11,798 Embrague de disco : 1, carcasa ; 2, palanca tensora ; 3, láminas exteriores ; 4, anillo de acoplamiento ; 5, láminas interiores.
- Mecanismo mixto, Como puede apreciarse por las figuras 11 .80A y B, es un sistema combinado de los anteriores . Como resumen, en la figura 11 .81 se presenta las secciones de los mecanismos de una moderna caja de velocidades de la marca italiana Graziano. ruedas tijas al ejr, RueOVS c
claCVS
z5, Z,n',
Z, z7jc=c80 =n
Z, z, Z,
_z, z, ZI -t90
~c-
~P~n 70<5-77 96-90-,03
O
1
)0
Zi Z, z,
z, n
Fig, 11 .80A Esquema de caja de cambios con retardo, con ruedas en continuo contacto y tres acoplamientos, con la que se pueden conseguir ocho velocidades.
Fig . 11 .808
Caja de cambios mixta .
- Mecanismo selectivo del número de revoluciones . En este nuevo sistema puede ajustarse, durante un proceso de trabajo, el número de revoluciones para el siguiente proceso, por medio de un tambor preselector (fig . 11 .82A y B) . La máquina, después de acabada la primera carrera de trabajo, se pone, con una palanca de mando, en la posición de fuera ; al volver a acoplar los bloques de ruedas, se desplazan eléctrica o neumáticamente (fig . 11 .82C) a las posiciones previamente seleccionadas para el si guiente proceso de trabajo . El sentido de giro del husillo principal de trabajo puede también preseleccionarse con este mecanismo, por medio de dos embragues de giro en ambos sentidos y freno de parada (fig . 11 .82D) . Ambas funciones de arranque y parada se realizan en dos ciclos progresivos, lo cual evita toda brusquedad en el mecanizado de piezas de gran peso . Con objeto de que el proceso de acoplamiento se produzca sin ruido y sin desgaste de las rue309
m
z; =
P
z
Ó
P
b
'
Fig . 11 .83 Máquina programada por medio de tarjetas perforadas.
R..dás 563632 34 3660
m
cpm,
. 'Q'0 non 56-3631 34-36.40
n,1I50r,
135
Fig. 11 .84
n=340 rp.m .
Fig . 11 .82 A, dial del selector de velocidades; B, disposición del selector en el torno; C, interior de una caja de velocidades montada por un selector de velocidades ; D, mecanismo de doble embrague para el cambio de giro del eje . das dentadas, se han incorporado al mecanismo acoplamientos magnéticos y frenos . En los tornos de producción se puede, por ejemplo, planificar previamente el orden de sucesión de los necesarios acoplamientos sobre un tambor de maniobra con clavijas o con tarjetas perforadas (fig . 11 .83) . De acuerdo con este acoplamiento programado se acopla entonces, automáticamente para cada proceso de trabajo, la velocidad de corte más adecuada, el avance apropiado y el sentido de giro necesario . - Mecanismo de acoplamiento con carga . Como su nombre indica, permite el acoplamiento durante la marcha y a plena carga de la máquina . Todas las ruedas dentadas de los distintos escalones de números de revoluciones permanecen siempre engranados . La transmisión de fuerza se produce a través de acoplamientos electromagnéticos de láminas, que están adheridas a las ruedas dentadas . Actuando sobre determinados acoplamientos se obtiene, en la salida de fuerza, el número de revoluciones deseado . Este tipo de mecanismo, con acoplamientos electromagnéticos de láminas, se incorpora sobre todo en las modernas máquinas herramientas mandadas numéricamente .
EJERCICIO RESUELTO
Fig. 11 .85
Calcular las velocidades posibles de la caja de cambios de engranajes de la figura 11 .84, completando la tabla .
PROBLEMAS A RESOLVER
Problema 1 .°
Calcular el mínimo de revoluciones a que gira el eje principal n, de la figura 11 .85 . Problema 2.0 Calcular el número de revoluciones n, del eje principal que corresponde a cada una de las tres posiciones posibles de la palanca de cambio de marcha de la figura 11 .86 . Problema 3.1 (fig . 11 .87)
Fig. 11 .86
a) Calcular el número de dientes que corresponde a la rueda Z para que el eje principal n, gire a 984 r . p . m . b) Calcular el número de revoluciones que corresponde a cada una de las tres posieiones de la palanca de cambio de marcha .
31 0
Problema 4.°
Calcular las velocidades directas y reducidas de la caja de cambio de la figura 11 .88 .
11 .3 .1 .4 .3
Cambio de velocidades de ataque directo
recibe En lugar de recibir el movimiento a través de una polea, el husillo lo directamente desde un motor (fig . 11 .89) . evitar el camEn este tipo de montaje es normal colocar un embrague, para motor. La potencia marcha del sentido de la invertir el bio brusco, al parar o . Mede correas transmitida es superior, pues evita pérdidas por deslizamiento el inconcambio, tiene espacio pero, en diante este tipo de montaje, se ahorra superficie de la veniente de que las vibraciones del motor se transmiten a la finos. en trabajos ser inadmisible que puede pieza, lo
Fig . 11 .87
embrague
Fig . 11 .89
Fig . 11 .88
1-1 .3 .1 .4 .4
Esquema de una caja de velocidades de ataque directo.
Regulación del número de revoluciones sin escalonamiento
escalonaPara poder lograr una variación de velocidades progresiva sin modernos, los tornos más emplean, en y viceversa se menor a mayor mientos de y electrónico . variadores de velocidad de tipo mecánico, hidráulico, eléctrico manejados durante el de poder ser ofrecen la ventaja Estos mecanismos hay que otros sistemas que en los máquina, mientras de la funcionamiento parar la máquina para cambiar de velocidad . 11 .3 .1 .4 .4 .1
Fig . 11 .90 Acoplamiento progresivo sin escalonamiento por medio de poleas cónicas y correa plana,
Variadores de velocidad de tipo mecánico
Los principales tipos de mecanismos de variador de velocidad de sistema mecánico son : - Mecanismos con elementos tractores. - Mecanismos con ruedas de fricción . elementos En los tornos se aplican exclusivamente los mecanismos con estudian : continuación se versiones, que a en varias tractores elemento tractor 1 . Mecanismo de conos invertidas (fig . 11 .90) . En este sistema el conos iguales de revoluentre dos fuerza y movimiento (correa), que realiza la transmisión de consiguiención invertidos, se desplaza axialmente cuando está el mecanismo en movimiento, transmitir grandes podo en cada punto una velocidad distinta . Este mecanismo no sirve para no se emplea . tencias porque patina la correa . En la actualidad, ya para 2 . Accionamiento por discos cónicos (fig . 11 .91A) . Este sistema es apropiado elemento la transmisión de pequeñas potencias y para un número elevado de revoluciones . El flexible es una correa . axialmente Los pares de discos cónicos del eje motriz y del eje receptor son desplazables correa tralas poleas, la juntarse en una de de los discos, al Mediante el ajuste (fig . 11 .91 B) .
Fig. 11 .918 Funcionamiento de trabajo de un acoplamiento de discos cónicos .
~_¡l>_ 1' posición
2:' POSICIO,
correa trapezoidal
discos
árbol, de entrada
~_& , ~ l/ililir.M
Il
[/,¡punto de giro
6 árbol de salida
Fig. 11 .91A Mecanismo de accionamiento por discos cónicos.
pezoidal o plana se ve obligada a desplazarse hacia la periferia, mientras que en la otra, tiende a desplazarse hacia el centro (fig, 11 .91 B) . Esto se realiza con el mecanismo en pleno movimiento, con lo que se consigue variar los diámetros eficaces de las poleas y la relación de transmisión . Se fabrican para campos de variación hasta de 1 : 10, entendiendo por campo de variación la relación entre el número máximo y mínimo de revoluciones de salida . En la figura 11 .91 C se puede observar un esquema de aplicación y montaje en el cabezal de un torno y en la figura 11 .91 D la forma real de uno de los modelos fabricados . Ejemplo Fig . 11,91C Acoplamiento de un variador de velocidades : sin escalonamiento a un torno,
Un mecanismo cónicos (fig . 11 .92) y en - el eje receptor número máximo n 3
de regulación de velocidades sin escalonamiento por medio de discos tiene en el eje del motor un número de revoluciones n, = 1 500 r . p . m . o de salida un número mínimo de revoluciones n z = 450 r. p . m . y un = 3 600 r . p, m . Calcular el campo de variación .
Solución : n 3 : n2 = 3 600 : 450 = 8 Respuesta :
Fig. 11 .91D Forma real de un variador de velocidades : 1, plato cónico ; 2, tapa guía lateral; 3. tornillo de unión; 4. cuerpo central; 5, tornillo de unión al eje ; 6, cojinete guía ; 7, muelle helicoidal; 8, chaveta desli zante ; 9, engrasador.
8 : 1.
3 . Mecanismo ajustable sin escalonamiento PIV (fig . 11 .93A) . Consta de un soporte o carcasa, donde se apoyan los dos ejes de entrada y salida del movimiento . En un tercer apoyo se monta el husillo de regulación del mecanismo . En este mecanismo el elemento flexible, que sirve para transmitir el movimiento, es una cadena metálica articulada compuesta de laminillas colocadas en grupos, los cuales van montados unos a continuación de otros y unidos por pasadores (fig . 11 .9313) . Sobre una caja de chapa templada van montadas, transversalmente a la cadena, unas láminas de acero ; estas láminas son movibles y se desplazan, unas junto a otras, hasta ajustar en los estriados de las generatrices de los conos, dispuestos de manera que frente a una cara llena se presente un hueco (fig . 11 .93C) produciendo el giro de los conos . El modo de funcionar en el torno es el indicado en la figura 11 .931) . El mecanismo con cadena funciona libre de resbalamiento, sirve para transmitir potencias desde 0,5 a 20 CV . No debe acoplarse nada más que durante la marcha . El mecanismo de regulación puede ser manual (fig . 11 .93A) o movido por un motor independiente (fig. 11 .931)) . El desplazamiento manual (fig . 11 .93A) se consigue por medio de un sencillo mecanismo, compuesto de un husillo de rosca izquierda y derecha, que al girar separa o junta las tuercas ; este desplazamiento axial lo transmiten a los conos las dos palancas laterales que, al girar sobre un punto, hacen que un grupo de poleas se junte y el otro se separe, o viceversa . Los cuatro casquillos que empujan a los conos giran libres sobre los ejes en que van montados, mientras que los conos están enchavetados, pero pueden desplazarse axialmente sobre sus respectivos ejes . En la figura 11 .931) se puede observar la forma de funcionamiento y adaptación de este mecanismo a un torno moderno de producción . Las gargantas de las dos poleas están compuestas por varios sectores dentados, los cuales, mediante la ayuda de un servomotor montado en cada polea, pueden desplazarse radialmente . eje principal del torno
Fig . 11 .92
variación manual rosca izquierda
rosca derecha
a r ,o
i
punto de giro
oo~~t
del número de revoluciones
.o
ranuras
Fig, 11 .93 A, esquema del variador PIV; B, detalle de las correas; C, detalle de la forma de los conos ; D, variador de velocidad del árbol principal de un torno.
árbol de salida A
31 2
11 .3 .1 .4 .4 .2
Variador hidráulico
Como medio de presión se emplea normalmente el aceite . El conjunto consta (fig . 11 .94A), de un motor eléctrico que actúa sobre una bomba volumétrica (10) de cilindrada regulable (unidad primaria) por la acción manual de un volante (figs . 11 .9413, C, D y E), que descentra el aro (2) haciendo que mayor se llenen de aceite los espacios que dejan libre los pistones (9) . Cuanto volumétrica (11) bomba sea el descentrado, mayor presión enviará a la segunda montadas en cilindrada fija . Ambas van hidromotor) de (unidad secundaria o in(14), en cuyo eje distribuidor carcasa (1), unidas por un interior de una el terior van dos conductos de entrada y dos salidas de aceite de la bomba (10) al hidromotor (11) en circuito cerrado. Una bomba auxiliar de paletas (17) alimenta constantemente a la bomba (10) con aceite procedente del depósito ; en el circuito hidráulico (fig . 11 .94F) se instalan dos válvulas antirretorno (una para cada conductor) . El varíador transmite la energía mecánica del motor, a través del eje de entrada (19), con velocidad fija, al de salida (20) con velocidad variable en un sentido de giro u otro . Pero el inconveniente que tienen estos mecanismos es el de que, con la variación del número de revoluciones, varía también notablemente el rendimiento de la máquina, disminuyendo sensiblemente su potencia cuando el número de revoluciones es pequeño . Fig. 11 .948 Bomba volumétrica de aceite : 1, carcasa; 2, aro desmontable ; 3, conductos de entrada de aceite ; 4, conductos de salida de aceite; 5, tubo de aspiración de aceite ; 6, cilíndrada graduable de aceite ; 7, volante; 8, tornillo para graduar la excentricidad; 9, pistones ; 10, cuerpo de la bomba volumétrica (bomba principal) ; 11, hidromotor o bomba secundaria ; 12, motor eléctrico; 13, polea ; 14, árbol distribuidor ; 15, tornillos para evitar el giro del aro; 16, cáncamo de elevación y transporte ; 17, bomba auxiliar, 18, base ; 19, eje de entrada ; 20, eje de salida.
Fig . 11 .94D
11 .3 .1 .4 .4 .3
Conjunto en sección .
Fig. 11 .94E
Fig . 11 .94A Esquema del mecanismo de un variador de aceite a presión : 1, motor; 2, bomba volumétrica secundaria ; 3, corriente de aceite; 4, bomba secundaria ; 5, recipiente de aceite.
Fig . 11 .94C hidromotor .
Conjunto en perspectiva .
Variador eléctrico
Modernamente, se emplean estos sistemas predominantemente en grandes máquinas herramientas . Son de coste algo elevado . Se emplea, con especial frecuencia, la conexión Leonard (fig . 11 .95A) . Consiste esencialmente en un motor trifásico que recibe la corriente trifásica de la red y está acoplado a una dínamo, de corriente continua . La corriente continua, así producida, acciona un motor de corriente continua (fig . 11 .9513) regulable sin escalonamiento alguno ; puede modificar la velocidad entre ciertos límites del orden de 1 a 100 y se logra variando la tensión del inducido . Si aún se desean ampliar más esos límites, se puede actuar además sobre el campo magnético. Modernamente se está empleando también el variador de velocidad recon gulable por corrientes parásitas (figs . 11 .96) que lleva acoplado un motor 31 3
Bomba secundaria
Fig . 11 .94E
o
Esquema de funcionamiento.
motor de corriente continua
red de trifásica
B
motor de corriente trifásica
rodillo de maniobra (controla)
máquina excitatriz
Fig . 11 .95 A, accionamiento Leonard para variador de velocidad, B, motor trifásico de corriente continua : 1, tapa cojinete; 2, tornillo ; 3, retenes ; 4, tapas ; 5, arandela ; 6, rotor ; 7, estator; 8, carcasa; 9, cuña; 10, bobinado ; 11, ventilador; 12, cojinete ; 13, eje; 14, retenes .
tambor accionado por el motor trifásico
soporte bobina bobina excitación de campo fijo generador tacométríco eje de salida
Fig . 11 .96
transformador de intensidad tiristor
motor
lámpara
B cuadro de mandos
Fig.
11 .97 A, variador electrónico ; B, esquema .
Variador eléctrico de velocidad.
rotor de jaula de ardilla y proporciona, en su salida, cualquier velocidad que se encuentre entre cero y la máxima del propio motor : 750, 1 500 ó 3 000 r. p. m. No hay acoplamientos mecánicos, ni anillos rozantes, colectores y escobillas . La bobina de excitación del variador o el soporte de la misma están unidos y sujetos a un extremo de la carcasa . El rotor con polos en forma de U, montado en el eje de salida, gira concéntricamente alrededor de la bobina de excitación . Varios entrehierros separan mecánicamente los rotores de la bobina de excitación, la cual genera un flujo magnético que, circulando por los rotores, hace que pueda transmitirse el par motor al eje de salida . Variando la excitación de la bobina inductora, el par de arrastre del variador cambia proporcionalmente y, por tanto, la velocidad de salida del mismo. El eje de salida del variador lleva montado un generador tacométrico que proporciona una corriente alterna proporcional . Esta señal es aprovechada por la unidad de control para ajustar la velocidad de salida entre los límites deseados independientemente del par resistente . La potencia a transmitir con estos tipos de variadores oscila entre 0,75 CV y 100 CV . 11 .3 .1 .4 .4 .4
Variador electrónico
También se emplean en máquinas herramientas los variadores electrónicos . En la figura 11 .97A y B puede verse la forma exterior y el esquema de este tipo de variadores . Existen variadores de solución mixta : variador electrónico-variador mecánico . 11 .3 .1 .4 .5
Elementos principales del cabezal Todos los elementos que componen el mecanismo del conjunto del cabezal tienen su importancia, pero esencialmente se pueden reducir a: - la caja o zócalo ; -- el eje principal; - los cojinetes y rodamientos ; - los engranajes . Fíg. 11.98
Carcasa de una caja de velocidades,
11 .3 .1 .4 .5 .1
La caja o zócalo (fig . 11 .98) La caja es el armazón donde se apoya todo el conjunto de mecanismos ; va sujeta a la bancada mediante tornillos .
314
Suele ser de fundición y de tales dimensiones que pueda alojar los demás elementos para que, durante el funcionamiento, no se produzcan deformaciones ni vibraciones. Los alojamientos del eje principal y eje secundario de los engra najes deben estar perfectamente alineados con las guías de la bancada. Esto se logra con una fabricación esmerada en una mandrinadora de precisión o previniendo un sistema de alineación . El cabezal está fijado a la bancada por medio de tornillos (fig . 11 .99) . La precisión ideal es la que asegure el paralelismo del eje con las guías de la bancada . - Dispositivo para colocar el eje del cabezal paralelo a la bancada. Si el cabezal va apoyado sobre los prismas de la bancada, el eje del cabezal debe quedar de fábrica paralelo a la bancada . Si, por defecto de construcción o por cualquiera otra causa, no lo estuviera, debe rasquetearse convenientemente el ajuste del cabezal hasta que quede paralelo . La bancada de los tornos en que el cabezal apoya en una superficie plana, lleva un dispositivo regulable por medio de tornillos en uno o en los dos extremos (fig . 11 .100). Si los tornillos los lleva exclusivamente en la parte posterior del cabezal, solamente se podrá graduar en inclinación (fig . 11 .101) y si los lleva en las dos partes, se podrá graduar en inclinación y en desplazamiento transversal (fig . 11 .102).
tornillos de regulación
cabezal bancada
Fig. 11 .100 Regulación del paralelismo del cabezal.
cabezal
eje del torno eje del torno
Fig. 11 .99 Forma de sujeción del cabezal a la bancada,
11 .3 .1 .4 .5 .2
Fig.
11 .101
Regulación
eje del cabezal
en
inclinación .
Fig. 11 .102 Regulación ción y transversal .
en inclina-
Eje principal
Es el mecanismo que más esfuerzos realiza durante el trabajo ya que está sujeto a esfuerzos de torsión y axiales . Se fabrica de acero tratado al cromoníquel ; debe ser robusto y estar perfectamente guiado por casquillos o roda mientos para que no haya desviaciones radiales y axiales, ni vibraciones . Para facilitar el trabajo en barras largas suele ser hueco en toda su longitud (figura 11 .103A) ; en la parte anterior, llamada cabeza del husillo, lleva un cono Morse interior, perfectamente rectificado, para poder adaptar el punto y servir de apoyo a las piezas que se han de tornear entre puntos . En el mismo extremo, concéntrico con el alojamiento del punto y por su parte exterior, debe llevar un sistema para sujetar el plato portapiezas . Los sistemas pueden ser varios ; a continuación se describen los principales : 1 . Cabeza del husillo roscada. La cabeza de este eje se compone de valona o pestaña de asiento, espiga de guía y rosca, según DIN 800 (fig . 11 .103B) . Tiene el inconveniente de que, al cambiar el sentido de giro de forma brusca, puede aflojarse. El contraplato del plato universal o el plato de arrastre se ajusta al eje de forma concéntrica al husillo por medio de la rosca, y un ajuste de precisión deslizante de la guía con el alo jamiento del contraplato hasta hacer tope en la pestaña (fig . 11 .103C) . El contraplato tiene un alojamiento que ajusta sin juego y concéntricamente en una caja labrada en la parte posterior del plato del torno de modo que, cuando ambas piezas quedan unidas por medio de tornillos, pueda girar el plato centrado con exactitud. Hay que procurar limpiar y engrasar bien las roscas y los asientos para evitar se introduzcan restos de viruta, ocasionando el agarrotamiento de los mecanismos . Este sistema se utiliza cada día menos y solamente en tornos antiguos aún en servicio . En los tornos de nueva fabricación se emplean los procedimientos que a continuación se
alojamiento para el plato
contraplato
8
plato
describen.
2. Sistema de boquilla cónica (fig . 11 .104A y B) . El cono exterior de la nariz o cabeza del husillo principal es el que sirve de guía de centrado al ajustar concéntricamente en el alojamiento cónico del contraplato. Se mantiene en posición de trabajo por medio de una cha veta que sirve de guía y evita el giro ; un collar de acoplamiento, que gira libre entre el reborde y la cabeza del husillo, al roscar en el contraplato hace que se desplace éste en sentido axial, produciendo, así, la unión. El collar en la periferia exterior suele ir moleteado para facilitar la entrada a mano en el momento de iniciar la unión; después se aprieta con una llave de gancho que se introduce en las ranuras que lleva el anillo ; esta operación debe hacerse con la posición de las palancas de la caja de velocidades en la mínima velocidad para evitar que gire el eje al apretar el collar.
31 5
Fig. 11 .103
A, eje principal de un torno; B, despiece del acoplamiento del plato por rosca; C, conjunto del plato acoplado por rosca.
3.
Sistema de
según
fijación, DIN 55 022 (fig . 11 .105). En este sistema el acoplamiento del contraplato al husillo principal se realiza a través de un cono corto (1 : 4), unos orificios y una chaveta para evitar el giro ; estos elementos van mecanizados tillo que forma parte del en una brida o plahusillo . En la parte posterior del anillo va un disco, de bayoneta con unas ranuras rasgadas, que sirven de alojamiento a los cuatro tornillos bulón que, por el otro extremo, van roscados al contraplato . Se introduce el conjunto contra plato -plato en el platillo indicado y se giran hasta que haga tope en el final de las ranuras rasgadas, y en ese momento se aprietan los tornillos, con lo que se consigue la unión de forma concéntrica del conjunto . Este tipo de construcción presenta las ventajas de que el cuerpo de sujeción de piezas no puede soltarse y de que la pieza a trabajar queda más próxima al cabezal.
B
5 Fig. 11 .104 Acoplamiento del plato por medio de cono y rosca . A, despiece : 1, conos macho y hembra de centrado ; 2, chaveta y chavetero de posic%namiento ; 3, collar moleteado para unión del plato a! eje del torno; 4, ranuras de apriete. B, conjunto : 5, cabeza del husillo ; 6, juego libre,
Fig, 11 .105
ranura rasgada
Fijación del plato según DIN 55 022 : A, forma de !a cabeza de! eje; B, despiece .
4. Sistema de cono y tornillo frontal (fig . 11 .106). Es una variante con la diferencia que los del caso anterior, tornillos tipo AIlen se introducen por la parte anterior del plato y roscando en la cabeza del husillo principal,
5.
Sistema de
cono y tornillo radia/ (fig . 11 .107) . Se diferencia de los anteriores en que la sujeción del grupo contraplato-plato al cono se realiza por medio de tornillos radiales . portaplato
torn~ue~
u
detalle A pivote gula
0
Fig . 11107 . Sujeción por cono y tornillos radiales.
6. Sistema Camlock, combinado de cono, pivotes de guía y fijación radia/ (fig . 11 .108). Como puede apreciarse por las fotografías y el dibujo en sección, se introduce el plato en el eje del cabezal guiado por los pivotes ; una vez dentro, se sujetan con los cilindros pequeños colocados de forma radial en la periferia de la cabeza del husillo .
7.
Fig. 11 .106 Despiece de la sujeción por cono y tornillos frontales.
-
Sujeción por medio
del cono Morse interior. El husillo principal, tera, tiene mecanizado en su parte delanun cono Morse interior (fig . 11 .109) cuyo tamaño depende de las dimensiones del torno. Tiene como finalidad acoplar platos, como los de la figura 11 .110, por medio de un tirante . La finalidad principal es la de alojar un punto fijo, para realizar el arrastre de las piezas (fig . 11 .111) ; también puede emplearse para la sujeción de porta-brocas (figura 11 .112), topes de situación de piezas (fig . 11 .113A y B), colocación de mandriles rectificados (fig . 11 .114) para la verificación del cabezal y otros muchos usos. Para que se puedan
Fig. 11 .108 Sujeción por pivotes-gulas: A, despiece ; B, forma de conjunto . acoplamiento ; C,
31 6
i i
3
. t
tirante
cono de reducción
Fig. 11 .110 Sujeción de útiles por medio del cono y tirante.
Fig. 11,111 Aplicación del cono interior para el arrastre de piezas. Fig. 11 .109 Sujeción de piezas por medio de cono Morse interior.
pieza
Fig. 11 .114 Verificación del cabezal. ope fijo
A
Fig. 11 .112 Sujeción del portabrocas por medio del casquillo de reducción.
tuerca
varilla
Fig. 11 .115 Forma de expulsar el punto.
acoplar los diversos tipos de conos Morse se emplea una pieza complementaria llamada cono de reducción o manguito, y más vulgarmente camisa (fig . 11 .109). Para expulsar el punto se sujeta la extremidad puntiaguda con una mano y con el auxilio de un trapo, se da un golpe seco con la varilla metida por el agujero del husillo (fig . 11 .115) . 11 .3 .1 .4 .5 .3
Cojinetes y rodarníentos
En el conjunto montado de los ejes de la caja de velocidades, los cojinetes y rodamientos tienen una gran importancia, ya que de ellos depende, en gran parte, que el movimiento sea suave, sin vibraciones y sin pérdidas considerables de fuerza . Los rodamientos tienen también como misión mantener el eje en posición exacta durante el trabajo (fig . 11 .116) .
Fig. 11 .116 paralelo .
tope
c
pieza
Fig. 11 .113 Diversas aplicaciones del casquillo de reducción: A, para colocación de tope de piezas ; B, para tope regulable; C, para tope flexible,
Disposición de los rodamientos en el husillo de un torno
Si los cojinetes no son de calidad, o el montaje no es correcto, producen vibraciones e inexactitudes que se reflejan en la superficie trabajada de la pieza. Esto se evita con los cojinetes lisos de bronce (fig . 11 .117) y los rodamientos de bolas o rodillos de precisión . 1 . Montaje del eje sobre cojinetes de bronce, Los cojinetes se construyen con el mejor bronce fosforoso . Deben ser ajustables, para así poder suprimir el juego que inevitablemente se produce, después de un trabajo prolongado . Generalmente se hacen cónicos sólo exteriormente (fig . 11 .117) para ejes de asiento cilíndrico, y también interiormente (fig . 11 .118) para ejes que tienen una parte cónica próxima a la cabeza . Así, para poderlos ajustar, se les prac31 7
5
1
Fig. 11 .117 Montaje del eje del cabezal con cojinetes de bronce. A, forma de casquillo ; B, mecanismos de corrección de holguras: 1, eje del torno; 2, parte fija del torno; 3, rosca para el engrasador; 4, ranura de engrase; 5, casquillo ranurado de bronce ; 6, tuerca ; 7, contratuerca.
Fig. 11 .118 Cojinete de bronce, cónico interior y exterior para husillos que terminan en cono.
rodamientos
tica tres ranuras, una de las cuales penetra hasta el interior y las otras dos no (fig . 11 .117A) ; y en sus extremos se roscan dos tuercas, por medio de las cuales se puede hacer que los cojinetes entren o salgan en su alojamiento, obteniendo así la disminución o aumento de su diámetro interior (fig . 11 .119) . Se utilizan casi exclusivamente cojinetes cónicos por fuera y cilíndricos por dentro ; en este caso, para resistir las presiones en el sentido axial del eje se emplean generalmente cojinetes axiales de bolas (fig. 11 .119) . La presión axial es recibida por un rodamiento axial de bolas P, al final del husillo, y el juego longitudinal se corrige con la ayuda de las tuercas 1 y 2 . Las tuercas 3, 4, 5 y 6 sirven para corregir el desplazamiento axial de los cojinetes de bronce, al mismo tiempo que cierran de diámetro y suprimen la holgura radial . 2 . Rodamientos de rodillos cónicos y cilíndricos . A consecuencia de las grandes velocidades de rotación que exigen las herramientas de metal duro, los cojinetes lisos de bronce que soportan el eje principal del torno van siendo sustituidos, cada vez más, por rodamientos de rodillos cónicos (fig . 11,120A), y, en tornos de precisión, por cojinetes cilíndricos con doble hilera de rodillos (fig . 11 .12013) ; en otros casos, se monta un sistema mixto (fig . 11 .121) . En todos ellos se puede corregir los juegos en la dirección longitudinal y radial del husillo .
Fig . 11 .119 Montaje del husillo de un torno con cojinetes de bronce, A
Fig . 11 .120 Esquema de montaje de rodillos cónicos en husillo de torno : A, con rodillos cónicos ; B, de rodillos cilíndricos .
11 .3 .1 .5
tuerca
Fig. 11 .121 Esquema de montaje del eje principal con rodamientos cónicos y cilíndricos .
Contrapunto o contracabezal (fig . 11 .122) El contracabezal o cabezal móvil es, junto con el cabezal fijo, el segundo soporte de la pieza, cuando ésta se trabaja entre puntos . Se desliza sobre la bancada ; el eje de simetría del manguito o caña debe estar rigurosamente a la misma altura que el eje del cabezal y en línea con él (fig . 11 .122A) . Se utiliza también como soporte de útiles (fig . 11 .1228), para taladrar (fig . 11 .122C), escariar (fig . 11 .122D), roscar (fig . 11 .122E), etc. Sólo tiene un movimiento de avance longitudinal en dirección a la nariz del eje del cabezal; este movimiento normalmente se hace a mano, mediante el volante (12) . En los contrapuntos neumáticos se consigue automáticamente . palanca
1
101
Fig . 11 .1228 Utilización del cabezal móvil para sujetar útiles .
~1111 -- _---.
IN" tornillo
Fig. 11 .122A Cabezal o contrapunto . Comprobación de la alineación de los ejes del cabezal y contracabezal: 1, graduación en altura ; 2, graduación lateral; 3, comparación en altura ; 4, verificación de concentricidad,
Fig.
11,122C
Sujeción
del portabrocas.
Fig . 11 .122D Escariado en el torno con apoyo en la contrapunto .
11 .3 .1 .5 .1
Mecanismos de que se compone el contracabezal Consta de dos piezas de fundición, de las cuales una (1) se desliza sobre la bancada y la otra (2) puede moverse transversalmente sobre la primera, mediante uno o dos tornillos (3 y 4) . Ambas pueden fijarse en cualquier punto de la bancada mediante una tuerca (5), o por medio de una excéntrica (fig . 11 .123) . La pieza (2) tiene como misión alojar el mecanismo de traslación y blocaje de la caña (8) . En su parte superior tiene un agujero cilíndrico, perfectamente paralelo a la bancada, y a igual altura que el eje del cabezal. En dicho agujero ajusta suavemente un manguito o caña (8), cuyo interior, en la parte delantera, termina en un cono Morse para alojar el punto (9) . En el otro extremo va fija a la caña una tuerca de bronce (10) . En esta tuerca entra el husillo (10), que puede girar mediante el volante (12) ; como este husillo no puede desplazarse axialmente, ya que se lo impide la pieza (13) y el pasador (14), al girar el vo31 8
seccib . A-B
Fig. 11 .122E Fileteado con macho en el torno con apoyo en el contracabezal, Fig. 11 .123
Blocaje del contrapunto por medio de una excéntrica,
(8) tiene que ¡ante, que va unido al husillo por medio del pasador, el manguito izquierda o entrar o salir de su alojamiento, según se gire el volante hacia la longituuna ranura manguito gire, se hace hacia la derecha. Para evitar que el manguito, quecaña) del evitar se salga la lo largo (para dinal (15), casi a todo blodando guiado por una chaveta (16) fija a la pieza (2). El manguito puede (17) . de la palanca mediante el aprieto carse en cualquier punto de su recorrido
Fig. 11 .124 Referencia de desplazamiento de la contrapunta,
Desplazamiento lateral de la pieza superior (fig . 11 .124) derecha, Se afloja levemente la tuerca (5) ; si se desea desplazar hacia la desplazarlo si se desea viceversa, se aprieta el (3) ; y se afloja el tornillo (4) y hacia la izquierda . 11 .3 .1 .5 .2
de dos señales La comprobación del desplazamiento se realiza midiendo la separación .125). de reloj (11 pálmer o comparador (fig . 11 .124) o por medio de un
Blocaje y desblocaje de la caña blocar Para situar las piezas entrepuntos, para taladrar, etc., se requiere indicaremos sistemas ; Existen varios frecuencia . la caña con cierta y desblocar los más principales . - Por flexión de la parte superior (fig . 11 .126) . - Por desplazamiento axial de una tuerca (fig . 11 .127) . - Por desplazamiento axial de una arandela (18) (fig . 11 .122) . 11 .3 .1 .5 .3
palanca de fijación,
Fig. 11 .125 Graduación del desplazamiento de la contrapunta por medio del micrómetro y comparador de reloj.
pieza cilíndrica
Fig. 11 .128 Graduación de la caña para el avance longitudinal. tambor
caña
Fig. 11 .126
Sujeción por flexión.
11 .3 .1 .5 .4
Desplazamiento de la caña
tuerca
tomillo
Fig. 11 .127 Sujeción por desplazamiento axial de tuerca .
Ya se explicó antes el mecanismo de desplazamiento . Para graduarlo, la consiste en caña tiene una división en milímetros (fig . 11 .128) . Otro sistema (fig . 11 .129), cuya del husillo en el extremo graduado, incorporado un tambor apreciación suele ser de 0,05 mm .
referencia
Fig. 11 .129 Tambor graduado para la regulación del avance transversal .
Fijación del cabezal móvil a la bancada También existen varios sistemas de mecanismos para este fin ; el más universalmente empleado es el de la figura 11 .130 . 11 .3 .1 .5 .5
Alineación de la caña de la contrapunta con el eje de la cabeza . Se desy se complaza hacia la izquierda o derecha, según se indicó anteriormente (4). 11 .122A (3) y prueba como indican las figuras 31 9
sujeción Fig. 11 .130 Forma de bancada. a la contrapunta la
de
11 .3 .1 .5 .6
Desplazamiento automático
Cuando se realizan trabajos en serie es conveniente que la caña del contrapunto se desplace automáticamente. - Por medio mecánico (fig . 11 .131) . - Por un sistema hidráulico o neumático (fig . 11 .132A y B) .
varilla de accionamiento mecánico
Fig . 11 .131 Dispositivo mecánico para el desplazamiento de la contrapunta .
Fig. 11 .132 Dispositivo hidráulico para el desplazamiento de la contrapunta : A, forma real; B, esquema de funcionamiento.
11 .3 .1 .5 .7
Fig. 11 .133
Punto giratorio.
Acoplamiento del punto giratorio Para evitar el tener que estar engrasando continuamente el punto fijo, se emplean los puntos giratorios con dos principales variantes: - Independiente del contracabezal (fig . ,11 .133) que se puede montar y desmontar y se emplea para piezas normales y de pequeño tamaño . - Formando un mismo cuerpo con el contracabezal (fig . 11 .134) ; se utiliza para piezas de mucho peso . 11 .3 .1 .6
Mecanismos para la obtención de avances Como la herramienta está sobre los carros, el avance se obtiene moviendo éstos. Este movimiento se consigue de dos formas : a mano o automáticamente. Para el movimiento a mano, los carros están dotados de los mecanismos y mandos convenientes, como se verá más adelante . Para el avance automático, es preciso transmitir el movimiento desde el cabezal a los carros, por medio de una cadena de mecanismos, compuesta de (fig . 11 .135) : - Sistema de inversión del sentido de giro de los ejes . - Engranajes de transmisión de la lira o guitarra . - Caja de cambio para avances. - Ejes de cilindrar y roscar . - Mecanismos de los carros .
B
inverso,
G,
" '~\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\~~\~~Vpp~
Fig, 11 .134 Punto giratorio formando una misma pieza con el contrapunto,
tren ' Fí I I l3' i-~`"----~! v \-4 ',/ V v U V V V de ruedas " t i w 1 pn de la lira husillo de roscar caja de avances
Fig. 11 .135
Mecanismos para la obtención de los avances.
11 .3 .1 .6 .1
Mecanismo de inversión Se emplea para invertir el sentido del movimiento del avance de cilindrar o de roscar . Puede hacerse por medio de un sistema de engranajes desplazables de embrague, por medio de un sistema de engranajes basculantes o por inversor de ruedas cónicas. Fig, 11 .136 A, tren desplazable para inversión ; B, aplicación al cabezal de un torno; C, tren inversor por medio de eje desplazable .
1 . Trenes desplazables . Algunas veces se disponen los engranajes de tal manera que se pueden desplazar una o más ruedas a lo largo de su eje, para que engranen a voluntad con distintos engranajes . Este mecanismo constituye un tren desplazable . Por este sistema se puede variar el sentido de giro (fig . 11 .136A y B) y también hacer que el movimiento se transmita a uno u otro eje (fig . 11 .136C) cambiando, a su vez, el sentido de giro .
32 0
2 . lnversor por acoplamiento . Una palanca hace desplazar un acoplamiento o embrague (fig . 11 .137A) que produce el engrane de una rueda u otra, con lo cual cambia el sentido de giro . En la figura 11 .137[3 se presenta un inversor de doble embrague, con desplazamiento neumático . posición 3
posición 2
A
B posición 1 = punto muerto
Fig. 11 .137 A, inversor por medio de embragues de dientes : 1, posición de punto muerto ; 2, primera posición de giro; 3, segunda posición de giro; B, lnversor neumático de doble embrague. 3 . Tren basculante . El tren basculante está constituido normalmente por tres engranajes dispuestos sobre un bastidor que puede girar, inclinándose más o menos por medio de una palanca sobre un eje (fig . 11 .138A y B) ; con ello se hace variar el sentido de giro . 4 . lnversor de ruedas cónicas . En este mecanismo existen dos ruedas cónicas, que giran locas sobre el mismo árbol donde van montadas . Se mueven en sentidos opuestos, ya que engranan simultáneamente con una tercera rueda cónica dispuesta a noventa grados con las primeras . Al desplazarse axialmente el acoplamiento hace que transmita el movimiento una u' otra rueda (fig . 11 .139) . Este mecanismo se emplea mucho en las fresadoras . 11 .3 .1 .6 .2
Engranajes de transmisión de la Pira o guitarra
(fig . 11 .140A)
palanca
Para transmitir el movimiento desde el último eje del mecanismo de inversión hasta los ejes de cilindrar y roscar o hasta la caja de cambios para avances, se emplea un tren de engranajes . Como las velocidades de los avances han de poder variarse a voluntad, este tren de engranajes tiene sus diversas ruedas intercambiables . La primera rueda conductora va en el eje del mecanismo de inversión ; la última conducida va en el eje de ataque de la caja de cambios para avances : las demás van en unos ejes cortos que se acoplan a las ranuras de una placa especial llamada lira o guitarra . El número de engranajes, cómo mínimo, es de tres (tren simple) (fig . 11 .140[3) ; pero puede serlo de cuatro (tren compuesto) (fig . 11 .140C), cinco (tren mixto) (fig . 11 .140D), seis y aun siete . Dichos engranajes se eligen entre los que pertenecen a un juego que todos los tornos llevan consigo . Suele comenzar en la de veinte dientes y va aumentando de cinco en cinco hasta ciento veinte y, además, la de ciento veintisiete . Esto es importante tenerlo en cuenta para cuando se hagan problemas de cálculo de ruedas para roscar . Cuando se tenga que cilindrar con mucha frecuencia, pueden eliminarse las ruedas y transmitir el movimiento por poleas y correas (fig . 11 .141) . Resulta muy práctico para las velocidades grandes, obteniéndose una transmisión más silenciosa ; pero no sirve para roscar . Para evitar pérdidas de tiempo, al cambiar las ruedas, se recomienda un cuidado especial para mantener en perfecto estado los ejes, casquillos, chavetas y elementos de fijación, así como en perfecto orden las ruedas de recambio . 11 .3 .1 .6 .3
Caja de cambios para avances
El mecanismo de avance hace posible el avance automático y regula su magnitud . Como el cambio de ruedas en la lira resulta una operación lenta y engorrosa, la mayoría de los tornos tiene, en la parte anterior de la bancada, una caja de cambios, más o menos compleja, para obtener diversas velocidades a su salida, sin cambiar las ruedas de recambio . Uno de los mecanismos más empleados es el Norton . 321 21 .
Tecnología 2.1
Fig. 11 .138 lnversor de engranajes por palanca basculante : A, forma de funcionamiento ; B, disposición en el torno .
posición
posición 2
1
!,
e,e embrague
A
a L. TMr,,
"W`I
Fig. 11 .139 lnversor de ruedas cónicas : A, punto muerto ; B, primera posición de giro ; C, segunda posición de giro.
rueda conductora eje del inversor
conductora
conductora
I _ 1 T' iintermedia
B
conductora
intermedia
.
conducida( 1~+.) ÍÍ arandela detalle B la rueda y el eje giran juntos detalle A giro libre de la rueda
A
o
Fig. 11 .140 A, /ira o guitarra con el montaje de ruedas; B, tren simple de tres ruedas ; C, tren compuesto de cuatro ruedas ; D, tren compuesto de cinco ruedas .
1 . Mecanismo de engranajes Norton (fig . 11 .142) . Tiene como misión hacer que gire a diverso número de revoluciones el eje de cilindrar o el husillo de roscar, cuando se desplaza el balancín de una posición a otra . La regulación de transmisión del número de r . p . m ., y con ello el avance, se obtiene mediante el grupo de engranajes escalonados y el desplazamiento de unas ruedas montadas en el balancín . Se reconoce por llevar en el exterior de la caja de los mecanismos una serie inclinada de agujeros en los que se apoya, según corresponda, el pivote de la palanca del balancín . Problema Calcular el número de r . p . m . a que gira el eje A de la figura 11 .142C, en cada una de las posiciones del balancín . Fig,
11 .141 Transmisión del movimiento para el cilindrado. inversor guitarra ?8?7?6
engranajes . escalonados /
husillo de roscar
t = desacoplar " husillo de cilindrar
Fig. 11 .142A
2 = desplazar 3 = acoplar
Perspectiva de caja de avances Norton.
Fig. 11 .1428
-o.-
Esquema de funcionamiento,
Fig . 11 .142C
2 . Mecanismo de chaveta móvil (fig . 11 .143A) . En este mecanismo los engranajes son fijos y se hace que engranen unos con otros por medio del desplazamiento de una chaveta . Problema Calcular el número de r . p . m . a que gira el eje A de la figura 11 .143B, en cada una de las cuatro posiciones de la chaveta . 3 . Sistema mixto (fig . 11 .144) . Está compuesto de los dos sistemas anteriores . Tres piñones cuya relación es 2 :1, 1 :1 y 1 :2, forman un grupo y están unidos y enchavetados al eje l y a un conjunto escalonado, compuesto de siete ruedas que giran locas . El eje 11 es un árbol intermediario, sobre el cual van tres engranajes, asimismo locos . Estos están siempre unidos a los anteriores . Uno cualquiera de estos engranajes puede convertirse en solidario
322
1
.
=C
LI
o,
WIN w_,
GH
con el árbol /1 por medio de la chaveta corredera maniobrada por una palanca selectora Y, por medio de una cremallera y un piñón. El balancín Z lleva dos piñones P y H, que engranan conjuntamente ; P puede deslizarse a todo lo largo del árbol l// por medio de una chaveta. La acción de la palanca Z une el intermediario H con uno cualquiera de los siete piñones del cono escalonado . El árbol ///transmite su movimiento a la barra de roscar F o a la de cilindrar G, por medio de un embrague accionado por la palanca A . Así, para una velocidad del árbol /, el árbol 11 puede recibir tres velocidades distintas y, a su vez, transmitirlas al cono escalonado de engranaje, según transmita uno u otra de las ruedas solidarias al eje 11 . Por otra parte, el árbol 111 puede recibir seis velocidades distintas, proce dentes del cono de engranajes, ya que el piñón H del balancín puede engranar con seis ruedas diferentes del cono . En consecuencia hay, en total, para cada velocidad del eje 1, dieciocho velocidades, transmitidas independientemente al husillo patrón para la realización de pasos de roscas o a la barra de cilindrar para los avances.
Fig. 11 .143A Caja de avances con sistema de engrane por medio de chaveta desplazable : E,, eje de roscar; E2, eje de cilindrar; J, K, L y M, bloque de ruedas enchavetadas ; F, G, H, I, independientes con la posibilidad de unirse al eje por medio de la chaveta desplazable ; D, chaveta desplazable; A, cremallera desplazable; B, piñón; C, pieza de unión entre la cremallera y la chaveta,
Ejemplo La cadena cinemática y las relaciones de velocidad se establecen, en el caso de la figura 11 .144A, estando la palanca en la posición Y, de la forma siguiente: Posición 1 de la Norton
__
R
F
1 1
1 2
x
21 36
x
- _21 72
-
= 0,2916
24
Posición 2 de la Norton
__
R F
1
x
1 2
x
24 36
=
24 72
= 1 = 0,333 3
1 1
x
1
x
27 36
=
2 72
_ _3 8
1
Fig
Posición 3 de la Nortonn
R
_ _
F
2
= 0,375
Posición 4 de la Norton _R F
1 1
x
1 1
x
1
2
x
30 36
-
30 72
=
5
= 0,4166
x
3 36
=
33 72
_
11 24
= 0,4583
12
Posición .5 de la Norton _ _
R F
1 2
Posición 6 de la Norton
R
F
_
1
1
x
1
2
x
36_ 36
=
36 72
=
1 2
= 0,5
Posición 1 de la caja Norton Para cada vuelta del eje 1 de la lira el eje 11, unido al husillo de roscar, gira vuelta y desplazará el carro
24
_7 24
de
del paso, o sea :
1 vuelta del husillo 6 mm . 24
vuelta del husillo P. mm . PC
=
24 1
6
= 1,75 mm
323
11 1438
Posición 2 de la caja Norton x 6
3
PC =
1
=2 mm
Posición 3 de la caja Norton P
_3 8
C =
x 6
= 2,25 mm
1
Posición 4 de la caja Norton
PC
12
=
6
1
=2,50 mm
Posición 5 de la caja Norton 11
PC a
24
=
x 1
6
= 2,75 mm
Posición 6 de la caja Norton
En la posición Z de la palanca de la chaveta móvil el valor de paso queda dividido por 2 (ver tabla 11 .144B) . Tabla 11 .144 B Posiciones ` c Fig. 11 .145 Moderna caja de avances : A, vista interior; B, tapa ; C, posición de las palancas en el torno .
Y
1
2
3
4
5
6
0,875
1
1,125
1,25
1,375
1,50
1,75
2
2,25
2,50
2,75
3
3,50
4
4,50
5
5,50
6
Y en la posición X los valores quedan multiplicados por 2. Como puede observarse, se consiguen 18 pasos distintos. 4. Modernas calas de cambio . Facilitan el trabajo mediante una sencilla maniobra de palancas que permiten establecer los avances y los pasos de roscar y cilindrar. Van frecuentemente montados en dos cajas cerradas llenas de aceite . En la figura 11 .145A, B y C puede verse una de ellas, con la que se consigue avances de cilindrado desde 0,06 a 1 mm, y avances de refrentar de 0,03 a 0,5 mm . Ejemplo
montaje para paso inglés
montaje
Con la caja de avances de la figura 11 .146 pueden realizarse 24 pasos métricos y 24 pasos Whitworth, por la simple maniobra de palancas sin cambios de ruedas sobre la lira . Los pasos modulares, función de ,r, son igualmente posibles de realizar mediante simple colocación de dos ruedas sobre la lira, de 75 y 94 dientes. 5. Anulación de la caja de avances . Para efectos de cálculo de ruedas, interesa mucho que gire a igual número de revoluciones la última rueda conductora del tren de ruedas de la lira y el husillo de roscar. Cuando esta condición se cumple, se dice que está anulada la caja de avances. En el sistema Norton se consigue esto, haciendo que la rueda móvil del balancín engrane con otra del mismo número de dientes del cono escalonado (fig . 11 .146) . 11 .3 .1 .7
44 0
32 1 24 2
lo 73 45
Fig. 11 .146 Posición de las ruedas para anular la caja Norton.
Husillo de roscar (fig . 11 .147)
Su finalidad es accionar el avance longitudinal automático del carro, únicamente en el caso de tallado de roscas y cuando se trata de otros tipos de trabajos (por ejemplo, la construcción de muelles) que requieran un avance exacto . El sistema de rosca del husillo es normalmente trapecial de 4 h" de paso ; y en otros casos, rosca métrica de 6 mm de paso ; este paso es el que sirve de base para el cálculo de ruedas montadas en la lira o guitarra . Cualquier defecto 324
del husillo repercute directamente sobre la pieza . En los tornos de gran producción no se suele emplear. Para suprimir el juego axial tiene en la parte derecha de la bancada dos rodamientos axiales y una arandela con dos tuercas (fig . 11 .148) .
bancada
rodamientos
eje de roscar eje de cilindrar
contratuerca uerca
11 .3 .1 .8
Fig. 11 .148 Soporte de sujeción de los ejes de roscar y cilindrar y detalle del mecanismo de regulación de la holgura. Fig. 11 .147 Husillo de roscar y su posición de montaje en el carro,
Eje de cilindrar (fig . 11 .149)
Tiene por objeto transmitir el movimiento desde la caja de avances a los carros, para efectuar las operaciones de cilindrado y refrentado . El avance de cilindrado es siempre menor que el del roscado, pero van relacionados entre sí . Para evitar que pueda deformarse el eje, debido a un esfuerzo imprevisto, en la parte derecha se incorpora un sistema de seguridad (fig . 11 .150) . Con una palanca en la caja de avances se puede hacer que gire el husillo o el eje de cilindrar, pero nunca los dos juntos . Además del husillo de roscar y del eje de cilindrar existe, a veces, otro eje que sirve para conectar y desconectar el motor (fig . 11 .149) . 11 .3 .1 .9
Carros (fig . 11 .151)
palanca del interruptor barra de inversión de giro
En el torno, la herramienta cortante se fija en el conjunto denominado carros .
barra de cilindra
Fig. 11 .149 Posición normal del eje de cilindrar en un torno,
~eta para movimiento transversal del carro superior
1.delantal placa de refrentar y cilindrar palanca del husillo patrón
Fig. 11 .150 Mecanismo de seguridad del eje de cilindrar.
barra de cilindrar barra del interruptor
Fig. 11 .151 Mecanismos de la parte central del torno.
La herramienta debe poder acercarse a la pieza, para lograr la profundidad de pasada adecuada y, también, poder moverse longitudinalmente para lograr la superficie deseada . Las superficies que se pueden obtener son todas las de revolución : cilindros y conos, llegando al límite de superficie plana (fig . 11 .152) . Por tanto, la herramienta debe poder seguir las direcciones de la generatriz de estas superficies . El conjunto de los carros consta de las siguientes partes (fig . 11 .153) : - Carro longitudinal o principal. - Carro transversal o de refrentar. - Carro orientable o porta-útil . 11 .3 .1 .9 .1
Carro principal
Consta de dos partes, una de las cuales se desliza sobre las guías de la bancada (fig . 11 .154) y la otra, llamada delantal (fig . 11 .155), está atornillada a la primera y se desliza por la parte anterior de la bancada . Unas protecciones 325
Fig. 11 .152 Principales superficies que se pueden obtener en un torno,
Fig. 11 .154
Fig . 11 .153
Conjunto de los carros.
Carro principal.
provistas de hendiduras, en los extremos anterior y posterior del carro, que sirven de alojamiento a unos fieltros (fig . 11 .153), tienen por objeto que penetren suciedad y virutas entre las superficies de deslizamiento de las guías . La existencia de taladros con engrasadores y ranuras de engrase (fig . 11 .1 53) para aceite, hacen posible una buena lubricación . Para evitar el vuelco del carro, lleva una pletina desmontable en la parte posterior (fig . 11 .156) . 11 .3 .1 .9 .2
Caja de maniobra
Llamada también delantal (fig . 11 .155), lleva en su parte interna los dispositivos para obtener los movimientos automáticos y a mano de la herramienta y, mediante ellos, se pueden efectuar las operaciones de roscar, cilindrar y re~ frentar . El movimiento automático para los carros principal y transversal es producido por el husillo de cilindrar (fig . 11 .157) o de roscar (fig . 11 .158) . sal
malles de la bancada
basculante
delantal
manda del embraga, del eje de roscar
Fig. 11 .155 Delantal con todos los mecanismos de movimientos : 1, puntos de engrase ; 2, palanca de roscar ; 3, palanca de cilindrar y refrentar; 4, tope; 5, reglaje de ajuste .
rn ..nu.ii~n'vn'.
~~
eje de rasca,
eje de cilindrar mando del automático de cilindrar o refremar mando de cilindrar a mano
tornillo sin fin
Fig . 11 .157 Vista interior del sistema basculante de cilindrado y refrentado .
Fig. 11 .158 Husillo de roscar empleado indistintamente para roscar o cilindrar.
Con la caja de maniobra se pueden efectuar los siguientes movimientos :
Fig . 11 .156 Sección transversal de los mecanismos de los carros y sujeción de la herramienta : 1, carro principal; 2, carro transversal, 3, plataforma giratoria ; 4, carro orientable; 5, eje de la torre portaherramientas; 6, torre portaherramientas; 7, dispositivo para fijar la posición del carro principal sobre la bancada ; 8, tambor graduado ; 9, husillo ; 10, tuerca ; 11, husillo del carro orientable .
1 . Avance longitudinal a mano (fig . 11 .159A, B y C) . El carro principal se mueve por medio de un volante o manivela a mano, a través de un juego de ruedas dentadas y de una cremallera colocada debajo de la bancada . Ejemplo Para dar el movimiento a mano del carro principal se emplea la transmisión de la figura 11 .160A . Calcular : a) El desplazamiento del carro por cada vuelta completa del volante . b) El desplazamiento longitudinal del carro por cada división de tambor graduado del volante . Cuando dé una vuelta el piñón Z 3 el carro se habrá desplazado : L = P - Z
=
7r
-
M - Z = 3,1416
x
2,5 x 14 = 109,95 mm
y la rueda ZZ ha girado también una vuelta completa .
326
C
rueda cremallera
piñón
O
manivela de avance
r
--
manual de refrentar inversor del automático : _
1
= cilindrar
2
=
3 1W.
piñón
~~11
B
J-
punto muerto
= refrentar
Fig. 11 .159 Mecanismo de avance : A, posición en el torno; B, detalle de funcionamiento ; C, mecanismo para el control del avance longitudinal.
1111 tornillo de rueda sin fin
manivela de avance - manual de cilindrar
Interesa que gire una vuelta completa el piñón Z,, para que a su vez lo haga el tambor graduado de 110 divisiones . Cuando el piñón Z 3 da una vuelta, la rueda Z2 girará una vuelta y Z, dará : Z2 _ Z,
160 40
_
4
1
N, . '
_
N, = 4 N 2
12
4
Por tanto, cuando Z, da una vuelta, Z 2 da
de vuelta .
En una vuelta completa Z, desplazará el carro : 109,9557 4
- 27,4889 mm
Luego el carro se desplazará en una vuelta del volante ~ 27,50 mm . Por consiguiente : Si 110 divisiones del tambor desplazan el carro 27,50 mm 1 división del tambor desplazará el carro x mm 145 divisiones
x
110 7,5
- 0,25 mm
Fig . 11 .160
Problema Calcular el desplazamiento del carro por cada vuelta completa y por cada división del volante de la figura 11 .16013 . Respuesta :
29 y 0,2 mm .
2 . Avance automático longitudinal. El movimiento automático al carro lo transmite el eje de cilindrar por medio de la transmisión de un tornillo sin fin, rueda helicoidal, juego de ruedas y cremallera (fig . 11 .157) por medio de un balancín, o bien, de un embrague de cono (fig . 11 .161) . carro transversal
coro de embragir~ cremallero de la bancada
delantal
\R_
~~~lív\1 onmn~~ñnie -
!R~'~-~f¿rr~r"
eje de roscar
'lw
Fig . 11 .161 Mecanismo de embrague de cono para dar el movimiento automárico al carro .
eje de cilindrar
tornillo sin fin mando de cilindrar a mano
mando del embrague de la tuerca de roscar mando del automático de
af ant,,
tuerca del embrague de cilindrar
327
Ejemplo Calcular el avance longitudinal (L ) del carro por cada vuelta de la barra de cilindrar (G) de un torno (fig . 11 .162), cuando funciona el dispositivo automático . El visinfín A tiene 2 entradas, la rueda helicoidal Z 1 , tiene 72 dientes, mientras que el paso de la cremallera T es de 6 mm . Los demás datos están indicados en la figura . Solución : La relación de reducción desde el visinfín A a la rueda Z4 es : A Z1
Z 72
ZZ 3
_
2
x x
24 96
_
48 6 912
_
1 144
Cuando Z 4 da una vuelta, el carro se desplaza :
Fig. 11.162
L = Z4 - P = 18
x
6 = 108 m m
1 Ahora bien, sabiendo que por cada vuelta de A, la rueda Z3 , solidaria a Z 4 da 144 vueltas, se tiene que el avance del carro por vuelta del eje de cilindrar es : _1 L
_
1 144 Lv
L~
_
L 144
_
108 144
= 0,75 mm
3 . Avance para roscar . El movimiento se transmite por medio del husillo patrón, a través de una tuerca partida, que se acciona con una palanca desde el exterior (fig . 11 .163A, B y C) . Por medio de una excéntrica se aproximan o separan las dos mitades de la tuerca, quedando acopladas o desacopladas respectivamente, al husillo patrón .
desembragado
ranura de eecémrica
embragado
pivote
Fig . 11.163
Dispositivo de roscar: A, posición del mecanismo en el carro; B y C, detalles de funcionamiento.
11 .3 .1 .9 .3
Carro transversa/
El carro transversal (fig . 11 .164) se desplaza sobre el cuerpo del carro prjncipal siguiendo la dirección normal al eje de rotación del carro principal. En la parte superior lleva una ranura circular en forma de T que sirve para alojar las cabezas de los tornillos, que servirán para el carro portaherramientas . Se puede desplazar a mano y automáticamente .
Fig . 11.164
Carro transversal.
1 . Avance transversal a mano . Se efectúa con la manivela o volante montado en el extremo del husillo transversal que al girar hace avanzar a la tuerca que va unida al carro . Esta tuerca está partida en dos partes, unidas por dos tornillos para poder corregir así el juego axial (fig . 11 .165A) . Junto al volante lleva un tambor graduado (figs . 11 .16513 y 11 .154) con un número determinado de divisiones . En una parte, fija al carro, lleva un trazo que sirve de referencia para tomar la pasada . El montaje de tambor puede ser muy variado ; uno de los más empleados es el de la figura 11 .16513, en el cual la bola hace una presión radial por medio del tornillo y el muelle, con lo que el tambor puede girarse a la presión deseada . El juego lateral sobre la cola de milano puede ser corregido mediante un tornillo y una regleta (fig . 11 .165C) y la corrección de la holgura de la tuerca como se indica en la figura 11 .1651) .
328
bola
muelle
I
B
111
volante
w
f-Y
Y tuerca
C
Fig. 11 .165 A, transmisión del movimiento a mano del carro transversal ; B, tambor graduado para el control de pasada transversal; C, reglaje del juego de las gulas ; D, reglaje del juego de la tuerca del husillo transversal.
Apreciación del tambor graduado . A cada vuelta completa, que da el tambor graduado, el carro transversal se desplaza una longitud igual al paso del husillo . Ejemplo El husillo del carro transversal tiene un paso de 6 mm y su tambor está graduado en 120 divisiones . Calcular : a) el desplazamiento del carro por cada división del tambor; b) el número de divisiones que tiene que dar para que se desplace el carro 9,5 mm. Solución : 120 divisiones se desplaza 6 mm 1 división se desplazará x mm
a)
x b)
11206
= 0,05 mm
= 1 vuelta, quedando por desplazar 3,5, y el número de divisiones que corres-
65
3,5 0,05
ponde será :
Respuestas :
= 70 divisiones . a) 0,05 mm ; b) 70 divisiones.
2 . Avance automático . El avance automático de refrentar se realiza con los mismos mandos que el automático de cilindrar, cambiando la posición de la palanca (fig . 11 .166) .
Fig. 11 .166 Mecanismo de refrentado automático .
Ejemplo Hallar el avance (L v ) del carro transversal J de la figura 11 .162 por cada vuelta que da la barra de cilindrar G, sabiendo que el paso del husillo es de 4 mm . Solución : La relación de reducción será esta vez : _ 2 _ A Z, 72 1 Zt Z6
x x
72 20
_
1 10
Cuando Z6 da una vuelta, el carro J se traslada una distancia igual al paso del husillo (P), o sea, 4 mm . Si por una vuelta se desplaza 4 mm, por sal (L v ) :
0 1
tuerca del husillo
se desplazará el carro transver-
1 P
ó
L
'
Lv
-,o
-
,
= 0,4 mm
Se pueden deteriorar los mecanismos, si se conectan los dos automáticos de cilindrar y roscar a la vez. Con objeto de impedir esta falsa maniobra, en algunos tornos se monta un dispositivo de seguridad que impide se cumpla la coincidencia .
11 .3 .1 .9 .4
A
Carro orientable
El carro orientable (fig . 11 .167), llamado también carro portaherramientas, está apoyado sobre el carro transversal en una plataforma giratoria (fig . 11 .164) que puede girar alrededor de un eje central y fijarse en cualquier posición al 32 9
Fig. 11 .167 Carro superior orientable : A, base inferior; B, pieza superior.
carro transversal por medio de cuatro tornillos (fig . 11 .167A) . Un círculo o limbo graduado indica, en cualquier posición, el ángulo que el carro portaherramientas forma con la bancada (fig . 11 .153) . Esta pieza lleva una guía, en forma de cola de milano (fig . 11 .167) en la que se desliza la parte superior del carro orientable. El movimiento no suele ser automático, sino a mano, mediante un husillo que da vueltas por medio de una manivela o volante. Lleva el husillo un tambor graduado (fig . 11 .168) similar al del husillo del carro transversal .
Fig. 11 .169 Torreta cuadrada para la sujeción de cuatro herramientas .
tornillo
Fig . 11 .168 Forma de trabajo del carro orientable . Portatorretas. El carro orientable está provisto de un eje fijo (fig . 11 .167B) sobre el que puede girar una torreta cuadrada, que permite fijar cuatro útiles a la vez (fig . 11 .169) y presentarlos en el momento preciso sobre la pieza . Para cambiar de posición y pasar de un útil a otro es suficiente aflojar la tuerca central (fig . 11 .170) y hacer girar a mano la torreta y fijar de nuevo la posición apretando de nuevo la tuerca . Un tetón de recuperación y de posición en rotación, provisto de una ranura en rampa, y un muelle, permiten encontrar en cada operación la posición precisa de la torreta, es decir, la posición relativa de cada útil respecto al eje del cabezal .
11 .3 .2
rnuelle
Fig.
11 .170 Detalle del funcionamiento y blocaje de la torreta .
Refrigeración en el torneado
En el torneado es preciso emplear la lubricación para aumentar el rendimiento . La operación de mecanizado, por corte o arranque de viruta, lleva consigo un considerable desprendimiento de calor, debido a las siguientes causas : - Calor producido por la resistencia que ofrecen las fuerzas moleculares del metal a mecanizar, contra la acción de la herramienta sobre la pieza. - Calor producido por el rozamiento de la viruta sobre las caras de la herramienta y el de ésta sobre la pieza . Las causas que producen este calor dependen de : - Tenacidad del material a mecanizar. - Sección de la viruta . - Angulo de desprendimiento de la herramienta . - Velocidad de corte empleada . - Coeficiente de rozamiento entre la viruta y la cara de corte de la herramienta. - Coeficiente de rozamiento de la herramienta contra la pieza a mecanizar. 11 .3 .2 .1
Distribución del calor producido por el corte
11 .3 .2 .2
Propiedades de los fluidos de corte
El calor producido por el corte se reparte entre la pieza, la viruta, la herramienta y el aire ambiente ; todo ello origina un calentamiento en : - Pieza, en la que produce una dilatación, que puede falsear las medidas, si se hace el trabajo con la pieza en caliente, o no se tiene en cuenta la contracción . - Herramienta, que pierde su poder cortante al destemplarse . - Viruta, que por el calor excesivo sale al rojo vivo . Por tanto, es necesario eliminar el calor o reducir al mínimo las causas que lo producen . Para conseguirlo, se instala en el torno un circuito de refrigeración (fig . 11 .171), haciendo que se proyecte sobre la parte activa de corte de la herramienta el fluido o líquido de corte.
liquido Fig. 11 .171
Sistema de refrigeración en un torno paralelo .
Las propiedades que deben reunir los fluidos de corte son las de tener poder : - Refrigerante, para absorber el calor producido por el corte de la herramienta . - Lubricante, para disminuir las causas que producen el rozamiento . - Mojante, para llegar con facilidad a la arista cortante de la herramienta . 33 0
11 .3 .2 .3 De -
Fluidos de corte acuerdo con sus propiedades generales, pueden ser : Fluidos refrigerantes . Fluidos lubricantes . Fluidos refrigerantes-lubricantes.
11 .3 .2 .3 .1
Fluidos refrigerantes
11 .3 .2 .3 .2
Fluidos lubricantes
Son líquidos de baja viscosidad y que conducen bien el calor. Su misión es absorber el calor producido por el corte. A este grupo pertenecen el aire a presión para trabajar fundición ; agua de sosa y taladrina verde, empleadas exclusivamente en el trabajo con muela. Tienen como finalidad facilitar y miento . Los principales son el sebo y como el aceite de colza y la grasa de de no ser para adicionarlos con otras car a mano . 11 .3 .2 .3 .3
disminuir las causas que producen rozalos aceites de corte vegetales y animales, cerdo. Se emplean poco en la actualidad, clases de aceite . El sebo se usa para ros-
Fluidos refrigerantes-lubricantes
Son los que reúnen las mejores características y condiciones de corte. Son aceites minerales con aditivos sintéticos, vegetales o animales, que los hacen muy untosos, de suerte que aguantan grandes presiones. Se emplean, en algunos casos, tal y como se adquieren en el comercio y, en otros casos, adicionados con agua . A este grupo pertenecen : 1 .° El aceite minera/, que se emplea exclusivamente en la mecanización de bronces, metales blancos, etc . 2 .° Los aceites compuestos, a base de una mezcla de aceite mineral con aceite animal (grasa de cerdo) . Tienen gran poder lubricante y permiten la obtención de buenos acabados superficiales . 3 .° El aceite de azufre, que es un aceite mineral al que se adiciona azufre, con lo que se obtiene una gran capacidad de refrigeración, lubricación y poder mojante . Se emplea mucho en' la mecanización de aceros . 4 .1 Los aceites solubles, mezcla de aceites minerales con un agente emulsionable, que da lugar a una mezcla estable del aceite con el agua y que, vulgarmente, se llama taladrina. Se emplean mucho en máquinas herramientas, debido más a su economía que a su calidad . Para usarlos, la mezcla de agua es en proporción del 1 al 10 %, según la calidad y la aplicación a que se destinen . Suelen llevar algún desinfectante (fenol) para evitar enfermedades de la piel, y una pequeña proporción de sosa, para evitar la sedimentación pegajosa en las tuberías o para evitar la oxidación de las partes mecanizadas de la máquina . 5.° El petróleo, que se emplea preferentemente en la mecanización del aluminio y sus aleaciones aunque tiene el inconveniente de ser inflamable . 6 .° Los aceites de corte, aceites minerales con aditivos sintéticos, que los hacen muy untuosos, de suerte que aguantan grandes presiones . Se emplean tal como se adquieren en el comercio . Son muy buenos lubricantes, refrigerantes y antioxidantes . Se pueden emplear en todos los procesos de elaboración (especialmente en las grandes series) .
11 .3 .2 .4
Elección del fluido de corte
No es fácil elegir correctamente el fluido de corte más a propósito, debido a la gran cantidad de factores que influyen. Por esta razón, lo más prudente es dejarse aconsejar por las casas fabricantes . 11 .3 .3
Lubricación en el torneado
En el Tema 12 de Tecnología del Metal 1 .2, ya se estudiaron con detención los tipos de lubricantes y sistemas de engrase; este apartado se limita a completar la materia y su empleo en el torno. 11 .3 .3 .1
Aditivos en los lubricantes
Para mejorar las propiedades de los lubricantes se adicionan unos aditivos . Los principales son: 1 .° 2.°
Antioxidante, para evitar la oxidación y descomposición del lubricante. Untuosidad, para aumentar la capacidad de adherencia del lubricante .
33 1
3.° Detergente, para impedir la formación o acumulación de residuos en las tuberías, 4.° Extrema presión, para evitar el gripado. Los más empleados son los jabones de plomo y los compuestos orgánicos de fósforo y azufre . 5.° Despresor del punto de congelación, para evitar que se congele el lubricante . 6.° Mejorador de la viscosidad, para mantener constante la viscosidad, a pesar de los cambios de temperatura del lubricante . 7.° Antiespumante, para impedir la formación de espuma . 11 .3 .3 .2
Engrase en el torno
La duración del torno depende, en parte, de una correcta y metódica lubricación ; es de vital importancia controlar periódicamente el engrase y el buen funcionamiento del sistema. Es conveniente llevar ficha de engrase de la má quina, en la que se señalen los puntos a engrasar y un plano (fig . 11 .172), así como la frecuencia del engrase .
B
A 1 2 3 4 5 6 A B C
o
tapón de descarga del depósito de aceite varilla de nivel de aceite ventanilla del nivel de aceite
ventanilla para la verificación de la bomba y filtro bomba de aceite palanca de accionamiento de la bomba para el engrase de los carros (lubricar una vez al dial engrase del cabezal engrase de la caja de avances comprobar el nivel una vez al mes engrase de los mecanismos de carro engrase de la bomba de mano Irellenar el depósito cuando sea necesariol lubricar una vez al dla
11 .3 .4
Fig. 11 .172 Sistema de lubricación en un torno paralelo: A, puntos de engrase; B, engrase automático del cabezal; C, engrase manual por bomba de los carros .
Normas de seguridad
1 .a Antes de poner en marcha el torno conviene probarlo siempre a mano, haciendo girar el eje, para asegurarse de que no haya estorbos . 2.a Teniendo que golpear cualquier órgano de la máquina empléese un martillo de plomo o un mazo de madera y nunca martillos de acero, llaves, etc., porque, a poco andar, la máquina se arruina por completo . 3.a Ténganse bien tirantes las correas de la máquina para evitar que patinen, frótense con algún líquido a propósito, pero nunca con materia resinosa (colofonia o resina), porque las vuelven duras y frágiles . 4.a No se ponga en marcha la máquina al colocar o sacar un plato sobre la nariz del torno; además del peligro de accidente puede ocurrir que el plato quede fuertemente apretado, resultando luego muy trabajoso extraerlo .
33 2
11 .3 .5
Importancia de la manutención del torno
La manutención del torno es necesaria : 1 .° Para conservarlo por mucho tiempo en buen estado : una máquina sucia y sin lubricación se echa a perder más fácilmente que una máquina mantenida en perfecto estado . 2.° Para poder hacer trabajos de precisión, los cuales no se podrían obtener en tornos tenidos desaliñadamente . 3.° Por la ventaja del mismo oficial tornero. Un obrero descuidado deja siempre mala impresión y, a paridad de otras condiciones, será siempre pospuesto a un oficial que tiene cuidado de su propio torno; pues, de entrada, se juzga que quien no tiene cuidado de la propia máquina no tendrá cuidado de los trabajos encomendados . Por tanto, antes de comenzar un trabajo de importancia asegúrese de que todas las partes estén en condiciones de funcionar debidamente. 11 .3 .6
Fig . 11 .173 Evitar introducir el dedo en orificios durante el funcionamiento del torno .
Precauciones para evitar accidentes
El torno, de por sí, no es una máquina que ofrezca mayores peligros ; pero, como cualquier otra máquina, puede producir desgracias, y a veces graves, para el oficial distraído y que descuida las normas específicas para los torneros . He aquí algunas : 1 .a El tornero debe usar, en cuanto sea posible, un mono ajustado porque un vestido amplio o flotante fácilmente puede quedar aprisionado por los órganos de la máquina en movimiento . Peor aún sería utilizar corbata o bufanda . 2.a Durante el trabajo debe mantener una posición correcta sin apoyar el busto o los codos sobre el torno, porque pueden originarse graves daños. 3 .a Debe mantenerse limpio y sin estorbo el piso inmediato a la máquina, con lo cual se evitará el peligro de caer sobre la máquina en movimiento . 4.a Al quitar las correas hay que servirse siempre del pasacorreas o bien de una varilla, un tubo o una regla de madera . 5.a Antes de proceder a la limpieza de la máquina, a la lubricación, al desmontaje o montaje de una pieza interna, es necesario parar el torno y asegurarlo para que no vaya a arrancar impensadamente . Si es posible, quítense siempre los fusibles . 6.a No se toquen descuidadamente órganos o piezas en movimiento, porque un descuido de este género puede acarrear graves consecuencias . Algún obrero perdió un dedo por haber intentado limpiar un agujero (figura 11 .173) o bien, por querer quitar la viruta con las manos (fig . 11 .174) . 7 .a Al trabajar metales quebradizos, como el hierro colado y el bronce, es necesario proteger los ojos con gafas . Esta precaución es necesaria también para cuando se afilan herramientas en la electroesmeriladora . CUESTIONARIO
11 .1 Hacer una clasificación de los tipos de torno conocidos . 11 .2 ¿Cuáles son las partes principales de un torno? 11 .3 Indicar y describir los sistemas de sujeción y cimentación de tornos al pavimento del taller . 11 .4 Enumerar y describir los distintos sistemas de cabezales o cajas de velocidades . 11 .5 ¿En qué consiste el cambio de velocidad monopolea? 11 .6 ¿Qué clase de correas se emplea para la transmisión de movimientos en el torno? 11 .7 Hacer un esquema de funcionamiento de los diversos sistemas de mecanismos empleados en los cambios de velocidades de un torno . 11 .8 ¿Cuáles son los elementos principales que componen el mecanismo del conjunto del cabezal? 11 .9 Describir los diversos sistemas de acoplamiento del plato portapiezas al eje principal del torno . 11 .10 ¿Qué finalidad tiene el contracabezal? 11 .11 ¿Qué mecanismos intervienen en la obtención del avance de la herramienta? 11 .12 ¿Qué es la caja de avances? 11 .13 Describir los sistemas de mecanismos que se emplean en la caja de avances . 11 .14 ¿En qué consiste la anulación de la caja de avances? 11 .15 ¿Qué finalidad tiene el husillo de roscar? 11 .16 ¿De cuántas partes se compone el carro principal? 11 .17 Indicar diferentes tipos de porta herramientas . 11 .18 ¿Qué propiedades deben reunir los fluidos de corte? 11 .19 ¿Qué aditivos se emplean en los lubricantes para mejorar sus propiedades?
333
Fig . 11 .174 Precauciones al separar las virutas .
Tema 12 .
Trabajos en el torno
OBJETIVOS - Conocer las operaciones que se pueden realizar en el torno, para conseguir los tipos de trabajo que en él se presentan. EXPOSICION DEL TEMA Fig. 12.1
Operación de refrentado,
exterior
Fig. 12.2
Refrentado de interiores y exteriores.
Una pieza construida en el torno, aunque sea muy complicada, se compone o está limitada por superficies planas, cilíndricas, cónicas, etc., exteriores o interiores . Las superficies cilíndricas y cónicas pueden ser concéntricas o excén tricas ; las superficies planas pueden ser paralelas o no . Asimismo, las piezas pueden llevar roscas exteriores o interiores, moleteado, ranuras, etc. Cada una de las distintas partes por las que se puede considerar formada una pieza torneada, se obtienen a través de unas operaciones llamadas básicas o fundamentales. Se llaman superficies asociadas las que son fruto de operaciones sucesivas sin desmontar la pieza . En los trabajos en serie esas operaciones se agrupan en subfases y éstas, a su vez, en fases. Las operaciones fundamentales son : refrentado, cilindrado, torneado cónico, torneado excéntrico, roscado, torneado de curvas, troceado -ranurado, moleteado, taladrado-escariado . 12 .1
Refrentado
Es una operación con la cual se realizan en el torno planos perpendiculares al eje del cabezal, dando a la pieza un movimiento de rotación y a la cuchilla un movimiento de traslación, con el carro transversal (fig . 12 .1) . El refrentado se puede realizar con movimiento manual de la herramienta o automáticamente.
Fig . 12 .3 Refrentado al aire sobre plato universa/.
12 .1 .1
Clases de refrentado
Las superficies planas a efectuar en el torno pueden ser exteriores e interíores (fig . 12 .2) ; las herramientas de refrentar interiores son distintas a las de refrentar exteriores . 12 .1 .2
Herramientas de refrentar
Las herramientas de refrentar se pueden clasificar en función de la clase de refrentado, de desbaste y acabado. Cuchillas de exteriores para desbaste
Fig. 12 .4
Refrentado en plato plano .
- Acodada - Acodada (DIN 4972) . - Recta de - Recta de
a derecha e izquierda de AR (DIN 4952) . a derecha e izquierda de metal duro (2 UNE 16104) (ISO 2) AR (DIN 4961) . un metal duro (4 UNE 16106)
(¡SO 4)
(DIN 4976) .
Cuchillas de exteriores para acabado De costado recto de AR (DIN 4958) . De costado curvado de AR (DIN 4959) . De costado para escuadrar de AR (DIN 4960) . Curvada de metal duro (3 UNE 16105) (ISO 3) (DIN 4978) . Recta de metal duro (6 UNE 16108) (¡SO 6) (DIN 4980) . Cuchillas de interiores Fig . 12.5
- Acodada de AR (DIN 4954) . - Acodada de metal duro (9 UNE 16111)
Refrentado con luneta,
334
(¡SO 9)
(DIN 4974) .
12 .1 .3
Montaje de las piezas para refrentar
El refrentado es una operación fundamental que se realiza en casi todas las piezas que se tornean; el montaje puede ser: - En plato universal (para piezas cortas) (fig . 12 .3) . - En plato plano con escuadra o utillaje (fig . 12 .4) . - En plato universal y luneta (fig . 12 .5). - En torneadores (fig . 12 .6) . - Entre puntos (fig . 12 .7) . 12 .1 .4
Formas de efectuar el refrentado
12 .1 .5
Velocidad de refrentado
Fig . 12.6
Refrentado con torneador.
Según el sentido de avance de la herramienta, el refrentado puede ser: - De fuera hacia dentro (fig . 12 .8) . Se suele emplear para el desbaste . - De dentro hacia afuera (fig . 12 .9) . Se suele emplear para el acabado.
En el refrentado el diámetro varía constantemente ; aumenta, si éste es de dentro afuera ; y disminuye, si es de fuera hacia adentro. La velocidad de corte aumenta o disminuye en función del diámetro . Un refrentado sería ideal hacerlo a velocidad de corte constante, lo que significaría que el número de revoluciones de la máquina variaría continuamente . La velocidad de corte cons tante, en el refrentado, se consigue por medio de los variadores continuos de velocidad, acoplados a ciertas máquinas modernas . Una solución intermedia puede ser el cambio de la velocidad de refrentado a intervalos, con el inconveniente de tener que parar la máquina y de que siempre quedan resaltos en la pieza .
12 .1 .6
Cálculo del tiempo en el refrentado
El tiempo de refrentado depende del método empleados son : - Refrentado a número de revoluciones por - Refrentado a número de revoluciones por - Refrentado a velocidad de corte constante, tinuo de velocidad .
a seguir ; los sistemas más
detalle para ver cómo la herramienta puede realizar un refrentado total
Fig . 12 .7
Refrentado entre puntos,
movimiento de la pieza
minuto constante . minuto escalonadas. por medio del variador con-
Cálculo del tiempo en el refrentado a revoluciones por minuto constante
12 .1 .6 .1
Este es el caso más frecuente . Para hallar el número de revoluciones por minuto (n) se emplea la conocida fórmula :
L
donde :
0000
d
[1 ]
Fig . 12,8 centro,
Refrentado en dirección al
movimiento de la pieza
v = velocidad de corte en m/min . d = diámetro máximo de la pieza en milímetros
La herramienta ha de recorrer el radio R (fig . 12 .10) . Si a es el avance de la herramienta en milímetros por revolución : A = a - n = milímetros que avanza en un minuto . El tiempo de refrentado será : [2]
Si se refrenta un anillo circular : Tr A Tr R r
= = = =
R _ r a -n
[3a]
milímetros que avanza en un minuto tiempo de refrentado en minutos radio mayor de la pieza en milímetros radio menor de la pieza en milímetros
335
Fig . 12 .9 Refrentado en dirección a la periferia.
Problema 1 . Calcular el tiempo de refrentado al número de revoluciones por minuto constante de un plano que tiene 100 mm de diámetro . El material es de fundición gris y la herramienta de acero rápido . La velocidad de corte es de 20 m/min y el avance 0,3 mm/rev. Solución : Cálculo de n : siempre se calcula respecto al diámetro mayor : 1 000 - v n - d
n
Fíg. 12.11
_
1 000 x 20 3,14 x 100
- 63,7 r . p . m .
Aplicando la fórmula [2] se obtiene : R a - n
Tr
12 .1 .6 .2
__
0,3
50 _ = 2,6 min . x 63,7
Cálculo del tiempo en el refrentado con número de r. p. m. escalonado
Se puede considerar un caso particular del anterior, refrentando anillos circulares, cada uno a un número de r. p. m. distinto (fig . 12 .11) . El tiempo total será : Trt
=
+
Tr,
Tr2
+
R 2 - R, a n2
R, _ + a - n, Problema
+
Tr3
+
R 3 - RZ a n3
[3b]
2.1
La misma pieza del problema 1 .° se ha de refrentar en forma escalonada a intervalos de 25 mm en radio (fig . 12 .12) . Hallar el tiempo de refrentado . Solución : 1 000 - v 7r - d
_
n'
Fíg. 12 .12
__
1 000 3,14
x x
20 50
= 127,4 r . p . m .
n 2 = 63,7 r . p . m . R, a - n,
T r,
Tr2
_
0,3
R 2 - R, a * n2
_
25
x
127,4
= 0,65 min
50 - 25 0,3 x 63,7
_
25 19,11
= 1,3 min
aplicando la fórmula [3b] : T rt = T r ,
12 .1 .6 .3
+ T r2
=
0,65 + 1,3 = 1,95 min
Cálculo del tiempo en el refrentado a r. p. m. variables sin escalonamiento
La velocidad de refrentado es constante y las r. p. m . varían continuamente. En un minuto la herramienta recorrerá : 1 000 - v mm . En un minuto la superficie arrancada por la herramienta será de : 1 000 - v - a (mm 2) . El tiempo total que invertirá en refrentar la superficie circular completa (7c - R 2) será : Tr=
. R2 1000-v-a
(min)
Para refrentar un anillo circular : Tr 33 6
~t R 2 - r2 1 000 v ~ a
Problema 3. 0 Hallar el tiempo de refrentado a velocidad constante que se ha de emplear en la pieza del problema 1 .° .
cono Morse
contratuerca ieza
Solución : Aplicando la fórmula [3] : 7r ' R2 7 r 1 000 v - a
12 .1 .7
=
3,14 x 50 2 1 000 x 20 x 0,3
=
854 é-000
= 1,3 mln
cabeza de tope graduable
Refrentado en serie
El trabajo en serie se caracteriza porque no hay que comprobar cada vez la medida de la pieza durante el mecanizado, con el consiguiente ahorro de tiempo . Para refrentar en serie en el torno paralelo se acopla un tope en el cabezal (fig . 12 .13) de tal forma, que la superficie de referencia siempre quede a la misma distancia; asimismo, se pueden acoplar platos neumáticos (fig . 12 .14) de ga rras blandas, con lo cual el montaje y desmontaje es rápido y seguro . Bloqueando el carro longitudinal y el orientable, se consigue que la herramienta mantenga la distancia constante. entrada de aire para el cierre de las mordazas
Fig.
12.14 Esquema de funcionamiento de un plato neumático,
entrada'de aire para la apertura de las mordazas
Fig. 12 .13 Tope de situación para el refrentado en serie .
mordaza blanda
mandril
Problema 4.° En un torno se desea trocear una pieza de 150 mm de diámetro con una velocidad de corte inicial de 20 m/min y con un avance de 0,2 mm/vuelta . Calcular el tiempo que se tardará en efectuar la operación de refrentado de dicha pieza . Calcular el diámetro para el cual la velocidad de corte se reduce a la mitad . Problema 5.° En un torno se desea refrentar una pieza de fundición de 200 mm de diámetro con metal duro y avance de 0,3 mm/vuelta . Calcular : - El tiempo de mecanizado a revoluciones por minuto constantes. - El tiempo de mecanizado a r . p . m . escalonadas de 25 en 25 mm . - El tiempo de mecanizado a velocidad de corte constante .
12 .2
Fig. 12 .15 rior.
Cilindrado
Cilindrado exte-
Es la operación con la cual se dan forma y dimensiones a la superficie lateral de un cilindro recto, por medio de un movimiento de rotación sobre el eje del cilindro y de traslación a la herramienta paralela al eje de giro (fig . 12 .15) . El cilindrado se puede realizar con movimiento manual de la herramienta o automáticamente . 12 .2 .1
Clases de cilindrado
Con la operación de cilindrado se pueden obtener cilindros (cilindrado exterior) y agujeros (cilindrado interior o mandrinado) . 12 .2 .2
Montaje de las piezas para cilindrar Al igual que el refrentado, el cilindrado es una operación fundamental que se realiza en casi todas las piezas que se tornean ; el montaje puede ser: - En plato universal, cilindrado al aire para piezas cortas (fig . 12 .16) . 337 22 .
Tecnología 2.1
Fíg. 12 .16 Cilindrado exterior sobre plato universal.
Entre puntos, para piezas largas (fig . 12 .17) . Entre plato y punto (fig . 12 .18) . En torneadores (fig . 12 .19) . Entre plato plano con escuadra o utillaje (fig . 12 .20) . Entre plato y luneta fija o móvil . Fig, 12.17
Cilindrado exterior so bre pieza entrepuntos .
12 .2 .3
Herramientas de cilindrar
Las herramientas de cilindrar se pueden clasificar así : para desbaste y acabado, para exteriores e interiores. Herramientas de desbaste para exteriores:
- De filo recto (DIN 4971) (1 UNE 16103) (¡SO 1) . - De filo curvado (DIN 4972) (2 UNE 16104) (¡SO 2) . Herramientas de acabado para exteriores .-
Fig . 12.18 Cilindrado exterior sobre pieza entre plato y punto .
De De De De
filo recto y acodado (DIN 4955) . filo ancho (DIN 4976) (4 UNE 16106) (¡SO 4), filo recto y acodado (DIN 4957) . escuadrar (DIN 4980) (6 UNE 16108) (¡SO 6) .
Herramientas de cilindrar interiores .-
- Para agujero pasante (DIN 4973) (8 UNE 16110) (¡SO 8) . - Para agujero ciego (DIN 4 974) (9 UNE 16 111) (ISO 9) . 12 .2 .4
Puesta a punto del torno para el cilindrado
Para que el cilindrado sea perfecto, el eje de giro de la pieza y la línea que describe el filo de la herramienta han de ser perfectamente paralelos. Según que el cilindrado sea al aire o entre puntos, las correcciones son diferentes . 12 .2 .5
Cilindrado en serie
El torno paralelo se puede equipar con una serie de topes sobre la bancada y el carro transversal, con los cuales se pueden mecanizar piezas en serie con diversos diámetros escalonados (fig . 12 .21) .
Fig . 12.19 Cilindrado exterior sobre mandril: A, fijo ; B, extensible .
Asimismo, para el montaje y desmontaje rápido, se pueden acoplar sobre el cabezal pinzas (fig . 12 .22) y platos neumáticos. Para el torneado de interiores o mandrinado en serie, se desbastan los agujeros a un diámetro ligeramente inferior y, seguidamente, se repasan en el mismo torno con escariadores fijos o ajustables (fig . 12.23), girando la pieza a poca velocidad y deslizando el escariador con la contrapunta ; de esta forma se pueden obtener agujeros precisos con tolerancias H7 .
12 .2 .6
Tiempo de cilindrado
El tiempo de corte o tiempo de máquina de cilindrado se calcula por la fórmula siguiente (fig . 12 .24) : __
1+c a , n
[6a]
c=p-tgG De donde : Tc=
Fig. 12 .20
(+p a
tgG n
A = p - a Cilindrado en plato plano,
en donde : I
a n c p
G A 338
longitud de la pieza a tornear, en milímetros avance por vuelta, en milímetros número de revoluciones por minuto entrada de la cuchilla, en milímetros profundidad de pasada, en milímetros ángulo de la arista principal de la cuchilla sección de la viruta en milímetros cuadrados
[6b] [6c]
Problema 6.° Se está efectuando el torneado de una pieza de acero suave de 50 mm de diámetro . El trabajo se realiza con herramienta de acero rápido a 300 r . p . m . Calcular : a) ¿A qué velocidad de corte está trabajando? b) Decir si es correcta . Solución : Aplicando la fórmula se halla la velocidad de corte : v =
n - d - n 1 000
-
3,1416 x 50 x 300 1 000
= 47,1
m/min
Respuesta : a) b)
tope de la pieza
v = 47,1 m/min, No correcta (elevada) .
pieza
Problema 7.o Se está mecanizando en un torno una pieza de 80 mm de diámetro a 200 r . p . m . Si el avance es de 0,15 mm/rev . y la profundidad de corte de 5 mm . Calcular : a) Velocidad de corte . b) Sección de la viruta . tope del carro
Solución : a)
Se calcula la velocidad partiendo de : v =
b)
Fig. 12 .21 Sistemas de topes para trabajos en serie en el torno.
n-d-n 1 000
3,1416 x 80 x 200 1 000
= 50,24 m/min
La sección de viruta se obtiene mediante la fórmula : A = p - a;
plato de apoyo
A=5 x 0,15=0,75 mm 2
Respuesta : a) b)
v = 50,24 m/min . A = 0,75 mmz . mandril escalonado
Problema 8.° Se quiere mecanizar, en un torno paralelo, una barra de acero suave, de 60 mm de diámetro y 300 mm de longitud en calidad de desbaste, hasta 46 mm . El avance es de 1 mm/rev y la sección de viruta máxima que admite el torno es de 7 mmz . Calcular : a) La profundidad de pasada en milímetros . b) Ver si esta profundidad de corte es correcta para una sola pasada . c) Número de revoluciones necesario para conseguir una velocidad de corte adecuada . d) Tiempo empleado en una pasada .
Fig. 12 .22 Pinzas para la sujeción de piezas estrechas de diversos diámetros.
p[
Respuesta : a) b) c) d)
punto prvotante
contracabezal
p=7mm . Correcto con una pasada . n ti 130 r . p . m . T, = 2,3 minutos.
Fig . 12.,,93 máquina .
Escariador flotante para
Problema 9 .° En un torno paralelo se ha de hacer una serie de 1 000 piezas . El mecanizado se hará en una sola pasada de 0,05 mm, El diámetro exterior es de 80 mm, su velocidad de corte 24 m/min y el avance de 0,1 mm/rev . Calcular : a) Número de revoluciones por minuto a adoptar . b) Sección de viruta a obtener. Problema 10.1 Se tiene que desbastar en un torno, cuya sección máxima de viruta es de 14 mmz, una barra de acero suave de 80 mm de diámetro hasta 40 mm . El avance más idóneo, según las características del material y de la herramienta, es de 1,5 mm/rev.
339
Fig. 12,24 Esquema para el cálculo del tiempo del cilindrado.
Calcular : La profundidad de corte. El número de pasadas necesarias para rebajar el material sobrante . El número de revoluciones apropiado.
a) b) c)
12 .3
Torneado cónico
El torneado cónico se diferencia del cilíndrico en que el diámetro va disminuyendo de modo uniforme . El cono se obtiene dando a la pieza un movimiento de giro respecto a su eje y a la herramienta un movimiento de traslación, paralelo a la generatriz del cono (fig . 12 .25) . 12 .3 .1
Clases de conos
Los conos pueden ser exteriores e interiores ; las formas de mecanizado normalmente son similares. Si el torneado cónico es en serie, los interiores se pueden terminar con escariador . 12 .3 .2
Herramientas para el torneado cónico
Son las mismas que para el cilindrado, excepto los escariadores, que para uno son cilíndricos y para otro, cónicos. 12 .3 .3
Montaje de las piezas para el torneado cónico
12 .3 .4
Importancia de la colocación de la herramienta
Son idénticas a las del cilindrado .
Fig . 12.26 Influencia en el torneado cónico de fa altura de la herramienta .
La punta de la herramienta debe estar colocada perfectamente a la altura del eje del cono o del cabezal de la máquina. Si no es así, la superficie cónica no resulta tal, ya que la herramienta no se desplaza sobre una generatriz, sino sobre una línea que se cruza con el eje, dando lugar a una superficie reglada cónica, pero no a un cono (fig . 12 .26) . 12 .3 .5
Formas de efectuar el torneado cónico
El mecanizado de conos puede obtenerse de diversas formas : 1 .a
versal .
Desplazando la herramienta paralelamente a la generatríz del cono :
Por inclinación del carro orientable . Por sistema copiador . Con movimiento automático simultáneo del carro longitudinal y transCon posición oblicua del filo de la herramienta .
2.a Colocando la generatríz del cono paralelamente a la dirección de las guías de la bancada: - Por desplazamiento de la contrapunta. 3.a Otros procedimientos - Con escariador cónico (sólo para interiores) . 12 .3 .5 .1
Fig . 12 .27
Torneado cónico por inclinación del carro orientable
Este sistema tiene el inconveniente de que normalmente el movimiento del carro orientable no es automático, por lo cual el accionamiento del mismo debe ser manual ; por otra parte, la longitud de las guías es reducida y no es apropiada para conos muy largos . Pero, partiendo de la base de que el torno no es una máquina de gran precisión, en la práctica, este sistema de torneado es muy empleado . Según la precisión con que se quiera obtener la inclinación del carro orientable, se puede considerar : - Inclinación con la graduación del carro orientable . - Inclinación con cono patrón y comparador . 340
1 . Inclinación con la graduación del carro orientable, La inclinación del carro orientable no puede hacerse con precisión, con la sola graduación del mismo, ya que normalmente no se alcanzan apreciaciones menores de 15'. Pero, es muy interesante como primera aproximación ; por eso, en los dibujos no debe faltar nunca la acotación de la inclinación o semiángulo del cono en grados (fig . 12 .27) . Si la inclinación no está acotada en el dibujo, se puede calcular, de acuerdo con los datos que aparezcan en el mismo, según la fórmula siguiente: Fig. 12,28 Colocación del carro orientable con ayuda de cono patrón y comparador.
2. Inclinación del carro orientable con cono patrón y comparador. Este sistema es de precisión y se emplea para piezas que así lo requieran . El cono patrón se suele colocar entre puntos ; el comparador se fija al carro orientable perpendicularmente a la generatriz del cono y a la altura del punto (fig . 12 .28) ; el carro orientable tiene la inclinación del cono patrón cuando, al deslizar las guías, el comparador marca cero . En caso de no disponer de cono patrón, el carro orientable se puede colocar con precisión, por medio de un cilindro y comparador, de la siguiente forma (fig . 12 .29) Supóngase que el carro orientable ya tiene la inclinación exacta corres-
; se fija el comparador al carro orientable en posición perpen2 cilindro ; al moverlo longitudinalmente
pondiente a
dicular al la variación x del comparador será :
una distancia cualquiera L,
12.29 Colocación del carro orientable con ayuda de cilindro patrón y comparador. Fíg.
de donde : x= L-sen
a 2
Inversamente, deslizando el comparador con el carro orientable una distancia L, cuando marque una variación x, la inclinación será de la longitud L ha de controlarse con el tambor . 12 .3 .5 .2
1,- ;
Torneado de conos con copiador
Es el procedimiento recomendado para grandes series . La posición de la pieza y el avance de la herramienta son las de cilindrado . Con el copiador se pueden efectuar conos exteriores e interiores . El copiador puede ser hidráulico o mecánico ; pero, en ambos sistemas, la base fundamental es la plantilla guía (fig . 12 .30), cuyo ángulo debe ser el semiángulo del cono . La precisión de la conicidad depende de la colocación de la plantilla . El acabado puede ser de buena calidad, si se mecaniza con el automático de cilindrar. Por razones de seguridad, conviene verificar la conicidad periódicamente . 12 .3 .5 .3
Fig .
12 .30
plantilla,
Torneado
cónico
con
Torneado cónico con movimiento automático simultáneo del carro longitudinal y transversal
Este sistema es solamente utilizado en tornos especiales construidos para tal fin y para grandes series . 12 .3 .5 .4
Torneado cónico con posición oblicua del filo de corte de la herramienta
Se emplea únicamente para conos cortos (fig . 12 .31), especialmente para la fabricación en serie por medio de torno revólver y automático . En el torno paralelo este sistema se emplea con frecuencia para achaflanar, moviendo el útil manualmente con el carro de cilindrar o de refrentar. 34 1
12.31 Construcción de conos por copiado del perfil de la herramienta . fig.
12 .3 .5 .5
Fig. 12.32 Apoyo defectuoso de la pieza con el desplazamiento de la contrapunta,
Torneado cónico entre puntos por desplazamiento de la contrapunta
Este sistema es apropiado para conos exteriores muy largos y de pequeña
conicidad, ya que el desplazamiento de la contrapunta es limitado . Tiene la
ventaja de que se puede trabajar con el automático de cilindrar .
El torneado cónico, por desplazamiento de la contrapunta, tiene el inconveniente de que las puntas del torno no apoyan en toda su periferia (fig . 12 .32), por lo que el desgaste es muy grande y crea juego fácilmente ; si el desplazamiento es considerable, la pieza puede saltar en la pasada de desbaste . Estos inconvenientes pueden evitarse con apoyos redondos y giratorios (fig . 12 .33) . En el caso de tornear piezas en serie, la longitud de las mismas debe ser igual, ya que ello influye considerablemente en la conicidad (fig . 12 .34) . 12 .3 .5 .5 .1
Formas de medir el desplazamiento de la contrapunta
La cota del desplazamiento se calcula por las fórmulas :
Fig, 12.33 Corrección del inconveniente del asiento de la figura 12 .32,
e = para troncos de cono
(fig . 12 .35) . e =
Fig. 12 .34 Variación de la conicidad en función de la longitud del cono.
Fig.
D - d 2
(D - d) -
L
[10]
para troncos de cono y partes cilíndricas unidas (fig . 12 .36) . El desplazamiento e se puede medir con regla graduada (fig . 12 .37), compás de puntas (fig . 12 .38), micrómetro (fig . 12 .39) y comparador (fig . 12 .40) .
12.35 Torneado de una pieza en forma de tronco de cono .
Fig. 12.36 Torneado de una pieza compuesta de cilindro y tronco de cono .
Fig . 12.37 Medición del desplazamiento lateral de la contrapunta con !a regla graduada.
Fig. 12.38 Verificación del desplazamiento lateral de !a contrapunta con el compás .
Fig . 12 .39 Medición del desplazamiento lateral de la contrapunta con el micrómetro,
Fig. 12 .40 Medición del desplazamiento lateral de la contrapunta con el comparador .
12 .3 .5 .6
Torneado cónico con escariador
El escariado solamente se emplea para conos interiores y en operación de afinado o acabado (fig . 12 .41) . El escariado tiene especial importancia cuando el cono interior es de diámetro pequeño y resulta dificultoso efectuarlo con herramientas normales . 12 .3 .6 Fig. 12.41
Escariado cónico.
Verificación de conos
La verificación se hace de diversas formas, según la conicidad del cono y la precisión del mismo . 342
Los sistemas de verificación más empleados son los siguientes : - Goniómetros para conos de poca precisión (fig . 12 .42) . - Con comparador (fig . 12 .43) . - Con plantilla de chapa (fig . 12 .44) . - Con cono patrón (fig . 12 .45) . 12 .3 .7
Velocidad de corte en el torneado cónico
Lo normal es trabajar a r. p . m. constantes, por lo cual la velocidad de corte varía constantemente ; si la conicidad no es muy grande la variación de velocidad es despreciable ; las r. p. m. se calculan como en el cilindrado, por la conocida fórmula : 1000-v 7c - d
n=
Fig. 12.42 Comprobación de un cono con el goniómetro,
Si la conicidad es muy grande, lo ideal sería trabajar a una velocidad de corte constante y a un número de r. p . m . variable ; el planteamiento y solución es similar al ya tratado en el apartado 12 .1 .5 para el refrentado .
12 .3 .8
Cálculo del tiempo en el torneado cónico (fig . 12 .46) Si el torneado cónico es a revoluciones por minuto constantes y el avance automático, el tiempo de mecanizado se calcula por las siguientes fórmulas : L = L, + L Z + L 3 + L 4 = =
p (1
p
sen a
+
2 p sen a
+
3 p sen a.
+
4 p sen a
+2+3+4) sen a
x = diferencia de medida de los comparadores
Fig . 12 .43 Comprobación de un cono con ayuda de dos comparadores,
Por otra parte: Te = Sustituyendo L por su valor, en general, tendremos: Te
=
L, + LZ + L3 . a*n
referencias
. L,r
en la que :
plantilla
Fig . 12 .44 Comprobación de un cono con plantilla,
L,, L 2 . . . L X = longitudes en milímetros
a n
= avance por vuelta, en milímetros, de la herramienta = vueltas por minuto de la pieza
O, también : p(1 +2+3+ . _ sen a a*n
Te=
p (1 +2+3+ . a « n * sen
a
x) _
. +x)
calibre hembra
[121 limite de entrada mínima
en la que : p x a n a
= = = = =
limite de entrada máxima
asquill - cono
profundidad de pasada al radio, en milímetros número de la última pasada avance por vuelta, en milímetros, de la herramienta vueltas por minuto de la pieza ángulo del cono
calibre macho pieza
Fig. 12 .45 Calibres patrón macho y hembra para conos .
343
Cuando el ángulo del cono es inferior a 10°, la fórmula [12] se puede sus= tituir por : Tc-
2'p(1 +2+3+ . C-n-a
.+x)
[13]
en la que : p = profundidad de pasada al radio, en milímetros C = conicidad del cono n = vueltas por minuto de la pieza Fig. 12 .46 Cálculo de tiempo en el torneado cónico (diversas pasadas),
Nota . Las fórmulas responden al tiempo de mecanizado del corte del material . El tiempo de entrada y salida de herramienta no se ha tenido en cuenta . Problema 11 .° Se ha de mecanizar el cono de la figura 12 .47 a 150 r . p . m . constantes para todas las pasadas, con un avance de 0,4 mm/rev y una pasada de 3 mm . Calcular : a) El número de pasadas que hay que dar. b) El tiempo de máquina invertido en la operación . Respuesta : a) b)
Fig. 12 .47
6 pasadas . 8 minutos .
Problema 12.° Se ha de mecanizar el cono de la figura 12 .48 en un torno que dispone de una gama de velocidades de 50, 70, 85, 108, 129, 164, 198, 252, 331, 435, 500, 550, 780, 1 000, 1 190 y 1 500 r. p . m . ; el avance a emplear debe ser de 0,35 mm por revolución y la profundidad de pasada de 2,5 mm (en radio) . Calcular : a) El número de pasadas que hay que dar . b) El número de revoluciones a que debe girar el torno si se mecaniza a una velocidad de corte de 34 m/min . c) El tiempo de máquina invertido en la operación . Respuesta : a) b) c)
Fig. 12 .48
8 pasadas . 108 r . p . m . 24 minutos .
Problema 13.° Durante comprueba la nado, la cota pasada p que
el mecanizado de un cono Morse n .o 4 (ángulo de incidencia lo 28' l9"), se conicidad por medio de un cono patrón (fig . 12 .49) ; cuando el cono está termib debe estar situada a 5,3 mm del extremo del cono . Calcular la profundidad de habrá que dar, si la cota b' actual es de 11,4 mm (ver detalle del problema) .
Respuesta :
cono patrón
0,156 mm .
Problema 14,° Calcular el desplazamiento a dar a la contrapunta, si el cono de la figura 12 .48 se hace por este sistema . Respuesta :
12 .4
9,886 mm .
Torneado excéntrico
Torneado excéntrico es la operación con la que se pueden obtener cilindros de distintos ejes de giro en una misma pieza (fig . 12 .50) . Como operación fundamental es un caso particular del cilindrado . 12 .4 .1
Fig. 12.49
Clases de excéntricas
Al igual que el cilindrado, las excéntricas pueden ser : exteriores e interiores. Las exteriores son cilindros con diversos ejes de giro y las interiores agujeros con ejes igualmente desplazados. 344
Montaje de las piezas para el torneado excéntrico El torneado de una pieza excéntrica depende fundamentalmente del montaje o sujeción de la misma . Como en otros problemas mecánicos, cada caso requiere su estudio y análisis particular . La sujeción o montaje en el torneado excéntrico se puede dividir en tres grandes grupos : - Montaje sobre centros . - Montaje sobre platos . - Montaje sobre utillajes especiales . 12 .4 .2
12 .4 .2 .1
Montaje de piezas excéntricas sobre centros
Este sistema es propio de piezas largas ; tiene la ventaja de que el montaje y desmontaje es rápido y seguro . Presenta diversidad de formas según los casos . Los centros pueden estar : - Todos dentro de las bases de la pieza (fig . 12 .51) ; su colocación es sencilla y la excentricidad suele ser pequeña. La mecanización adecuada de los centros es fundamental para la precisión de la excéntrica . - Alguno de los centros caen fuera de las bases de la pieza (fig . 12 .52), su montaje es complejo y exige útiles especiales ; este sistema es propio para grandes excentricidades. El desequilibrio de masas produce perturbaciones en la máquina al girar, que se traducen en vibraciones; el desequilibrio se puede compensar con contrapesos graduables (fíg . 12 .53) .
Fig . 12 .51 Torneado de excéntricas con todos los centros dentro de la pieza. cilindro de sujeción
Fig.
12 .53
Equilibrado de pieza en el torneado excéntrico,
Fig . 12.50
Torneado excéntrico .
i Fig. 12 .54 Sujeción de pieza excéntrica en un plato universal de cuatro garras independientes .
Fig. 12.55 Verificación de la excentricidad con auxilio de un comparador de reloj.
Fig. 12,52 Torneado de excéntricas con los centros fuera de la pieza .
Montaje de piezas excéntricas sobre platos El torneado excéntrico interior solamente puede efectuarse sujetando la pieza en platos ; este sistema es muy propio también para excéntricas exteriores de poca longitud (torneado al aire) . Los platos para mecanizar excéntricas pueden ser : - Plato universal de garras independiente . - Plato universal de tres garras con suplemento . - Plato autocentrante . - Plato plano con bridas . 12 .4 .2 .2
Fig. 12 .56 Descentrado de pieza en un plato universal de tres garras con auxilio de un suplemento : 1, 2 y 3, garras del plato.
1 . Mecanización de excéntricas con plato universal de garras independientes. Estos platos suelen tener cuatro garras (fig . 12 .54) . Cada garra puede moverse concéntricamente, como en un plato normal, o individualmente . La excentricidad se obtiene con precisión con la ayuda de un cilindro y comparador (fig . 12 .55) . La puesta a punto supone una operación larga y laboriosa . Para la mecanización en serie el montaje y desmontaje de las piezas se efectúa actuando como plato universal, procurando no mover las garras independientes una vez colocadas a punto. 2 . Torneado de excéntricas con plato universal de tres garras con suplemento. Si a una de las garras, de un plato normal, se le acopla un suplemento, la pieza automáticamente se descentra (fig . 12,56) . El problema a resolver es hallar el espesor x del suplemento, en función de la excentricidad e y del diámetro D de la pieza . Para hallar el espesor x del suplemento, se considera primeramente un caso teórico (fig . 12 .57), en el cual las mordazas del plato universal terminan en punta. 34 5
Fig. 12.57
Caso teórico B=e-sen600=e
A = e - cos 60° =
0,5 - e Dz_3
x=(A+C)-(R-e) Fig. 12.58 =1 ,5 plato liso
e+
división graduada plato universal
=
_1 2
[
2-
2 [ 2
+ e
D 2
e2_
. e 2 -D D2-3 +3
x=
_D 2
='0,5-e+
ñ2- -
. e1
- el
D2-3-e2-D+3-e]
[14]
En la práctica las mordazas del plato universal no terminan en punta (figura 12 .58) ; el ángulo de 60 ,1 que en la figura 12 .57 se ha considerado, queda algo reducido, debido al espesor m del asiento de la mordaza . Si la excentricidad es de precisión, en el desarrollo de la fórmula del caso teórico, se introduce una corrección en el ángulo de 60o . Corrección del ángulo de 60° sen
Fig . 12,59 Combinación de platos : A, plato universal con plato liso con desplazamiento lineal de una garra ; B, descentrado del plato por giro .
(fig . 12 .58) a =
Angulo real
[15]
= 60° - a
[16]
3 . Torneado de excéntricas con plato autocentrante. Este mecanismo consiste en acoplar un plato universal normal a un portaplatos de agujero excéntrico (fig . 12 .59) ; girando el plato sobre el agujero de apoyo, se consigue variar la excentricidad a voluntad . 4 . Mecanización de excéntricas en plato plano . Este sistema se emplea normalmente para excéntricas interiores ; es un caso particular del cilindrado interior (fig . 12 .60) ; la pieza se sujeta al plato por medio de bridas y tornillos . Fig. 12.60 Realización de una excéntrica interior con el plato liso, torneador excéntrico centros para excéntrica 1
Fig. 12.61 Torneado de excéntricas con el auxilio de un torneador.
12 .4 .2 .3
Torneado de excéntricas con utillajes especiales
En términos mecánicos se puede decir que todos, o casi todos, los problemas tienen solución, acoplando a las máquinas utillajes apropiados . Este es un tema amplio y complejo, de forma tal que cada pieza necesita un estudio particular con su correspondiente proyección y realización del utillaje . A continuación se exponen, a título de ejemplo, algunos utillajes para el torneado de excéntricas : - Torneado de excéntricas por medio de un eje con puntos excéntricos (fig . 12 .61) . - Utillaje para tornear bielas (fig . 12 .62) . - Utillajes para tornear excéntricas exteriores (figs . 12 .63 y 12 .64) . - Torneado de excéntricas con utillaje para diversas excentricidades (figura 12 .65) . 346
tornillo de apriete 1
I
~
711 plato contraplato ,
I'1
biela
tope fijo
i
tuerca
tope fijo
plano
centrados uerca
centrados
..\\-
IJ C" r
D
contrapeso ra
k%71
tornillo
Fig. 12.63 Util para el torneado de excéntricas exteriores,
semoxC-D
Fig . 12.62
Util para tornear bielas.
utillaje pieza
.s. nm~nm
visto por A
Fig, 12.65 Utillaje de excéntrica apoyado en la bancada del torno, Fig . 12.64 Util para el torneado de excéntricas exteriores.
12 .5
Roscado en el torno
Dentro de la amplia gama de trabajos que se pueden realizar en el torno, el roscado es uno de los más característicos, de tal forma que cualquier torno paralelo está equipado con los elementos necesarios para efectuar rosca normalizada . La operación de roscado a torno consiste en dar a la pieza un movimiento de rotación respecto a su eje, y a la herramienta un movimiento de traslación sincronizado con el de rotación y paralelo a la generatriz de la rosca (fig . 12 .66A) .
12 .5 .1
Clases de roscado
En cuanto a la forma general, las roscas pueden ser: - Exteriores . - Interiores . - Transversales . La forma de realizarlos y su cálculo puede variar considerablemente, según los casos y el método a seguir para su ejecución. 12 .5 .2
contracabezal
Sistemas de roscado a torno
La mecanización de una rosca en el torno se puede efectuar de varias formas. Las dimensiones de la rosca pueden condicionar, en muchos casos, el sistema de roscado. Una rosca interior muy pequeña solamente se puede realizar en machos de roscar ; si la rosca es muy grande, hay que hacerla con cuchilla, Según las herramientas a utilizar, el roscado a torno puede ser: - Con machos de roscar. - Con terrajas y cabeza de peines con disparo automático . - Con rodillos de laminación . - Con cuchilla . 12 .5 .2 .1
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Roscado a torno con machos
Este sistema es apropiado para la ejecución de roscas pequeñas interiores, en las que no se exija mucha precisión . El movimiento de giro de la pieza se hace con la mínima velocidad ; el de traslación de la herramienta (macho) se 34 7
ieza
la
cilindro desplazable
c Fig, 12.66 A, roscado en el torno con herramienta : A, exterior; B, interior; B, roscado en el torno con macho ; C, dispositivo de roscado con traslación automática del macho.
realiza automáticamente al iniciarse la rosca, procurando que el macho no gire . El macho se acopla al portamachos (fig . 12 .6613) o portabrocas para evitar el giro . Fig. 12.67 Roscado en el torno con terraja .
pieza de sujeción : de la terraiá (tres piezas)
terraja
contracabezal
pieza
v
a~iJ~,jHp
`"aw tuerca
Fig. 12.68
Portaterrajas deslizantes.
El macho puede estar acoplado a un mecanismo que le permita el movimiento de traslación, mientras la contrapunta está fija a la bancada (fig . 12 .66C) . Para desalojar el macho se invierte el movimiento de giro del cabezal. La lubricación debe ser abundante . 12 .5 .2 .2
Roscado a torno con terraja
12 .5 .2 .3
Roscado a torno con cabezal de peines
Es un sistema similar al efectuado con macho; la terraja se emplea para roscas exteriores pequeñas, tornillería en general, donde la precisión no sea muy grande . La sujeción de la terraja puede ser con portaterrajas normal (fig . 12 .67), portaterrajas deslizante (fig . 12 .68) y con portaterrajas fijo al carro (fig . 12 .69) ; este último sistema es propio para piezas largas . La traslación de la herramienta se efectúa con movimiento automático del carro y avance del paso de la rosca . El roscado con terraja exige que la lubricación sea continua . Es similar al roscado con terraja (fig . 12 .70) ; el cabezal de roscar tiene la particularidad de que, al final de la rosca, los peines se abren automáticamente ; los peines del cabezal, pueden tener dos posiciones, graduadas por una palanca, para terminar la rosca de una o dos pasadas según lo aconseja las dimensiones del paso . El cabezal de roscar con peines es muy utilizado en tornos revólver .
A
Fig. 12.69 Portaterrajas fijo en el carro portaherramientas .
Fig. 12 .70 postizos.
Fig. 12 .72 Estructura del material después del roscado por laminación .
í
~1111g__..._.~
tuerca de roscar
Fig . 12.73
Roscado a torno con cuchilla.
Roscado con cabezal de peines
Fig . 12 .71 Roscado por laminación : A, disposición; B, terraja para el laminado de pequeñas roscas exteriores.
12 .5 .2 .4
Roscado a torno con rodillos de laminación
12 .5 .2 .5
Roscado a torno con cuchilla
En cuanto a ejecución es similar al roscado con terraja (fig . 12 .71) : no hay desprendimiento de viruta ; el diámetro del tornillo a roscar ha de ser el diámetro medio de la rosca; la rosca por laminación es más resistente porque las fibras toman la forma del filete (fig . 12 .72) . El roscado con macho, terraja, rodillos de laminación o cabezal de peines, se caracteriza porque la rosca se hace de una sola pasada, mientras que el roscado con cuchilla se hace en varias pasadas. El movimiento de giro de la pieza y el de traslación de la herramienta están sincronizados por medio de trenes de engranajes, que unen el cabezal del torno con el husillo de roscar (figura 12 .73) . El afilado y forma de la cuchilla dependen de la rosca a realizar . 1 . Clases de cuchillas para roscar. Las cuchillas deben tener una forma determinada, según la rosca y la forma de ejecución de la misma . Generalmente, 348
el perfil de la cuchilla debe corresponder al perfil de la rosca . Las cuchillas normales_ se pueden afilar adoptándolas al perfil de la rosca (fig . 12 .74) salvo que se parta de una cuchilla de perfil constante, en la cual sólo se afila el ángulo de desprendimiento (fig . 12 .75) .
Fig . 12,74 Herramientas de forma de tipo normal adaptadas al perfil normalizado, pieza
Fig . 12 .75 Herramientas de forma de perfil constante : A, circular, B, prismática.
arista secundaria de corte
2. Penetración de la cuchílla para roscar. El avance o penetración de la cuchilla para la ejecución de roscas puede ser radíal (fig . 12 .76) y oblicuo (figura 12 .77) . La penetración radial se realiza con el carro transversal y es el método utilizado en la mayor parte de los casos. La penetración oblicua se realiza con el carro orientable ; este sistema solamente se emplea para las roscas triangulares . 12 .5 .3
Cálculo del tíempo de roscado
La fórmula que se da a continuación sólo se puede aplicar al roscado con herramienta simple ; se obtiene a partir de la fórmula general T ': _ considerando que el avance a viene dado por el propio paso :
I + c a * n
[6a],
detalle A
t;
Si h es la altura del filete y t la profundidad media por pasada, el número de éstas será
Fig. 12.76 Roscado por penetración ra día1.
por consiguiente, el tiempo total teórico será : Tr =
I + c P - n
,
h t
[17]
También puede darse en función de la velocidad de corte v; entonces se tiene : Tr=
7r , d z (I+c) 1 000 P - v
,
h t
[18]
siendo : dz = el diámetro medio de la rosca en mm I = longitud de la pieza a roscar en mm c = entrada (normalmente igual a 3P) en mm P = paso de la rosca en mm v = velocidad de corte en m/min Si la rosca tiene varias entradas, el tiempo calculado ha de multiplicarse por el número de éstas . 12 .6
Torneado de curvas
Hay piezas o elementos de máquinas que, en algunas de sus partes, son cuerpos de revolución de sección curvilínea, para cumplir un fin determinado, según los casos. 349
Fig. 12.77 oblicua,
Roscado por penetración
Las curvas pueden ser de gran precisión, por ejemplo, el asiento de las bolas en los cojinetes ; las curvas de una manivela de cualquier volante necesitan poca precisión . Las curvas realizadas a torno no suelen tener mucha precisión, aunque ésta varía mucho según la forma de realizarla ; con un mecanizado manual no se puede alcanzar la precisión que se obtiene con un sistema copiador . El empleo de un sistema manual para tornear curvas, sólo tiene razón de ser en pequeñas series o en diseños de prototipos . Fig. 12 .78
Torneado sensitivo de un cuerpo de revolución con perfil curvilíneo .
12 .6 .1 El -
Formas de efectuar el torneado de curvas torneado de curvas en el torno se puede realizar : Manualmente . Con herramienta de forma. Con aparato copiador. Con mecanismos especiales (solamente para esferas) .
12 .6 .1 .1
Fig. 12 .79 maneta,
Desbaste previo de una Verificación con plantilla.
Torneado de curvas manualmente
Accionando manualmente el carro longitudinal y el transversal se pueden mecanizar curvas (fig . 12 .78) ; el control y verificación de las curvas se hace con plantillas ; las plantillas pueden ser para desbaste (fig . 12 .79), o para semi acabado (fig . 12 .80) . El acabado puede hacerse con rasquetas, apoyándolas sobre soportes apropiados (fig . 12 .81) . En el caso de precisarse un superacabado, éste puede obtenerse con tela de esmeril .
plantilla
soporte
rasqueta
Fig. 12.80 Semiacabado con movimiento simultáneo de dos carros. Verificación con plantilla .
Fig. 12 .82
Torneado de piezas de perfil curvilíneo .
aristas de corte
12 .6 .1 .2
Fig. 12 .81
Acabado con rasquetas,
Torneado de curvas con herramientas de forma
Las herramientas de forma se emplean para piezas relativamente pequeñas ; son muy utilizadas en torno revólver y automático . El perfil de la herramienta ha de ser de idéntica forma al de la pieza a tornear; el movimiento de la cuchilla de forma es sólo de penetración con el carro transversal (fig . 12 .82) . Si la pieza de forma a tornear tiene un determinado perfil geométrico y de dimensiones relativamente grandes (fig . 12 .83A), es aconsejable darle un desbaste racional (figs. 12 .83[3, C y D), con el fin de facilitar la operación de acabado (fig . 12 .83E). El acabado de piezas esféricas se realiza con rasquetas apropiadas (fig . 12 .84) . Para el torneado de piezas en serie y de curvas de precisión se usan herramientas de perfil constante (fig . 12 .85) .
Fig.
12 .84 Acabado de esferas a mano por medio de rasqueta o útil.
D'=D+0,2
A
B
I =04142 D]
c
Fig. 12.83 Proceso de mecanizado de una esfera,
35 0
L=x+
D
2
+0,2
12 .6 .1 .3
Torneada de curvas con aparato copiador
El mecanismo es el mismo al ya tratado en el apartado 12 .3 .5 .2 para el mecanizado de conos con copiador . Para cada curva se acopla una plantilla de la forma de la pieza a tornear (figs . 11 .5 y 12 .30) . Este sistema es rápido y preciso ; se emplea para trabajos en serie, pero mucho más preciso es el copiador oleoneumático (fig . 12 .86) . Palpado,
Fig . 12.87A Torneado de esferas con utillaje especial : 1, volante ; 2 tornillo y rueda sin fín; 3 eje de giro ; 4, carro ; 5, portaherramientas desplazable ; 6, he rramienta ; 7, esfera a construir.
Fig, 12 .85 Herramientas de perfil constante : A, prismática ; B, circular.
punto de giro libre
Fig. 12.86 Copiado de perfiles curvilíneos por procedimientos oleoneumáticos .
12 .6 .1 .4
Mecanismos para tornear esferas Son accesorios que se acoplan al torno paralelo ; tienen la particularidad de que se pueden mecanizar esferas de cualquier diámetro, dentro de ciertos límites.
Fig . 12 .878 Torneado de esferas a mano empleando el portaherramientas .
La esfera se engendra dando a la pieza un movimiento de rotación sobre su eje, y a la herramienta un movimiento de giro con radio apropiado (fig . 12 .87A) ; la esfera no es posible acabarla de una sola fase, en toda su superficie, por el problema de la sujeción . Una vez termi nada la fase de torneado esférico, se trocea y la esfera se termina con un utillaje (fig . 12 .88) . Otro procedimiento es el empleado en la figura 12 .8713, que consiste en dejar flojas las tuercas del carro porta herramientas .
12 .7
Troceado y ranurado
material a suprimir
esfera
Troceado es una operación que consiste en cortar una pieza en partes, dando a ésta un movimiento de rotación y a la herramienta otro de traslación, con el carro transversal . El ranurado se diferencia del troceado en que no llega a cortar la pieza y presenta más diversidad de casos. El troceado es una operación delicada, que requiere gran seguridad y experiencia, especialmente cuando el diámetro de la pieza a tronzar es considerable. 12 .7 .1
útil
Fig. 12 .88 feras,
Util de acabado de es-
Herramientas de trocear
Estas herramientas presentan el problema de tener un espesor reducido y una longitud considerable ; si la ranura de troceado es de cierta profundidad, están expuestas a partirse fácilmente .
Fig. 12 .89 Herramienta rígida de trocear.
Para pequeños espesores se emplean herramientas rígidas (fig . 12 .89) UNE 16109 . Para profundidades mayores es necesario utilizar cuchillas elásticas (fig . 12 .90) o portacuchillas elásticos (fig . 12 .91), con el fin de evitar roturas. Para conseguir un corte sin rebabas y una superficie con buen acabado, el filo de la herramienta es inclinado (fig . 12.92) .
Fig,
12,91 Portaherramientas elásticos para trocear.
Fig. 12.90 Herramienta elástica de trocear (cuello de cisne) .
35 1
12 .7 .2
Velocidad de corte en el troceado
Una de las causas de rotura de la herramienta en el troceado para grandes profundidades, es la variación constante que tiene la velocidad de corte. De no disponer el torno de variador continuo de velocidad, durante el mecanizado se debe cambiar de velocidad dos o más veces . El problema es el mismo del refrentado, tratado en el apartado 12 .1 .5 . Fig. 12.92 Herramienta de trocear con filo inclinado .
12 .7 .3
El avance dependerá del material a cortar y de la elasticidad de la herramienta ; si el avance es grande, el riesgo de rotura es mayor. El movimiento de la cuchilla puede ser manual o automático . 12 .7 .4
Fig. 12.93 Troceado con giro en sentido invertido .
Avance para el troceado
Sentído de rotacíón de la pieza para el troceado
El sentido de giro para el troceado debe ser contrario al normal (fíg . 12 .93) ; si el eje principal del torno está preferentemente ajustado, puede hacerse en sentido normal (fig . 12 .94) . La razón del sentido de giro y posición de la herramienta se debe a que, si los cojinetes del eje principal tienen juego (fig . 12 .95) en sentido normal, el eje tiende a subir y bajar, produce vibraciones y la cuchilla puede romperse . Sin embargo, girando en sentido contrario y colocando la cuchilla invertida, las vibraciones son menores (fig . 12 .96) ; en esta posición el lubricante penetra mejor. eje de cabezal
Fig . 12.94 Troceado con giro en sentido normal.
Fig. 12 .95
Fig. 12 .96
12 .7 .5
Troceado en serie
12 .7 .6
Precaucíones que se deben tener en el troceado
Cuando hay que trocear en serie, se utilizan topes para tomar la medida (fig . 12 .97) ; si el filo de la herramienta es recto, se acopla un soporte a la pieza (fig . 12 .98) que sirva de guía a la pieza para que el troceado sea perfecto .
Fig. 12,97
Troceado en serie,
El troceado es una operación delicada en la cual se deben tomar ciertas precauciones : - Que la pieza a troncear sobresalga lo menos posible del plato. - La herramienta debe estar a punto o un poco baja . - La cuchilla ha de estar perfectamente perpendicular para que las caras laterales no rocen. - La cuchilla, portacuchillas y torreta deben estar perfectamente apretadas . - La refrigeración y lubricación no deben faltar ; el calentamiento de la herramienta produce dilataciones y puede ser la causa de rotura . 12 .7 .7
Ranurado
El ranurado se efectúa en un proceso de trabajo similar al de troceado, pero con unos fines completamente distintos. El ranurado tiene diversidad de formas y aplicaciones . 12 .7 .7 .1
Clases de ranurado
Por la forma de efectuarlo, el ranurado puede ser: - Radial . - Frontal . - Oblicuo.
Fig. 12.98
352
12 .7 .7 .1 .1
Ranurado radial
Se dice que el ranurado es radial cuando la penetración de la herramienta se hace perpendicularmente a las guías y al eje principal (fig . 12 .99) . La forma de las herramientas y de las ranuras varía según su finalidad. En la figura 12 .100 se muestran ranuras radiales y sus herramientas correspondientes, aplicadas a ejes, con la finalidad de dar salida a la muela en el rectificado . La operación de desbaste y acabado depende de la forma y dimensiones de la ranura (fig . 12 .101) ; como puede observarse, la forma de la herramienta de desbaste y acabado, en este caso, son completamente distintas . Fig. 12.99 Ejecución de las gargantas de una polea . Fig. 12 .100 Diversas formas de ranuras y herramientas correspondientes.
12 .7 .7 .1 .2
Ranurado frontal
El ranurado es frontal, cuando la penetración de la herramienta se hace paralelamente a las guías y al eje principal (fig . 12 .102) . Con frecuencia el ranurado frontal sirve de desbaste para la obtención de otras ranuras, en forma de cola de milano (fig . 12 .103) o en forma de T (fig . 12 .104), muy empleadas en mecanismos .
Fig .
12 .102
Ranurado frontal de un disco .
Fig. 12 .103
Fig. 12 .101 Desbaste y acabado de ranuras; herramientas apropiadas .
Ranura frontal de cola de milano .
Para el mecanizado de ranuras frontales es muy importante dar a la herramienta los ángulos de incidencia correspondientes, según el diámetro de la ranura ; las caras de incidencia pueden ser rectas o curvas (fig . 12 .105) .
Fig. 12.104
Ranura frontal de T.
Fig. 12.105 Incidencia lateral de las herramientas.
12 .7 .7 .1 .3
Ranurado oblicuo
El ranurado se llama oblicuo, cuando la penetración de la herramienta se hace accionando simultáneamente el carro longitudinal y el transversal (figura 12 .106) o con inclinación del carro portaherramientas. Estas ranuras tienen la finalidad de dar salida a la muela en el rectificado cilíndrico y planeado transversal . 12 .8
Moleteado
Es la operación que tiene por objeto producir una superficie áspera o rugosa, para que dicha superficie se adhiera a la mano, con el fin de sujetarla o girarla más fácilmente . La superficie sobre la que se hace el moleteado normalmente es cilíndrica . 353 23 .
Tecnología 2.1
detalle de A
Fig. 12,106
Ranurado oblicuo .
El moleteado se realiza dando a la pieza un movimiento de giro, respecto a su eje, y a la herramienta un movimiento longitudinal o transversal, según el tipo de moleteado (fig . 12 .107), o bien, los dos movimientos si el moleteado tiene mucha longitud .
Fig. 12 .107
Moleteado.
12 .8 .1
Clases de moleteado
12 .8 .2
Utiles o herramientas de moletear
Según la forma de las estrías, el moleteado puede ser: paralelo (fig . 12 .108), en cruz (fig . 12,109) y en diagonal (fig . 12 .110) ; éstos son los más normales . Existen moleteados cóncavos y convexos, que solamente se usan en casos especiales . Las herramientas de moletear se llaman grafilas o moletas (fig . 12 .111) ; son discos de acero templado con salientes ranurados de la forma de moleteado que se quiera obtener. Las grafilas o moletas van montadas sobre unos soportes llamados portagrafilas (fig . 12 .112) .
Fig,
12 .108
Fig. 12.109
Fig. 12 .111
Fig. 12 .110
Grafilas o moletas.
Fig. 12 .112
Portagrafilas.
Para trabajos en serie en el torno revólver o automático se emplean aparatos especiales para moletear (fig . 12 .113).
12 .8 .3
Velocidad de moleteado
La velocidad tangencia¡ de la pieza a moletear suele ser de 25 a 30 m/mm, para materiales blandos ; y de 20 a 25 m/mm, para materiales duros . La lubricación debe ser continua y abundante.
Fig. 12 .113
Portagrafilas para torno automático .
12 .9
Taladrado y escariado en el torno
El taladrado en el torno se realiza con un movimiento de rotación de la pieza y un movimiento de traslación de la herramienta (fig . 12 .114) . Normalmente, el mandrinado va precedido del taladrado y es imprescindible cuando, partiendo de material macizo, hay que realizar operaciones de interiores .
12 .9 .1 Fig. 12 .114
Taladrado en el torno, casquillo de reducción
Fig. 12.115
expulsor
Sujeción de herramienta para taladrar
El eje principal de la broca siempre tiene que coincidir con el eje de giro de la pieza . Las brocas se olocan directamente en el eje de la contrapunta, si el mango es cónico (fig . 2.115) ; en portabrocas, si son de mango cilíndrico (fig . 12 .116), sobre torreta (fig . 12 .117) con el fin de darle movimiento de penetración automático con el carro principal . En este caso, la comprobación del centrado ha de ser minuciosa; la posición de centrado de la broca puede asegurarse con topes en el carro transversal .
Montaje de la broca en la contrapunta .
Fig. 12 .116 Montaje del portabrocas en la contrapunta.
12 .9 .2 Fig. 12 .118
Dispositivo de unión del contracabezal al carro,
Fig. 12.117 torreta,
Montaje de la broca en la
Movimiento de avance de la herramienta
El movimiento de avance automático de la broca puede realizarse colocando la herramienta en la torreta (fig . 12 .117) y moviendo la contrapunta arrastrada por el carro con un dispositivo apropiado (fig . 12 .118) ; este sistema 354
sólo es posible en los tornos que estén provistos de dicho mecanismo. Para taladrar, por este sistema, se coloca la broca en su lugar normal, se ajusta la platina del contracabezal a la bancada, de manera que pueda deslizarse, pero sin juego, a fin de que no tienda a volcarse el mismo contracabezal . 12 .9 .3
Precauciones para el taladrado a torno
Fig. 12 .119 Preparación del iniciado al taladrado,
Antes de empezar a taladrar, conviene preparar la pieza, refrentándola y haciendo un pequeño avellanado con la herramienta, o taladrar unos tres milímetros con una broca de hacer puntos (fig . 12 .119), si la broca a utilizar es pequeña; con esto, se evita que la broca se doble al comenzar a taladrar y se pueda romper o descentrar . Para taladrar con brocas pequeñas por minuto se acerque lo más posible al La lubricación y refrigeración debe En agujeros profundos el taladrado con el fin de dar salida a la viruta .
12 .9 .4
es muy importante que el número de revoluciones teórico, para que la broca no se parta . ser abundante y continua . hay que interrumpirlo a intervalos y sacar la broca,
Fig. 12 .120
Escariado en máquina .
Escariado en el torno
La finalidad del escariado es la de terminar agujeros precisos . El escariado va siempre precedido de un taladro o mandrinado . El escariado en el torno se realiza dando a la pieza movimiento de rotación sobre su eje y a la herramienta movimiento de traslación paralelo a la generatriz del agujero .
1.
Clases de escariado.
El escariado puede ser cilindríco y cónico.
2. Escariadores para tornear. Los escariadores para tornear son cortos y con ángulo en la punta (fig . 12 .120) con el fin de facilitar la entrada. Los escariadores cilíndricos van acoplados a mangos largos y elásticos (fig . 12 .23) para evitar que se rompan . 12 .10
muela
fig . 12.121 Dispositivo de rectificar acoplado al torno,
Accesorios aplicables a los tornos
Además de los trabajos propios, el torno puede, con utillajes y accesorios especiales, efectuar trabajos que normalmente sólo pueden ejecutarse con otras máquinas herramientas . Esto no quiere decir que el torno pueda sustituir a las demás máquinas herramientas, que resultarán siempre más eficientes en la realización del trabajo que les corresponda. Para talleres pequeños (especialmente si están lejos de la gran industria) resulta, sin embargo, ventajoso y económico disponer de dispositivos y aparatos que a menudo permiten construir completamente piezas y repuestos de máquinas difíciles y complicadas .
Aparato para rectificar en el torno (fig . 12 .121) Consiste en un eje portamuela, que recibe el movimiento de un motor eléctrico por medio de poleas y correa, que sirve para rectificar exterior e interiormente en el torno. Este aparato permite efectuar en el torno pequeños trabajos de rectificado exterior o interior, cilíndrico o cónico . Es indispensable para el rectificado de los puntos del propio torno (fig . 12 .122). Cuando se utiliza, es preciso proteger convenientemente con una pantalla de material incombustible las guías del torno en el lugar donde caen las chispas; de lo contrario, se deterioran rápidamente.
Fig . 12,122 del cabezal .
Rectificado
del punto
12 .10.1
12 .10 .2
Fig. 12,123 le vas.
Dispositivo para tornear
Fig.
Destalonado de fresas .
Dispositivo para tornear levas (fig . 12 .123)
Consiste en un eje colocado paralelo a la bancada, que gira generalmente a la misma velocidad que el eje del cabezal . En dicho eje se monta una plantilla de la excéntrica que se ha de reproducir, contra la cual se apoya el carro transversal impulsado por un muelle o contrapeso . Si suponemos suprimido el tornillo transversal, al girar el eje del cabezal y con él el eje lateral, la herramienta torneará una excéntrica igual a la que en éste se ha montado. 12.10.3
Aparato para destalonar
Destalonar significa rebajar en forma de excéntrica y regular los dientes de una fresa, machos, etc., para que todos tengan el mismo ángulo de incidencia (fig . 12 .124) . 355
12.124
Las fresas de perfil constante, sean las de módulo como las de forma, se pueden destalonar al torno mediante una herramienta de forma apropiada, empleando el aparato ilustrado en la figura 12 .125A . Sobre un mismo eje se coloca la fresa para destalonar y la leva copiadora de igual número de dientes. Al girar el eje, la leva desplaza su brazo y por una palanca también el brazo de la herramienta da tirones, permitiendo a dicha herramienta el destalonado de fresa . Ordinariamente, sin embargo, para destalonar se emplean tornos especiales (fig . 12 .12513) . 12 .19 .4
Aparatos para fresar en el torno
Hay dos tipos de aparatos para fresar en el torno. En unos, la fresa se coloca en el eje del torno o entre puntos ; y la pieza en un soporte especial, con divisor o sin él, acoplada al carro (fig . 12 .126) . En otros, es la pieza la que se coloca en el plato o entre puntos, y la fresa es movida por un motor aparte, de forma parecida a los aparatos de rectificar en el torno . Existen también para este caso divisores que se acoplan al eje del torno.
Fig. 12 .126 Aparato para fresar en el torno : A, con aparato divisor; B, con bridas sobre el carro transversal; C, con escuadra graduable .
Fig. 12 .125 A, aparato para destalonar fresas en el torno ; B, torno para destalonar.
12 .10.5
Fig.
12 .128 Pieza embutida o repulsada.
Existen aparatos para fresar roscas exteriores e interiores en el torno, pero los más utilizados son los destinados a ejecutar husillos largos de precisión, generalmente de forma trapecial . El accesorio consiste en un bastidor que se fija al carro transversal, que lleva una pieza hueca provista de varias cuchillas, que giran a gran velocidad por medio de un motor independiente (fig . 12 .127A) . Este aparato sustituye a la cuchilla normal ; los movimientos del carro, del torno y de la pieza se efectúan como en el roscado normal, aunque deben ser más lentos, ya que aquí el movimiento de la pieza no es el de corte, sino el de avance, y la operación se realiza en una sola pasada o a lo más dos: una de desbaste y otra de acabado. Para roscas cortas y de poca profundidad se acoplan a los tornos dispositivos para filetear automáticamente (fig . 12 .12713) . 12 .11
Fig. 12 .129 Colocación del molde y la chapa para trabajar.
Aparatos para fresar roscas en el torno
Otros trabajos especiales
Además de los trabajos que se estudiaron en cursos anteriores y los que se han expuesto en este capítulo, se puede utilizar el torno para otros trabajos, sin necesidad de más accesorios especiales, aunque sí de pequeños dispositivos que se pueden preparar en el mismo taller . Entre ellos citaremos el repulsado o repujado a torno ; desde luego, estos trabajos se pueden realizar (y se realizan) con mejor rendimiento, cuando se trabaja en serie, por otros procedimientos que no tienen nada que ver con el torno. 356
herramienta __herramienta
-~
motor
Fig. 12 .127 A, accesorio para roscar por fresado en el torno (torbellino) ; B, tallado automático de roscas en el torno .
12 .11 .1
Repulsado o repujado a torno
Esta operación se llama también embutido a torno y consiste en obtener de un disco plano de chapa, un recipiente o una figura de revolución de forma cóncava (fig . 12 .128) . Para ello, se prepara un molde de la forma que ha de tener el recipiente y se fija al torno junto con el disco de chapa, como se ve en la figura 12 .129 . En el carro se fija un pequeño bastidor (fig . 12 .130), donde se pueden introducir unas barras de apoyo. Después se da marcha al torno y se va obligando a la chapa a tomar poco a poco la forma del molde por medio de unas herramientas de forma especial y extremo redondeado, que se manejan a mano, apoyándose en las barras de apoyo . El metal más apropiado para efectuar el repujado es la chapa de aluminio dulce o latón de embutir muy bien recocido . La operación de repujado o repulsado a torno se considera de artesanía y requiere gran habilidad en el operario .
Fig . 12.130
Operación de repulsado.
Fig . 12.131 el torno .
Ejecución de muelles en
Fig. 12 .132 cónico.
Utillaje para el roscado
12 .11 .2
Fabricación de muelles y resortes Para fabricar a torno un muelle se prepara el dispositivo que se ve en la figura 12 .131 . Como se observa, consta fundamentalmente de un cilindro (con un taladro para introducir la punta del alambre de acero), al que se hace girar a torno. El alambre es estirado por unas mordazas de madera o material blando que lo aprietan y que van sujetas al carro . Para obtener el paso del muelle se procede como si se fuera a roscar. Hay que tener en cuenta la recuperación elástica del material, por lo cual conviene emplear un cilindro matriz con diámetro menor que el teórico. 12 .11 .3
Roscado cónico
Se realiza con ayuda de un utillaje especial conectado a la herramienta (fig . 12 .132), o bien desplazando la contrapunta (fig . 12 .133) . La herramienta se coloca en posición correcta con ayuda de plantillas, teniendo en cuenta que debe ser perpendicular al eje del cono y no a su generatriz . Este tipo de rosca se emplea en tubería para conducción de fluidos. CUESTIONARIO 12 .1 12 .2 12 .3 riores más 12 .4 12 .5 12 .6 12.7 12 .8 12 .9 12 .10 12 .11
Operaciones fundamentales de torno . Velocidad de refrentado . Dibujar y designar las cabezas de las herramientas de cilindrar exteriores e inteconocidas . Tiempo de cilindrado . Métodos de obtención de conos en el torno . Desplazamiento de la contrapunta para mecanizado de conos . Sistemas de roscado en el torno . Torneado con herramientas de forma . Herramientas de trocear . Precauciones para taladrar en el torno . Aparato para rectificar en el torno,
35 7
Fig . 12.133 Desplazamiento de la contrapunta para el roscado cónico.
Tema 13 .
Procedimientos y cálculo de roscado en el torno
OBJETIVOS - Conocer los métodos de roscado y los cálculos necesarios tanto para la preparación del torno como para el afilado de las herramientas, división del paso, etc. EXPOSICION DEL TEMA Para realizar una rosca son necesarios dos movimientos uniformes, simultáneos y sincronizados : el de rotación de la pieza y el de traslación de la herramienta (fig . 13 .1) .
Fig . 13 .1 torno .
Roscado en el
El roscado en el torno puede hacerse con machos y terrajas (ver Tecnología del Metal 1.2) ; pero lo más característico es efectuar las roscas con herramientas de corte afiladas a propósito. 13 .1
Características del roscado a torno
El roscado en el torno se caracteriza por la forma de la rosca y de la herramienta; por el paso, que es el avance por revolución de la herramienta, y por el sentido de la rosca, que puede ser a derecha o a izquierda. El roscado a torno puede ser interior y exterior. 13 .2
Cálculo de las ruedas para roscar en el torno
Este tema ya se estudió en Segundo Curso de Primer Grado, de una forma elemental; ahora se pretende ampliarlo, en base a lo ya estudiado. 13 .2 .1
Regla general para el cálculo de las ruedas de roscado
Cuando el torno no dispone de caja de avances o cuando, teniéndola, se anula, puede lograrse cualquier paso poniendo en la lira ruedas apropiadas, que se calculan por la regla siguiente: Se escribe una fracción que tenga por numerador el avance que se ha de construir y por denominador el paso del tornillo patrón, expresados ambos en la misma clase de unidades. Luego, se transforma esta fracción en otra equi valente, de manera que sus términos sean iguales al número de dientes de algunas de las ruedas de que se disponga . Sí esto no es posible, se descomponen, tanto el numerador como el denominador, en factores que se correspondan con los dientes de dichas ruedas (igual número de factores en ambos términos). Los factores del numerador representan el número de dientes de las ruedas conductoras y los del denominador, los de las conducidas : Pc Ph 358
__
paso o avance de la rosca _a construir paso del husillo patrón
__
a b
c e
d f
Siendo : a b
c e
d = los números de dientes de las ruedas conductoras f = los de las ruedas conducidas (fig . 13 .2) .
Observaciones . Para hacer la transformación, cuando a primera vista no se ve el camino a seguir, es conveniente proceder de la siguiente manera : - Se simplifica totalmente la fracción . - Se multiplican por cinco ambos términos . - Se multiplican sucesivamente por 2, 3, 4, . . ., los términos de la fracción obtenida . - En caso de que, por ese procedimiento, no se encontrase solución, se descompone cada uno de los términos de la fracción simplificada en sus factores primos y se asocian éstos, de varias maneras posibles, para constituir dos únicos factores . Estos factores, multiplicados convenientemente, darán trenes de cuatro ruedas, como se explicó en el apartado anterior. - Téngase en cuenta que, si uno de los factores que aparece es 127, éste no debe ser multiplicado . - Si el torno admite trenes de seis ruedas, se puede hacer la descomposición en tres factores . 13 .2 .2
Serie ordinaria de ruedas intercambiables de que disponen /os tornos
Los tornos que no disponen de caja Norton suelen tener las ruedas de 20 a 125 dientes de 5 en 5 y, además, la de 127 dientes. En los cálculos y problemas se supone que siempre se dispone de esta serie de ruedas . 13 .2 .3
Reducción de milímetros a pulgadas o de pulgadas a milímetros (valores aproximados)
Para aplicar la regla general, el paso a construir y el paso del husillo patrón han de estar expresados en la misma clase de unidades, es decir, los dos en milímetros o los dos en pulgadas, o en fracciones de ésta . Una pulgada equivale a 25,3995 mm El valor de una pulgada se puede sustituir, con suficiente aproximación, por la fracción : 127 20
= 25 (el error cometido es de 0,0005 mm)
Como 127 es número primo, por esta razón se construye la rueda de 127 dientes. Cuando no se dispone de la rueda de 127, se empleará cualquiera de las fracciones siguientes : 1 600 63
__
20 x 80 7 x9
= 25,39682
(error 0,00268 mm)
330 13
_
11 x 30
= 25,38461
(error 0,01489 mm)
280 11
__
14 x 20 11
= 25,45454
(error 0,0550 mm)
13
Problema 1.En un torno de 1/6 - de paso, construir un paso de 5 mm .
Solución : Se reducen las pulgadas a milímetros, o viceversa : _1 " _ _1 6 6
127 5
__
127 30
mm = Ph
359
Fig .
13.2
para roscar.
Combinación de ruedas
Aplicando la regla general : Pr
_
Ph
5
_
127 30
'
__
30 x 5 127
100 x 60 127 x 40
__
_
150 127
50 x 3 127 x 1
_
50 x 60 127 x 20
conductoras conducidas
etc'
Problema 2.° En un torno de 1/6" de paso, construir un paso de 5 mm sin la rueda de 127 dientes. Solución : Se reducen las pulgadas a milímetros o viceversa : Empleando el quebrado tuye por
el problema no tiene solución . En su lugar, se susti-
1630
330 13 .
1 6
_
6
x
330 13
=
330 78
=
390 330
_
13 11
= P
h
Aplicando la regla general : 5
Ph
:
330 78
-
5 x 78 330
65 55
=
4
Problema 3 .° En un torno de 10 mm de paso construir un paso de 3 rueda de 127 dientes.
conductora conducida
hilos por pulgada, sin la
Solución : Reducir los milímetros a pulgadas : 63 1 600
x 10 =
630 1 600
3
_
63 " _ - Ph 160 Pc
Aplicando la regla general : Pc
Ph 13 .2 .4
15 4
'
63 160
2 400 252
15 x 160 4 x 63
8,25 3 x 7
80 x 125 30 x 35
conductoras conducidas
Valores aproximados de 7u para pasos modulares
Si se desea construir un visinfin en el torno, en el valor del paso siempre M . El valor de 7z se puede sustituir con aparecerá el número n, ya que suficiente aproximación por uno de los siguientes quebrados : p
P
=
n
~
Ruedas
Valores aproximados de n (n = 3,1415926)
377 120
13 x 29 6 x 20
3,141666
0,000074
1 175 374
25 x 47 22 x 17
3,1417111
0,0001185
399 127
19 x 21 127
3,1417322
0,0001396
864 242
32 x 27 25 x 11
3,1418181
0,0002255
245 78
7 x 35 3 x 26
3,1410256
0,000567
x 2 7
3,1428571
0,0012645
Ph
22 7
11
Error
Problema
4.0
En un torno de 7 mm de paso, construir un visinfín de una entrada y módulo lineal o aparente 2 mm . Solución : ' Paso de visinfín : Pa
-
Pa
-
n '
M
399 127
x 2 - __798
127
Aplicando la regla general : P, Ph
__ __
13 .2 .5
798 127 60 127
_ 7 x x
798 __ _6 x 19 127 _ x7 127
95
__
6 x 95 127 x 5
__
30 127
x x
95 50
conductoras
100
conducidas
Pasos periódicos
Se llama paso periódico aquél cuyo valor exacto se expresa por un número periódico ; así mismo, se considera periódico, cuando sus decimales no periódicos interese aproximarlos a un período, con el fin de facilitar los cálculos . Para resolver estos casos, el paso periódico hay que transformarlo en su fracción generatriz. La fracción generatriz equivalente a un número decimal periódico se halla de la siguiente manera : El numerador se forma con la parte entera del número periódico (si la tiene), seguida de la parte no periódica (si la tiene) y del período ; a este número se le resta otro, formado por la parte entera (si la tiene) seguida de la parte no periódica (si la tiene) . El denominador del quebrado se forma con tantos nueves como tenga el período, seguida de tantos ceros como tenga la parte no periódica (si la tiene) . Problema 5.° .
Hallar la fracción generatriz de los siguientes números periódicos : 0,2; 1,27 ; 0,34 y 6,234 . Solución : 0,2 -
02 - 0 9
2 9
(fracción periódica pura sin parte entera) . 1,27 -
1 27 - 1 99
-
126 99
_
14 11
(fracción periódica pura con parte entera) . 0 34 - 3 90
0,34 -
-
31 90
-
6 172 990
(fracción periódica mixta sin parte entera) . 6,234 =
-
6234 - 62 990
(fracción periódica mixta con parte entera) . Problema 6.En un torno de 10 mm de paso se desea construir un paso de 2,95 mm . Solución : Aplicando la regla general : P,_ Ph
__
2,95 10
__
295 1000
__
59 200
este problema no tiene solución . 36 1
Haciendo 2,95 ~ 2,95, se tiene : 295 - 29 90
2,95 -
=
266 90
133 = _ 45
_
35 x 95 90 x 125
Aplicando la regla general : P, Ph
133 45
133 450
_
10
7 x 19 18 x 25
_
conductoras conducidas
El error del paso será 0,0055 mm .
13 .2 .6
Construcción de pasos inexactos
Se llama paso inexacto el paso que no puede ser realizado con exactitud por medio de la serie normal de ruedas de torno. Para estos casos se recurre a soluciones aproximadas, procurando reducir lo más posible la diferencia entre el paso realizado y el paso pedido . El método de las reducidas, normalmente permite obtener resultados satisfactorios . 13 .2 .6 .1
Cálculo de ruedas para roscar a torno mediante fracciones continuas o reducidas
Las reducidas son los valores del desarrollo de una fracción ordinaria irreducible, en fracción continua, para conseguir una serie de fracciones equivalentes que difieren cada vez menos de la fracción original . Para mayor claridad véase el siguiente ejemplo : Se trata de construir, en un torno de 1/4 de pulgada de paso, un visinfín de 80 mm de diámetro exterior, que ha de engranar con una rueda de módulo normal 3 y una entrada . El paso circunferencia¡ o aparente que se desea construir mide : x
M" dp
sen a =
d
_
M e -2M r,
-
3
= 0,04054
1
80-2 x 3
a=2°20' Pa
7t
csna
= 3,1416
0,99917
= 9432
Reduciendo 114 a mm : 1 " 4 x
127 5
_
127 20
_ mm - Ph
Aplicando la regla general : Pa
Ph
9432
-_
_
1 000
127 20
18864 -12700
_
4 716 3175
(fracción irreducible) . El número 4 716 = 131 x 2 2 x 3 2 , y como 131 es primo, el problema no se podrá resolver exactamente, si no se dispone de una rueda de 131 dientes . Para resolverlo aproximadamente, se parte de la fracción simplificada (A) : 4716/3175. De este quebrado se divide el término mayor por el menor, el menor por el resto y así sucesivamente hasta obtener un cociente exacto, disponiendo las operaciones como sigue : 1
2
16
1
1
3
13
Cocientes
4 716
3 175
1 541
93
53
40
13
1
Divisores
1 541
93
11 653
40
13
01
0
362
Restos
Los cocientes obtenidos se disponen en filas : Cocientes
1
2
16
1
1
3
13
_0 _1 1 ' 0
1 1
_3 2
49 33
52 35
101 68
355 239
4 716 3175
Valor decimal
1
1,5
1,4848
1,4857
1,4852
1,4853
1,48535
1 .a
2 .a
3 .a
4 .a
5 .a
6.a
7 .1
Fila de reducidas
Las fracciones que aparecen debajo de cada cociente (fracciones reducidas) se obtienen del siguiente modo : Se forman dos fracciones : la primera poniendo por numerador el cero y por denominador la unidad :
0;
la segunda, poniendo por numerador la unidad y por denominador el
La tercera fracción que corresponde a la primera reducida se forma poniendo por numerador el producto del primer cociente por el numerador de la segunda, más el numerador de la primera (1 x 1 + 0 = 1) y por denominador el producto del primer cociente por el denominador de la segunda, más el denominador de la primera (1 x 0 + 1 = 1) . (1
reducida =
1 .1
(1
x 1 + 0)
_
x 0+1)
Para formar cualquiera de las fracciones siguientes, se multiplica separadamente el cociente correspondiente por cada uno de los términos del quebrado anterior y se añade a cada producto el término respectivo del quebrado que precede a éste : 2.1 reducida =
(2 x 1 + 1) ( 2 x 1 + 0)
3
2 ...
=
(13 (1 3
7 .1 reducida =
x x
355 + 101) 239 + 68)
_
4 716 3175
Por ejemplo : + 52 = 355
3 x 101
4 716 debe ser igual a la fracción genera3175 triz irreducible (A) de que se partió . Si dicha fracción hubiese sido propia, hubiese resultado invertida . 4716 Las fracciones así obtenidas representan la relación tanto más exactamente 3175 cuanto más cercano a ella está el lugar que ocupan, siendo los errores, unos reducidos por exceso y otros por diferencia . De ellas : Como comprobación, el último quebrado
6 .1 reducida =
355 239
no puede emplearse por ser número primo 239 . 101 5 .1 reducida = 68 tampoco, por ser primo 101 . 4 .a reducida =
Pa
52 35
Ph
13 x 4 7 x 5
65 x 40 35 x 50
conductoras conducidas
Cuando el quebrado (A), que resulta de la regla general, es propio, debe invertirse el quebrado que se escoge en su lugar . Para saber el error que se comete, aplicando éste u otros procedimientos aproximados, se hace la prueba y se resta el paso que resulta del que debe construirse . Así, en este caso, teniendo en cuenta que 1/4 - es igual a 6,35 mm : P 1,_ __ 65 35 Ph P
=
x x
65
40 50 ' x
35
_ Pa 6,35
40
x
x
50
6,35
_
_
65 35
x x
40
20
= 9,434
363
El error será : 9,434 - 9,432 = 0,002 mm Que representa, aproximadamente, un dos por mil y, en casos normales, se puede considerar despreciable .
13 .2.6 .2
Procedimiento de las fracciones intercalares
Este procedimiento no es, en realidad, distinto del de las fracciones continuas, sino solamente una variante que, en algunos casos, permite hallar más soluciones posibles, cuando ninguna de las dadas por las fracciones continuas, es satisfactoria . Como ejemplo, supóngase que hay que hacer un tornillo de paso 7,75 mm en un torno, cuyo husillo patrón es de 4 mm . Siguiendo la regla general se tendrá : _P, Pn
_-
__
7,75 4
775 400
__
31 16
Como no se dispone, en general, de rueda de 31 dientes ni múltiplo de este número, será imposible ejecutar un paso exacto . Pruébese con fracciones continuas : 1 )1 (0)` (0 ' 1 '
1 '
16
Sucede que la relación 31/16, que es la exacta, resulta imposible, y la relación 2/1 es muy poco aproximada . Véase cómo se resuelve el problema con las fracciones intercalares : la reducida 31/16 se ha obtenido por las operaciones: Pc Pn Las intercalares se hallarán poniendo, en vez de 15, los valores 14, 13, 12, .. . 2 y 1 . Así, pues, resulta: 2 x 14+1 1 x 14 + 1
__
29 15 '
2 x 13+1 1 x 13 + 1
27 14 '
2 x 12 + 1 1 x 12 + 1
_-
25 ; etc. 13
la fracción 29/15 no da ninguna solución posible por no haber ruedas con dientes múltiplos de 29 ; pero con la fracción 27/14 se puede obtener : _P, Pn
__
27 14
__
9 x 3 7 x 2
__
90 x 60 70 x 40
__
45 x 60 35 x 40
conductoras conducidas
que da varias soluciones posibles . Comprobando la exactitud obtenida resulta : Pn = 4
45 x 60 35 x 40
= 7,714 ;
7,725 - 7,714 = 0,011 mm
que supone un error aproximadamente del 0,15 %. En general, si una de las reducidas es a/b y la siguiente c/d, y el cociente correspondiente es m, se forman las fracciones reducidas con la fórmula: c - m + a d - m + b y las intercalares, sustituyendo m por cada uno de los enteros inferiores a m. Nota. En la actualidad no se construyen pasos de rosca complicados y cuando esto ocurre se recurre a solucionarios o a la regla de cálculo para averiguar las ruedas . 364
13 .2 .7
Utílízacíón de la caja de avances para pasos no tabulados La utilización de la caja Norton, para los pasos que figuran en la respectiva tabla, no tiene ninguna dificultad, ya que basta colocar las ruedas que se indican en la misma tabla y poner las palancas en la posición señalada en la tabla. Sin embargo, se pueden utilizar también los tornos provistos de caja Norton (o cualquier otro tipo de caja de pasos y avances) en la construcción de pasos que no estén en la respectiva tabla . Para ello, se puede anular la caja Norton o bien utilizarla .
13 .2 .7 .1
Anulación de la caja de avances Cuando se tiene que construir un paso o avance, que no se halla en la tabla, se aprovecha una posición existente en la caja, con la cual queda anulada toda reducción o ampliación . La relación de transmisión en el interior de la caja es de 1 : 1 ; por tanto, la entrada y salida giran al mismo número de revoluciones y, así, el movimiento del tornillo patrón depende únicamente de las ruedas colocadas en la lira . Esto se llama anulación de la caja de avances (figura 13 .3) .
Z. Z,
-
48 . 24
2, Z.
36 36
z, Z,
24 36
. z,
Utílízacíón de la caja de avances Para el cálculo, lo más sencillo es determinar primeramente qué pasos da el torno con ruedas iguales en la lira y la palanca puesta en cada una de las distintas posiciones, lo cual se averigua mirando la- tabla correspondiente . Después, estos distintos pasos se tomarán como si fuesen el paso real del husillo patrón, para calcular los engranajes que se han de poner en la lira . Así, pues, para los efectos del cálculo, mover la palanca Norton equivale a variar el paso del husillo patrón . Ejemplo
Supóngase que se tiene un torno con husillo patrón de 1/4"" y que en dicho torno, poniendo ruedas iguales en la lira, se producen (según la tabla correspondiente) los siguientes pasos : Norton Norton Norton Norton Norton Norton Norton Norton
en en en en en en en en
el el el el el el el el
n .° n .° n. , n .° o. , n .° o .° n .°
1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8;
4 41/2 5 5 1/2 6 61/2 7 7 112
hilos hilos hilos hilos hilos hilos hilos hilos
en en en en en en en en
pulgada pulgada pulgada pulgada pulgada pulgada pulgada pulgada
(paso (paso (paso (paso (paso (paso (paso (paso
1/4") 2/9"") 1/5") 2/11 - ) 1/6'") 2/13"") 1/7") 2/15'")
La caja Norton estará, pues, anulada poniendo la palanca en el n .° 1 . Si en este torno se quiere hacer un tornillo de paso 3/7'", se puede operar así : P c __ Ph
_3 _7 _1 4
__
12 7
__
60 35
conductora conducida
Se anula, pues, la caja Norton y se ponen ruedas de 60 y 35 dientes . Pero también es posible operar de otra manera : tomando como paso del husillo patrón 1/7 - en vez de 1/4-, resulta : P, P,
_
_3 "" 7 _1 "" 7
__ _3 1
_
90 30
conductora conducida
Se puede, por tanto, poner la palanca Norton en el número 7 y colocar en la lira ruedas de 90 y 30 dientes, etc. Se emplea el mismo sistema de cálculo cuando el paso del husillo patrón está en milímetros .
13 .2 .8
Roscado transversal
Efectuar un roscado transversal equivale a fabricar una espiral plana, o sea, una ranura en forma de espiral, en una superficie previamente refrentada (fig . 13 .4) . 365
36 4s
_
1
1
Fig. 13.3 Anulación de la caja de avances.
13 .2 .7 .2
Palanca Palanca Palanca Palanca Palanca Palanca Palanca Palanca
~,
Fig, 13.4
Espiral plana .
Al construir espirales planas ha de moverse automáticamente el tornillo transversal, al mismo tiempo que gira el eje del torno. Los engranajes que transmiten el movimiento, desde el tornillo patrón o barra de cilindrar al tornillo transversal, generalmente no están en la razón de 1 a 1, por lo que el paso de dicho tornillo queda modificado ; y así, al calcular los engranajes que se han de colocar en la lira para construir espirales planas, no se ha de tener en cuenta el paso que realmente tiene el tornillo transversal, sino el paso de la espiral que se obtiene, colocando en la lira ruedas iguales. Para medir este paso se mira lo que avanza el carro transversal, después de un determinado número de vueltas del eje del torno, y se divide dicho avance por el número exacto de vueltas dadas . Las reglas dadas para la construcción de tornillos en el torno sirven para la construcción de espírales planas, sustituyendo las palabras, paso de tornillo patrón, por las de paso modificado del tornillo transversal . Problema 7.° Se desea construir una espiral plana en un torno, en el cual colocando ruedas iguales en la lira, el carro transversal avanza 160 mm cada 25 vueltas del eje del cabezal . El paso de la espira es de 1/4 de pulgada . ¿Qué ruedas se necesitan? Solución : Paso modificado del tornillo transversal : P
m
1 20
=
= 6,4 mm
Se reducen los milímetros a pulgadas : 6,4 mm = 6,4
x
127
-
13
de pulgada
Aplicando la regla general : _P o
P R,
_
Paso a construir Paso modificado
_
127 40
x x
25 80
_
1" 4 32" 127
_
127 x 1 4 x 32
_
127 x 1 8 x 16
conductoras conducidas
Observaciones Téngase mucho cuidado al construir espirales planas en el torno, pues los mecanismos de transmisión del movimiento suelen quedar sobrecargados y pueden averiarse . La ranura que se efectúa puede tener la sección que se desee : rectangular, triangular, etc . ; basta dar a la herramienta la forma conveniente y proceder de forma semejante a como se hace en el roscado normal .
13 .3
Procedimientos para el retorno rápido del carro en las sucesivas pasadas durante el roscado
Con las herramientas ordinarias de torno no puede construirse un paso de rosca de una sola pasada ; por tanto, la herramienta tiene que volver varias veces sobre el hilo que se construye, hasta su completo acabado . Si el retorno del carro se obtiene invirtiendo el sentido de marcha, se pierde mucho tiempo, aunque el torno disponga de retroceso acelerado . Esto se evita desembragando el carro y retrocediendo a mano . Para que al apretar de nuevo la tuerca coincidan exactamente la herramienta y el hilo que se construye, han de cumplirse ciertas condiciones que dependen de la relación P e /Ph . 13 .3 .1
Retorno del carro tomando referencias
Como ya se sabe, el paso a construir Pc y el paso del husillo Pi, están en razón inversa al número de revoluciones respectivas de la pieza y del husillo patrón : Pe PI,
366
vueltas del husillo de roscar vueltas de la pieza
Por tanto reduciendo la fracción P,:/Ph a su expresión más simple, se pueden establecer las siguientes reglas : 1 . El paso a construir es submúltiplo del husillo patrón . La fracción simplificada PJPh tiene por numerador la unidad ; en este caso siempre coincidirá ya que por una vuelta de husillo la pieza dará n vueltas. Se puede embragar en cualquier punto. 2. El paso a construir es múltiplo del husillo patrón . La fracción simplificada Pc/Ph tiene por denominador la unidad . Se marcará una señal en el plato de arrastre y otra en el cabezal fijo, próxima a la anterior . La salida del carro se efectuará desde un tope de referencia . Cuando coincidan las dos señales se podrá embragar la tuerca (fig . 13 .5) . L
= longitud del recorrido de la he el do
Fig. 13.5 Retroceso del carro y embragado cuando el paso construido es múltiplo del husillo pa trón ; marcas efectuadas.
3. El paso a construir no es múltiplo ni submúltiplo del husillo patrón . En la fracción simplificada PJPh no aparece la unidad . Se procede como en el caso anterior, si bien hay que marcar otras dos referencias, una en el husillo patrón y otra en su soporte . Situando siempre el carro en un punto fijo de la bancada, señalado por un tope, se podrá embragar cuando las cuatro señales coincidan dos a dos (fig . 13 .6A) . También se puede calcular la longitud de referencia ; en efecto, si se obtiene una longitud igual al mínimo común múltiplo de Pc y Ph, cuando sea recorrida por la herramienta de roscar se obtendrá un punto de embrague . 1
L=m . c. m . (P, y P h)
Partiendo de un tope de referencia se roscará la distancia / correspondiente, y se retirará inmediatamente la herramienta sin desembragar el carro; cuando éste llegue a la cota L, se desembraga la tuerca y se marca el punto alcanzado, volviendo seguidamente al punto de partida para proseguir el roscado (fig . 13 .6B) . Lógicamente serán también puntos de embrague todos los que sean múltiplos de la cota L hallada.
Fig. 13 .6 A, retroceso del carro y embragado cuando el paso construido no es múltiplo ni submúltiplo del husillo patrón ; marcas efectuadas; B, longitud de referencia para el roscado . Problema 8.Calcular el valor de la longitud L para roscar un paso de 5,5 mm en un torno cuyo husillo tiene 12 mm de paso, siendo la longitud de la rosca igual a 500 mm .
Ph
5,5 12
_
55 120
_
11 24
El m . c . m . de 11 y 24 es 264 ; luego L será igual a 264 o a un múltiplo de dicho valor, en este caso superior a 500 : L=264 " k=264 x 2=528mm
36 7
(n) divisiones
jlI
(d)
referencia
13 .3 .2
Retroceso rápído por medío del díal índícador
El dial es un dispositivo cuya misión es, entre otras, facilitar una referencia segura para embragar el carro después del retroceso manual . Está constituido por los siguientes elementos (fig . 13 .7) : Un eje (a) en uno de cuyos extremos va un piñón (b) con Z dientes, que engrana a voluntad con el husillo patrón ; en el otro extremo, lleva un disco graduado (c) fijo al eje y con N divisiones . La carcasa tiene un punto fijo de referencia (d) . Si el desplazamiento longitudinal de la herramienta es :
husillo
Fig.
13 .7 Dial o cuentaüílos para facilitar la entrada de rosca.
I = P. - m = Ph - n el embrague se producirá si se cumple la expresión anterior . Si el paso que se construye es submúltiplo del paso del husillo siempre habrá embrague, ya que cuando n = 1, la pieza habrá dado
Ph
= m vueltas enteras .
P° = n Ph vueltas completas, cuyo valor vendrá dado por la relación Z/N ; luego se puede afirmar que : En los otros casos, cuando la pieza da una vuelta, el husillo dará
PC
en la que : Z = número de dientes del piñón del dial N = número de divisiones del disco del dial
La fórmula anterior se puede transformar en : Z N
n-k k
siendo k un factor arbitrario que permite obtener discos y piñones disponibles. El valor de n se hace siempre lo más pequeño posible para conseguir que sean mínimas las vueltas enteras que deba dar el husillo entre dos divisiones del disco . Así pues, acoplando un piñón Z y un disco N, calculados según la fórmula [4], se puede afirmar que se producirá embrague en cualquier división del disco. Problema 9.° Se ha de construir un tornillo de 1,25 mm de paso en un torno, cuyo husillo patrón es de 6 mm . Hallar el número de dientes del piñón y divisiones del disco para acoplar el dial indicador . Solución : -P, Pi, _Z N
__
1,25 __ = 125 _ 6 -b00 n - k k 35
_
_5
x
4
4
5 24
_ _ 20 4
n = 5 _
25 5
_
30 6
número de dientes del piñón número de divisiones del disco
Se colocará en el dial el piñón de 35 dientes y el disco de 7 divisiones . 5 El embrague se producirá en cada división, que corresponderá a = 5 3 vueltas del husillo de roscar . Evidentemente el embrague se producirá en cualquier número de vueltas múltiplo de 5. Los tornos equipados con dial disponen de varios discos y piñones que cubren todos los pasos normalizados . 368
13 .4
Roscas de varias entradas . División del paso
En las roscas de varías entradas hay que distinguir el paso de rosca o distancia entre dos filetes consecutivos y el pasa de la hélice o avance que es el desplazamiento axial de la rosca en una vuelta . El paso de la hélice es múltiplo dei paso de rosca e igual al producto de éste por el número de entradas . El paso de rosca es el que hay que tener en cuenta para calcular las dimensiones del filete mientras que para la determinación de las ruedas de la lira, el paso a emplear es el paso de la hélice o avance. Para construir esta clase de roscas es preciso que la herramienta abra tantos surcos como entradas tenga la rosca. Para ello existen varios procedimientos : - División del paso por rotación de la pieza. - División del paso desplazando longitudinalmente la herramienta . - División del paso por medio del día¡ indícador. - Otros procedimientos .
Fig. 13.8 Plato divisor graduado para pasar de una entrada a otra .
13 .4 .1
División del paso por rotación de la pieza Este sistema de división es el más empleado ; es rápido y sencillo de efectuar ; los cálculos a realizar son muy fáciles . Para pasar de una entrada a otra, se gira la pieza media vuelta, si es de dos entradas ; un tercio de vuelta, si es de tres entradas ; un cuarto, si es de cuatro, y así sucesivamente. La rotación puede hacerse por medio de platos de arrastre divisores o por medio de engranajes de la lira . 13 .4 .1 .1
División del paso por medio de plato divisor de arrastre Existen varios tipos de plato divisor de arrastre ; según su construcción se pueden distinguir dos grupos generales : - Plato graduado . - Plato fijo . 13 .4 .1 .1 .1
Plato divisor graduado
Consta de un plato de arrastre compuesto de dos piezas (fig . 13 .8) la pieza P va roscada al eje del cabeza¡ y hace de contraplato ; la pieza M está provista de una graduación circular C en grados y va acoplada concéntricamente a la pieza fija P que tiene una referencia fija D, pudiendo girar a voluntad, tomando una posición angular cualquiera . Con los tornillos T se bloquea la parte móvil M a la fija P. En la figura 13 .9 se muestra un plato de posición, provisto de escala graduada y muescas de posicionamiento . 13 .4 .1 .1 .2
Fig. 13.9 Plato divisor graduado entallas de posicionamiento,
con
Plato divisor fijo
Es un plato de arrastre normal, que lleva ranuras o agujeros equidistantes, mediante los cuales puede posicionarse perfectamente la pieza entre puntos . Las ranuras o agujeros tienen que corresponder al número de entradas o ser múltiplo de éstas. En la figura 13 .10A, B, C y D se muestran diversos tipos de platos divisores fijos y en la figura 13 .10E un plato universal con diferentes círculos de agujeros . indice
muelle
plato de agujeros de varios
13 .4 .1 .2
División por medio de engranajes de la lira Se procura que una de las ruedas conductoras tenga un número de dientes múltiplo del de entradas, y en ellas se marcan, por medio de trazos de tiza, tantos dientes como entradas tenga el tornillo que se desea construir ; pero, ele369 24 . Tecnologia 2.1
clrculos
E
Fig. 13 .10 Diversos tipos de platos divisores fijos: A, de tres ranuras; B, de cuatro ranuras; C, de ocho posiciones; D, de doce divisiones; E, de disco de agujeros .
Fig . 13.11 División del paso ; marcado de la primera rueda conductora .
gidos de modo que el conjunto de ellos quede dividido en partes iguales (figura 13 .11) . Esta rueda marcada se monta en el eje correspondiente a la primera conductora, el cual da siempre el mismo número de revoluciones por minuto que la pieza que se tornea . Para pasar de una entrada a otra, se marcan con tiza los dos dientes de la primera conducida, entre los cuales engrana uno de los anteriormente marcados de la primera conductora ; se desengranan dichas ruedas (fig . 13 .12) y se vuelven a engranar, después de haber hecho girar el eje del cabezal lo suficiente para que ocupe el vano marcado de la conducida otro de los dientes marcados de la conductora . Problema 10.°
Se trata de construir una rosca de paso 2,5 mm y 4 entradas en un torno cuyo husillo tiene 5 mm de paso . Solución :
El paso de hélice a utilizar en el cálculo de las ruedas de la lira será : P c =P-n=2,5 x4 =10 mm
P,
_t_ .
1
-Í- 7
10 5
40 20
__
conductora conducida
La rueda de 40 dientes es adecuada ya que es múltiplo del número de entradas . Se divide dicha rueda en cuatro partes iguales y se sigue el procedimiento explicado. 13 .4 .2
cuarta entrada
__
Ph
tercera entrada
segunda entrada
División del paso desplazando longitudinalmente la herramienta
El desplazamiento longitudinal se hace por medio del carro orientable, el cual debe estar perfectamente paralelo alas guías del torno . Una vez mecanizada la primera entrada, se pasa a la segunda, accionando el husillo del carro orientable, utilizando el tambor del mismo o con ayuda de un comparador, hasta desplazar la herramienta una distancia P cuyo valor es precisamente el paso de rosca: P =
[5
n
siendo : P c = paso a construir o paso de la hélice
n
13 .4 .3 Fig . 13.12 Disposición del montaje sobre la lira para efectuar las diversas entradas .
= número de entradas
División del paso por medio del dial indicador
La utilización y cálculo es similar al de retroceso rápido tratado en el apartado 13 .3 .1 ; allí se suponía que la rosca era de una sola entrada. Al considerar que la rosca es de n' entradas, el disco del dial ha de tener un número de divisiones n' mayor que para una entrada, quedando la expresión : Z N
en donde :
n- k n' - k
n' = número de entradas El uso del dial permite la mecanización sucesiva de todas las entradas antes de tomar la pasada siguiente. Problema 11 .°
Construir un tornillo de 4 mm de paso y dos entradas en un torno cuyo husillo patrón es de 6 mm de paso, con el empleo del dial . Solución :
P e. = P- n'=4 x 2=8mm Pc P
Fig.
13.13
Dispositivo divisor del paso ; esquema,
Z N 370
n - k n` - k
4 2
x x
5 5
=
20 10
8 6
_ _4 3' 24 12
28 14
n = 4 número de dientes del piñón número de divisiones del disco
13.4.4
Otros sistemas de división del paso
Algunos tornos modernos llevan acoplado un dispositivo especial para el roscado múltiple . El mecanismo consiste (fig . 13 .13) en un piñón A, que es solidario al eje principal del torno O' y sobre el cual se puede deslizar ; el en granaje B está tallado interior y exteriormente, recibe el movimiento del A y lo transmite al C, que está en la lira . Los dientes interiores de la rueda B están numerados. Al iniciar la primera entrada hay que procurar que la marca 0 del A coincida con la numeración 0 del B. Para pasar de una entrada a otra se tira del piñón A para desengranarlo, se gira la fracción correspondiente del B y se conecta de nuevo el piñón A. En la figura 13 .14 puede apreciarse con detalle el conjunto del mecanismo. En ocasiones, puede resultar ventajoso el roscado a torno con varias herramientas, tantas como entradas (fig . 13 .15), debidamente posicionadas, para efectuar el roscado simultáneo, con la consiguiente economía de tiempo . 13 .5
Práctica del roscado triangular en el torno
La ejecución de roscas triangulares en el torno varía considerablemente, según el material que se trabaja . En términos generales, presentan pocas dificultades los materiales de viruta quebradiza, como bronces latones y fundiciones ; los metales blandos, como el aluminio ; y los aislantes del tipo de la ebonita, fibra, etc. Por el contrario, los metales tenaces y entre ellos todos los aceros, en general, requieren mayor cuidado, debido al arrollamiento de la viruta y al efecto de cuña de la cuchilla de roscar . Para evitar estos inconvenientes, se procura fundamentalmente que la profundidad de pasada sea mayor al principio y disminuya progresivamente, a medida que se alcance la profundidad de acabado, y que la herramienta no penetre perpendicularmente en la pieza a roscar . Estos son precisamente los objetivos de los diferentes métodos de roscado .
13 .5 .1
Roscado triangular por penetración normal Este método es apropiado para roscar materiales quebradizos, cuando la profundidad de rosca sea pequeña . La penetración de la herramienta se efectúa con el carro transversal (fig . 13 .16) . Para el roscado de materiales quebradizos, el ángulo de desprendimiento de la herramienta es nulo ; por esta razón es aconsejable utilizar herramientas de metal duro . La profundidad de la rosca se puede controlar con el tambor del carro transversal . Antes de iniciar la primera pasada, hay que colocar el tambor a cero, cuando la herramienta roce levemente el exterior de la pieza. Las aristas cortantes forman un ángulo de 60° para el S. I. y de 55° en el Whitworth (fig . 13 .17) . Los ángulos de incidencia tienen distinto valor para evitar el roce con el filete . Para el roscado a derechas, la cara B tiene una inci dencia de 2° a 4°, mientras que la cara A tiene un ángulo de incidencia igual a la inclinación de la hélice media incrementada en 21> a 411 . Si se trata de roscar a izquierdas, los valores aportados tienen signo contrario. El vértice de la cuchilla no debe ser agudo, antes bien, ligeramente aplanado . El valor del chaflán debe ser igual a en el filete ¡SO, para el
6
Fig. 13 .14 Vista del dispositivo divisor para tallar roscas múltiples,
pieza
herramientas
Fig, 13.15 Roscado simultáneo de dos filetes .
Fig. 13 .16 Roscado triangular con penetración normal .
6
S . I. y __E__ para el Whitworth. Excepcionalmente, puede darse un pequeño 6
desprendimiento a la cuchilla, que en ningún caso sobrepasará los 60, ya que la variación del ángulo de la punta sería excesiva . En efecto, observando en la figura 13 .18 las proyecciones de los triángulos imaginarios formados por las puntas de dos herramientas A y B, se comprende que m < n. Si ambas deben engendrar un mismo paso P y las alturas m y n son desiguales, tal como se ha dicho, resultará que Ea < EA . El valor de Es se halla por:
tg
Es 2
__
P 2 n
__
P 2 n
Ahora bien, el valor de n hay que darlo en función del ángulo de desprendimiento y de los diámetros de rosca que son datos conocidos. Examinando 37 1
Fig . 13 .17 triangular.
Herramienta de roscado
el triángulo rayado, de la figura 13 .18, se puede deducir con suficiente aproximación que : cos C =
_m n
por otro lado :
Sustituyendo el valor de m en la primera expresión, se tiene que: Fig. 13.18
cos C
d3 , ,
d = 2 , n
d - d3 2 cos C
n =
Sustituyendo, de nuevo, en la primera fórmula : tg
tg
Es 2 Es 2
=
2PcosC 2 (d - d3) P cos C d - d3
Esta expresión relaciona el semiángulo de punta corregido, con el paso y diámetros de rosca, así como el valor del ángulo de desprendimiento que se dé a la cuchilla .
Fig. 13.19
13 .5 .2
Roscado triangular por penetración normal y desplazamiento lateral
Este sistema de roscado permite que el corte se efectúe por una sola arista, alternando sucesivamente el lado OA y el OS del filete por medio de un desplazamiento lateral de la herramienta (fig . 13 .19) . Este desplazamiento debe ser de 0,2 a 0,1 mm en las pasadas de desbaste y de 0,05 mm en el acabado . Llamando a al desplazamiento lateral, el valor máximo que puede tomar e, penetración radial, para que la herramienta corte por una sola arista, será : tg tg
2
de donde: I
xY
e = a - cotg
I
Penetración normal y desplazamiento lateral combinados . Fig. 13.20
Para dar la primera pasada, se coloca a cero el tambor del carro portaherramientas y se da la profundidad e con el carro transversal . El eje de penetración xx señalará la posición de la cuchilla de roscar para todas las pasadas que se hagan sobre el flanco izquierdo del filete (fig . 13 .20) . En la segunda pasada, se mantiene la profundidad y se realiza un pequeño desplazamiento lateral (0,1 mm por ejemplo), controlado por el tambor del carro portaherramienlas . Este punto estará contenido en el eje yy, que indicará la posición de la herramienta para todas las pasadas sobre el flanco derecho del filete . Dicho desplazamiento lateral origina una pequeña irregularidad en el fondo de la rosca, que desaparecerá en la pasada siguiente . Para efectuar la tercera pasada hay que volver hacia la izquierda, hasta que el tambor graduado esté de nuevo a cero ; entonces se toma una nueva profundidad e . Las pasadas sucesivas se van realizando según el método explicado, teniendo en cuenta que la última debe ser impar .
13 .5 .3 Fig.
Penetración oblicua de la herramienta .
13.21
a
2
Roscado triangular por penetración oblicua
En este caso la herramienta trabaja sólo por el filo principal, penetrando oblicuamente al eje del tornillo hasta alcanzar la profundidad requerida, tras una serie de pasadas de penetración decreciente (fig . 13 .21) . 372
El carro porta herramientas debe inclinarse el valor del semiángulo del filete, que vale 30c , para el S . I. y 27 ,1 30' para el Whitworth . Para roscar se opera de la siguiente manera . Se avanza el carro transversal hasta que la herramienta roce levemente la pieza, colocando a cero el tambor graduado ; se da la pasada con el carro portaherramientas, partiendo del cero . Después de la primera pasada, se retira la herramienta con el carro transversal puesto a cero, volviendo a la posición inicial para una segunda pasada . Se toma una nueva profundidad con el carro porta herramientas y se efectúa la segunda pasada, y así sucesivamente . El valor del avance oblicuo A deberá ser (fig . 13 .22) : cos
A =
Estos valores son :
Fig, 13 .22 Profundidad de rosca siguiendo la dirección de fa generatriz.
hs A
2 h3 cos
2
[91 8-
A =
0,613 P 0,866
[101
A=
064P 0,887
[11]
jA
para rosca métrica ISO, y
para rosca Whitworth, siendo P el paso de rosca en cada caso . La herramienta usada suele tener el afilado de la figura 13 .23. El filo principal debe ser siempre paralelo al plano de referencia y coincidir con el plano medio de la rosca. Puede estar a la izquierda o a la derecha, según sea el tipo de rosca, a derechas o a izquierdas . El ángulo de dicho filo es igual siempre a la mitad del ángulo del filete ; por el contrario, el ángulo del filo secundario se hace un poco menor (29<1 o 26° 30', según el sistema) para asegurar que la herramienta trabajará por el filo principal únicamente (fig . 13 .24) . Observar el desprendimiento lateral de forma cóncava que facilita la salida de la viruta . Los demás ángulos se ajustan a las normas dadas en las cuchillas para penetración recta . Es un procedimiento de roscado apto para aceros . Permite buenas velocidades de corte, debido a la salida fácil de la viruta y al trabajo más racional de la herramienta, puesto que trabaja sobre una arista y no sobre la punta. Sin embargo, la calidad del acabado es inferior, especialmente en el flanco correspondiente al filo secundario . Por eso se recomienda para producción en serie.
Fig, 13.23 Herramienta para roscado triangular con penetración oblicua,
Fig . 13.24
13 .5 .4
Roscado triangular por encima del centro Para aumentar el rendimiento del roscado por penetración normal se recurre a elevar el plano de ataque de la herramienta, situándolo por encima del plano medio de la pieza ; esto equivale a aumentar el valor del ángulo de desprendimiento, que para los aceros suaves debe ser de 25c> a 30° y de 20° para los aceros duros y semiduros (fig . 13 .25) . Este ángulo de desprendimiento C no permanece invariable, sino que crece a medida que la herramienta avanza hacia el centro ; en cambio, el ángulo a experimenta el fenómeno contrario . Por esto, el ángulo a se calculará en función del diámetro del fondo y nunca será inferior a 60 . El ángulo de punta de la herramienta también debe ser modificado, según se verá a continuación (fig . 13 .26) . La cota h3 representa la penetración alcanzada por la herramienta, cuando ésta actúa radialmente y es igual a la profundidad de rosca . En cambio, la cota h'3 es mayor, siendo en ambos casos iguales los pasos engendrados P, de lo que resulta que los triángulos isósceles de la figura no son iguales por tener alturas distintas; la conclusión final es que los ángulos opuestos a la base son diferentes, siendo E ::> E', 373
Fig. 13.25
Los datos que interesa conocer para el roscado son : la altura de la herramienta sobre el centro 1, la profundidad h'3 y el ángulo corregido E'. La deducción de las fórmulas que permiten hallar dichos valores se realiza tal como sigue :
1
_d 2
7
[121
sen C
Según la figura 13 .27 se tiene: h' 3 =AB=OC-OD;
OC=
_d 2
cos C)
-
OD =
cos C;
d3
2
cos C'
De donde : h'3 =
Siendo sen C' =
2
(
2 cos C')
[131
1 d3 2
Fig . 13.26
2 I
sen C' =
[141
d3
Según las figuras 13 .26-13 .28 y teniendo en cuenta los truncamientos del triángulo teórico del filete, se tiene para el perfil ¡SO : _P 8
P
Fig. 13.27
+
luego el valor efectivo de 2- será
tg
2
E' 2
__
P 2 h' 3
24
__
tg 2
Fig. 13.28
_P 6 ) -
17 24
P
P
17 24
P h' 3
= 0,354
__
0,108 P 2 h' 3
h,
Problema 12 .°
Hay que construir un tornillo de acero suave de 48 mm de diámetro y 5 mm de paso, métrica ¡SO, empleando el método de roscado por encima del centro . Calcular la altura sobre el centro, la profundidad de penetración y el ángulo de punta corregido .
I = 2 sen C
se toman 25° para el acero suave : Fig. 13 .29
[15]
Herramienta acodada para roscado triangular interior.
48
l = 2 sen 25° = 24 374
x
0,4226 = 10,14 mm
2 .° :
salida de rosca
h'3 =
2
C
COS
/
- (
2=
COS
C'/
d 3 =d-1,226 P=48-6,134=41,86 mm senC'=
2-1 d3
2 x 10,14 41,86
=
= 0,484
de donde C' = 29, . h' 3
=
(24
Fig, 13.30 x
0,9063) - (20,93
x
Salida de rosca interior .
0,8746) = 21,75 - 18,20 = 3,55
h 3 = 0,6134 - P = 0,6134 x 5 = 3,067 mm h' 3 > h 3 como es lógico . 3 .° : = tg
2 ,
= 0,354
tg x
'
0,354
3,55
hP3
= 0 .498 ;
2
=
26° 30'
mloulu _.
knÁIIIIIIIIItilill
de donde : M li j L+vasr`WÍi~MNIM
E' = 53° Aunque se corrija el ángulo de punta de la herramienta, como ésta tiene las aristas de corte rectilíneas situadas en un plano no coincidente con el plano medio de la rosca, el filete presenta los flancos ligeramente cóncavos, lo que puede ser inadmisible para roscas de gran precisión . 13 .5 .5
Roscado interior
La ejecución de roscas triangulares interiores se realiza con herramientas acodadas, afiladas de forma comparable a las de roscar exteriores, pero con mayor ángulo de incidencia (120 a 15°) para facilitar la introducción . Cuando se trata de agujeros pequeños van fuertemente destalonadas (fig . 13 .29) . Es indispensable mecanizar una garganta de salida de herramienta, si el agujero es ciego o el diámetro de salida es inferior al nominal de la rosca (fig . 13 .30) . Es conveniente situar la herramienta ligeramente por encima del eje de la pieza, porque debido a su construcción más débil, tiende a flexar. Las pasadas de penetración pueden darse radialmente u oblicuamente según lo explicado para el roscado exterior . Hay que tener precaución al colocar la herramienta, de forma que la punta quede simétrica respecto al eje del filete ; ello se logra con ayuda de plantillas (fig . 13 .31) . Para facilitar el roscado suelen disponerse dos topes, uno radial y otro longitudinal que evitan tanteos y aun posibles roturas de herramienta o deterioros de los filetes (fig . 13 .32) . 13 .6
tope radial
carro transversal
Fig . 13.32 Referencias que se toman para la longitud del roscado interior.
Construcción de roscas cuadradas
La rosca cuadrada es una rosca no normalizada, cuya característica esencial es que el perfil generatriz es un cuadrado de lado igual a la mitad del paso . Su empleo es muy limitado ; sin embargo, va a tratarse con una cierta extensión, debido a las analogías que presenta con la rosca trapecial . En el tallado de roscas cuadradas en el torno hay que distinguir tres casos fundamentales : 13 .6 .1
Fig. 13,31 Colocación de la herramienta por medio de plantillas,
0 0 4 6
Pequeños pasos, iguales o inferiores a la cuarta parte del diámetro medio de la rosca
En este caso, se acostumbra a dar a la herramienta los ángulos de afilado de la figura 13 .33 . El ángulo de incidencia lateral es para que la herramienta no roce con los flancos del filete . Si la rosca fuera a izquierdas, los valores se invierten . 375
Fig, 13.33 Herramienta para tallar roscas cuadradas por penetración normal (pequeños pasos) .
13 .6 .2
Pasos mayores pero inferiores al semidiámetro medio de la rosca
Conviene tener en cuenta la inclinación de la hélice del filete . Esta inclinación depende del paso y del diámetro a construir; es decir, no es igual en el fondo que en el exterior de la rosca. La figura 13 .34 representa el desarrollo de las hélices interior y exterior. El cateto común P - n es el paso de la hélice ; la hipotenusa BC es el desarrollo de la hélice sobre el núcleo y a, es el ángulo que forma dicha hélice con el eje del tornillo ; la otra hipotenusa DB es el desarrollo de la hélice exterior, siendo a el ángulo que forma con el eje del tornillo. Evidentemente, resulta : Fig. 13.34
=
7u
tg a =
7r
tg a,
P
P
d, n
[16]
d n
[171
Considerando ahora la figura 13 .35, los ángulos de inclinación de las caras laterales respecto al plano de referencia de la herramienta valdrán : B = a, - 4°
[18]
B, = 180° - (a + 4°)
[19]
siendo 4° un valor constante que se toma para que la herramienta corte correctamente. Fig . 13 .35 Angulos de incidencia lateral para evitar el talonamiento de fa herramienta .
Problema 13 .0 Calcular los ángulos laterales del filo o incidencias laterales de una herramienta destinada a roscar un filete cuadrado de 18 mm de paso en un cilindro de 60 mm de diámetro . d 3 = d - P = 60 - 18 = 42 mm tg a, =
3,14 ,1
x
18
42
= 7,326 ;
a, = 82 , 14' ;
a,
82o
(el tornillo es de una entrada) . tg a -
3 ' 141
8
60
= 10,46 ;
a = 840 32' ;
a
84 , 30'
B = 82, - 4o = 78o B, = 1800 - (84o 30' + 4o) = 91o 30' Fig . 13.36
Estos ángulos se controlan con ayuda de un goniómetro o falsa escuadra (fig . 13 .36) .
Verificación de los ángulos de incidencia lateral.
13 .6 .3
Fig . 13.37 Formas incorrectas de la herramienta (A y B) ; forma adecuada para el desbaste de grandes pasos de hélices (C) .
Pasos grandes, superiores al semidiámetro medio de la rosca
Cuando se da esta circunstancia, hay que calcular con precisión la inclinación de las caras laterales de la herramienta ; de lo contrario talonará o será demasiado débil (fig . 13 .37) . Además, el filo frontal debe ser perpendicular a la hélice media del filete . Así, el esfuerzo de corte es mucho más racional y la viruta sale con facilidad en la dirección del hueco de la rosca . Las fórmulas a emplear son las mismas que en el caso anterior ; sin embargo, hay que corregir el perfil de la herramienta . En efecto, el fondo del filete resultaría ligeramente cóncavo, debido a que la arista cortante no estaría contenida en la generatriz del cilindro del núcleo . Teóricamente, este filo debería corresponder a un arco de elipse, intersección del cilindro del núcleo con el plano que pasa por dicho filo . Además, las distintas inclinaciones de la hélice del filete, según el diámetro considerado, producen unos flancos levemente convergentes hacia el núcleo, lo que se traduce en un ancho distinto en la cabeza y el pie de rosca, como se verá a continuación . 37 6
Partiendo del cilindro de diámetro d, igual al exterior de la rosca, se traza sobre él una hélice que indica el filete (fig . 13 .38) . Desarrollando la porción de hélice correspondiente al paso P (supuesta la rosca de una entrada), se obtiene el triángulo rectángulo 08C. La normal a la hélice por el punto O, determina el segmento OA, llamado paso normal P . En el triángulo rectángulo AOS se tiene : Pn = P sen a Si se dibujan ahora tres triángulos rectángulos de base P, correspondientes al desarrollo de las hélices exterior, media e interior, los catetos OA, OM y ON representan el doble del ancho normal del filete medido sobre el diámetro exterior, medio e interior, respectivamente (fig . 13 .39) . En consecuencia : ON = P sen as ;
OM = P sen a2;
Fig, 13.38
OA = P sen a
Si se trata de tornillos de varias entradas, se tiene : t9 a3 =
n . d3 P n '
t9 a2 =
ON = P - n sen a3 ;
n ' d2 . P , n ,
n P
tg a =
OM = P - n sen a2 ;
d n
OA = P - n sen a
Llamando a3, a 2 y a a los anchos respectivos del filete, se tiene : a3 =
ON 2 n ;
a2 -
OM 2 n '
_ a -
OA 2 n
Fig. 13.39
luego : ON 2 n
- _ P sen oá a . 2
OM 2 n
_-
P sen a 2 . 2
OA 2 n
__
P sen a 2
a3 =
P sen 13 2
[201
a2 =
P sen a 2 2
[211
a =
P sen a 2
[221
El cálculo de estos anchos permite corregir la herramienta (fig . 13 .40) . El valor del ángulo de punta corregido E" es : t
9
t9
E' 2 E' 2
=
=
a-a 3 2 h a - a3 2 h
[231
En algunos casos se simplifica la herramienta, dándole un ancho frontal igual a a 2 . Por otra parte, el filo frontal siempre se hace recto. El mecanizado de roscas cuadradas de paso de hélice grande se realiza con un desbaste previo, por medio de una herramienta de filo inclinado y anchura a 3 ; luego, se acaba con otra de forma corregida según los cálculos expuestos, o bien, con dos herrarnientas, una para cada flanco . Para el roscado interior sirven las mismas fórmulas, aunque los- anchos extremos deben invertirse ; es decir, la herramienta es más ancha sobre el filo frontal . La mecanización se realiza también en dos fases : un desbaste con he37 7
Fig . 13 .40 Herramienta corregida.
rramienta de filo inclinado de ancho a 3 y el acabado con dos herramientas complementarias (fig . 13 .41) . Puede admitirse, en según qué casos, la simplificación de la herramienta (al igual de lo que se decía en el tornillo) dándole un filo de ancho a 2 . Fig. 13.41 Tallado de tuercas de rosca cuadrada (paso de hélice grande) .
Problema 14.0 Calcular las correcciones a efectuar en una herramienta para tallar una rosca cuadrada exterior de 50 mm de diámetro, paso 10 mm y 4 entradas . d 3 =d-2-h=50- (2 x 5) =40 mm
Fig . 13 .42
tg a3 =
- d3 P - n
tg a 2 =
- d2 P , n
tg a
P . n
d2 =
50 + 40 2
=
3,14 x 40 10 x 4
= 3,14 ;
a 3 = 720 20'
3,14 x 45 10 x 4
= 3,532 ;
a 2 = 740 13'
-
3 10 x 4
= 45 mm
0
= 3 .925 ;
a
= 750 42'
a3 =
P
sen a3 2
-
10 x 0,9528 2
= 4,76 mm
a2 =
P - sen a2 2
=
10 x 0,9623 2
= 4,81 mm
a
= -- sen a 2 tg
E' 2
-
=
10 x 0,969
4,84 - 4,76 2 x 5
= 4,84 mm
2
=
0,08 10
= 0,008
E' = 56' ~ 1 0 La herramienta necesaria está representada en la figura 13 .42 . Los ángulos de inclinación del filo frontal son los complementarios de a s , a 2 y a, para cada anchura .
K 3 = 900 - a 3 = 900 - 720 20' = 170 40' K 2 =900-cz 2 =900-74013'=15°47'
Fig . 13 .43 Herramienta para tallar roscas trapeciales por penetración normal.
K
13 .7
= 900 - a
= 900 - 750 42' = 14 , 18'
Construcción de roscas trapeciales
El roscado se hace por penetración recta, con una o varias herramientas, según el paso de hélice a roscar . 13 .7 .1
Pasos pequeños (P < 4 mm)
Se efectúan con herramienta de forma (fig . 13 .43) directamente, con un ángulo de desprendimiento nulo o mínimo para aceros duros, fundición y bronce . Para materiales tenaces, conviene abrir camino con una herramienta para rosca cuadrada, con ángulo de desprendimiento suficiente y ancho del filo algo inferior al fondo teórico de la rosca . 13 .7 .2 Fig . 13.44 Herramienta para el tallado por fases de las roscas trapeciales (pasos medianos),
Pasos medianos
Se desbastan con herramienta de ranurar y se acaban con una herramienta de forma . Las incidencias laterales se calculan como en las roscas cuadradas . También pueden acabarse con dos herramientas, una para cada flanco, que tra bajan con la arista de corte horizontal y afiladas en forma de cuchara (fig . 13 .44) . 378
13 .7 .3
Pasos grandes
Se utilizan dos herramientas para desbastar; la primera penetra hasta la mitad de la profundidad de rosca y la segunda llega hasta el fondo . El acabado de los flancos se hace con herramienta independiente para cada flanco (figura 13 .45) . Las roscas de varias entradas, que deben acabarse con herramienta de forma, presentan los mismos problemas que las roscas cuadradas de paso de hélice grande . El perfil de la herramienta debe corregirse y el filo frontal debe trabajar perpendicularmente a la hélice media de la rosca . Examinando la figura 13 .46 se observan dos herramientas, la normal y la corregida, situada a la derecha. Hay que deducir los nuevos valores de a 3 y E (a' 3 y E') . Se tiene que: a' 2 = a 2 sen a2 Fig, 13,45 Herramientas conjugadas para el acabado de cada flanco de una rosca trapecial de gran tamaño,
a'3 = a 3 sen a2 siendo a 2 el ángulo de inclinación de la hélice media . tg E = 2 2
a2 - a3 2 h3
=
a2 - a3 h3
tg E' = 2 2
a ' 2 - a'3 2 h3
=
a'2 - a'3 h3
Dividiendo miembro a miembro, resulta : tg tg
E' 2 E 2
a'2 - a'3 2 h3 a2 - a3 2 h3
_a ' 2 - a'3 a2 - a3
Sustituyendo a' 2 y a' 3 por su valor : tg tg
_E' 2 __ a 2 sen a2 - a 3 sen a 2 _E a a2 - a3 2 _E' 2
= tg
_-
_E 2
sen a2 (a 2 - a3) 2 - a3
- sen a 2
sen a. 2
[241
El ángulo a 2 se calcula por la fórmula conocida :
Problema 15 .° Se pide calcular las características de una herramienta de filo inclinado para tallar una rosca trapecial métrica ¡SO de paso 10 mm y diámetro nominal 40 mm . La rosca tiene 2 entradas . Consultando las normas, resulta que a3 = 3,4 mm . d2 = d - 0,5 - P = 40 - 5 = 35 mm ~r -----_ d 2 n .-
tg a2 =
3,14 10 xx 235
= 5,495;
a2 = 79° 42'
a' 3 = a3 sen a = 3,4 x 0,984 = 3,34 mm tg
2.
= tg
2
sen a2 = t9 151 sen 791 42' = 0,2679 x 0,984 = 0,2637 E'
= 141 46';
E' = 29° 32' ~ 29° 30' 379
Fig. 13.46 Herramienta corregida para mecanizar roscas trapeciales de gran paso de hélices.
La colocación oblicua de la cara de corte respecto al eje del tornillo produce una ligera concavidad en los flancos de los filetes que normalmente es admisible . Las tuercas trapeciales se mecanizan con una sola herramienta cuando se trata de pasos pequeños y medianos . Como habitualmente son de bronce o fundición, el ángulo de desprendimiento es pequeño o no existe . Los pasos grandes exigen la inclinación del filo, según los principios explicados.
13 .8
Fig. 13.47 Relación entre el paso normal y el paso aparente .
Roscado de visinfines
Hay que distinguir en ellos el paso normal y el paso aparente (fig . 13 .47) . El primero es el medido sobre la sección producida por un plano perpendicular al filete, mientras que el segundo corresponde a la sección resultante de cortar al filete por un plano que contiene al eje del tornillo . Cuando se trata de visinfines de una entrada el Ph y el Pa son casi idénticos, por lo que se utiliza una herramienta con el plano de corte contenido en el plano medio del tornillo . No obstante, los de varias entradas exigen un filo inclinado y corrección del ángulo de punta, en función del paso normal . Las fórmulas empleadas son las del roscado trapecial, convenientemente adaptadas. Problema 16 .0 Calcular las correcciones de afilado de una cuchilla para tallar en el torno un visinfín de diámetro exterior 60 mm, m = 5, 3 entradas . Angulo de presión 20° . Consultar prontuario de engranajes . d p = d e - 2 - m n = 60 - (2 sen a =
mnd - n p
=
5
3
5
5) = 50 mm
x
= 0,3 ;
a = 17 , 30'
d p = 900 - a = 900 - 170 30' = 620 30' a' 3
=
g, , sen a p = 3,3
0,887 = 2,93 mm
x
siendo g, el ancho del fondo del diente en la sección normal 91
=
Pn - 4
2
b
tg (3
15,7 - 4
=
x
6,25 2
x
0,364
__
6,6 2
= 3,3 mm
b = 1,25 m n para (P = 20o . tg
2
= tg (~
son a p
ya que :
2
= tg
= tg 20 , - sen 620 30' ;
tg
tg
tg
2
E' 2
- 17 , 53' ;
2 2 =
0,364
x
0,887 = 0,3228
E' = 34 , 46'
CUESTIONARIO 13 .1 Definir los siguientes conceptos : paso de rosca ; paso de hélice o avance ; número de entradas . 13.2 Utilización de la caja de avances . 13.3 Métodos de retroceso rápido del carro . 13.4 Descripción del dial o indicador . 13.5 Construcción de roscas de varias entradas . 13.6 Influencia de la dureza del material en el ángulo de desprendimiento . 13.7 Roscado triangular por encima del centro . 13 .8 Corrección de las herramientas para mecanizar roscas cuadradas de grandes pasos de hélice .
380
PROBLEMAS 1 .0 Calcular las ruedas necesarias para construir una rosca de 1,75 mm de paso en un torno cuyo husillo es de 6 mm de paso . 2 .° Calcular las ruedas necesarias para construir una rosca de 33/4 hilos por pulgada en un torno de husillo métrico, cuyo paso es de 10 mm . Emplear 4 ruedas . 3 .° En un torno, cuyo husillo mide 6 mm de paso, se desea efectuar una rosca de 7,9 mm de paso . Hallar la combinación de ruedas necesarias . Se 4., desea construir una rosca de 7,1 mm de paso en un torno cuyo husillo es de 12 mm de paso . Calcular la combinación de ruedas necesarias . Error máximo admisible 1/100 mm . 5.0 Calcular el ángulo corregido de la punta de una herramienta de roscar, si se desea efectuar una rosca M 30 x 3,5 empleando un ángulo de desprendimiento de 120 y trabajando con penetración normal . 6 .° ¿Cuál será el valor de la altura sobre el centro, la penetración radial y el ángulo corregido de una herramienta para realizar una rosca M 64 x 6 ISO con el método de roscado por encima del centro? El ángulo de desprendimiento debe ser igual a 20° . 7 .° Calcular las correcciones a efectuar en la cuchilla que debe trabajar con el filo inclinado, para mecanizar una rosca cuadrada de 80 mm de diámetro, paso 24 mm y 2 entradas . 8 .° Preparar la herramienta necesaria para tallar un visinfín en un torno de husillo 6 mm de paso, siendo sus características las siguientes : m n = 3 ; diámetro exterior 40 mm ; 2 entradas ; Í3 = 20° . Dibujar la punta de trabajo a escala ampliada . Calcular la combinación de ruedas a emplear.
Tema 14.
Tornos especiales
OBJETIVOS - Iniciarse en el conocimiento y mane¡'o cle tornos especiales . EXPOSICION DEL TEMA 14 .1
Torno vertical
Se denomina así, porque el eje del plato de fijación es vertical y, en consecuencia, también lo es el eje de la pieza de revolución que se mecaniza . Lógicamente, todos los elementos constructivos, bancadas, carros, etc., se adaptan a esta condición fundamental . Este torno nació como respuesta a la necesidad de tornear piezas de gran diámetro, poca longitud y peso considerable, tales como rodetes de turbina, ruedas y volantes de gran diámetro, coronas, etc . La carga y descarga de una pieza de estas características, así como su fijación y centraje correcto, se realizan en esta máquina con mucha mayor rapidez y seguridad que en los tornos convencionales . Por otro lado, el torno vertical es estructuralmente mucho más rígido, porque está pensado para resistir notables esfuerzos de torneado y para soportar racionalmente las cargas debidas a la masa de la pieza .
14 .1 .1
Características constructivas
Pueden establecerse unas características comunes a todos los tornos verticales (fig . 14 .1) . La base (A) que aloja el accionamiento principal y el plato o plataforma giratoria, donde se fijan las piezas a mecanizar (S) . La columna o bancada de la máquina, que se llama montante (C), puede ser simple o doble . Sobre él se desliza un carro transversal o travesaño (D), provisto de uno o varios carros portaherramientas (E) . El travesaño suele disponer de accionamiento independiente por husillo y lleva una o dos cajas de avances, para el desplazamiento de los carros porta herramientas . Suelen disponer también de un carro lateral independiente (F) accionado por husillo . 38 1
carro simple ; B, de carro doble .
Fig. 14,2
Corte de la base de un torno vertical.
14 .1 .2
Base del torno
14 .1 .3
Montante
14 .1 .4
Travesaño
14 .1 .5
Carro portaherramientas
14 .1 .6
Carro lateral
14 .1 .7
Métodos de trabajo
Consiste en un bloque de fundición aleada (fíg . 14 .2), provisto de sólidas nervaduras, donde se acopla el grupo de accionamiento principal . El movimiento se transmite, casi siempre por medio de un par cónico, hasta el piñón de ataque, que mueve la corona solidaria al plato. La corona se apoya en unos rodamientos de alta precisión que proporcionan al conjunto una concentricidad que, con frecuencia, llega a 0,005 mm . El plato de fijación dispone de garras independientes, empotradas o no, permi tiendo también la sujeción con bridas . Su diámetro llega a 1 800 mm en los tornos de un montante, y a 3 000 mm, en los de doble montante, aunque se construyen tornos verticales especiales, que superan ampliamente estos datos. Es el equivalente a la bancada en los tornos paralelos. lumna hueca de fundición aleada estabilizada, firmemente torno. Los de doble montante tienen un puente que los une resistente del conjunto, formado por bloques cerrados en pues, muy elevado .
Se trata de una cosujeta a la base del entre sí . El momento forma de cajón es,
Es un carro que se mueve verticalmente, apoyado en unas guías del montante . Dispone de movimiento independiente, por medio de husillos accionados sincrónicamente y puede ser fijado en cualquier punto de su recorrido, por dis positivos mecánicos o hidráulicos . En los extremos lleva una o dos cajas de avances, que proporcionan toda una amplia gama, incluido el movimiento rápido, para controlar el desplazamiento de los carros portaherramientas .
A
Los tornos de simple montante suelen tener un solo carro, dotado de movimiento horizontal y vertical y provisto de una torreta revólver, de maniobra manual o automática . El carro puede inclinarse adecuadamente para el torneado cónico . Se desplaza verticalmente a lo largo del montante y su funcionamiento es independiente del travesaño. Tiene su propia caja de avances y la torreta portaherramientas va montada sobre una corredera horizontal . Tiene movimiento, por tanto, en dos ejes . Fig. 14 .3 Esquema del proceso de mecanizado de un volante en un torno vertical .
Están muy condicionados por las características de la pieza a mecanizar, hasta tal punto que, en algunos casos, se construye la máquina a medida, disponiendo los carros y dispositivos accesorios necesarios, de modo que no haga falta el traslado a otra máquina para efectuar operaciones posteriores . Sin embargo, en términos generales, puede decirse que es muy frecuente el trabajo simultáneo de varias herramientas, con el consiguiente ahorro de tiempo . A modo de ejemplo, puede estudiarse la mecanización del volante de la figura 14 .3 . En el proceso intervienen el carro principal con torreta revólver, el carro portaherramientas secundario y el carro lateral . En la fase A puede apreciarse la acción simultánea de los tres carros, para mecanizar la cara superior de la pieza y obtener una base fiable de apoyo y fijación . En la fase B trabajan la herramienta lateral n .° 2 y la de mandrinar n.° 2 de la torreta revólver, que se ha situado en posición correcta, mediante 1 /5 de giro . En la fase C trabaja el portaherramientas n.° 3, provisto de dos herramientas con objeto de realizar el escalón interior, al mismo tiempo que la herramienta lateral n.o 3 efectúa el chaflán del borde. Por último, se realiza la entalladura interior por medio de la herramienta de forma n .° 4 (fase D) . 14 .1 .8
Fig. 14,4
Husillo de rectificar con
motor incorporado,
Accesorios especiales Sirven para efectuar sobre el torno operaciones que no son propias de esta máquina, con el objeto de evitar la manipulación de la pieza. En las figuras 14 .4, 14 .5 y 14 .6 pueden verse algunos de estos dispositivos, tales como un 382
husillo para rectificar con motor incorporado, un cabezal rectificador acoplado directamente a la torreta revólver y un equipo de taladrar y mandrinar. 14 .1 .9
Tornos verticales de C. N. Avances tecnológicos recientes han permitido la adaptación del control numérico (C . N .) a las máquinas herramientas . En los tornos verticales se emplea indistintamente el torneado por contorneado o bien el desplazamiento punto a punto . En el primer caso no se mide directamente la traslación de los carros sino el giro angular del motor de avances. El C. N., punto a punto, verifica los desplazamientos de los carros de forma directa y muy precisa ya que el poder de resolución llega a 0,001 mm por medio de un transductor lineal . El C. N. controla todas las funciones centrales de la máquina, velocidades del plato, avances, posición del cabezal revólver, así como los sistemas secundarios como refrigeración, etc. La figura 14 .7 muestra un torno vertical de un montante equipado con C. N .
Fig. 14,7 Torno vertical de un montante de control numérico (C. N.J Dorries .
14 .2
Fig. 14.5 Cabezal rectificador autónomo acoplado a la torre revólver.
Fig . 14.6 Dispositivo de mandrinar en el torno con motor incorporado .
Torno al aire
Este tipo de torno, al que algunos autores llaman con mayor propiedad torno frontal (fig . 14 .8) ha caído en desuso, con la aparición de los tornos verticales de un montante . Sirven para mecanizar piezas de gran diámetro y poca altura . Ello obliga a proyectar un torno de cabezal muy alto, bancada a ras de suelo y de poca longitud . En algunos casos está dispuesta perpendicularmente al eje del torno. La disposición horizontal del husillo es un inconveniente notable, porque el peso de la pieza unido al del plato producen elevadas solicitaciones a flexión, lo que obliga a reforzarlo considerablemente . De todas formas, en ningún caso reúne la solidez y precisión del torno vertical ; por eso, aunque más económico que éste, casi nunca resulta más rentable .
14 .3
Fig . 14,8
Torno copiador
Torno al aire.
Este torno permite obtener económicamente piezas de tamaño medio en pequeñas y medianas series, a partir de una pieza patrón o plantilla, que es reproducida por unos dispositivos copiadores .
Actualmente los tornos copiadores disponen de equipos, normalmente hidráulicos, muy perfeccionados, con la posibilidad de efectuar ciclos automáticos . Ello los hace rentables, incluso en grandes series (fig . 14 .9) . 14 .3 .1
Características constructivas
En sentido estricto, no se pueden considerar tornos copiadores los tornos paralelos provistos de un copiador hidráulico . Los tornos copiadores, propiamente dichos, forman un grupo aparte, que puede subdividirse en dos grupos diferenciados : aJ Tornos copiadores polivalentes . b) Tornos copiadores . 383
Fig. 14 .9 Torno copiador de ciclos automáticos Pilote 261 .
v
Al primero de ellos pertenecen los tornos que en un momento determinado pueden ser convertidos en paralelos normales . Son muy parecidos a los tornos paralelos convencionales, con las lógicas variaciones que impone su vertiente especializada . El segundo grupo com prende la generación de tornos totalmente especializados en el copiado por ciclos automáticos . La bancada, los carros, la contrapunta, etc ., han sufrido modificaciones muy importantes . Asimismo, la potencia de la máquina es comparativamente mayor.
14 .3 .2
Aparato copiador
Se trata de un servomecanismo o dispositivo en el que la potencia de mando sirve para accionar un mecanismo movido por una energía externa . Fig . 14 .11 Trabajos posibles con el copiador hidráulico convencional,
En la figura 14 .10 aparece representado esquemáticamente un dispositivo copiador HYDR000P . En la parte izquierda está situado el grupo hidrodinámico con depósito de aceite incorporado . Se puede apreciar la plantilla regulable con el perfil matriz (9) sobre la que se desliza suavemente el palpador (10) . Este, por medio de una palanca (11), acciona el distribuidor (8), provisto de un muelle de reacción, que regula el paso de aceite al cilindro (7), que, a su vez, pone en movimiento el porta herramientas trasero (6) . El carro principal dispone de un portaherramientas delantero que se acciona manualmente .
cilindrado exterior
Fig. 14.10 Esquema de un aparato copiador hidráulico : 1, depósito de aceite ; 2, válvula de seguridad, 3 y 4, bomba doble de engrase ; 5, motor, 6, útil de reproducción; 7, cilindro de trabajo, 8, corredera de distribución; 9, plantilla o pieza modelo ; 10, palpa dor ; 11, palanca doble .
refrentado hacia el cabezal
cilindrado interior
refrentado hacia el contrapunto
Fig. 14.12 Trabajos posibles con el copiador hidráulico biaxial,
14 .3 .3
Uso del copiador
14 .3 .4
Métodos de trabajo
La mayoría de copiadores no pueden realizar ranurados o refrentados a la izquierda (fig . 14 .11) y sí, refrentados a la derecha y curvas suaves (se considera que el sentido de avance es de derecha a izquierda) . Para eliminar este in conveniente se recurre a los carros auxiliares, provistos de herramientas de refrentar y ranurar, o bien, a mecanizar la pieza en dos fases, dándole la vuelta al terminar la primera de ellas. Existen, sin embargo, aparatos copiadores biaxiales o integrales, que no tienen estos problemas y pueden ejecutar variados perfiles sin dificultad (figura 14 .12) . Como el dispositivo copiador es un grupo autónomo, puede adaptarse con facilidad a un torno paralelo (fig . 14 .13) . Sin embargo, aquí se tratará solamente de los verdaderos tornos copiadores, puesto que sólo ellos presentan verdaderos métodos de trabajo diferenciados .
Fig. 14,13 Copiador hidráulico montado en un torno paralelo,
En general, el proceso o ciclo de trabajo puede realizarse de dos maneras : manual y automática . El ciclo manual está destinado a la puesta a punto de la máquina o a la realización de series muy cortas. El ciclo automático está pensado para la repetición indefinida y exacta de un programa de copiado preestablecido, incluyendo la determinación de los avances, velocidades, la puesta en marcha y parada del cabezal . El ciclo automático se interrumpe únicamente para la retirada de la pieza mecanizada y la introducción del material en bruto . Esta operación puede automatizarse totalmente, mediante una unidad de alimentación y descarga . Una vez colocada la plantilla o pieza patrón, se procede al reglaje de los topes que controlan la serie de pasadas sucesivas, los avances y las velocidades de giro en función de los diámetros de la pieza . Asimismo, se colocan las herramientas convenientes, cuya puesta en acción puede realizarse automáticamente por giro de torreta o por carros auxiliares, movidos hidráulicamente y sometidos al control del programa .
384
Este programa de trabajo suele prepararse en papel aparte y luego se pasa al panel de mando de la máquina, ordinariamente por medio de clavijas o tarjeta perforada . Una vez realizadas algunas muestras y pasadas satisfactoriamente las verificaciones necesarias, bastará apretar el pulsador o selector de mando para poner en marcha el programa preparado . 14 .3 .5
EJemPlo de trabajo
La ejecución del árbol de la figura 14 .14 se realiza en dos subfases, dando la vuelta a la pieza al concluir la primera subfase para toda la serie de piezas . El material es acero estampado F-1 522, de 70-80 kg/mm2 y con excedentes de 4-5 mm en radio . Se fija la pieza entre plato y contrapunto . Las operaciones de la subfase 1 (F,) son las siguientes : 1 .1 2 .° 3 .° 4 .e
Escuadrar. Interviene el carro delantero (herramientas Pasada de desbaste, con tres cambios velocidad-avance1-1) . (herramienta S1) . Cambio automático de herramienta (giro de torreta) . Pasada de acabado, con tres cambios velocidad-avance (herramienta S1) .
Las operaciones de la subfase 2 (Fz) son : 1 .° 2 .° 3 .° 4 .1
Efectuar ranuras con el carro delantero (herramientas 3-3) . Pasada de desbaste con 4 velocidades y avances (herramienta S1) . Cambio automático de herramienta (giro de torreta) . Pasada de acabado con 4 cambios velocidad-avance (herramienta S1) .
Las aproximaciones de la torreta del copiador, así como la salida y carrera de retroceso, se realizan rápidamente y de forma automática . Tiempo total : (F,
+ F z) = 4,05 + 4,85 = 8,90 min
Realizado en un torno copiador de ciclos automáticos Diedesheim-Cumbre C230-A2 .
pieza terminada pieza estampada
Fíg. 14 .14 Proceso de mecanizado de un árbol.
14 .4
Torno revólver
La incapacidad del torno paralelo para mecanizar grandes series de piezas motivó en su día la aparición del torno revólver . La principal característica de estos tornos es que están provistos de un bloque porta herramientas giratorio (revólver), montado sobre un carro posterior que sustituye al contrapunto . Dicha torre, por medio de una fracción de vuelta, va presentando en posición de trabajo una serie de herramientas . La acción del revólver está complementada por porta herramientas de movimiento transversal y longitudinal y un sistema de fijación y desbloqueo rápido de la barra o pieza en bruto que se ha de tornear. Puede establecerse una división fundamental de este tipo de tornos : de mando manual y automático . 385 25 .
Tecnología 2 .1
Torno revólver de mando manual notables Constituyen el grupo de los tornos revólver clásicos . Presentan exigencias de con las de . acuerdo paralelos a los tornos variaciones respecto punto (fig . 14 .15) . los órganos a los que se hacía referencia en el primer con varias - Cabezal (1) . Es siempre muy reforzado porque el trabajo mucha potencia . absorbe herramientas, incluso de forma, de la barra ; - Eje principal (2). El husillo es hueco para permitir el paso a la barra de en su interior, un mecanismo de pinza aprieta concéntricamente piezas Para tornear . 14 .16) . material, con la sola acción de una palanca (fig autocentrante con plato de garras se utiliza procedentes de forja o fundición neumático. hidráulico o accionamiento material - Soporte de barra (3). Sirve no sólo para sostener la barra de hasta un una pieza, se termina sino que debe hacerla avanzar cada vez que . tope que lleva la torre revólver virutas así - Bancada (4). Debe posibilitar la fácil evacuación de las . como la recogida del refrigerante, que se utiliza en gran cantidad 14 .4 .1
Fig. 14.15
Torno revólver,
dispositivo de avance de la barra eje
iIM -
111.11
N
O
1
cabezal
pinza
pala cn adeembrague
Fig. 14 .16
Husillo principal; detalle de la pinza .
es sustituido - Carro auxiliar (5) . El carro principal de los tornos paralelos con dos portatransversal desliza un carro por un carro auxiliar sobre el que se volante o palanca . accionados por pieza . Son cada lado de la herramientas, uno a hexagonal, - Carro revólver (6). Sobre él va instalada la torre revólver carro se mueve . Este de herramientas gran variedad recibir una preparada para de cada retroceso por medio de un volante de brazos, de forma que después el desplazamiento topes que regulan de vuelta . Los gira automáticamente 1/6 montados en un paso fino, de tornillos de son una serie herramienta de cada bloque situado en su parte trasera . Es muy frecuente el uso de un carro auxiliar para - Carro tronzador (7). directamente sobre el cabezal y movido tronzado, montado operaciones de
por una palanca . en estos tornos Algunos de los accesorios y herramientas que se utilizan 14 .18. 14 .17 y en las figuras están representados
0
B, manguito cono MorFig. 14,17 Algunas herramientas y accesorios del torno revólver: A y portaherramientas para tornear con ro; F, se ; C, barra tope ; D y E, casquillos suplementarios tornear con barra guía ; I, J y K, divermúltiple para portaherramientas guía ; H, dillos ; G, barra sos tipos de porta cuchillas. .
386
E
G
Fíg. 14 .18 Herramientas del torno revólver: A, pinza para brocas y machos ; B, portaherramientas de cilindrar, C, tope graduable ; D, con guía ; E, portamachos; F, portaterrajas ; G, portabrocas portaherramientas de pinza; H e I, herramientas combinadas; J, punto ; K, portacuchillas de interiores ; L, portacuchillas ajustables micrométricamente ; M, portaherramientas de ranurar exteriores e interiores ; N, portamoletas; 0, portacuchillas de cuchilla circular; P, portaherramientas de tornear con rodillos ; Q, portacuchillas doble ; R, carro transversal ; S, carro portatorre .
_4
14 .4 .2
Ejemplo de trabajo Para ilustrar convenientemente las explicaciones dadas se incluye la descripcíón del proceso seguido para mecanizar el casquillo de la figura 14 .19 . Dicho proceso se realiza en una sola fase de 8 operaciones, a saber (figura 14 .19) : 1 .a 2 .a 3 .a 4.a 5 .a 6 .1
7 .a 8 .a
Posicionamiento de la barra . Torneado del diámetro menor. Punto para el centrado de la broca y realización del chaflán . Taladrado del agujero pasante . Mandrinado de la caja . Avellanado . Ranurado . Interviene el portaherramientas auxiliar posterior . Tronzado . El porta herramientas anterior se mueve en sentido contrarío .
Fig . 14.19 Proceso de mecanizado de un casquillo.
14 .5
Tornos revólver automáticos
En realidad se trata de verdaderos tornos automáticos en los que las funciones encomendadas al operario son desarrolladas por un sistema de control programable. Se estudiarán en el apartado correspondiente a dichos tornos . 14 .6
Tornos automáticos
Son los que debido a su especial funcionamiento permiten realizar todo el ciclo de mecanizado, incluida la aportación de material, sin la intervención del operario . Están, por tanto, pensados para grandes series, ya que el tiempo requerido para su preparación debe ser compensado por la repetición elevada de un mismo proceso de trabajo (fig . 14 .20) . Fundamentalmente, la automaticidad se obtiene por medio de diferentes levas, montadas en el árbol portalevas (fig . 14 .21), dotado de un movimiento lento de rotación, a razón de una vuelta completa por pieza mecanizada . 387
Fig. 14 .20
-
Torno automático Traub,
14 .6 .1
Tipos de tornos automáticos
Hay muchos modelos de tornos automáticos; desde el torno, relativamente sencillo, destinado a tornillería y pequeña mecánica, hasta los tornos multihusillos de gran producción . Podemos establecer una clasificación fundamental : - Torno de cabeza/ fijo . En ellos las herramientas van situadas sobre un carro, que es el que efectúa el avance . - Torno de cabezal deslizante . En estos tornos, las herramientas van fijadas a un puente y no tienen avance alguno, sino que este movimiento lo hace el cabezal, deslizándose sobre unas guías . Los tornos del primer tipo suelen tener una torre revólver . Los del segundo tipo disponen de un contracabezal basculante donde van las herramientas de taladrar y roscar . 14 .6 .2 árbol pbrtalevas
Fig. 14.21 Torno automático Syma Canma . Detalle del árbol de levas .
Funcionamiento de un torno automático
En la figura 14 .22 está dibujado esquemáticamente un torno automático de cabezal fijo y torreta revólver. Su funcionamiento es como sigue :
tambor de avance
tambor de cierre
tambor para los carros transversales
polea de mando
tambor para revólver
para roscar
Fig . 14 .22 Esquema de un torno automático de cabezal fijo .
La primera (II) em- Levas de tambor para avance y cierre de la barra. puja la barra contra el tope de la torre revólver que proporciona la medida requerida . La segunda (I) abre la pinza todo el tiempo necesario y la cierra cuando se ha completado el avance de la barra.
Fig. 14.23 Detalle del accionamiento de las cuchillas de un torno revólver .
Moleteado ROE 08 DIN 82
- Mando del eje principal. Se efectúa con dos conos de fricción (d i y dz), uno de rotación rápida, destinado a tornear, y el otro, más lento, para roscar . Dichas poleas están mandadas por correas o por motor independiente . - Tambor para la torre revólver. En este tambor están fijadas seis reglas con diversa inclinación, según los movimientos que deben realizar las herramientas. El contrapeso (c) hace retroceder el carro en el momento oportuno y girar 1/6 de vuelta la torre. En este esquema puede distinguirse también la polea que controla al eje de levas, el embrague (K Z) y el sistema de retardo . En los tornos de cabezal deslizante y a veces en los de cabezal fijo, los diversos portaherramientas van sobre un puente (fig . 14 .23) mandados por palancas que se apoyan en las levas. La pieza trabaja al aire o bien puede apoyarse en una luneta, emplazada a corta distancia del punto de ataque de las herramientas . El sentido de giro es contrario a los tornos corrientes ; así, para roscar, avanza el macho o la terraja girando en el mismo sentido de la barra pero a mayor velocidad (roscado diferencial) . Cuando se completa la carrera, un tope detiene el giro de la terraja o el macho que así se desenroscan solos. 14 .6 .3
Fig . 14.24
Métodos de trabajo
La fase de preparación es de suma importancia ya que de ella depende la precisión y rentabilidad de la serie que se va a mecanizar. Comprende la preparación y reglaje de las herramientas, la selección de las velocidades y el mon taje de las levas necesarias . La alimentación, si es por barra, la realiza un grupo dotado con disparo automático de fin de barra. Si se trata de piezas semiela388
boradas es necesario prever un sistema que almacene las piezas y las coloque en posición en el momento oportuno . Se supone que hay que realizar una serie de tornillos moleteados como el de la figura 14 .24. El proceso de mecanización podría ser (fig . 14 .25) : 1 .1> Avance de la barra. 2.° Torneado simultáneo de los diámetros escalonados . 3 .° Avance radial de los dos carros auxiliares para poder efectuar el ranurado y el moleteado de la cabeza . 4.° Roscado de la caña por medio de una terraja situada en la torreta revólver . 5.° Tronzado y evacuación por gravedad de la pieza terminada . 14 .6 .4
Tornos automáticos de varios husillos En los tornos estudiados hasta ahora, las herramientas entran en acción de forma sucesiva, permaneciendo en reposo al concluir su trabajo, hasta el ciclo siguiente. Los tornos multihusillos pretenden eliminar, en lo posible, los tiempos muertos, haciendo actuar al mismo tiempo todas las herramientas sobre las diferentes barras, puesto que al terminar de una enlazan inmediatamente con la otra ; o sea, que en cada estación se obtiene una pieza acabada . Así, pues, un torno de seis husillos debería producir seis veces más que un torno automático de un husillo. En realidad esto no se cumple exactamente pero puede servir de orientación para los cálculos productivos . 14 .6 .5
Otros modelos de tornos automáticos La necesidad de reducir los costos de mano de obra, aumentar la producción y permitir la ejecución de pequeñas series con las máximas garantías, ha obligado a la construcción de tornos cuya característica fundamental son las posibilidades que ofrece su sistema de control . El engorroso sistema de levas es sustituido por una unidad de control programada por medio de una cinta o tarjeta perforada en la que se graban, por medio de un código predeterminado, las instrucciones que deberá seguir el torno, cubriendo todas las funciones de la máquina . En la figura 14 .26 aparece un torno de producción de C . N.
Fig. 14.25 Proceso de mecanizado de un tornillo moleteado .
CUESTIONARIO
14 .1 Partes fundamentafes de un torno vertical . 14.2 Esquema de un mecanismo copiador para torno . 14.3 Comparar las partes fundamentales de un torno revólver y un torno paralelo . Analizar las diferencias . 14 .4 Diferencias entre tornos revólver y automáticos . 14 .5 Explicar, incluyendo un esquema, cómo podría herramienta de tronzar al terminar el proceso de una pieza, accionarse automáticamente una en un supuesto torno automático . 14 .6 ¿Qué son tornos automáticos multihusillos? 14.7 Previa consulta bibliográfica, dibujar un esquema de un torno de C . N .
Tema 15 .
Procesos de mecanizado en el torno
OBJETIVOS - Introducir al alumno en el estudio de los procesos de mecanizado, familiarizándole con la terminología técnica en ellos usada, estimulando su capacidad de análisis, reflexión crítica y espítiru creativo . - Contribuir a dotarle de. una metodología de trabajo, que le permita resolver problemas complejos por descomposición en partes más sencillas. EXPOSICION DEL TEMA El estudio sistemático de los procesos de mecanizado se apoya sobre unos princ :p os muy sencillos, enunciados por F. W. Taylor, que pueden reducirse a : 1 .c> Eliminar los métodos empíricos (golpe de vista, siempre se ha hecho así) y sustituirlos por técnicas racionales . 389
Fig. 14.26 Torno paralelo de producción de control numérico (C . N.) Ernault-Somua 350 N S .
2.° Adoptar métodos que puedan ser repetidos con facilidad y enseñados a otros operarios . 3.° Separar las funciones de ejecución y preparación del trabajo. 4.° Formar especialistas en dichas funciones . 15 .1
Proceso de mecanizado
Es la sucesión ordenada de operaciones, previamente determinadas, que permite obtener un producto elaborado, con el mínimo costo posible y en las condiciones exigidas . En una palabra, con el estudio de los procesos se pretende lograr la mayor productividad, evitando improvisaciones y utilizando racionalmente las herramientas, útiles y maquinaria . En contrapartida, el sistema tiende a reducir el papel del operario, recortando su iniciativa y dificultando su promoción profesional .
Por la extensión y complejidad del análisis de procesos de mecanizado, en este tema se pretende dar únicamente una visión de los principios básicos y tratar de aplicaciones prácticas en el torno . Se deja, para cursos superiores, el estudio de procesos en otras máquinas, así como su empleo combinado, el estudio de tiempos, etc .
15 .2
Principios generales de análisis de los procesos
Estos principios, válidos para el estudio de cualquier proceso, se agrupan en tres apartados, a saber : estudio del plano de la pieza o elemento, análisis del trabajo a realizar y, por último, redacción del proceso. Estudio del plano de la pieza o elemento El punto de partida del análisis del proceso es siempre el plano de ejecución de la pieza a fabricar. Teniendo en cuenta todas las exigencias establecidas por la Oficina de Métodos, el analista estudiará: 15 .2 .1
- Material. Las propiedades mecánicas del mismo influirán sobre las herramientas y sus ángulos . - Estado, dimensiones y peso. Con todo ello podrá determinar la forma de fijación, utillaje y máquinas a emplear. - Tratamientos térmicos . Si son necesarios tratamientos térmicos, el proceso suele presentar la forma resumida de desbaste-tratamiento-acabado . - Sobremedidas, tolerancias y signos de mecanizado . Con ello podrá definir las pasadas, avances, número de revoluciones, herramientas, utillaje, instrumentos de verificación y maquinaria más convenientes . - Posiciones relativas. Son muy importantes, porque van ligadas a la función de la pieza o elemento . Por ejemplo, un soporte de un árbol exige que el mandrinado principal sea paralelo a la base del mismo ; es lógico, pues, que dicha operación se efectúe con el soporte apoyado en su base, previamente mecanizada . - Cantidad de piezas a fabricar. Con frecuencia este factor es definitivo . No es lo mismo producir series cortas que grandes series . En este caso, el ahorro de tiempo puede compensar costosas inversiones en maquinaria y utillaje . 15 .2 .2
Análisis del trabajo a realizar
Se suele dividir la pieza en superficies elementales numeradas para evitar confusiones. Después se toman las superficies de referencia, que serán las que permitan tener unas bases fiables para mecanizar todas las demás, eliminando en lo posible errores acumulativos . Se procura asociar las superficies elementales . Por ejemplo, un orificio que debe mandrinarse y el plano frontal a él, suelen mecanizarse sin mover la pieza; es decir, el taladro y el plano frontal son superficies asociadas. Finalmente, se agrupan las operaciones en fases que, a su vez, se pueden dividir en subfases . 39 0
15 .2 .3
Redacción de! proceso de mecanizado Los procesos esbozados se escriben en hojas a propósito, anotando las fases, subfases, operaciones, máquinas, herramientas, utillajes, etc., e, incluso, croquis explicativos y tiempos orientativos previstos . Después de un estudio comparativo, se escoge el mejor. Una vez definido el método de trabajo, el cronoanalista procederá a la toma de tiempos, con lo cual el proceso quedará perfectamente determinado . 15 .3
Definición de conceptos básicos
Antes de seguir adelante, conviene precisar unos cuantos conceptos, que se van a manejar continuamente: - Operación. Trabajo efectuado con intervención de uno solo de los medios de que dispone una máquina o puesto de trabajo. - Fase .
Trabajo efectuado por uno o varios operarios en una máquina
0 puesto de trabajo. Se compone de varias operaciones y subfases .
- Subfase. Fracción de una fase . Se emplea dentro de una fase cuando interesa agrupar una serie de operaciones; por ejemplo, cuando se desmonta la pieza para darle la vuelta . - Gama o proceso. Sucesión lógica de las fases de mecanizado o manipulación de una pieza hasta concluir su fabricación . - Ruta . Camino recorrido por una pieza a través del taller de producción, determinado por los puestos de trabajo donde se ejecutan las distintas fases. 15 .4
Proceso de mecanizado de diversas piezas
A modo de aclaración, se incluyen a continuación unos ejemplos de proceso de mecanizado de piezas sencillas, una comparación entre pieza unitaria y serie de' piezas y, por último, un ejemplo de proceso industrial de una pieza . No hace falta señalar que la finalidad de los mismos es puramente didáctica y no deben efectuarse comparaciones entre los procedimientos industriales y los que están al alcance de las Escuelas Profesionales, aquí descritos . Las hojas de proceso presentan distintas distribuciones y tamaños, según los autores .
Aquí se ha elegido una hoja en formato DIN A4, con una distribución adecuada a los propó-
sitos antes explicados .
15 .4 .1
Proceso de mecanizado de un eje Considerando el croquis acotado de dicho eje, representado en la figura 15 .1, se deduce fácilmente que se puede mecanizar en un torno convencional, tanto por sus dimensiones y tolerancias, como por no precisar ninguna operación de acabado . No se exige tratamiento térmico. En este caso existe una sola fase (torneado) que se dividirá, según se verá, en varias subfases y operaciones . En primer lugar, se deben numerar las superficies elementales para nombrarlas con mayor facilidad . Se divide el proceso en cuatro subfases, que corresponden a otras tantas manipulaciones de la pieza, dándoles los números 1, 2, 3 y 4. La subfase 1 se divide, a su vez, en tres operaciones, que se designan con los números 11, 12 y 13 . La operación 11 consiste en sujetar con el plato universal el trozo de acero en bruto, previamente cortado, con excedente de 3 mm . Seguidamente (op . 12), se refrenta la cara 1 y se mecaniza un punto de centrado (op . 13), ya que la pieza será trabajada entre puntos. La subfase 2 empieza con el giro de la pieza, con objeto de que pueda ser realizado el refrentado de la cara frontal opuesta (op . 21 ) . Dicho refrentado (op . 22) determina la longitud total correcta y permite ejecutar el otro punto de centrado 9 (op . 23) . La comprobación de la longitud total se efectúa con el pie de rey. La subfase 3 tiene cinco operaciones . Primeramente, se sitúa la pieza entre puntos (op . 31) . Seguidamente, se tornea el diámetro que ha de grafilarse, de una sola pasada y teniendo en cuenta que el moleteado produce un aumento de medida (op . 32) . Después del moleteado (op . 33), se efectúa el chaflán 7 (op . 34) y el ranurado 5 (op . 35), tomando medidas con el pie de rey,
39 1
Trabajo de
PROFESIONAL FOMACION Material
Escala
e+ proceso
Hoja
Dimensiones en bruto
0 30 X 168
F.1141
6
165
5
Curso
-_-
Ejercicio N. °
Medidas nominales Grado de V100 300 1 6 30 precisión 1 a a a a a 0 3o 100 300 1000
Medidas sin tolerancías DIN 7168
Media
'+ 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,6 '_ 1,2
2x45°
4
N8
1000 a 2000
3
NMI
9
2 1
á ~
2X45° l
S
3 N8
N10
40
EV. 1234
Designación
0 4
1
2
3
4
11
Sujetar la pieza.
12
Refrentar 1 .
13
Hacer punto 2.
21
Dar la vuelta a la pieza.
22
Refrentar 8 a medida 165 mm .
23
Hacer punto 9.
31
Fijar la pieza entre puntos .
32
Cilindrar 6 0 27,7 x 45
33
Moletear 6 .
34
Croquis
~
Util
Cont.
Plato
Pr
V
A
n
a
pasad. mlmin r.p .m, mmlm m.mlr
2
30
335
P
Tiempo
m .m .
horas
0,5
900
Brp
Plato
t65
1t1~
2
30
0,5
335
~9
-7- 4n 5
6
Brp Pf Pg Pa 51
7
_ _
51 61 Pf
41
Dar la vuelta a la pieza .
42
Cilindrar 4 0 22 x 123.
43
Chaflanar 3.
3 ~-
900 Pr 1
45
475
0,5
1,15
3
Mol x
Ranurar 5 0 18 x 3.
IL-
Pr
_
~
Chaflanar 7 .
Ut 60, 51 . . . Herramientas . Símbolo . Brp. Broca de hacer puntos . Pf . Punto fijo . Pg . Punto giratorio . Pa . Perro de arrastre .
0
60
35
Observaciones:
N.
Pg Pa 51
51
475 30
280
1
45
475
0,5
1
40
510
0,1
Pr
1
475
Tiempo total:
La última subfase comprende tres operaciones . Se da la vuelta a la pieza y se la sitúa otra vez entre puntos, vigilando no dañar el moleteado con el perro de arrastre ; se tornea el vástago en dos pasadas, desbaste y acabado, dejándolo a medida (op . 42) . Finalmente, se realiza el chaflán 3 (op . 43) . Los datos de velocidad de corte, revoluciones, avances y profundidad de pasada son meramente orientativos ; las posibilidades del torno y las herramientas disponibles las harían variar notablemente en cada caso .
Proceso de mecanizado de un anillo Se supone que hay que construir cinco anillos de separación, a partir de tubo sin soldadura de 63,5 x 40 ; las dimensiones aparecen en el croquis de la figura 15 .2 . Las piezas no deben sufrir ningún tratamiento, ni se exige precisión especial de medidas, siendo de aplicación los valores de la misma hoja para cotas sin tolerancia . La rugosidad general a obtener es 15 .4 .2
N~
Las operaciones del proceso se agrupan en tres subfases ; solamente existe una fase, porque las piezas se mecanizan íntegramente en el torno, La operación 11 de la primera subfase consiste en situar el extremo del tubo disponible a una distancia, que haga posible trabajar cómodamente y fijarlo con el plato universal . A continuación, se desbasta el diámetro exterior (op . 12) y luego se acaba dicho diámetro, controlando la cota con el pie de rey (op . 13) . Una vez concluida la operación anterior, se cortan los cinco anillos con la cuchilla de tronzar (op . 14) . Para facilitar la ejecución de las otras subfases se ha preparado una pinza, que actúa al cerrar o abrir las mordazas del plato . Antes de seguir adelante, se comprueba la excentricidad del utillaje y se fija la posición más favorable . Seguidamente, se introduce la primera pieza y se realiza el refrentado 1, el mandrinado 6 y los chaflanes 2 y 7 (ops . 22, 23 y 24) . Para dejar la pieza terminada, se le da la vuelta, se refrenta la cara 5 al grosor pedido y, finalmente, se ejecuta el chaflán 4 (ops. 31, 32 y 33) .
Proceso de mecanizado de. una cruceta Como ejemplo de mecanizado de piezas semielaboradas de fundición, se presenta una cruceta de una supuesta junta Cardan, simplificada a propósito, con objeto de que pueda acabarse en el torno (fig . 15 .3) . Por tanto, según lo dicho en apartados anteriores, su proceso de mecanizado constará de una sola fase (torno) . Esta fase se divide en seis subfases, cada una con sus correspondientes operaciones . 15 .4 .3
La cruceta va totalmente mecanizada y sus elementos más importantes son el taladro central de referencia (1 ) y los tetones o gorrones (5) a e? 18 h 6 . Utilizando el plato universal de cuatro garras se efectúa el refrentado de la cara 2 (op . 12), eliminando la mitad del material excedente ; luego, se realiza el taladro central 1 . Con esta referencia, se monta la cruceta en el mandril extensible (op . 22) y se refrenta la cara 3, dejándola al grosor necesario (op . 23) . Seguidamente, se prescinde del plato de cuatro garras y se monta en su * lugar el plato fijo con un utillaje tipo escuadra, dotado de un pivote que se ajusta a la cruceta por su orificio central . Una vez mecanizado uno de los cuatro tetones, se gira la pieza 90% a tope contra un pasador situado en el utillaje, que garantiza la perfecta alineación de la misma . El método de mecanización es idéntico para los cuatro tetones, como fácilmente se puede ver . Es conveniente colocar un contrapeso, que equilibre la carga excéntrica que representa el utillaje y la cruceta . 15 .5
Comparación entre un proceso unitario y otro serie
Con ello se pretende hacer reflexionar al lector sobre las importantes diferencias que existen entre el proceso unitario y el mecanizado en serie. La pieza única o la serie muy corta (tres o cuatro unidades) no es frecuente en el taller mecánico a menos que se trate de utillaje, prototipos o reparaciones ; son habituales las series (cortas, medias o grandes) . Las grandes series, póngase por caso, permiten realizar cuantiosas inversiones en utillaje y maquinaria e, incluso, se llega a disponer de máquinas o lineas transfer totalmente especializadas . En la figura 15 .4 está descrito el proceso de fabricación de un bulán de acero, en un torno paralelo convencional (no utillado) y en un torno semiautomático . Las ventajas conseguidas son : - Alimentación facilitada por alimentador automático y tope de barra . - Evita manipulación repetida de herramientas ; todas están dispuestas para entrar en acción cuando se requiera . - Se eliminan tanteos con los topes de las herramientas . Aumenta la seguridad y la rapidez de las operaciones. - Se efectúan operaciones simultáneas. - Las velocidades y avances pueden seleccionarse con antelación . Reducción de tiempos muertos . 393
Trabajo de
FORMACION PROFESIONAL Escala
Hoja
e+ proceso
material
Dimensiones en bruto
F-6120
Tubo s1s 63,5 x 40
-
Curso Ejercicio N. °
Medidas sin tolerancias
Grado de Precisión
DIN 7168
Media
_
1 a 6
Medidas nominales 6 30 100 300 1000 a a a a a 30 100 300 1000 2000
'+ 0,1 ± 6,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,6 ± 1,2
044 4
5
6
3
058
°
AN. 567
91
1
11
Fijar la barra en plato de garras, sobresaliendo 80 mm .
12
Cilindrar 3 a 0 58,5 x 65.
13
Afinar 3 a 0 58 x 65 .
14
Tronzar cinco anillos a 7,5.
21
Fijar utillaje y comprobar concentricidad (E < 0,1) .
22
Sujetar anillo . Refrentar 1 a 7,3.
23
Mandrinar 6 a 0 46 .
24
Hacer chaflanes 2 y 7.
31
Dar la vuelta . Fijar en pinza .
32
Refrentar 5 a 7 mm .
33
Hacer chaflán 4.
c
2
3
Croquis
Designación
03
Observaciones :
51, 60, 53 . . . Herramientas . Símbolo . Pr . Pie de rey.
8o
---.~
J
6
-w7,11
Util
Cont.
Plato
Pr
N. n pasad.
A
a
P
1
35
180
0,5
2
51
1
40
214
0,05
0,5
15
85
0,1
Plato Comp . Pinza Pr 0,2
60
1
30
335
53
1
35
180
0,3
40
214
0,05
30
335
1
60 Plato Pinza
a
n
51
El
2
V
mlmin r.p .m . mmlm m.mire m.nr,
60 60
475
1,5
0,5
Pr 1
0,3
335
w
Tiempo total.,
Tiempo horas
Trabajo de PROFES
Hoja
O N O AL
Escala
Material
e+ proceso 1
Curso Ejercicio N. °
Medidas sin tolerancias
Dimensiones en bruto
Fundición
Grado de precisión
DIN 7168
018 h6
1 a 6
Media
Medidas nominales 6 30 100 300 1000 a a a a a 30 100 300 1000 2000
0,1 _ 0,2 - 0,3 ± 0,5 ± 0,0 ± 1,2
22 I
n
6
7
9
5 4
1
I
2
¡ U ;-)
1
3
¡~C 16 10
~1 ~
N9
X11
1
C
N7
/
C TA 890
14 15 13 12 m
11
o
Q
Designación
11
13 14 15 16
Fijar pieza en plato de cuatro garras . Refrentar cara 2 (mitad excedente) . Taladrar 1 a 0 10 . Taladrar 1 a 016. Mandrinar 1 a 017,8. Escariar 1 a 0 18 H7 .
21 22 23
Instalar mandril extensible . Fijar pieza, dándole la vuelta . Refrentar 3 a 22 mm .
(J 1
E0
12
2
3 31
Quitar plato de garras. Montar utillaje en plato fijo . Contrapesar .
32 33 34 35
Montar pieza, alineando tetones. Desbastar 5 a 0 18,5 . Acabar 5 a 0 18 h6 . Refrentar 4 (eliminar mitad excedente) . Refrentar 9 a medida . Taladrar 6 a 0 10 . Hacer chaflanes 7 y 8.
36 37 38
Croquis
-
Observaciones: Esc. Escariador . Calib . Calibre fijo . Rrr Rrnca Mic . Micrómetro de exteriores . Mand . Mandril extensible .
Util
N. °
V
1
60
272
Pr Calib.
1
10 10 50
190 190 883 190
Cont.
n ~ A
a
P
pasad mlmin r.p.m, mmlm m.m.fr M .M .
Plato 2
-+-
1
Z -~~
i
-700
80 Brc Brc 73 Esc .
_3
Pr
1,5
0,5 0,9
Mand .
r
80
Pr
1
60
272
1,5
5
80 80 80
Pr Mic Pr
1 1 1
60 90 60
272 1600 272
0,3 0,05 0,3
80 Brc 80
Pr Pr
2
60
272 318 318
0,3
Pd.w.
un
wn
7
~-8
~6 9
1,5
Tiempo total:
Tiempo horas
FO R M ACI ON PROFESIONAL
Hoja Material
Escala
P
proceso 2
9-
5 4
2
t~~ 1
94
16
l I
~ 14
y> y
Q
4
5
°'
Designación
41
Girar la pieza 90°, usando el tetón mecanizado como referencia .
42
Desbastar 10 a 0 18,5 .
43
Acabar 10 a 0 18 h6 .
44
Refrentar 11 . Eliminar mitad excedente.
45
Refrentar 12 a medida .
46
Taladrar 13 a PJ 10 .
47
Hacer chaflanes 14 y 15 .
ó
o, ,
o
a fi
a 30
'
N9
Croquis
Util
12
j5_
Tope de referencia
~-
Cont.
N. °
V
n
A
a
pasad. mlrnin r.p .m. ~-mlmm.m .,'r
80
Pr
1
60
272
0,3
80
Mic
1
90
1600
0,05
80
Pr
1
60
272
0,3
80
Pr
2
60
272
0,3
Brc
Pr
80
Tiempo horas
1,5
318 318
fase 4.
t
a 2000
P
Repetir proceso idéntico a sub-
Ese. Escariador . Calib . Calibre fijo . Brc. Broca . Mic . Micrómetro de exteriores . Mand . Mandril extensible .
looo
mm .
Repetir proceso idéntico a sub-
Observaciones:
a 1000
N7
fase 4. 6
Sao
CTA 890
12
-
loa
a 300
1n
T
1 0 14
a
22
11
v -1 J \
'-
- 3o T loa
+ 0,1'± 0,2 : 0,3 * 0,5 * 0,8 ± 1,2
Media
d
t',
15 13
Medidas nominales
Grado de precisión
3~
1
.
El VAN 10
_
-
Ejercicio N. °
DIN 7168 018 h6
6
Curso
Medidas sin tolerancias
Dimensiones en bruto
Fundición
7
Trabajo- de
Tiempo total:
N7
1,5x45°
Ñ `~ s
6 5
80_+o.os ----------------
-
1
BuIdn
15,45 °
/2
á
4
Torno paralelo Esquema
Torno semiautomático Explicación
-.
Esquema
Posicionar la barra .
__
95
Refrentar 1 . Regular profundidad . Una pasada ; automático . I -
m ~, ó
~'LiSÜissSP:
a<
,
s~rrr
~r
-
'Lztiti ~~t<
Refrentar 1 . Una pasada con la herramienta de la torreta delantera del carro transversal.
tope de posicíóA
zittKiK
~¡ "
dei~
~ZZS _= 1
a< torreta
`-
Mandrinar 2 a 0 21,8 . 1 pasada . Automática . Tantear la extensión de la pasada .
tope de posición
SwI íawaiaí" °-
Escariar 2 a 0 22 H8 . Manual .
~~ tope de posición
-a -
_
°
BI
-
~~
_ _
.os
Tronzar. Tantear medida con pie de rey.
Refrentar 5 a medida . Automático . 2 pasadas. Tantear medida .
."
i
Realizar chaflán 6. Manual . acabada,
Cilindrar exterior desbaste e interior desbaste simultáneamente. Acabado exterior una pasada acabado a 0 35 h7 . Tope de posición .
Escariar 2 a 0 22H8 . Tope de control extensión.
Realizar chaflán 4. Actúa herramienta torreta posterior.
tope de profundidad
Efectuar chaflán 4. Control manual .
I/II"I -
Taladrar 2 a 0 21 . Profundidad controJada por un tope .
tope de profundidad
-
~
64
tope
Posicionar la barra . Actúa un tope situado en la torreta .
86
Taladrar 2 a 0 21 . Controlar profundi da d. Manual .
Cilindrar 3 a 0 35 h7 . Varias pasadas . Automático . Mientras cilindra preparar herramientas. Tantear la extensión de la primera pasada con el pie de rey.
~~ ~, ó
-. ~
h
~_2
-~ alimentador de barra
-.
Explicación
'
tope de posición
-
,\ anillo -
- tope de posición
;9
Pieza -~ tope de profundidad
Tronzar. Actúa torreta posterior del carro transversal. Tope de posición de la herramienta .
Refrentar 5 . Tope de posición para la herramienta . Anillo rectificado de posición para la pieza. Actúa otra vez la herramienta de la torreta delantera del carro transversal .
Realizar chaflán 6. Actúa herramienta de la torreta posterior . Pieza acabada.
Encargo
Plano
Pieza
N .°
N . ° Piezas
ENGRANAJE HOICA DE ACEITE
270/01137
Cantidad Material
Material
Estampado
L-23922
0,149 M v.
Eo ..
O P E R A C I O N
0
Aprovisionamiento
9
Normalizar s/P.f .
pve0p
eolelln
Ope on
Fechos
1700
Previstas
Empezar
N . Vales Material
Ee
'
I ®,
UUJA de
Acobar Diasloboroblesl
Peaho
Reales
-
RUTA OBSERVACIONES
. T.T.
10
Refrentar s/p.f .
Fh-4
20
Cilindrar y refrentar
Th-¢
.
s/p .f . 30
Cilindrar y refrentar Th-4
60
Frasar chavetero s/p .f Fr-1
70
Hacer regata s/p .f .
BO
Tronzar y hacer punto
Ts30-31
85
s/p .f . f . Rectificar ./p.
90
Dentar 11
..... . . .
Tc . .
Re
dientes z/ p.f Ce-F
100
Afeitar s/p .f .
" .-<
(l PE
1l0
Roscar s/p.f .
115
Inspección
I
.
Sh-~
MoSo o
W
,.
B
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Fec Ey :e
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E R n _ ioiel
d
E
C
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IR
o,e" ob
OBSERVACIONES
Nr-' 2 i V,%
100%
120 10 .T . s/p.f.
T .T .
125
Rotofinish
Rf-l
130
Rectificar puntos 9p .f. Re-1
140
Rectificar cuello
150
Rectificar cara slp .f . Re-2i
160
Rectificar cono
170
Rectificar
185
Inspección 100 %
V°f
190
INSPECCION FINAL
S.V
I II
./1,1 Re
i
j
s/p .f . Re
0 ext. s/p .f Re
i
I Fig. 15.5 Modelo de hoja de ruta . 15 .6
Fases de mecanizado . Hoja de instrucciones
Se ha tratado hasta el momento de piezas de fase única; sin embargo, lo normal es que tengan varias fases : torno, fresa, temple, rectificadora, etc . Para controlar todo el proceso se dispone de la hoja de ruta o descripción de las su cesivas fases a seguir hasta la completa elaboración o mecanizado de una pieza. Las fases de los procesos de mecanizado industriales se estudian en hojas de instrucciones detalladas que permiten el cálculo de tiempos o el cronoanálisis. El operario recibe, junto con la orden de ejecución de una serie, la materia prima, los boletines de control y la hoja de instrucciones, que contiene el proceso de mecanizado que debe seguir . Como es frecuente que un operario realice una fase del mismo, la hoja de instrucciones se refiere exclusivamente a las subfases y operaciones que aquél debe ejecutar, acompañada de un plano de la pieza que contiene sólo las cotas imprescindibles. 398
Para ilustrar lo que se acaba de explicar, se incluyen las figuras 15 .5 a 15.8 dientes al proceso de un piñón para una bomba de aceite . Este proceso consta corresponde 19 fases, según consta en la hoja de ruta (fig . 15 .5) . La fase considerada (30) se realiza en el torno copiador Th-4 y las cotas necesarias, croquis operativo y hoja de instrucciones para ejecutarla, están representadas en las figuras 15 .6, 15 .7 y 15 .8, respectivamente . Normalmente, al operario se le entregan fichas de este tipo, mientras que las hojas de proceso quedan en poder de la Oficina de Métodos . Obsérvese la ausencia de subfases en el ejemplo ; ello es debido a que es frecuente asimilar ambos conceptos, de forma que el cambio de puesto de trabajo no determina necesariamente una nueva fase . La numeración decimal de las fases permite intercalar fases intermedias, por variación del proceso, sin necesidad de cambiar todo lo demás . En la ficha de instrucciones de la fase suele incluirse el tiempo concedido para su realización (fig . 15 .8) .
PLANO FASE
DESIONACION, ENGANAJES BOh1&4 ACEITE
1 MATERIAL:
Estampado UNE 161
Realiaedo por:Torrrnal F-1,.:16-4-70
26'3'0
N'274101137
,N;e, N,' H,¡- .
dgui- Th-4
.3
Cono 1 .5 ch . 1 x 45e
AKE
Frg. 15.6
Croquis acotado correspondiente a una fase .
Fig. 15 .7
FICHA D E INSTRUCCIONES ^~ I
89
,r
N,' 1 2
TC
3
TT
DESIONACION: ENGRANAJE BODA DE ACEITE
N.°
MATERIAL : Estampado
N.° Ho/a : 1
Fu-
N.- Hojar. 1
Mógnioa :
Reeliaado p Planaa
Feeha21-12-65
67
0 .68 1
: e N HERRAMIENTAS
D E S C R I P C 16 N
M + D pieza entre plato y punto Mecanizar forma
4
Efectuar ranuras y refrentar Verificar MTM
5
Cambiar hta 1/100
Croquis operativo correspondiente a una fase .
VELOCIDAD phm
L F. L
AVANCE
" .M.°s
ee.~M.'iilxn
I
270/01137 30
0 .44 ^
lanB Pro- R' Pesed . lund, pec.
MP
Th-4 0 ..90 9
TM
MM
C
0,31 He-80 S2
, 130 612L8 ..~ 13001061
He-82 S2,4980
57 10
2 2
2
0,44 0.59
1
0,31 0,44 0,59 f
Avance longitudinal
-35
-17-53
Avance transversal
2
He-80 S2
Fig. 15 .8
--
2 2
He-62
S2
4980 S2 12
su °"°ie^
Ca.n.
1
unv
1261
,, :o,
si:orle
oeseevnaorrss
8-108
Ficha de instrucciones correspondiente a una fase, 39 9
CUESTIONARIO
15 .1 Explicar algunas causas que han determinado la división del trabajo y la especialización . 15 .2 Comparar el trabajo en serie y la producción artesana . 15 .3 ¿Qué hay que considerar en el análisis de un proceso de mecanizado? 15 .4 Definir los siguientes conceptos : fase, operación, gama o proceso . 15 .5 Imaginar un proceso de trabajo sencillo (fregar una habitación, subir paquetes a un almacén situado a un nivel superior, envasar un producto, etc .) . Describirlo exactamente, fraccionado en operaciones, fases o subfases, según los casos. Incluir croquis ilustrativo . 15 .6 Partiendo de un proceso de carga de camiones realizado por tres operarios (figura 15 .9), realizar un estudio para mejorar el procedimiento en vigor . Es decir, se trata de mejorar la distribución, cambiar el peso de los sacos, usar carretilla de mayor capacidad, comprar cinta transportadora o una carretilla elevadora, reducir personal, etc ., combinando, en suma, todos o parte de estos factores u otros, válidos a juicio del alumno, para aumentar la seguridad, comodidad y economía del proceso . Consultar catálogos comerciales . Otras dimensiones o datos, a criterio libre .
1-14
/cn7/
Fig. 15.9 15 .7 Establecer el proceso de fabricación de la pieza de la figura 15 .10 . Determinar el proceso de trabajo en torno paralelo para 2 unidades y también para 100 unidades . Escoger las herramientas, utillajes, velocidades y avances, etc . Apoyarse en datos lo más reales po sible . Consultar catálogos de firmas constructoras de accesorios para torno (pinzas, torreta de cambio rápido, etc .) . Se recomienda la verificación práctica en el taller de algunos de los datos establecidos, así como la redacción de una memoria .
BIBLIOGRAFIA
Fig. 15.10
APRAIZ J ., Tratamientos térmicos de los aceros, Editorial Dossat, Madrid 1968 . AUTORES VARIOS, Análisis y métodos de los trabajos, Ediciones Tea, Madrid 1959 . BLANPAIN E ., Teoría y práctica de las herramientas de corte, Editorial Gustavo Gili, S . A ., Barcelona 1966 . BOGE A ., Mecánica y resistencia de materiales, Editorial Reverté, S . A., Barcelona 1966 . EPS, Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965 . FRATSCHNER 0 ., Elementos de máquinas, Editorial Gustavo Gil¡, Barcelona 1969 . GARCIA MATEOS A ., Dibujo de proyectos, Editorial Urmo, Bilbao 1974 . GOUPIL L ., Tecnología profesional para el tornero, Editorial Kapelusz, Buenos Aires 1970 . LEYENSETTER A., Tecnología de los oficios metalúrgicos, Editorial Reverté, S . A ., Barcelona 1974 . LUCCHESI D ., Metalotecnia, Editorial Labor, S . A ., Barcelona 1973 . - Técnica de trabajo al torno, Ed . Labor, S . A ., Barcelona 1973 . - Tratamientos térmicos, Ed . Labor, S . A ., Barcelona 1973 . - Verificación de piezas y máquinas herramientas, Editorial Labor, S . A ., Barcelona 1973 . NEY J ., Mecánica y Metalurgia, Ediciones Urmo, Bilbao 1968 . PEZZANO-KLEIN, Elementos de máquinas, Editorial El Ateneo, Buenos Aires 1968 . ROSSI M ., Máquinas herramientas modernas, Hoepli, Editorial Científico Médica, Barcelona 1971 .
TECNOLOGÍA MECÁNICA 2- 2
máquinas herramientas ENSEÑANZAS ESPECIALIZADAS
Segundo Curso de Formación Profesional de Segundo Grado por
Equipo Técnico EDEBÉ TOMÁS VIDONDO JOAQUÍN OMS CLAUDINO ÁLVAREZ FRUMENCIO SOBEJANO OCTAVIO EUGENIO MARTÍNEZ FELIPE OLLETA
e dk
brin
EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62 . Barcelona 17 EDITORIAL BRUÑO ® Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid 28
Presentación
En el Primer Curso de este Segundo Grado se inició al alumno en el conocimiento de las Máquinas Herramientas con el estudio del torno paralelo y los trabajos que con 61 se podían realizar. Corresponde a este curso, y de acuerdo con el programa oficial, el estudio de la fresadora y de la rectificadora. El contenido de la presente Tecnologia pretende, al igual que nuestros anteriores textos publicados, el conocimiento y estudio de la fresadora y de la rectificadora, así como los trabajos que con estas máquinas se pueden realizar. Se ha resumido al máximo la parte descriptiva, supliendo esta deficiencia con un gran número de ilustraciones gráficas . La obra, en si, tiene un carácter eminentemente práctico y su objetivo fundamental es saber sacar el máximo rendimiento de producción con el empleo correcto de las máquinas, utillajes y herramientas apropiadas en cada caso particular. Contiene un gran número de problemas de taller resueltos para familiarizar al alumno con los problemas que se le van a presentar en el desarrollo de su profesión. De esta forma sabrá el alumno llevar a la práctica los conocimientos teóricos y tecnológicos que se explican a lo largo del texto. Con este nuevo esfuerzo esperamos seguir contribuyendo a la formación del técnico mecánico que tratamos de formar en este Segundo Grado de la Enseñanza Profesional. LOS AUTORES
Tecnologia Mecánica 2 .2 MÁQUINAS HERRAMIENTAS Segundo Curso de Formación Profesional de Segundo Grado
ES PROPIEDAD O Ediciones Don Bosco Barcelona, 1979 Impreso en España Printed in Spain ISBN 84-236-1412-3 Depósito Legal . B . 12765-79 Escuela Gráfica Salesiana Barcelona-Sarriá
CUESTIONARIO OFICIAL
0. M . 13-IX-75 ; BOMEC, 10-XI-75 Segundo Curso de Formación Profesional de Segundo Grado
1.
La fresadora
Descripción de la fresadora universal . Terminología normalizada . Características constructivas y de trabajo. Organos reguladores y de accionamiento . Accesorios . Herramientas de la fresadora. Materiales especiales utilizados en la construcción de fresas . Clasificación de las fresas . Afilado. Montaje y regulación de las mismas . Velocidad de corte . Elección de la velocidad, de los avances y de la profundidad de corte. Principales factores que determinan las características de corte . Tiempos de mecanizado . Trabajos de fresadora. Conocimientos necesarios para poder realizar los ejercicios prácticos de taller . División circular y lineal . Estudio de los diferentes tipos de divisores . Procedimientos de división . Tallado de engranajes helicoidales y cremalleras . Módulo . Angulo de la hélice . Cálculos dimensionales. Posicionamiento y cálculos para tallado de los mismos . Tallado de tornillo sin fin .y coronas. Cálculos dimensionales . Posicionamiento y cálculos para el tallado de los mismos . Tallado de levas . Cálculos dimensionales . Trazado. Posicionamiento y cálculos para el tallado de las mismas . Tallado de herramientas . Fresas, machos y escariadores . Cálculo para el Posicionamiento del útil de corte . Trabajos especiales . Fresado circular . Mandrinado . Tallado con fresa madre . Tallado aproximado de ruedas cónicas. Principales tipos de fresadora . Conocimientos concernientes a características constructivas y de empleo de las fresadoras : vertical, horizontal, de utillaje, copiadora y de ciclos . Procesos de mecanizado . Estudio metódico y ordenado del ciclo de trabajo para la ejecución de piezas en la fresadora . Elección de las herramientas de trabajo y accesorios necesarios . 2.
La rectificadora
Descripción de la rectificadora universal, plana y afiladora . Terminología normalizada . Características constructivas y de trabajo. Organos reguladores y de accionamiento. Accesorios . Muelas abrasivas . Composición, características y clasificación . Elección de la muela apropiada . Precauciones en la utilización de las muelas . Equilibrado . Montaje de las muelas . Velocidad de corte. Velocidad tangencial de la muela. Velocidad de la pieza . Avance . Profundidad de pasada . Tiempos de mecanizado . Trabajos de rectificadora . Conocimientos necesarios para poder realizar los ejercicios prácticos de taller . Rectificado cónico . Diversos procedimientos de efectuarlo . Cálculos correspondientes. Control durante el mecanizado . Afilado de herramientas de torno . Posicionamiento de la herramienta y forma de efectuarlo . Cálculos necesarios para obtener los ángulos de afilado. Afilado de fresas . Posicionamiento de la fresa y forma de efectuarlo . Cálculos necesarios para obtener los ángulos de afilado . Afilado de brocas . Dispositivo especial para efectuarlo . Control del afilado de las brocas . Trabajos especiales . Rectificado de perfiles . Lapeado. Principales tipos de rectificadoras . Conocimientos concernientes a características constructivas y empleo de las rectificadoras verticales, sin centros de roscas, de engranajes, de levas. Proceso de mecanizado . Estudio metódico y ordenado del ciclo de trabajo para la ejecución de piezas en la rectificadora . Elección de la muela apropiada y accesorios necesarios .
Indice
Presentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cuestionario oficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . indice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
La fresadora universal 1 .1 Fresado y fre adora 1 .1 .1 Fresa o 1 .1 .2 Las fr sadoras 1 .1 .2 .1 División de las fresadoras por la disposición del eje principal 1 .1 .2 .2 División de las fresadoras por la manera de obtener la profundidad de pasada 1 .1 .2 .3 División de las fresadoras por el tipo de trabajo o trabajos que pueden realizarse con ellas 1 .2 Fresadora uni ersal 1 .2 .1 Fresadora universal de mesa orientable 1 .2 .1 .1 Cuerpo Ménsula 1 .2 .1 .2 1 .2 .1 .3 Carro transversal 1 .2 .1 .4 Placa giratoria 1 .2 .1 .5 Mecanismo de embrague para transmitir el movimiento automático a la mesa 1 .2 .1 .6 Mesa portafresas Eje principal 1 .2 .1 .7 1 .2 .1 .8 Puente 1 .2 .2 Fresadora universal de eje orientable 1 .2 .2 .1 Cabezal Huré Cabezal Gambín 1 .2 .2 .2 1 .2 .2 .3 Cabezal de platinas ortogona1 .2 .3
1 .2 .4 1 .2 .5 1 .2 .6
1 .2 .7
les Mecanismos del movimiento principal 1 .2 .3 .1 Mecanismo para fresadora de mesa orientable 1 .2 .3 .2 Mecanismo para fresadora de cabezal universal Mecanismos de avances 1 .2 .4 .1 Caja de avances Mecanismo para lograr la profundidad de pasada Accesorios principales de la fresadora universal 1 .2 .6 .1 Cabezal o aparato vertical 1 .2 .6 .2 Aparato de mortajar 1 .2 .6 .3 Aparato copiador Terminología normalizada para la fresadora horizontal
5 6 7 13 13 13 13 13 14
14 15 16 16 17 18 19
20 20 22 23 23 25 31 32 32 33 36 36 37 39 40 40 41 41 42
1 .2 .8 1 .2 .9
2
Características de la fresadora universal Seguridad
Herramientas de corte y sus formas de sujeción en la fresadora 2 .1 Materiales empleados en la fabricación de fresas 2.1 .1 Aceros de herramientas 2.1 .2 Carburos metálicos 2.1 .3 Materiales cerámicos 2.1 .3 .1 Designación normalizada de las plaquitas 2.1 .4 El diamante 2.2 Tipos de fresas por sus dientes 2.2 .1 Fresas de dientes fresados 2.2 .1 .1 Fresas cilíndricas para planear 2.2 .1 .2 Fresas cilíndricas de corte tangencia¡ y frontal 2.2 .1 .3 Fresas de disco 2.2 .1 .4 Fresas angulares Fresas de perfil constante de dientes 2.2 .2 destalonados Fresas de dientes postizos 2.2 .3 2.2 .3 .1 Platos de cuchillas recambiables 2.2 .3 .2 Disposición de las cuchillas en el fresado frontal 2.2 .4 Otros tipos de fresas 2 .3 Sistemas de arrastre de las fresas 2.3 .1 Montaje directo 2.3 .1 .1 Montaje con cono Morse 2.3 .1 .2 Montaje con cono exterior del eje 2.3 .1 .3 Montaje sobre platina de arrastre 2.3 .2 Montaje con eje al aire o mango postizo 2.3 .2 .1 Mangos con extremo roscado 2.3 .2 .2 Mangos con arrastre de chaveta 2.3 .3 Montaje con pinzas directamente en el eje principal 2.3 .3 .1 Pinzas de acoplamiento directo 2.3 .3 .2 Portapinzas 2.3 .4 Montaje con árbol portapiezas largo 2.3 .5 Adaptadores y reductores 2.4 Precauciones y observaciones en el montaje y reglaje de las fresas
42 42
46 46 46 47 49 49 51 51 51 51 54 55 56 58 60 61 61 62 63 63 63 64 64 64 65 65 66 66 66 67 68 69
2.4 .1
2.5
3
Factores de corte y tiempo de mecanizado 3.1 elocidad de orte .2 Avance c3 3.2 .1 ción de la viruta 3.2 .2 FormaRelaciócorte n entre los movimientos de y avance .2 .3 Proced3 imiento o modos de fresar .2 .3 .1 Fresado frontal o de punta 3 .2 .3 .2 Fresado tangencíal o periférico 3.2 .3 .3 Fresado frontal y periférico 3.2 .4 o en oposición y fresado en Fresadcon r3 dancia .2 .4 .1 Fresado en oposición 3.2 .4 .2 Fresado en concordancia 3.2 .4 .3 Volantes de inercia 3.3 Profundidad de pasada 3.3 .1 Clases de pasadas 3.3 .2 Pasd3 s de desbaste .3 .3 s de afinado o de acabado '3 .4 PasdFuerz de cor3 te y fuerza especifica de corte .4 .1 Influe3 cia del material .4 .2 Sec ió3 n de la viruta .4 .2 .1 Espesor medio en el fresado tangencia¡ 3.4 .2 .2 Espesor medio de la viruta en el fresado frontal 3.4 .3 Influenla cia de la geometría del filo en fuerz3 a de corte .4 .4 Sección cortada instantánea 3 .4 .5 Fuerza de corte 3.4 .5.1 Componentes de la fuerza . de corte 3.4 .6 a de fresado 3.5 Potencilnterrelaciones entre los elementos de corte 3.5 .1 Influec3 ia en la velocidad de corte .5 .2 Influec3 ia en la profundidad de pasada .5.3 Influec3 ia del avance 3.6
4
Fuerzas originadas por el corte y ma nera de contrarrestarlas 2.4 .2 Empleo del útil apropiado 2.4 .3 Montaie del útil y de la fresa 2.4 .4 Reglaje de la fresa respecto a la pieza 2.4 .4 .1 Posición del planeado 2.4 .4.2 Posiciones para piezas con ranuras 2.4 .4 .3 Posicionado para piezas de sección circular 2.4 .4 .4 Posicionado en piezas con nervaduras 2.4 .4 .5 Reglajes para centrar Herramientas de mandrinar 2.5 .1 Reglaje de la herramienta 2.5 .2 Mandril de cambio rápido 2 .5 .3 Cabezal de mandrinar
Tiempo 3.6 .1 3.6 .2 3.6 .3
de mecanizado Tiempo de corte o de máquina Tiempo de maniobra o manual Tiempo de preparación
Sujeción de las piezas -en la fresadora universal 4.1 Sujeción de las piezas en la fresadora 4.1 .1 Principios,generales de sujeción de una pieza 4.2 El rozamiento en,la sujeción de piezas a mecanizar 4.2 .1 Coeficiente de rozamiento 4.2 .2 Tipos de coeficientes 4.2 .3 Factores que influyen en él coeficiente de rozamiento
4 .2.4
69 70 72 72 72
4.3
74 75
4.4
76 76 78 78 78 78
4.5
4.6
81 81 84 85 85 85 85
4.7 5
86 86 87 87 87 88 88 88 88 88 89 89 90 90 92 96 97 98 98 99 101 101 101 101 102 102 106 107 109 109 109 110 110 110 110
6
Experimentación práctica de los coeficientes de rozamiento 4 .2 .5 Valor de los ángulos de los elementos de sujeción Sistema de tornillo y tuerca 4.3 .1 Tornillo de rosca plana 4.3 .2 Tornillo de flancos inclinados 4.3 .3 Sujeción en tornillo de máquina o mordaza Sujeción de la pieza sobre la mesa 4.4 .1 Sujeción con bridas 4.4 .2 Resistencia del tornillo 4 .4 .3 Sujeción por cuñas Sujeción de piezas mediante levas y excéntricas 4.5 .1 Leva frontal 4.5 .2 Leva radial 4.5 .3 Excéntrica circular Sujeción de las piezas en los aparatos divisores 4.6.1 Sujeción con platos universales de garras 4.6 .2 Sujeción con pinzas 4.6 .3 Montajes especiales 4.6 .4 Montaje entre puntos Otros sistemas de sujeción
Aparatos divisores 5.1 Aparatos divisores giratorios 5.1 .1 Aparatos divisores sencillos 5.1 .2 Aparato divisor con tornillo sin fin 5.1 .2 .1 Constante del aparato 5.1 .2 .2 Aparato divisor de tornillo sin fin con disco de agujeros 5.1 .2 .3 División simple 5.1 .2 .4 División compuesta 5.1 .2 .5 Aparato divisor de tornillo sin fin y división por engranajes 5.1 .3 Aparato divisor universal 5.1 .3 .1 Aparato de eje orientable 5.1 .3 .2 Dispositivo para divisiones diferenciales 5.1 .3 .3 Sistema para hacer ranuras helicoidales 5.1 .3 .4 Ranuras helicoidales de paso corto 5.1 .4 Divisiones angulares 5.1 .4 .1 Constante angular del aparato divisor 5.1 .4 .2 Divisor óptico 5.1 .5 Aparato divisor vertical 5.2 Aparato de división lineal 5.2 .1 Aparato divisor lineal de división simple 5.2 .2 Aparato divisor lineal con tren de engranajes 5.2 .3 El aparato divisor universal como aparato lineal 5.2 .4 Dispositivos ópticos Trabajos en la fresadora universal 6.1 Planeado 6.1 .1 Procedimiento de fresado plano 6.1 .2 Defectos de las piezas y de las superficies mecanizadas 6.1 .2 .1 Tolerancia de medidas 6.1 .2 .2 Tolerancia de forma 6.1 .2 .3 Tolerancia de posición 6.1 .2 .4 Tolerancia de acabado superficial 6.1 .2 .5 Conceptos generales del mecanizado 6 .1 .3 Planeado con fresa frontal 6.1 .3 .1 Elección de la fresa 6.1 .3 .2 " Posición de la fresa frontal en el - planeado
110 111 111 111 113 114 118 118 121 122 126 126 129 131 132 132
133 133 134 134 137 137 137 139 139 139 140 142 143 145 145 146 149 151 151 151 154 154 155 155 157 159 160 162 162 164 164
164 165 165 165 166 167 168 169
6.1 .3 .3
6.2
6.3
6.4
6.5 6 .6 6.7 7
Selección de los elementos de corte 6.1 .3 .4 Planeado propiamente dicho 6.1 .4 Planeado con fresa periférica 6.1 .4 .1 Elección de la fresa 6.1 .4 .2 Montaje de la fresa 6.1 .4 .3 Selección de los elementos de corte 6.1 .4 .4 Planeado propiamente dicho 6.1 .5 Planeado en ángulo recto Fresado de ranuras 6.2 .1 Elección de la fresa 6.2 .2 Sujeción de la fresa 6.2 .3 Elementos de corte 6.2.4 Ranurado 6.2 .4.1 Ranurado con fresa de disco 6.2 .4.2 Ranurado con fresa de mango 6.2.5 Fresado de ranuras especiales Fresado de árboles acanalados 6.3.1 Fresado con fresa de forma 6.3.2 Fresado con varias fresas Fresado de acoplamiento de dientes 6.4 .1 Acoplamiento de dientes rectos 6.4 .2 Acoplamiento de dientes triangulares y trapeciales Mortajado Taladrado y mandrinado Otros trabajos en la fresadora
Tallado de ruedas dentadas 7.1 Ruedas dentadas de módulo 7.2 Magnitudes, dimensiones y datos constructivos . 7.3 Número de la fresa 7.4 Tallado de ruedas cilíndricas de diente recto 7.4.1 Fresado con fresa de disco 7.4 .2 Fresado con fresa madre de tornillo sin fin 7 .4 .2 .1 Cadena cinemática para el tallado con fresa madre 7 .4 .2 .2 Fases para el fresado con fresa madre 7 .4 .2 .3 Ruedas de cadenas 7.5 Tallado de ruedas cilíndricas de diente helicoidal 7 .5 .1 Fresado con fresa de disco 7.5 .2 Fresado de ruedas helicoidales con fresa madre 7.6 Rueda y tornillo sin fin 7.6 .1 Empleo de los engranajes de visinfín . Relación de transmisión 7.6 .2 Material 7.6 .3 Forma de visinfín 7 .6 .4 Fórmulas referentes a los engranajes de visinfín 7.7 Tallado de ruedas helicoidales para tornillo sin fin 7.7 .1 Proceso de fresado de la rueda 7.7 .2 Fresado del tornillo sin fin 7 .7 .2 .1 Procedimiento para fresar con aparato divisor automático 7.7 .2 .2 Proceso para fresar con aparato divisor universal en el que se puede eliminar el tornillo sin fin 7 .8 Engranajes cónicos 7.8 .1 Tipos de engranajes cónicos 7.8 .2 Elementos de un engranaje cónico 7.8 .3 Relación entre las dimensiones de un par de engranajes cónicos 7.8 .4 Perfil de los dientes 7.8 .5 Fresado aproximado de ruedas cónicas de diente recto 7.8 .5 .1 Tallado con dos fresas normales
7.8 .5 .2
170 170 172 172 172 173 173 174 174 174 175 175 176 176 176 178 179 179 180 180 180
7.9
7 .10
8
182 184 185 185 187 187 187 188 190 190
9
192 192 195 197 199 200 202 206 206 207 207 207 209 210 211
215 215 215 216 216 217 218 219
10
Método de rotación del divisor con una sola fresa 220 7.8 .5 .3 Tallado completo con dos fresas 221 7.8 .5 .4 Tallado con una sola fresa especial 223 Dentado de cremalleras 223 7.9 .1 Cremallera de diente recto 223 7 .9 .2 Cremallera de diente inclinado 224 7.9 .3 Tallado de cremalleras de diente rer;to 224 7 .9 .4 Tallado de cremalleras para ruedas helicoidales 225 Engranajes interiores 226 7.10.1 Fórmulas 226 7.10.2 Forma de los dientes 226
Tallado de levas 8.1 Leva de tambor 8.1 .1 Leva frontal o de campana 8 .2 Fresado de levas de disco 8.2 .1 Fresado de levas de disco con el eje del divisor inclinado 8.2 .2 Fresado de levas con el eje del divisor vertical 8.3 Fresado de levas por copiado
228 228 232 232
Tallado de fresas 9.1 Tallado de fresas de forma de perfil constante 9.1 .1 Mecanizado de fresas de ranura recta o fresas de disco con fresa cónica 9.1 .1 .1 Fresado con fresa bicónica 9.1 .2 Tallado de fresas madre 9.2 Tallado de fresas cilíndricas de planear 9.2 .1 Tallado de fresas de planear de diente recto y ángulo de desprendimiento cero 9 .2 .2 Tallado de fresas de planear con diente recto y ángulo de desprendimiento positivo 9.2.3 Tallado de fresas cilíndricas de planear de diente helicoidal con ángulo de desprendimiento cero 9.2 .3 .1 Tallado para fresa cilíndrica de planear de diente helicoidal, con ángulo de desprendimiento positivo C > 0 9.3 Tallado de fresas frontales 9.4 Tallado de fresas cónicas o bicónicas 9.5 Fresado de machos de roscar 9.6 Fresado de escariadores
240 240
Fresádoras especiales 10 .1 Fresadora vertical 10 .2 Fresadora de bancada fija 10 .2 .1 Bancada y montante 10 .2 .2 Cabezal 10.2 .3 Carros 10 .2 .4 Empleo de la fresadora de bancada fija 10 .3 Fresadora-cepilladora de bancada fija 10 .4 Fresadora de utillajes 10 .4 .1 Métodos de trabajo empleados 10 .5 Fresadora de torreta 10 .5 .1 Movimiento de la mesa 10 .5 .2 Posibilidades de trabajo 10 .6 Fresadora copiadora 10 .6 .1 Fresadora copiadora mecánica 10 .6 .2 Fresadora copiadora hidráulica 10 .6 .2 .1 Copiado monoaxial 10 .6 .2 .2 Copiado biaxial 10 .6 .2 .3 Copiado triaxial
9
234 238 238
241 241 244 246 246 247
253
254 255 257 259 260 261 261 262 263 263 263 264 265 265 266 267 268 269 270 270 271 272 272 272
órganos principales de una fresadora 272 copiadora hidráulica 273 10 .6 .4 Práctica del copiado 273 10 .6.5 Precisión del copiador hidráulico 273 10 .6.6 Otros sistemas de copiado 273 Fresadora de ciclos automáticos 10 .7 .1 Características generales de las fre274 sadoras de ciclos 275 10 .7 .2 Ciclos característicos 275 10 .7 .3 Ejemplos de ciclos de fresado 10 .7 .4 Programación por medio de matriz 276 y clavijas-diodo 277 10 .7 .5 Colocación de los topes 278 Fresadora de mando numérico (C . N.) 10.8 .1 Sistema de registro de la información 278
14
Factores de corte y tiempos de mecanizado en la rectificadora 14 .1 Velocidad tangencial de la muela 14 .2 Elección de la velocidad adecuada 14 .3 Velocidad de rotación de la pieza 14 .4 Profundidad de pasada Avance longitudinal 14 .5 14 .6 Elección de la muela Influencia del refrigerante 14 .7 14.7 .1 Refrigerantes empleados Defectos más corrientes en el rectificado 14 .8 14 .9 Tiempos de mecanizado 14 .9 .1 Tiempos de rectificado cilíndrico 14 .9 .2 Tiempo de rectificado plano tangencial 14 .9.3 Tiempo de rectificado plano frontal 14 .10 Potencia necesaria en el rectificado
279
15
314 La rectificadora de superficies planas 314 15 .1 Rectificadora frontal de superficies planas 314 Rectificadora frontal de mesa alternativa 15 .2 15 .2 .1 Fijación de las piezas por plato magné315 tico 315 15 .2 .2 Movimiento del cabezal 15 .2 .3 Control automático de la profundidad 316 de penetración 316 Rectificadora frontal de una mesa circular 15 .3 317 15 .4 Rectificadora frontal de cabezal oscilante Rectificadora tangencial de superficies planas 318 15 .5 318 15 .5 .1 Cabezal portamuelas 318 15 .5 .2 Mesa 319 15 .5 .3 Aparato perfilador de la muela 15 .5 .4 Control automático de la profundidad 319 de pasada 319 15 .5 .5 Accesorios especiales de interés
16
El trabajo en la rectificadora plana Rectificado plano con muela frontal 16 .1 16 .1 .1 Distribución de las piezas sobre el plato magnético 16 .1 .2 Disposición de las rugosidades 16 .1 .3 Elección de la forma de la muela Rectificado plano con muela tangencial 16 .2 16 .2 .1 Fijación de las piezas 16 .2 .2 Rectificado de superficies planas horizontales 16 .2 .3 Rectificado de superficies planas ver
10 .6 .3
10 .7
10 .8
10.8 .2 10.8 .3
Dispositivo de mando Clases de mecanizado por control numérico Organización del trabajo en el fresado por C. N . Ventajas del mecanizado por C. N.
279
Procesos de fresado 11 .1 Fresado de una regla 11 .2 Troceado de una regla 11 .3 Fresado de una base prismática 11 .4 Fresado de un escariador 11 .5 Mandrinado de un soporte 11 .6 Punteado de una placa de utillaje Mecanizado de piezas con fases de trabajo di11 .7
281
10.8 .4 10 .8 .5
11
283 284 284 288 288
Rectificado 12 .1 Clases de rectificado 12 .1 .1 Rectificado plano con muela frontal 12 .1 .2 Rectificado plano con muela tangencial 12 .1 .3 Rectificado cilíndrico exterior 12 .1 .4 Rectificado cilíndrico interior 12 .1 .5 Rectificado sin centros 12 .1 .6 Rectificado de perfiles 12 .1 .7 Rectificados especiales 12 .1 .8 Rectificadora . Tipos principales
293
Muelas abrasivas 13 .1 Arranque de viruta por abrasivos 13 .2 Clases de abrasivos 13 .2 .1 Corindón artificial 13 .2 .2 Carburo de silicio 13 .3 Tamaño del grano 13 .4 Aglomerante 13 .5 Grado de dureza de la muela 13 .6 Estructura 13 .7 Formas de las muelas 13 .8 Designación de una muela 13 .8 .1 Designación de las especificaciones Velocidad de las muelas 13 .9 13 .10 Muelas de diamante 13 .11 Montaje de las muelas. Precauciones gene-
296 296
11 .9 11 .10
13
281 283
versas Comparación entre procesos unitarios y de producción Fresado de la ranura de un vástago Fresado de la ranura de un anillo
11 .8
12
279 280
13 .12 13 .13 13 .14 13 .15 13 .16 13 .17
rales Montaje de la muela en la máquina Equilibrado de las muelas Proceso de equilibrado Perfilado y afilado de muelas Precauciones en la utilización de las muelas Precauciones en el almacenaje y transporte de las muelas
10
288 288 292
293 294 294 294 294
294 294 295 295
296 297 297 297 297 298 298 299 300 300 300 300 301 301 302 302 303 303 304
16 .2 .4 16 .2 .5 16 .2 .6
17
ticales Rectificado Rectificado Rectificado gulares en
de perfiles regulares de perfiles diversos de guías y superficies angeneral
320 320 321 321 321 321 321 322 322 322 323 324
La rectificadora cilíndrica universal Características constructivas 17 .1 17 .1 .1 Bancada 17 .1 .2 Mesa 17 .1 .3 Cabezal portapiezas 17 .1 .4 Cabezal portamuelas 17 .1 .5 Contrapunta Movimientos fundamentales de la rectificadora 17 .2 cilíndrica 17 .3 órganos para el desplazamiento de la mesa y los carros 17 .4 órganos de mando Dispositivos para rectificar las muelas 17 .5 17 .6 Control permanente de la medida Sistema de refrigeración y recuperación del 17,7
325 325 325 325 326 327 328
El trabajo en la rectificadora universal 18 .1 Fijación de las piezas Rectificado cilíndrico al aire 18 .2 18 .2 .1 Rectificado al aire de conos exteriores
332 332 333 333
refrigerante
18
305 305 305 306 307 307 308 309 309 309 310 310 311 311 312
328 329 329 330 330 330
18 .3 18.4 18.5 18.6 18.7
18 .8 19
20
Rectificado entre puntos 18 .3 .1 Rectificado de ejes y árboles Rectificado de una superficie frontal Rectificado de penetración radial Rectificado de conos largos de pequeña conicidad Rectificado cilíndrico interior 18 .7 .1 Salida de la muela 18 .7 .2 Práctica del rectificado interior 18 .7 .3 Rectificado cónico interior Rectificado de superficies planas
Rectificadora sin centros: Rectificadoras especiales 19 .1 Principio del rectificado sin centros 19 .1 .1 Generación de una superficie cilíndrica de revolución 19 .1 .2 Rectificado a través y por penetración 19 .1 .3 Práctica del rectificado sin centros 19 .1 .4 Rectificadora sin centros 19 .2 Rectificadora automática de exteriores 19 .3 Rectificadora automática de interiores 19 .4 Rectificadora de perfiles 19 .5 Rectificado de roscas 19 .5 .1 Rectificadora de roscas 19 .6 Rectificado de ruedas dentadas 19 .7 Rectificado planetario 19 .8 Otras rectificadoras especiales 19 .9 Máquinas acabadoras 19 .9 .1 Bruñidora 19 .9 .2 Superacabadora 19 .9 .3 Lapeadora Afiladora. Afilado de fresas, escariadores y brocas 20 .1 Objeto del afilado 20 .2 Proceso de desgaste de una herramienta 20 .3 Máquinas de afilar 20 .3 .1 Afiladora universal
333 333 334 334
20 .4 20 .5
334 335 335 336 336 336 337 337 337 338 338 339 339 340 340 341 342 342 343 343 344 344 344 345 346 346 346 347 347
20 .6 20 .7 21
Afilado de herramientas simples Afilado de fresas 20 .5 .1 Afilado de fresas destalonadas 20 .5 .1 .1 Elección de la muela 20 .5 .1 .2 Montaje de la fresa 20 .5 .1 .3 Posicionado de la muela y de la fresa 20 .5 .1 .4 Sistema de división 20 .5 .1 .5 Operación de afilado 20 .5 .1 .6 Afilado de fresas-madre 20 .5 .1 .7 Comprobaciones después del afilado 20 .5 .2 Afilado de fresas de tres cortes 20 .5 .3 Afilado de fresas cilíndricas 20 .5 .4 Afilado de fresas frontales 20 .5 .5 Afilado de sierras circulares 20 .5 .6 Afilado de fresas cónicas 20 .5 .7 Afilado de fresas de dientes postizos 20 .5 .8 Afilado de platos de cuchillas Afilado de escariadores Afilado de brocas
Pr cesos de rectificado y afilado 21 .1 Rectificado de una regla prismática en la rectificadora plana frontal 21 .2 Rectificado de una regla de sección L en la rectificadora tangencial 21 .3 Rectificado de una cuña en la rectificadora tangencial 21 .4 Rectificado de precisión de una pieza cilíndrica 21 .5 Rectificado de un punto de torno 21 .6 Rectificado de un casquillo en la rectificadora universal 21 .7 Afilado de una fresa de módulo en la afiladora universal 21 .8 Afilado de la cara de incidencia de una fresa de tres cortes
348 348 348 349 349 349 349 350 350 350 351 351 354 355 355 357 357 358 358 361 361 361 363 366 366 370 370 373
Tema 1 .
La fresadora universal
OBJETIVOS - Conocer en detalle las partes fundamentales de la fresadora universal. - Adquirir conocimiento, lo más completo posible, de los mecanismos y posibilidades de la fresadora universal. - Tener ideas claras para saber seleccionar la fresadora adecuada al tipo de trabajo a realizar .
EXPOSICION DEL TEMA 1 .1
Fresado y fresadora
1 .1 .1
Fresado
Es el mecanizado realizado por separación de viruta (1) (fig . 1 .1 A y B) mediante una herramienta circular (2) de cortes múltiples, llamada fresa, en una máquina-herramienta denominada fresadora . El movimiento principal de corte lo origina la fresa, al girar (3) sobre su propio eje. El movimiento de avance (4) se logra por el desplazamiento de la pieza (7) contra la fresa (2) . La profundidad de pasada (5) se logra por la aproximación de la pieza a la fresa, en dirección (6). 1 .1 .2
Las fresadoras
En el tema 20 de Tecnología del Metal 1.2, se inició el estudio de los principales tipos de fresadoras y los mecanismos de que están compuestas . En el presente tema se estudia, con más detalle, las partes más importantes y su correcto funcionamiento . Las fresadoras son máquinas capaces de proporcionar los movimientos anteriormente estudiados a través de una serie de elementos, mecanismos o dispositivos. La disposición de estos elementos da lugar a los distintos tipos de fresadoras . 1 .1 .2 .1
División de las fresadoras por la disposición del eje principal
El eje principal proporciona el movimiento de rotación a la fresa; según la posición del mismo, las fresadoras se pueden dividir en : horizontales (fig . 1 .2), verticales (fig . 1 .3) y mixtas (fig . 1 .4A y B) . 13
Fig. 1.2
Fresadora horizontal: 1, tirante; 2, árbol portafresas; 3, fresa.
Fig. 1.3
Fresadora vertical: 1, husillo portafresas; 2, fresa .
1 .1 .2 .2
Fig . 1.4A
Fresadora mixta con el cabezal en posición normal.
Fig. 1,48 Fresadora mixta con árbol portafresas horizontal acoplado al cabezal.
División de las fresadoras por la manera de obtener la profundidad de pasada
Por la manera de dar profundidad de pasada, las fresadoras se pueden dividir en dos grandes grupos : - Fresadora de ménsula (figs . 1 .5 y 1 .6), en la que la mesa portapiezas (4) se aproxima a la fresa (5) .
4 Fig. 1 .5 Fresadora de ménsula: 1, base ; 2, ménsula; 3, carro transversal, 4, mesa; 5, fresa; 6, cuerpo; 7, movimiento vertical.
Fig. 1.6 Fresadora de ménsula con cabe zal universal y puente motorizado .
- Fresadora de bancada (fig . 1 .7), en la que la fresa (4) se aproxima a la pieza (5) que se encuentra sobre la mesa (1) . 1 .1 .2 .3
Fig. 1.7 mesa ; 2, fresas; 4, zamiento
Fresadora de bancada: 1, cabezal, 3, árbol portafresa; 5, pieza, 6, desplavertical, 7, desplazamiento longitudinal.
División de las fresadoras por el tipo de trabajo o trabajos que pueden realizarse con ellas
Por el tipo de trabajos que son capaces de realizar, las fresadoras se pueden dividir en : - Fresadoras especiales. Existe una gran variedad de modelos (ver tema 10) . En la figura 1 .8 puede verse una de reciente fabricación . - Fresadoras universales (fig . 1 .9) . La fresadora universal es la más empleada en las fabricaciones ordinarias, y con ella se puede realizar prácticamente cualquier tipo de trabajo. Como, además, tiene muchos elementos comunes a los otros tipos de fresadoras, se considera conveniente emprender el estudio de la misma, porque con ello se evitarán repeticiones inútiles . 14
Fig .
1 .8
Fresadora vertical a C. N . Ernault Somua.
1 .2
Fresadora universal
Fig .
1 .9
Fresadora universal.
Uno de los problemas de mecanizado que dio lugar a la fabricación de la fresadora universal fue la realización de ranuras helicoidales. Para dar solución a este problema se necesitan dos cosas fundamentalmente : 1 . Que la pieza (6) (fig . 1 .10A) pueda girar sobre su eje y que, junto con la mesa (9), se desplace longitudinalmente contra la fresa (4), que gira sobre el eje portafresa (12) (fig . 1 .1013) .
2. Que la fresa pueda orientarse según el ángulo de la hélice ¡3 (5) para que no talones. El giro de la pieza se logra por medio de un aparato divisor (7), montado sobre la mesa (9), y que recibe el movimiento del husillo (8) por medio del tren de engranajes (11) . Talonar : roce de la fresa contra la pieza, en cualquier parte de la fresa que no sea el perfil del corte .
15
La inclinación de la hélice se puede lograr de dos maneras : orientando la mesa respecto a la fresa (fig . 1 .10C y D), o también,inclinando y orientando la fresa respecto a la pieza (fig . 1 .11A y B). Inclinando la mesa o hacia un lado u otro se consiguen hélices talladas a derecha (fig . 1 el cabezal .10C) o izquierda (fig . 1 .1013) . Estas dos posibilidades dividen la fresadora universal en dos grandes grupos : - Fresadora universal de mesa orientable . - Fresadora universal de eje orientable. Ambas son del tipo de ménsula y están dotadas de movimiento automático, vertical, transversal y longitudinal . 8
11
7
8 Fig . 1 . 10C
Fig.
Fig.
1 . 11 A
Fig.
1 .10 D
1 . 118
1 .2 .1
Fresadora universal de mesa orientable Esta fresadora es de eje horizontal (fig. 1 . Sus principales elementos son : 1, cuerpo, 2, ménsula; 3, carro transversal; .12) 4, placa giratoria ; 5, mesa portapiezas, 6, mecanismos del movimiento principal; 7, mecanismos de avance; 8, puente. Se describe, a continuación, cada uno de estos sus características fundamentales y la relación que elementos, destacando existe entre ellos . Las descripciones que siguen son de carácter general ya que, en la práctica, cada constructor da á sus máquinas las formas, dimensiones y disposición, de acuerdo con sus particulares puntos de vista, por lo que las fresadoras existentes son muy variadas en cuanto a detalles se refiere . 1 .2.1 .1
Cuerpo
Es un armazón o caja de fundición (fig . 1 .13) que, base (1), se apoya y fija al suelo con tornillos . En su cara por medio de una anterior lleva unas amplias guías (2), que sirven de apoyo a la ménsula . En su pone de amplios soportes (3), para alojar el eje principal, y parte superior dislos ejes de la caja de velocidades . En el interior lleva loslos apoyos (4) para mecanismos para dar movimientos al eje principal, a los que puede llegarse a través de una amplia abertura (5) . En algunos modelos este mecanismo se aloja en una caja inde16
Fig.
1 .13
Cuerpo.
Fig. 1. 12 Fresadora universal Jarbe .
pendiente, fija al cuerpo por tornillos y colocada en su interior por la misma abertura (5) . En el interior también suele colocarse el motor principal . El hueco de la base (1) suele utilizarse como depósito para el refrigerante . El cuerpo queda coronado por una guía (6) para alojar el puente . Este cuerpo suele ser de fundición aleada de la mejor calidad y estabilizada . Debe estar ampliamente dimensionado en cuanto al espesor de paredes y nervaduras y debe también tener las formas adecuadas para lograr una gran rigidez, aun durante los trabajos más duros . Las guías para la ménsula suelen estar templadas y cuidadosamente rectificadas . 1 .2 .1 .2
Ménsula
Se llama así al carro vertical (fig . 1 .14) que, por medio de las guías (1), se acopla al cuerpo de la fresadora. En la parte superior lleva, a su vez, otras guías (2), perfectamente perpendiculares a las anteriores, que sirven de soporte al carro transversal . En el interior de la ménsula se alojan los mecanismos para los avances automáticos y manuales de los distintos carros y de la misma ménsula. El perfecto acoplamiento entre ménsula y cuerpo se logra por medio de una regleta (3), ajustable a voluntad, que debe permitir el fácil deslizamiento sin juego, de tal manera que, al aflojar el tornillo o tornillos de blocaje (4), la ménsula no se desnivele en ningún sentido ; esto se puede comprobar con un comparador colocado en el extremo de la ménsula . La subida o bajada de la ménsula se logra por medio de un husillo (1), generalmente telescópico (fig . 1 .15A), que ajusta en una tuerca (2) atornillada a la base de la máquina . En la misma figura 1 .15A se muestra cómo se hace girar el mecanismo de forma manual desde el exterior con un volante o manivela (3), o desde el interior, por medio de la cadena cinemática de avances, a través del eje (4) . En la figura 1 .1513 puede verse el detalle de funcionamiento del husillo telescópico . La ménsula se fabrica de fundición de gran calidad y convenientemente estabilizada . Las guías deben ser templadas y, en todos los casos, perfectamente rectificadas o rasqueteadas . Su forma y dimensiones deben ser tales que, además de cumplir su misión de soporte y guía, tenga la suficiente rigidez para que no se deforme ni se produzcan vibraciones durante el fresado, por duro que éste sea. 17 2.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
tuerca interior casquillo
Fig . 1.15A Accionamiento de la ménsula: sistema manual y automático .
Fig.
1 .158
Algunas fresadoras de grandes dimensiones, para reforzar la resistencia, suelen llevar unas columnas rígidas (fig . 1 .16) que unen la ménsula a la base de la fresadora . 1 .2 .1 .3
Carro transversal (fig . 1 .17A)
Se denomina así al conjunto de mecanismos que tiene como misión unir la consola con la placa giratoria y desplazar la pieza a mecanizar en dirección paralela al eje principal de la fresadora .
Fig .
1 .17A
Carro transversal.
El carro transversal (1) (fig . 1 .17B) se apoya y puede deslizarse por las guías horizontales (2) de la ménsula por medio de las guías (4) . En su parte superior va provisto de una plataforma circular (5) y de una ranura en forma de cola de milano o de T (6), también circular, que sirven para apoyar y fijar la placa circular (7) cuya orientación, controlada por un limbo graduado, se asegura por medio de unos tornillos (10) y tuercas (11) . El carro transversal se construye también de fundición de buena calidad y tiene que deslizarse sin juego, tanto manual como automáticamente sobre la consola, y al mismo tiempo ha de poderse bloquear en cualquier posición . Para lograr estos fines, va provisto de una regleta cónica ajustable (8A) o una regleta paralela (8B) y de uno o más tornillos (9), según el sistema que se emplee, que permite ajustar el valor de juego. El carro se bloquea por medio de los tornillos (12), que eliminan toda holgura entre la guía y la regleta. El mecanismo de avance del carro recibe el movimiento de la caja de avances y, a través de éste, o directamente de la ménsula, se transmite a la mesa . En uno de sus costados lleva una ranura (14) para disponer los topes (13) de limitación de recorrido. 18
12
11 Fig. 1. 178
1 .2 .1 .4
Montaje del carro transversal con detalle de las regletas de ajuste .
Placa giratoria (fig . 1 .18A)
Es un elemento característico de la fresadora universal de mesa orientable, ya que por medio de él se logra la peculiaridad de poder orientar la mesa portapiezas en cualquier ángulo respecto al eje portafresas, dentro de los límites que impone la propia construcción de la máquina . Como queda dicho en el párrafo anterior, dicha placa se apoya y puede girar sobre el carro transversal y por medio del limbo graduado situarse en la posición elegida . La unión con el carro transversal se hace por medio de los tornillos (fig . 1 .1813) o por otro dispositivo similar. En la parte superior lleva unas amplias guías que sirven de apoyo a la mesa portapiezas. Estas guías deben ser lo más amplias posibles, rectificadas o perfectamente rasqueteadas, para que la mesa portapiezas pueda deslizar sin dificultad y con gran precisión . Se fabrica de fundición gris estabilizada .
Fig. 1.18A
Placa giratoria .
Fig.
1. 188
Sistema de bloqueo de la placa . 19
1 .2.1 .5
Mecanismo de embrague para transmitir el movimiento automático a la mesa
En la parte superior de la placa giratoria va montado el mecanismo (fig . 1 .18C) para dar el avance automático a la mesa . El movimiento procedente del carro (fig . 1 .1813) o de la consola, a través del eje (1) y del piñón cónico (2), se transmite al husillo (9), por medio de los piñones cónicos (3) 6 (4), accionando la palanca de embrague (5) y desplazando axialmente el collarín de embrague (6) a lo largo de la chaveta (7) que lo hace solidario al husillo (9) . Dicho husillo gira en uno u otro sentido según el piñón cónico que se embrague y, como consecuencia de ello, la mesa se moverá igualmente a uno u otro lado .
Fig . 1. 18C Mecanismo de embrague del movimiento de la mesa.
Fig. 1. 1813 1 .2.1 .6
Mesa portapiezas
Es una plataforma rectangular (fig . 1 .19A) en cuya cara superior, perfectamente plana, se apoyan las piezas que se han de trabajar o los accesorios para sujetarlas . La fijación puede hacerse directamente sobre la mesa, o por medio de elementos especiales de sujeción (tema 4) . Lleva tres o más ranuras donde se introducen las cabezas de los tornillos de anclaje y que, al mismo tiempo, sirven para recoger el lubricante utilizado. En la parte anterior lleva una ranura (3) para disponer los topes de limitación de recorrido (4) y (5) . Esta mesa se aloja por medio de las guías (6) en las de la placa giratoria . Para lograr el perfecto ajuste, se dispone de una regleta (7) y unos tornillos y tuercas de regulación (8) y (9) ; lo mismo que en la ménsula y en el carro transversal, lleva un dispositivo (10) de blocaje. Para el desplazamiento se emplea un husillo (4) (fig . 1 .198) que puede ser movido desde el exterior por medio de un volante o manivela (5) o automáticamente desde el mecanismo alojado en la placa giratoria (fig . 1 .1813) . Para el fresado es importante que la mesa no tenga juego en sentido longitudinal (fig . 1 .1913), particularmente en el fresado por trepado (tema 3) . La mesa se hace de fundición de alta calidad y perfectamente estabilizada . Sus dimensiones y robustez deben ser tales que no permitan deformaciones bajo la acción del fresado ni por la acción de los tornillos de amarre de las piezas o accesorios . 20
tuerca fija
tuerca desplazable
Fig. 1 .198 Movimiento de la mesa por mecanismo de husillo y tuerca . 1 . Sistemas de regulación del juego entre el husillo y la tuerca. Por las razones expuestas anteriormente la máquina debe disponer de sistemas auto-ajustables o antijuego . Son varios los procedimientos empleados ; uno de ellos es el sistema Jerwag compuesto esencialmente por dos husillos de roscas de sentidos opuestos (fig . 1 .19C) . Estos husillos (1) y (2) se accionan por separado por medio de los engranajes (3) y (4) y están unidos por medio de dos piñones de dientes helicoidales (5) y (6) que pueden desplazarse axialmente por medio de chavetas (7) y (8) . Los dos husillos tienen una tuerca común (9), que sirve de puente compensador de holguras . Otro sistema (fig . 1 .19D) consiste en emplear una tuerca fija y otra desplazable : Por medio de un tornillo sin fin (1) se hace girar a la rueda helicoidal (2) unida a la tuerca que la obliga a girar y a enroscarse en el soporte fijo, logrando así que el husillo haga perfecto contacto por cada uno de los flancos opuestos en la respectiva tuerca . Otro sistema muy sencillo es el representado en la figura 1 .19E . Modernamente, se emplean tuercas con bolas de acero (fig . 1 .1917) que, al mismo tiempo que disminuyen el rozamiento entre el husillo y la tuerca, evitan la holgura . 21
9
eliminación del juego .
Fig.
1 . 190 Situación del dispositivo antíjuego con detalles del principio de actuación por tuerca auxiliar desplazable .
og ií
l~~ ll%//!íy
~01111 nuuaum
1~
Fig . 1 .19E Sistema antíjuego con accionamiento por cuña .
Fig.
1. 19F
1 .2 .1 .7
Eje principal
El eje principal (1) (fig . 1 .20A) de la fresadora es aquél en el cual se fija la herramienta directamente, con ayuda de un eje portafresas o por medio de otros útiles o accesorios (ver tema 2) . El eje va alojado en la parte superior del cuerpo de la fresadora y debe ser capaz de girar suavemente, pero sin juego . Ha de tener la forma y dimensiones adecuadas para poder transmitir sin deformaciones los grandes esfuerzos que se presentan durante el fresado . Se fabrica de acero tratado de gran resistencia . Para facilitar la fijación, centrado y extracción de las fresas o de los accesorios, los ejes son huecos, con un cono Morse (2) o ¡SO en la parte anterior y, en la posterior, un sistema de tirante-extractor (3) (fig . 1 .2013) . Las principales formas de extracción del útil portafresas pueden verse en el apartado 21 .2 .4 .2 de Tecnología del Metal 1 .2 . Los cojinetes son de rodillos (4) o de bolas (5) (fig . 1 .2013) y forman parte de los elementos más importantes para lograr un trabajo de buena calidad, para lo cual hay que vigilar su reglaje y asegurar un engrase adecuado . El eje debe girar a distintas velocidades, de acuerdo con las características de la fresadora . Esto se logra con el mecanismo principal o caja de velocidades (apartado 1 .2 .3) .
Tuerca y husillo de bolas .
Fig .
1 .20A
Fig . 1.208 Montaje del husillo principal de una fresadora con detalle del tirante de fijación de la herramienta . 22
1 .2 .1 .8
Puente
Para servir de guía o apoyo al eje portafresas o a otros accesorios, las fresadoras llevan un brazo o puente (1) (fig . 1 .21A) y a veces dos (fig . 1 .21D), ajustados al cuerpo de la fresadora en su parte superior, de manera que puedan formar una unidad rígida con él, por medio de blocajes adecuados (2) (fig . 1 .21A), semejantes a los de los carros y la mesa . Los modelos actuales suelen llevar una guía en forma de cola de milano (3) que sirve, tanto para unirse al cuerpo de la fresadora, como para servir de apoyo a los soportes (4) o lunetas (fig . 1 .2113) . En algunos modelos más antiguos este brazo consta de una barra cilíndrica calibrada (1) (fig . 1 .21C) . Este sistema tiene el inconveniente de que los soportes o lentes no quedan automáticamente centrados. Para evitar tal inconveniente, y a la vez aumentar la rigidez del sistema, algunos modelos llevan dos barras (fig . 1,2113) .
Fig .
1.218
1 .2 .1 .8 .1
Luneta .
Fig . 1,21C cilíndrico .
Fresadora
de
puente
Fig . 1 .21D Fresadora con doble puente cilíndrico .
Riostras
Para trabajos que requieren grandes esfuerzos se puede hacer aún más rígido el montaje, empleando unos tirantes (1) o riostras que unen la ménsula y el puente (fig . 1 .21E) . En algunos modelos estos tirantes unen el puente con la base de la fresadora . Con estos tirantes se intenta hacer que las oscilaciones o vibraciones sean de menor amplitud y se reduzcan a un mínimo aceptable. En la figura 1 .21F se hace un estudio comparativo de los distintos sistemas de sujeción del eje portafresas, a efectos de vibraciones . 1 .2 .2
Fresadora uníversal de eje orientable
Esta fresadora se diferencia principalmente por los siguientes detalles : 1 .° La mesa portapiezas va colocada directamente sobre el carro transversal, eliminando la placa giratoria, con lo cual esta fresadora resulta, desde este punto de vista, más rígida que las de mesa orientable . En las fresadoras más modernas se elimina incluso el carro transversal, ajustando la mesa longitudinal en las guías de la ménsula (fig . 1 .22) . En estos casos puede hacerse la mesa mucho más ancha que en los otros tipos . Para estas fresadoras es necesario que el eje principal vaya montado en un puente de diseño especialmente robusto y en cuyo interior se coloca el mecanismo principal o caja de velocidades, así como el mecanismo para dotar a este 23
2
/
bastidor arriostrado
1
número de revoluciones de la fresa ' 2
Fig .
Fig.
1 .21E
Fig . 1 .22 Zayer.
1 .21F
3
Sistemas de arriostramiento y comparación entre ellos .
Fresadora con riostras o tirantes .
Fresadora universal de eje
orientable
Fig . 1 .23A
Fresadora Huré con su característico cabezal universal.
Fig . 1 .238 Fresadora Gambin con detalle del cabezal. 24
puente de movimiento manual y automático, para sustituir al movimiento transversal que proporcionaba el carro eliminado . 2.° El eje principal va montado en un cabezal, de tal manera que se puede orientar formando cualquier ángulo respecto a la mesa portapiezas. Por tales razones, éstas fresadoras resultan más versátiles que las de eje rígido, pero tienen el inconveniente de que las fresas siempre se han de montar en voladizo . El cabezal es lo más característico de estas máquinas, ya que los otros elementos y dispositivos son similares a los de las fresadoras de mesa orientable . Los tipos de cabezales más empleados son el sistema Huré (fig . 1 .23A), el sistema Gambín (fig . 1 .2313) y, por último, el sistema de platinas ortogonales (fig . 1 .230) . 1 .2 .2 .1
Cabezal Huré
El sistema Huré es de los primeros que se construyeron y aún sigue empleándose, por su gran robustez . En la figura 1 .24A se muestra el corte longitudinal de uno de estos cabezales con dos versiones: el (1) de transmisión simple y el (2), con eje auxiliar o de transmisión compuesta .
Fig.
1 .24A
Cabezal Huré : 1, versión de transmisión simple ; 2, versión con árbol intermedio .
La pieza (1) (fig . 1 .2413) puede girar alrededor del eje motor (2), apoyada en la platina vertical (3), que va graduada . Puede fijarse en cualquier posición por medio de cuatro tornillos (4) que, atravesando esta pieza, llevan la cabeza alojada en la ranura circular en T (5) . En el otro extremo de la pieza (1), va una platina graduada (6) con ranura circular (7) y formando con la primera un ángulo diedro de 45° . Alrededor de la ranura en T, de esta última platina (6), gira la pieza (8), en la cual va colo cado el eje principal portafresas (9), que forma también con la platina (6) un ángulo de 45° . Esta pieza (8) puede fijarse a la primera (1), en cualquier posición respecto a la ranura circular, por medio de otros cuatro tornillos (10) alojados en dicha ranura . La combinación de ambos giros permite obtener cualquier inclinación o posición del eje principal .
Fig .
1 .248
Detalles
dei cabezal
Huré . 25
Fig. 1 .23C togonales .
Cabezal de platinas or-
1 .2 .2 .1 .1
Posibilidades prácticas del cabezal Huré
- Primer caso . Manteniendo fija la platina inclinada (8) (fig . 1 .25A), de tal manera que el eje portafresas (9) quede paralelo a la platina vertical (1), se puede girar dicha platina para obtener cualquier posición del eje (9) respecto a la vertical, siempre dentro del mismo plano frontal . Naturalmente, las posiciones más comunes son las del eje vertical y horizontal, tanto a la derecha como a la izquierda . Para estas posiciones de uso frecuente, las platinas suelen llevar unos pasadores de situación, para lograr con toda rapidez y seguridad el enclavamiento correcto . Estas posiciones sirven fundamentalmente para taladrar o mandrinar en dirección vertical y paralela al eje de la mesa . Las otras posturas pueden servir para planear o hacer ranuras paralelas al carro transversal y con una pendiente determinada (fig . 1 .26A) . - Segundo caso . Posición horizontal del eje portafresa (9) y paralelo con el eje motor (2) (fig . 1 .2513) . Puede utilizarse en esa posición, como si se tratara de una fresadora de eje horizontal . Para la posición más baja suele tener pasadores posicionadores . Manteniendo fija la platina inclinada (8) y girando la vertical (1), se pueden lograr posiciones paralelas del eje cada vez más elevadas, hasta llegar a la posición más alta . - Tercer caso . Por combinación de las dos platinas (1) y (8) (fig . 1 .25C) se puede lograr que el eje portafresas (9) quede horizontal, pero con distinto rumbo respecto al plano de la mesa . Esta posibilidad tiene su mayor aplicación en el tallado de ranuras helicoidales . - Cuarto caso . Combinando las dos platinas (1) y (8) (fig . 1 .25D) se puede hacer que el eje portafresas (9) quede sobre un plano de perfil con una inclinación cualquiera respecto al plano horizontal . Sirve esta posición para lograr planos o ranuras paralelas al eje de la mesa longitudinal .
Fig . 1 .25A
1 .2 .2 .1 .2
Fig . 1. 25 B
Reglajes del cabezal Huré
Los reglajes para las diversas posiciones de los casos 1 .' y 2 .', no presentan problema alguno, ya que el paralelismo del eje con la platina vertical, o con la mesa horizontal, tiene posiciones fijas por pasadores posicionales . Las otras posiciones quedan perfectamente determinadas por la posición de la platina vertical, aunque no sucede lo mismo para los casos 3.° y 4.° Para la posición 4, o sea, para el fresado de plano inclinado, habrá que calcular las posiciones de las dos platinas por las siguientes fórmulas : sen
á 2
-
sen d -
2 sen
sen a sen x
2
[11
[21
en las cuales : a d x
26
angulo de giro de la platina inclinada angulo de giro de la platina vertical angulo del eje portafresas por debajo o por encima del plano horizontal (pendiente)
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 1
Se quiere fresar un plano cuya pendiente (ángulo respecto al plano horizontal) es de x = 45° ¿Cuántos grados deben girarse las platinas del cabezal Huré? Soluciones: - Primera solución . Si el plano queda paralelo respecto al eje del carro transversal (fig . 1 .26A), será suficiente hacer el siguiente reglaje : 1 .° Colocar el eje (9) en posición vertical, introducir el pasador posicional de la platina inclinada (8) y fijar la platina en esa posición apretando los tornillos correspondientes (fig . 1 .25A) . 2 .° Girar la platina vertical (1) 45° a la derecha o a la izquierda según convenga (fig . 1 .26A) . - Segunda solución . Si el plano queda paralelo al eje de la mesa longitudinal (fig . 1 .2613), habrá que ajustar las platinas de acuerdo con las fórmulas [11 y [21 : 1 .' Calcular el valor del ángulo a sen
2
=
0
sen
42
- sen 22,5° = x 0,3826 = 0,54119 = \/-2
de donde : a 2
= arc sen 0,54119 = 32,7646°
es decir a =
2 .'
65,53° = 65° 31' 48"
Calcular el valor del ángulo á sen ó =
sen a sen x
_
sen 65,53°
_
sen 65,53°
2 sen 45°
2
- 1/\/-2
sen 65,53°
ó = 65,53° _ En la figura 1 .27 se muestra gráficamente, por cambios de planos, cómo es cierta la solución hallada, ya que el eje principal queda en un plano de perfil y con la pendiente de 45° . - Explicaciones aclaratorias de la figura 1.27 1 . En el alzado las platinas A y B aparecen de perfil . Por su parte, el eje del cabezal está en posición horizontal, siendo su proyección FI, (Fl = BlAl). 2 . Se hace girar la platina A un ángulo a = 65,5° y, en la vista auxiliar, el eje queda en la posición 82A2. El giro efectuado se refleja en la vista de alzado por medio de la nueva posición que adopta el eje ; o sea F"t, (Fí = BíA1). 3 . En el plano de perfil la proyección del eje portafresas F es F3 (F3 = A383)4 . Se gira la platina B un ángulo ó = 65,5° . La proyección del eje pasa a ser F3. 5 . Se busca la correspondencia de esta posición en la vista de alzado y se obtiene la proyección F' ; que aparece en verdadera magnitud y en verdadera inclinación (45°) .
Fig . 1 .27 Giros de las platinas para una inclinación del eje de 45 °. Ejemplo 2 Se quiere fresar un plano cuya pendiente es de girarse las platinas del cabezal Huré?
x = 30° . ¿Cuántos grados deben 27
Fig . 1 .26A
Soluciones: - Primera solución, Para coloca el eje vertical y luego se o a la izquierda según convenga - Segunda solución . Para BI
sen
111
2
32°
sen
=
a 1 .28A
= \í2
- 0,2588 = 0,366
- sen 15 1 _ V-2
= are sen 0,366 = 21,47°
2 Fig.
trabajar en un plano paralelo al husillo transversal, se inclina la platina vertical 30° ó (90 ° -30°), a la derecha (fig . 1 .28A) . el plano paralelo al husillo de la mesa (fig . 1 .2813) :
a = 42,94° = 42° 56' 29" sen d
121
sen a
_
sen 42,94 1
~i2 sen x
_
0,6812_
\/- 2 sen 30°
2
O,g6337
0,5
d = are sen 0,96337 = 74,4445° = 74° 27' 27" En la figura 1 .29 queda comprobada gráficamente la solución numérica .
Fig.
Fig. 1 .29 Giros de las platinas para una inclinación del eje de 30° .
1.288
En la tabla 1 .30A se dan los ángulos de inclinación de cada platina para ángulos de pendiente comprendidos de 1 ° a 90° . Para el tallado de ranuras helicoidales (caso 3) las fórmulas para la determinación de la posición de las platinas son : á = 2
sen
2 sen
2
sen a
sen (90° - d) _
En las cuales : a y d = el mismo significado que en !as fórmulas [11 y [21 . = ángulo de la hélice . Ejemplo 3 Se quiere fresar un ranura helicoidal con un ángulo de la hélice de ¡3 = 37° . Calcular los ángulos de posicionamiento de las platinas del cabezal Huré . Solución : [31
sen
á 2 =
~ 2 2 sen
=
sen
~ -_
x 0,3173 = 0,44873
a = 2 are sen 0,44873 = 2 x 26,6622 = 53,32° a = 53° 19'31" 141
(90° - d) =
sena sen
¡~
sen 53,3244 1 \I- 2
_ _sen
x sen 37°
= 0,94236 (90 - d) = are sen 0,94236 = 70,4529° 28
0,80203 2
x 0,601815
Tabla 1 .30A
.ó ro
w
á ro ó p U Ó á n~r JtZ m Q
QW O Q
óo. b x
ro ro ~ ro ÚW
U ro
a
Ú C
Valor de los ángulos de las platinas del cabezal Huré para el fresado inclinado
c `° :O 'w U W Ú
.ó ro ro .p Ñ ro p U O
á amr
v QW CW O Q .Q ó ó O.
.o
ro ó 'á
Óá C cároo .F .N
b
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ro ó .~ b U W ro
ro Ú
Ú ~ ro a'r
u
p
O
á amt r Q
WO Q ó aro a
ro
óv ro
ro ~ am
.C
4' r Uó
O
a
d
x
a
d
x
a
d
1 04 20 1 2,8 4,2 5°7 70 1 80 5 9, 9 11 0 3 12 0 7
8,90 5 890 3
42 0 9 44 0 4 45 0 9 47 0 4 48 0 8 50°3 51 ,8 53 03 54°8 56 0 3
74 0 5 73 0 9 73 0 3 72 0 8 72 0 2 71 0 6 71 0 0 70°4 69 0 9 69 0 3
600
89, 0 880 5 880 0 87 0 5 87 0 0 860 5 860 0 85 0 5
300 31 0 32 0 33° 34 0 35° 36 0 37 38 0 39 0
61 0 62 63 0 64 0 65 0 66 67 68 69 0
90 , 0 91 0 7 93 0 5 95 0 3 97 0 1 98 0 9 100 0 7 102 0 6 1040 5 1060 5
54 0 7 53 0 9 53 0 1 52 0 2 51 0 3 50 0 4 49 0 5 48 0 6 47 0 6 46°6
10 0 10 20 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0
14°2 150 6 17 0 0 180 4 19 , 8 21 0 3 220 7 240 1 250 6 270 0
85°0 84°5 840 0 83 0 5 82°9 82°4 81 , 9 81 0 4 80 , 9 80 0 3
40 41' 42 43 4445' 46 0 47 0 48 49'
57°8 59 04 60 0 9 62 04 64 0 0 65°5 67 0 1 68 0 6 70 0 2 71 0 8
68 06 68 00 67 04 66 08 66 02 65 0 5 64 09 64 02 63 06 62 0 9
70° 71 0 72 0 73 0 740 75° 76 0 7778' 79 0
1080 4 1100 4 1120 5 1140 5 1160 7 118, 8 121 0 1 123 0 4 1250 7 1280 2
45 06 44 05 43 04 42 03 41 0 1 39 09 38 06 37 03 35 09 34 05
20 21' 22 23' 24 0 250 26 0 2728 29'
280 4 290 9 31 0 3 32 0 7 340 2 350 6 370 1 38 0 5 400 0 41 0 5
79 0 8 79 0 3 78 0 8 78 0 3 77 0 7 77 0 2 76 0 6 76 0 1 75 0 6 75 0 0
50 0 51 0 52 0 53 0 54 55 1 56 0 57 0 58 0 59 0
73 0 4 75 0 0 76 0 6 78 0 2 79 0 9 81 0 5 83 0 2 84 0 9 86 0 6 88 0 3
62 02 61 0 5 60 , 8 60 0 1 59 04 580 6 57 0 9 57 0 1 560 3 550 5
800 81 0 8283 84 0 850 860 870 8889-
130 0 7 133 0 4 136 0 2 139 0 1 142 0 3 145 0 7 149 0 4 153 0 6 158 , 5 164 0 8
33 00 31 03 29 06 27 08 25 08 23 06 21 02 18 04 15,0 1007
10 1 ,5 2345. 60 78. 90
por tanto : d = 900 - 70,45290 = 19,547 0 = 190 32' 52" Este ángulo se dará hacia la derecha o hacia la izquierda para que el eje quede horizontal . En la figura 1 .31 se comprueba, de manera gráfica, cómo son correctos los valores de las fórmulas, lo que también puede ratificarse en la tabla 1 .308 .
Fig . 1.31 Giros de las platinas para fresar una ranura helicoidal con ángulo de la hélice (3 = 370. 29
Tabla 1 .3013
ó U
.C Ú
bW
.cro w
.cm
m
Q W
Q
mb bC 'C O Ú
Valor de los ángulos de las platinas del cabezal Hurá para el tallado de hélices
C
W
á
Ó ro á
a
d
1° 1°30 2o 2°30 3° 3°30 4° 4°30 5°
1°41 2°12 2°83 3°55 4°24 4°95 5°66 6°36 7°07
0°50 0°75 1° 1°25 1°50 1°75 2° 2°25 2°50
5°30 66'30 7o 7°30 8o 8°30 9° 9°30 10°
7°78 8°49 9°20 9°90 10°61 11°32 12°02 12°74 13°45 14°16
10°30 11° 11°30 12° 12°30 13° 13°30 14° 14°30 15°
5
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b Ú C b
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C Ú .C t
W
3
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Ó W
c
Q
a
d
a
d
23° 23°30 24° 24°30 25° 25°30 26° 26°30 27°
32°75 33°48 34°20 34°93 35°65 36°37 37°10 37°83 38°55
11°74 12°02 12°27 12°54 12°81 13°08 13°35 13°62 13°89
47° 4849° 50. 51° 52° 53o 5455°
68°65 70°23 71°81 73 ° 41 75° 76°62 78 ° 25 79°89 81°54
25°77 26 °44 27°11 27°79 28°49 29°19 29°91 30°63 31°37
2°75 33'25 3°51 3°76 4°01 4°26 4°51 4°77 5°02
27°30 28° 28°30 29 29'30 30° 30°30 31° 31°30 32°
39°28 40°01 40°75 41°48 42°21 42°94 43°68 44°41 45°15 45°89
14°16 14°44 14°71 14°99 15°26 15°54 15°82 16°10 16°38 16°66
5657° 58o 59o 6061° 62° 63o 64 65°
83°20 84°88 86°57 88°28 90 . 91°74 93°50 95°28 97°08 98° 91
32°12 32°88 33°66 34°46 35°26 36°09 36°93 37°79 38°67 39°57
14°87 15°58 16°29 17° 17°71 18°42 19°14 19°85 20°56 21°27
5°27 5°53 5°78 6°03 6°29 6°54 6°80 7°05 7°31 7°56
32°30 33 33°30 3434°30 35° 35°30 36° 36°30 37°
46°62 47°36 48°11 48°85 49°59 50°33 51°08 51°83 52°57 53°33
16°95 17°23 17°51 17°80 18°09 18°38 18°67 18°96 19°25 19°55
6667° 686970° 71° 72° 73° 74° 75°
100°75 102°62 104°53 106°46 108°42 110°42 112°46 114°54 116°66 118°84
40°50 41°44 42°42 43°41 44°44 45°50 46°60 47°73 48°90 50°12
15°30 16° 16°30 17° 17°30 18° 18°30 19° 19°30 20°
21°99 22°70 23°42 24°13 24°96 25°56 26°28 26°99 27°71 28°43
7°82 8°08 8°34 8°60 8°85 9°11 9°37 9°63 9°89 10°16
37°30 3838°30 39° 39°30 4040°30 41° 41°30 42°
54°08 54°83 55°58 56°34 57°10 57°85 58°61 59°38 60°14 60°90
19°84 20°14 20°44 20°74 21°03 21°34 21°65 21°96 22°26 22°57
76° 77° 78° 79° 80 81° 82° 8384o 85°
121°08 123°38 125°74 128°20 130°75 133°40 136°19 139°13 142°27 145°66
51°38 52°70 54°08 55°52 57°04 58°66 60°38 62°22 64°21 66°39
20°30 21° 21°30 2222°30
29°15 29°87 30°59 31°31 32°03
10°42 10°68 10°94 11°21 11°47
42°30 43o 4445° 46°
61°67 62°44 63°98 65°53 67°08
22°88 23°20 23°83 24°47 25°12
86° 87 88 8990 .
149°37 153°56 158°47 164°83 180°
68°83 71°62 74°95 79°33 90 .
1 .2 .2 .2
Cabezal Gambín
Es otro de los primeros cabezales que se fabricaron en este tipo de fresadoras universales (fig . 1 .238) . Resulta más sencillo de reglaje que el cabezal Huré, pero tal vez no sea tan robusto. En la figura 1 .32 se muestra el corte longitudinal de este tipo de cabezal.
Fig . 1 .32 Corte longitudinal del cabezal Gambín : 1, cuerpo principal,- 2, cuerpo articulado receptor del eje portafresas; 3, eje portafresas; 4, árbol de la fresadora; 5, piñón central; 6, piñón secundario; 7, eje secundario; 8 y 9, piñones cónicos; 10, ranuras en T ; 11, pernos de fijación .
El cuerpo principal exterior (1) puede girar y ocupar una posición cualquiera . Tiene una posibilidad de giro semejante al de la platina vertical Huré . La pieza (2) o carcasa donde va alojado el eje portafresas puede, a su vez, girar y fijarse en cualquier posición por medio de los pernos (11) y las ranuras (10) que al apretar las tuercas, hacen que la pieza (2) se haga solidaria con el cuerpo principal (1) . 1 .2 .2 .2 .1
Reglaje del cabezal Gambín
Ya se ha dicho que resulta más sencillo el reglaje de este cabezal, que el de tipo Huré, ya que los ejes de giro de las platinas son ortogonales y su interdependencia es simple . EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 4
Se desea fresar en una pieza un plano inclinado de x = 45° . ¿Cuál será la posición de las platinas del cabezal Gambín? Soluciones :
- Primera solución . 1 .33A) :
En caso de hacerse el plano paralelo al carro transversal (fig .
Fig .
1 .33A
Fig .
1 .338
1 . Se coloca el eje portafresas en posición perpendicular a la mesa (suele tener pasadores posicionales para esta posición) . 2. Se gira el cuerpo principal 45° hacia la derecha o izquierda según convenga . - Segunda solución . Cuando deba hacerse el plano paralelo a la mesa longitudinal (fig . 1 .3313) : 1 . Se gira el cuerpo principal del cabezal de manera que el eje portafresas quede en un plano de perfil y perpendicular a la mesa . 2 . Se inclina el eje portafresas 45° hacia delante o hacia atrás según interese . Ejemplo 5
Ajustar el cabezal Gambin para fresar una ranura helicoidal cuyo ángulo de hélice (3 es de 22°, tallada a la derecha. Solución:
Normalmente se coloca la fresa atacando en la parte más alta de la pieza (fig . 1 .34A), es decir, con el eje portafresas situado en un plano horizontal, aunque también puede interesar que el eje quede en un plano vertical, tangente a la pieza por delante o por detrás (fig . 1 .348) . 31
Fig .
1 .34A
Fig.
1 . 34 B
Según la posición de ataque, se sigue uno de los procesos siguientes : - Primer caso . Fresa atacando por arriba . 1 . Colocar el eje portafresas (3) perpendicular al eje de la pieza en un plano paralelo a la mesa y blocar la platina del cuerpo principal (1) . 2 . Girar el ángulo (3 en la platina del cabezal (2) y después blocar . - Segundo caso . Fresado por el lateral . 1 . Colocar el eje portafresas (3) vertical en un plano perpendicular a la mesa y blocar la platina del cuerpo (2) . 2 . Girar el cabezal principal (1) el ángulo ¡3 y blocar . 1 .2 .2 .3
Cabezal de platinas ortogonales
Este cabezal (fig . 1 .35) es bastante empleado en la actualidad a pesar de tener la particularidad de que el eje portafresas no queda en el mismo plano del eje del cuerpo principal, razón por la cual, en trabajos fuertes, se presentan grandes pares torsores, poco favorables .
Fig . 1 .35
Fig .
1 .36A
1 . Reglaje del cabezal con platinas ortogonales. Como en el Gambín, este cabezal no presenta ninguna dificultad para el reglaje de sus platinas . - Reglaje para fresado de planos inclinados. Si se 1 .36A) de manera que el eje portafresas esté en un plano mantiene fija la platina 8 (fig . de perfil, se logra la pendiente del eje portafresas girando la platina A el ángulo deseado . Con este reglajd e se pueen fresar planos paralelos al husillo de la mesa longitudinal . Para poder fresar planos paralelos al husillo del carro fija la platina A de manera que el eje portafresas quede en transversal (fig . 1 .368), se un plano frontal y, a partir de ahí, se gira la platina B para lograr la pendiente necesaria . - Reglaje para fresado de ranuras helicoidales . Para la ejecución de ranuras helicoidales, o cremalleras de diente inclinado (fig . 1 .36C), se fija la platina 8 de manera que el eje portafresas quede en un plano horizontal y, a partir de ahí, se gira la platina A para colocar al eje portafresas con el rumbo adecuado, según el sentido de la inclinación de la hélice a tallar . - Sistemas de precisión para regular los ángulos . Sea cual sea el tipo de cabezal, cuando se trata de trabajos de precisión, no suele ser suficiente la exactitud lograda con los limbos graduados, ya que no suelen tener nonios y, si los tienen, su apreciación suele ser escasa . Para estos casos habrá que comprobar cada uno de los reglajes con la ayuda de un goniómetro (fig . 1 .37), comparador de reloj o mesa goniométrica, según los casos que se presenten en la práctica . En la figura 1 .38 se muestra el montaje de un goniómetro de precisión en el cabezal de una fresadora . 1 .2 .3
Fig.
Cabezal de platinas ortogonales.
Mecanismos del movímiento principal
Para poder trabajar a las velocidades de corte correctos, es necesario dotar aleje portafresas o eje principal de la máquina de una extensa ga dl revou1.mae 368 clones . 32
Fig. 1.37 Goniómetro óptico de precisión .
Fig. 1.36C Fig. 1.38 Los mecanismo empleados para conseguir estos fines pueden ser muy variados, según los distintos proyectistas . Los más empleados son los mecanismos a base de ruedas dentadas desplazables . Menos empleado es el sistema de variador de velocidad continua, ya que en estas máquinas pocas veces es necesario variar la velocidad durante el trabajo. 1 .2 .3 .1
Mecanismo para fresadora de mesa orientable
En la figura 1 .39 se muestra un mecanismo o cadena cinemática para una fresadora de este tipo . El motor da el movimiento al eje (1), a través del embrague F. El tren de ruedas desplazable ABC, comunica al eje (2) tres velocidades distintas, que se transforman en nueve, en el eje (3), por medio de las ruedas GDE. La salida del eje (3) se hace por medio de correas hasta el eje principal (4) . Tal como aparece en la figura, se produce una nueva reducción, debido a la combinación de las ruedas MNmn . Estas nueve velocidades lentas se emplean preferentemente para trabajos de desbaste . Desplazando la rueda N hasta la posición de trazos, queda desengranada de la n y se acopla directamente a la rueda M, es decir, que en esta nueva posición se obtienen otras nueve velocidades distintas y más rápidas en el eje principal . Estas velocidades, al ser obtenidas directamente desde la polea, están menos expuestas a sacudidas o vibraciones, con lo que se obtiene un movimiento más suave. Para mejorar este efecto, en algunas fresadoras la ruedas Mm quedan desengranadas también en esta posición . Por ello, estas velocidades suelen emplearse para los trabajos de acabado. Para facilitar la construcción, en muchas fresadoras, todo el mecanismo primero va montado en una caja independiente del cuerpo de la fresadora y unido a él por medio de tornillos y pasadores. En la figura 1 .40A se representa el esquema de enlaces de la cadena cinemática de la figura 1 .39. En la figura 1 .4013 se representa la cadena cinemática para transmitir las velocidades al eje portafresas de otra fresadora . Hay que tener en cuenta que, siendo constante el módulo, la condición de engrane consiste en que la suma de los pares de ruedas que engranan ha de ser constante: z i + z2
= z 3 + z4 = z5 + zs
= constante 33
3.
Tecnologia 2.2. Máquinas Herramientas
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Ea Fig.
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1 . 39
Fig.
1.40A
ni
Cadena cinemática de la caja de velocidades de la fresadora de la figura 1 .39.
Z2
Z4
Z3
Fig . 1. 40 B
Fig . 1. 40 C
En el caso de ser distintos los módulos de los engranajes, es obligatorio observar la ecuación (fig. 1 .40C) : (Z 1 + Z2)
mi =
(Z3 + Z4 )
m2
y si los módulos son iguales : ZI
Para calcular hay que construir Como puede tafresas VII, ocho
+ Z2 = Z3 + Z4
el número de revoluciones que corresponde a cada posición el esquema de velocidades según se indica a continuación . observarse en el esquema, es dable conseguir, en el eje porvelocidades directas y otras ocho reducidas un 1/6 .
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EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
En la figura 1 .4013 está representada la cadena en la que el motor gira a 1 .400 r.p .m . transmite el cinemática de una fresadora vertical, movimiento al eje portafresas . Se desea saber : - El número de velocidades que tiene la máquina. - El valor de la velocidad máxima y mínima . - Trazar el esquema de enlaces. Problema 2 En la cadena cinemática de la fresadora de la figura 1 .40E el motor gira a 1 .400 r.p .m . Se desea saber: - El número de velocidades del eje portafresas y el valor de cada una de ellas. - El valor del diámetro de la polea A para que todas las velocidades aumenten un 10 % .
Fig. 1 .4013
1 .2 .3 .2
Mecanismo para fresadora de cabeza/ universal Las máquinas modernas construidas según este sistema suelen tener un carnero motorizado que contiene los trenes de ruedas necesarios para transmitir el movimiento al cabezal y, al mismo tiempo, para producir el desplazamiento transversal de todo el grupo. El cambio de velocidad se efectúa desde el exterior por medio de palancas o volantes que actúan sobre los piñones dentados desplazables (fig . 1 .22) . El cabezal universal recibe el movimiento a través de un acoplamiento a la salida del puente motorizado . En la figura 1 .41 se puede observar el corte del cabezal de una moderna fresadora Zayer, con el tren de piñones cónicos que transmite el movimiento al husillo portafresas .
Fig . 1.40E
Fig. 1.41 Corte del cabezal universal de la fresadora Zayer. 1 .2 .4
Mecanismos de avances Según el fresado que se realice, el avance se obtiene con el desplazamiento de la mesa (fig . 1 .42A), con el movimiento del carro transversal (fig . 1 .428), o con el movimiento vertical de la ménsula (fig . 1 .42C) . En la fresadora universal, estos movimientos se deben poder realizar manual o automáticamente con movimiento lento o rápido . El conjunto de mecanismos para lograr estos movimientos constituye la cadena cinemática de avances. Es muy variada su realización práctica, ya que el mismo inicio del movimiento puede hacerse de tres modos distintos como se muestra en la figura 1 .43. - Primer sistema. Tomando el movimiento directamente del eje motor (1) (fig . 1 .43A) por medio de engranajes, cadenas o correas (2) y (4). - Segundo sistema. Tomando el movimiento desde el motor (1) (fig . 1 .4313) por medio de engranajes, cadenas o correas (2) y (4) desde el mismo eje principal de la fresadora .
Fíg . 1 .42 B
- Tercer sistema. Recibiendo el movimiento de motores independientes para el cabezal (1) y para la caja de avances (1') (fig . 1 .43C) . En los sistemas 1 .' y 3.' el avance es independiente del número de vueltas del eje principal y suele expresarse en mm/min ; en el sistema 2.° el avance depende de la velocidad del eje principal y suele darse en mm/vuelta de la fresa.
36
Fig.
D. E.
salida para avances salida a eje principal
1. 2.
motor principal enlace del motor principal con la caja de velocidades
1 .2 .4 .1
3. 4. 5. 6. 7.
caja principal de velocidades enlace de caja de avances caja de avances unión de la caja de avances con la ménsula mecanismos de la ménsula
Fig . 1 .43 Sistema para obtener los avances : A, desde el eje motor; B, desde el eje principal; C, con motor independiente .
Caja de avances
Cualquiera que sea el sistema empleado, se necesita una caja, llamada de avances, con la finalidad de poder lograr un escalonamiento adecuado de los mismos, imprescindible para realizar los diferentes trabajos, mecanizar los distintos materiales y emplear las diversas clases de herramientas . Estas cajas suelen ser similares a las del mecanismo principal, es decir, de ruedas desplazables (fig . 1 .44A), pero también se emplean otros sistemas . Algunas de estas cajas llevan incorporado un inversor de sentido de giro (fig . 1 .4413) ; otras, sin embargo, no lo llevan y entonces el inversor va incorporado en la ménsula para todos los movimientos, o bien, cada movimiento lleva su inversor (fig . 1 .39) . Cuando la caja de avances va colocada en el cuerpo de la máquina, la transmisión a la ménsula suele hacerse por medio de dos uniones cardán y un árbol telescópico (fig . 1 .45A y B) . Para evitar los inconvenientes de las uniones cardán y de los árboles telescópicos, algunos fabricantes prefieren emplear un árbol vertical ranurado y un juego de ruedas dentadas.
Fig.
1 . 42 C
Fig. 1 .44A Detalle esquemático de una caja de avances .
1 .45A
inversor
Fig . 1 .458 Vista de una fresadora donde se aprecia la transmisión por Cardan.
Fig. 1.448 in versor,
La mayoria de las fresadoras modernas suelen llevar un mecanismo de que se emplea para las maniobras de acercamiento o con el fin de reducir los tiempos improductivos empleándose para ello retroceso, un motor independiente accionado por una palanca de fácil acceso . En la figura 1 .46A se muestra el esquema general de una cadena tica de avances; a partir del mismo se pueden deducir los movimientos cinemáde cada carro . avance rápido,
37
Caja de avances con
En la figura 1 .4613 se representa el esquema de enlaces y velocidades de cada husillo: los nudos h a 114 corresponden a los números de r. p. m . del husillo del carro transversal ; los nudos G, a G14 corresponden a los números de r. p . m . del husillo vertical ; y, finalmente, los m, a mi4 corresponden a los números de r, p . m . del husillo de la mesa . Multiplicando cada uno de estos números por el paso de su husillo respectivo, se obtienen los mm/min de avances, para el carro transversal, la ménsula o avance vertical y la mesa o avance longitudinal . Según el esquema de enlaces, los avances más rápidos se obtienen a través de las reducciones i 9 sin pasar por las reducciones i3 - i4 - i 5 - i 6 - i - i8 . 7 Son los que se logran a través del embrague magnético que anula las reducciones anteriores . Para las máquinas de cabezal orientable que no llevan placa giratoria, el mecanismo queda simplificado, máxime si se trata de máquinas sin carro transversal, puesto que se reduce al movimiento vertical y longitudinal, en muchos casos logrado con motores independientes . En la figura 1 .4613 puede verse la cadena cinemática de una fresadora moderna .
A husillo mesa 47
LVA 48
r 11 49
T '
7
liHfa»v+i~i
r
_
rl 47
husillo transversal 6
56
72
58
49
50 ó
r
20-
69
2
24 A 2p
1
G
~ F 36
embrague magnético i
r~ h
T
40
3-iIF30
motor
Fig. 1 .46A Cadena cinemática avances de una fresadora .
de
- 6 .698
_9.94
0.413
- 5,76
MI .
.645
-M53
n° de .uv8as m~nwv dp
a O,ISB
o 3.n6
- 0,259
- 6,49
eiv da ta mesa
Fig. 1 .468 Esquema de avances posibles en la cadena cinemática de la figura 1.46A .
EJERCICIOS A REALIZAR Problema 3 En la figura 1 .4613 se representa el esquema del mecanismo de avance de una fresadora . Calcular los avances por minuto posibles de la mesa A.
Fig. 1.4613 Problema 4 La cadena cinemática para transmitir el movimiento al eje principal de una fresadora, a la mesa y al carro transversal está representada en la figura 1 .46E . Calcular : - El número de revoluciones del eje principal de la máquina. - Los avances por minuto de la mesa . - Los avances por minuto del carro transversal . - El avance máximo y mínimo de la mesa por cada vuelta del eje principal portafresas .
Fig. 1.46E 1 .2 .5
Mecanismo para lograr la profundidad de pasada
Ya se dijo al hablar de la división o clasificación de las fresadoras que este detalle daba origen a las fresadoras de ménsula o de bancada . En nuestro caso las fresadoras universales suelen ser todas de ménsula . La pasada suele darse, normalmente, aproximando la pieza a la fresa con el movimiento vertical de la ménsula, y, en algunos casos, con el movimiento de la mesa en sentido longitudinal o, también, con el movimiento del carro transversal . En las máquinas de puente desplazable, la pasada se realiza con la aproximación de la fresa a la pieza . En cualquier caso la aproximación se hace de forma sensitiva, a mano . Para controlar la profundidad de pasada, los extremos de los husillos suelen ir provistos de amplios tambores graduados (fig . 1 .47A) en ocasiones con nonios, que en algunos casos especiales van provistos de amplificadores ópticos. Cuando no se disponga de estos amplificadores y se quiera lograr buena precisión, es aconsejable colocar un comparador de reloj con el vástago perfectamente alineado con la dirección del desplazamiento y controlar con él la profundidad deseada . Este sistema solamente es válido para pequeños desplazamientos, es decir, lo que permite el recorrido del reloj. En todos los casos habrá que tener la precaución de que las regletas de los carros estén perfectamente ajustadas, para que al hacer el bloqueo de las mismas no se produzca ningún desplazamiento adicional . Esto puede compro39
Fig. 1.47A
barse con el mismo comparador, que no debe sufrir alteración alguna al efectuar los referidos bloqueos . También deberá tenerse en cuenta el posible juego del husillo con la tuerca (fig . 1 .4713) que se debe eliminar previamente por medio de un desplazamiento amplio, en sentido contrario al que se necesita y, después, avanzar en sentido de la pasada hasta hacer contacto con la pieza . En esta posición, se coloca el nonio del tambor a cero y, a continuación, se toma la profundidad de pasada que se desee .
INIMI LI~I~ '~ a+vás
hor Fig. 1.478 Juego existente entre el husillo de la mesa y su tuerca . La flecha (9) indica el sentido de avance del tornillo y (&) la dirección de la resistencia que opone a la tuerca .
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 6
Se desea saber el desplazamiento de la mesa de una fresadora por cada división del tambor graduado que se halla dividido en 120 partes . Calcular también el número o fracción de vuelta que hay que dar al tambor para que la mesa se desplace 24 mm, sabiendo que el paso del husillo (P h) es 6 mm, Solución .
Siendo N el número de divisiones del tambor graduado y Ph el paso del husillo en cuyo extremo va montado el tambor, se puede establecer la siguiente proporción, llamando 1 al desplazamiento por división : N
1 I
Ph
luego
120
- 0,05 mm
Para calcular el número de vueltas, basta dividir el recorrido de la mesa por el avance por vuelta ; el resultado es igual a cuatro vueltas: n - L = Ph
24 6
- 4
1 .2 .6
Accesorios principales de la fresadora universal Ya se ha dicho que la fresadora universal tiene la ventaja de su gran versatilidad . Para que ésta sea lo más amplia posible la máquina debe disponer de una serie de accesorios . Algunos de estos accesorios se adaptan a cualquier tipo de fresadora . Por ejemplo, los útiles de sujeción de piezas y de herramientas (temas 2 y 4) ; los aparatos divisores (tema 5) ; el aparato de mortajar ; el aparato vertical o universal, aunque este último no tiene razón de ser en las fresadoras de cabezal orientable, ya que es una parte esencial de las mismas . Algunos de estos accesorios serán objeto de estudio más detallado en temas sucesivos . Aquí sólo se hace una breve descripción de los que más adelante no recibirán atención particular . 1 .2 .6 .1
Cabezal o aparato vertical
Este accesorio es de gran utilidad para las fresadoras de mesa orientable . Se acopla al eje principal y, como se muestra en la figura 1 .48, es de características y utilización similar al cabezal de platinas ortogonales descrito anteriormente . Los hay también rigidos, con el eje vertical . Para trabajar con fresas pequeñas o en materiales blandos, para lo cual es necesario un número de revoluciones muy elevado, suele emplearse un cabezal similar al de la figura 1 .49 que va dotado de motor propio . Hoy día se emplean también cabezales auxiliares con motor neumático, si bien limitados a pequeñas potencias. Para algunos trabajos en ejes inclinados, es interesante que estos aparatos puedan tener avance propio para el eje portafresas . 40
Fig . 1 .488 Detalle de su capacidad de giro .
Fig . 1 .48A orientable.
Fig. 1.49 Cabezal autónomo con motor incorporado y movimiento vertical del husillo .
Corte de un cabezal vertical
1 .2 .6 .2
Aparato de mortajar
1 .2 .6 .3
Aparato copiador
Es un aparato muy útil para pequeñas entallas, ranuras interiores o para cepillar perfiles especiales . En la figura 1 .50 se muestra uno de estos aparatos . Para trabajos fuertes es preferible emplear una máquina especial, ya que la manera de trabajar en estas operaciones es muy violenta y puede acelerar inútilmente el deterioro de la máquina .
En la figura 1 .51 se muestra uno de estos aparatos, que resulta muy útil para reproducir pequeñas piezas o preparación de moldes, etc . En esencia, consiste en un eje portafresas rotativo, similar al aparato vertical, pero con la particularidad de que el posicionamiento vertical se logra por medio de un cilindro hidráulico comandado por un copiador, que es el encar gado de seguir la forma de la pieza modelo y, que según sus relieves, actúa como válvula de paso para el fluido a presión procedente de la central hidráulica . El copiado se verifica a escala 1 : 1 por medio de la herramienta de forma redondeada, que repite los movimientos del palpador mientras gira cortando el material .
Fig. 1 .-51
Fresado con aparato copiador hidráulico .
41
Fig. 1.50 Tallado de un chavetero en la fresadora por medio del cabezal mortajador.
En la figura 1 .52 se pueden ver algunos trabajos típicos realizables con estos aparatos (ver tema 10) . 1 .2 .7
Terminología normalizada para la fresadora horizontal Hasta el momento no existe terminología normalizada en las normas UNE para la fresadora universal . Si existe la norma UNE 15-611 para la fresadora horizontal que se reproduce a continuación (tabla 1 .53), y que sirve para los elementos similares de la fresadora universal . 1 .2 .8
Características de la fresadora universal
La fresadora universal se caracteriza por sus posibilidades de trabajo: 1 . Máximas dimensiones a mecanizar en las piezas, lo que queda determinado por: - Dimensiones de la mesa portapiezas . - Recorridos máximos de mesa, carro ylo puente y ménsula . - Posibilidad de orientación de la mesa o eje principal . 2. Capacidad para lograr los elementos de corte: - Gama de velocidades del eje principal . - Gama de avances de mesa y carros . - Potencia . Fig .
1 .52
Trabajos característicos de copiado .
3 . Capacidad para lograr acabados más o menos perfectos y con tolerancias mínimas aconsejables y garantizadas, que depende : - De la rigidez. - De la calidad de acabado . 4 . Materiales adecuados para lograr una vida útil amortizable, y permitir deformaciones admisibles . 5 . Posibílidad de fácil manejo y mantenimiento sencillo, así como disponer elementos de seguridad para evitar accidentes . En la tabla 1 .54 se representa una fresadora de fabricación nacional y el cuadro de sus características, con las recomendaciones del fabricante . 1 .2 .9
Seguridad
Estas máquinas, como todas las que trabajan con elementos cortantes giratorios, presentan ciertos riesgos para el operario y pueden ser causa de accidentes graves que hay que prevenir . También la máquina puede sufrir daños y desperfectos importantes si no se cumple una serie de principios, o se trabaja a la ligera, sin ponerla atención debida a cada momento o maniobra . Por consiguiente, se incluyen a continuación una serie de normas sencillas, que es preciso observar con rigor para evitar los inconvenientes citados . 1 . No poner en marcha la máquina: a) Si no se conocen con detalle todos sus dispositivos de mando o maniobra . - Estudiar antes el libro de instrucciones o pedir asesoramiento a un experto de la máquina . b) Si no están colocadas o cerradas todas las protecciones de correas, ruedas dentadas, etc. c) Si no se está seguro de los siguientes puntos : - que herramienta i y que no hay peligro de que salga despedida al l máqu chata máquina - que la pieza o piezas a trabajar estén bien colocadas y fuertemente sujetas, para que no puedan salir despedidas al hacer contacto la herramienta con ellas;
- que las velocidades del eje principal y los avances estén correctamente seleccionados; - que el desplazamiento de los carros sea posible sin que haya obstáculo que pueda impedirlo ; - que los topes de recorrido de los carros estén en su sitio y apretados para que no se pase la fresa de los límites previstos; - que haya suficiente refrigerante en el depósito para toda la operación . 42
Tabla
1 .53
Terminología normalizada de la fresadora horizontal
Terminología de las máquinas-herramientas Fresadora horizontal
32
Marca 1 2 3 4 5 6 7 8 9
lo
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
31
30
29 28
27
Designación Base Cuerpo Caja de cambio de avances Palancas para el cambio de los avances Caja de cambio de velocidades Tirante para la fijación del eje portafresas Eje principal Palancas para el cambio de las velocidades Puente Volante para el desplazamiento del puente Eje portafresas Soporte intermedio del eje portafresas Guías del puente Soporte extremo del eje portafresas Riostras Ranura central de la mesa Manivela para traslación horizontal de la mesa Mesa Guías de la mesa Volante para el desplazamiento transversal de la mesa Volante para la traslación horizontal de la mesa Guías para el carro portamesa Carro portamesa Manivela para la traslación vertical de la ménsula Palancas para el desplazamiento automático transversal Y horizontal de la mesa Columna soporte de la ménsula Palanca para la fijación de la ménsula Palanca para la inversión de avances Husillo para la traslación vertical de la ménsula Ménsula Guías para la ménsula Ejes de transmisión de los avances
UNE 15611
Tabla 1 .54
Datos y caracteristicas técnicas de una fresadora
DATOS TECNICOS A
B
Cabezal universal : La relación de velocidad de los husillos 1 a 1 . permite gracias a este cabezal, el disponer de un husillo giratorio de hasta 1 .400 r. p . m., velocidad muy estimada principalmente para el trabajo con metales ligeros . Ambos cabezales tienen los ejes templados y rectificados, doseles incorporado el sistema de engranes Klingenberg. habién-, Va dispuesto con brazo articulado para su acoplamiento en la máquina.
"
8l ° . 1 5¿1'7D1
~360~t94
E
1
I
~, G.o El FI al KI 2441148 -386 1 4321 360° ISA40 95 kg
I_Po ..
Cabezal vertical : Las fresadoras equipadas con el vertical inclinable se convierten en verdaderas iresadoras cabezal capaces de absorber toda la potencia del motor (relaciónverticales, de velocidad de los husillos 1 :1). Va dispuesto con brazo articulado para su acoplamiento en la
MESA Superficie de la mesa . Número de ranuras en T . Distancia de las ranuras en T . Giro de la mesa en los dos sentidos CURSOS Longitudinal automático . Longitudinal a mano . Transversal automático . Transversal a mano . . . . . , Vertical automático . . . . , , . Vertical a mano . . , . Distancia útil del mandrino al carnero . MANDRINO Alojamiento del mandrino cono . Diámetro de cabeza del eje principal . Diámetro del mandrino . . Número de velocidades del mandrino: 28 a 1400 r. p. m. Inversión . AVANCES Número de avances . Avance longitudinal y transversal . Avance vertical . . . . . . AVANCE RAPIDO Longitudinal y transversal . Vertical . . POTENCIA DEL IMPULSO Correas trapezoidales . Motor principal Motor de marchas rápidas . REFRIGERACION Bomba reversible . . . Moto-bomba P E S O Peso neto aproximado . . . Peso bruto con embalaje marítimo Dimensiones de exportación .
1 .400 x 300 mm 3 de 16-H7 56 mm 45e 900 920 290 300 455 460 155
mm mm mm mm mm mm mm
ISA-40 88,88 mm 70 mm 18 Incluida 12 12 - 570 mm/min. 3,5 - 170 mm/min . 3 .000 mm/min . 900 mm/min . 3 6 HP 2 HP Incluida 0,10 HP 2650 kg 2950 kg 2,08 x 1,76 x 2,03
EQUIPO STANDARD Instalación eléctrica completa para 3 fases, voltaje a indicar. Motores de velocidades, avances y motobomba . Pulsadores de arranque y parada.
Instalación completa de refrigeración . Eje portafresas de 22 mm.
Dos soportes_ para apoyo del eje portafresas. Juego de llaves . Manual de instrucciones .
2. Una vez la máquina en marcha : a) Poner atención a cada maniobra ; un breve descuido puede ser ocasión de averia o lesión grave . b) Por ninguna razón se acercará la mano a la fresa mientras está en marcha . Esperar a que esté completamente parada para limpiar, inspeccionar, medir, etc . c) Si por el tipo de trabajo hay proyección de virutas, colocar una protección, para evitar que las virutas lastimen al propio operario o a otros compañeros de trabajo próximos a la máquina . - Emplear anteojos de seguridad . 3. Mantener limpio el suelo en las proximidades de la máquina Los lubricantes, refrigerantes o las virutas esparcidas pueden ser ocasión de lesiones por resbalamiento, puesto que, al perder el equilibrio, se tiende instintivamente a agarrarse a cualquier parte de la máquina .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO - Hacer un estudio comparativo de las distintas máquinas fresadoras universales que hay en tu taller . Destacar sus diferencias constructivas principales. - Dibujar la cadena cinemática de una fresadora del taller y hacer los diagramas de enlace y de velocidades de avances . CUESTIONARIO 1 .1 1 .2 1 .3 1 .4 1 .5 1 .6 1 .7 1 .8 1 .9 1 .10 1 .11 1 .12 1 .13 1 .14
¿En qué consiste la operación de fresado? ¿Qué es una fresadora universal? ¿Qué características fundamentales tiene una fresadora de mesa orientable? ¿Qué características fundamentales tienen las fresadoras de cabezal orientable? Ventajas e inconvenientes del cabezal Huré . Ventajas e inconvenientes del cabezal Gambín . Ventajas e inconvenientes del cabezal de platinas ortogonales . ¿Qué se entiende por mecanismo del movimiento principal? ¿Qué es el mecanismo de avances? ¿Cómo puede ser el sistema de mecanismo de avances? ¿En qué consiste el mecanismo para dar la profundidad de pasada? Enumerar los accesorios principales de una fresadora universal. ¿Qué se entiende por características de una fresadora universal? La seguridad en el trabajo de la fresadora .
Tema 2 .
Herramientas de corte y sus formas de sujeción en la fresadora
OBJETIVOS - Conocer las características de los materiales empleados para la fabricación de las fresas. - Conocer las distintas formas dé fresas y sus posibilidades de trabajo. - Conocer los sistemas de fijación y reglaje de las fresas.
EXPOSICION DEL TEMA 2 .1
Materiales empleados en la fabricación de fresas
La fresa es una herramienta de filos múltiples que deben mantenerse en perfecto estado para realizar un trabajo de calidad y con aceptable dad. Afilar una fresa (tema 23) es productivitrabajo difícil, largo y, en consecuencia, caro . Por otra parte, cada nuevo afilado va disminuyendo la vida de la fresa . que lograr, por lo tanto, que el Hay tiempo entre dos afilados consecutivos sea lo mayor posible. De estas razones se deduce la conveniencia de emplear materiales cuados para la fabricación de fresas, adeasí como los factores de corte más adecuados (tema 3) . Los materiales han de reunir simultáneamente una serie de propiedades muy variadas y, a veces, contradictorias . gran resistencia al desgaste, a la vez que Fundamentalmente, han de tener una una buena tenacidad, y estas propiedades deben mantenerse aun a elevadas temperaturas, ya que en el los metales existe siempre corte de producción de calor. Esta producción de calor es tanto mayor cuanto más rápidamente se produce el corte . El calor se elimina a través de la fresa, de la pieza, del ambiente, y, fundamentalmente, por medio medio del refrigerante empleado ; con los refrigerantes más eficaces pero aun es imposible evitar la elevación de la temperatura en el filo de la herramienta . Sólo algunos materiales son capaces de mantener sus propiedades de corte en estas condiciones tan desfavorables, y aun con ciertas limitaciones . Estos materiales son los aceros al carbono, los aceros aleados, los aceros rápidos y extrarrápidos, los carburos metálicos gunos productos cerámicos (ver y alel tema 8 de Tecnología Mecánica 2.1 . Máquinas Herramientas). 2 .1 .1
Aceros de herramientas La resistencia al desgaste de los aceros se incrementa con la dureza, la cual depende de los constituyentes del acero . Los constituyentes más duros de los aceros son la cementita y la martensita, así como otros carburos metálicos (tema 4 de Tecnología Mecánica 2.1. Máquinas Herramientas). 46
La martensita sólo es estable a temperaturas relativamente bajas (menos de 250 °C ; los carburos, entre ellos la cementita, son estables aun a altas temperaturas. Sólo los aceros ricos en carbono (de más de 0,9 % de C) o ricos en otros componentes son capaces de formar carburos metálicos . En la tabla 2 .1 se recopilan los aceros rápidos especiales para herramientas, según UNE 36-073-75 . Resumiendo, para pequeños trabajos en los que no sea importante el rendimiento y con una buena refrigeración, podrán utilizarse las herramientas de acero al carbono o aleados; pero para trabajos de gran producción, o para fre sas de grandes dimensiones, en los que es difícil lograr una eficaz refrigeración, será necesario emplear aceros rápidos o extrarrápidos. Con tratamientos superficiales, como la sulfinización, se puede mejorar la vida de las herramientas . El efecto de este tratamiento es que hace disminuir el rozamiento entre viruta y herramienta, y entre ésta y la pieza, con lo cual el calor desarrollado es menor . 2 .1 .2
Carburos metálicos
Al estar formados estos materiales, en su mayor parte, por carburos metálicos, presentan las ventajas reseñadas para los aceros rápidos, pero en mayor grado; los principales componentes de estos materiales son : Co, Cr, W y C . La clasificación de estos carburos está normalizada en tres grandes grupos para distintos materiales, de acuerdo con la formación de viruta . En ellos la capacidad de corte en los aspectos de resistencia al desgaste y tenacidad están en oposición ; es decir, que la herramienta muy resistente al desgaste es menos tenaz, y al revés . Todo esto queda resumido en las tablas 2.2A y B de la norma UNE 16100 . La obtención de los carburos metálicos se lleva a cabo según las técnicas de la metalurgia de los polvos y de la sinterización; el acabado final se tiene que realizar por abrasión . No admiten temple, pero sí algunos tratamientos superficiales que aumentan su capacidad de resistencia a la abrasión . Para obtener una buena productividad es muy importante emplear el grupo o calidad adecuada, así como lograr un trabajo sin golpes ni vibraciones, dando por descontado que existe un correcto afilado y una buena conservación . Las plaquitas, aunque sean de forma especial para soldar directamente al cuerpo de la fresa, o para formar platos de cuchillas con fijación mecánica, están normalizadas según la norma UNE 16101 que concuerda con la ISO/R 242 (tabla 2 .3) . Tabla 2 .1
Aceros especiales para la fabricación de fresas . Aceros rápidos
Composición química Designación Numérica
Simbólica
F-5520 F-5530 F-5540 F-5553 F-5563
18-0-1 18-1-1-5 18-0-2-10 10-4-3-10 12-1-5-5
Da tos tecnológicos
Composición química (ti %W
%Mo
%V
%Co
Dales 11.1 . en estada de recocido
Ha
Temperatura 'C de temple
Acero rápidos al volframio 0,73/0,83 0,7510,85 0,75/0,85 1,20/1,35 1,40/1,55
3,5014,50 3,50/4,50
17,20/18,70 17,20/18,70
3,50/4,50 3,50/4,50
17,20/18,70 9,00/10,50 11,50/13,00
3,8014,80
-
de revenido
Medo d temple
Dareza'M . en
esrodo de temple v revenido HRC
Aceros rápidos al volframio 270 290
0,50/0,80 1,00 máx. (2) 3,20/3,90 0,70/1,00
290 290 280
Aceros rápidos al molibdeno F-5603 F-5605 F-5607
6-5-2 6-5-3 2-9-2
0,82/0,92 1,15 / 1,30 0,95/1,05
F-5611 F-5613 F-5615 F-5617
2-9-2-8 6-5-2-5 7-4-2-5 2-10-1-8
0,8510,95 0,85/0,95 1,05/1,50 1,05/1,20
3,50/4,50 3,50/4,50 3,5014,50
5,70/6,70 5,70/6,70 1,5012,10
4,60/5,30 4,60/5,30 8,2019,20
Acero rápidos al molibdeno-cobalto
(1) (2)
3,50/4,50 ~ 3,50/4,50 3,50/4,50 3,50/4,50
1,70/2,20 5,70/6,70 6,40/7,40 1,30/1,80
8,00/ 9,00 4,70/ 5,40 3,50/ 4,20 9,00/10,00
Aceros rápidos al molibdeno-cobalto 1,75/2,05 1,70/2,20 1,70/2,20 0,90/1_40
1
7,75/8,75 4,70/5,20 4,50/5,30 7,50/8_5
Para todos los aceros, los contenidos máximos en Si, Mn, P y S serán 0,45 %, 0,40 %, 0,030 % y 0,030 % respectivamente . Opcional .
Conespom dencie con AISl
Tabla 2,2A
Letra
Características del metal duro
Grupo principal de arranque de viruta
p - Materiales -férreos . de viruta- larga. ---. -M
Materiales férreos de viruta larga o corta.
K
Materiales férreos de viruta corta, metales no férreos, materiales no metálicos.
Amarillo Rojo
Tabla 2.2131 Calidades y aplicaciones del metal duro Materia/
Condiciones de trabajo Acabado finísimo para torneado y taladrado, altas velocidades de corte, pequeños avances ; grandes exigencias de exactitud de medida y calidad de acabado de las superficies ; trabajos exentos de vibración .
S 1
Acero, acero moldeado .
S 2
Acero, acero moldeado, fundición maleable de viruta larga,
S 3
Acero, acero moldeado, fundición ruta larga . Acero, acero moldeado y porosidades .
con
maleable de vi-
inclusiones
de
arena
Acero, acero moldeado de mediana a baja resistencia al desgaste, con inclusiones de arena y porosidades.
Acero, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris aleada . Acero, aceros austeníticos, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris, fundición gris esferoidal, fundición maleable . Acero, aceros austeníticos, aleaciones de elevada resistencia al calor, acero moldeado, fundición gris .
Aceros de más baja resistencia, aceros blandos para máquinas automáticas, metales no ferrosos .
Torneado, torneado de forma, tronzado, mente para máquinas automáticas .
especial-
Acero templado, fundición gris, D . B . >, 220 kg/mm1, fundición maleable de viruta corta, aleación de cobre, aleaciones de aluminio con contenido de silicio, materiales sintéticos, ebonita, papel prensado, vidrio, porcelana, roca .
Torneado, taladrado, do y rasqueteado .
Fundición gris, con D . B . ~ 220 kg/mm 1 , cobre, latón, aluminio, otros metales no terrosos, madera contrachapada fuertemente abrasiva .
Torneado, cepillado, avellanado, escariado, fresado, en trabajos que exigen elevada tenacidad del metal duro .
de
baja
Metales no terrosos, maderas duras en estado natural .
m 72
m
d
c m
c
É Q
cd
E C
ó m UY~ c Ñ E2^oE C ~= y
Q =mv
m, vm ó c-p , d-O E_ ¢
Torneado, acabado finisimo para torneado y drado, fresado fino, rasqueteado .
gris
v
v m
Torneado, medianas a elevadas velocidades de corte, pequeños 'á medianos avances .
corte
d
w
Torneado, cepillado, mortajado, para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento de viruta, condiciones de trabajo desfavorables, máxima exigencia a la tenacidad del metal duro.
de
m m E
m
Torneado, cepillado, mortajado y en algunos casos para trabajos en máquinas automáticas, bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad de aumentar el ángulo de desprendimiento de virutas, condiciones de trabajo desfavorables (1) .
Torneado, cepillado fresado, velocidades medianas a grandes avances .
E d
N d
Torneado . cepillado, fresado, medianas a bajas velocidades de corte, medianos a grandes avances también en condiciones de trabajo menos favora-; bles (1) .
Acero templado, fundición dura de coquillas, con dureza - 60 Re (~ 85 Shore), fundición gris de elevada dureza, aleaciones de aluminio con gran contenido de silicio, materiales sintéticos muy abrasivos, papel prensado, materiales cerámicos .
Acero de baja resistencia, fundición dureza, madera contrachapada . G 2
Torneado, torneado con copiador, fresado, medianas velocidades de corte, avances medianos, cepillado con pequeños avances .
Torneado, cepillado, fresado, velocidades de corte medianas, medianos avances .
0
m
Torneado, torneado con copia, fileteado, así como fresado, altas velocidades de corte, pequeños a medianos avances.
E v
talaó
avellanado,
escariado,
v
fresa-
Torneado ; cepillado, mortajado, fresado, posibidad de gran ángulo de desprendimiento viruta, para condiciones de trabajo desfavorables de (1) . Torneado, cepillado, mortajadq, posibilidad de mayor ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1) .
cm 2iE N
vv
c m E mm v
m
10
N f0
E a
E Q
_~
Qm
f
(1) Materiales irregulares, ejemplo, corteza de fundición y de forja, durezas sometidos a vibraciones : piezas por variables, etc ., profundidades de corte variables, cortes interrumpidos, trabajos ovaladas . (2) La denominación antigua H 2 correspondería a un K 05 intermedio entre el K 01 y el K 10 .
Tabla 2 .3
Dimensiones normalizadas de las plaquetas de metal duro UNE 16 101
Típos
A y B
Longitud nomina/
h
3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 .1 .3
C
6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
D
r
4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
E h
b
6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
2 2,5 3 4 5 6 7 8 10 12 14
4 5 6 8 10 12 14 18 22 25
3,5 4,5 5,5 6,5 8,5 10,5 12,5
4 5 6 8 10 12
8 10 12 14 16 18 20
5 6 8 10 12 16 20 25 32
2,5 3 3,5 4 5 6 7 8 9 10
10 12 14 16 18 20 22 25 28 32
Materiales cerámicos
Son los materiales más modernos empleados para herramientas de corte, y se obtienen por sinterizado de óxido de aluminio (80 %) y de óxidos de Cr, Ti y otros . Son muy resistentes aun a altas temperaturas, manteniendo la capacidad de corte por encima de los 1200 °C, razón por la cual pueden trabajar a velocidades de corte muy superiores incluso a la de los carburos metálicos . Por el contrario, son muy frágiles, por lo cual los sistemas de fijación y las máquinas han de ser muy robustos y exentos de vibraciones . No suelen reafilarse, son de formas prismáticas con varios filos y, aunque se pueden soldar tras un recubrimiento previo con plata, suelen emplearse con fijación mecánica, de tal manera que, inutilizada una arista cortante, se cambia de posición sin más problemas, y así sucesivamente hasta agotar todas las aristas ; luego se desechan . 2 .1 .3 .1
Designación normalizada de las plaquetas
Para lograr una perfecta intercambiabilidad, las plaquitas, tanto de metal duro como las cerámicas de fijación mecánica, han de reunir unas caracteristicas muy estrictas . En la norma UNE 16-113-75 se da el código de designación, así como su correcta interpretación . 49 4.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
El código de esta norma emplea nueve símbolos, a saber:
1
2
3
4
5
6
7
8
9 LI Letra característica de la dirección de corte. >- Letra característica de la configuración de la arista de corte.
Fig. 2.4A Características geométricas de un diente fresado: 1, superficie de ataque o desprendimiento ; 2, superficie principal de incidencia ; 3, superficie secundaria de incidencia; 4, superficie de desahogo; 5, radio de fondo .
r Número o letra característica de la configuración de la punta de corte .
Número característico del grueso de la plaquita . Número característico del tamaño de la plaquita .
s Letra característica de las condiciones de la cara de desprendimiento y/o de la fijación .
Letra característica de las tolerancias. Fig. 2.48 Ángulos de un diente: A, ángulo de incidencia principal; A, ángulo de incidencia secundario; C, ángulo de desprendimiento .
Letra característica del ángulo de incidencia . >- Letra característica de la forma . Ejemplo: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Placa de corte: T - P-G-N-16-03-08-E-N
s Dirección de corte: derecha e izquierda .
~- Arista de corte: redondeada . - Radio de la punta : 0,8 mm . *- Grueso de la plaquita : 3,18 mm . Longitud del lado : 16,5 mm . Condiciones de la cara de desprendimiento : ninguna . Agujero de fijación : ninguno. Tolerancias : m = ± 0,025 mm ; s = ±0,1301 . Angulo de incidencia : 11 1 . Forma : triangular . El material no forma parte de este código ; por tanto, los símbolos de material podrán ser añadidos por el fabricante a continuación de la designación de la forma y dimensiones (Ver tema 8 de Tecnología del Metal 2. 1. Máquinas Herramientas). En la norma UNE 16-117-75 se dan las dimensiones de las plaquitas cuadradas de fijación mecánica tipos : SNCN-SNAN-SPCN y SPAN. Fig, 2.58
f m, hace mención a la situación de la punta activa de corte respecto a la referencia de fijación . s, hace mención al espesor de la plaquita en mm .
50
El diamante
2.1 .4
Sólo se utiliza para trabajos de acabados y de gran precisión en contadas ocasiones o en técnicas especiales . Es, por supuesto, el más duro de los materiales y se emplea siempre soldado en herramientas individuales o embebido en metales, como en las muelas abrasivas (tema 13) . 2.2
Clasificación de las fresas por sus dientes
Según este criterio las fresas se clasifican en tres grupos : - Fresas con dientes fresados . - Fresas con dientes destalonados . - Fresas de dientes postizos . Dentro de esta clasificación general existen numerosos tipos de dientes (ver catálogos de casas comerciales) . 2.2 .1
Fresas de dientes fresados
Se llaman así porque la forma fundamental de los dientes se obtiene por fresado . Cada uno de ellos está definido por varios planos, cuyas intersecciones constituyen las aristas de corte o las secundarias. Cada diente, como es sabido, se comporta igual que una herramienta simple de uno o más filos. La cara frontal (fig . 2.4A y B) determina el ángulo de desprendimiento, de importancia decisiva en el corte de la viruta y en la facilidad de evacuación de la misma . La superficie de incidencia determina con la anterior el ángulo de la cuña cortante ; también existe, casi siempre, una superficie de incidencia secundaria para que el diente no talone . El dorso del diente debe tener, a su vez, la inclinación adecuada para que el espacio entre dientes contiguos permita el almacenamiento de viruta sin merma, por supuesto, de la robustez que el trabajo de fresado exige a la herramienta (fig . 2 .4C) . 2 .2 .1 .1
Fig. 2.5C Efectos de corte brusco de la viruta con una fresa de díente recto.
Fig. 2.513 Corte progresivo de la viruta con una fresa helicoidal.
Fresas cilíndricas para planear
Pueden ser de dientes rectos (fig . 2 .5A) o de dientes helicoidales (UNE 16-201-75 o DIN 884) (fig . 2.513) . 1 . Fresas cilíndricas de dientes rectos . Los dientes rectos tienen el inconveniente de entrar y salir con brusquedad del contacto con la pieza, lo que da lugar a sacudidas y vibraciones y, en consecuencia, engendran superficies fresadas onduladas e irregulares (fig . 2.5C) .
Fig. 2.68 Influencia de la inclinación del díente en la fuerza de corte.
2 . Fresas cilíndricas de dientes helicoidales . Los dientes helicoidales eliminan estos inconvenientes porque trabajan de manera progresiva (fig . 2.513) aunque ; por otro lado, producen esfuerzos axiales (fig . 2.6A y B) que pueden llegar a ser considerables . Por esta razón el ángulo de la hélice debe ser lo más pequeño posible (fig . 2.613) . El sentido de la hélice y el sentido de giro deben ser tales que el empuje axial se produzca en el sentido más favorable . Al montar la fresa, se procura que ésta se halle lo más cerca posible del soporte hacia el cual se dirija el empuje (fig . 2.7A) y, si esto no es viable, se colocan soportes intermedios auxiliares (fig . 2.713) .
Fig. 2. 7A
Fig. 2. 78
3 . Fresas helicoidales acopladas. Son fresas helicoidales de hélice contraria, acopladas dos a dos, para que la inclinación opuesta de los dientes de cada una contrarreste el empuje en sentido contrario que la otra ocasiona (fig . 2 .8). Están normalizadas en UNE 16-202-75 y DIN 1892 . 51
Fig. 2.8
Montajes correctos
corte : izquierda hélice : derecha
corte : derecha hélice : izquierda
giro izquierda
giro derecha
Montajes incorrectos
corte : izquierda hélice : izquierda
Fig . 2.6A
giro izquierda
corte : derecha hélice : derecha
giro derecha
Dirección de los esfuerzos axiales en el fresado con fresa helicoidal.
4 . Fresas con muescas rompevirutas. Para evitar virutas largas, siempre difíciles de evacuar, se fabrican fresas cilíndricas de diente helicoidal con muescas rompevirutas (fig . 2 .9).
Fig . 2.9
5 . Angulos de afilado . Los ángulos de afilado dependen del material a trabajar (tabla 2 .10) . Cuando el rendimiento no sea un factor excesivamente importante pueden emplearse fresas preparadas para trabajar un material distinto al utilizado . No obstante, conviene recordar que el latón y el bronce, por citar unos ejemplos, son muy exigentes y obligan a emplear herramientas afiladas a propósito . 6. Normalización . Para facilitar la fijación y el arrastre, las fresas suelen ser de agujero cilíndrico y chaveta longitudinal . Las designaciones normalizadas son, por ejemplo: - Fresa cilíndrica de planear, de un corte, con arrastre por chaveta, de 80 mm de diámetro exterior y 63 mm de longitud : Fresa para planear 80 x 63 UNE 16-201-75 - Fresa cilíndrica acoplada para planear, con arrastre por chaveta, de diámetro exterior 80 mm y de 125 mm de longitud : Fresa acoplada para planear 80 x 125 UNE 16-202-75 52
Tabla 2.10
Tipo
de fresas
Valores de los ángulos de corte y número de dientes recomendados para distintos tipos de fresas de acero extrarrápido
Para hierro, acero y materiales no férreos
Ángulos de corte D = Diámetro exterior 1 para aceros normales ~z, = para aceros normales 2 para materiales N.° de z2 = para materiales duros y tenaces duros y tenaces dientes L z3 = para metales ligeros 3 para metales Agujero = d : Cono Morse = Mk ligeros Diámetro del vástago = d Á C_[ /i
Para metales ligeros
1 2
Fresas cilíndricas
3
5°
Fresas cilíndricas frontales
Fresas cónicas frontales
Fresas de disco
1
5°
2 3
3° 7"
1
5°
3
Fresas de vástago y de punta
Fresas para ranuras en T Fresas para ranuras de chaveta Fresas para agujeros largos Platos de cuchillas
z2
z, d D
z3 z2 Z3
d
D z,
12° 1215° 3° 5° 912° 6- 25° 208o 30°
D z,
40 6 8 4 16
50 6 8 4 22
60 6 10 5 27
75 6 10 5 32
90 110 130 150 8 10 12 12 12 14 14 16 6 8 8 8 40 40 50 50
40 8 12 6 16
50 8 12 6 22
60 10 14 7 27
75 10 16 8 27
90 110 130 150 12 14 14 16 18 20 22 24 9 10 10 12 32 32 40 40
65 6 9 6 16
75 90 110 7 8 9 10 12 14 6 7 8 22 . 27 32
z2
Z3
d
60 8 16 6 16
z2
z, d
75 10 18 7 22
90 110 130 150 175 200 12 14 16 18 20 20 20 22 24 26 28 30 8 10 10 12 12 14 22 27 27 32 40 40
D z,
100 130 175 210 9 9 8 8
z2
Z3
xTiT~T~7aTi
d
10° 2 3 1
Sierras circulares
D z,
10° 1012° 5° 5° 25 15°
1 2 3
'ÍyppÍl~il~~lll~~ ~III~II IIIII~IIIIIIIIII
íl
Fresas de forma
2 3
10° 1520° 3° 5° 15° 8' 25° 35°
2
~wwry Fresas madre
4° 10° 4045 3° 5° 3540' 6° 25° 5060-
2 3
010° 10° 0° 15° hasta 205°
510 1 3° 038° 15 1 5°
2 3
2 3
1
2 3
d
D
5°
5°
1015° 4° 3° 88° 20° 1520° 5°
12°
010° 3° 8° 0° 8° 25" 1025°
60 8 8 6 22
60 80 100 1150 44- 54- 64- 8434 1 40 48 56 Ancho 1-3,5 5-4 Z3 18 22 26 26 d 16 22 27 32 ~
z,
8°
Véase fresas de disco
50 7 8 5 22
Z3
15- D 25° z, 3° 9° 8' z 2 8' 20° 20 z3 30 Mk
1 2 3 1
D
Z, Z2
10 4 6 3
14 4 6 3
Cilíndrico
20 6 8 4 2
24 6 8 4 3
70 9 10 6 22
80 9 10 8 22
200 1250 104- 12464 i 80 2-5 42 48 32 40 30 6 10 5 3
36 6 10 5 4
90 10 12 8 27 3001 13688 2,5-6 52 40
mm
40 6 10 5 4
D
Zi z2
Z3
Mk D z,
z2 z3
d
D z, z2 Z3
d
hasta 14 mm, desde 16 mm dientes, también 3-4 dientes
2
hasta
2 14
dientes mm, cilíndrico
16,1 200 250 320 10 12 14 16 12 14 16 20 3 4 5 6
2.2 .1 .2
Fresas cilíndricas de corte tangencial y frontal
Pueden ser de varias formas constructivas, a saber : - Agujero . Para diámetro desde 30 a 150 mm . DIN 1880 y 841 (fig . 2 .11) . - Mango cilíndrico. Para diámetros de 2 a 20 mm . DIN 844 (fig . 2.12) . - Mango cónico. Para diámetros de 6 a 40 mm . DIN 845A y B (fig . 2.13) .
Fig. 2.12 Fresa de dos cortes de mango cilíndrico : 1, fresa; 2, aplicaciones .
Fig . 2. 11 Fresa cilíndrica de dos cortes : 1, forma; 2 y 3, métodos de trabajo .
Estas fresas pueden trabajar frontal y tangencialmente (fig . 2.14A y B) . Lo normal es que los dientes tangenciales sean helicoidales . El sentido de la hélice y el de giro deben ser tales que el empuje axial resultante se dirija hacia el mango de la fresa (fig . 2 .14A) aunque en algunos casos también se admite lo contrario (fig . 2 .148) . Si el empuje axial es hacia la cara frontal de corte, la fresa deberá llevar forzosamente un agujero roscado en el mango, para mantenerla sujeta en su asiento por medio de un tirante (fig . 2 .14C) .
Fig . 2.13 Fresa de dos cortes de mango cónico : 1, fresa; 2, aplicación .
Fig . 2.14A
Fig . 2 .14 B
1 . Angulos de afilado . En la tabla 2.10 se indican los ángulos más convenientes para mecanizar los materiales más empleados.
me
2 . Fresas frontales de mango . Una variedad interesante de las mismas es la fresa de dos filos, de diente recto DIN 326 y 327 (fig . 2 .15A) y de diente helicoidal DIN 844 (fig . 2 .1513), que se emplean preferentemente para agujeros ciegos y para ranuras ciegas (chaveteros . . .) o pasantes . Tienen la ventaja de ser robustas, a la vez que resultan fáciles de afilar y facilitan la salida de la viruta . 3. Fresas de gran producción . Para desbastar con gran rendimiento se emplean actualmente fresas de acero superrápido al cobalto DIN 2080 (fig . 2 .16) . Los rebajes en los dientes permiten reducir la fuerza de corte necesaria y fragmentar eficazmente la viruta, lo que se traduce en un incremento de la velocidad de corte, el avance y la profundidad de pasada .
Fig . 2.15A
Fig. 2.16
Fig. 2.158 Fresa de dos cortes de mango cilíndrico de diente helicoidal: 1, fresa ; 2, aplicación .
4. Normalización . Las fresas de mango están normalizadas en UNE 16-013-75 y en UNE 16-017-75 a 16-023-75. Las designaciones a emplear aparecen en cada una de las normas . Así para una fresa cilíndrico-frontal de corte a derechas, mango cilíndrico, diámetro D = 12 mm y de 103 mm de longitud, se escribirá : Fresa cilíndrico-frontal 12 x 103 UNE 16-017-75
l
Una fresa cilíndrico-frontal corta, de dos labios y mango cónico Morse roscado, de 12 mm de diámetro D y longitud total L = 92 mm, se designará, según lo dicho, por: Fresa cilín d ri co-fro ntal 12 x 92 UNE 1 6-018- 75 2.2 .1 .3
1
Fresas de disco
Fig . 2 .17A Fresa de disco de tres cortes : 1, fresa; 2, aplicación .
Se denominan así las fresas cilíndricas cuya longitud es relativamente pequeña comparada con su diámetro (fig . 2 .17) ; pueden ser de : - Tres cortes DIN 885 A y B - 1831-1847 y 1848 (fig . 2.17A) . - Dos cortes (fig . 2.1713) . - Un corte DIN 1 890 (fig . 2.17C) .
3
1
2
Fig. 2.178 Fresa de disco de dos cortes : 1, corte a izquierdas, 2, corte alternativo .
Fig . 2.17C
Fresa de disco de un corte: 1, fresa; 2, aplicación .
1ELT
g 1
"
Fig . 2.188 Forma de montaje de una sierra de disco .
1. Sierras o fresas de disco de uno, dos o tres cortes . Las fresas de un solo corte suelen emplearse para pequeños espesores, en cuyo caso se les suele llamar sierras de disco DIN 1837-1838 y 1840 (fig . 2.18A) .
1" 2
Fig. 2.18A
Fig . 2.18C Ángulos del diente en una sierra de disco .
3
Tres tipos de sierras de disco .
La sierra de disco DIN 1837A, trabajando como fresa, tiene el inconveniente de que, cuando se emplea para hacer ranuras (sobre todo si éstas son profundas), las caras laterales rozan con la pieza, produciendo mucho calor. Sin embargo, tiene la ventaja de que se enfría fácilmente . Este inconveniente queda salvado empleando los discos de sierra DIN 1 837 B y DIN 1838 . Para el troceado en máquinas de serrar automáticamente, se emplean sierras o fresas de disco más robustas (fig . 2.18E y F), también con dientes postizos (fig . 2.18G) o bien con sectores postizos (fig . 2 .18H) . - Empleo de las fresas de tres cortes . Las fresas de tres cortes se emplean fundamentalmnte para el fresado de ranuras; los dientes laterales repasan las superficies abiertas por los dientes longitudinales . Los cortes laterales, ade-
Fig. 2.18E
Fig. 2.18 F
Fig. 2.18 G 55
Fig. 2.18D Forma de trabajo de una sierra de disco.
más de dejar mejor alisadas las caras de la ranura, producen mucho menos calor que las de un solo corte. - Tipos de fresas de tres cortes. Pueden ser de ancho fijo o de ancho graduable. La de ancho fijo tiene el inconveniente de que sólo sirve para hacer ranuras de una medida fija ; además, después de cada refilado, la fresa va haciéndose más estrecha . La graduable o acoplable DIN 1 891 (fig . 2 .19) está formada por dos discos entre los cuales se pueden poner arandelas separadoras para ajustar el ancho a voluntad, lógicamente, entre pequeños límites .
ra A-A
amo
Fig. 2. 19
Fig. 2.18H
Para pequeños rendimientos los dientes tangenciales se hacen rectos (DIN 885) ; para mayores rendimientos los dientes se construyen alternados a derecha e izquierda (DIN 885) (fig .2 .20) . En este caso, los dientes laterales son prácti camente la mitad que en caso de dientes rectos ; ello es favorable, ya que el menor contacto con la pieza disminuye el peligro de calentamiento, a la vez que el afilado es más fácil y rápido . - Empleo de las fresas de dos cortes . Las fresas de dos cortes se emplean fundamentalmente para rebajes o escalones laterales, ya sea individualmente o bien para montajes con otras fresas como en la figura 2 .21 . El dentado de la periferia puede ser helicoidal, a la derecha o a la izquierda . Cuando van acopladas como en la figura 2 .21, el dentado debe ser una a la derecha y otra, a la izquierda, con el fin de lograr la compensación de los esfuerzos axiales.
Fig. 2.21
2 . Designación normalizada de las fresas de disco . Algunas de estas fresas están ya contenidas en las normas UNE. Así en la UNE 16-200-75 están normalizadas las de tres cortes con arrastre por chaveta . Las designaciones se efectúan de acuerdo con las normas ; así por ejemplo: Para una fresa cilíndrica de tres cortes, con arrastre por chaveta, de 80 mm de diámetro y ancho de 10 mm :
I
15
Fresa tres cortes 80 x 10 UNE 16-200-75
Para una fresa cilíndrica de tres cortes, con dentado, alternado en doble hélice, con arrastre por chaveta, de 80 mm de diámetro y 10 mm de espesor : Fresa tres cortes, dentado alterno, 80 x 10 UNE 16-200-75 Detalle A
Fig. 2.22 Fresas de mango para ranurar: 1, de mango cónico de dos cortes; 2, de mango cónico de tres cortes; 3, aplicación .
Fig. 2.23 Fresa de mango cilíndrico para ranurar: 1, fresa; 2, aplicación .
Todas las fresas normalizadas deben llevar el marcado de acuerdo con la norma correspondiente . 3. Fresas de mango para ranurar. Dentro de las fresas de disco, se pueden catalogar las de mango para ranuras en T DIN 851 y 650 (fig . 2 .22), que en último término son fresas de tres cortes con arrastre por mango . Similares a éstas, pero en general de un solo corte, son las fresas de mango para ranuras circulares para chavetas DIN 6888 (fig . 2.23) . Pueden ser de mango cónico o cilíndrico . 2.2 .1 .4
Fresas angulares
Pueden dividirse en estos grupos principales : - Fresa angular isósceles DIN 847 (fig . 2.24A) . - Fresa angular bicónica DIN 182313 (fig . 2 .2413) . 56
- Fresa frontal de ángulo DIN 842 y 1 823A (fig . 2.24C) . - Fresa cónica de mango DIN 1 833A y B (fig . 2.24D) .
Fig. 2.24 8
Fig. 2.24 A
Fig . 2.24C Fresas angulares : 1, de dos cortes para montaje al aire; 2, para montaje en árbol portafresas; 3, para arrastre por chaveta transversal.
Fig. 2 .24 D
Se emplean fundamental(fig . 2 .25A) . mente para ranuras prismáticas Para el fresado de herramientas se suelen emplear fresas isósceles DIN 1 824 con la punta redondeada, como las de la figura 2.2513, con ángulos de 18°, 24° ó 30° . 1.
Empleo de las fresas angulares isósceles .
Fig . 2.25A
Fig . 2.258 Fresa angular isósceles : 1, fresa; 2, aplica ción.
Se emplean para el tallado 2. Empleo de las fresas angulares bicónicas . de ranuras de fresas, ya sean rectas (fig . 2 .26A), ya helicoidales (fig . 2.2613) .
Fig. 2.26A
Se emplean para ranuras3. Empleo de las fresas frontales de ángulo . guías de máquinas (fig . 2 .27A) . Suelen montarse sobre ejes al aire, formando un conjunto de fresa con mango . Para el tallado de ranuras de herramientas (fig . 2 .2713) suelen hacerse de diámetro menor y en estos casos el montaje puede hacerse en árboles largos con apoyo. Se emplean para ranuras se pueden emplear ocasiones también de herramientas (fig . 2 .28A) y en algunas (fig . 2.2813) En la figura 2.28C dimensiones . ranuras de guía de pequeñas para se representa una fresa de mango para achaflanar . 4.
Empleo de las fresas cónicas de mango .
Fig . 2 .27A
Fig. 2.288 Fig . 2 .28A
Fig . 2.278
Fig . 2,28C 57
2 .2 .2
Fresas de perfil constante de dientes destalonados
Para algunos trabajos de fresado, es necesario que la fresa reproduzca en la pieza el mismo perfil de la fresa, aun después de sucesivos afilados . Así debe ser para fresas de redondear DIN 855 y 856 cóncavas y convexas (fig . 2.29A), para las de dentar engranajes DIN 1821 (fig . 2.2913), etc . Esto se logra con las llamadas fresas de perfil constante de dientes destalonados . fresa convexa
Fig. 2.29A
Fig . 2 .298
El perfil constante se consigue por torneado con una herramienta que produce en los planos radiales el perfil deseado (fig . 2 .30) . El destalonado se logra haciendo que esta herramienta siga una directriz adecuada . Las directrices empleadas pueden ser rectas o curvas .
Fig. 2.31 Inconveniente del destalonado recto debido a la reducción progresiva del ángulo de incidencia .
n.
fg A-D-n
Fig . 2.30
Destalonado de fresas en el torno.
1 . Destalonado recto . El destalonado recto tiene el inconveniente de que en los sucesivos afilados, el ángulo de incidencia se hace cada vez menor (fig . 2 .31) .
2. Destalonado curvo con espiral logarítmica . El destalonado curvo salva esta dificultad, si se elige adecuadamente la curva directriz. La curva ideal es la espiral logarítmica que tiene la propiedad de que la tangente a la curva, en cualquier punto, forma un ángulo constante con el radio vector (fig . 2.32), es decir, que el ángulo de incidencia es el mismo durante toda la vida del diente .
2
Fig . 2.32 1 . Espiral logarítmica. Cada radio vector forma con la tangente a la espiral t un ángulo constante B . 2, aplicación a una fresa destalonada .
3. Destalonado curvo con espiral de Arquímedes o evolvente de círculo. Como quiera que el trozo de espiral empleada es muy pequeña, puede sustituirse la curva logarítmica por otra más fácil de obtener. En la práctica se emplea la espiral de Arquímedes o la evolvente de círculo. 4. Afilado. Lo más importante de estas fresas es que el afilado debe hacerse siempre sobre un plano radial (fig . 2.33A) y con divisiones centrales exactas (fig . 2.3313) ; lo primero, para que el perfil sea siempre igual; lo segun do, para que el perfil de cada diente quede a la misma distancia del centro y así trabajen todos por igual . 5. Inconveniente de la fresa de destalonado curvo con perfil constante. Un grave inconveniente de estas fresas es que el destalonado (quitar el talón del diente, para que no roce o talone la parte posterior del diente) no produce el mismo ángulo de incidencia a lo largo de todo el corte. Esto se hace más patente en las fresas con perfiles complejos (ver tema 8 de Tecnología Mecánica 2. 1 Máquinas Herramientas, apartado 8 .4 .7) .
Fig. 2.33A Superficies de desprendimiento sucesivas, situadas correctamente sobre planos radiales .
Así para una fresa de perfil semicircular (fig . 2 .34A), que tenga un ángulo de despulla o incidencia de ¿:A = 10° en el punto A, a lo largo del corte, varía el ángulo hasta llegar a valer £B = 0° en B.
Fig. 2.34A
Fig. 2.33B
Variación del ángulo de incidencia á lo largo del perfil de corte.
Según la figura puede calcularse el ángulo de incidencia correspondiente a cualquier punto; por ejemplo M: a
R - cos ó
[11
a=b-t9FM
[21
pero también
igualando [11 y [21 se tiene: ,tg£M
R- cos ó= b
[31
de donde tg C M
= b cos
ó
[41
Pero R = tg b
LA
valor que, sustituido en (4), resulta : tg
EM
=t g
sA
.
cos ó
[51 59
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 1
Hallar el ángulo de incidencia real de una fresa semicircular destalonada (fig . 2 .3413) en los puntos M, M2 y B, si están situados en los ángulos d, = 30°, d2 = 60° y d3 = 90° respectivamente, respecto al punto A, siendo el ángulo de incidencia en A: = 10° . EA
Solución :
Fig . 2. 34 B
Aplicando la fórmula [51 para cada uno de los casos, se tiene :
Primer caso:
Punto M I y d, = 30° : tg EMS = tg £ A cos = tg 10° - cos 30° = 0,176 x 0,866 = 0,152, de donde: óMi c m , = 8,68° . Valor aceptable .
Segundo caso :
Punto M2 y d2 = 60° : tg EM2 = tg 10° . cos 60° = 0,176 x 0,5 = 0,0881 desfavorable .
y EM2 =
1,75° . Valor muy
Tercer caso:
Punto B y d 3 = 90° : tu £a = tu 10° ~ cos 90° = 0,176 x 0 = 0 , y, por tanto ~ a = 0° . Por supuesto inadecuado para trabajar .
Fig. 2.35
6 . Grupos de fresas . Para evitar estas variaciones tan desfavorables en fresas con formas muy complejas o con fuertes variaciones de pendiente en el perfil, se recomienda emplear grupos de fresas compuestas por varias fresas simples unidas entre sí (fig . 2 .35) .
Fig. 2.36A
7. Consecuencias de carácter práctico. De todo lo expuesto se deduce lo siguiente: - Estas fresas tienen normalmente ángulo de desprendimiento nulo . - El ángulo de incidencia resulta poco favorable en muchos casos. - La velocidad de fresado se reduce considerablemente para que la duración entre afilados consecutivos sea lo mayor posible . Por estas razones, el rendimiento de estas fresas, si se comparan con las otras, es en general pequeño, razón por la cual debe limitarse su empleo a los casos imprescindibles . 8 . Aplicaciones. En la fresas más empleadas, entre sean de disco (fig . 2 .36A, B, o, fresa madre (figs. 2.42A ; B,
figura 2 .36 se muestran algunos perfiles de las las que destacan las de módulo (fig . 2.2913) ya C, D, E y F) ya sean las llamadas de generación 2.43 y 2 .44) .
MEN rA
Fig . 2.36D
Fig. 2. 36 C
2 .2 .3 Fig . 2.37A
Fig . 2.378
i
ú" N J/IN
Fig . 2 .36E
.-,
Fig . 2.36E
Fresas de dientes postizos
Para fresas de grandes dimensiones, resulta antieconómico construirlas totalmente de material de la misma calidad. En estos casos se emplean fresas con el cuerpo de acero de construcción tenaz, y sólo los dientes se hacen de acero de herramientas o de metal duro . Se emplean dos tipos de diente postizo : diente postizo permanente o soldado (fig . 2 .37A) y diente recambiable o de fijación mecánica (fig . 2 .3713) . Cuando la fresa de dientes postizos es de eje vertical, o mejor dicho, preparada para el fresado plano frontal, recibe el nombre de plato de cuchillas. En este tipo de fresas es muy importante la colocación de los elementos postizos de corte, que deben ser perfectamente concéntricos , para que el fresado tenga la calidad y el rendimiento requeridos . 60
2 .2 .3 .1
Platos de cuchillas recambiables
Los sistemas de fijación de las cuchillas al cuerpo son muy variados (fig . 2 .38) . Todos ellos, como es lógico, están encaminados a garantizar una fijación segura y el cambio rápido y preciso del elemento de corte.
Fig. 2.38 Fijación mecánica de cuchillas y plaquitas: 1, plato de cuchillas, 2, 3 y 4, diversos sistemas de montaje. 1 . Afilado de las plaquetas. Las cuchillas y plaquetas afilables sé repasan una vez colocadas en posición (ver tema de afilado) . Los platos con plaquitas de metal duro no reafilables o las cerámicas deben tener un sistema de colo cación y fijación muy preciso ya que, al no reafilarse, se perdería mucho tiempo para el montaje correcto si el sistema no fuese adecuado . Por esta misma razón, las plaquitas se fabrican con tolerancias muy estrechas en las aristas cortantes (Norma UNE 16-113-75) . 2 . Número de plaquitas. El número de dientes puede ser muy variado y oscilar de 4 a 80 aproximadamente; depende de las formas y tamaños de las plaquitas. 3 . Fijación de los platos de cuchilla . Su fijación a la máquina puede ser como las fresas enterizas, pero lo más frecuente es que vayan montados en mangos de acero, o bien se pueden fijar directamente al eje de la fresadora (Ver apartado 2.3 y siguientes) . 2.2 .3 .2
Disposición de las cuchillas en el fresado frontal
Hay dos formas de disponer las cuchillas en los platos de fresado frontal: de forma equidistante y de forma escalonada . En la primera forma todas las cuchillas son exactamente iguales, con el mismo saliente y a igual distancia del eje. En la forma escalonada cada cuchilla está un poco más cerca del centro que la anterior, formando una especie de espiral (fig . 2.39A) ; al mismo tiempo, cada cuchilla sobresale un poco por encima de la anterior, de modo que la que está más cerca del centro es al mismo tiempo la más saliente . Cuando las cuchillas son equidistantes (fig . 2.3913), cada una de ellas da la profundidad de corte total con que se mecaniza la pieza, pero en cambio sólo coge el material correspondiente al avance por diente, o sea, el avance por revolución dividido entre el número de dientes (fig . 2.40) . Por e l contrario, en 1 os p 1 atosescalonad os, cada cuchilla toma una pro 4undidad de corte igual a la profundidad de corte total dividida entre el número de dientes y, en cambio, el avance correspondiente a cada cuchilla es igual al avance por revolución de la fresa (fig . 2.41) . Por ello, estas últimas fresas se emplean con preferencia para grandes desbastes con mucha profundidad de pasada, mientras que las fresas con dientes equidistantes son más convenientes para trabajos con poca profundidad y en donde se necesite un buen pulido . Al calcular los avances y profundidades de corte se ha de tener en cuenta la manera de trabajar de cada uno de los tipos de platos . 61
546 37 281 Fig. 239A
Fig. 2.40
Fig. 2.41
Fig. 2.39 B
2 .2 .4
Otros tipos de fresas
Dentro del grupo de fresas destalonadas o de perfil constante, cabe destacar las que se emplean para el tallado de los ejes nervados por generación (fig . 2 .42A y B) DIN 5482, y DIN 5461 a 5465, y para ruedas de cadena (fig . 2 .43) DIN 2315-16-17-18 y 8197 . ~ll 1 r l'.\f\f\f\_ IIU~II/~í11~q
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Fig . 2.45 Fresa perfilada de mango para el tallado de ruedas dentadas: 1 y 2, fresas, 3, aplicación .
Fig. 2.42A
Fig. 2.428
Fig . 2.43 Para el tallado de ruedas helicoidales para tornillo sin fin se emplean fresas de tornillo o fresas madre (fig . 2 .44), así como para tallar ruedas helicoidales o de diente recto DIN 3968-3972-8000-8002 y 5841 .
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Fig . 2.44 Fresa madre: 1, para penetración axial, 2, para montaje en árbol portafresas; 3, dentado con fresa madre.
2
Fig. 2.46A
En la figura 2 .45 se muestran unas fresas de mango para el tallado de ruedas dentadas ; la figura 2 .46A y B DIN 343-344 y 8043, se representan fresas de avellanar con sus aplicaciones ; en la figura 2 .47 se muestran las llamadas fresas rotativas de formas muy variadas y que se emplean para trabajos de troquelería, moldes, repaso de superficies, repaso de aristas y agujeros, etc . y, finalmente, sin ánimo de agotar el tema, se pueden ver las fresas para roscar (fig . 2 .48A, B y C) DIN 887-888-852 y 1893 .
en
Fig.
Fig . 2.468 62
2 .47
Fresas rotativas y su aplicación en el acabado de moldes.
1111111111/llllllllhÍ%IÍII
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Fig. 2.488
DIN 852
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Fig. 2.48A
2 .3
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Fig. 248C
Sistemas de arrastre de las fresas
El montaje de la fresa a la máquina es de gran importancia para lograr un buen rendimiento, una calidad aceptable y una buena conservación de la misma fresa. Los sistemas empleados pueden ser : -
2.3.1
Montaje directo . Montaje en eje o mango al aire. Montaje con pinza . Montaje en árbol portafresas largo . Adaptadores y reductores .
Montaje directo
Se llaman así los sistemas que sirven para acoplar la fresa directamente al eje de la máquina . Con estos sistemas se obtiene una gran robustez y precisión de montaje, ya que no se emplea ningún elemento intermedio . Sólo depende de la precisión de la máquina y del estado de su conservación, así como de la propia herramienta . 2.3.1 .1
Montaje con cono Morse
Algunas fresadoras llevan el eje principal con un cono interior Morse (fig . 2.49). Gracias a su pequeña conicidad, la herramienta se adhiere fuertemente al eje, permitiendo transmitir momentos bastante grandes sin necesidad de otros sistemas de arrastre . Sin embargo, para evitar que puedan patinar (girar en vacío) en casos desfavorables, es conveniente que lleven un sistema de arrastre (fig. 2 .50A y B) y un tirante en el eje de la máquina, que no sólo sirve para fijar la fresa, sino también para su extracción.
Fi,q- 2.49 Nariz del husillo principal con cono interior tipo Morse. 63
Fig. 2.51 Montaje de un plato de cuchillas sobre el cono exterior del husillo principal.
Fig. 2.50A Arrastre complementario por chaveta transversal.
Fig. 2.52A Montaje directo de un plato de cuchillas sobre la cara frontal del husillo.
Fig. 2.508 2.3 .1 .2
Fijación de la herramienta o útil por medio de tirante.
Montaje con cono exterior del eje
En otros casos, el eje lleva, además del cono interior, un cono exterior DIN 2201 (fig . 2.51) al cual se ajusta la fresa y se aprieta con un tirante y platina . El arrastre se hace con chaveta longitudinal o transversal . 2.3 .1 .3
Fig. 2.528
Es un sistema similar al anterior, muy empleado para platos de cuchillas . El eje de la fresadora (fig . 2.52A) termina en una platina plana (1), de dimensiones normalizadas, provista de unas chavetas transversales de arrastre (2) y de cuatro agujeros roscados (3) que sirven para sujetar el plato de cuchillas . El centrado suele hacerse de diversas maneras: con unos pitones de situación, con una guía (4) en el plato (fig . 2.5213), con un centrador (1) (fig . 2 .53) DIN 2079 que ajusta en el cono interior del eje y lleva una espiga rectificada donde ajusta el plato de cuchillas. Si no tiene ningún sistema de centrado, habrá que comprobar la posición de la fresa con algún instrumento auxiliar : comparador, gramil, etc., antes de apretar definitivamente los torníllos . 2 .3 .2
Fig. 2.53
Fig. 2.54A
Montaje sobre platina de arrastre
Montaje con eje al aire o mango postizo
Para fresas o platos de cuchillas no provistas de mango, o que no se pueden acoplar directamente al eje, es necesario disponer de unos mangos o ejes postizos (1) (fig . 2 .54A, B, C y D) de distintas formas, tanto en la parte donde se coloca la fresa, como en la manera de unirse a la máquina. El adaptador es de cono Morse o ISO, generalmente con tirantes de aprieto .y extracción . Se fabrican estos ejes con acero de resistencia mínima en el núcleo de 80 kgf/mmz. Son de acero aleado de cementación, tratados adecuadamente, con una dureza de 58 a 62 HRC y rectificados con gran precisión . Todos ellos están normalizados en sus formas y dimensiones.
Fig. 2.54 8
Fig . 2.54C
2.3 .2 .1
Fig. 2.54D
Mangos con extremo roscado
Se emplea este sistema para pequeñas fresas frontales (fig . 2.55A) o cónicas (fig . 2 .5513) que por su tamaño y manera de trabajar no se pueden sujetar de otro modo ; es un sistema poco usado . Deben llevar algún elemento de cen trado y además el sentido de la rosca debe ser tal que, durante el trabajo, tienda a apretarse . El paso de la rosca suele ser amplio, para que pueda aflojarse con facilidad cuando se quiere separar la fresa del mango . 2.3 .2 .2
Mangos con arrastre de chaveta
En la figura 2 .56A se muestran dos ejes cortos con mango ¡SO según DIN 6360 y Morse según DIN 2207 capaces de ser utilizados para cualquier tipo de fresa con agujero y chaveta longitudinal . En la figura 2 .5613 se pueden ver varios portafresas cortos de arrastre por chaveta frontal y su llave de apriete. La figura 2.56C representa tres ejes compuestos con la posibilidad de emplear fresas con chavetero transversal y longitudinal, según DIN 2087-6361 y 6362 .
Fig. 2.56C 5:
Tecno7ogia 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig . 2.55A
Fig. 2.558
La figura 2 .56D contiene varios mangos para platos de cuchillas con arrastre por chaveta transversal y fijación con tornillos a una platina normalizada como la de los extremos del eje principal de la fresadora .
Fig. 2.56 D 2.3 .3
Fig. 2.57A
parte fija de la máquina/ fresa
¡,ante
Montaje con pinzas directamente en el eje principal
Para las fresas de mango cilíndrico, brocas, etc., se emplea con gran eficacia, tanto de arrastre como de centrado, la fijación por pinzas autocentrantes (fig . 2.57A) . La pinza puede ser de muy variada forma según el proyectista, pero siempre está formada por un casquillo o tubo elástico provisto de varias ranuras longitudinales, cuyo diámetro varía con la acción de una fuerza exterior . El material con que se fabrican es acero de gran elasticidad, templado y revenido . Al ejercer la presión sobre la cara cónica exterior se obtiene un estrangulamiento del agujero, lo que produce la presión sobre el mango de la herramienta . El acero es elástico entre ciertos límites ; por tanto, no se debe emplear una pinza para un diámetro menor que el nominal de la misma. Las pinzas son extremadamente frágiles y pueden romperse fácilmente al menor descuido . Bien utilizadas, no hay peligro de rotura . 2 .3 .3 .1
Pinzas de acoplamiento directo
Se emplean con gran eficacia pinzas de cono ¡SO como las de la figura 2.57B . El tirante normal sirve para su fijación . Tienen la ventaja de mantener la fresa muy cerca del extremo del eje. La pinza de la figura 2 .57C se emplea sin tirante apretándola con un pequeño golpe de maza contra el asiento cónico .
Fig. 2.578
2 .3 .3 .2
Portapinzas
La ventaja que tienen las pinzas de acoplamiento directo, al mantener la fresa a poca distancia del eje de la fresadora, puede resultar en ocasiones un inconveniente. Se evita esto empleando un portapinzas que se acopla al eje de la fresadora y en su interior se aloja la pinza (fig . 2.58A) . La variedad de portapinzas es extraordinaria, como consecuencia de la gran diversidad de fresas y trabajos a realizar . En este sentido, sirve de ejemplo un portapinzas con pinza de autoapriete (fig . 2 .58B), de fijación muy segura .
Frg. 2.57C
Fig. 2.58A
Fig. 2.58 B 66
2.3 .4
Montaje con árbol portafresas largo
Cuando la fresa debe colocarse a mayor distancia del extremo del eje principal que lo permitido por los sistemas anteriores, se utiliza el árbol portafresas como el de la figura 2.59A. La fresa se coloca en cualquier parte del árbol gra cias a los casquillos o distanciadores DIN 2084 (fig. 2.598) . Sobre el eje pueden hacerse montajes simples o múltiples de fresas . En la figura 2 .5913 puede verse la forma de los ejes de fresadora según DIN 6354 .
4 Fig. 2. 59 8
Fig . 2.59 A
Los casquillos distanciadores pueden servir para obtener una separación adecuada a las necesidades del montaje . Cuando no puede lograrse la medida necesaria con estos casquillos fijos, se emplea un casquillo regulable en anchura, corno el de la figura 2.60A .
Fig. 2.60A Reglaje de la distancia entre dos fresas ajustando a mano un casquillo regulable .
Detalle x
Completa el árbol uno o más bujes DIN 2083 cilíndrico (fig . 2.608) o cónico (fig . 2.60C) que, a la vez que se emplean como distanciadores, sirven fundamentalmente de apoyo a las lunetas del puente (fig. 2.60D) . En las fresadoras de precisión el buje de la luneta del extremo suele llevar rodamientos de agujas . Finalmente, el eje portafresas (leva la tuerca de apriete y la chaveta de arrastre (fig . 2 .60E) .
Fig. 2.60 B
u, V-0-Mr .00.41 FO,
Fig . 2.60 C
Fig . 2.60D Montaje de! buje de apoyo del árbol portafresas : 1, cilíndrico; 2, cónico .
Fig . 2.60 E
67
Para trabajos ligeros se emplean árboles sin chavetero y por tanto las fresas, bujes y separadores pueden ser lisos interiormente . El arrastre se hace por rozamiento entre las caras laterales de la fresa y separadores. En estos casos, el sentido de giro debe ser tal que la tuerca tienda a apretarse durante el trabajo, y no a aflojarse . 2 .3 .5
Adaptadores y reductores
Las herramientas (fresas, brocas, etc .) y los accesorios (pinzas, porta~ pinzas, árboles, etc . ), no tienen todos el mismo sistema de sujeción . Ya se ha visto anteriormente que unos llevan cono Morse, otros tienen el mango cilín drico y otros llevan cono ISO, etc . Tampoco todas las fresadoras son iguales en el extremo del eje principal donde deben colocarse las herramientas o los accesorios . De todo esto se deduce que, ni cada herramienta puede colocarse directamente en cualquier fresadora, ni en una fresadora determinada se puede colocar cualquier herramienta . Para solucionar, en parte, este problema se emplean unos accesorios que, teniendo exteriormente un sistema de sujeción adaptable al tipo de fresadora, en su interior llevan otro sistema, al cual puede acoplarse la herramienta que no podría hacerlo directamente a la máquina . En las figuras siguientes se muestran algunos de estos accesorios : En la figura 2.61A se muestra uno de los adaptadores pasantes más frecuentes (DIN 6364); exteriormente es un cono ¡SO e interiormente un cono Morse .
Fig . 2 .61 A
En el detalle de la figura 2.6113 el tirante de la máquina aprieta el conjunto a través de la rosca del cono de la herramienta . En la figura 2 .610 la herramienta se une al accesorio por medio de tornillos de cabeza cilíndrica, y todo el conjunto con el tirante.
Fig. 2.618
Fig . 2.61 C
En la figura 2 .62A se puede ver dos reductores ¡SO a ¡SO . En la figura 2.6213 se presenta un reductor Morse a Morse.
228
DIN 2207
VAIMII ,TI 211
,DIN 228
V
Fig . 2.62 A
Fig. 2.62 8 68
DIN 2201
En la figura 2.62C se puede apreciar un reductor de ISO a Morse . El de la figura 2.62D es similar al de la figura 2.6213, pero con ojal para el arrastre de brocas . La figura 2 .62E es un reductor pasante cono Morse a Morse menor, con tuerca de extracción . Para terminar, ya que la variedad de adaptadores y reductores es muy grande, en la figura 2.62F se muestra un reductor-alargador ¡SO a Morse .
Fig . 2 .62 D
DIN MO
DIN 2201
Fig. 2.62 C
2.4
Fig. 2.62 E
Precauciones y observaciones en el montaje y reglaje de las fresas
Antes de pasar a describir el reglaje de posicionamiento de las fresas a la hora de empezar a trabajar, se anotan algunas precauciones y cuestiones de la mayor importancia para lograr un trabajo correcto y rentable . 2 .4 .1
Fig . 2.62 F
Fuerzas originadas por el corte y manera de contrarrestarlas
Antes de proceder al montaje de la fresa y de sus accesorios apropiados, hay que prever las fuerzas que el corte originará tanto en intensidad como en dirección y sentido, con el fin de tomar las precauciones oportunas . 2 .4 .1 .1
Fuerzas radiales y tangenciales
Las fuerzas que intervienen en el proceso de fresaso actúan sobre el árbol portafresas, por un lado, perpendicularmente a su eje longitudinal, sometiéndolo a un trabajo de flexión (fig. 2 .63A) y, por otra parte, en la dirección de su periferia solicitándolo con ello a torsión . La fuerza periférica F (fig . 2.6313) actúa sobre un brazo de palanca cuya longitud al radio de la fresa. Por lo tanto se tiene que :
o, lo que es lo mismo : F - R = 0 - r
Fig . 2 .63A el fresado .
y
De la presente fórmula se deduce que el esfuerzo resistente 0, que actúa en la periferia del árbol portafresas, aumenta con la magnitud del radio R de la fresa y disminuye cuando aumenta el valor del radio r del árbol ; todo esto suponiendo un mismo esfuerzo periférico F. Por esta razón las fresas bien construidas guardan una proporción adecuada entre el diámetro interior y el exterior . La fuerza tangencial F varia como es lógico con la forma de dentado y la longitud de la fresa, 69
Esfuerzo de flexión en
Fig . 2.638 Potencia y resistencia en el trabajo de la fresa .
Fig. 2.63C Desproporción evidente de los diámetros de una fresa que crea puntos débiles en los fondos de los dientes.
Para que el árbol sufra mínimos esfuerzos resulta ventajoso que el diámetro de la fresa sea lo menor posible y el del árbol sea máximo ; pero, teniendo en cuenta que si se debilita en exceso el espesor de la fresa (fig . 2 .63C), ésta puede romperse con facilidad . La fuerza F varía proporcionalmente con la longitud de la fresa y depende también de la forma del diente . Por tanto, habrá que tomar como primer principio o precaución el que la fresa esté lo más próxima al punto de arras tre (fig . 2 .63D), con lo cual disminuye la deformación del árbol debido al esfuerzo (Tema 5 Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas). Las fresas cilíndricas de diente recto originan una fuerza radial, considerable, que tiende a flexar el eje . Por lo tanto, habrá que colocar la fresa lo más próxima posible a los apoyos adicionales (fig . 2.63E) . Para que estos apoyos sean efectivos han de estar perfectamente ajustados a los bujes; de lo contrario, ni el empotramiento podrá considerarse como tal, ni el trabajo realizado será de buena calidad . 2 .4 .1 .2
Fig. 2.63 D
Fig . 2.63 E
La fresa de diente helicoidal produce, además de la fuerza radial, una fuerza axial (tabla 2.64) . Esta fuerza la soporta el eje principal de la fresadora, por lo cual habrá que procurar que el sentido de esta fuerza sea precisamente hacia dicho soporte. Esto es un inconveniente cuando la fresa está muy alejada del eje principal porque se produce un efecto de pandeo . En casos graves mejor será que la fuerza se dirija al extremo del árbol portafresas y así se producirá un esfuerzo de tracción evitando el pandeo . La fuerza de corte y el sentido de giro también tienen efecto sobre la pieza, (principio de acción y reacción) de tal manera que, en ocasiones, no tener en cuenta este detalle, puede traer consecuencias desagradables : rotura de piezas, rotura de la fresa o simplemente trabajo o pieza inutilizada y, por supuesto, tiempo perdido. Un ejemplo claro de esto se tiene en el caso de fresado por trepado (tema 3) ; si la máquina no está preparada para ello es imprudente y peligroso trabajar con este sistema . Otro caso similar se puede producir al trabajar con el aparato divisor circular. En la figura 2.65, al fresar una pieza poligonal con una fresa cilíndricofrontal, las fuerzas de corte tienden a hacer girar la pieza en un sentido o en otro, según sea su posición o su avance y sentido de giro . Habrá que hacer que la fuerza resultante tienda a hacerla girar en sentido contrario al que se hace el giro para hacer la división o, lo que es lo mismo, hacer las divisiones de manera que el giro del divisor sea en sentido contrario a aquella fuerza resultante . No tener esto en cuenta supondría tener que blocar fuertemente el aparato divisor después de cada giro y aun así se correría el riesgo de inutilizar la pieza y tal vez la fresa misma . 2 .4 .2
Fig . 2.65
Fuerzas axiales
Empleo del útil apropiado
Una vez analizado el efecto de las fuerzas de corte, hay que seleccionar el útil a emplear de acuerdo con la fresa y el tipo de trabajo . De acuerdo con lo dicho en los números anteriores respecto al arrastre de la fresa y tras el estudio previo del trabajo, se elige el sistema más oportuno . A veces ni siquiera hay posibilidad de elegir, ya que las circunstancias imponen un determinado sistema . Sea cual fuere el método empleado, es necesario comprobar los siguientes aspectos : 1 . Posibilidad de realizar con ese montaje el trabajo deseado en condiciones aceptables . 2. Posibilidad de montar en buenas condiciones la fresa en el útil (ajuste correcto, posibilidad de fijación y arrastre); al mismo tiempo se comprueba que la parte del útil que debe unirse a la fresa está en perfectas condiciones . Dígase lo mismo de los casquillos, bujes, adaptadores o reductores que deban emplearse . 3. Estado del apoyo o apoyos de la fresadora, incluida la limpieza de los mismos . 4 . Comprobar el buen estado de los tirantes de fijación y extracción, así como la coincidencia de su rosca con la del útil . Si hubiera alguna anomalía en cualquiera de estos puntos se procederá a su corrección antes de pasar adelante . 70
Tabla 2 .64
Sentidos de giro y esfuerzos axiales en las fresas helicoidales
71
2 .4 .3
Montaje del útil y de la fresa
Colocando el útil en su alojamiento y la fresa en el suyo, y firmemente apretados, se comprueba el centrado de la fresa y se observa que no cabecee ni salte. Se dice que la fresa cabecea cuando al girar no queda centrada en dirección del eje; es decir, cuando la cara lateral o los dientes laterales no se mueven en un mismo plano perpendicular al eje de giro . Se dice que la fresa salta, cuando los dientes periféricos no describen todos una misma superficie de revolución . En ambos casos se dice que la fresa está descentrada. 2.4 .3 .1
Centrado de la fresa
Para verificar el centrado, se pueden seguir etapas progresivamente más perfectas, a saber : 1 .a Se hace girar la fresa y se observa el centrado o descentrado a simple vista. 2.a Se aproxima una punta de señalar fija o un gramil a los dientes laterales (o a la cara lateral), y se comprueba si hace contacto en todos ellos. Lo mismo se hace con los dientes periféricos . 3 . a Se repite el ensayo con un comparador centesimal en lugar de una punta de trazar o gramil . En cada una de estas etapas se procede a las correcciones necesarias hasta lograr un resultado satisfactorio antes de pasar a la siguiente etapa . El ingenio y criterio mecánico, así como el sentido común, señalarán las maneras de corregir los defectos detectados . En los árboles largos con varios casquillos separadores, a veces, es suficiente aflojar la tuerca y girar unos casquillos respecto a los otros para corregir el error de cabeceo y salto . 2.4 .4
Reglaje de la fresa respecto a la pieza
Para lograr un trabajo correcto no es suficiente que la fresa esté bien montada en su árbol portafresas ; hace falta, también, que ocupe una posición correcta respecto a la pieza . Algunos de los casos más frecuentes son : - Posición de planeado para lograr dimensiones determinadas, así como superficies correctas y con la calidad exigida . - Posición de ranurado o de resaltes . - Posición de centrado para taladrado, mandrinado, etc. 2 .4 .4 .1
Posición de planeado
Para planear se pueden emplear varios tipos de fresas ; de ahí que cada una tenga sus peculiaridades propias para lograr un planeado determinado . 1 . Planeado con fresa frontal. Si se trata de fresas frontales, para lograr un plano perfecto, todos los dientes deben moverse en un plano teórico coincidente con el plano real a obtener (fig . 2.66A) . Si ello no es así, la superficie fresada no será un plano, sino una superficie curva (fig . 2.668). Si el plano se mecaniza de varias pasadas, resultará una serie de curvas y crestas (fig . 2 .66C) .
Fig. 2,66 C 72
El aspecto de la superficie fresada, vista por arriba, será el de una serie de rayas curvas en la misma dirección y, lateralmente, superficies curvas unidas entre sí. Quiere esto decir que, al menos para las pasadas finales, el eje de giro de la fresa debe estar perfectamente perpendicular al plano ideal para evitar los defectos indicados anteriormente . Esto se puede comprobar con un comparador colocado sobre un soporte acoplado al eje de giro (fig. 2.67) y haciendo contacto en varios puntos de un plano patrón que sirva de SR ; el comparador de reloj debe señalar en la pieza la misma desviación, una vez que se ha dado una pasada . El aspecto de la superficie así planeada será el que se muestra en la figura 2.66A . 2 . Planeado con fresa cilíndrica . Si el planeado se desea hacer con una fresa cilíndrica, habrá que comprobar ante todo que el diámetro de la fresa es igual en toda su longitud ; de lo contrario, generará una superficie quebrada si se realizan varias pasadas (fig . 2.68), o una superficie inclinada (fig . 2.69) si sólo se da una pasada . Puede darse este mismo efecto si el eje de la fresadora no está perfectamente paralelo al plano teórico de la pieza. El reglaje de la fresa, en cuanto a posición, puede hacerse con un comparador apoyado sobre un plano patrón y haciendo contacto a lo largo de una generatriz de la fresa (fig . 2.70) . Con frecuencia, la mejor, y a veces la única verificación, se logra efectuando una pasada sobre la pieza y verificando la planicidad y paralelismo de la superficie obtenida . 3 . Reglaje de la pasada . Para el reglaje de la pasada se pueden considerar dos casos : 1 .° Que la superficie a mecanizar no sea perfectamente regular y plana o que no sea paralela a la superficie de referencia a pesar de ser plana . 2 .' Que sea plana y paralela a la superficie de referencia . - Primer caso . Para el primer caso (fig . 2.71) lo más práctico es dar una primera pasada y medir, en dos extremos opuestos de la pieza, la separación entre la superficie de referencia y la obtenida en esta pasada inicial . Si la pieza no tiene la misma medida en los dos puntos, se corrigen los defectos que originan la falta de paralelismo y, una vez conseguido esto, se da una nueva pasada y se coloca el tambor del husillo a cero. Se mide de nuevo., y la diferencia entre esta medida y aquella a la que debe quedar la pieza será la profundidad de la pasada que se debe dar . La pasada se dará en una sola vez o en varias veces, según convenga .
Fig . 2.67
Fig . 2.68
Fig. 2.69
Fig . 2. 70
- Segundo caso . Para el segundo caso se hace contacto con la fresa, se pone el tambor a cero y se estará en el caso anterior. Para efectuar esta operación correctamente, se puede proceder así : 1 .° Se impregna la superficie de la pieza con yeso, o bien se adhiere a ella un papel fino . 73
2.° Se pone la fresa en marcha y se va aproximando a la pieza hasta que haga una pequeña señal en el yeso o levante el papel . Hay que tener en cuenta que, con el yeso, la posición de la fresa será siempre de contacto real ; no así con el papel, puesto que la fresa puede levantarlo sin hacer verdadero contacto . Seguidamente, se coloca el tambor a cero ; en el primer caso, ligeramente pasado ; en el segundo, sin llegar a cero . A partir de aquí se procede como en el apartado anterior . Se recuerda que, en cualquier circunstancia, los carros han de estar perfectamente ajustados si se quieren evitar sorpresas desagradables . 4. Planeado con resalto. Cuando la pieza a planear tiene un resalto (fig . 2.72) se actúa de manera parecida, empleando los dos carros correspondientes . El proceso a seguir es el siguiente: 1 . Se hace contacto con la cara superior de la pieza y se pone el tambor a cero . 2 . Se retira la fresa fuera de la pieza y se da la profundidad de pasada . 3 . Se hace contacto lateral con la pieza y se pone el tambor a cero . 4 . Se saca la fresa fuera de la pieza . 5. Se mueven los carros para obtener la cota Pa. 6. Se da la pasada lateral .
Fig. 2. 72
2 .4 .4 .2
Posicionado para piezas con ranuras
Para el ranurado en piezas prismáticas, se procede así: 1 . Hacer contacto lateral (fig . 2.73) poniendo el tambor a cero . 2. Bajar la pieza . 3. Desplazar la mesa de acuerdo a la distancia a que se debe hacer la ranura y bloquear la mesa . 4. Hacer contacto con la periferia de la fresa y poner el tambor a cero . 5. Retirar la fresa de la pieza . 6. Dar la profundidad de pasada y bloquear la ménsula . 7 . Si la ranura debe tener una longitud determinada, se hace contacto con la pieza y se pone el tambor a cero . 8 . Se procede a fresar teniendo en cuenta el desplazamiento real de la mesa con el tambor, de acuerdo al acotado de la pieza y al tiempo empleado . 74
Fig. 2. 73 2.4 .4 .3
Posicionado de piezas de sección circular
Para piezas circulares en las que la ranura deba quedar centrada, se puede proceder de manera similar al caso anterior, haciendo contacto con la fresa en la pieza (fig . 2 .74A, 1 y 2) ayudándose con escuadras o piezas auxiliares, como se muestra en la figura 2.74A, 3.
Fíg. 2 74A
3
Para ranuras descentradas se procede de igual manera, previo cálculo de la posición deseada (fig . 2 .7413) . En algunas ocasiones también puede realizarse el centrado haciendo un trazado previo de la situación de la ranura, y procurando después colocar la fresa donde señale el trazado . No es muy aconsejable este procedimiento, ya que a los errores que puedan cometerse en el trazado se suma el que se comete al intentar la coincidencia de la fresa con el trazado, que debe hacerse a simple vista . Un detalle a tener en cuenta, sobre todo si la tolerancia del ancho de la ranura es relativamente pequeña, es que el ancho de la ranura será el de la fresa sólo en el caso de que el centrado de la misma sea perfecto y que no haya holguras en los apoyos del eje . Para estos casos convendrá asegurarse, haciendo una prueba en una falsa pieza. Si no es posible obtener el ancho deseado de la ranura en una sola pasada, se elige una fresa algo menor y se hace en dos pasadas.
75
Fig. 2.748
2.4 .4 .4
Posicionado en piezas con nervaduras
Se presenta un problema similar cuando hay que hacer nervaduras o ejes estriados (fig . 2.36E) . Para el centrado se procede de manera parecida a los casos anteriores . Si se emplean dos fresas, habrán de ser de diámetros iguales y convendrá hacer una comprobación sobre una pieza testigo para verificar si el ancho del nervio es el deseado y no más pequeño . Pueden emplearse anillos separadores fijos o extensibles . 2.4 .4 .5
Fig. 2 76A Posicionamiento del husillo de la fresadora respecto a una cara de referencia mediante un mandril fijo .
Reglajes para centrar
Con cierta frecuencia es necesario taladrar o mandrinar en la fresadora y menos frecuente es tener que tornear . El proceso para centrar, es decir, para hacer coincidir el eje de la fresa con el del elemento a mecanizar, depende de la forma de la pieza . 2 .4 .4 .5 .1
Centrado por coordenadas cartesianas
Cuando las piezas están planeadas, al menos en dos de sus caras dispuestas a noventa grados, estas caras pueden servir de superficies de referencia (fig . 2 .75), y se puede hacer el posicionamiento por coordenadas cartesianas . - Primer procedimiento . Para facilitar el posicionamiento correcto de la herramienta se monta en el eje del cabezal un mandril centrador que puede ser fijo (fig . 2.76A) o de los llamados de pelo (fig . 2.768); también podría emplearse un centrador óptico (fig . 2 .76C) . El proceso a seguir (fig . 2 .77) puede ser el siguiente: E
Fig . 2.76E Posicionamiento del husillo respecto a una cara de referencia con un mandril móvil.
Fig . 2. 77
1 . Si se emplean los primeros, más usuales en fresadoras (los otros son de empleo más común en las punteadoras y mandrinadoras de precisión), se hace contacto en una de las caras laterales de referencia (SR), y se pone el tambor correspondiente a cero . 2. Se desplaza el carro hasta que el centrador de la pieza sobrepase ligeramente la otra cara de referencia (SR) 2. Fig. 2.76C Alineación del husillo respecto a una cara de referencia por medio de un centrador óptico. El visor permite alinear el husillo con una traza de la escuadra que coincide con el vértice del ángulo recto .
3.
Se desplaza la mesa en una medida m igual a (x i + d), siendo d el 2 diámetro del centrador; a continuación se bloquea la mesa . 4 . Se hace contacto con la segunda cara de referencia (SR)2 poniendo el tambor a cero, se baja la mesa o se quita el centrador. Si la herramienta es larga, se sigue bajando la pieza colocando la herramienta en el momento que pueda deslizarse por encima de aquélla . 76
5.
Se desplaza el carro en una distancia m' igual a (y, + d ) con la ayu2 da del tambor y se bloquea el carro . En esta posición se mecaniza el primer agujero . A partir de esa posición se irán haciendo los distintos desplazamientos, teniendo siempre la precaución de desbloquear antes de intentar mover los carros y volver a bloquearlos cuando estén en posición de trabajo. Cuando al pasar de un punto a otro haya que cambiar de sentido de giro, se tendrá en cuenta que hay que retroceder algo más de la posición correcta para quitar el juego del husillo y desplazar siempre girando el husillo en la misma dirección que para el primer puesto . - Segundo procedimiento . Si la máquina dispone de reglas graduadas en los carros (fig . 2.78), se procede de igual manera que en el caso anterior pero la operación es más cómoda, sobre todo si tiene la posibilidad de puesta a cero de las regletas . Se logra mayor precisión con nonios o lectores ópticos; en tales casos ya no hay por qué preocuparse del juego de los husillos, siempre que los carros queden bloqueados una vez estén en posición . - Tercer procedimiento. Otro sistema posible es el empleo de los topes de los carros y el auxilio le calas de posicionamiento (fig . 2.79) . Este sistema tiene aplicación preferentemente en grandes series, lo que supone también que las piezas puedan colocarse fácilmente en la misma posición sobre la mesa . Se posiciona en primer lugar con respecto al eje de las X, primeramente el agujero (A) (fig . 2.79) elegido como de referencia (el más extremo de los dos ejes de coordenadas, es decir, el que necesita la cala mayor) . Para los otros posicionamientos (B, C y D), se intercalan entre los topes las calas correspondientes. Para posicionar con respecto al eje de las Y, se repite la operación con las calas necesarias . Si hay que centrar sobre el agujero o piezas ya mecanizadas se emplean centradores similares al que se muestra en la figura 2 .80 o centradores ópticos. Estos y otros ajustes y reglajes se volverán a explicar al estudiar y realizar los trabajos característicos de la fresadora (tema 4) .
Fig. 2.78 Posicionamiento de los carros con lectores ópticos.
Fig. 2.80 Centraje de una plantilla con ayuda de un dispositivo centrador.
Fig. 2.79 Posicionamiento de los carros con ayuda de calas. 77
2 .5
Fig. 2.81 A
Mandrinar equivale a mecanizar o tornear cilindros interiores . Para esta operación en la fresadora se emplean las herramientas y accesorios que se describen a continuación . La herramienta es de un solo filo igual a las empleadas en el torno, pero aquí el movimiento de corte lo tiene la herramienta colocada en el eje principal de la fresadora o del cabezal, ya directamente, o lo que es más frecuente, con un útil especial . Los avances se logran con algunos de los carros, salvo en las fresadoras verticales que disponen de avances automáticos del eje vertical . El tipo de accesorio más simple es como los que se muestran en la figura 2.81 A. Puede ser de distintas formas y diámetros, de acuerdo con las necesidades, siendo la forma de sujeción también muy variada . 2 .5.1
Fig . 2.818
Fig. 2.81 C
Herramientas de mandrinar
Reglaje de la herramienta
El reglaje de la cuchilla para dar la profundidad de pasada es muy poco preciso, si hay que realizarlo de forma sensitiva con un mazo de plástico y medir después la pasada . Algo se mejora con un tornillo posterior que pueda empujar a la herramienta, previo aflojamiento del tornillo de retención (fig . 2 .8113) . Para refrentar y también para mecanizar agujeros sin salida, la herramienta se dispone oblicuamente (fig . 2.81 C) . En los trabajos de precisión, sobre todo si la serie de piezas es grande, se emplean mandriles de ajuste fino (fig . 2.82A) y otros despiezables, cuya herramienta va montada en soportes micrométricos (fig . 2.8213) intercambiables, de modo que se pueden introducir nuevas herramientas sin que se resienta la precisión del trabajo . Así es posible desbastar con una herramienta y cambiarla por otra, para el acabado, sin tocar la posición del mandril . El inconveniente que tienen todos ellos es que la gama de diámetros mecanizables es pequeña, lo que obliga a tener un juego entero de capacidad escalonada para cubrir las necesidades del taller.
Fig . 282A Fig. 2.828
2.5 .2
Mandril de cambio rápido
Para trabajos en serie, cuando interesa reducir al máximo el tiempo de maniobra, se emplean los mandriles de cambio rápido (fig. 2.82C), cuyo manejo se efectúa con rapidez, seguridad y precisión, sin necesidad de parar la máquina . 2.5 .3
Cabezal de mandrinar
Cuando se trate de un trabajo unitario, y para evitar emplear tantos mandriles, se emplea el cabezal de mandrinar (fig. 2.83A) . Consta de dos piezas : una fija al eje de la máquina o mango (1), y otra móvil (2), ajustada a la primera por medio de una cola de milano diametral . El desplazamiento de esta pieza hace que la herramienta ocupe distintas posiciones y describa los diámetros deseados. También puede bloquearse en un punto determinado de su recorrido . La sujeción de la herramienta o mandril porta-herramientas puede ser de tipo pinza (fig . 2.83B) . Este sistema tiene el inconveniente de que la gama de diámetros posibles a mandrinár es relativamente pequeña . Para evitar este problema, otros cabezales tienen la posibilidad de colocar la herramienta o mandril en distintas posiciones, llegando incluso a la posición radial para grandes agujeros (fig: 2.83C) . 78
Fig . 2.83 8 Fig. 2.82 C
Fig . 2.83A
Fig . 2.83C
Algunos de estos cabezales tienen un dispositivo mediante el cual se puede hacer que la herramienta se desplace radialmente a cada vuelta del cabezal. Con este sistema se puede refrentar o cajear (fig . 2 .83D). Para esta operación se necesita un punto fijo en el cual apoye la varilla que, reteniendo un anillo del cabezal, provoque el avance . Estos cabezales tienen la tendencia a vibrar, si el descentramiento es muy grande y si giran a gran velocidad ; por eso, habrá que trabajar con velocidades moderadas y bloquear la pieza desplazable cuando se mandrina, y mantenerla bien ajustada para el refrentado . De no hacerlo así, aparecen vibraciones que pueden dar lugar a mandrinados cónicos no admisibles . Para que la herramienta no talone, la punta debe estar siempre a la altura geométrica del diámetro de desplazamiento (fig . 2 .84) .
Fíg. 2.83D
Fig . 2.84 Recorrido y posición correctas de la herramienta de un cabezal de mandrinar.
CUESTIONARIO 2.1 ¿Qué características principales deben tener los materiales para las herramientas de corte? 2 :2 ¿Qué materiales tienen estas propiedades y en qué grado? 2 .3 Por qué en las fresas estas características revisten importancia especial? 2 .4 ¿Qué es una fresa? 2 .5 Fresas de dientes fresados : características y tipos . 2 .6 Fresas de dientes destalonados : características, tipos y limitaciones . 2 .7 Fresas de dientes postizos : sus clases . 2 .8 Montaje de las fresas : su importancia y maneras de hacerlo . 2 .9 Ventajas e inconvenientes de los conos Morse e ¡SO . 2.10 Adaptadores y reductores : sus clases e importancia . 2 .11 Precauciones en el montaje de las fresas . 2 .12 ¿Qué se entiende por reglaje de la fresa? Explicar algunos casos concretos. 2 .12 ¿Qué se entiende por mandrinar? Herramientas y accesorios empleados .
Tema 3.
Factores de corte y tiempo de mecanizado
OBJETIVOS - Conocer y valorar los diversos factores de corte.
- Saber calcular los tiempos de fresado, atendiendo a los procedimientos empleados. - Aprender a calcular las fuerzas de corte elementales.
EXPOSICION DEL TEMA 3.1
Velocidad de corte
Se define como la velocidad de los puntos periféricos P de los dientes de la fresa en contacto con la pieza a mecanizar (fig . 3.1) . Si la fresa tiene un diámetro D, en mm, y gira a n vueltas por minuto, la velocidad de corte vale : vC = n
D
10000
n (m/min)
I
[1A]
Dadas las condiciones adversas en que trabajan las fresas, debido a que la acción cortante de los dientes es intermitente en lugar de ser continua, como en el torneado, hace que, en igualdad de condiciones respecto al material de la pieza y calidad de la herramienta, la velocidad de corte para el fresado sea inferior a la de torneado, por ejemplo . También resulta más laborioso cambiar una fresa que una simple herramienta de torno y, en último término, aquélla es mucho más cara. Por estas razones se comprende que la velocidad de corte debe elegirse con mucho cuidado para que la fresa trabaje en buenas condiciones, de modo que el volumen de viruta arrancado sea óptimo y compatible al mismo tiempo con la calidad de acabado exigida y con la duración económica de las aristas de corte. No se olvide que las fresas que se reafilan periódicamente (que son la mayoría) pierden, de alguna forma, sus condiciones iniciales y su reafilado es una operación costosa que conviene espaciar al máximo . La velocidad de corte que debe emplearse en cada caso no depende exclusivamente de las variables de la fórmula [1A]. Hay otros factores de dificil cuantificación, como la forma de la fresa, la naturaleza de la operación (ranurado, planeado, etc .), la lubricación existente, etc ., que hacen que su determinación sea una tarea muy compleja, hasta el punto de que la totalidad de auto81 6.
Tecnologia 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 3.1
res recomienda efectuar tanteos, a partir de unos valores aproximados, que dicho sea de paso, presentan notables diferencias entre sí, según sea la obra consultada . En la tabla 3.2 se dan una serie de valores orientativos de la velocidad de corte y en este sentido deben ser utilizados . El problema práctico se plantea normalmente en los siguientes términos : se conoce el material a trabajar, la fresa, el estado de la máquina y el tipo de fresado que debe efectuarse . Por consiguiente, se elige una velocidad de corte que parezca razonable y se calcula el número de revoluciones de la herramienta por medio de la fórmula [1B] ; o sea: n =
1 000 v, tr - D
(r/min)
[1B]
El valor de n obtenido deberá redondearse a las revoluciones reales disponibles en la máquina. Para facilitar los cálculos muchos prontuarios, e incluso algunas máquinas, llevan un gráfico como el de la figura 3 .3 . Su empleo es como sigue : Se selecciona en el eje de abscisas el valor del diámetro de la fresa y se sigue la ordenada del punto hasta alcanzar una de las rectas inclinadas, que sea la correspondiente a la velocidad de corte elegida. Seguidamente, se traza una horizontal hasta el eje de ordenadas, en cuya escala se puede leer el número de revoluciones por minuto . Es preferible empezar por valores de v, algo bajos e ir aumentándolos paulatinamente, si se comprueba en la práctica que ello es posible . No obstante, tampoco hay que partir de velocidades de corte exclusivamente bajas, ya que ello repercutiría en el tiempo de mecanizado y, por tanto, en el costo de la operación. n
1600 1000
640
1\oooooo """"
400 250-
11111120000011 1000011111111111111111
160-
n2=100]- . ni=8 64
10000111119V
4025
Fig. 3.3
82
loa
"aob, """o amom\z """ '01 =azul 11112002110 LILI
"" \\
1612,5~ f0 8 0
a
h
""""
0
0 28
Tabla 3 .2
Velocidades de corte y avances en el fresado con fresas de acero extrarrápido (HSS) y metal duro Desbastado
Acabado Material que se trabaja
Profundidad del fresado hasta p = 1 mm
Profundidad del fresado hasta p = 5 mm V,
I
Profundidad del fresado hasta p = 8 mm
A
V.
V.
Am
10 . . . 14
35 . . .45
45 . . . 70
14 . . . 18
45 . . . 70
70 . . . 100
A,
Fresas cilíndricas HSS ancho de fresado hasta 100 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18 14 200 40
. .. . .. . .. . ..
22 60 18 70 300 100 60 100
. . .90 16 . . . 100 12 . . . 150 150 . . . 160 30
. . . 18 90 . . . 14 100 . . . 250150 . . .40 160
8 . . . 10
25 . . . 35 40 . . . 60
. .. 1 12 . . . 14 60 . . . 17 10 . . . 12 70 . .. 150 . . . 200 90 . . .22 30 . . .40 100
.. . .. . .. . .. .
80 100 150 150
Fresas de vástago HSS ancho de fresado hasta 60 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18 . . .20 20 18 150 50
... ... .. . ...
45 . . . 55
15 . . . 25
55 . . . 80
25 . . . 40
24 75 20 80 180 70 60 100
... ... ... ...
100 16 110 14 100 140 140 30
... ... ... ...
18 16 180 40
35 40 50 60
. .. . .. . .. ...
15 . . . 25
55 16 75 14 90 140 100 30
. .. . .. . .. . ..
18 16 180 40
20 30 30 40
. .. . .. . .. . ..
30 40 50 60
Fresas frontales HSS ancho de fresado hasta 100 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . . . . . Acero aleado hasta 70 kgf/mm2 Fundiciones hasta 180 Brinell . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45 . . . 60
30 . . .40 16 20 16 200 40
... ... .. . ... .. .
18 22 18 300 60
40 60 70 90 90
.. . .. . ... ... ...
60 12 80 16 90 12 140150 150 30
. . . 14 70 . . . 18 90 . . . 14 100 . . .250 140 . . . 40 150
... ... .. . .. . .. .
8 . . . 10
90 10 130 12 150 10 280150 250 30
.. . .. . .. . .. . .. .
12 14 12 250 40
25 . . . 35 35 55 60 80 90
... ... . .. ... ...
55 75 80 140 140
Platos de cuchillas de metal duro ancho de fresado hasta 200 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55 . . . 65
20 . . . 55
45 . . . 60
35 . . . 50
40 . . . 50
15 . . . 25
80 . . . 90
30 . . .60
68 . . . 80
60 . . . 75
55 . . . 70
30 . . . 40
125 60 200 50
. . .14040 . . . 100100 . . . 400 80 . . . 80 90
... ... ... ...
70 100 160 60 150 00 150 40
. .. . .. . .. . ..
125 70 75 100 300150 60 80
. . .100 75 . . .150 55 . . .300200 . . . 220 40
.. . .. . .. . ...
90 65 300 60
35 50 70 90
.. . .. . .. . .. .
50 80 160 120
Fresas de disco HSS, ancho del fresado hasta 200 mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm 2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado, hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición, hasta 130 Brinell . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10 . . . 14
10 . . . 20
40 . . . 60
14 . . . 18
15 . . . 25
70 . . . 90
18 14 200 40
.. . ... .. . .. .
22 18 300 60
20 25 60 40
... ... ... ...
45 16 50 12 120150 75 30
. .. . .. ... . ..
18 14 250 40
8 . . . 10
20 . . . 30 30 . . . 50
90 . . . 120 12 100 . . . 150 10 150 . . . 300 150 140 . . 200 30
... . .. ... ...
14 12 200 40
40 50 80 70
. .. . .. . .. . ..
70 90 150 120
Sierras circulares HSS, según DIN 136 ; ancho de corte hasta 3mm Acero de aleación mejorado hasta 100 kgf/mm2 . . . . . . . . . . Acero de aleación recocido hasta 75 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . Acero no aleado, hasta 70 kgf/mm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fundición hasta 180 Brinell . . . Metales ligeros . . . . . . . . . . . . . . Latón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25 . . . 30
30 . . .40
20 . . . 25
20 . . . 30
15 . . . 20
35 . . . 40
45 . . . 60
30 . . . 35
35 . . . 50
25 . . . 30
45 30 300 300
. . .50 60 . . .40 60 . . . 400200 .. . 200
. . .75 40 . . .45 45 . . .80 30 . . .35 45 . . . 400 . . . 350150 . . . 400150 . . . 500
35 . . .60 300 . . .60 20 . . . 200200 . . . 300
20 . . . 25
. . .40 25 . . .30 25 . . . 300 80 . . . 350100
. . .30 . . .35 . . . 15 . . . 20
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1 ¿Cuál será el número de vueltas por minuto con las que hay que fresar con una herramienta de 120 mm de diámetro, si la velocidad de corte es de 32 m/min? Solución : En el gráfico de la figura 3.3 se busca el valor 120 en el eje de abscisas . Se levanta una perpendicular por el punto citado hasta encontrar la recta representativa de la velocidad de corte elegida; o sea, v. = 32. La horizontal trazada por el punto de intersección queda entre nt y nz = 100. Si se elige nr, la velocidad de corte será (trazando desde n, una horizontal hasta hallar la vertical de diámetros) de v, = 28 r/min aproximadamente . Si se elige n2, la velocidad (trazando otra línea horizontal desde n2) será v, = 40 r/min aproximadamente . Según el criterio con que se hubiera elegido la v, inicial, se optará por nr o n2. 3.2
Avance
En el fresado se denomina avance al desplazamiento rectilíneo relativo entre fresa y pieza . Se distinguen tres tipos de avance : 1 . Avance por vuelta (a ) . Es el desplazamiento de la fresa en una vuelta completa ; se mide en milímetros por revolución (mm/r) y se representa por a (fig . 3.4A) . 2 . Avance por diente (a,) . Es el desplazamiento que en una vuelta completa corresponde a cada diente de fresa . Esto supone que la fresa gira perfectamente centrada para que a cada diente le corresponda el mismo avance . Se mide en milímetros y se representa por az (fig . 3.4A) . Según lo dicho se tendrá para un avance por vuelta a y z dientes de la fresa :
Este valor es muy importante ya que determina el material que puede cortar un diente, que depende de la robustez del propio diente y de la resistencia del material que se trabaja (tabla 3.2) . La robustez del diente para un mismo material de la fresa depende de su forma . 3 . Avance por minuto (a ,; ). Es el desplazamiento rectilíneo de la fresa en un minuto (fig . 3 .4B) ; se representa por amin y se expresa en milímetros por minuto . De las definiciones anteriores se tiene: amin = an ' n = a Z , z , n (mm/min)
amin . = espacio recorrido en un minuto
Fig. 3.4A
Fig. 3.48 84
Al estudiar el mecanismo de avance se vio que, según la distribución de la u cadena cinemática, el avance se determina : o por la vuelta de la fresa, cuando el movimiento se obtiene desde el eje de la fresa, o en longitud recorrida por minuto . En cada caso (apartado 1 .2.4) habrá que trabajar consecuentemente con un o con otro avance . 3.2 .1
Formación de la viruta
Para formar la viruta cada una de las aristas o filos de la fresa recorre una curva cicloidal (fig. 3 .5) ; en esta figura se ha destacado el recorrido del punto A. El espacio rayado entre dos curvas consecutivas es el material arrancado por cada uno de los dientes ; se advierte la forma de coma que tiene la viruta . La distancia entre dos curvas consecutivas en dirección del avance es constante y corresponde al avance por diente . 3.2.2
MC
Fig. 3.5
Relación entre los movimientos de corte y de avance
Volviendo a la figura 3 .5 y teniendo en cuenta el movimiento de corte m c de la fresa y el de avance ma de la pieza, se observa lo siguiente : En la porción comprendida desde D hasta E los dos movimientos ma y m, tienen sentidos distintos, y se dice que el fresado se hace en oposición. En el tramo que va desde E a F los dos movimientos ma y m, tienen el mismo sentido y se dice que el fresado se hace en concordancia. En ocasiones, se presenta solamente uno de estos tipos ; en otros casos, los dos. Véanse los más frecuentes:
Fig . 3.6A
- Primer caso : fresado periférico en todo el ancho de la fresa (ranurado) . Como se aprecia en la figura 3.6A la fresa trabaja en parte por oposición (superficie de la pieza que se encuentra por debajo de XX') y, parte, por concordancia (superficie de la pieza que se halla por encima de XX'). - Segundo caso : fresado periférico o parcial (fresado de planos) (fig . 3.613) . La fresa trabaja sólo en una parte de la periferia y todo el fresado se hace en oposi-
ción .
Fg. 3.68
- Tercer caso: fresado frontal. Es semejante al primer caso, pero aquí ya no se trabaja en todo el diámetro de la fresa . Se procura que la parte que trabaja en oposición sea mayor que la que trabaja en concordancia (fig . 3.6C) .
- Cuarto caso : fresado periférico parcial (fresado de planos) (fig . 3 .613) . La fresa, al igual que en el segundo caso, trabaja sólo en una parte de la periferia pero en concordancia . A este fresado se le llama también fresado por trepado. A pesar de tener este sistema una serie de ventajas respecto al realizado en oposición (caso segundo), no debe emplearse más que en máquinas preparadas para ello . 3.2.3
Procedimientos o modos de fresar
Según lo que se acaba de decir, el fresado, según trabajen unas aristas u otras de la fresa se puede dividir en : 1 . Fresado periférico o tangenciaL 2. Fresado frontal o de punta . 3. Fresado frontal y periférico al mismo tiempo . En la figura 3.7 las aristas laterales perfilan el plano vertical P, mientras que las aristas frontales realizan el plano horizontal Ph . El aspecto de cada uno de estos planos es distinto : en P,, aparece una serie de curvas cicloidales, mientras que en el plano P aparecen unas aristas rectas verticales coincidentes con el punto de intersección de las cicloides. A continuación, se estudian con mayor detención estos aspectos . 3.2.3.1
Fig . 3.6 C
Fresado frontal o de punta (fig . 3 .8A)
En la práctica, el avance es siempre menor de 1 : 10 del diámetro de la fresa . Por esta razón, las estrías cicloidales que se forman pueden considerarse como arcos de circulo (fig . 3.813) con centro en la línea XX: Teóricamente la distancia entre dos arcos consecutivos debería ser a,, pero como quiera que los dientes de la fresa nunca están exactamente en el mismo plano, el que sobresale más borra las huellas de los ot5ps, y así se comprueba en la práctica que las huellas resultantes están espaciadas en una distancia igual al avance por vuelta a. 85
Fig. 3.613
De esto se desprende que, en la práctica, el acabado depende sólo del avance por revolución, no teniendo ninguna influencia ni el número de dientes de la fresa ni su diámetro. La parte que está por debajo de la línea XX' (fig . 3.813) se fresa por oposición, y la de la parte superior en concordancia . Si la fresadora no está especialmente preparada para trabajar por trepado, habrá que hacer que la porción fre sada en oposición sea mayor que la fresada en concordancia, para que la resultante de las fuerzas esté en dirección opuesta a la del avance .
concordancia
oposición n
Fg. 3.8 B
3.2 .3 .2 Fig. 3.9A
Fig, 3 .913
Fresado tangencial o periférico
La zona fresada por la parte periférica (fig . 3.9A) presenta unas superficies con unas crestas parecidas a una serie de acanalados contiguos. La distancia entre acanalados es igual al avance por vuelta a. Para el fresado tangencial con grandes avances, el perfil de la cara mecanizada .toma la forma que muestra la figura 3 .913, es decir, entre las crestas predominantes, que corresponden al avance a, se superponen otras crestas y acanaladuras menores que corresponden a cada uno de los dientes, y cuyo paso equivale al avance por diente aZ. Así como en el fresado frontal no tenían influencia ni el diámetro de la fresa ni su número de dientes, en el fresado tangencial queda patente la infuencia de estos valores, sobre todo del diámetro, de tal manera que la altura de las crestas es tanto mayor cuanto más pequeño es el diámetro de la fresa, y viceversa (fig . 3 .9C) . Quiere esto decir que si se desea un acabado con menos asperezas totales, habrá que trabajar con fresas del mayor diámetro posible aunque, no conviene exagerar en este sentido, ya que además de aumentar el momento torsor aumenta también el tiempo de mecanizado (apartado 3.6 .1 .2) . Lás fresas helicoidales, por la forma de trabajo de los dientes, aminoran los defectos señalados anteriormente . Estos defectos se incrementan si el eje de la fresa y el del eje portafresas están descentrados (fig . 3 .9D) .
D i <02YH>> H2 Fig. 3.9 C
Fig . 3.9 D
Otra deducción interesante al observar la figura 3.10A y B es que la altura Hz de las crestas es mayor en la parte fresada (3) en concordancia que en la parte fresada (2) en oposición. 3.2 .3 .3
Fresado frontal y periférico
Se presentan varios casos particulares que se describen a continuación : - Primer caso : fresado oblicuo (fig . 3.11) . La cara horizontal (1) se fresa frontalmente y, por tanto, su acabado es uniforme e independiente del diámetro y del número de dientes de la fresa . No sucede así con la cara oblicua (2) fre sada tangencialmente: en la parte inferior (A) las crestas serán menores que en la parte superior (B) por estar fresada con mayor diámetro ; no hay, por tanto, uniformidad en las crestas, ya que la altura H1 es mayor que H2. 86
- Segundo caso : fresado de ranuras con fresa cilíndrica (fig . 3.10) . Una de las caras laterales de la ranura se fresa en oposición mientras que la otra se hace en concordancia . En consecuencia, el acabado de la cara fresada en oposición (2) tendrá menos aspereza que la fresada en concordancia (3) . - Tercer caso : fresado de ranuras de cola de milano (fig . 3 .12) . En este caso quedan reunidos los dos anteriores ; es decir, la cara frontal (1) quedará uniforme e independiente del diámetro de la fresa . Una de las caras inclinadas se fresa en concordancia y la otra en oposición ; por tanto, en conjunto, quedará con asperezas mayores la fresada en concordancia . Y finalmente, cada una de estas caras inclinadas quedará con crestas menores en la parte fresada con mayor diámetro y mayores en las fresadas con diámetro menor . Como resumen práctico se puede decir que, en igualdad de condiciones, el fresado frontal es mejor que el fresado tangencial ; por tanto, habrá que elegir el fresado frontal con preferencia al tangencial, siempre que sea posible. 3.2 .4
Fig . 3. 11
Fresado en oposición y fresado en concordancia
Desde el punto de vista del acabado parece ser que es mejor el fresado en oposición; sin embargo, no conviene dejar de lado otras consideraciones, ya que se presentan fenómenos que no hacen tan simple la cuestión . 3.2 .4 .1
Fresado en oposición
En el caso de fresado en oposición, el filo de la fresa hace contacto en A (fig . 3.13A), pero debido a que la sección de la viruta en ese punto es mínima y que la fuerza específica de corte es máxima, el material ofrece mayor resis tencia a ser cortado, circunstancia que hace que sobre la fresa se ejerza una fuerza en sentido radial que tiende a separar la fresa de la pieza . Esta separación es real y tanto mayor cuanto menos resistente sea el eje portafresas, o más facilidades dé el juego de los apoyos . Esta deformación ejerce una reacción, de tal manera que obliga a rozar a la fresa sin cortar ; es más, produce una serie de vibraciones que hace sobre la pieza un efecto de martilleo . Las vibraciones perjudican el funcionamiento general de la máquina y el acabado de la pieza, y el martilleo deforma la estructura de la pieza, aunque sólo sea superficialmente . El rozamiento que ejerce el filo bruñe la pieza y embota los dientes, empeorando el corte, a la vez que endurece superficialmente la pieza y hace más difícil el corte de los filos o dientes que vienen detrás .
Fig . 3. 12
Cuando las fuerzas de reacción del eje son mayores que la que opone el material a ser cortado, por ejemplo, en el punto B, entonces empieza propiamente el tallado del material . La única manera práctica de evitar, en parte, este problema es emplear ejes robustos y hacer que los bujes de los ejes portafresas ajusten con el menor juego posible en sus cojinetes; también se mejora empleando mayores avances. Otro efecto pernicioso de este sistema de trabajo es que la resultante de las fuerzas de corte siempre es tal que tiende a arrancar la pieza de su apoyo (fig . 3.1313) . Para evitarlo habrá que disponer de medios de sujeción apropiados y, si la pieza es débil (larga y delgada), habrá que prever varios puntos de apoyo y contraapoyos (bridas) .
Fig . 3.13 A
3 .2 .4 .2
Fig . 3.13 B
Fresado en concordancia
La mayoría de estos problemas quedan solucionados con el fresado en concordancia (fig . 3.14A) . La fresa alcanza a la pieza con una gran viruta (lo que significa pequeña fuerza específica de corte), evitándose los efectos señalados 87
Fig . 3.14A
para el fresado en oposición; también se evita el martilleo y resbalamiento de la fresa y el efecto de mínima viruta . El peligro de las vibraciones sigue, y tal vez con mayor intensidad, ya que el golpe que produce cada diente al hacer contacto con la pieza es mucho mayor, presentándose también el peligro de flexión grave del eje portafresas . Con todo, el riesgo mayor se presenta por el efecto de trepado que la flexión del eje produce sobre la pieza, tendiendo a arrastrarla tras de sí . Esto entraña un peligro tal que hace imposible este sistema de fresado, si no se monta la fresa sobre robustos ejes y, sobre todo, si no se dispone en el husillo de la mesa de un sistema que evite todo juego axial (fig . 3 .1413) . Sistemas para evitar el juego entre tuerca y husillo. Hoy día todas las fresadoras de producción van provistas de algún sistema que evite este juego ; en la figura 1 .19C, D y E se muestran varios de los sistemas más empleados. Tanto para el sistema en oposición como para el sistema por trepado queda muy mejorado el fresado cuando se emplean fresas de dientes inclinados o helicoidales .
IRMWImiMil~
Fig. 3.148
3.2 .4 .3
Volantes de inercia
Para evitar las vibraciones y los efectos de torsión sobre el árbol son de gran utilidad los volantes de inercia (fig . 3 .15) . Para las fresas circulares de cuchillas postizas de gran diámetro la práctica ha mostrado la eficacia de estos volantes de inercia, y aunque pueden calcularse, resulta difícil determinar los datos de partida. La experiencia dice que los mejores resultados se obtienen empleando los volantes de mayores dimensiones posibles . Cuando no puedan colocarse grandes diámetros, que son los más efectivos, se pueden montar dos o tres más pequeños según los casos (fig . 3.16) . El volante es un simple disco perfectamente torneado y equilibrado que se fija al árbol portafresas, como si de un casquillo separador se tratara. Otra cuestión a tener en cuenta, cuando se hagan montajes de dos o más fresas, es montarlas de tal manera que los dientes queden alternados, para que así no coincidan al entrar a trabajar los dientes. 3.3
Profundidad de pasada
Cuando se tiene que quitar grandes cantidades de material, o cuando la superficie de la pieza en bruto presenta grandes irregularidades, es necesario hacer un fresado de desbaste y otro de acabado. 3.3 .1
Clases de pasadas
Hay que distinguir entre la profundidad de pasada radial (pr) y profundidad de pasada axial (pa), es decir, medidas en dirección del radio y en dirección del eje respectivamente (fig . 3 .17) . 3.3 .2
Pasadas de desbaste
Para el fresado de desbaste hay que aprovechar al máximo la potencia de la máquina y de la fresa, siempre que las dimensiones y la forma de la pieza lo permitan . Hay que tener en cuenta que, en los materiales quebradizos, la salida de la fresa puede provocar el desgarro del material (fig . 3 .18A) Para . trabajos unitarios o de pequeñas series, se puede evitar este problema quitando el automático al iniciarse la salida de la fresa y terminar avanzando manualmente con cuidado . En los trabajos en serie esto sería antieconómico y habrá que estudiar unos soportes que eviten este inconveniente (fig . 3.1813) .
Fig. 3.16
3.3 .3
Fig. 3.18A
Pasadas de afinado o de acabado
Para las pasadas de acabado no deben dejarse nunca pasadas inferiores a 0,5 mm, sobre todo para fresas tangenciales . En las pasadas de acabado, un detalle muy importante a tener en- cuenta es no interrumpir el avance durante la pasada . El empuje que produce el material contra la fresa y la consiguiente deformación de los ejes de la fresa quedaría anulado al suspender el avance, produciendo indefectiblemente una huella en forma de acanaladura (fig . 3.18C) en el fresado tangencia¡, y en forma de corona circular (fig . 3.18D) en el fresado frontal . 88
MES i lifí1-1t-i,f-ll-llí,i
-
y
M, 9
Fig. 3.17
Fig . 3.18 C
Este mismo problema se puede presentar al salir la fresa de la pieza al final de la pasada ; esto puede evitarse si antes de empezar a trabajar se comprueba y corrige, si hace falta, el juego radial o axial del eje. 3 .4
Fuerza de corte y fuerza específica de corte
Fuerza de corte es la fuerza que se necesita para cortar el material en forma de viruta, y fuerza específica de corte es la resistencia por unidad de superficie que ofrece un metal al ser cortado . Dependen fundamentalmente de la naturaleza del material, de la sección de viruta cortada y de la geometría del filo . Véase brevemente cómo influye cada uno de estos elementos. 3 .4 .1
Influencia del material
Cada material tiene una resistencia particular al corte; aun el mismo material tiene resistencia distinta, según su estado estructural y de dureza . Se ha comprobado experimentalmente que la fuerza específica varía para el mismo material, según las condiciones de corte. En la tabla 3.19 se dan los valores de las fuerzas específicas de corte para varios materiales trabajando con espesores de viruta de 0,2 mm y ángulos de desprendimiento de -7° . Para otras condiciones habrá que aceptar esos valores con unos coeficientes correctores . En el diagrama de la figura 3 .20 se presentan otros valores de f, 800 640 500 400 É320 250 200 160 125 100 80 64 Fig. 3.20
Valor de la fuerza específica de corte .
11111
_ W-RO\=!
1111177
%MM=51 C i~MM-
~:
aamo ~, h (,2 C) tV O p O t`1 O
pO
0O d
4 ti
O Q (o O O' Ñ O p^ O e
O
O
C7
Ñ ~ Ó J. O
~ In
ÓO
elmml 89
Fig. 3.18 D
Tabla 3.19 Valores de la fuerza especifica de corte f. para distintos materiales, siendo e,n = 0,2 mm y el ángulo de desprendimiento C = - 7°
Tipos de material
Dureza HB
f kgflmm2
Acero al carbono,
C 0,15 C 0,35 C 0,70
125 150 250
Aceros baja aleación,
275 300 330
recocido templado
Aceros alta aleación,
125-200 200-450
320 390
recocido templado
150-250 250- 500
350 410
Aceros inoxidables,
ferríticos austeníticos
175-225 150-200
Acero fundido,
360 390
no aleado baja aleación alta aleación
225 150-250 150-300
260 280 320
Acero extra duro
> 50 HRC
675
Fundición maleable,
viruta corta viruta larga
110- 145 200-250
Fundición gris,
220 200
poco dúctil muy dúctil y aleada
150-225 200 - 300
Fundición nodular (tenaz)
140 180
ferrítica perlítica
125-200 200-300 40-60 HRC
150 225
Fundición en coquilla
475
Puede observarse por el gráfico que el valor de f, aumenta al disminuir el espesor de la viruta . 3 .4 .2
Sección de la viruta
Por sección de la viruta se entiende el producto del espesor de la viruta por la profundidad de pasada :
rA
= e - p ( mmz)
Fig. 3 .21
Forma de la viruta en el fresado periférico .
La profundidad de pasada suele ser constante, pero no el espesor de la viruta, sobre todo en el fresado periférico (fig . 3 .21) . Por esta razón hay que tomar un valor medio para este espesor. 3.4 .2 .1
Espesor medio en el fresado tangencial
La fórmula que da el valor medio del espesor de la viruta para fresados tangenciales, es la siguiente: e m = emáx + emin 2
[5A]
Dado que el avance az es muy pequeño con respecto al diámetro de la fresa, se puede considerar que la curva descrita por el diente es un arco de círculo
de radio ~ , en vez de una curva cicloide . 2 En la figura 3 .21 el triángulo ABC y el ADO son semejantes, de manera que se puede escribir : _AB AD 90
_ _AC AO
pero
DE- DF
AB = emá, y AD =
ya que es la altura del triángulo AEF y, como es sabido, es media geométrica de los segmentos en que divide la base . Pero a su vez : DE = Pr ; DF = D - Pr ; AC = a z ; AO = Sustituyendo estos valores en [a], se tiene :
D;
ernáx .
a
pr (D - Pr)
pr (D - pr) D 2
ernáx . = az
2
= 2 a,
valor sustituido en [5A] y sabiendo que el espesor mínimo es 0, se tiene :
[5B]
En la práctica, pr D
suele ser pequeño ; para valores hr S 0,1, el término en D
cuestión puede despreciarse y la fórmula queda así :
em
hr D
az
-
[5C]
siendo : a z = avance por diente en mm pr = profundidad de pasada radial en mm D = diámetro de la fresa en mm
EJERCICIOS RESUELTOS Ejemplo 2 Calcular el espesor medio de la viruta cortada por una fresa tangencia¡ de diámetro D = 400 mm, con un avance az = 0,5 mm y una profundidad de pasada p, = 150 mm . Solución : Según la fórmula [5B]
e m = az
\ = 0,5
En Pr
-E-
este
caso,
no
1
D
-
0, 5
( ~0
1
i so _ 400)
0,375 x 0,625 = 0,242 mm
conviene
emplear
la
fórmula
aproximada
[5C]
porque
= 0,375 > 0,1 91
Ejemplo 3
Calcular el espesor medio de la viruta cortada por una fresa tangencial de 400 mm de diámetro, siendo az = 0,5 y p, = 20 mm . Solución : ern = az
0,5
D ) = 0,5
~ / 20 400 \1
20 400 )
0,05 x 0,95 = 0,108 mm
Para este caso, sí que se puede emplear la fórmula aproximada : ern = az
0,5
0,05 = 0,112 mm
cometiendo sólo un error de 3,57 %, que es aceptable. 3 .4 .2 .2
Espesor medio de la viruta en el fresado frontal
Según la figura 3.22 se observa que la variación del espesor de la viruta ya no es tan grande como en el caso de fresado tangencial .
Fig. 3.22 Para una deducción sencilla, con el área rayada entre dos posiciones consecutivas de la fresa (cuyos segmentos trazados entre ambas circunferencias es constante e igual a a,), se construye un rectángulo de base p, y altura aZ. Las dos áreas rayadas se puede decir que son iguales. La superficie rayada entre las dos circunferencias vale : la - e, . Igualando las dos áreas se tiene : pr , az = la * em de donde em _ -
pr
. az I a
siendo : l a = longitud del arco de la fresa limitado por el ancho de la pieza em = espesor medio de viruta De la figura 3 .22 se tiene: la 92
n . D . cp 360°
[6A]
siendo cP el valor en grados del ángulo central en que la fresa está en contacto con la pieza, y D el diámetro de la fresa . Sustituyendo este valor en [6A] se tiene : _ e m_
pr ' az n . D . cP
-
360° Ti
pr
. D . cp
az
[613]
360°
La fórmula es cierta si la viruta es rectangular, es decir, si se trata de una fresa de escuadrar (fig . 3.23A) . Si se tratase de una fresa con ángulo de posición G (fig . 3 .2313), el espesor medio habría que reducirlo a : = e,G = e,, - cos G
360 °. - Dp, - az cos G
[6C]
G=0 cm
Fig. 3.238
Fig. 3.23A
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 4
Calcular el espesor medio de la viruta cortada con una fresa frontal de las siguientes características : D = 400 mm ; az = 0,5; pr = 300 mm . La fresa está centrada respecto a la pieza (fig . 3.24A) . Solución :
_(P sen 2
pr
_ 2 D 2
_
pr
D
_
300 = 0;75; 400
2
Fig. 3.24A
= 48,59 ° ; T ~ 97°
valor que sustituido, junto con los datos del problema en la fórmula [6B] se tiene: em
=
3600 x 300 x 0,5 = 0,44 m 3,1416x400x97 0
Ejemplo 5
Calcular el espesor medio de viruta arrancado por una fresa frontal de las siguientes características : D = 400 mm ; az = 0,5 mm ; G = 30°, siendo el ancho de la pieza de 300 mm . La fresa se coloca descentrada de tal manera que 120 mm trabajen en concordancia y 180 en oposición (fig . 3.2413) . 93
Fig. 3.248
Solución : Según la figura : sen T, = 180 200
sen T2 =
120 200
=
0,6 ;
36,9°
= 0,9 ; T2 = 64,2°, de donde
= 36,9 0 + 64,2 0 = 101,10 Aplicando la fórmula [6C] se tiene : em =
360° - p, - a Z n . D '~p
.
cos G -_
360 x 300 x 0,5 3,1416 x400 x101,1
x cos 30° _
= 0,425 x 0,866 = 0,368 mm La fuerza específica de corte de la tabla 3 .19 es correcta para espesores de viruta de 0,2 mm y ángulos de desprendimiento de -7° . Cuando el espesor sea distinto hay que emplear el coeficiente K e de la tabla 3 .31 . Ejemplo 6 ¿Cuánto vale la fuerza específica de corte para fresar fundición gris, poco dúctil, de dureza 170 HB, si se trabaja con espesor de viruta e m = 0,44 y con ángulo de desprendimiento C = -7'? Solución : Según la tabla 3 .19 se tien que f c = 140 kgf/mm2; y de la tabla 3 .31 se tiene, para em = 0,45 :z 0,44 ; K e = 0,79 . Luego la fuerza específica de corte valdrá : f,0,4a = f,0 .2 ' K e = 140 x 0,79 = 110,6 kgf/mm2 En lugar de calcular el espesor e , por las fórmulas dadas, se puede emplear la tabla 3 .25 para fresado frontal centrado y para ángulo de posición G = 15° y con las correcciones apuntadas para otros valores G. La tabla 3 .26 se empleará para fresado frontal descentrado, según la figura A y para ángulo de posición G = 0°, también para fresado circular y de escuadrar, según la figura B . Para otros valores de G se hacen las correcciones indicadas al pie de la tabla . Ejemplo 7 Calcular el espesor medio de viruta y la fuerza específica de corte para fresar acero de alta aleación recocido, de 80 kgf/mm 2 , trabajando con una fresa frontal de 400 mm de diámetro y avance por diente de 0,5 mm . La pieza tiene un ancho de 300 mm y la fresa trabaja centrada respecto a la pieza . Angulo de desprendimiento : -7° . Solución : La relación p,/D, vale : 300 400
7,5 10
En la columna de avance (tabla 3 .25) por diente, a Z = 0,5 se hallan los valores e m = 0,43 y 0,41 mm para relaciones p,/D = 7/10 y 8/10 respectivamente . Interpolando, se tiene : em
=
0,43 + 0,41 2
= 0,42 mm
En la figura 3 .20 la fuerza específica de corte para el material del problema es f <~ = 330 kgf/mm 2 . Según la tabla 3 .31 el coeficiente Ke vale 0,81 y 0,79 para los espesores de 0,40 y 0,45 respectivamente . Interpolando para e m = 0,42 ; se tiene : K e = 0,88 f, 0,42 = f,0,2 94
-
Ke
= 330 x 0,88 = 290,4 kgf/mm 2
Tabla 3.25
ern.
Valores del espesor medio de viruta
Fresado con una fresa centrada con respecto a la pieza y G = 15°
Espesor medio de viruta eR, (mm) PrID
1/10 2/10 3/10 4/10 1/2 6/10 7/10 8/10 9/10 1/1
Avance por diente OZ (mm) 0,05
0,1
0,2 -
0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03
0,10 0,10 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,07
0,19 0,19 0,19 0,19 0,18 0,18 0,17 0,16 0,15 0,12
0,3 - -
0,4
0,29 0,29 0,28 0,28 0,28 0,27 0,26 0,25 0,23 0,18
0,38 0,38 0,38 0,37 0,37 0,36 0,35 0,33 0,31 0,24
0,48 0,48 0,47 0,47 0,46 0,44 0,43 0,41 0,39 0,31
0, 6
0,8
1,0
0,58 0,57 0,56 0,56 0,55 0,53 0,52 0,49 0,46 0,37
0,77 0,76 0,75 0,74 0,74 0,71 0,70 0,66 0,62 0,49
0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,89 0,87 0,82 0,77 0,61
Para un ángulo de posición G = 0° los valores indicados aumentan en un 4 % » » » » » G = 30° » » » disminuyen en un 10 % » » » » » G = 45° » » » disminuyen en un 25
Tabla 3.26
Valores del espesor medio de viruta e, . Fresado con una fresa desplazada del centro de la pieza según la figura A y G = 0° ; o una fresa circular de planear y escuadrar con G = 0°, según la figura B. Espesor medio de viruta em (mm)
PrI D
1/20 1/10 2/10 3/10 4/10 1/2 6/10 7/10 8/10 9/10 1/1
r
Avance por plaquita az (mm)
0,1
0, 2
0,02 0,03 0,04 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07 0,07 0,07 0,06
0,04 0,06 0,09 0,10 0,12 0,13 0,14 0,14 0,14 0,14 0,13
0, 3
0,4
0, 5
0, 6
0,8
1, 0
0,07 0,10 0,13 0,16 0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,21 0,19
0,09 0,13 0,17 0,21 0,24 0,25 0,27 0,28 0,29 0,28 0,25
0,11 0,16 0,22 0,26 0,30 0,32 0,34 0,36 0,36 0,36 0,32
0,13 0,19 0,26 0,31 0,35 0,38 0,41 0,43 0,43 0,43 0,38
0,18 0,26 0,34 0,42 0,47 0,500,54 0,57 0,58 0,57 0,50
0,22 0,32 0,43 0,52 0,59 0,63 0,68 0,71 0,72 0,71 0,63
A
Para ángulo de posición G = 15° los valores indicados disminuyen un 4 % » » » » G=30 ° » » » » » 14% » » » » G=45° » » » » » 30%
Ejemplo 8 Calcular el espesor medio de viruta cortada por una fresa de plato de cuchillas d mm de diámetro . La pieza tiene 200 mm de ancho y se trabaja con un avan az = 0,4 mm . El ángulo de posición es de 30° .
300
Solución:
pr D
en la columna aZ = 0,4 mm de la tabla em
= 0,36 y 0,35
para los valores
200 300 3.25,
6,66 10
se tiene:
Pr/D, 6/10 y 7/10
respectivamente .
Interpolando : em
= 0,354
mm
Como G = 30°, el espesor habrá que reducirlo en un 10 %, quedando finalmente : em
= 0,354 x 0,9 z 0,32
mm
95
3.4 .3
Influencia de la geometria del filo en la fuerza de corte Los ángulos de corte de las fresas resultan más complejos que en las simples herramientas de torno, pero los ángulos principales tienen similitud con los de éstas. Seguidamente, se hace un estudio abreviado de la influencia que estos ángulos tienen en la fuerza de corte. 3.4 .3 .1
Fig. 3.27A
Fresa helicoidal de corte periférico .
En las fresas de corte periférico
En la figura 3 .27A se representan los ángulos principales de las herramientas de este tipo . El ángulo de desprendimiento C es el que influye de manera principal en la fuerza de corte y la formación de la viruta . Así, un ángulo C positivo produce menores fuerzas de corte. Los valores de f, en la tabla 3.19 son válidos para C = -7° . Las variaciones de este ángulo afectarán a la fuerza f, en 1,5 % para cada grado, en más, si el ángulo se hace más negativo, y en menos si se hace más positivo . 3 .4 .3 .2
Influencia del valor del ángulo de incidencia
Un ángulo de incidencia produce menor rozamiento sobre la pieza. Se emplean mayores ángulos de incidencia para materiales muy dúctiles y menores para los duros . Otro detalle a tener en cuenta es que el valor del ángulo de incidencia es diferente en las diversas posiciones que toma el diente al penetrar en la pieza (fig . 3.2713) tanto en el fresado por oposición como en el de concordancia . Desde el punto de vista de abrasión o desgaste del filo, el ángulo de incidencia debe ser tan pequeño como sea posible . En las fresas helicoidales el ángulo de la hélice j3 hace que la arista cortante entre en contacto con la pieza de una manera suave, aumentando la fuerza axial, disminuyendo las fuerzas radiales y las vibraciones . 3 .4 .3 .3
En fresas de corte frontal
En la figura 3 .28 se representan los principales ángulos de las fresas frontales. El ángulo de desprendimiento tiene la misma influencia que en las fresas periféricas .
Fig. 3.278
Fig. 3.28 Ángulo de las fresas de planear. C, ángulo de desprendimiento; L, ángulo de inclinación; J, ángulo axial; G, ángulo de posi ción . 3.4 .3 .3 .1
Influencia del valor del ángulo de colocación o posición El ángulo de colocación G es muy importante en estas fresas, así:
1 . Cuanto mayor sea G menor será el espesor de la viruta para un determinado avance aZ y con él aumentará también la fuerza específica de corte. 2. Los pequeños valores de G hacen que la viruta cortada pueda tener dificultad de salida . 3. Los pequeños valores de G hacen que la relación entre las fuerzas radiales Y axiales sea grande, lo cual provoca una presión desfavorable en el eje de la mesa, así 96
como la tendencia a las vibraciones . El eje deberá tener mejor ajuste radial y axial. Cuando la fuerza axial es grande favorece el ajuste axial . El juego axial puede presentar problemas a la salida o a la entrada de la fresa . En piezas débiles, la dirección axial de la fresa debe ser pequeña, por lo cual es recomendable un pequeño valor de G. 4. Para pequeños valores de G las aristas cortantes resultan más débiles. 3.4 .3 .3 .2
Valores aconsejables para el ángulo de posición
Los ángulos más frecuentemente empleados son : 1 . Angulo de posición G = 0. Se emplea para fresas de planear o de escuadrar. 2. Angulo de posición G = 45°. Es el más recomendable para trabajar con ejes largos, para trabajar fundición de hierro y para materiales dificiles de mecanizar por el riesgo de rotura de las aristas de la herramienta . Para que la viruta no sea excesivamente fina convendrá trabajar con un avance por diente aZ lo mayor posible. 3. Angulos de posición G de 15° y de 30°. Sirven para otras operaciones no especificadas, que habrá que estudiar caso por caso, y ver cual es el ángulo más recomendable . 3.4 .4
Sección cortada instantánea
Se ha dicho lo complejo que resulta el corte de viruta por fresado, ya que pueden estar trabajando varios dientes a la vez y además en cada uno de éstos su corte no es uniforme . Se puede considerar que la sección cortada en cada instante (fig, 3 .29A y B) es el producto del espesor medio de viruta por la longitud de corte b instantánea . [7A] La longitud b es la suma de las longitudes de contacto de cada diente de la fresa que esté cortando, en un instante dado . Por consiguiente (fig . 3 .29C) :
Fig . 3.29A
[$A] Siendo : I
= longitud de contacto de cada diente con la pieza (en las fresas de diente recto este valor es constante para cada diente) z' = número de dientes que están cortando en un momento dado Si el ángulo de contacto cp se expresa en radianes, se tiene (fig . 3 .29A):
Fig. 3.298 En el triángulo OEF de la misma figura se puede establecer que :
cos T
Pero resulta que :
97 7.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Igualando [10] y [11], se tiene:
[121 valor que sustituido en [9]: Z,
z _
Pr
[13]
v
Sustituyendo el valor de z' dado por [131 en la expresión [8A], se obtiene:
[813] Como ya se dijo (apartado 3 .4 .2 .1) :
Sustituyendo este valor en [7A1 se tiene : A = az
[713]
Para el fresado frontal vale la misma fórmula, sustituyendo / por pa, que es el valor de la profundidad axial : A _
3 .4 .5
az ' `z ' P r
Pa
[7C]
Fuerza de corte
Es la fuerza necesaria para cortar una sección de viruta instantánea A de un determinado material, cuya fuerza específica de corte es f, F, = f , - A (kgf )
[14A]
Teniendo en cuenta los valores de A, deducidos anteriormente, se puede escribir que, para el fresado tangencial y el fresado frontal, se tiene, respectivamente: F, =
Fe
3 .4 .5 .1
Fg . 3.30A
__
f, (kgf)
az ' z ' Pr ' I
n
az
D
z ' Pr .
n
D
Pa
Componentes de la fuerza de corte
,
fc
(kgf)_
[14131
[14C]
En la fresa cilíndrica de diente recto la fuerza de corte Fc es la resultante de la acción de todos los dientes que cortan simultáneamente y que se puede considerar situada en el punto medio del arco de contacto (fig . 3 .30A) y de componentes: Ft, fuerza tangente a la trayectoria del movimiento del filo de la fresa, y la componente radial F dirigida en prolongación del radio . 98
La fuerza resultante Fc puede a su vez, descomponerse en componentes perpendiculares, una horizontal Fh y otra vertical F, (fig. 3 .30A y B) . La fuerza F, es la que tiene influencia para el cálculo de la potencia de corte . Según esta fuerza se dimensionan y calculan los elementos que componen la cadena cinemática del movimiento principal . La fuerza Fh se opone al movimiento de avance y de acuerdo con ello se calcularán y dimensionarán los elementos de la cadena cinemática del mecanismo de avance. También influye en los elementos de sujeción. La fuerza F tiende a levantar la pieza de su soporte o a la mesa de sus guías y con ella se determinan los elementos de sujeción de la pieza . En el fresado en concordancia la fuerza de corte se descompone según puede verse en la figura 3.3013 . En ella la componente horizontal tiende a arrastrar la pieza y la mesa, mientras que la vertical empuja a la pieza contra la mesa, y a ésta contra sus guías. En el fresado frontal las fuerzas que se desarrollan pueden verse en la figura 3 .30C. Al fresar con fresas helicoidales la fuerza de corte Fc se descompone además en una fuerza axial Fa y una fuerza perpendicular al eje FQ que, como ya se dijo, convendrá que su sentido sea hacia el soporte fijo del árbol portafresas (fig . 2.613). Tanto en el fresado tangencial como en el frontal, el momento torsor es igual a Fr - R (fig . 3.30D) . Si disminuye el radio y se desea mantener el valor del momento, habrá que aumentar la Fr. Por consiguiente, es siempre más aconsejable emplear fresas de mayor diámetro en cuanto a esfuerzos se refiere . 3 .4 .6
Fig. 3.30B
Fig . 3.30C
Potencia de fresado
La potencia de fresado viene dada en función de la fuerza de corte y la velocidad de trabajo : P c = F c - vc
(kgf m/s)
[15A]
La velocidad se refiere a la medida en la misma dirección y sentido de Fc ; por tanto, es la velocidad tangencia¡ de la fresa y vale: Ve =
u - D - n 1000
(m/min) =
n D n 60 x 1000
(m/s)
Sustituyendo los valores de las fórmulas [1413] y de [1A] en la fórmula [15A], resulta : PC
az ' z " pr ' l . fc . n ' D - n n - D 60 000
=
PU
az
. 60000 pr . I
fc
(kgfm/s)
Fig . 3.30D [1513]
Si se hace az - z - n = arnin, la fórmula [1513] se transforma en: PC
= fc ' amin ' Pr ' I (kgf m/s) _ 60 000 =
fc ' amin ' Pr ' I 1,36 x 75 x 60 000
fe ' amin ' Pr ' ( (CV) 75 x 60 000
[15C]
(kW)
Siendo : Pc fc amin Pr I
potencia de corte en kgfm/s, en CV o en kW fuerza especifica de corte en kgf/mmz avance por minuto en mm profundidad de pasada radial en mm longitud del corte en mm, que en los fresados frontales se sustituirá por pa o sea, profundidad de pasada axial en mm 99
Estas fórmulas se pueden material . Sabiendo que :
dar también
en función del volumen
V del
V = a,,¡ , - p, - I (mm/min) es decir, el volumen de viruta arrancado por minuto, y si se llama r1 al rendimiento de la máquina, se puede determinar definitivamente la fórmula de la potencia : P
=
fe ' amin ' Pr ' I 6 120 000 - 17
fe - V 6120000 - rl
=
(kW)~
[15D]
que da la potencia en el motor de la fresadora . Como no siempre se aprovecha la potencia total, y además los motores admiten una sobrecarga sin dificultades, podría prescindirse en la fórmula [15D] del rendimiento rl . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 9 Calcular la potencia necesaria para fresar una pieza de acero al carbono de 0,35 de dureza HB 150 kgf, con una fresa tangencia¡ de metal duro de 200 mm de diámetro y 12 dientes, sabiendo que el ancho de la pieza es 150 mm y la profundidad de pasada radial de 6 mm . La velocidad de corte empleada es de 120 m/min ; el avance por diente 0,3 mm y el ángulo de desprendimiento + 2° . Solución:
Según la tabla 3 .19, f, vale 300 kgf/mm2 para e m = 0,2 y c se deben hacer las necesarias correcciones .
-7° . Para c = + 2°
fc+2 = f e * Ke " Kc
[a]
Véase cuánto valen estos coeficientes Ke y K, e m = aZ
150
0,3
= 0,3
I 2
0,75
= 0,3 x 0,866 = 0,259 mm
El mismo valor se hubiera hallado en la tabla 3 .25 . Según la tabla 3 .31 K e = 0,94 El ángulo de desprendimiento c = + 2°, difiere en + 2° -(-7 ° ) _ + 9° del de la tabla 3 .31 ; por tanto, hay que disminuir la fuerza de corte en 1,5 x 9 = 12 %, o lo que es lo mismo Tabla 3 .31 Coeficiente Kem para varios espesores medios de viruta Espesor medio de viruta e, (mm1
Coeficiente
0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
1,50 1,23 1,10 1,00 0,94 0,89 0,85 0,81 0,79 0,76 0,72 0,69 0,66 0,64 0,62
_
Kc
100-12 100
= 0,88
Valores que sustituidos en [a] resulta : f c+ 2 = 300 x 0,94 x 0,88 = 248 kgf/mm 2
Kem
es decir : fe = 248 kgf/mm 2 El avance : amin=a, - z'n=0,3x 12x
1000-vc n - D
=3,6x
1,3333 x 200 = 3 6 x 190,9 = 3,1416 x 200
= 687 mm/min Por tanto, sustituyendo en la fórmula [15D], prescindiendo de r1, se tiene : Pc=
100
fe . amin'P r 'I 6120 000
-
248 x687 x6 x150 6120000
=25kW
de :
Si el rendimiento de la máquina fuera del 70 %, la potencia del motor debería ser [15E]
Pt
3.5
P 25 = 35,7 kW - rl - 0,7
Interrelaciones entre los elementos de corte
Ya se han apuntado algunos factores que influyen en los elementos de corte. A continuación se recogen algunas interrelaciones de los mismos y se resume lo dicho hasta ahora . 3 .5 .1
Influencia en la velocidad de corte
3.5.2
Influencia en la profundidad de pasada
Los elementos fundamentales que influyen en la elección de la velocidad de corte son el material que se trabaja y el de la propia fresa . En la tabla 3.2 se recogen algunos valores indicativos . La refrigeración-lubricación, cuando se emplea, puede hacer variar la velocidad hasta en un 30 °lo . Como' regla general no se debe refrigerar cuando se trabaja con metal duro . Para fresas de acero la refrigeración debe ser tan abundante como sea posible, y debe ser capaz de evitar el calentamiento de la fresa y de la pieza. Lo que no debe hacerse nunca es refrigerar intermitentemente ; los resultados pueden ser fatales. La refrigeración debe ser en el mismo lugar de corte (fig . 3.32), y no diametralmente opuesta. Cuando se trabaja en seco y la abundancia de virutas cortadas puedan ser un problema de evacuación, se puede emplear un chorro de aire que facilite la expulsión de la viruta a la vez que refrigera el corte . La economía o desgaste de la herramienta suele ser uno de los elementos fundamentales para elegir la velocidad, ya que ésta, debida a su costo, suele tener mayor influencia que cualquier otro elemento . La potencia total también puede influir en la elección de la velocidad disponible .
Fig. 3.32
Puede estar limitada por falta de estabilidad en la sujeción, por la facilidad de deformación de la pieza. Pueden influir también otros muchos factores . La potencia de la máquina limita igualmente la profundidad de pasada . Con plaquitas de metal duro no reafilables conviene trabajar con la mayor profundidad que admite el filo de las plaquitas, con el fin de aprovecharlas al máximo . En grandes series de piezas fundidas suele preverse un exceso de material suficientemente pequeño, como para que pueda mecanizarse en una sola pasada . Cuando la pieza en bruto presente grandes irregularidades en la superficie, que pueda dar lugar a profundidades desiguales, será conveniente dar una pasada inicial de desbaste para que la pasada final resulte uniforme y de calidad aceptable . Deberán evitarse pasadas excesivamente pequeñas próximas al límite de viruta mínima . Esto es particularmente importante cuando se trabaja por fresado tangencia¡ y con avance en oposición . 3.5 .3
Influencia del avance
El acabado de la pieza puede ser muy importante para determinar el avance, pero en ningún caso debe bajarse hasta límites próximos a la viruta mínima . Para planear con plaquitas de metal duro es preferible emplear placas repasadores anchas (fig . 3 .33), que permitan trabajar con grandes avances, economizando tiempos y logrando buena calidad y ahorro en las otras plaquitas . El tipo de fresa es un factor importante a tener en cuenta . En la tabla 3 .2
Fig. 3.33
se dan valores orientativos de los avances que no convendrá sobrepasar, sobre todo si la profundidad es grande y la salida de la viruta es dificultosa . La potencia de la máquina puede limitar el avance, pero sin olvidar que la viruta de espesor pequeño se corta con mayor dificultad por aumentar la fuerza específica de corte; por tanto, en caso de potencia limitada será preferible reducir la profundidad de pasada antes que el avance . Para un mismo avance de la mesa la potencia será mayor para fresas de poco paso (muchos dientes) que para las de paso mayor (pocos dientes) . 3 .6
Tiempos de mecanizado
El tiempo total de mecanizado está constituido por una serie de tiempos parciales, llamados : 1 . Tiempo de corte o de máquina . 2. Tiempo de preparación . 3 . Tiempo de maniobra . 3.6 .1
Tíempo de corte o de máquina
Es el tiempo que dura el proceso de arranque de viruta sin participación directa del operario . Así, en el fresado plano el tiempo de corte es el que transcurre desde el momento en que el operario termina de conectar el avance mecánico hasta el momento de su desconexión (este tiempo es el que se tiene en cuenta para la duración de la herramienta entre afilado y afilado) . La fórmula general para calcular el tiempo de corte en el fresado es la siguiente: T, =
L amin
(min)
En la que : =
Tc tiempo de corte en minutos L = desplazamiento necesario de la mesa en mm amin = avance en mm/min = aZ - z - n Se pueden considerar varios casos según el tipo de fresa, ya que ello hace variar la longitud L. 3 .6 .1 .1
Fresado frontalcentrado
Ante todo hay que decir que depende de si la operación es de desbaste o de acabado . 3 .6 .1 .1 .1
Fresado frontal centrado para desbastar
El eje de la fresa se coloca ligeramente inclinado (fig . 3.34A) con el fin de que no talone la fresa . Según esta figura la mesa debe desplazarse en la longitud : L= C+ B-Z
[17A]
siendo :
a~l ~.;1IlJa~, .l
2
C = longitud de entrada en mm . Dada la poca inclinación del eje, aproximadamente igual a D/2 B = longitud de la pieza en mm Z = longitud comprendida entre el centro de la fresa y el' punto en que la fresa toca a las esquinas de la pieza acabando la pasada, que depende de la inclinación del eje de la fresa y de la profundidad de pasada . Según la figura 3.34A 7=Z siendo : 1 = ancho de la pieza en mm D = diámetro de la fresa en mm
Fig. 3.34A
102
D2-12
[1713)
Sustituyendo estos valores en [17A] se tiene:
2
+ B -
1
D2 -
2
(mm)
12
[17C]
Fresado frontal para afinado
3.6 .1 .1 .2
Para el fresado en acabado el eje de la fresadora debe estar perfectamente toda la vertical para obtener un plano perfecto . Según esto la fresa tocará en total ; de la figura debe ser de la herramienta periferia, y por tanto, la salida deduce : 3.3413 se L = C + B + C pero
C
_
luego :
D
2
[1713] Comparando las fórmulas [17C] y [17131 se comprende por qué para el desbaste se emplea el sistema de inclinar el eje, ya que el recorrido es menor en uno que en otro . Tiene la desventaja de que la superficie queda ligeramente ondulada (fig . 2 .668) .
has ranura
flexible
e L
Fig . 3.34B
Fig . 3.35
Platos de cuchillas especiales para desbastes y acabado
3.6 .1 .1 .3
Hoy dia, para grandes series y para no tener que dar más que una sola pasada y evitar que la superficie quede ondulada y que, a la vez, no se pierda tiempo en la salida de la fresa, se emplean unos platos de cuchillas (fig . 3.35) que aun con el eje inclinado compensan, con un sistema elástico, la posición del eje, permitiendo un trabajo desbaste-acabado perfecto . 3 .6 .1 .2
Fresado tangencial
En este caso, la longitud total según la figura 3.36 vale : [18A]
L=B+C En la cual la longitud de entrada C vale : C2 -
(D 2 -(D /
_ %13)2 -
~
-py ;C2=
D / 2 +2p D
(D2 12 - [(D 2 -p 2
-2p' +
/2
=pD-p2
p2
=p(D-p)
Fig. 3.36 103
por tanto: C =
(DP
P)
y en, consecuencia, sustituyendo en [18A] se tiene: L = B +
p
(D- p)
(mm)
(188)
Esta misma fórmula puede emplearse para el fresado frontal descentrado con eje inclinado (fig . 3.37A) siempre que el ancho fresado sea menor que D/2. Si el eje es vertical habrá que añadir un espacio igual a C para la salida, es decir, que la fórmula sería (fig . 3.378) :
- -.
2 p (D- p)
L - B+
(mm)
[18C]
Esta fórmula [18C1 vale para fresado tangencial frontal o fresado de rebaje o escalones con fresa de dos cortes . Sea cual sea el caso de fresado, a las longitudes calculadas convendrá añadir una magnitud x para asegurar la entrada y salida completa y suave, que suele valorarse de 2 a 5 mm, según el diámetro de la fresa .
iw
Ard-
-1911~ Ja e
Fig . 3.37A
Fig . 3.378 EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 10
Calcular el tiempo de corte necesario para fresar independientemente un par de ruedas dentadas de acero al Cr N de módulo m = 5; número de dientes z = 25 y longitud del diente B = 40 mm . La fresa es de acero rápido de 80 mm de diámetro y de 12 dientes . La velocidad inicial prevista es de 10 m/min y el avance por diente 0,1 mm . Solución: T, -_
L amin
.
i (min)
t 19AJ
en la cual : L = longitud total para cada diente en mm amin = az ' Z - n i = número de pasadas; en este caso : 25 x 2 = 50, dientes a fresar Según fórmula [188] : L = B + 40 + 104
p (D - p) = 40 +
2,25 m (80 - 2,25 m)
11,25 (80- 11,25) = 40 + 27,81 = 67,81 mm
_
Si se añade un incremento de dos milímetros aproximadamente para asegurar la entrada y salida, se puede redondear y considerar que : L = 70 mm . Para calcular a m; se necesita saber : 1000 - v
_
n - D
1000 x 10 Z 40 r/min 3,1416 x 80
Este número de revoluciones habrá que tomarlo de la fresadora en que se va a realizar el trabajo (Ver las características de la fresadora de que se dispone como ejemplo en las pruebas de evaluación) se escoge, por ejemplo 50 r/min ; con este número : vrea~ =
n - D - n
3,1416 x 80 x 50
_ _
1000
12,566m/min
1000
Si parece demasiado, podría probarse con el número de revoluciones inferior, que como puede verse es 36 r/min, y entonces : v = 9,047 m/min que resulta más pequeña que la pedida, aunque por defecto se aproxima más que la anterior ., Se escoge pues, n = 36 r/min, y con ella, se tiene : amin = a z ' z - n = 0,1 x 12 x 36 = 43,2 mm/min Aquí habría que ver de nuevo las posibilidades de la fresadora de que se dispone para lograr el avance amin = 43,2 mm/min, o el aZ = 0,1 . Si la fresadora indica los avances por diente, ajustarse al más próximo . Se puede comprobar que en la máquina elegida existe la posibilidad de un avance amin = 40 mm/min . Sustituyendo estos valores en [19A], se tiene que el tiempo total de corte es : 7 x 50 = 87,5 min T, = 0 40
Ejemplo 11 Calcular la potencia de corte que se necesita para fresar las ruedas dentadas del problema anterior . Solución: PC
=
fe ' amin ' Pr ' 1 6 120 000 - H
(kW)
[15D]
Para determinar el valor de la f, se emplea el gráfico de la figura 3 .20, pero antes se ha de calcular el espesor medio de la viruta e , por medio de la fórmula [5B]
em =a z
1
D
0,1_
)
1180,25
_
1 80,25 ~
\1
\/
= 0,034 mm
para e m = 0,034 en el gráfico 3 .20, f e = 640 kgf/mmz . En este caso, 1 es igual al espesor del diente y que vale : m
rr
2
=
n ' S
2
= 7,85 mm
Sustituyendo todos estos valores en [15D] se tiene : Pc
_ 640 x 40 x 11,25 x 7,85 6120000
= 0,369 kW
0,5 CV
Si el rendimiento de la máquina fuese rl = 0,5, según la fórmula [15E) resulta que : =
P° rl
=
0-5_ 0,5
;:Z 1 CV 105
3 .6.2
Tíempo de maniobra o manual
El tiempo de maniobra comprende: montar y desmontar la pieza, aproximación de la pieza a la fresa, reglaje de velocidad, de avance, etc . Para el cálculo de este tiempo la máquina debe tener un cuaderno de máquina en el cual están tabulados los distintos tiempos de maniobra (fig . 3.38) . Con su ayuda resulta fácil obtener el tiempo, analizando el trabajo y descomponiéndolo en las distintas operaciones o maniobras que se necesitan . Después se asigna a cada una su tiempo, y la suma de ellos (tabla 3 .39) constituye el tiempo total . Tabla 3.38
Tiempos de maniobra en la fresadora
Coger pieza ligera con la mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dejar la pieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tomar pieza pesada (p >_ 6 kg) con polipasto o similar, equilibrarla y colocarla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Apretar pieza en plato universal o mordaza (ligera) . . . . . » » » » » » » (pesada) . . . . . Soltar pieza de plato universal o mordaza (ligera) . . . . . . . » » » » » » » (pesada) . . . . . . . Apretar brida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soltar brida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Montar fresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desmontar fresa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reglar tope (poco preciso) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reglar velocidad de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Embragar movimiento de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » » » avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desembragar movimiento de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . » » » avance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tabla 3.39
106
Análisis de trabajo
3.6 .3
Tiempo de preparación
Se entiende por tal el tiempo necesario desde que se comienza el trabajo : preparar accesorios, montar fresa, etc ., hasta que se empieza la primera maniobra repetitiva en cada pieza . Habrá que añadir el tiempo transcurrido desde la última maniobra repetitiva para cada pieza, hasta dejar la máquina limpia y libre de los accesorios y herramientas empleados en el trabajo ; es decir, dejando la máquina en disposición de empezar a preparar otro trabajo . Lo mismo que para el tiempo de maniobra, su valor se puede obtener del cuaderno de máquina . CUESTIONARIO 3 .1 ¿Qué se entiende por velocidad de corte en el fresado? ¿De qué depende principalmente? 3 .2 ¿Qué se entiende por avance? ¿Cuántos avances pueden considerarse en el fresado? 3 .3 ¿Cómo se forma la viruta en el fresado y qué relación hay entre los movimientos de corte m, y el de avance m,? 3 .4 ¿Qué se entiende por fresado frontal? ¿Tiene importancia el número de dientes y el díámetro de la fresa en el grado de acabado? 3 .5 Cuando en el fresado se presentan simultáneamente fresado en oposición y fresado en concordancia, ¿qué hay, que tener en cuenta? 3 .6 ¿De qué depende el grado de acabado en el fresado tangencial? 3 .7 ¿Es mejor el fresado frontal o el tangencial? ¿Por qué? 3 .8 ¿En qué consiste el fresado en concordancia y en oposición? 3 .9 ¿Cuál de ellos es preferible? ¿Cómo se elige uno u otro? 3 .10 ¿Por qué tiene importancia el juego de los husillos de los carros para el fresado por trepado y cómo debe evitarse? 3 .11 ¿Qué se entiende por profundidad de pasada radial y por profundidad de pasada axial? 3 .12 ¿Pueden ser las profundidades muy grandes? ¿Cuánto? 3 .13 Las profundidades de pasada : ¿pueden ser tan pequeñas como se quiera? ¿Porqué? 3 .14 ¿Qué importancia tiene el juego radial y axial del eje para la profundidad de pasada? 3 .15 ¿Qué se entiende por fuerza específica de corte? 3 .16 ¿De qué depende principalmente esta fuerza específica? 3 .17 ¿Tiene importancia el espesor de la viruta? ¿En qué sentido? 3 .18 ¿Qué se entiende por espesor medio en el fresado tangencial y en el frontal? 3 .19 ¿Tiene importancia la geometría del filo para la fuerza especifica de corte? ¿Cuál es el ángulo más importante y cómo influye? 3 .20 ¿Qué se entiende por sección cortada instantánea? 3 .21 ¿Qué importancia tiene? 3 .22 ¿Qué es la fuerza de corte? ¿Cómo se calcula? 3 .23 ¿Cuáles son los componentes de la fuerza de corte en los distintos tipos de fresado? ¿Qué importancia tienen estos componentes? 3 .24 ¿Qué se entiende por potencia de corte? 3 .25 ¿Qué se entiende por rendimiento de máquina? 3 .26 ¿Qué factores influyen en los elementos de corte : velocidad, avance y profundidad de pasada? 3 .27 ¿Tienen estos elementos de corte influencias recíprocas, es decir, influyen entre si y respecto al rendimiento y calidad de fresado? 3 .28 ¿Cómo se calcula el tiempo de mecanizado? 3 .29 ¿Qué se entiende por distancia de entrada en el fresado y que importancia tiene respecto al tiempo de mecanizado? PRUEBAS DE EVALUACION Para que sirva de base a los cálculos que se han de realizar y, además, para que los datos tengan un carácter eminentemente práctico, se presenta a continuación las características de una fresadora universal de uso muy frecuente en las escuelas . Caracteristicas de una fresadora universal: 1.
Escalonamiento de velocidades del eje principal en r/min . 25- 36- 190- 510 50 - 70 - 265 - 725 100 - 140 - 370 - 1000 107
2.
Avances en m/min
3.
Potencia de la máquina: 4 CV
4. 5.
A. Para el carro . transversal y mesa longitudinal 0,8-1,5-2,6-4-5-7-8-12-14-22-40-66 6-11-19-28-36-48-60-80-100-160-276-460 B. Para la ménsula o carro vertical : la mitad de los anteriores
Ruedas disponibles para tallar hélices: 24-24-28-32-40-40-44-48-56-60-64-72-86- 100 Discos n.°1 n .®2 n.°3
de agujeros del aparato divisor universal de constante 40 15-16-17-18-19-20 21 -23-27-29-31 -33 37-39-41-43-47-49
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
1 .° Calcular el tiempo de mecanizado del problema número 1 del apartado 3.6 .1 .2, suponiendo que se fresa los dos engranajes formando un conjunto único, es decir, mecanizar los dos a la vez . 2.° Calcular el tiempo total de fabricación para efectos de presupuesto . Problema 2
Calcular la potencia necesaria y el tiempo total empleado para hacer un hexágono regular en la fresadora con los siguientes datos : Fresa de planear 80 x 63 UNE 16-201-75, Acero rápido Material del hexágono, bronce Diámetro de la barra, 40 mm Longitud de la barra, 148 mm Distancia entre caras, 36 mm Avance por diente aZ -t 0,15 Número de dientes de la fresa, z = 6 Problema 3
Los mismos datos que en el problema 2, pero empleando una fresa frontal de 50 mm de diámetro y cuatro dientes . Se admite el eje inclinado en 1 : 1000 . Problema 4
Calcular el tiempo que se tardará para fresar una rueda dentada de 108 mm de diámetro total, de módulo 3 y longitud del diente 30 mm, construida de acero al carbono A 42b UNE 36080. La fresa es de acero extrarrápido y tiene un diámetro de 70 mm y 13 dientes . La velocidad de corte inicialmente prevista es de 15 m/min y el avance por diente 0,12 mm .
Tema 4.
Sujeción de las piezas en la fresadora universal
OBJETIVOS - Conocer y saber diferenciar las formas de sujeción de las piezas que se
han de fresar. - Conocer las posibilidades que tiene la fresadora universal para realizar trabajos fundamentales y saber seleccionar las herramientas y accesorios más apropiados .
EXPOSICION DEL TEMA 4.1
Sujeción de las piezas en la fresadora (Ver tema 11 de Tecnologia
Mecánica 1.2)
En los procesos de fabricación uno de los puntos que debe tenerse en cuenta es la fijación de la pieza . Para la elección del sistema hay que tener muy en cuenta el número de piezas a . mecanizar, si la fabricación es unitaria o en serie y los dispositivos de que se dispone . La fresadora universal es una máquina que tiene buen rendimiento para pequeñas series o piezas unitarias, razón por la cual hay que emplear los útiles y medios normales de sujeción, reservando los útiles especiales para las máquinas aptas para grandes series . 4.1 .1
Principios generales de sujeción de una pieza
La fijación de toda pieza en una máquina debe cumplir ciertas condiciones, a fin de que quede centrada, orientada y fuertemente sujeta . Se requiere para ello: - Inmovilizar la pieza en posición correcta . - Conservar esta posición durante el mecanizado, a pesar de los esfuerzos producidos por la herramienta al cortar . - Prever en el montaje la salida de la herramienta y de la viruta. - Que los elementos de sujeción, debido a los esfuerzos que realizan, no flexionen ni deformen la pieza . - Que, a su vez, los elementos de sujeción no sean tan débiles que, al apretar sobre la pieza, ellos mismos se deformen . - Que la pieza no se doble bajo la acción de los esfuerzos de corte de la herramienta . - Que la pieza en bruto no se desmonte hasta después del mecanizado total de un grupo de superficies . - Que la preparación, apriete y desmontaje de la pieza sea lo más rápida posible . 109
Los factores que influyen a la hora de elegir un sistema de sujeción, entre otros son : - Tipo de operación. - Dimensiones y forma de la pieza. - Número de piezas a realizar . - Capacidad de trabajo de la máquina . Las soluciones pueden ser muy variadas y entre ellas están las siguientes : - Con tornillo de mordaza . - Directamente sobre la mesa . - Con platos de garras o universales . - En aparatos divisores. - Con sistemas rápidos, ya sean mecánicos, neumáticos o hidráulicos y magnéticos . 4.2
El rozamiento en la sujeción de piezas a mecanizar
El rozamiento por deslizamiento, tan perjudicial en ocasiones, es el fundamento de la mayoría de los sistemas de sujeción . Conviene recordar algunas nociones : 4.2 .1
Coeficiente de rozamiento
Se llama coeficiente de rozamiento por deslizamiento de dos piezas A y 8 en contacto (fig . 4.1) a la relación : p
A
_
F
N
siendo :
Fig. 4. 1
F = fuerza necesaria en kgf para hacer deslizar una pieza A sobre otra 8 con velocidad uniforme F r = F, y se denomina fuerza de rozamiento que siempre se opone al movimiento y se expresa en kgf N = fuerza normal entre las superficies de contacto, en kgf Como F, y N son dos fuerzas, g es un número adimensional (siempre menor que la unidad) y se puede decir que: la fuerza de rozamiento F, es directamente proporcional a la carga normal N del cuerpo . 4.2 .2
Fig . 4,2A
Hay que distinguir dos tipos de coeficiente de rozamiento : 1 . Coeficiente en el momento del arranque Pe o coeficiente estático . 2 . Coeficiente durante el movimiento pd o coeficiente dinámico . El coeficiente estático o de adherencia es mayor que el coeficiente dinámico de rozamiento ; normalmente se emplea el segundo. 4.2 .3 El -
Fig . 4 .28
Tipos de coeficientes
4.2 .4
Factores que influyen en el coeficiente de rozamiento coeficiente de rozamiento depende : de la naturaleza de los materiales en contacto ; del estado superficial de los mismos ; si va lubricado o no . Experimentación práctica de los coeficientes de rozamiento . Angulos de rozamiento
El coeficiente de rozamiento se calcula de manera experimental por medio de un tribórnetro o por medio de un plano inclinado (fig . 4 .2A, B) . Partiendo del plano horizontal se va aumentando lentamente el ángulo del plano inclinado (fig . 4.2C) hasta lograr que el cuerpo empiece a resbalar (fig . 4 .2A) ; en ese momento se tiene:
A partir de ese momento la pieza se moverá con un movimiento uniformemente acelerado, lo cual quiere decir que la componente F es mayor que la fuerza de rozamiento F,. Si el plano es suficientemente largo se podría ir disminuyendo el ángulo de inclinación T, hasta lograr que el movimiento fuese uniforme (en este momento el plano inclinado tiene un ángulo cp') (fig. 4.213), lo cual indica que la componente F y la fuerza de rozamiento F, son iguales ; en este momento se tendrá : Pd
=
N
= t9 ~p ,
Si se disminuye el ángulo cp', la pieza, a partir de este momento, permanece inmóvil por ser la fuerza F,' mayor que F. Los ángulos cp y cp' reciben el nombre de ángulos de rozamiento estático y dinámico. 4.2.5
Valor de los ángulos de los elementos de sujeción Si el coeficiente de rozamiento entre dos piezas de acero (tabla 4 .3) es 0,15 y el ángulo de rozamiento cp' es ~:z 8° 30', quiere decir que los elementos de sujeción: cuñas, levas, pernos (roscas), etc ., deben tener un ángulo de inclinación menor de 8° 30' en las superficies donde se produce el contacto ; o si es igual o mayor, deberá llevar un sistema auxiliar de retención . Tabla 4.3
Coeficientes de rozamiento
Materiales Acero sobre acero Acero sobre fundición Fundición gris sobre fundición gris Acero templado sobre acero templado Bronce sobre acero Madera sobre madera Madera sobre metal Cuero sobre fundición Goma sobre fundición Cinta de freno sobre acero
Coeficiente de rozamien to p En seco
Engrasado
0,15 0,19 0,20 0,10 0,18 0,5 0,7 0,45 0,45 0,55
0,1 0,1 0,16 0,05 0,1 0,16 0,11
En la tabla 4.3 se recogen los coeficientes y ángulos de rozamiento de varios materiales. El coeficiente de rozamiento varía si las superficies de contacto están secas, húmedas o lubricadas. Para el asunto de que se trata es interesante que las superficies estén secas, así será mayor el rozamiento, ya que lo que se pretende es aprovechar la fuerza de adherencia entre las dos piezas para que queden sujetas . Para las aplicaciones prácticas de sujeción de piezas se emplean varios sistemas que se basan en los principios enunciados . 4.3
Sistema de tornillo y tuerca
Ya se han estudiado los tornillos y las tuercas como elementos de unión y como elementos de transformación de movimiento (tema 6, de Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas) . Como elemento de sujeción en el mecanizado, la principal característica que hay que considerar, además de la resistencia, es la irreversibilidad, para evitar que se afloje espontáneamente . 4 .3.1
Tornillo de rosca plana Hay que tener en cuenta que en los tornillos, además del rozamiento en la rosca, casi siempre existe el rozamiento entre la tuerca y la pieza o arandela lo cual, en la mayoría de los tornillos normalizados de unión la irreversibilidad
está asegurada y no hay que preocuparse de ella . Sólo para algunos tornillos especiales que haya que construir expresamente, habrá que comprobar este concepto . En una rosca plana el momento de giro MG, o de rozamiento de la hélice para una fuerza determinada, se calcula (fig . 4.4A) por la fórmula : [3A] ya que F t = Q - tg (ff + cp) (fig . 4.48) es el esfuerzo periférico para la acción de apriete del tornillo y F I = Q - tg ((3 - cp), el esfuerzo periférico para la acción de aflojamiento del tornillo . apriete Q
aflojamiento
a
Fig. 4.4 B Polígono de fuerzas para el apriete y aflojamiento de un tornillo.
Fig. 4.4A
Fuerzas que actúan en un filete de rosca.
El momento resistente MR de la tuerca (fig . 4 .4C) en el apoyo : M R = FA
'
2=
Q - NA -
23
[3Bl
El momento de acción MA (fig . 4 .4C) cuyo brazo de palanca es directamente el radio de la tuerca o el brazo de palanca 1 de la llave es igual a :
F
MA
= F2 '
1 = MG
+ MR
= Q -
d2
- tg
((f - (p)
+
Q - HA
- 23
luego : MA
= Q
12
.
t9-(l~ _=
T)
+ NA
El rendimiento rl en tanto por ciento : t9 p . 100 tg ((3 + cp ) Fig. 4.4C
La irreversibilidad estará asegurada cuando (3 < cp .
d3 2 J] i
[3C]
En todas las fórmulas anteriores : N = esfuerzo normal entre dos filetes, en kgf Q = fuerza longitudinal sobre el tornillo, en kgf d = diámetro exterior de la rosca del tornillo en mm rR, = radio medio del tornillo rm = d-`" , en mm 2 p = paso del tornillo, en mm
li
= ángulo de inclinación de la hélice en grados en el dm : tg ¡3 =
p n - dm
W = ángulo de rozamiento de la hélice en grados N = coeficiente de rozamiento en la hélice = tg cp IÁA = coeficiente de rozamiento en el asiento de la tuerca F, = fuerza de rozamiento en el filete en kgf FA = fuerza de rozamiento de apoyo en la tuerca hexagonal expresada en kgf F, = esfuerzo periférico, en kgf, que actúa en el radio medio F2 = fuerza tangencial ejercida en el extremo de la llave, en kgf d3 = diámetro donde se ejerce la fuerza FA en mm d2 = dimensión entre caras de la tuerca en mm d, = diámetro del fondo de la rosca de la tuerca en mm 4.3 .2
Tornillo de flancos inclinados
Para tornillos de flancos inclinados con ángulos del perfil a, es decir, rosca triangular (a = 60°), trapecial y diente de sierra, se debe sustituir en la fórmula [3A], en lugar de cp, el valor del ángulo de rozamiento cp' : t9 ~P, = N, =
[5A]
cos
en la cual : cp' = ángulo de rozamiento estático N' = coeficiente de rozamiento en el filete
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1
Con qué fuerza hay que apretar la tuerca de acero en el extremo de la palanca de la figura 4.41), para lograr una fuerza R2 de apriete sobre la pieza de 150 kgf, si se emplea una brida de 120 mm de longitud útil . El tornillo, también de acero, es M 16 x 1,5 colocado a una distancia de la pieza igual a un tercio de la longitud de la brida, sabiendo que la llave tiene una longitud de brazo de palanca igual a 160 mm, y siendo el coeficiente de rozamiento de la tuerca de acero, IAA = 0,15 . Solución: 1 .° Para lograr sobre la pieza una fuerza mentos respecto a R l que :
Q - 90 =
de donde
Q = 120 - R2 _ 90 2.°
Aplicar la fórmula [3C] MA=
8.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
QI
2
R2
de 150 kgf, se tiene, tomando mo-
R2 ' 120
120 x 150 = 200 kgf 90
tg(j3+cp)
+MA
23
Fig. 4.4 D
en la cual, según los valores del tornillo sacados de la norma de rosca métrica fina, para M 16 x 1,5, se tiene: dm = 15,10 mm tg N
=
p
n - dm
=
tr -
1,5 1,5 = = 0,0316,y (i = 1,81° 15,10 3,14 x 15,10
= 0,15 para el acero sobre acero, pero por tratarse de rosca triangular : a cos 2
y, por tanto
cp'
d3 =
_
0,15 = 0,1732 cos 30°
= arc tg 0,1732 = 9,82°
d2 + d1 2
- 21,6 + 16 2
valores que sustituidos en l3 C1 : = 200 rL 1 210 tg (1,81° + 9,82 0 ) + 0,15 1~8
= 18,8 mm
1
_- 200 (7,55 x 0,206 + 1,41)
= 200 x 2,965 = 593 kgf/mm y, por tanto: F2 =
Fig. 4.4 E
MQ
=
5 = 3,7 kgf 60
La irreversibilidad está asegurada en la rosca del tornillo porque ¡3 < cp', pero además la arandela que lleva (fig . 4 .4E) contribuye a reforzar aquel efecto ; entonces (3 < 2 cp', evidentemente . 4 .3 .3
Sujeción en tornillo de máquina
El llamado tornillo de máquina, ó simplemente mordaza (fig . 4 .5), es uno de los medios de sujeción más extendidos de piezas que se han de fresar . La inmovilización de la pieza se logra por el rozamiento originado entre la pieza y las mordazas del aparato (fig . 4 .6), merced a la presión del husillo o tornillo principal que se apoya en la parte posterior de la mandíbula deslizante . Para que la sujeción sea efectiva la fuerza de rozamiento debe ser mayor que la fuerza de corte ejercida por la fresa. A su vez, la mordaza debe quedar bien apretada contra la mesa de la máquina, de manera que no se deslice sobre ella .
Fig. 4.6
4.3.3.1
Clasificación de las mordazas
Por su estructura se dividen en : sencillas (fig . 4 .6), giratorias (fig . 4.7A)
y universales (fig . 4.713) .
Las mordazas sencillas tienen una base fija y son muy robustas . Las mordazas giratorias se diferencian de las anteriores por la placa base sobre la que gira el cuerpo de la mordaza, de manera que las mandíbulas de la misma pueden adoptar cualquier posición sobre el plano horizontal . Las universales pueden girar sobre dos y hasta tres ejes, de modo que se sitúan en cualquier posición respecto al eje de la máquina . Para facilitar la fijación de las piezas, es frecuente que los modelos actuales tengan las platinas o bocas de cierre cambiables (fig . 4.8) . Tal es el caso de piezas delicadas ; piezas mecanizadas con anterioridad; piezas en bruto, de pare des irregulares ; piezas redondas, etc . Cuando interesa cambiar las bocas de cierre, se aflojan los tornillos que llevan y se sustituyen por otras, sin necesidad de mover la mordaza .
Fig . 4.78
4 .3.3 .2
Mordazas especiales
4.3.3 .3
Precauciones al fijar la pieza en las mordazas
En la figura 4 .9 se muestran varios tornillos de máquina que pueden considerarse como especiales . En la actualidad es frecuente el uso de tornillos de máquina de accionamiento neumático, hidráulico o hidroneumático ; tienen la ventaja de asegurar la pieza con mayor fuerza de apriete y lograr la maniobra con mayor rapidez . Todas ellas suelen ir provistas de husillo para el cierre preliminar; la carrera neumática o hidráulica sólo es de unos pocos milímetros . 1 .' Comprobar el paralelismo de las mordazas del tornillo respecto a los desplazamientos de los carros y la mesa, con ayuda del comparador (fig . 4.10A y B) o, en su defecto, emplendo topes de posicionamiento ajustables a las ranuras de la mesa (fig. 4.10C). Para esta operación pueden emplearse platinas o mandriles rectificados . 2 .a Asegurar el asiento de la pieza sobre la base del tornillo o sobre las reglas colocadas para servir de apoyo a las piezas ; para ello, una vez iniciado el apriete, se dan unos golpes con un mazo de caucho o plástico (fig . 4.11) . 3 .a Cuando la irregularidad de las piezas pueda ser ocasión de alineación o asiento incorrecto en las mordazas, puede emplearse un cilindro interpuesto entre la pieza y la mordaza (fig . 4 .12) . 4 .' Sujetar fuertemente la pieza entre las mordazas sin que éstas lleguen a rayarla o deformarla . Para apretar caras acabadas y cuando se trabajan materiales blandos, se pueden emplear mordazas sin estrias o con protectores de material blando (fig . 4 .13) . 5 .' Cuando la altura de la pieza no sea suficiente para que, apoyando en la base, sobresalga de las mordazas, se emplean unas platinas rectificadas
Fig. 4.8
Fig . 4.9 Mordazas especiales : 1, mordaza de cierre en el centro; 2, mordaza universal; 3, mordaza magnética ; 4, mordaza neumática ; 5, mordaza de mandíbulas oscilantes; 6, mordaza de mandíbula incli nable .
Fig . 4.12
Fig. 4.13
de acero templado (fig . 4 .14) . También pueden emplearse mordazas especiales (fig . 4.15) . 6 .' Si se han de mecanizar piezas delgadas que sobresalen de las mordazas, se emplearán platinas auxiliares para evitar su deformación (fig . 4.16) o también una mesa de imán permanente (fig . 4.17) .
7 .a Asegurarse de que la pieza no se deforma y que, a la vez, queda suficientemente asegurada . 8 .a Antes de poner la máquina en marcha, comprobar que no hay ningún obstáculo que se oponga al paso de la fresa, del árbol portafresas, lunetas, etc.
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 2
¿Qué fuerza hay que aplicar en el extremo de la palanca del tornillo de máquina de la figura 4.18, para lograr un apriete suficiente para retener la fuerza de corte equivalente a 100 kgf? Indicar el rendimiento del tornillo y si es reversible siendo g = 0,105 para el tornillo, y N = 0,09 para las mordazas y pieza .
Rosca cuadrada 25-4
CorfeA-B
Fig. 4. 18 Solución : La fuerza de rozamiento necesaria para contrarrestar la fuerza de corte de 100 kgf, tomando como coeficiente de seguridad 3, será igual a: F R = 100 x 3 = 300 kgf. Para lograr esta fuerza, y con un coeficiente de rozamiento ¡A = 0,09, se necesitará una fuerza normal Q de : Q =
FR
300
0,09
= 3 .334 kgf
¡mi
~~~
Fig.
4. 16
,~cr,crrr,v fCr.z;.~txr
Como son dos las superficies de rozamiento, será suficiente con : Q =
3 334 2
= 1667 kgf
A partir de la fuerza Q hay que calcular el momento de acción MA y, a partir de éste, la fuerza de accionamiento FZ . Para poder aplicar la fórmula [3C] se deben determinar algunos datos: dm _
tg o
2
n
de + d; - 24 + 19 2
d ,
2
3,14
5
= 21,5 mm
= 0
21,5
074
4,23°
IÁ = 0,105 ; cp = arc tg 0,105 ; cp = 5,99°
NA = N (en el extremo del husillo y la mandíbula)
El brazo de actuación de la fuerza de rozamiento en el extremo del husillo es : r = 9,5 - 3 = 6,5 mm o sea que
d3 2
= 6,5 mm
Sustituyendo estos valores en [3C], se tiene : M A = 1667
4
21,5
tg (4,23 + 5,99) + 0,105 x 6,51
MA= F2
.
=
1667 (10,75 x 0,18 + 0,68)
MA = 4360 kgf - mm I ;F 2 =
MA
_
4360
I
200
= 21,8 kgf
F 2 = 21,8 kgf
El rendimiento es : tg p _ tg 4,23 0 _ 0,074 = 0,41 tg (i3 + cp) tg (4,23 + 5,99) 0,18 La irreversibilidad queda garantizada porque ¡3 < cp . 4.4
Sujeción de la pieza sobre la mesa
Para el fresado de piezas medianas y grandes se emplea la sujeción directa sobre la mesa, con bridas y tornillos (fig . 4.19) . 4.4 .1
Sujeción con bridas
Las bridas existentes adoptan gran variedad de formas, de acuerdo con la forma de la pieza, el mecanizado a realizar y la naturaleza de las fuerzas de fijación (fig . 4 .20) . En ocasiones, se emplean escuadras, calzos, dados, etc., como elementos auxiliares (fig . 4.21) . Puede ocurrir que la pieza tenga alguna cara mecanizada ; en este caso, puede servir de superficie de referencia, haciendo que se apoye perfectamente sobre la mesa . Cuando esto no suceda o la pieza no asiente en su totalidad, habrá que colocar bridas únicamente en los puntos que coincidan con los apoyos efectivos de la pieza, empleando calzos, gatos y suplementos, si ello fuera preciso. Al principio se debe nivelar la pieza respecto a una superficie de referencia real o ficticia . Para ello conviene que la pieza se apoye sobre tres puntos, uno
8
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12
Fig. 4.20
Fig. 4.22
fijo y dos regulables (fig . 4 .22). Una vez nivelada y sujeta, por lo menos con dos bridas, se pondrán los apoyos y bridas que complementariamente se precisen . Hay que comprobar, especialmente si se trata de piezas delicadas, que las zonas próximas a las bridas no sufren deformación, sirviéndose para ello de un comparador .
=ig. 4.21 Nivelación de una piezacon ayuda de diversos accesorios .
La fuerza que debe aplicarse en cada circunstancia está determinada ante todo por el valor de los esfuerzos de mecanizado. En consecuencia, el tamaño de las bridas, su número y distribución deben establecerse de acuerdo con aquéllos . Una brida es esencialmente una palanca de tercer género cuya potencia o fuerza activa se aplica entre un punto de apoyo y la superficie de la pieza . La acción del tornillo produce, en efecto, una fuerza Q en dirección axial que, a través de la ley de la palanca, ocasiona una presión sobre la pieza . Considerando que el montaje de la figura 4.23A se encuentra en equilibrio, se puede afirmar que : R, + R2 = Q
[61
R, -a = R2 -b
[7A]
Ri=
Q . b = a + b
Q . b A
R I debe ser lo mayor posible y, en consecuencia, b > a . 120
[7131
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 3
Determinar las fuerzas R, y R2 que se producen en los extremos de una brida (fig . 4 .23A) . La tuerca del tornillo se acciona con una llave de 200 mm de longitud y se ejerce en su extremo una fuerza FZ = 15 kgf. El tornillo es de M16 x 2 y la relación de brazos de la brida es N = 0,1 .
b = 3.
Los coeficientes de rozamiento son iguales y de valor
Solución : Según la figura 4.2313, el momento producido por F2 es : M A = F2 -1 =15x 200=3000 kgf-mm
Fig .
Aplicando la fórmula (3C] se tiene: 3000=Q
[
2m
-tg(P+(p)+~A
13C I
y para los valores dm = 14,6 mm, de las tablas de tornillos normales para M16 x 2; tg lf =
p
n - dm
2
=
n - 14,6
Al ser rosca triangular :
=
0,1
cos 30°
a
cos 2
2
45,86
= 0,0436 ; f3 = 2,49°
= 0,115
y
(p'
-
6,580
HA = 0,1 21,6 + 16 d3 = 2
-_ 18,8 mm
Valores que llevados a la [3C] : 3000=Q[
1 6 2
18,8
tg(2,49°+6,58°)+0,1
3 000 = Q (7,3 x 0,159 + 0,1 x 9,4) 3000 = Q (1,165 + 0,94) = Q x 2,105 de donde Q =
3000 = 1425 kgf 2,105
Aplicando las fórmulas [78] y 17A1 : Q = Ri = Q - b _ a + b 1+ a b R2 = R i . 4.4 .2
b
=
1425
= 1425 4 1 + 1 3 3
1068,7 -
3=
_
1068,75 k9f
356,25 kgf
Resistencia del tornillo
Los cálculos anteriores son ciertos si el tornillo de la brida tiene resistencia suficiente para soportar estos esfuerzos, sin sobrepasar su límite elástico . El valor de la carga máxima admisible es : Q = aadm .
n-d2 4
J
f7C1
4.238
en la que : Oadrn.
d;
= tensión admisible en kgf/mm2 = diámetro del núcleo del tornillo en mm
Para tornillos de acero de resistencia 8 .8 DIN 267, la tensión admisible, considerando un coeficiente de seguridad igual a 3, valdrá : Oadm . =
80 3
= 26,6 kgf/mm 2
En este caso, la fórmula anterior se convierte en : Q = 26,6 - n
4
c1,2
= 20,9 d?
Con esta fórmula se pueden calcular las dimensiones del tornillo, conociendo Q o bien controlar si la tensión de trabajo resultante es igual o menor que la tensión admisible para el material y diámetro del tornillo . De no ser ot 1< Oadm . deben emplazarse varias bridas para que la acción resultante que produzcan sea igual a Q. En casos comprometidos habrá que tener en cuenta, además la deformación de la brida y el alargamiento del tornillo, que pueden reducir sensiblemente el efecto de apriete. 4.4 .3
Fig. 4.24A
Sujeción por cuñas
La cuña es una máquina simple formada por uno o dos planos inclinados, que forman entre sí un ángulo (1 (fig . 4.24A) . El trabajo de la cuña es debido al ángulo de inclinación y al coeficiente de rozamiento . Para el estudio de esta máquina se consideran dos casos: sin rozamiento y con rozamiento . En la figura 4.2413 se representan las fuerzas que actúan en las cuñas y cuyos valores están relacionados por las ecuaciones : V = R = N - cos (3 1T=P= N-senP tg p = T
V
!'79 . 4.24 B
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 4 Suponiendo que no existe rozamiento, calcular la fuerza de aprieto V que se ejerce sobre una pieza por medio de una cuña de 6° (fig . 4.25), aplicando una fuerza P = 1000 kgf. Solución : N = sen ¡3
N - cos ' V =
V = sen (f
cos ¡i =
tg
0,p5
=
9523,8 kgf
En realidad, siempre existe rozamiento, por lo cual este valor es sólo teórico. Según los casos puede suceder que: - Al dejar de actuar la fuerza P, la cuña retroceda, por la reacción de V (cuña reversible). - La cuña permanezca en su lugar cuando desaparezca P, a pesar de la reacción de V (cuña irreversible). 122
4 .4 .3 .1
Cuña reversible
equilibrio, la suma Para que el sistema de fuerzas de la figura 4.26 esté en ser igual a cero : de sus componentes X e Y han de F,-cosP+T+ F, -P=0
[11A]
V- F, senP-R =0
[12A]
. Sabiendo que F, = M, - N ; F, = p2 , R y que, por otro lado, T = N - sen P [11A] y [12A] V = N - cos (3, se sustituyen dichos valores en las fórmulas P y N o sea : y se despeja ;
P = p, - N - cos ¡3 + N - sen ¡3 + p2 R cos (i + sen ¡3) + p2
= N (p, R = N - cos ¡3 - pi
N
R
sen (3 = N (cos j3 - pt - sen (3)
[11131 [12131
Despejando N en [12131, resulta: N =
R
cos i3 - pi sen (3
valor que sustituido en [1113] : P =
R (p, cos (3 - pi sen (3
cos (3 + sen (3) + p2 - R
R i pi - cos (i + sen ( cos (3 - pi - sen (3
pero pi = tg Ti y p2 = tg T2 ; por tanto : - cos ¡3 + sen P = R ( tgTi sen (//3 cos (3 - tg Ti
+ tg T2'
Dividiendo numerador y denominador de la fracción por cos (f : tg p P _ RI/ 1 tg - T1 + tgwi - tg(f
+ tg T2
pero como tg (Ti
+ 0)
=
tg yi + tg Íf 1 - tg cp i * tg (3
la fórmula queda reducida a : ~P= R [tg (cp i + (3) + tg cp21
[13A]
Sí los coeficientes de rozamiento son iguales en las dos superficies (¡Al = p2 : cp i = cp2 = cp), se podrá escribir, finalmente : 1
'
= R [tg (T + (3) + tg tp]
[13131 123
Fig. 4.26
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 5 Calcular la fuerza P que se debe aplicar a la cuña de la figura 4 .27 para producir un aprieto en la pieza A de 300 kgf, si ¡3 = 12° y T = 6° . ¿La cuña es reversible o no? Si lo es, calcular también el valor de la fuerza complementaria de retención . Solución : F,=N .N ;N=Vcos (3 de donde
R = V - F, - sen(3 ; R = V - N -
V -sen(3= V(1 -N -tgi) cos li
R = 300 (1 - 0,105 x 0,212) = 293,32 kgf P = R [tg (cp + (3) + tg col = 293,32 [tg (6 + 12) + 0,105] = 293,32 x 0,430 = 126,1 kgf Como la cuña se desliza por dos caras, el coeficiente de rozamiento total es la suma de los dos parciales ; o sea, 21Á = 0,21 . Por consiguiente, el ángulo de rozamiento cp vale arc tg 0,21 = 11,85°, algo menor que /3 y, en consecuencia, la cuña es reversible ; lo cual, dicho de otra forma, significa que al dejar de actuar la fuerza P, la cuña tiende a moverse en sentido contrario . La consecuencia inmediata es que las fuerzas de rozamiento cambian de sentido . Para que haya equilibrio habrá que añadir una fuerza X, que se deduce de la ecuación de equilibrio : X + F, +
F, - cos (3 - T = 0
X =T-(F, + F,-cosp) pero según la figura 4 .27 : V - tgp ; F, =
N
R
y
F, =
N
N = N
.
V cos ¡3
valores que sustituidos en [c], se tiene : X = V - tg (3 - (N - R + H - V) = 300 - tg 12° - (0,105 x 293,32 + 0,105 x 300) = 63,76 - (30,79 + 31,5) = 63 - 62,29= 1,47 kgf Naturalmente, una vez aplicada esta fuerza, se establece el equilibrio y las fuerzas V y R se igualan .
4.4 .3 .2
Cuña irreversible
En el caso de que la cuña sea irreversible habrá que aplicar una fuerza P (fig .
4 .28) para poderla mover en dirección del desbloqueo . Según la figura 4 .28 se tienen las ecuaciones de equilibrio : P + T = F, - cos (3 + R = F r - sen
M
F,'
+ V
[14A] [15A]
Sustituyendo en ellas V y T por sus valores : P + N ' sen(3= Ni -N - cos¡3 + N2 - R P = N (Ni
Fig. 4.28
cos í - sen (i) + Nz - R
R = N, - N -senP + N -cosí ;
124
R = N (u, -sen( + cos(3)
[1413] [15131
despejando N en [1513) y sustituyendo [1413] se tiene : sen (1) +
IÁ2 -
R
~ Ni - cos (3 - sen ( = R í cos ¡3 + IÁ, y haciendo IÁ1 = t9 ~Pi Y N2 = t9
T2
cp I - cos (3 - sen P = R [ tg cos ¡3 + tg cp, - sen pero dividiendo los dos términos de la fracción por cos (3 queda : P = R
t9 cp i - t9 Íf + tg cp2 '_ 1 +tgcpi - tgp
y como 1 + tg (p l - tg (3 queda la fórmula : P = R [t g (cpt - j3) + tg
cp2]~
[1613]
y si los coeficientes de rozamiento son iguales, queda, finalmente : P = R [tg Icp - (3) + tg cp] A la 1 .' 2 .' 3 .' 4.4 .3 .3
vista de estos resultados se Cuña en equilibrio : si 2 cp Cuña reversible: si 2 cp Cuña irreversible : si 2 cp
[16A]
puede decir : = (3 < (3 > (i
Rendimiento de la cuña
Es la relación entre el trabajo útil y el trabajo motor o, también, la relación entre la fuerza en el caso teórico y la fuerza necesaria en el caso real y vale : rI =
t9 p _ tg[cp + (3) + tgcp
117]
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 6 La retención de un utillaje se hace por medio de una cuña cuyos datos son : (i = 8°, N = 0,1, V = 400 kgf, y se desea saber: 1 .° Si la cuña es reversible o irreversible . 2.° Qué fuerza hay que realizar para retenerla o sacarla de la posición de apriete . 3.° Rendimiento de la cuña . 125
Solución:
N
= 0,1 = tg cp
1.por tanto,
cp = arc tg 0,1 = 5,71°
Al tener la cuña dos contactos, para que haya irreversíbilidad : 2 cp > p; y en este caso en efecto : 2 x 5,71 > 8° . La cuña es irreversible 2.°
Aplicando sucesivamente las fórmulas [15A] y la [16A] se tiene: R= F r , senp+V= N-IÁ senP+V= V
cos /3
N*senil+V=V(,A-tgp+1)
= 400 (0,1 - tg 8 0 + 1) = 400 x 1,014 = 405,6 kgf
P = R [tg (cp - (3) + tg cp] = 405,6 [tg (5,71 0 __ 8°) + tg 5,71°]
= 405,6 [tg (-2,29 0 ) + 0,11 = 405,6 [-0,04 + 0,11 = 24,34 kgf 3. °
El rendimiento es de :
tg p tg 8 ° _ 0,14 _ tg (cp + (3) + tg cp tg (5,71° + 8°) + tg 5,71° 0,244 + 0.1 Es decir, del 40 % . rl -_
= 0,4
En la figura 4 .29 pueden verse algunas aplicaciones de la cuña como elemento de sujeción . En los elementos sometidos a vibraciones, habrá que lograr el mayor grado de irreversibilidad . Para ello se reduce el ángulo de la cuña, aunque ello obliga a extremar la sensibilidad de la fuerza de apriete, ya que pueden producirse esfuerzos tan grandes que ocasionen la rotura de las piezas . 4.5
Sujeción de piezas mediante levas y excéntricas
En el tema 7 de Tecnología Mecánica 2. 1 se estudiaron las levas y excéntricas como elementos de transformación de movimiento ; en este apartado se estudian como elementos de sujeción . 4 .5 .1
Leva frontal
La leva es una cuña circular (fig . 4 .30) que a efectos de cálculo y composición de fuerzas, tiene las mismas características que las cuñas. En la figura 4 .31 se puede considerar la leva como una cuña de pendiente :
Para una fuerza de apriete Q y suponiendo un asiento con distinto coeficiente de rozamiento que en la leva, se tiene : 1 . Considerando el mecanismo sin rozamiento, la ecuación de equilibrio para un giro w de la leva es : Q-h= F
I
2-tr-cw 360
en la que h es la altura recorrida en la dirección de Q y que vale : h = 126
2nr w 360
.
tgp
[A']
ÍY~
0 4 3 soporte
6
5
1111
w .:
pieza " I!J
8
9
Fig . 4.29
Fig. 4.30
Fig . 4.31
Sustituyendo y simplificando, se tiene : F' 1= Mn = Q'r't9Íf
[A]
2 . Pero a la vez hay que vencer al rozamiento F, que se produce en la leva y el de su asiento F;, y que valen : F, =
1N i
y F,' = Q cos ¡3
N2 '
Q 127
pieza
En ocasiones, para hacer el esfuerzo de retención mayor suelen colocarse dos o más arandelas de fricción (fig . 4 .30) y entonces : F' = n ' N2 - Q, siendo n el número de pares de superficies deslizantes . El momento que producen estas fuerzas de rozamiento, vale : Q
M, = r (F, - cos (3 + F,) = r (¡A1 -
cos (3
- cos (3 + n - N2 - Q)
= r - Q (H1 + n M 2 ) y si : FA1 =M2=FÁ ;Mr= r-Q-/A(n+1) vale :
Por lo que el momento que hay que vencer con la palanca de accionamiento M a = M + M r = Q - r - tg (3 + Q - r Q - r [tg
13
(n + 1)
+ p (n + l)]
ypara p = tgcp =
1 . Ma
Q
.
r f tg
p. +
- tg cP ( n + 1- )]
[18A]
si tg (3 = tg cp
l
M e = Q - r tg (3 ( n + 2)
[18B]
En la figura 4 .32 se muestran ejemplos de levas empleadas para sujeción de piezas . Cuando el recorrido es muy grande, la pendiente se hace excesiva y ya no habrá retención ; en estos casos, si se tiene que lograr la retención, habrá que aumentar el número de superficies de contacto . También puede hacerse la leva con dos pendientes, una grande al empezar el desplazamiento y otra menor hacia el final . De todas formas, cuando las vibraciones de la máquina puedan dar lugar al desbloqueo de la leva, habrá que prever algún sistema de seguridad (fig . 4 .33) .
2 Fíg. 4.32
Fíg . 4.33 128
Leva radial
4.5 .2
pero en ella la fuerza de La leva radial (fig . 4.34) tiene el mismo principio, reacción en el eje de la ejerciendo una eje de giro, apriete es perpendicular al las arandelas de la leva axial . leva, que produce un efecto de retención similar a elemento de freno y se admite como Con todo, no suele tenerse en cuenta como coeficiente de rozamiento . que el sea menor irreversible aquélla cuya pendiente debería ser constante el ángulo constante, apriete sea el efecto de Para que la leva fuese una espisería cierto si de pendiente en cada punto de la leva . Esto coincidiese con el giro de la leva . de radios vectores ral logarítmica, cuyo centro y por variar rápiDicha curva no se emplea en la práctica por su difícil ejecución mayor prehaciéndose resistente damente su radio vector y, con él, el momento son útiles para Estas levas apriete . el máximo cisamente cuando se necesita grandes desplazamientos y pequeñas fuerzas. Leva radial de espiral de Arquimedes que es fácil de La curva que suele emplearse es la espiral de Arquímedes se quiera . pequeña como tan puede hacerse fabricar, y la variación de su radio palancas, bridas, medio de por amplifica ordinariamente recorrido se Su pequeño etc. (fig . 4.35) . sujetar. En Raramente se emplean apretando directamente sobre la pieza a que crece le a medida ligeramente pendiente disminuye ángulo de estas levas el pendiente no debe espiral : si se desea que la leva sea irreversible, el ángulo de (3 5°, 48' . sobre acero, para acero ser mayor que arc tg p; es decir, . En efecto, el recorrido periférico partir del r se calcula a valor del radio El (fig . 4.36) : arco 1 correspondiente al giro angular w vale 4.5 .2 .1
I_
Fig. 4.34
2n-r-w 360
pero también _h tg (3 luego 2n-r-w 360
360 h ;r2n - cw tg (3
-
r=
h tg (3
180 h n'w'tgp
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 7
radial En una leva espiral con ángulo inicial (3 = 4°, se quiere obtener un recorrido de la leva? el radio mínimo h = 5, con un giro de eje de 120° ¿Cuál debe ser
h
Solución:
Aplicando la fórmula 1191 180 h
it-w-tg(3
180 x 5
n-120-tg4
=
900 = 34,14 mm 26,34
de 4° 30'. Las levas espirales están normalizadas ; el ángulo medio suele ser 4.37) . Pueden hacerse planas o de horquilla (fig . 129 9.
Tecnología 2.2 .
Máquinas Herramientas
Fig . 4.36
Fig. 4.37 La relación entre la fuerza de aprieto producida y la necesaria en el extremo de la palanca (fig . 4 .37), viene dada por la fórmula : tg (Íf + cp) rm + tg cp
F = Q
2
L
[20j
Siendo : = = rm = d = L = F = Q =
cp
angulo medio de pendiente de la cuña ángulo de rozamiento en la leva y su eje radio medio de la leva en mm diámetro del eje de la leva en mm longitud de la palanca en mm fuerza en la palanca en kgf fuerza media de apriete en kgf
Ejemplo 8 Se tiene una leva espiral cuyo radio mínimo es 34,14 mm, y = 0,12, el ángulo inicial de 4° y el diámetro de gorrón 25 mm . Se desea lograr una fuerza de apriete de 150 kgf con una fuerza en el extremo de la palanca de 12 kgf y un recorrido angular de 110° . ¿Cuál será la longitud de la palanca? Solución : Según la fórmula [201, despejando L, se tiene : L =
Q ítg(P+cp)rm+tgcpF
d 2 )
El giro hasta el punto medio será de 55° y, en el mismo, el incremento de radio se puede deducir de la relación siguiente :
n- r - w 180 de donde : h =
n - r - tu - tg ¡i
_
180
3,14 x 34,14 x 55 x 0,0699 _ 2,28 mm 180
Por tanto, el radio medio será : r m = r + h = 34,14 + 2,28 = 36,42 mm Sustituyendo valores en A, se tiene :
L = 130
150 [tg (4 0 + 6,84 0 ) x 36,42 + tg 6,480 x 25 2 12
= 104,92 ;z 105 mm
4.5 .3
Excéntrica circular
En lugar de la leva de espiral se utiliza con frecuencia la excéntrica circular . Tiene la ventaja de su gran facilidad de fabricación, aunque con el inconveniente de que la pendiente no sólo es variable sino que tiene un punto de máximo, que coincide con el punto medio (fig . 4.38A), para disminuir hacia ambos lados .
Fig. 4.38A
Para determinar el ángulo de la cuña en cualquier punto de la superficie excéntrica, se une el punto en cuestión N con una recta con el centro de giro 9, y con otra con el centro de la superficie excéntrica P. El ángulo (3' que forman las dos recta es el de la pendiente de la espiral en ese punto. Se puede comprobar cómo en el punto M la excéntrica presenta su mayor ángulo. La irreversibilidad de la excéntrica se asegura siempre que el ángulo (3, en M, sea igual o menor que T. Llamando e a la excentricidad OP y r al radio de la excéntrica, la reversibilidad queda asegurada siempre que : e r
[221
Las pendientes en las proximidades de los extremos de[ diámetro de los centros, son muy pequeñas, razón por la cual, en esos puntos, la relación entre la fuerza de apriete y la fuerza en el extremo de la palanca es máxima, pudién dose hacer peligrosa cuando las piezas a sujetar son débiles . Por esta razón suele limitarse la utilización de la excéntrica a los 120° simétricos respecto al punto medio M. Para dimensíonar la excéntrica, se parte de la relación :
r
[22A)
de tal manera que en los 120° útiles, para N = 0,1, la diferencia de radios es: rtso° - rao° = 0,19 ri
[231
En la figura 4.3813 se pueden ver varios modelos de excéntricas normalizadas. EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 9
Determinar el diámetro de la excéntrica y su excentricidad, para lograr un recorrido de 6 mm en los 120° útiles, si ti = 0,1 . Solución : Según la fórmula [231 : r,so° - rao° = 6 = 0,19 r
I,\\\\\\\\'"_iiñ
Fig. 4.388
de donde : r =
6 = 31,57 mm 0,19
Luego el diámetro : 2 r = 2 x 31,57 = 63,14 mm la excentricidad según la fórmula (22A1 será : e= r-IÁ =31,57 x 0,1 =3,157 mm En la figura 4.39 se muestran varios ejemplos de excéntricas en útiles de fijación .
Fig. 4.39 4 .6
Sujeción de las piezas en los aparatos divisores
En el tema 5 se estudiarán los aparatos divisores desde el punto de vista constitucional y funcional, y en los temas siguientes se hablará de su utilización . En el presente apartado sólo se estudian las peculiaridades que presenta el montaje de las piezas en estos importantes accesorios de la fresadora. 4.6 .1
Sujeción con platos universales de garras Ya se habló de estos platos al estudiar el torno en los cursos anteriores porque es fundamentalmente donde se emplean. Una característica importante a tener en cuenta en la fresadora es que las piezas ya suelen tener mecanizadas las superficies por las que se han de sujetar (superficies de partida) y que, la mayoría de las veces, éstas deben quedar perfectamente centradas para que el trabajo (generalmente de división) resulte aceptable . Por esta razón, la conservación de las garras en perfecto estado y la comprobación del centrado de la pieza es imprescindible . Si las superficies están acabadas, hay que tomar precauciones en el apriete, para que la fuerza ejercida sea sólo la necesaria para evitar que la pieza se mueva durante el mecanizado y que dañen o señalen las caras mecanizadas de la misma . En la figura 4.40 se muestra el montaje de una pieza en un plato . Para usos especiales se pueden emplear garras de sujeción de diseño específico y, en ocasiones, garras blandas . Siempre que sea posible, las piezas al aire de cierta longitud deben fijarse con ayuda de la contrapunta (fig . 4 .41), haciendo que asienten perfectamente y apretando después las garras del plato, sin olvidar la comprobación posterior del centrado . 132
rW /i 0 0 0
PV(Q --~ rero~--INU ~II~II~II ~ __, II!IIIII!~I'~p
Fig. 4.40
Fig. 4.41
Cuando se trata de piezas irregulares, se facilita la sujeción empleando platos de garras independientes . 4.6 .2
Fig . 4.42 Platos de división directa semiautomáticos con pinza incorporada.
Sujeción con pinzas
Para piezas pequeñas, puede sustituirse ventajosamente el plato de garras por pinzas colocadas en el eje del aparato divisor (fig . 4.42) . 4.6 .3
Montajes especiales
Cuando por el tamaño o forma de la pieza no sirvan ni el plato de garras ni las pinzas, se pueden emplear platos planos y sujetar en ellas las piezas con bridas u otros accesorios apropiados . Este montaje se facilita empleando aparatos verticales que suelen llamarse mesas circulares (fig . 4 .43) . Aunque su uso no es muy frecuente, tienen mucho interés los platos magnéticos (fig . 4.17), neumáticos (fig . 4 .44A), hidráulicos y electrónicos (fig . 4.44B) .
Fig . 4 .44A
Fig . 4.43
Fig. 4.44 B 133
4.6 .4
Ante todo hay que verificar el buen estado de los asientos de los puntos y el de éstos, así como controlar el perfecto centrado de la pieza a mecanizar (fig . 4 .45) . A continuación habrá que verificar la perfecta alineación de punto y contrapunto (fig . 4 .46) . Para ello se puede emplear un mandril rectificado y un comparador de reloj y comprobar el paralelismo respecto al desplazamiento y respecto a la mesa . El aparato debe disponer de un plato o brida de arrastre (fig . 4.47) ; algunos modelos llevan la brida acoplada al propio punto, lo que no es aconsejable . Sea cual sea el sistema, hay que asegurar la perfecta unión con el eje del divisor para que el arrastre de la pieza no presente dificultades .
Fig . 4.45
Fig . 4A8A
Montaje entre puntos
La pieza, con su brida de arrastre, se coloca entre puntos, de manera que apoye perfectamente en ellos y, al mismo tiempo, gire ligeramente forzada . Después de asegurarse que el perro de arrastre no impide el apoyo de la pieza en el punto, el perro se une firmemente a la pieza y al plato o brida de arrastre quedando la pieza en disposición de trabajo . Con mucha frecuencia se emplea el montaje entre puntos para piezas huecas colocadas previamente en torneadores . Cuando estos torneadores son cónicos (fig . 4.48A), hay que asegurarse de que las piezas están firmemente apretadas, y al montarlo en el aparato divisor se tendrá la precaución de que el esfuerzo de corte tienda a apretar la pieza en el torneador y no a aflojarla . Si el torneador es de tuerca debe lograrse que la pieza entre bien ajustada y comprobar el centrado de la misma (fig . 4.4813) . Las tuercas suelen ser de paso fino y difícilmente se aflojan durante el trabajo, pero, si se trabaja en ranuras helicoidales, hay que comprobar que el efecto de giro no tienda a aflojar la tuerca . Un torneador muy empleado, de carácter extensible, es el que se indica en la figura 4.49.
ur~ Fig. 4.49
4.7
Otros sistemas de sujeción
En el fresado de grandes series es de suma importancia el tiempo de sujeción y desmontaje de la pieza. Por esta razón se emplean utillajes especiales, frecuentemente accionados, para mayor rapidez, eficacia y comodidad del operario, con elementos mecánicos, neumáticos, hidráulicos e incluso eléctricos, a base de electroimanes . 134
Cuando se usan estos sistemas debe quedar asegurada la pieza, una vez hecho el amarre de la misma, por medios mecánicos, ya que una falta de la energía neumática, hidráulica o eléctrica, aunque sólo sea instantánea, puede resultar fatal, porque desaparece la fuerza de apriete . En la figura 4 .50 se muestran varios montajes de accionamiento rápido.
U= MILI
1~/I
Fig, 4.50 135
CUESTIONARIO 4.1 4.2. 4.3 4.4 4.5 4.6
Principios generales para la sujeción de las piezas que se han de fresar . El rozamiento en la sujeción de piezas . El tornillo como elemento de sujeción, principio y aplicaciones . La cuña como elemento de sujeción y relación con las levas y excéntricas. Importancia de la sujeción de las piezas en el aparato divisor . Importancia de los elementos de fijación rápida .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 En la mesa de una fresadora se fija una pieza de bronce tal como se indica en la figura 4.51 . Se desea calcular : - La fuerza de aprieto Q que deberá hacerse para que la fuerza de corte longitudinal de 200 kgf no pueda mover la pieza . - La fuerza que deberá aplicarse al extremo de una llave de 170 mm que se emplea para apretar el tornillo.
bronce
Fig . 4.51
Fig . 4.52
Problema 2 La brida de acero de la figura 4.52 sirve para sujetar una pieza del mismo material sobre la mesa de fundición de una fresadora . Tiene un tornillo de acero de 40 kgf/mm2 de M12 . Calcular : - La fuerza de apriete Q. - El momento de accionamiento M,q. - La fuerza a ejercer sobre el extremo de una llave de 200 mm de brazo . - El número de bridas necesario si la fuerza de corte horizontal que debe contrarrestarse es de 650 kgf.
Tema 5 .
Aparatos divisores
OBJETIVOS
Conocer la estructura de los aparatos divisores . - Saber realizar los cálculos para hacer cualquier trabajo de división, tanto sobre piezas circulares, como lineales. -
EXPOSICION DEL TEMA
Aparatos divisores. Los aparatos divisores tienen por objeto hacer ranuras equidistantes, unas veces sobre piezas cilíndricas (engranajes, fresas, brocas, etc .) y otras, a lo largo de reglas (cremalleras, reglas graduadas, etc .) . Los primeros se llaman aparatos divisores giratorios y los segundos, lineales. Los aparatos divisores giratorios se llaman horizontales, verticales o universales, según que su husillo portapiezas sea horizontal, vertical o inclinable . Unos y otros pueden ser de división directa, llamados también sencillos, y de visinfín. Estos últimos pueden ser de división mediante círculos de agujeros, de división mediante engranajes y de división automática. El siguiente cuadro presenta en resumen las distintas clases de aparatos divisores .
Aparatos divisores
giratorios lineales
horizontales verticales universales
sencillos de visinfín
con círculos de agujeros con engranajes automáticos
A continuación, se hace una breve descripción de cada uno de ellos y se dan las reglas para su empleo . 5 .1
Aparatos divisores giratorios
Son los aparatos más empleados en la fresadora, de aquí su importancia . Se estudia principalmente el aparato divisor universal, pero sin descuidar los sencillos y los simples de tornillo sin fin . 5 .1 .1
Aparatos divisores sencillos Los dos tipos más generalmente empleados son de :
círculo ranurado .
plato de agujeros
y de
137
5.1 .1 .1
Aparato divisor sencillo de plato de agujeros
Consta de un cabezal de fundición (1) (fig . 5.1), en el cual va ajustado un eje (2) mediante un cono . Este lleva en su parte anterior un plato de arrastre (3) y en la posterior una manivela corredera (4), cuyo índice (5) puede introducirse en los agujeros del plato (6) fijo en el cabezal .
r%, i.. : ~\fl\~~`* . . g~~r MV-
-
r
Fig . 5. 1 El desplazamiento angular de la manivela es igual al del plato de arrastre y, por consiguiente, al de la pieza . REGLA : Para dividir una circunferencia en un determinado número de partes iguales, se busca en el plato (6) un circulo, cuyo número de agujeros sea múltiplo del de divisiones que se han de efectuar, y se hace coincidir el indice (5) con uno de los agujeros de dicho círculo. Efectuada una división, se pasa a la siguiente, corriendo el índice tantos espacios como unidades tiene el cociente de dividir el número total de agujeros del círculo por el de divisiones que se han de hacer. Ejemplo:
Fig. 5.2A
Si se desea hacer seis divisiones, se pueden elegir círculos de 18, 24, 30, etc. agujeros . Para pasar de un división a otra se pasarán, 3, 4 ó 5 agujeros según el círculo respectivo que se haya elegido. Para evitar tener que contar los agujeros de cada división que se hace, se deslizan a frotamiento suave entre el plato de agujeros y la manivela dos reglillas o dedos (1) y (2) (fig . 5.2A) (llamadas también alidadas), los cuales pueden sujetarse uno contra otro, formando un ángulo cualquiera mediante el tornillo (3). Dichos dedos deben comprender, sobre el círculo de agujeros que resulte de la regla anterior, el número de espacios que en la misma se indica . Para ello téngase en cuenta que, para comprender n espacios se necesitan n + 1 agujeros . Así, en la figura 5.2A los dedos comprenden sobre el circulo exterior 9 agujeros, pero solamente 8 espacios . 5 .1 .1 .2
Divisor sencillo de disco ranurado
En otros aparatos divisores se sustituye el disco de agujeros por otro disco ranurado (fig . 5.213). El disco (1) se coloca normalmente en el eje (2) y en el cuerpo (3) lleva un gatillo (4) que se introduce en las ranuras correspondientes del disco. En algunos de estos aparatos, el paso de una división a otra se hace limitando el recorrido con una palanca que acciona el eje por medio de una rueda trinquete, de manera que la deja libre al volver hacia atrás. Algunos los clasifican como aparatos semiautomáticos y son muy útiles para pequeños trabajos en serie. Sea cual fuere el sistema del aparato, hay que tener la precaución de bloquear el eje con un dispositivo de seguridad apropiado (5), una vez hecha la división y mientras dura la pasada . Los discos y gatillos deben estar fabricados con la mayor precisión posible, ya que los errores que tengan los transmiten a la pieza.
Fig. 5.28
Estos aparatos se emplean mucho en las máquinas de afilar como se verá en el tema 20 . Suelen ir equipados con platos de garras, platos de arrastre y pinzas para la sujeción de las piezas . En la figura 5.3 se pueden ver varios modelos de estos aparatos . 138
manivela de blocaje del Pie
2
mili
disco intercambiable
3
Fig . 5.3
4
Aparato divisor con tornillo sin fin
5.1 .2
Este aparato se diferencia del anterior en que el movimiento angular del eje portapiezas no se obtiene directamente sino mediante un engranaje de tornillo sin fin y rueda helicoidal . El tornillo sin fin suele ser de una sola entrada pero puede ser de dos o más; con todo, siempre debe ser irreversible, es decir, que el ángulo de la hélice no sea mayor al ángulo de rozamiento . 5 .1 .2 .1
Constante del aparato
Se denomina constante del aparato divisor al cociente entre el número de dientes de la rueda helicoidal y el número de entradas del tornillo sin fin .
De la constitución del aparato se deduce una importantísima consecuencia que interesa resaltar y es que : la constante del aparato divisor es igual al número de vueltas que se ha de dar a la manivela para que el eje portapiezas dé una vuelta entera sobre sí mismo. De esta forma no es necesario desmontar el aparato divisor para averiguar la constante; bastará girar la manivela contando las vueltas que hay que darle para que el eje portapiezas dé una vuelta . La constante del aparato puede ser cualquiera, pero lo más normal es que sea, K = 40 ; también hay aparatos con constante de 30, 60, 80, 100 ó 120 . 5 .1 .2 .2
Aparato divisor de tornillo sin fin con disco de agujeros
Estos aparatos (fig . 5 .4) llevan en el eje (1) del tornillo sin fin (2) una manivela (3), que puede variar su radio, para hacer coincidir el pitón (4) de la misma con el círculo de agujeros deseado, de los varios que tiene un plato o disco (5) fijo al cabezal (6) . Los platos de agujeros suelen ser intercambiables y cada uno de ellos lleva varios círculos de agujeros . Algunos fabricantes construyen los platos con círculos por ambos lados (fig . 5.5) . Lo más corriente es que cada aparato vaya con tres discos con los siguientes círculos de agujeros : N .° 1 N .° 2 N .°3
15-16-17-18-19-20 21 -23-27-29-31 -33 37-39-41-43-47-49
Nota. Para los problemas en que no se indique otra cosa, se entenderá que se dispone de estos discos . En el taller habrá que utilizar naturalmente, los círculos disponibles . 139
5.1 .2 .3
Fig. 5.5
División simple
Para hacer divisiones con estos aparatos se seguirá la siguiente REGLA : Se forma un quebrado que tenga por numerador la constante del aparato y por denominador el número de divisiones que se han de hacer. Si resultara un quebrado impropio, se reduce a mixto o a entero . Se pasará de una división a otra de la siguiente manera : a) Si el quebrado es igual a número entero, se hace girar la manivela tantas vueltas completas como unidades tiene dicho número . b) Si es un quebrado propio se coloca el índice sobre un circulo que tenga tantos agujeros como unidades tiene el denominador y en el mismo se hace correr tantos espacios como unidades tiene el numerador. c) Si es igual a un número mixto, la parte entera indica el número de vueltas completas, y la parte fraccionaria la fracción de vuelta tomada como en el caso b). Cuando el denominador no se corresponde con el número de agujeros de ningún círculo del disco, se transforma la fracción en otra equivalente cuyo denominador coincida con el número de agujeros disponible . La justificación de esta regla es sencilla . Aplicando la ley de transmisión de engranajes se tiene : n2 . z 2 = ni .
en la cual : n1 n2 Z1 Y z2
[A1
z1
número de vueltas del eje de la rueda helicoidal del aparato número de vueltas del eje del tornillo sin fin número de dientes de la rueda helicoidal y número de entradas del tornillo sin fin respectivamente .
Pero resulta que:
n2 = vueltas o fracción de vuelta de la manivela y que se denomina M. n1 = vueltas de la pieza o fracción de vuelta, para pasar de una división a otra y siendo z el número de divisiones : n 1 = 1 z Sustituyendo en [Al estos valores se tiene: M '
Z2 =
Í' z
Z1 ;
M =
1
" Z1
Z'
Z2
pero ? 1 = K, según se definió anteriormente, con lo cual la fórmula queda dez2 finitivamente :
que es lo que se quería justificar . 140
Como ya se dijo para los aparatos sencillos, al hacer la división el eje del divisor estará desbloqueado, pero habrá que bloquearlo durante el trabajo . Como quiera que el mecanismo de transmisión no suele ser tan simple e intervienen varios engranajes, es posible, a pesar de los dispositivos que suelen tener los aparatos, que haya juegos que podrían dar lugar a errores . Por esta razón habrá que tener el aparato siempre bien ajustado y, aun así, convendrá hacer siempre las divisiones en el mismo sentido de giro . La holgura más importante que hay que corregir es la que puede existir entre el tornillo sin fin y la corona . Esta holgura se corrige normalmente por medio de una excéntrica (fig . 5 .6) mandada desde el exterior del aparato . En algunos aparatos este mismo dispositivo sirve para desacoplar el visinfín con objeto de convertir el divisor en un aparato de división directa (fig . 5 .7) .
Fig . 5.6
Fig. 5. 7
Fig . 5.8
EJERCICIOS RESUELTOS Problema 1 Calcular las vueltas o fracción de vuelta de la manivela de un aparato divisor de K = 40, para hacer ocho divisiones . Solución : M
_
K -
40
z
8
= 5 vueltas enteras
La manivela se coloca en cualquiera de los círculos de agujeros . Es aconsejable elegir el mayor círculo de agujeros del disco que esté colocado en el aparato . En la figura 5 .8 queda esquematizado el problema . Problema 2 En el mismo aparato se quieren hacer 120 divisiones . ¿Cuál es el valor de M? Solución : M
K z
-
40 120
_ _ 1 _ _ 5 _ 3
6
15
_
18
7
_ _ 9 _
11
21
27
33
_
13 39
Es decir, se puede emplear cualquiera de los círculos de 15-18-21-27-33 ó 39 agujeros cogiendo 5, 6, 7, 9, 11 ó 13 espacios, respectivamente . Lógicamente se elegirá el disco colocado en el aparato (fig . 5 .9) . Problema 3 En el mismo aparato se deberán hacer 27 divisiones . ¿Cuánto vale M? Solución : M
= K z
=
40 27
=
1
13 27
En un círculo de 27 agujeros se dará a la manivela una vuelta completa más trece espacios, es decir, 13 + 1 agujeros (fig . 5 .10) .
Fig.
5. 10
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 En un aparato divisor de tornillo sin fin y disco de agujeros de K = hacer 100 divisiones ¿Cuánto deberá girar la manivela para cada división? 60, se quieren Problema 2 Se desean fresar 13 ranuras equidistantes en un cilindro por medio de un aparato divisor de tornillo sin fin y disco de agujeros de K = 40 . Calcular el giro de la manivela para hacer la división . 5.1 .2 .4
División compuesta
Cuando, al aplicar la fórmula (21 M =
división a
realizar
K
, resulte que el quebrado no puede z ser reducido a otro cuyo denominador dé un círculo de agujeros disponible, se puede lograr la solución en algunos casos descomponiendo dicha fracción en dos equivalentes, cuyos denominadores puedan reducirse a círculos de agujeros disponibles del mismo disco . Así, si M =: K z
--
a
zI
± b (fig . 5.11A y B), se elige un plato de agujeros z2
que tenga los círculos de Z, y ZZ agujeros . Se logrará la división correcta si en el círculo de z t se gira la manivela a , z1 después de haber girado el disco ± b . en el mismo sentido que la manivela, cuan-
del z2 plato (-) do el signo sea más (+ ) y en sentido contrario cuando el signo sea negativo
En la práctica, esta operación se puede realizar, con ciertas dificultades, con un divisor de disco de agujeros por una sola cara, pero es mucho mejor un disco de agujeros por ambas caras, provisto de dos índices (fig . 5.11 C) ; en este caso, el aparato lleva un gatillo o índice (1) que ajusta en el disco (2) por la parte posterior . Sea cual sea el sistema que se emplee, es un método lento y engorroso a la vez que limitado ; razones por las cuales es poco usado, prefiriéndose el método diferencial (apartado 5 .1 .3 .2) empleando un aparato divisor universal. EJEMPLOS RESUELTOS
Problema 4 Primera solución : En un aparato de K = 40 se tienen que hacer 99 divisiones . M quebrado irreducible .
_ K _ 40 z 99
Descomponiendo la fracción 4 0 en dos equivalentes y de manera que los numerado99 res sean múltiplos de 3, 9, 11 para que así sean reducibles : 40 = 22 + 18 _ 2 + 2_ - 6 (a) + 6 (b) 99 99 99 9 11 27 (z t ) 33 (z2)
Se elige un disco de 27 y 33 agujeros, con la manivela se giran 6 espacios en el círculo de 27 agujeros y seguidamente se gira el disco 6 espacios en el circulo de 33 (fig . 5.12A). Segunda solución : 40 = 55-15 = 55 - 15 99 99 99 99
5 _ 5 9 33
15 (a) 27 (z 1)
5 (b) 33 (z 2)
Con el mismo disco que en la otra solución, pero con las alidadas abarcando ahora 15 espacios para la manivela y haciendo el giro en sentido contrario al de la manivela (fig . 5.1213), en un valor de 5 espacios en el mismo círculo de 33 . 142
EJERCICIOS A RESOLVER
Problema 3 Se desea construir 93 divisiones en el mismo aparato que el ejemplo anterior empleando el método de la división compuesta . 5 .1 .2 .5
Aparato divisor de tornillo sin fin y división por engranajes
Es una variante del anterior, pero en el que se ha cambiado el disco de agujeros por un tren de engranajes (fig . 5.13A1 . La rueda conductora es movida por una manivela . En el mismo eje, y solidario a él, va colocado un disco con una entalladura en la cual se introduce una cuña fija al cabezal. El tren de engranajes debe dar al eje del tornillo sin fin un giro igual a M, calculado por la fórmula [21, con un número entero de vueltas de manivela . cuña
Fig . 5.13A Los dientes de las ruedas del tren de engranajes se calculan por la relación : n i , z i = M'z2 en la cual : ni número de vueltas de la manivela ; siempre que sea posible se hace igual a uno M = número de vueltas o fracción de vuelta del eje del tornillo sin fin y que vale : K z1
z2
z
número de dientes de la rueda conductora colocada en el eje de la manivela número de dientes de la rueda colocada en el eje del tornillo sin fin
Sustituyendo en [A1 se tiene : ni .ziy despejando
z
.z2
que se puede enunciar con la siguiente: REGLA : Para calcular las ruedas del tren de engranajes se forma un quebrado, que tenga por numerador la constante del aparato divisor y por denominador el producto del número de vueltas que se quiere dar a la manivela por el número de di visiones que se debe hacer. Este quebrado se reduce a otro, cuyos números representan el número de dientes de las ruedas disponibles. La del numerador se coloca en el eje de la manivela, y la del denominador en el eje del tornillo sin fin. Si no se puede reducir a un tren sencillo, se puede hacer un tren compuesto, pero en estos casos es preferible intentar la solución con sólo dos ruedas, dando a la manivela
1.1
etc. de vuelta. Para ello habrá que disponer de discos con 2 4 dos, cuatro, etc. entalladuras . 143
Fig . 5.12B
EJEMPLOS RESUELTOS Problema 5 En un aparato divisor de constante K = 40 se quieren hacer 48 divisiones . Calcular las ruedas y decir el número de vueltas de la manivela . Solución: Para una sola vuelta de la manivela, ni = 1 _ z1 _
K n1 , z
z2
_ 40 48
en el eje de la manivela en el eje del tornillo sin fin
si no se dispone de rueda de 48 dientes se puede intentar otra relación (ver ruedas disponibles en tema 3) : 40 _ _ 5 _ 15 _ _ 20 _ _ 25 _ _ 30 _ 35 _ _ 45 _ 60 - etc. 48 6 18 24 30 36 42 54 72 Problema 6 En un aparato divisor de K = 40, construir 5 divisiones . Solución: Para ni = 1 vuelta de la manivela z1 _ _ z2
K _ 40 _ 120 _ 160 ni * z 5 15 20
Si no se dispone de estas ruedas se puede obtener esta otra solución : a) Haciendo n 1 = 4, se tiene: z1
z2
_
40 4 x 5
_ 40 _ _ 2 _ 64 - etc . 20 1 32
Es decir, para pasar de una división a la siguiente se dará a la manivela cuatro vueltas con cualquier par de ruedas en la que el numerador sea doble que el denominador . Problema 7 En el mismo aparato hacer 360 divisiones Solución : Para n 1 = 1
_z1 z2
__K _ _ 40 __1 __10 __15 z 360 9 90 135
Si no se dispone de ruedas de 15 y 135, se pueden emplear estas otras soluciones : a) Haciendo n i = - , se tiene: 4 z1 _ 2
K
_
n1 . z
40 4
x 360
_ 40 _ _ 4 _ 32 90 9 72
b) Si no se dispone de disco de cuatro entallas y se puede colocar cuatro ruedas : ni = 1 (fig . 5 .13B). z1 z2
40 360
36 ~ ~.
4 x 10 36 x 10
20 Y/ 4.~
144
20 x 10 36 x 50
100
20
Fig. 5. 13 B
20 x 20 etc. 36 x 100
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 4
En un aparato con división mediante engranajes y cuya rueda de visinfin tiene 60 dientes, debe construirse un engranaje de 48 dientes . ¿Qué engranajes serán necesarios? Problema 5
En el mismo aparato debe construirse un engranaje de 18 dientes. ¿Qué engranajes serán necesarios?
5.1 .3
Aparato divisor universal
Este aparato es de tornillo sin fin y plato de agujeros (fig . 5.14A), pero está dotado de varios dispositivos que hacen de él un aparato capaz de múltiples servicios; de ahí su nombre de divisor universal. Se estudian algunas de estas peculiaridades y de sus posibilidades . En la figura 5.1413 se puede ver el esquema de la cadena cinemática y en la figura 5.14C, diversas secciones de aparatos divisores universales .
Fig . 5.14A
Fig. 5.14 B
Fig. 5.14 C
5.1 .3.1
Aparato de eje orientable
Una de las particularidades de este aparato divisor universal es que el eje principal va montado en un cuerpo colocado entre dos platinas anulares (1), que forman parte de la base del divisor, y entre ellas puede girar alrededor de su eje, de manera que puede tomar cualquier posición respecto al plano de la mesa, desde la posición horizontal a la vertical (fig . 5.15A). En cualquier momento se puede saber el ángulo que forma el eje principal respecto a la mesa por medio de un limbo (2), graduado en grados, grabado sobre el mismo cuerpo principal y un punto fijo de referencia (3) sobre una de las platinas . Cuando se desea colocar un ángulo con mayor precisión de un grado, habrá que recurrir a cualquiera de los métodos que enseña la metrología de taller . Por ejemplo: colocando un mandril rectificado en el eje del aparato 145 10 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 5,15A
y empleando un comparador (fig . 5 .158) . Una vez en posición correcta, se fija ésta por medio de unos tornillos que hacen solidario el cuerpo principal a la base .
5.1 .3 .2
Dispositivo para divisiones diferenciales Ya se ha dicho en el párrafo 5 .1 .2 .4 que en algunos casos no se puede realizar la división por no poderse reducir la fracción M = K a otra cuyo denoz minador corresponda a alguno de los círculos de agujeros disponibles . En ese apartado se explicó cómo podía solucionarse descomponiendo la fracción en otras dos equivalentes . También se dijo lo engorroso y limitado del sistema . En este nuevo método se hace lo mismo, pero empleando un solo círculo de agujeros y unas ruedas . El movimiento del plato y de la manivela son simultáneos ; es más, el giro de la manivela provoca el giro del disco, de manera que mientras la manivela se desplaza un ángulo M = K (fig . 5.17A y B), el plato z gira un ángulo equivalente a M - M: En los números siguientes se explica este sistema. 5.1 .3 .2 .1
Disposición o cadena cinemática El disco de agujeros (2) (fig . 5 .16A) se monta en el cubo de un piñón cónico (3) que gira loco sobre el eje (1) del tornillo sin fin (9) . El piñón cónico (3) engrana con otro (4) de igual número de dientes montado en un árbol (5), paralelo al eje principal y en cuyo extremo se puede colocar una rueda dentada de z, dientes, variable según la necesidad . El eje principal (6) se prolonga con un eje auxiliar (7) unido rígidamente a él y en cuyo extremo se coloca otra rueda dentada de z2 dientes, que se hace engranar con la anterior por medio de una o dos ruedas intermedias de cualquier número de dientes, cuya finalidad es hacer que z2 gire en el mismo sentido o contrario según interese (fig . 5.1613) . Estas ruedas se colocan sobre una lira apropiada (fig . 5 .16C) formando un tren simple o compuesto. Según el esquema de enlaces descrito (fig . 5.16A), se comprende cómo al hacer girar el eje (1) del tornillo sin fin (9) con la manivela (8), se mueve simultáneamente el eje principal (6) y éste, a través de las ruedas z2, z, e intermediarias, hace girar el juego de piñones cónicos y, por consiguiente, al disco de agujeros .
Fig. 5.16 B Fig. 5.16C 5 .1 .3 .2 .2
Cálculo de las ruedas z l y z2 para hacer divisiones con el sistema diferencial
¿Qué finalidad tiene todo el mecanismo anterior? Con un ejemplo se comprenderá perfectamente y con él se obtendrá la regla general de cálculo . 146
EJEMPLO RESUELTO Problema 8
Supóngase que se desea hacer 53 divisiones en un aparato divisor de K = 40 . Según la fórmula 121 : K - 40 z 53
M _
Si no se dispone de disco de 53 agujeros, no se puede realizar la operación . Aquí entra en servicio el sistema que se está estudiando . Se elige un número de divisiones próximas a las que se necesita, y que se representan por z', por ejemplo : z' = z + n, siendo n un número entero positivo o negativo cualquiera, a conveniencia . En el caso que se estudia, n = (-3) ; de donde : z' = 53-3 = 50 . Con este z' se calcula el giro ficticio de la manivela K z'
-
40
-
50
4 _ 5
12
-
15
16
20
Se elige el disco de 20 agujeros (fig . 5.17A), y en él se disponen los dedos de manera que abarquen 16 espacios (17 agujeros) . Si se pueden emplear dos o más discos se procura elegir el de mayor número de agujeros . Con este giro de manivela resultarían 50 divisiones y no 53, como en realidad se necesitan . El mecanismo estudiado resuelve el problema si se colocan las ruedas z 1 , z2 y las intermediarias necesarias para que, mientras la manivela va del primer agujero hacia el último, al mismo tiempo el plato gire un ángulo equivalente a M - M', es decir : K z
M-M'=
K z'
_
K-z'-K-z z z'
_
K(z'-z) z
1
z'
Según la ley de transmisión se ha de cumplir: 1131 z 2 ' n 2 = z, * n i en la cual : z2 = rueda colocada en el extremo del eje principal
zi = rueda colocada en el eje que mueve el plato de agujeros n2
vueltas que da el eje principal durante la maniobra,y que vale :
n1
vueltas que debe girar el plato de agujeros y vale : M-M' =
1z =
1 53
K(z'-z) z-z'
Fig. 5,17A
Sustituyendo los valores de n2 y n i en [B1: z2'
z
= zi (M - M') ; z 2 '
1 z
z1
K(z'-z) _--._z - z'
y despejando y simplificando: z2
K(z'-z)
y para el caso numérico : z2 z1
_
40 (-3) 50
_
-12 5
- - 48 = - 60 20 25
= - 72 etc. 30 14 7
¿Qué significado tiene el signo negativo? Indica sencillamente que el plato de agujeros deberá girar en sentido contrario a la manivela (fig . colocar una o dos ruedas intermedias según la construcción5 .1713) . Para ello habrá que del aparato divisor que se utilice . El quebrado resultará positivo siempre que se elija z' > z ; si en el ejemplo numérico se toma z' = 54 en vez de 50, entonces se tendrá : M z?
_
K (z' - z) z
zI
K M- i Fig . 5.178
=
, =
K z'
-
40 54
40 (54-53)
_
_
20 - espacios 27 - círculo
40 rueda en el eje principal _ 54 rueda en el eje del plato
54
40 x 32 72 x 24
El disco debe girar en el mismo sentido que la manivela . Siempre será aconsejable coger la minima diferencia posible entre z' y z para que el numerador no resulte excesivamente grande, siempre que con ello sea posible obtener ruedas disponibles . Para un determinado aparato será conveniente escoger z' > z ó z' < z, para que sólo sea necesario una rueda intermediaria .
Reglas para el cálculo en el sistema diferencial.
Para la marcha del cálculo
s e pueden establecer las siguientes reglas :
1. ° El disco de agujeros se elige y prepara para z' según la fórmula : K z' 2. ° Se calculan las ruedas formando un quebrado cuyo numerador sea la constante del aparato multiplicada por la diferencia (z' - z) y por denominador z'. El quebrado se reduce a otro, cuyos números sean dientes de ruedas disponibles . El quebrado puede ser positivo o negativo . La rueda del numerador se coloca en el extremo del eje principal, la del denominador en el eje del disco de agujeros . Se evitarán los trenes compuestos . 3. ° Si el quebrado resulta negativo (z' < z), el disco de agujeros debe girar en sentido contrario a la manivela, si el quebrado es positivo (z' > z), el disco debe girar en el mismo sentido . 4. ° Durante la maniobra el disco de agujeros debe estar libre para girar, pero una vez efectuada la maniobra y, sobre todo, mientras se trabaja, podrá bloquearse . El eje principal debe bloquearse durante este período . M, =
EJEMPLOS RESUELTOS
Problema 9 En un aparato de K = 60, construir 59 divisiones, con los discos y ruedas del apartado 5 .1 .2 .2 y del tema 3 .
Solución : _ K _ z
60 59
no se puede reducir a otra fracción y no se tiene disco de 59 . Por el sistema diferencial : haciendo z' = 60 z
M, _z2 z1
_
K (z' - z) z'
z' _
_
60 60
= 1 vuelta
60 (60-59) 60
=
60 60
_ 24 - 24 , etc
Se colocarán dos ruedas iguales y las intermediarias necesarias para que el disco gire en el mismo sentido de la manivela .
Problema 10 En un aparato de K = 40, hacer 157 divisiones . 148
Solución : M =
40 K = z' 157
irreducible, y no hay disco de 157, luego habrá que emplear el sistema diferencial : para z' = 160 K z' z2 zi
K (z' - z) z'
40 160
1 4
5 20
40 (160 - 157) 160
5 espacios círculo de 20 1 x 3 4
30 40
21 28
24 32
EJERCICIO A RESOLVER problema 6
Se desea dentar un engranaje recto de 43 dientes en un aparato divisor universal cuya constante es 60 . Hallar la disposición de las ruedas necesarias, así como el plato de agujeros requerido . 5 .1 .3 .3
Sistema para hacer ranuras helicoidales
En el tema 1 se dijo que uno de los problemas que dieron lugar a la creación de la fresadora universal fue la necesidad de fresar ranuras helicoidales . Este problema se resuelve uniendo el husillo de la mesa con el aparato divisor para que a la vez que se desplaza la pieza contra la fresa, gire uniformemente. Con el aparato que se está estudiando esto resulta muy sencillo, ya que basta un tren de engranajes que una el husillo de la mesa con el extremo del eje que mueve el disco de agujeros, y éste, a su vez, mueva el tornillo sin fin, fijando plato y manivela . En la figura 5 .18A se muestra la cadena cinemática y en la 5 .1813 la vista exterior del montaje .
Fig. 5.188
Fig . 5.18A
¿Cuál es la relación de los engranajes R? Analizando el problema se observa que la mesa debe desplazarse H mm (fig . 5.18A) mientras que la pieza da una vuelta entera, es decir, mientras el tornillo sin fin da K vueltas arrastrando por medio de la manivela el plato de agujeros con el eje (5) que da, a su vez, el mismo número de vueltas . Según la ley de transmisión debe cumplirse: ni , zi =n2 . z2
[Al
en la cual : ni z, n2 z2
= = = =
vueltas del número de número de número de
husillo de la mesa dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa vueltas que debe dar el eje del plato de agujeros = K dientes de la rueda colocada en el eje del plato de agujeros 149
Pero resulta que para que la mesa se desplace H, si el paso del husillo es h, deberá girar dicho husillo en : n, = H , expresando H y h en las mismas unih dades . Sustituyendo estos valores en la ecuación IAj se tiene :
y despejando :
Es decir :
Para tallar una ranura helicoidal de paso H en una fresadora, cuya mesa tiene un husillo de paso h y con un aparato de constante K, se forma un quebrado que tenga por numerador el producto de la constante del aparato divisor y del husillo de la mesa y por denominador el paso helicoidal a construir expresado en las mismas unidades que el husillo de la mesa . El quebrado se transforma en otro u otros cuyos números representan dientes de ruedas disponibles .
La rueda del numerador se coloca en el husillo de la mesa y la del denominador en el eje del plato de agujeros (fig . 5 .18A y B) . Se colocan las ruedas intermedias necesarias para que el eje del aparato, y con él la pieza, giren en el sentido necesario, según se trate de construir una hélice a la derecha o a la izquierda . Recuérdese que el sistema de blocaje del plato de agujeros debe estar siempre desconectado .
EJEMPLOS RESUELTOS
Problema 11 En una fresadora, cuya mesa tiene un husillo de 6 mm de paso y un aparato de constante K = 40, se quiere construir un paso helicoidal de 330 mm . Calcular las ruedas de recambio . Solución : z 1_
K-h
z2
H
_
40x6
_ _ 8 _
32
330
11
44
Se colocará una rueda de 32 dientes en el husillo de la mesa y otra de 44 en el eje del plato de agujeros y una o dos intermediarias para que la pieza gire en el sentido necesario . Se comprende que durante la operación de fresado el disco de agujeros debe estar libre del bloqueo de la bancada del aparato para poder girar con libertad, así como el eje principal .
Problema 12 En la misma fresadora y con el mismo aparato divisor construir un paso helicoidal
de 18
3 4
Solución: zI
2
_
K - h H
_
40 x 6 18
3 4
x 25,4
_
40 x 6 476,25
_
24000 476,25
_
64 127
Rueda de 64 en el husillo de la mesa y de 127 en el eje del círculo de agujeros . Si no se dispone de rueda de 127 se podría intentar hallar unas ruedas que den un paso lo más aproximado posible y comprobar si es o no admisible . 150
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 7
de paso y cuyo En una fresadora cuya mesa tiene un husillo de 1/4 de pulgada helicoidal de 20" de construir una ranura que constante de 60, hay tiene una aparato han de unir dicho husillo con paso . Calcular el número de dientes de los engranajes que el eje que mueve el plato de agujeros . Problema 8
helicoidal de 500 mm . En la misma fresadora anterior se debe construir un paso . necesarios los engranajes Calcúlense Ranuras helicoidales de paso corto
5.1 .3 .4
indicado no pueden ser Los pasos helicoidales ejecutados con el montaje necesarias . Por ello, montar las ruedas sería imposible porque muy cortos, por ejemplo una paso corto, cuando se trata de fresar ranuras helicoidales de unir el husillo de la consiste en montaje . Este rosca, es preciso acudir a otro principal del lira, con el eje y una de engranajes de un tren mesa, por medio unirlo con el eje que vez de divisor, según el esquema de la figura 5 .18C en arrastra el plato. es semejante al El cálculo de las ruedas que se han de colocar en la lira husillo de la paso del sólo el caso anterior, pero poniendo en el numerador . por la constante mesa, sin multiplicarlo del divisor El movimiento hay que darlo a mano por medio de la manivela (ver el tema 7) . 5 .1 .4
Fig . 5.18 C
Divisiones angulares
sin tratar de Con frecuencia se presentan operaciones de fresado que, igual al desun procedímiento siguen sentido estudiado, hacer divisiones en el forman un superficies que crito. Así sucede cuando se han de fresar dos (fig . 5.19A) . entre sí, etc . ángulo determinado, ranuras inclinadas hasta ahora, sustituPara estos casos se puede operar como se ha hecho vuelta corresponfracción de yendo el ángulo central (fig . 5 .19A y B), por la diente, es decir:
Fig. 5.19 A
360
z
a
EJEMPLO RESUELTO Problema 13
Se trata de fresar sobre un cilindro Ifig . 5 .20) dos ranuras que han de formar entre si un ángulo central de 145°, en un aparato de constante 100. Solución: z -
Fig . 5.19 8
3600 _ 72 145° 29
por tanto: K M - - z
100 72
100 x 29 18
25 x 59 18
725 18
40
5 18
Es decir, 40 vueltas y 5 espacios en un círculo de 18 . Constante angular del aparato divisor decir, Si en un aparato divisor, para dar una vuelta completa a la pieza, es girar la sin fin, para K vueltas al tornillo hay que dar para girar la pieza 360°, a° girar pieza 1 .°, habra que dar al tornillo sin fin K vueltas, y para hacerla
5.1 .4 .1
360`
Fig . 5.20
tendría que dar M =
3
óo
a [A], que también se podría emplear como fórmu-
la de división . Con todo, es más frecuente operar así : Si se gira la manivela una vuelta, el eje principal, y con él la pieza, girará K 360 _ vueltas, y expresado en grados : Ko [B] K Se observa que este valor de [B] es el inverso del coeficiente de la [A] y, por tanto, aquella se transforma en : M
_
a Ko
El valor K° se llama constante angular del aparato y se puede enuncíar la siguiente regla :
Para hacer una división angular se forma un quebrado que tenga por numerador el ángulo central correspondiente y por denominador la constante angular del aparato divisor. EJEMPLOS RESUELTOS Problema 14 En un aparato de K = 40, se tienen que fresar dos superficies que forman entre sí un ángulo diedro de 55 0 . Calcular las vueltas o fracción de vuelta que hay que dar a la manivela . El ángulo central vale (fig . 5 .21), a = 180° - 55° = 125° Solución :
K0=
360 K
-
constante del aparato M=
á KG
=
125 9
=13
360 40
- 90
16 =1324,etc . 18 27
Habrá que dar 13 vueltas completas a la manivela y 16 ó 24 espacios en los círculos respectivos de 18 y 27 agujeros . Problema 15 En el mismo aparato del problema anterior se tiene que fresar un polígono irregular como el mostrado en la figura 5 .22 . Calcular las vueltas de la manivela para cada una de las caras . Solución Los ángulos centrales son :
Fig. 5.21
al = a2 = a3 = a4 = a5 =
Mi = M2 =
aj o Ko 02 0 K0
180 0 - 900 = 900 180 0 - 135 0 = 450 180 0 - 120 0 = 600 180 0 - 87 0 = 930 180 0 - 108 0 = 720 comprobación : 360 0
90 0 = - = 10 vueltas 90 45 0 = - = 5 vueltas 90
a3 o 60 0 6 12 M3 = = - = 6 - = 6 - vueltas K0 90 9 18 o 0 a4 6 M4 = vueltas o = 90 = lo- = 10 18 o 720 as M5 = K 0 = = 8 vueltas 90
Fig . 5.22 152
Se colocarían las alidadas en el círculo de 18 agujeros para 6 espacios y se podría emfresando la E; girar M5 = 8 y fresar la A; girar M, pezar por la cara D; girar: Ma = 10
8,
10 vueltas y fresar la 8, girar M2 = 5 vueltas y fresar la C, con lo que se habría terminado y debe quedar perfectamente aliel polígono . Para comprobar se puede girar M3 = 6
18
neada la cara D fresada en primer lugar. Antes de empezar a fresar se podría hacer la prueba M, + M2 + M3 + M4 + M5 = K ¿Se cumple en este caso? 12 6 + 10 +8 =39+ 10+5+6 18 18
Fig . 5.23
12+6 =39+ 1 =40 18
luego está bien resuelto . Problema 16
En una fresadora del aparato divisor universal de K = 40, fresar dos ranuras que formen entre sí un ángulo de 123° 20' (fig . 5.23) . Solución : M =
a° K°
123° 20' (123° x 60') + 20' _ 7400' __ _370 = 540' 97 91 x 60' 9°
=
= 13
19 27
Por lo tanto, el resultado final será : 13 vueltas completas y 19 espacios en un círculo de 27 . Problema 17
un En el mismo aparato del problema 3 de K = 40, fresar dos caras que formen ángulo 169° 53' ± 2' (fig . 5 .24A) . Calcular las vueltas de manivela . Solución :
El ángulo central correspondiente vale : a° = 180° _ 169° 53' = 10° T = 60T
El giro de la manivela valdrá : M =
a° K°
=
607' 10° T _ 60' x 9° 9°
_
607'
Como puede apreciarse resulta una fracción irreducible. puede Se podría intentar una división compuesta o diferencial, pero en este caso reducirse esta fracción a fracción continua y emplear alguna de las reducidas, comprobando si el error cometido es menor del tolerado . - 1 + 1 8 + 1
607' 540'
y las reducidas serán : 16
1
cocientes:
1
8
reducidas:
1 1
9 , 145 , 154 8 . 129 . 137
Se prueba con la reducida
8
3 607 540
_2 16 153
Fig. 5.24A
Se dará una vuelta y dos espacios en círculo de 16 . ¿Cuál es el error cometido? De la fórmula: M =
a ° =M-K 0 =1 Fig . 5.248
o , se tiene: "-
K°
2 x 90 = 16
18
16
x 9 =
10 0 7' 30"
El error cometido es sólo de + 30" en el ángulo central ; luego en el ángulo entre caras será : 180 0 - a = 180 0 - 10 0 T 30" = 169 0 52'
error = 169 0 53' - 169 0 52' = 1' Como se ve, el resultado obtenido está dentro de la tolerancia exigida .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 9 Calcular las vueltas que hay que dar a la manivela de un aparato divisor universal de constante 40 para construir una pieza según indica el dibujo de la figura 5.248 . Fig. 5.25
Problema 10 En un aparato divisor universal se desea fresar sobre un cilindro dos ranuras que formen entre sí un ángulo central de 8 0 5' y, a continuación, otras dos que formen otro ángulo de 12 0 8' . Calcular las vueltas o fracción de vuelta que hay que dar a la manivela . 5 .1 .4 .2
Fig. 5.26
Fig. 5.27
5.1 .5
Fig. 5.28A
Divisor óptico
En la figura 5.25 se muestra un aparato divisor de los llamados ópticos, y que se emplea para operaciones de precisión . Su principio es exactamente igual al aparato divisor de tornillo sin fin y rueda helicoidal, construido con gran exactitud. El giro del eje principal (1) se mide directamente sobre un limbo graduado grabado sobre un disco (2), colocado en el eje principal, generalmente graduado en grados, de manera que pueden apreciarse directamente giros de un grado. Para mayores precisiones lleva incorporada una escala de 60 divisiones, con lo que pueden hacerse lecturas de 1' . La lectura del limbo graduado y de la escala suele hacerse a través de un objetivo (3) ; de ahí el nombre del divisor, y,-el giro se realiza por medio de un volante que mueve el eje del sin fin (5). Tiene la ventaja de que no hay posibilidad de errores adicionales como puede suceder en otros sistemas, ya que en los buenos aparatos ópticos los mismos errores de fabricación que pudieran darse están compensados en el limbo graduado y, por tanto, no cabe más error que el de apreciación o lectura . Se utilizan para trabajos que requieren divisiones angulares muy precisas . Como suele ser normal, en este tipo de aparatos el objetivo suele ser adaptable a la vista del observador para poder hacer la lectura con plena seguridad . Aparato divisor vertical
Dentro de los aparatos divisores circulares es empleado con gran frecuencia el de eje vertical llamado, por esta razón, divisor vertical (fig . 5.26) . Puede ser de muy diversa construcción . Para piezas sencillas y de pequeñas dimensiones es muy utilizado el divisor sencillo semiautomático (fig . 5.27) . El más empleado es el llamado mesa circular debido a su gran plataforma, provista de ranuras en T, similares a las de la mesa de las máquinas-herramientas, y de ahí su nombre . Suele ser de tornillo sin fin y rueda helicoidal . Para facilitar algunas divisiones sencillas, normalmente va graduado en grados (fig . 5.28A) y también puede hacerse la división por medio de un plato de agujeros (fig . 5.2813), un tambor y nonio (fig . 5 .28C) o división óptica (fig . 5.28D). En algunos modelos lleva una reducción y una salida acoplable a una junta cardán (fig . 8 .12C) o motor para ranuras o contornos circulares . Algunas llevan ya el motor incorporado (fig . 5.28E) . 154
Fig . 5.288
Fig. 5.28C Fig . 5.28D
Fig . 5.28E
Para fresar piezas de forma inclinada o de difícil sujeción se emplean las mesas planas orientables (fig . 5.28F) . En otros modelos el eje de salida se puede unir al husillo de la mesa para hacer levas espirales (fig . 8 .12C) .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
Calcular el número de vueltas o fracción de vueltas que hay que dar a la manivela del aparato divisor vertical cuya constante, K = 90, para construir las ranuras que indica la figura 5.29A .
Fig . 5.29A
Problema 2
Calcular las vueltas y fracción de vueltas que hay que imprimir al volante del aparato divisor vertical, cuya constante es K = 60, y tiene un tambor graduado en 180 partes y un nonio dividido en 10 partes, para hacer las ranuras de la pieza representada en el figura 5.2913. 5.2
Aparato de división lineal
Aunque se emplea menos frecuentemente que los circulares, no por eso deja de tener gran importancia en el trabajo de la fresadora . Puede ser muy simple, con un tambor graduado ; o bien más complejo, con plato de agujeros y tren de ruedas . El husillo de la mesa de la fresadora es el principal elemento para lograr el desplazamiento de las piezas ; por tanto, sea cual fuere el sistema o aparato empleado, hay que partir de él para la transmisión del movimiento y la realización de los cálculos . A cada vuelta del husillo la mesa se desplazará en una magnitud igual al paso . 5.2 .1
Fig . 5,29 8
Aparato divisor lineal de división simple
El más simple de los aparatos (si puede llamarse así) consiste en un disco colocado sobre el mismo husillo de la mesa . Este disco puede ser un tambor graduado (fig . 5.30A y B) o un disco de agujeros (fig . 5.30C) . 155
Fig . 5.30A
línea de referencia
El tambor graduado va enchavetado al husillo, y en la parte fija lleva una línea de referencia . En algunas fresadoras tiene además un nonio para mayor apreciación: Se llama precisión del tambor al desplazamiento lineal de la mesa al girar el tambor una longitud de arco igual a una división, Lo mismo se puede decir para el disco de agujeros . Se llama constante o apreciación de un divisor lineal a la relación :
Fig. 5.308
siendo : h = paso del husillo de la mesa en mm d = número de divisiones del tambor Si el tambor lleva nonio incorporado, la apreciación a del mismo es : [9A] siendo :
Fíg. 5.300
n = número de divisiones del nonio
EJEMPLOS RESUELTOS Problema 18 Si el husillo de la mesa de una fresadora tiene 6 mm de paso y el tambor del divisor tiene 30 divisiones y un nonio de 10 divisiones, ¿cuál es la apreciación del tambor y del nonio? Solución : K
= d
= ó 3 = 0,2 mm
cada división del tambor a = K = = 02 = 0,02 mm n 10 Para pasar de una división a otra, con tambor o con disco de agujeros, se emplea la expresión : M =
p
[9131
K
siendo : p = paso de las divisiones expresado en la misma unidad que K Problema 19 Con una fresadora con husillo de la mesa, h = 6 mm y un tambor de 30 divisiones, se debe hacer una regla graduada con divisiones cada 2 mm . ¿Cuántas divisiones hay que tomar en el tambor del aparato? Solución: = 10 divisiones 30 156
Problema 20
Indicar cuántos agujeros hay que pasar en un tambor cuyo circulo tiene 100 agujeros . Los demás datos son iguales que los del problema anterior . Solución: M
= p = K
2
6 100
=
2 x 100 = 6
100 = 33,33 3
Como la fracción de agujero no se puede obtener, se cometerá un error por defecto si se cogen 33 agujeros, o por exceso si se cogen 34 . ¿Cuál será el valor real de las divisiones? De la relación (9131 se tiene: Para M = 33 p = K - M =
6
100
x 33 = 1,98 mm ; error = -0,02 mm
Para M = 34 p = K - M =
100
x 34 = 2,04 mm ; error = +0,04 mm
Según la tolerancia de la regla esta solución no sería aceptable. En estos aparatos cualquier error en el tambor, en el disco de agujeros o en la maniobra, queda reflejado en la precisión del trabajo . Estos aparatos no serán aconsejables nada más que para trabajos bastos ; además, hay que pensar que los errores se van acumulando .
EJERCICIOS A RESOLVER
Problema 13
Sobre la mesa de una fresadora se monta, para su tallado, una cremallera de dientes rectos con módulo 5. Sabiendo que el paso del husillo de la mesa es de 4 mm y que el tambor graduado del mismo tiene 100 divisiones y un nonio con 10 divisiones : calcular el número de divisiones a pasar en el tambor, para hacer la división de un diente a otro . 5.2 .2
Aparato divisor lineal con tren de engranajes
Las limitaciones y los errores del sistema directo se eliminan en parte con el método de división con engranajes . En la figura 5.31 se muestra uno de los llamados de vuelta fija y es similar al de engranajes giratorio de la figura 5.13. , , y n vueltas y tamEl disco entallado (1) permite girar la manivela (2) 4 4 bién (n + 1 ), (n + 1 ), (n + 3 ), pero entonces ya pierde parte de su carac4 4 2 terística : la sencillez de maniobra . Para casos en los que este aparato no sea adecuado, se puede emplear otro similar, dotado de un círculo de agujeros (fig . 5.32), en lugar del disco de 1 ó 4 entalladuras ; así las vueltas de la manivela pueden ser las que convenga .
ZZ
Fig. 5.31
Fig . 5.32 157
Por la ley de transmisión se tiene : ni
. z = . i n2 z2
[Al
En la que: n, z, n2 z2
= = = =
número número número número
de vueltas de la manivela de dientes de la rueda colocada en el eje de la manivela de vueltas del husillo de la mesa de dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa
Haciendo n, = M y n 2
= h y sustituyendo en [Al, se tiene: M'z1= p 'z2 h
y despejando :
[10A] en la cual : M = vueltas de la manivela p = paso a construir en mm h = paso del husillo de la mesa en mm Según el modelo de aparato empleado, esta fórmula se utiliza de manera distinta . 1 . ° Para aparato de disco de vuelta limitada y elegida de antemano . z1
p
z2
Con los valores de M = 1,
4
, 1 2
3
4
[10B]
, etc., según interese .
2.' Para aparatos de disco de agujeros, la rueda z, suele ser fija . En este caso se puede operar de varias maneras : o bien se calcula M dando, a priori, un valor determinado a zz o bien se calcula z2 , dando un valor determinado a las vueltas de la manivela .
EJEMPLOS RESUELTOS Problema 21 En la fresadora de husillo de 6 mm y con un aparato de engranajes de vueltas limitadas se quieren hacer ranuras equidistantes de 2 mm . Solución : Aplicando la fórmula [10131 para, M = 1, se tendrá : _z1 z2
__
_ 2 _ 24 rueda conductora p M - h 1 x 6 72 rueda conducida
Este mismo problema resuelto aquí tan sencillamente, resultó imposible con disco de 100 agujeros en el sistema directo . Si no hubiera rueda de 24 6 72 dientes se reduce a otras disponibles y, en todo caso, se da otro valor de M. Problema 22 En la misma fresadora del problema anterior hay que hacer una cremallera de módulo 3.
Solución: p=n - m=3,1416x3=9,4247 para ruedas de z, = 24 y z2 = 72, por ejemplo : M
=
p h
z2
.
9,4247 x 72 6x24
=
z,
= 4,712
Si el plato tiene un círculo de 100 agujeros, se pasará de un diente al otro, dando n vueltas enteras más 71 agujeros . Con lo cual el paso real sería : p_
M-h , z1
_
4,71
x6 x20
=9,42mm
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 14 Se tiene que hacer una regla con divisiones equidistantes de 2 mm . La fresadora tiene un husillo de 6 mm de paso y el aparato empleado tiene un disco de 100 agujeros y lleva una rueda z, de 20 dientes . Determinar el número de vueltas de la manivela y el número de dientes de la rueda z2 del husillo de la mesa . Problema 15 Con el mismo aparato, y en una fresadora cuyo husillo tiene un paso de 1/4", se quieren hacer divisiones de 1/16" . Calcular la rueda z2 y las vueltas de manivela . Problema 16 Se tiene que hacer una cremallera de módulo 1 (paso = n - m) en una fresadora de 6 mm de paso con un aparato divisor de engranajes y disco de 100 agujeros . Calcular las ruedas y las vueltas de manivela . Decir el paso real que se logra . 5 .2 .3
El aparato divisor universal como aparato lineal
Colocando el aparato divisor universal con un montaje de ruedas similar al que se muestra en la figura 5 .33 se puede emplear como divisor lineal . En efecto, al girar el eje del tornillo sin fin gira el eje principal y con él la rueda colocada en el eje prolongado que engrana con la colocada en el husillo de la mesa . Así, la relación de transmisiones es : n i ' z, = n 2 ' z 2
[Al
En la cual : ni = número de vueltas del eje principal del divisor zi = número de dientes de la rueda colocada en el extremo principal del aparato n2 = número de vueltas del husillo de la mesa = _p h z2 = número de dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa Pero se tiene que : _M K siendo : M K
= vueltas de la manivela = constante del aparato
Valores que, sustituidos en (Al, se tiene : z2 159
de donde :
z2 z1
Fórmula similar a la [10A] pero con el factor K del aparato incluido . Por lo tanto, el proceso de operación puede hacerse igual, pero con la gran ventaja de tener un gran número de círculos de agujeros disponibles .
EJEMPLO RESUELTO
Problema 23 Con un aparato divisor universal de K = 40 empleado como divisor lineal, se quiere fresar una cremallera de paso, p = 3 - n . Calcular las ruedas y las vueltas de la manivela, si el paso del husillo de la mesa de la fresadora es de 6 mm .
Solución.
M =
p' K h
3',' 40
i2
tomando para , =
20-n * z2 z1
z2
6
z1
zi
25 x 47 22 x 17
y
z2 z1
-
44 50
se tiene : M _
20 x 25 x 47 x 44 22 x 17 x 50
-
940 17
_ 55 5 espacios 17 círculo
Resultará un poco engorroso dar tantas vueltas ; podría disminuirse eligiendo la relación de ruedas o una reducción aún mayor ; o bien, un montaje de cuatro ruedas . 72 Tiene la gran ventaja de que cualquier pequeño error en el disco, etc ., queda muy disminuido . El paso real que se obtendrá será igual a : 55 5 x6 x50 17
940 p = M-h-z i __ K ' z2
40 x 44
940 x6 x5 17 x4 x44
x6 x50 17 x 40 x 44
= 9,4521
error = 9,4251 - 3 . n = 9,4251 - 9,4247778 = 0,0003222 mm Como se ve, el error cometido es insignificante .
EJERCICIOS A RESOLVER
Problema 17 Se desea hacer una división lineal para construir una cremallera de módulo 1,50 con el auxilio de un aparato divisor universal de constante 40 . Sabiendo que el paso del husillo de la mesa es de 6 mm, calcular las ruedas, el plato de agujeros a emplear y las vueltas de la manivela .
5.2.4
Dispositivos ópticos Todos los aparatos y sistemas
explicados están expuestos a errores, tanto en relación al giro, como al desplazamiento lineal . Si la mesa está dotada de una regla de precisión y unos lectores ópticos también de precisión (fig . 2 .78), se podrá saber en cada división el desplazamiento real, con un margen mínimo de error .
160
Estos lectores, aun de gran precisión, no resultan cómodos para este tipo de divisiones a no ser que su número sea escaso . Puesta la regla a cero, se irán leyendo en la regla las cotas a partir del origen (fig . 5.34) : xo = 0; x 1
=
p; x2 = 2 p; x 4 = 3p, etc. . .
CUESTIONARIO 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 venientes . 5.6 5.7
5 .8
Clases de aparatos divisores giratorios . Aplicaciones y limitaciones de los aparatos divisores sencillos. Aparatos de tornillo sin fin y rueda helicoidal . División con aparato de tornillo sin fin y disco de agujeros . División con aparatos de tornillo sin fin y con engranajes : ventajas e inconEl aparato divisor universal, sus peculiaridades y utilización . CálcLilos con el aparato divisor universal: - para divisiones simples; - para divisiones diferenciales ; - para hacer ranuras helicoidales ; - para fresar reglas graduadas. Aparatos divisores lineales .
PROBLEMAS Se ha propuesto y resuelto un número suficiente de problemas para dominar la teoria de la división . Convendrá que el alumno recopile los datos de su fresadora habitual, referentes a discos y ruedas disponibles, pasos de los husillos, constante del aparato divisor, etc., y, con ellos, proceda a resolver los problemas que, como ejemplo, se han propuesto en el texto y, sobre todo, los que surjan en la práctica .
11 .
Tecnología 2.2 .
Máquinas Herramientas
origen
Xo
<1
o Fig . 5.34
J1zp
Tema 6. Trabajos en la fresadora universal
OBJETIVOS - Conocer las características de las superficies mecanizadas. - Conocer las posibilidades de la fresadora y sus limitaciones prácticas. - Conocer las dificultades y defectos que puede presentar en los principales trabajos y aprender a resolverlos . - Conocer la manera de realizar con seguridad las operaciones fundamentales.
EXPOSICIÓN DEL TEMA En todas las piezas o elementos de máquina se distinguen, generalmente, dos tipos de superficies : 1 ° Aquéllas que se deben adaptar a las superficies de otras piezas, denominadas superficies funcionales . 2° Las diversas superficies, que por no estar en contacto directo con las de otras piezas, reciben el nombre de superficies libres o superficies de vista, y que, generalmente, no se mecanizan . Como principio general se ha de decir que las superficies reales, mecanizadas o no difieren en mayor o menor medida de la superficie ideal geométrica . La función de la pieza determina las condiciones en cuanto a exactitud de medida, calidad de forma, exactitud de posición de las superficies para un correcto funcionamiento y para el montaje y, por último, influye notablemente la calidad superficial . Las superficies de las piezas quedan también influenciadas, además de su funcionalidad, por el sistema de mecanizado . Desde este punto de vista las superficies pueden ser : planas, cilíndricas, cónicas o esféricas y especiales. También hay que distinguir entre superficies de asiento y superficies de deslizamiento. El que sean de un tipo u otro, determina no sólo el grado de acabado sino incluso la dirección de las rugosidades . En las tablas 6.1 A y B quedan sintetizadas las operaciones y los trabajos principales que pueden realizarse en la fresadora. 6 .1
Planeado
Se llama así la operación de mecanizado con la que se obtiene una superficie plana . El plano o superficie plana se define : - Por tres puntos no alineados. - Por una recta y un punto fuera de ella . - Por dos líneas paralelas . - Por dos líneas que se cortan . 162
Tabla 6 .1 A
Operaciones fundamentales en la fresadora
Tabla 6.18 Formas principales de piezas que se pueden realizar en la fresadora
I`I
6.1 .1
En el fresado se obtiene un plano por dos procedimientos principales : 1 ° Por medio del trabajo de los dientes frontales de una fresa o un plato de cuchillas al girar alrededor de un eje perpendicular al plano geométrico ideal . Cada diente describe una cicloide situada en un plano, gracias a dos movimientos : uno circular, m, aplicado a la fresa, y otro rectilíneo a, aplicado a la pieza o herramienta . 2° Por medio de los dientes periféricos de una fresa cilíndrica (fig . 6 .213) troncocónica al girar sobre su eje, a la vez que la pieza se desplaza siguiendo una recta que se mantiene con dirección constante respecto a la generatriz de la fresa . Cada una de estas generatrices A de la fresa en contacto con la pieza es la generatriz de la superficie, y la recta B, perpendicular a ella, recibe el nombre de directriz e indica la dirección del desplazamiento . En los números siguientes se estudian estos sistemas, pero antes conviene recordar algunos conceptos previos . 6 .1 .2
Fig. 6.2A Fresado de una superficie plana elaborada por una fresa frontal con el eje perpendicular.
r
Procedimiento de fresado plano
Defectos de las piezas y de las superficies mecanizadas
Toda superficie real mecanizada difiere de la superficie ideal geométrica por limitaciones o errores propios del sistema de mecanizado . Estos errores pueden ser : 1 . Error de medidas, limitado por las tolerancias dimensionales . 2. Error de forma, limitado por la tolerancia de forma . 3. Error de posición, limitado por la tolerancia de posición . 4. Error de acabado superficial, limitado por las tolerancias de rugosidad . Aunque se puede decir que cada una de estas limitaciones o errores está relacionado con los demás, se define cada uno separadamente, ya que según la función de la superficie tendrá distinta importancia. 6 .1 .2 .1
Tolerancia de medidas
Se define como la diferencia entre la medida mayor y menor de una dimensión (fig . 6.3) . Es función de la profundidad de pasada y se controla por instrumentos de medidas absolutas (ver apartado 5 .1 y 5.2 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.2 Metal) . Fig. 6.28 Fresado de una superficie plana elaborada por una fresa cilíndrica tangencial.
6.1 .2 .2
Tolerancia de forma
Para superficies planas se llama tolerancia de planicidad (definida en la norma UNE 1-121-75) diciendo que es la zona limitada por dos planos paralelos separados entre sí una distancia t (fig . 6.4) . Se controla por comparación con una superficie de referencia (ver apartado 5.5 del texto anteriormente citado) . 6 .1 .2 .3
plano adyacente
plano
Fig. 6.5A convexo.
'
`"'
superficie real
Fig . 6.4 plano , adyacente
falta de planeidad
\ I / \-SR
superficie real
~`SR 3
Piezas con falta de rectitud: 1, superficie irregular; 2 plano cóncavo; 3, plano
Fig. 6.58 Piezas con planos no paralelos: taladro inclinado con respecto a la base .
Fig. 6.5D Piezas con tolerancia en inclinación: superficie inclinada, 6 .1 .2 .4
Tolerancia dimensional.
Tolerancia de posición
Es el espacio t dentro del cual debe estar la superficie respecto a un elemento de referencia . Se puede referir a rectitud (fig . 6 .5A), paralelismo (figura 6 .513) perpendicularidad (fig . 6.5C), inclinación (fig . 6.5D), simetría (figu ra 6.5 E), orientación, etc. En la norma UNE 1-121-75 y DIN 7 184 quedan definidas estas tolerancias . El control se hace respecto al elemento o elementos de referencia (ver apartado 5.5 del libro citado) .
real
Fig. 6.3
Fig. 6.5C
Piezas no perpendiculares: 1, falta de escuadría; 2, taladro no perpendicular.
Fig. 6.5E Piezas asimétricas : 1, taladro descentrado; 2, chavetero descentrado.
Tolerancia de acabado superficial
Actualmente se define el acabado superficial teniendo en cuenta los conceptos siguientes : 1 . Rugosidad superficial, controlada por comparación con unas muestras patrón o mejor, midiendo las rugosidades en ¡Am . 2. Dirección de esas rugosidades o estrías de mecanizado . 3. Por el proceso de mecanizado (fresado, cepillado, etc . ) . En la norma UNE 1-037-75 se estudian estos conceptos . 165
6 .1 .2 .5
Conceptos generales del mecanizado En principio, con una máquina en malas condiciones, o con accesorios inadecuados o en mal estado, no será posible lograr trabajos con tolerancias extremas en cualquiera de los conceptos anotados . El proceso de fresado tiene sus limitaciones aun en máquinas de calidad . El acabado o superacabado (tema 13 y siguientes) son los mecanizados apropiados para grandes exigencias . Por supuesto que en el mecanizado, cualquiera que sea el sistema empleado, sólo habrá que preocuparse por obtener aquellas tolerancias especificadas concretamente en cada caso . En el apartado 5.5 .2 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.2 Metal se resumen las maneras de acotar las distintas tolerancias . En la tabla 6.6 se presentan varios ejemplos de acotación de tolerancias según normas DIN 7184 . Con frecuencia, una tolerancia de medidas estrecha puede ser suficiente para lograr una tolerancia aceptable de forma y de posición, ya que éstas no deberán salirse de la zona de medidas. Tabla 6.6
Tolerancias de forma y posición
Tolerancias de forma y de posición Conceptos
Anotaciones en dibujos Resumen
hoja 1
DIN 7184
suplemento 1
Form- und Lagetoleranzen ; Begriffe, Zeichnungseintragungen, Kurzfassung Tolerantes of form and position ; definitions, indication on drawings, summary En relación con la recomendación publicada por la Internacional Organization for Standardization véase aclaraciones a DIN 7184, hoja 1. (150) ISO/R 1101-1969, Tolerancias de forma y de posición pueden indicarse suplementariamente a las tolerancias de medida, e intercambio . Tolerancias de forma limitan para asegurar función las diferencias de un elemento suelto con su forma ideal geomét ri ca. Tolerancias de corma limitan la dderencia de la posición mutua de dos o más elementos, de los cuales por o para definición inequívoca se emplea por regla general motivos de función un elemento comol eementoe df reerencia para tareas de tolerancia. En caso necesario puede fijarse también más de un elemento de referencia . El elemento de cientemente exacto (en caso necesario prescribir referencia ha de ser sufitolerancia de forma) . Cuando no se indique en contrario se refiere la tolerancia a la dimensión total del elemento respectivo . Si la tolerancia sirve sólo para longitudes parciales en cualquier posición ,o se indica comijl sgue, por eempo:,1/200 0 . Cuando la anocauón se refiere al ele, se pone la flecha de referencia o el triángulo de referencia y no junto a ella, como en los casos donde sobre la línea de medida la flecha de referencia o el triángulo de referencia se refieren a la superficie de la línea de envolvente . Letra de referencia (en caso necesario)
Referencia a un eje Et
Símbolo y propiedad tolerada
Zona de tolerancia
Rectitud
Referencia a la linea de envolvente
I
Ejemplo de aplicación Indicación en dibujo
Explicación El eje de la parte cilíndrica del perno ha de quedar dentro de un cilindro del diámetro t = 0,03 mm.
La linea de contorno de cada sección ha de contener un anillo circular de la anchura t = 0,02 mm .
É ó
Forma de línea
Elemento de referencia
La superficie tolerada ha de quedar entre dos planos paralelos a la distancia t = 0,05 mm .
Redondeado
Forma de cilindro
/Triángulo de referencia
-E0,03
I Rlanicidad
para condición . O Simbolo de material máximo Medida exacta teóricamente E20 (dentro de recuadro)
Letra de referencia
Valor de tolerancia (t) Símbolo de la clase de tolerancia
l I
La superficie tolerada ha de quedar entre dos cilindros coaxiales que tengan una distancia radial de t = = 0,05 mm .
El perfil tolerado ha de quedar entre 2 líneas de envolvente, cuya distancia está limitada por círculos del diámetro t = mm . Los centros de estos círculos se encuentran en la línea ideal geométrica.
0,oa
166
Tabla 6 .6 Símbolo y propiedad tolerada
Tolerancias de forma y posición (Continuación) Ejemplo de aplicación
Zona de tolerancia
Indicación en dibujo
Forma de uperficie
Explicación 0, 03
la superficie tolerada ha de quedar entre 2 superficies de envolvente, cuya distancia es limitada por esferas del diámetro t = 0,03 mm. Los centros de estas esferas se encuentran en la superficie ideal geométrica .
11100,11A
El eje tolerado ha de quedar dentro de un cilindro que se encuentre paralelo al eje de referencia del diámetro t = 0,1 mm .
Esfera Paralelismo SJ
A
las iyi
El eje tolerado ha de quedar entre dos planos paralelos a la superficie de referencia a la distancia t = = 0,01 mm .
0,01
Perpendicularidad
l
A
0,os
Inclinación (angularidad)
El eje tolerado ha de quedar entre dos planos paralelos a la superficie de referencia y perpendiculares a la dirección de la flecha a la distancia t = 0,08 mm .
A
El eje del agujero ha de quedar entre dos ángulos inclinados a 60° y planos paralelos entre sí respecto a la superficie de referencia a la distancia t = 0.1 mm .
A
Posición
0F
a
El eje del agujero ha de quedar dentro de un cilindro del diámetro t = = 0,05 mm, cuyo eje se encuentre en el lugar ideal geométrico (con medidas encuadradas) .
00,05
100 Simetría
Coaxialidad (concentricidad)
A
w
FUE
A
000,0
Movimiento plano
F
El plano central de la muesca ha de quedar entre dos planos paralelos que tengan una distancia de t = = 0,08 mm y se encuentren simétricos al plano central del elemento de referencia .
0,08 A
J~ 0,1 D
A
i El eje de la parte tolerada del,eje ha de quedar dentro de un cilindro I del diámetro t = 0,03 mm, cuyo eje se alinee con el eje del elemento de referencia . Para giro alrededor del eje de rete; rencia no debe exceder el movimiento de marcha plano en cada ! cilindro de medida 0,1 mm .
I I
Movimiento circular
refefl 0.1 AB Para giro alrededor del eje de rencia AB no puede exceder la diferencia de movimiento circular en cada plano de medida 0.1 mm . A
B
En algunas ocasiones puede suceder que la tolerancia de medidas sea muy amplia y, por el contrario, tengan mucha importancia la forma o rugosidad, Por ejemplo, en un mármol de verificación importará poco la medida, pero sí tendrá gran importancia la rugosidad y la planicidad . Lo mismo puede decirse respecto a la posición . Por el contrario, no será compatible una estrecha tolerancia de medidas con un grado de rugosidad y unas tolerancias de forma o de posición relativamente amplias . En la tabla 6.7A se pueden apreciar las relaciones entre las tolerancias de medida y rugosidad y las limitaciones de los diversos procesos de mecanizado según normas DIN 4766 y en la figura 6.713 las muestras o patrones de distintas clases de acabado de la superficie fresada .
6.1 .3
Planeado con fresa frontal
En el fresado frontal, ya sea con fresa integral, ya sea con plato de cuchillas, hay que tener muy en cuenta lo siguiente : Si se desea una tolerancia de forma con una planicidad muy fina, el eje de giro de la fresa debe estar . colocado perpendicularmente al plano de refe16 7
Tabla 6 .7A
Rugosidad de superficies mecanizadas
yEli& 9flt5 tid3r3 F-__------
Amolado de refino cid indrico Amolado de refino plano Explicación de signos
Valores de aspeas obtenidos en fabricación
especialmente cuidadosa
Valores de aspereza obtenidos en fabricación basta
IIIIIIIIII Ililllilllli illllllllllil ,IIIIIIIIIIÜI(Ili
Fig. 6. 78 Fig . 6.8A
rencia (fig . 6 .SA y B) . Para su verificación se puede emplear un útil como el representado en la figura 2 .67, provisto de un comparador de reloj . 6 .1 .3 .1
Elección de la fresa
Para la elección correcta de la fresa hay que considerar los siguientes factores:
Fig . 6.88
1 . Material. Cada material ofrece mayor o menor dificultad de salida de viruta . Si la viruta es larga, la dificultad es mayor y habrá que elegir una fresa de paso grande, es decir, de pocos dientes; si, por el contrario, es de viruta corta (bronce, fundición, etc .), se podrá emplear una fresa de gran número de dientes, o sea, de paso fino . 168
2. Calidad de la máquina . Una máquina poco robusta o con grandes holguras, tiende a vibrar con una frecuencia constante, de manera que puede entrar en resonancia con otras vibraciones de la máquina o de las piezas . En esta circunstancia, conviene elegir una fresa de diente diferencial, o sea, de paso distinto .
3. Posición de la fresa . La colocación de la fresa respecto a (fig . 6.9), con frecuencia puede ser causa de vibraciones . Así en la A, la resultante de las reacciones sigue la dirección del avance de cosa que no ocurre en B, como consecuencia del descentramiento de
la pieza posición la pieza, la fresa .
4. Diámetro de la fresa . Si se desea hacer el planeado en una sola pasada, el diámetro de la fresa deberá tener al menos 1,2 veces el ancho de la pieza . Con fresa de diámetro grande el tiempo de mecanizado es mayor (ne cesita más recorrido de entrada) y también es mayor el par resistente y, por consiguiente, mayor la potencia necesaria . Tiene la ventaja de que el error de verticalidad del eje tiene menor influencia en la planicidad (fig . 6 .10) .
Fig . 6. 10 Efectos en el planeado de dos fresas de distinto diámetro y ejes ligeramente inclinados.
Fig . 6.9 Posiciones de la fresa con respecto a la pieza durante el mecanizado; A, pieza centrada; B, pieza descentrada .
1717 .iLil/17 /11 a
Es importante decidir el valor del ángulo de despren5 . Otros factores . dimiento (positivo o negativo) porque influye en gran medida sobre la fuerza de corte y la potencia absorbida . También hay que valorar la forma de la pieza, el sistema de fijación, etc . 6 .1 .3 .2
Posición de la fresa frontal en el planeado
Con el eje vertical aspecto de las estrías Tiene el inconveniente corrido de la fresa es
el acabado resulta de mayor planicidad (fig . 6.11 A) y el es el de la figura 6.11 B, cuando se dan varias pasadas . de necesitar mayor tiempo de mecanizado porque el resuperior (fig . 6.11 C) .
EÑ
lo;
NiMOJd01AYE D=t2C
4' pasada 3' pasada
2' pasada
MIMA M M
I Mal
c
líl!
L=! " D
i' pasada
Fig . 6. 11 Fresado con el eje totalmente perpendicular: A, planicidad teóricamente perfecta; B, plano realizado con cuatro pasadas; C, recorrido minimo de la operación . 169
Para grandes series el tiempo es muy importante y precisamente es menor con el eje inclinado, ya que la longitud de salida es inferior al primer caso (figura 6 .12A) . La concavidad puede tener importancia relativa y depende de la inclinación del eje y del diámetro de la fresa (fig . 6 .10) . El aspecto de la superficie es de estrías en un sólo sentido (fig . 6 .12) . Si las pasadas son varias, la planicidad y aspecto general es el que aparece en la figura 6 .1213 .
3' pasada
2' pasada 1 .° pasada
A
Fig. 6.12 Planeado con eje inclinado : A, con una sola pasada la planicidad es incompleta y la superficie resulta cóncava ; B, con tres pasadas los defectos aumentan .
6 .1 .3 .3
Fíg . 6.13 Influencia del avance en el aspecto de las estrías y asperezas.
Selección de los elementos de corte Una vez sujetas la fresa (tema 2) y la pieza (tema 4), hay que seleccionar los elementos de corte . La velocidad hay que escogerla de acuerdo con la herramienta y el material de la pieza (tema 3) . La profundidad de pasada varía, según se trate de desbastado o acabado, y además teniendo en cuenta las condiciones de deformación y sujeción de la pieza . El avance se elige valorando los mismos conceptos que para la profundidad de pasada y de acuerdo con la potencia de la máquina y la robustez de los dientes . Pero aún hay que tener en cuenta lo siguiente : un avance grande por revolución producirá estrías y asperezas mayores (fig . 6 .13) . En efecto, la aspereza que aparece en la pieza depende del diente más saliente y del cabeceo de la fresa, no teniendo prácticamente importancia el número de dientes . Para hacer que las estrías queden menos espaciadas y que las asperezas sean menores, hay que reducir el avance a . Esta solución tiene dos graves inconvenientes : 1 ° El espesor de viruta se puede hacer muy pequeño y como consecuencia aumenta la fuerza específica de corte (tema 3) hasta límites inadmisibles .
2° El tiempo de mecanizado se hace mayor, en detrimento de la productividad . Se evitan ambos problemas empleando fresas de dientes postizos, alguno de los cuales tiene la arista cortante completamente plana (fig . 6 .14A) de manera que elimine las crestas (fig . 6 .1413) producidas por los otros dientes, dejando la superficie perfectamente lisa (fig . 6 .14C) . Se recuerda una vez más que no hay que pretender del fresado resultados que sólo pueden lograrse con el rectificado . Pero si la máquina y la herramienta son adecuadas, el resultado puede ser muy bueno, razón por la cual se emplea con preferencia a otros sistemas, como puede ser el cepillado .
Fig . 6.14A
6 .1 .3 .4 Fig . 6.148
superficie plana
Fig. 6.14 C
Planeado propiamente dicho
El proceso general puede ser el siguiente : 1 .° Aproximar la fresa con la máquina parada y hacer los reglajes de posicionamiento y pasada (tema 2) . Apretar los blocajes de los carros que han de permanecer inmóviles . 2° Poner la máquina en marcha y el sistema de refrigeración, en el caso de que se vaya a emplear . Aproximar la pieza a la fresa sin hacer contacto, dejando un margen de 1 ó 2 mm . 3° Conectar el sistema de avance automático y dar la pasada . Dejar salir la fresa 1 ó 2 mm . Si hay que dar varias pasadas, regular el tope de disparo de avance y retroceder rápidamente de forma manual o automática . Desblo170
quear el carro correspondiente, dar la nueva profundidad de pasada y bloquear de nuevo el carro . Repetir la operación para las pasadas necesarias hasta dar por terminado el planeado . Observaciones : 1 ? Operación de desbaste . Cuando el ancho de la pieza es mayor que el diámetro de la fresa y según que la máquina disponga o no de sistema anti-juego, es muy importante tener en cuenta el proceso y sucesión de pasadas . a) Con máquina provista de sistema anti-juego, se dan las pasadas en ambos sentidos, aprovechando al máximo el diámetro de la fresa (fig . 6.15) .
Fig . 6.15 Proceso para el desbaste con máquina provista de antijuego.
trayectoria
final
b) Con máquina sin dispositivo anti-juego de modo especial cuando se da una pasada muy profunda, habrá que trabajar solamente en un sentido, de tal manera que la parte que trabaja por trepado sea menor que la que trabaja a favor del avance (figura 6 .16A y B) . Si el avance ha sido muy grande, las crestas en la parte fresada por la periferia puede que sean un peligro para el retroceso ; en tal caso se aconseja retirar ligeramente la fresa de esta cara para efectuar el retroceso rápido (fig . 6 .16C) . Según las dimensiones de la pieza, y para ganar tiempo, se puede proceder como se indica en los procesos de la figura 6 .16D .
final
,' T1iti T~ I~1~i~Cmmr~ "~
hélice derecha
hélice derecha final
"""" IM IM IM
origen
retroceso
=011
origen A
B
final
D
Fig. 6.16 Proceso de pasadas para máquina no provista de antijuego: A y B, posiciones iniciales según el sentido de giro de la fresa y sentido de avance de la pieza ; C, posición para el retroceso ; D, sucesivas pasadas periféricas .
2~ Operación de acabado . En ningún caso habrá que hacer el retroceso por la superficie fresada ; según los casos, se procede así : a) Si la fresa es más ancha que la pieza, al terminar su recorrido la fresa se hace avanzar rápidamente unos milímetros ; se para la máquina y se quita la pieza .
b) Si la pieza es más ancha que la fresa, se sigue el mismo proceso que en la figura 6.15 para el desbaste con fresadora anti-juego, haciendo que las pasadas queden ligeramente solapadas, es decir, que el ancho trabajado sea algo menor que el diámetro de la fresa (fig . 6.17) . 3' Antes de dar por terminada la operación, ya sea de desbaste ya de acabado, hacer la verificación adecuada antes de soltar la pieza .
x
x
Fig. 6.17 6 .1 .4
Planeado con fresa periférica
Se ha dicho que, en general, el planeado periférico es más deficiente que el fresado frontal, pero puede haber razones que aconsejen, e incluso obliguen, a emplear este sistema, ya sea debido al tipo de pieza o de máquina y a la fresa disponible, etc . 6.1 .4 .1
Elección de la fresa
Se puede analizar las mismas cuestiones que para las fresas frontales y adoptar las medidas más correctas en cada caso . 1 . Material a mecanizar. El material a fresar condiciona el que las fresas sean de gran paso o de paso fino . Las de paso pequeño presentan mayor dificultad para la evacuación de la viruta larga, pero las que disponen de rompevirutas facilitan esta labor. 2. Clase de dentado. Para trabajos con fuertes pasadas o cortes discontinuos son preferibles las fresas de diente helicoidal, sobre todo si se pueden acoplar dos fresas de hélices opuestas que, como se sabe, compensan el esfuerzo axial . 3. Ángulos de la fresa. Para grandes rendimientos habrá que emplear fresas con ángulos apropiados al material (tema 2) . 4 . Diámetro de la fresa. El diámetro grande produce mejor acabado pero tiene el inconveniente de producir mayor momento torsor (fig . 2 .6313) . Por lo tanto, para desbastar será preferible emplear fresas de pequeño diámetro . Las longitudes de entrada y, como consecuencia, las de recorrido para cada pasada, resultan menores con fresa de pequeño diámetro . La fresa de diámetro grande evacua más fácilmente el calor . 6.1 .4 .2
Montaje de la fresa
Las principales precauciones que deben adoptarse son las siguientes : 1 ~ La fresa debe colocarse lo más cerca posible de los apoyos (figura 2.63D) cuyo número debe ser el mayor posible (fig . 2 .63E) . 2' Elegir el árbol portafresas de manera que ajuste perfectamente a la fresa y que tenga el chavetero y tuerca apropiados, para que pueda transmitir el momento de giro sin aflojarse . 3? Comprobar el centrado y alineación de la generatriz de la fresa con el plano ideal . 4? Si los dientes son rectos o muy espaciados o el corte es irregular, se montarán, a ser posible, volantes compensadores (fig . 3 .15) . 5? Los bujes deben ajustar sin juego apreciable (fig . 2 .60D) y deben estar perfectamente lubricados . 172
6.1 .4 .3
Selección de los elementos de corte
1 . Velocidad de corte. La velocidad de corte es particularmente importante para que la fresa conserve la capacidad de corte y el tiempo previsto para los refilados (tema 3) . 2. Profundidad de pasada . La profundidad de pasada estará limitada por la potencia de la máquina, el diámetro de la fresa, tipo de pieza y sujeción de la misma y también por el avance . Hay que evitar pasadas excesivamente pequeñas para no llegar a espesores límite de viruta . 3. El avance . El avance es, junto con la velocidad, el elemento más importante . Para el desbaste debe ser lo mayor posible, de acuerdo con la robustez de los dientes de la fresa, el diámetro del árbol portafresas, la potencia de la máquina, etc . Lo más importante es evitar espesores de viruta próximos a la viruta límite, ya que los efectos pueden ser muy perjudiciales, tanto para la conservación de la fresa como para el buen rendimiento . Si la máquina está dotada de sistema antijuego, lo más apropiado será trabajar con avance en concordancia o trepado . 6.1 .4 .4
Planeado propiamente dicho
Las operaciones y maniobras son prácticamente las mismas que para el fresado frontal : 1 ? Asegurarse de que hay refrigerante en el caso de que se vaya a emplear . 2~ Hacer los reglajes de fresa : posición, pasada, etc. 3' Poner la máquina en marcha . Aproximar la pieza a la fresa hasta 1 ó 2 mm de ella . 4? Conectar el avance y dar la pasada dejando salir la fresa de 1 a 2 mm . Regular el tope de salida, si hay que dar varias pasadas. 5? Emplear el retroceso rápido y quitar la pieza después de parar la máquina . Si deben darse más pasadas, se continúa el ciclo a partir del punto 2 . Al igual que en el planeado con fresa frontal, antes de soltar la pieza y dar por terminado el trabajo, habrá que hacer las verificaciones oportunas. En la figura 6.18 se representa un proceso de planeado por fresado frontal. Gama de mecanizado Paralep(pedo Material :
Fase Denominación
Croquis
Utillaje
Control Tp Tc Tm
Planeado cara A
Fresa Regla 080,z-f0 A .R.S. 2calas
2
Planeado cara 8
Fresa, rodillo
3
Planeado cara C . dejar a medida de 59mm.
Fresa Pie de 2calas rey 1 rodillo
4
Planeado cara D, dejar a medida de 30mm .
Fresa 2calas rectificadas
Pie de rey
5
Desbaste cara E
Fresa
Escuadra
6
Planeado cara F
Fresa
7
Planeado final de la cara E, dejar a medida de 74 mm .
Fresa
28' t3" 2'
Escuadra 1,3" 5 -
2.4' 5*
2,6' 5'
1,2"
Fig. 6.18 Proceso de planeado de fresado frontal.
Tie pos totales en minutos
Pie de rey 2,1" 3 28' 12' 20'
173
6.1 .5
Planeado en ángulo recto
Es un caso combinado de los dos anteriores . En la figura 6.19 se puede apreciar cómo uno de los planos se obtiene con la parte frontal de la fresa y el otro plano con la periférica . A efectos prácticos puede considerarse el planeado frontal, cuando el plano obtenido por este procedimiento es mucho mayor que el otro (fig . 6.19A) y como planeado tangencial, cuando sucede lo contrario (fig . 6 .1913) . La fresa apropiada para cada caso habrá que elegirla según el tipo de pieza; podrá ser de disco de dos o tres cortes o bien frontal . Un caso particular es el fresado de planos a 90° pero convexos o exteriores ; para esta ocasión, se montan dos o tres fresas, como se muestra en la figura 2.21 A. Hay que procurar que las fresas laterales sean de dientes inclinados opuestos, para que trabajen en las mejores condiciones y las fuerzas axiales se contrarresten .
Fig . 6.19
6.2 Fig. 6.20 Fresado de ranuras : A, con fresa de tres cortes; B, con fresa cilíndrica de mango; C, veri ficación .
Planeado en ángulo : A, planeado frontal; B, planeado tangencial.
Fresado de ranuras o ranurado rectangular
Es una operación similar al caso anterior, pero aquí la fresa empleada, normalmente, es de tres cortes . Con ella se obtienen directamente tres planos en ángulo, formando una ranura rectangular (fig . 6 .20A) . También es frecuente emplear fresas de mango (fig . 6 .2013) . Una vez mecanizada la ranura se puede verificar con un calibre fijo (fig . 6 .20C) . Tanto las fresas de disco como las de mango poseen el inconveniente de tener una dimensión fija, que va disminuyendo con los sucesivos afilados, y, en consecuencia, sólo es posible fresar ranuras_de las dimensiones de la fresa. Si se quieren hacer ranuras de otras dimensiones hay que obtenerlas en dos o más pasadas, desplazando la fresa; o bien, hay que recurrir a las fresas de disco de tres cortes ajustables en anchura (tema 2), por medio de arandelas de precisión de distintos espesores DIN 2084 (fig . 6.21) . 6.2 .1
Elección de la fresa
En cada caso habrá que estudiar la elección de la fresa, contestando a una serie de preguntas: 1 . ¿Fresa de disco o de mango? En algunos casos la respuesta estará supeditada a la forma de la ranura . Si debe tener extremos limitados por una forma concreta, habrá que emplear fresa circular (fig . 6.22A) o fresa de mango (fig . 6.2213) . Si no hay estas limitaciones, será preferible en general, la fresa de disco, por tener mayor rendimiento (fig . 6.22C) . En la figura 6 .22D puede verse uno de los sistemas de verificación .
Fig . 6.22A
Fig . 6.22 8
Fig. 6.22 C
2 . ¿Fresa de pequeño o de gran diámetro? Este problema sólo se presenta, lógicamente, en la fresa de disco; como punto de partida se elegirá el menor diámetro posible, dejando un espacio libre de unos 4 mm en la parte más próxima a la pieza, brida, tornillo, etc . (fig . 6.23) . 3. ¿Fresa de paso fino o grande? ¿De diente recto o inclinado? Aquí, más que en el planeado, se presenta la dificultad de la evacuación de la viruta, ya que ésta queda atrapada en el hueco entre diente y diente (fig . 6.24) . Los materiales quebradizos se adaptan mejor al hueco, porque se rompen en fragmentos cortos, pero los de viruta larga y tenaz obligan al diente a una sobrecarga para deformar la viruta . Por esta razón, los materiales de viruta larga deberán fresarse con fresas de mayor paso . Según la dimensión de la ranura, el material arrancado no cabrá en el pequeño espacio de las fresas de paso fino, motivo por el cual se rompen las fresas al fresar ranuras muy profundas, si no se toman precauciones especiales (fig . 6 .24) . La industria está incorporando, cada vez más, en las fábricas y talleres, fresas de disco de plaquitas intercambiables para operaciones de ranurado (fig . 6.25A), evitando así las costosas fresas de acero rápido enterizas (sobre todo las de gran diámetro) . Para evitar el golpe brusco de la plaquita con la pieza, se colocan las plaquitas inclinadas (fig . 6.25A) haciéndose así el contacto con la pieza de manera progresiva . Esta disposición facilita también la salida de la viruta, lo que permite un mayor avance, pero fuerza la viruta contra una de las paredes laterales, lo que puede ocasionar mayor rozamiento . En el caso de fresas de mango es aún más aconsejable el diente inclinado o helicoidal, pero a condición de que el sentido de la hélice favorezca la salida de la viruta . En la figura 6 .2513 se presenta un diagrama para calcular el ángulo (3 de inclinación de la plaquita . Dentro del área rayada A el ancho de la ranura y la expansión lateral de la viruta limitan el fresado de ranuras profundas en una pasada cuando se utilizan fresas delgadas
E
10 11 12 13 14 15 16 17 18 10
20
a v
6.2 .2
40 50
vc 60 ó a 70
W vi
ELMEa
Fig. 6.25A
ama
Sujeción de la fresa
Esta operación no presenta mayor dificultad que el planeado . Sin embargo, hay que conseguir ciertamente un centrado lateral lo más perfecto posible ya que el cabeceo en la fresa de disco o el balanceo en las de mango daría lugar a una ranura de dimensiones mayores que las de la fresa . Si se trata de fresas de disco de gran diámetro y, sobre todo, de dientes muy espaciados, es muy aconsejable montar volantes reguladores . El gran momento que producen estas fresas deberá ser contrarrestado por la fricción de los casquillos separadores, ya que las chavetas serán en general insuficientes . Por la misma razón, el sentido de la tuerca de apriete debe ser tal que tienda a apretarse durante el trabajo. 6 .2 .3
Fig. 6.24
Ancho de la ranura en mm Iplaquita de 11 mm)
30
Fig. 6.258
Fig. 6.23
Elementos de corte
En este tipo de fresado es particularmente importante el avance, pues de él depende la cantidad de viruta arrancada y, por tanto, la mayor o menor facilidad de su evacuación ; reducirlo excesivamente puede llevar a embotamiento prematuro del filo de la fresa . La velocidad de corte también tiene su importancia, ya que el contacto excesivo de la fresa con la pieza y la viruta puede provocar calentamientos peligrosos . Esto es particularmente importante en las fresas de disco de un solo corte. La profundidad de pasada viene dada por las propias dimensiones de la ranura . En algunos trabajos de gran profundidad de fresado, podrá dividirse la operación en dos o más pasadas. 175
6.2 .4
Ranurado propiamente dicho
En esta operación, la refrigeración tiene más importancia que en el planeado, ya que, como acaba de decirse, la manera peculiar de trabajar la fresa encerrada entre las paredes de la pieza, con grandes superficies de contacto, produce gran cantidad de calor que, de no eliminarlo y mantener la temperatura entre ciertos límites, puede ser causa de dilataciones que produzcan atasco y rotura de los dientes de la fresa o la fresa misma . Si el material admite lubricación, podrá emplearse un chorro de aire a presión que además de enfriar favorezca el desprendimiento de la viruta y su evacuación . El reglaje de la fresa es de particular interés también en esta operación, ya que la situación de la ranura así como su profundidad, suele ser de capital importancia . Por esta razón habrá que realizarlo con la mayor atención . También habrá que decidir si el fresado se hace por trepado o en oposición . La respuesta, como siempre, es que si la máquina dispone de un dispositivo antijuego, es preferible el sistema por trepado, pero si no lo tiene deberá hacerse en oposición . El proceso a seguir será distinto, según que se trate de ranurado con fresa de disco o de mango . 6.2 .4 .1
Fig. 6.26A
Fig. 6.2613
Fig. 6.26C
Ranurado con fresa de disco
Si la ranura tiene entrada y salida para la fresa, no se presenta ningún problema especial ; téngase en cuenta lo indicado en el planeado . Si la entrada o salida están limitadas, habrá que tomar precauciones especiales : 1 ' Ante todo hay que situar la fresa en posición correcta para lograr la forma de la entrada y el tope de fin de carrera para asegurar la longitud de la ranura . Si el plano de la ranura determina el radio de la curva o limita las longitudes del fondo y del exterior, lo primero que procede es emplear una fresa de diámetro apropiado que corresponda al acotado en el dibujo . 2a. Si la fresa no tiene sistema antijuego, hay que evitar en todo momento el efecto de trepado y eliminar el juego en el sentido necesario, en el momento de situar la fresa en posición . 3' Para el final de carrera no conviene fiarse del disparo automático que no suele ser muy preciso, ya que pequeñas variaciones en el fresado pueden hacer que disparen antes o después de lo previsto . Para evitar estos inconvenientes, se gradúa de manera que actúe un poco antes de llegar a la posición final y, una vez que se ha disparado, se acaba el recorrido a mano, ayudándose del tambor graduado o de las reglas de precisión (si las tiene) para finalizar el recorrido. Si la fresa es del ancho correcto, una sola pasada será suficiente (figura 6 .26A) pero si no es así y no se dispone de fresa regulable en anchura, se soluciona el problema haciendo la ranura en dos o tres pasadas. En estos casos es preferible elegir una fresa no demasiado próxima al ancho definitivo, sino que sea, al menos, un milímetro menor, para evitar así que la pasada de repaso sea demasiado pequeña . Si se prevén dos pasadas, se ajusta la posición de la primera (fig . 6 .2613), de manera que una de las caras quede ya terminada y, a continuación, se desplaza la fresa o la pieza (fig . 6.26C) hasta el ancho de ranura deseado. Si, por el contrario, se prefiere dar tres pasadas, para lograr acabados más uniformes en las dos caras de la ranura, la fresa se coloca centrada para la primera pasada y seguidamente se desplaza, primero hacia un lado y luego hacia el otro (fig . 6 .26 D) . En estas pasadas de repaso es cuando hay que prestar atención para comprobar que el limitador de carrera se dispare en el lugar preciso, puesto que al encontrar la fresa menor resistencia, tiene tendencia a seguir embragando por algo más de tiempo . 6 .2 .4 .2
Ranurado con fresas de mango Cuando se haya elegido este sistema, ya sea por voluntad o por exigencias de la forma de los extremos de la ranura, hay que tener en cuenta algunos detalles : Fig. 6.26D
1 . Entrada y salida libre. Este caso presenta un problema cuando la profundidad de pasada es muy grande, ya que habrá que tener en cuenta el 176
gran momento flector que se produce y que será tanto más notable cuanto mayor sea la profundidad de la pasada (fuerza de corte) y más larga la distancia del corte de la fresa a su asiento. Debe cumplirse en todo caso : Mf
":~
Oz adm .
siendo (ver tema 5 de Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas): Wxx
= momento resistente de la sección del mango en la parte más peligrosa que, por ser normalmente redonda, vale : Wxx
_
rr ' d3 32
M, = momento flector producido por la fuerza de corte, que vale para el caso más general (fig . 6 .27) Mf =F,-x Oz adm.
Fig. 6.27 Esfuerzo de corte con fresa de mango .
tensión de trabajo admisible para la herramienta, generalmente de acero de gran resistencia . Teniendo en cuenta el trabajo de torsión, las posibilidades de choque y que, además, el cambio de sentido de actuación es constante, se puede suponer un valor de 30 a 35 kgf/mmz . La resiliencía de estos aceros templados es muy pequeña, de manera que una sobrecarga brusca puede romperlos fácilmente .
Naturalmente, la fuerza de corte F, es proporcional a la profundidad de pasada y a la resistencia específica de corte, por lo cual en materiales de gran resistencia específica habrá que trabajar con mayor cautela . En algunos casos se procede a un desbaste escalonado que puede hacerse con fresa de menor diámetro y longitud y, luego, repasar con otra de diámetro adecuado, o bien, con la misma fresa, repasar los dos costados . En el caso de tener que repasar, hay que considerar el sentido de giro, para trabajar por trepado o en contra del avance, según se desee, y que además, por razones de uniformidad, conviene hacer las dos caras por el mismo procedimiento (fig . 6.28) . 2 . Entrada y salida cerradas . Si no se puede iniciar la ranura con toda la profundidad por no tener entrada, se puede proceder de alguna de las maneras siguientes : a) Si es posible, se hace una entrada con una broca de poca punta (figura 6 .29A) y de diámetro algo menor que el ancho de la ranura . Con una fresa del mismo diámetro de la broca se repasa el agujero hasta la profundidad de la ranura (fig . 6.29B), se da una pasada de desbaste a toda la ranura (fig . 6.29C) y, finalmente, se repasan fas dos caras de la misma (fig . 6.29D) .
Fig. 6.28
Fig. 6.29A
Fig . 6.29D
Fig . 6.29 B
Fig . 6.29 C
b) Para pequeñas profundidades y anchuras, si el cabezal de la máquina y el portapinzas son de calidad, se puede emplear la fresa definitiva . Pero, si no se cumple esta condición, es preferible emplear una fresa de menor diámetro y, al final, dar unas pasadas de repaso a las caras laterales, procediendo de la siguiente manera : Al hacer contacto, conectar el automático y proseguir profundizando hasta llegar a una pasada aceptable . Una vez al final de la carrera, invertir el sentido 177 12 .
Tecnologia 2.2 .
Máquinas Herramientas
39
del avance e ir dando nueva profundidad . Al llegar al punto inicial, invertir el sentido de avance y proceder igualmente, las veces que haga falta, hasta llegar a la profundidad deseada . En el fresado de la ranura de la figura 6.30, habrá que dar una pasada final, de parte a parte, sin variar la profundidad . Si se ha empleado fresadora o mandril en malas condiciones, los extremos tenderán a quedar como se muestra en la figura 6 .31, defecto que se corrige con unas pasadas laterales, si se ha empleado una fresa de menor diámetro . Sin embargo, esto no suele ser necesario cuando el proceso señalado más arriba ha sido bien ejecutado ; para ello hay que dar las pasadas de forma progresiva y con el avance en marcha, nunca a pieza parada . Este es el procedimiento que se emplea para hacer chaveteros para lengüetas. Una cuestión muy importante, al trabajar con fresas de pequeño diámetro, es hacerlo con la velocidad adecuada . En la práctica hay tendencia a trabajar con poca velocidad, ya que el número de revoluciones necesario es muy grande . Instintivamente se trabaja con menos revoluciones de las necesarias y la consecuencia es que la fresa se rompe con facilidad. 6.2 .5
Fig.
6.31
Aspecto de un chavetero defectuoso .
Fresado de ranuras especiales
Las ranuras reseñadas o ranuras rectangulares son las más corrientes pero también se emplean otros tipos, como se muestra en la figura 6 .32. La realización de algunas de ellas no difiere en nada de lo explicado para las rectangulares. La dificultad está solamente en la fresa empleada, que deberá ser de forma apropiada, según los casos . La ranura más característica es la llamada de T (fig . 6 .33A) y su mecanizado se realiza en dos fases, como se muestra en la figura 6 .33 B y C . En la primera se hace una ranura del ancho del cuello y de profundidad igual a la total de la ranura o un poco menos (fig . 6.33B) . Para ello se puede emplear una fresa de disco de tres cortes o una de mango . Finalmente, se hace la base con una fresa especial para estas ranuras (fig . 6.33C), que ha de centrarse perfectamente respecto a la primera.
A
B
Fig . 6.32
c Fig. 6.33 Mecanizado de una ranura en T : A, forma de la ranura ; B, primera fase; C, segunda fase y sistema de centrado .
Otra ranura muy empleada es la que se hace para montar lengüetas redondas. Para su mecanizado se emplean unas fresas apropiadas (fig . 6.34A) . Hay que tomar precauciones especiales para evitar el trepado de la fresa, porque dada su construcción resultan muy débiles y se rompen fácilmente . Evítense, con todo, los avances muy pequeños, ya que la fuerza específica de corte aumentaría, y con ella el peligro de rotura . Las ranuras de perfil especial suelen hacerse con fresas de perfil constante, dando la penetración en sentido vertical . La verificación del chavetero puede hacerse como se indica en la figura 6.34 B . 178
Fig . 6.34 rificación
6 .3
Ranura para chaveta circular: A, forma y fresa empleada; B, sistema de ve-
Fresado de árboles acanalados UNE 18 072 y UNE 26014
Los árboles acanalados se obtienen a partir de una pieza cilíndrica, practicando en ella las ranuras o canales apropiados . Los árboles que se construyen actualmente están normalizados . En la figura 6.35 se muestran algunos de los más frecuentes, según UNE 18 072 . Para grandes series se fabrican con fresa madre (ver tema 7) ; pero en la fresadora universal lo corriente es hacerlos de alguna de las maneras siguientes : 1. 2.
6.3 .1
De una sola pasada con fresa especial de diente destalonado . Con fresas normales de disco.
Fig . 6.35 nurado .
Fresado con fresa de forma
Se reduce, en este caso, a emplear la fresa apropiada (fig . 6.36) . Las dimensiones deben corresponder a las dadas por las fórmulas siguientes : a =
360° z
sen a, =
r =
a2 =
_ b 2r
D-2A, 2
a 2
1h=2r-sen a2 H=h-2At-sen
á 2
Estas fórmulas se deducen fácilmente de la figura 6 .36 y en ellas: z b At D
r h a a l y a2 H
número de nervios o de canales ancho del nervio altura del nervio diámetro exterior del árbol radio del fondo de las ranuras ancho en el fondo de la ranura ángulo de la ranura medido entre los flancos de los nervios según figura ancho en la cresta de la ranura
Fig. 6.36
179
Fresado de un eje ra-
La fresa deberá tener un ancho algo mayor que el calculado H, para lograr un perfecto acabado de los flancos de los nervios . Una vez montadas la fresa y la pieza, se centran igual que para hacer una ranura rectangular . Para que todas las ranuras tengan la misma longitud, convendrá emplear el tope de fin de carrera . Hay que comprobar el ancho b, que es la dimensión fundamental . Fig. 6.37A
Fig. 6.378
6.3 .2
Cuando no se dispone de fresa apropiada, pueden lograrse resultados aceptables y aun mejores que con aquélla, empleando varias fresas . Los procedimientos pueden ser varios según la disponibilidad de fresas existentes . 1 . Con dos fresas de tres cortes (fig. 6.37A) y con una de radio (fig . 6.37C). Se colocan en el árbol portafresas dos fresas de igual diámetro de tres cortes, separadas precisamente por b mm . Si el trabajo es de precisión, convendrá comprobar la cota b tomando como patrón un eje de muestra para que no quede menor de la tolerancia exigida. También hay que realizar los cálculos y comprobar que la fresa no sea demasiado ancha y estropee los nervios contiguos . Para evitar este inconveniente lo ideal sería emplear dos fresas angulares como las de la figura 6.37 B . Una vez montadas las fresas, se centran y se da la pasada para que quede una pequeña canal de s mm de altura 0,2 a 0,5 mm (UNE 26 014) . Hechas todas las ranuras, se cambian las fresas por otras (fig . 6.37 C), cuyo radio coincida con el del fondo del árbol. Se centra dicha fresa y seguidamente se dan las pasadas, comprobando que el diámetro d quede dentro de la tolerancia establecida ya que en él debe ajustar el cubo correspondiente (fig . 6.37 D) ; lo mismo puede decirse de la dimensión b. A los árboles que han de ir templados y rectificados se les dejará un sobremetal para el amolado de los flancos y del fondo (ver tema 16) . Se deja para el tema 7 el fresado de los árboles estriados con diente triangular. 6.4
Fig. 6.37C
Fresado con varias fresas
Fresado de acoplamientos de dientes
Los acoplamientos o embragues de dientes son principalmente de dientes rectos (fig . 6 .38A), dientes triangulares (fig . 6.381) y trapeciales (fig . 6.38C) .
Fig . 6.37D
Fig. 6.38 Embragues de dientes. A, de dientes rectos; B, de dientes triangulares ; C, de dientes trapezoidales .
6.4 .1
Acoplamiento de dientes rectos
Para tallar un acoplamiento como el de la figura 6 .39A, lo primero que hay que elegir es la fresa de tres cortes de un ancho algo inferior al valor de h deducido de la figura 6.39A y que vale : 360
a - -
2
180
Suelen ser de dientes impares y así coinciden las caras de dientes opuestos (fig . 6.3913) y con la misma pasada se hacen los flancos derecho e izquierdo de esos dientes diametralmente opuestos . El reglaje consiste en hacer que una de las caras de la fresa quede perfectamente centrada y coincidente con el plano diametral de la pieza (fig . 6 .39C) . Al hacer este posicionamiento téngase en cuenta que la fuerza de corte de la fresa no tienda a aflojar el plato universal del divisor. El sentido de giro de la manivela del divisor, para pasar de un diente a otro, debe ser tal, que el juego del aparato no sea favorable a esa misma fuerza de corte (fig . 6.39C) . Si el embrague fuese de número de dientes par (cosa poco frecuente) (fig . 6.39D) habrá que hacer el reglaje de la fresa, primero, para un flanco (fig . 6 .39E) y mecanizar todos los dientes a este lado ; luego, se centrará la otra cara de la fresa (fig . 6 .39F) y, en esta segunda pasada, se comprobará que el ancho de los dientes y de los huecos sean iguales (o ligeramente mayores los huecos) . En la figura 6.39G puede verse un proceso completo para el tallado de un embrague de diez dientes . Si, una vez colocado el aparato divisor en la posición vertical (fig . 6 .3913), la pieza quedase demasiado alta, de manera que no pueda pasar por debajo de la fresa, se cambia la posición horizontal, se bloquea la mesa y se trabaja con el movimiento vertical de la ménsula.
Fig. 6.39C
Fig. 6.39E 6.4 .2
Fig. 6.39D
Fig. 6,39 F
1 Fig. 6.39 G
Fig. 6.39 B
2
Acoplamientos de dientes triangulares y trapeciales
En el caso de acoplamientos de dientes triangulares o trapeciales el proceso de fabricación es el mismo y sólo varían los reglajes y el tipo de la fresa a emplear. En la figura 6 .40A se muestran las peculiaridades de los embragues de diente para arrastre en un sentido y desembrague automático en sentido contrario . Las fórmulas que se utilizan para los cálculos y reglaje son :
1101
Fig. 6.39A
[12a]
4
Para los de diente truncado (fig . 6.40B), en las fórmulas [111 y [121 las alturas son las del triángulo base sin truncar: H = b . cotg ( ~ sen a, _
_H
D
At = H - ( 2 g cotg r3 ) siendo :
[11 b] [12 b] [13]
g = ancho de la cabeza de la cresta y fondo de los dientes y, por tanto, el ancho de la punta de la fresa At = altura real del diente en el diámetro exterior de la pieza
Fig . 6.40 C
En la figura 6.40 C y 6.40 D se muestra el montaje y fresado de los mismos . Los embragues de las figuras 6.41A y 6.4113 se emplean para transmitir en ambos sentidos y en conexión rápida . Las fórmulas para determinar sus dimensiones y el reglaje de la pieza son : a =
360-2 z
Y 2
[141
[151
y para los truncados
Fig. 6.40D
Fig . 6.41A
At = H - (g - cotg (3)
[161
Los valores b, At y al se calculan con las fórmulas [101, [111 y [121 . En la figura 6.41C se muestra la disposición del divisor para el fresado de estos embragues . Una variante del acoplamiento de diente trapecial es el de la figura 6 .42A, de características constructivas parecidas a las de diente rectangular . Las fórmulas características son : 360°
[141
a - 2 . z b = h - tgp sen a2 --
1171
b
[181
2r
al=a- a2 g=r , sen al -
[191
1 _b
[201
2
siendo : g = ancho para determinar la anchura máxima de la fresa recta para el des-
baste o vaciado
Empleando el sistema de trabajo que se muestra en la figura 6.4213 el reglaje
de la fresa se hace de manera que : H = R -
b2
(fig . 6 .4213) . El sentido de
trabajo indicado es el apropiado para evitar que el plato se afloje .
Fig . 6.42A unílTi .'I'~' mu
Fig . 6.4j B
Para fresar los flancos se gira la mesa un ángulo í3 (fig . 6.42C) . El reglaje de la fresa se hace de manera que hagan contacto las aristas de las piezas y de la fresa, como muestra la figura . En esta posición, se ajusta el tambor de la fresa a cero, se eleva la mesa hasta que la fresa quede por debajo de la pieza (fig . 6.42B) y finalmente se hace avanzar la mesa en la medida h. Blocadas la mesa y carro transversal, se efectúa el fresado de los flancos diametralmente opuestos . Si se dispone de una fresa trapecial de ángulo igual a 2 (3, se puede hacer el fresado sin necesidad de inclinar la mesa . 183
Fig . 6.41 C
6 .5
Mortajado
Se llama así a la operación de obtener ranuras o perfiles mediante una rramienta de movimiento rectilíneo healternativo, similar al cepillado (fig . 6 .43) . Para realizar este trabajo en la fresadora hay que transformar el movimiento circular del árbol principal en movimiento rectilíneo por medio de un accesorio adecuado . La herramienta debe volver sobre sí misma repetidamente hasta la forma y dimensiones de la ranura obtener o perfil . Para proteger la herramienta y evitar el desgaste prematuro del filo, el aparato debe disponer de un sistema de separación de la herramienta en la carrera de retroceso . En la figura 6.44A y B se presenta la hembra y el macho de un eje cónico con dientes en forma de V y las fórmulas para su cálculo: z
Cos ag
Fig . 6.43
i
[21
as = 360°
[221
b=C-as
[231
_ 60° al = 3 2z
[241
(3=90-a
[251
zi
tg a4 = Cos al - cotg
y
i
p 1
_C
[261
[271
2
sen aZ = tang a, - cotg y l sen a4
[281
L=RZotga
[291
At = icos a3
[301
siendo : z = número de dientes real zi = número de dientes imaginario correspondiente al perfil complementario C = ángulo del hueco del diente a = ángulo del cono exterior At = altura del diente en la parte mayor b = ángulo de la entalla para la hembra
perfil complementario
Fig, 6.44A 184
Fig. 6.448
En las figuras 6.44C y D puede verse su realización práctica . En la figura 6 .45 se muestran varios trabajos típicos que pueden realizarse por mortajado en la fresadora . Cuando se trate de trabajos en serie o trabajos muy fuertes es preferible hacerlos en la mortajadora o en la brochadora, ya que la fresadora sufre en exceso con este tipo de trabajos, para los cuales no está expresamente proyectada .
6 .6
Taladrado y mandrinado
Ya se ha definido y estudiado en cursos anteriores el trabajo de taladrado y las máquinas especialmente diseñadas para realizarlo . En la fresadora también se puede realizar esta operación, si bien la maniobra es más lenta que en aquéllas ; se suele emplear el taladrado como operación previa al mandrinado . El mandrinado quedó definido en el punto 2 .5 diciendo que es la operación por la cual se mecanizan o tornean interiores por medio de herramientas simples, también estudiadas en el mismo apartado . Un caso particular es el llamado punteado o trazado de centros con precisión . Es un trabajo propio de las máquinas llamadas punteadoras, pero en casos sencillos y de precisión media pueden realizarse en la fresadora universal. Esta operación consiste en el trazado o punteado de taladros, en el mandrinado de precisión en esos mismos agujeros o bien de otros ya desbastados en procesos anteriores . Para puntear se emplean unas brocas cortas y perfectamente guiadas, semejantes a las que se emplean para hacer puntos de centrado (fig . 6.46) . Para la localización exacta de un punto se emplea, en general, el sistema de coordenadas (tema 2) .
6 .7
Otros trabajos en la fresadora
Ip
~1~~~~UO~III~I .N
Fig. 6.45 Trabajos de mortajado: A, cruz, B, ranura sin salida, C ;` `> engranaje interior D, estriado trían- °" gular,- E, eje nervado.
Como ya se dijo al principio, la versatilidad de la fresadora es tal que prácticamente se pueden realizar en ella todo tipo de mecanizados con mayor o menor productividad . Entre ellos están el tallado de engranajes o ruedas dentadas, el tallado de levas y el fresado de herramientas . Estos tres mecanizados por su gran importancia y por sus particularidades, se estudian por separado en los temas siguientes .
CUESTIONARIO 6.1 Planeado . Tolerancias de medidas, de forma de posición, etc. 6 .2 Planeado con fresa frontal . Peculiaridades, ventajas y proceso. 6.3 Planeado con fresas periféricas. Peculiaridades, ventajas, limitaciones y proceso . 6.4 Planeado en ángulo recto . Casos y manera de resolverlos . 6.5 Fresado de ranuras : con fresas de disco; con fresa de mango . Procesos . 6.6 Fresado de ranuras especiales . 6.7 Fresado de árboles . 6.8 Fresado de acoplamiento de dientes. 6.9 Mortajado en la fresadora. 6.10 Taladrado y mandrinado en la fresadora, 185
Fig. 6.46
EJERCICIOS A REALIZAR Problema 1 Se desea mecanizar las piezas de las figuras 6 .47 a 6 .52 . Determinar : - Las tolerancias de fabricación que se consideren apropiadas de acuerdo con la finalidad de cada pieza . - Los cálculos necesarios para su mecanización . - El material más conveniente . - Los factores de corte, de acuerdo con el material elegido y el tipo de fresa a emplear . - Los sistemas o instrumentos de verificación necesarios . -- Los accesorios que se han de emplear . - El proceso más racional para su fabricación .
Fíg. 6.47
Vgos
55 ± 0,05
luz
E, ~~iAME
Sección A9
25
Fig. 6.48 Fig . 6.49
Sección CD
Fig . 6.50
Fig. 6.51
Fig. 6.52 186
b
Tema 7. Tallado de ruedas dentadas
OBJETIVOS - Ser capaz de hacer el tallado de las ruedas dentadas más usadas . - Saber hacer los cálculos previos y la preparación de la máquina. EXPOSICIÓN DEL TEMA La fresadora universal no es la máquina ideal para tallar ruedas dentadas porque su productividad es muy pequeña comparada con la que se logra en las máquinas dentadoras propiamente dichas . La fresadora universal se empleará para tallar ruedas dentadas cuando se trate de trabajos unitarios o cuando no se pueda disponer de máquinas dentadoras . 7 .1
Ruedas dentadas de módulo
Para el estudio de dimensiones, partes fundamentales y utilización de las ruedas dentadas, como elementos de transmisión, se remite al lector al tema 30 de la Tecnología del Metal 1.2 y al tema 7 de la Tecnología Mecánica 2. 1. En este apartado sólo se recuerdan las fórmulas necesarias para la realización práctica en el taller. 7 .2
Magnitudes dimensionales y datos constructivos 1.
Para engranajes de dientes rectos
- Diámetro exterior. Si la rueda no lleva ninguna corrección, el diámetro torneado debe ser :
Los datos para el fresado que deben aparecer en el plano de taller son: - número de dientes (z) - módulo normal (m) - altura del diente . Para dientes normales
2.
Para engranajes de dientes helicoidales :
- Ángulo de la hélice y sentido (derecha o izquierda para las ruedas helicoidales (ji) 18 7
- Paso helícoidal:
H =
n - d tg (3
d = diámetro primitivo La forma del perfil del diente, si no se especifica nada, se entiende que corresponde a la evolvente de perfil normal para ángulo de presión de 20° . Se recuerda que el perfil normal varía con el número de dientes de la rueda, y que sólo se obtiene la forma correcta, si la fresa de disco coincide con ella, o bien, por medio del tallado por generación con fresa madre, cremallera o engranaje, realizado en los distintos tipos de máquinas dentadoras . 7 .3
Número de la fresa
Cuando se emplean fresas de disco, se necesita una fresa distinta para cada módulo y número de dientes . Esto resulta económicamente prohibitivo y, en consecuencia, se limita el número de fresas a un juego de 8, para cada módulo inferior a 9, y a un juego de 15 fresas para cada módulo mayor . En la tabla 7.1 A se reseñan los números con que van marcadas las fresas y el número de dientes de las ruedas que con cada una se puede tallar . Es natural que, con esta fresa, la forma del hueco de los dientes sea igual para todas las ruedas talladas con la misma fresa; de donde se deduce que, a lo sumo sólo una de ellas tendrá la forma correcta y las demás serán aproximadas . Las ruedas con perfil exacto son las que aparecen en primer lugar, y las otras serán tanto menos exactas Tabla 7 .1 A Juegos de fresas de disco de módulo para tallar ruedas dentadas de dientes rectos y helicoidales Cantidad de dientes de la rueda
N.° de la fresa
1 1 3/2 2 2 '/ 4 2 3 /2 3 3'/ 4 3'/, 3 3 /4 4 4 3/4 4 1 /1 4 3 /4 5 5 3 /4 '/s 5 3 /4 6 6 '/4 6 'li 6 3 /4 7 7 3 /4 7 3 /2 7 3 /4 8
188
Juegos de la cantidad de fresas 8 15 26 (Módulos (Módulo (Módulo 9) >9 > 20) hasta 20) 12 y 13 14- 16 17-20
21 -25
12 13 14 15 y 16 17 y 18 17 y 18 19y20 21 -22 23-25
26-34
26-29 30-34
35-54
35-41 42-54
55- 134
55-79 80 - 134
135 - cremallera
135 - cremallera
5 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 y 25 26 y 27 28 y 29 30y31 32-34 35-37 38-41 42-46 47-54 55-65 66-79 80- 102 1103- 134 135 - cremallera
cuanto más se alejen de la primera . Así, las ruedas fresadas con la fresa n° 5 sirven para ruedas de 26 a 34 dientes y, de ellas, la que resulta de forma exacta, es la de 26 dientes y sólo aproximadas las de 27, 28, . . . 34 dientes . Para ruedas helicoidales no hay que elegir la fresa correspondiente al número real z que tiene la rueda, sino el que corresponde al número de dientes imaginario (fig . 7 .2A), dado por la expresión :
[4j
En los países anglosajones suelen numerarse en sentido inverso : la número 1 es para ruedas de 135 dientes en adelante, y la de 8 para ruedas de 12 y 13 dientes . En la tabla 7 .1 B puede verse la equivalencia a milímetro del sistema inglés diametral pitch . Las ruedas de precisión o que han de girar a gran velocidad, conviene tallarlas por procedimientos de generación, para evitar los errores de forma y división . Para facilitar la elección de la fresa de módulo, en el tallado de ruedas helicoidales, se puede emplear el diagrama de la figura 7 .213 .
Tabla 7.1 B Diametral pitch 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 5 6 7 8 9 10
1/
z 3/4 1/, 1/ i 3 /4 1/
z
Paso Pulgadas
MM
3,141 2,513 2,094 1,795 1,570 1,396 1,256 1,142 1,047 0,897 0,785 0,628 0,523 0,448 0,392 0,349 0,314
79,795 63,837 53,197 45,597 39,397 35,465 31,917 29,016 26,598 22,799 19,949 15,959 13,299 11,399 9,974 8,867 7,981
Módulos ingleses
Módulo
Diametral pitch
25,40 20,32 16,93 14,51 12,70 11,29 10,16 9,24 8,47 7,26 6,35 5,08 4,23 3,63 3,17 2,82 2,54
11 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 40 48 60 80
Paso pulgadas 0,285 0,261 0,224 0,196 0,174 0,157 0,142 0,130 0,120 0,112 0,104 0,098 0,087 0,078 0,065 0,052 0,039
I
mm 7,254 6,646 5,700 4,986 4,432 3,990 3,627 3,325 3,068 2,850 2,659 2,494 2,217 1,994 1,661 1,331 0,998
Módulo 2,31 2,12 1,814 1,587 1,411 1,270 1,154 1,058 0,977 0,907 0,847 0,794 0,705 0,635 0,529 0,423 0,317
Fig. 7.2A 189
7.4
Tallado de ruedas cilíndricas de diente recto
Según lo que se acaba de decir, se deduce que el tallado de estas ruedas puede hacerse con fresa de módulo, diente a diente, o con fresa madre por generación simultánea de todos los dientes . 7.4 .1
Fresado con fresa de disco
Fundamentalmente, el proceso es similar al fresado de ranuras equidistantes sobre piezas circulares, descrito en el tema anterior . En este caso las ranuras son los huecos de la rueda dentada, que dan lugar a la formación de los dientes . Para no caer en repeticiones inútiles y a la vez no dejar ningún detalle específico del sistema, se enumeran a continuación las distintas operaciones del proceso : 1.
Preparación de la máquina
- Elección de la fresa. Se elige ésta según el módulo y número de dientes de la rueda a dentar, de acuerdo con la tabla 7 .1 A . Se monta la fresa en su eje correspondiente, procurando que el empuje de avance sea contra el aparato divisor (ver tema 2) . Seguidamente se comprueba el centrado radial y el cabeceo . - Montaje del aparato divisor. Una vez colocado sobre la mesa, se escoge el plato de agujeros y se regula la manivela para que responda a la relación : M
K z
(tema 5)
Si ocasionalmente hiciese falta, se debe montar el sistema diferencial . - Montaje de la pieza. La pieza se monta, ya directamente en el divisor (fig . 4 .40) o, lo que es más frecuente, con un mandril o torneador (fig . 7.3A) . Es muy importante que la pieza quede firmemente unida al torneador, de manera que no pueda deslizarse axialmente y, menos aún, pueda girar sobre sí misma . 190
Comprobar el perfecto centrado radial de la pieza, tanto de la parte exterior como del agujero, así como el cabeceo . - Reglaje de la fresa. Es muy importante el centrado de la fresa respecto a la pieza (fig . 7 .3 B y C) ya que de él depende que el diente quede simétrico Después o no . v por lo tanto atip PI trahain arontahlc ___,_ rpct . .....,..eltp .., ......h . .....w n v nn . .v . Después -!e uui centrar la fresa se bloquea el carro transversal . Para dar profundidad se hace contacto con la fresa sobre la pieza y se coloca el tambor del vertical a cero . Retirada la fresa, se da la profundidad adecuada . Bloquear el carro vertical o ménsula. - Reglaje de la máquina. Reglar el número de revoluciones de la fresa de acuerdo con la relación : n = 1000 v, n , d
Fíg. 7.38
(tema 3)
Reglar el avance : an = aZ - z o bien : amin = az - z - n - Si se va a emplear lubricante comprobar que existe cantidad suficiente en el depósito y que el sistema funciona . - Girar el aparato divisor en el sentido en que se van a hacer las divisiones para evitar posibles juegos, ajustar las alidadas y bloquear el eje principal . 2.
Fig. 73 C
Fresado
- Conectar el motor principal y el equipo refrigerador . - Aproximar la fresa a la pieza y conectar el automático del avance ; dar la pasada (fig . 7 .3 D) y, al salir la fresa, regular el tope disparador del automático . - Retroceder rápidamente a mano o con el retroceso rápido (fig . 7 .3E) . Tal vez sea conveniente hacerlo con la fresa parada, si hay peligro de que la fresa deje marcas en el dentado. - Desbloquear el eje del aparato, girar la manivela y colocar en posición las alidadas . Bloquear el aparato . Conectar el avance y repetir tantas veces como dientes tiene la rueda . - Hechos dos huecos o dientes, comprobar su espesor (ver tema 30 de Tecnología del Metal 1.2) para que no resulte mayor que el teórico . Si es preciso, se hace la corrección en la profundidad de pasada .
Fig. 7 3D
EJEMPLO RESUELTO Problema 1 Calcular los datos para tornear y fresar una rueda dentada de diente recto de z = 38 y módulo 4 . El tallado se realizará en una fresadora de paso del husillo de la mesa 6 mm y constante del aparato divisor 40 .
Fig. 7.3E
Solución:
Para tornear se necesita saber el diámetro exterior de =(z +2)m=(38+2) x4 =160 mm
Para fresar lo primero que se necesita saber es la altura del diente : h=2,25m=2,25x4 =9 mm
eje del divisor
Fig . 7.4
Las vueltas del aparato divisor se calculan así: M 7 .4 .2
K z
- 40 - 20 19 38 1-= 1_38 19 20 40
etc.
Fresado con fresa madre de tornillo sin fin El principio en que se basa el tallado por generación es el de suponer que la rueda a dentar tiene los dientes hechos y que está engranado con la herramienta como si ésta fuera la otra rueda del engranaje (fig . 7 .4) . Bajo estas condiciones de funcionamiento, la fresa se abre camino en la pieza a tallar, generándose el hueco necesario para que el engrane se haga sin dificultad . En la figura 7.5A se muestra el esquema del haz de evolventes como curvas creadas por un haz de tangentes que son los flancos pertenecientes a una cremallera o a un tornillo sin fin de dientes trapeciales que se desplazan en la dirección s. De la figura se deduce que: Pb=p - cosa siendo a = ángulo llamado de presión y que en las ruedas dentadas normales de módulo vale a = 20°.
En la figura 7 .5B se muestra cómo las distintas posiciones relativas del perfil de la cuchilla conforma o crea el perfil de los flancos del diente .
Fig. 7.5A
Fig . 7.58
7 .4 .2 .1
Cadena cinemática para el tallado con fresa madre La figura 7 .6 representa la cadena cinemática de enlace entre el eje portafresas y el eje portapiezas, que en este caso es el eje principal del aparato divisor . Las ruedas de recambio se calculan con la siguiente relación : [4A] 192
en la cual : K = constante del aparato divisor z = número de dientes de la rueda a dentar z, = número de dientes de la rueda colocada en el eje de la fresadora (o el producto de ruedas conductoras) z2 = número de dientes de la rueda colocada en el eje que mueve el tornillo sin fin del aparato divisor (o el producto de las ruedas conducidas) Según el aparato divisor empleado, se colocan una o más ruedas intermedias para que el sentido de giro de la pieza sea el correcto . La deducción de la fórmula [4A] se obtiene con sólo aplicar la ley de transmisión . Según la figura 7 .6, entre el eje de la fresa y el eje de la rueda a dentar, debe cumplirse : zf , nf = z*n
(a]
en la cual : Zf nf z n
número número número número luciones
de dientes o entradas de la fresa ; en general es una de revoluciones de la fresa de dientes de la rueda a dentar de revoluciones de la rueda a dentar e igual al número de revodel eje principal del aparato divisor
Y en las ruedas de recambio debe cumplirse : =
z2
.
ns
En la cual : zi y
2 = ruedas de recambio colocadas respectivamente en el eje de la fresa y en el eje que mueve al tornillo sin fin del aparato divisor n, = número de revoluciones del tornillo sin fin del aparato divisor Z
Además, según el esquema : zR-n=z s . n s siendo z
R = número de dientes de la corona sin fin
De donde : n5 =
zR
n zs
= K - n
fc] 193
13 .
Tecnologia 2.2.
Máquinas Herramientas
ya que
(constante del aparato divisor) De la [a] se tiene
sustituyendo este valor y el de [c] en [b] resulta : z, . z ~ n
= z 2
.
Zf
K . n
simplificando y despejando : [4 B] En general la fresa es de una sola entrada, es decir, que zf = 1 y, por tanto, la fórmula [4B] queda reducida a la [4A], escrita anteriormente, y que era lo que se quería demostrar . En las fresadoras de cabezal universal, la fresa se monta en el extremo de dicho cabezal . Con frecuencia la relación entre el eje de salida y el de entrada no está en la relación 1 : 1 . Así, en el de la figura 7.7, sabiendo que los subíndices son los números de dientes de cada rueda, se tiene: R
Fig. 7. 7
=
Z20 ' Z26
= 20 x 27 zz 0,903 01 26 x 23
Z27
' Z23
y, por tanto, entre el eje n, de la fresa y n, de la máquina existe esa misma relación : n1 n
R -_
y
nf = n, R
Volviendo a las relaciones anteriores : nf = z n [a] z, n, = z2 ns [b'] ns = K n [c]
relación de generación relación de transmisión en las ruedas de recambio relación de aparato divisor
zf
Sustituyendo en [a] el valor de n, se tiene : Zf'
n -'
R
=z-n
[a']
Despejando n, resulta: z - n - R zf valor que llevado a [b'], juntamente con el valor de ns de [c], se obtiene : zi 194
z~n~R Zf
=z2 - K-n
Simplificando y despejando se tiene finalmente K .
_z l z2
Si R = 1 7 .4 .2 .2
y zf =
-
z
zf
[4c]
R
1, casos frecuentes, la [4C] se transforma en la [4A] .
Fases para el fresado con fresa madre
Las fases para el fresado de ruedas dentadas con fresa madre serían éstas: 1.
Preparación de la máquina
- Montaje del aparato divisor especial. Este aparato suele ir equipado con un sistema de ruedas de recambio con las cuales se enlaza el eje del aparato y el husillo de la mesa (fig . 7 .6) . Para no tener que desengranar las ruedas en la maniobra manual de la mesa, suele llevar un embrague de dientes (fig . 7.6) . Estas ruedas de recambio deben proporcionar un avance adecuado para que el espesor de viruta cortado no resulte excesivamente pequeño, ni demasiado grande . Como la rueda va girando, cada vuelta entera que da, presenta el diente tal como quedó en la anterior y, por tanto, la pieza debe avanzar contra la fresa un valor : a n = az .
zf
siendo : a, = avance por diente de la fresa (0,1 mm) zf = número de dientes de la fresa que suele ser de 9 a 14 El husillo de la mesa deberá dar, para cada vuelta de la rueda a dentar, nh vueltas; o sea :
siendo : h = el paso del husillo en las mismas unidades de a Como debe cumplirse la ley de transmisión se tiene: zd '
nd = zh ' nh
Despejando y sustituyendo los valores de [A] y [B] : z d= zh
nh nd _zd zh
= h 1
-
=
az-zf
h
aZ - zf
h
en la cual : zd zh
= número de dientes de la rueda colocada en el eje del divisor. Suele ser siempre la misma número de dientes de la rueda colocada en el husillo de la mesa
Como se desprende de la fórmula, el avance sólo depende del avance por diente de la fresa, del número de dientes de ésta y del paso del husillo de la mesa ; no influye para nada el número de dientes de la rueda a dentar . Si el aparato no lleva esta posibilidad habrá que seleccionar el avance de la mesa con este mismo criterio . 195
EJEMPLO RESUELTO
Problema 2 Calcular las ruedas de recambio para la división automática y para el avance, si se ha de fresar una rueda de acero de dientes rectos de z = 60 y m = 3 . Se emplea una fresa madre de una entrada y de 12 dientes, un aparato divisor de K = 40 y una rueda para el automático de avance z d = 24 . El husillo de la mesa tiene 6 mm de paso . Solución: 1.
Tren de división . Aplicando la fórmula 14A1 : z,
_ K _
2.
40 60
z
zz
_ 2 3
_
20 _ 30
60 90
etc . . . .
Tren de avance . Aplicando la fórmula 15) : h
zh
En la cual az se puede tomar 0,1 mm, z f = 12 y h = 6 mm Sustituyendo estos valores en la fórmula se tiene zd
__
0,1 x 12 6
zn
_
1,2 6
_
12 60
_
24 120
Si no se dispone de la posibilidad de montar este tren y la fresadora tiene el sistema de avance en mm/vuelta del eje principal, el avance habrá que seleccionarlo de la siguiente manera : Para una vuelta de la pieza el avance debe ser de : a = a,-z f =0,1 x 12=1,2mm Pero para que la pieza dé una vuelta, la fresa debe dar 60 vueltas ; por tanto, el avance por vuelta de la fresa será : a" _ 60
1-2 60
= 0,02 mm/vuelta de la fresa
Como se ve, resulta muy pequeño y seguramente no dispondrá la fresadora de él . Habrá que avanzar a mano o bien conectando el automático con intermitencias de manera que se aproxime al avance teórico .
El aparato quedará montado al unirlo al tren de división ?' Z2 ble cardán y el eje telescópico .
por medio de la unión do-
2 . Montaje de la fresa . La fresa se monta generalmente en un árbol portafresas largo provisto de chaveta entre dos soportes lo más próximos posible .
Fig. 7.8A
3. Montaje de la pieza. La pieza se monta normalmente entre el punto del aparato divisor y el del contrapunto . Como quiera que la pieza ha de girar de una manera continuada, aunque lenta, y los esfuerzos de corte son considerables, habrá que engrasarlos previamente con grasa consistente . El arrastre también hay que asegurarlo, para que no se produzca ningún deslizamiento ni se obstaculice la carrera de la fresa . Para que la fresa no talone hay que inclinar la mesa (fig . 7 .8A) o el eje del cabezal (fig . 7 .8 B) de modo que la hélice de la fresa quede alineada con la dirección de los futuros dientes . El ángulo ¡i en que hay que inclinar la mesa, viene grabado en la fresa madre y, si no fuera así, se calcula a partir de su diámetro exterior, por la fórmula : f
(d e - 2,5 m n ) en la cual : (i = ángulo de la hélice de la fresa con la perpendicular al eje de = diámetro exterior de la fresa m = módulo normal zf = número de entradas de la fresa
Fig. 7.88 196
Una vez inclinada la mesa se centra la fresa aproximadamente . Como quiera que los dientes centrales trabajan más que los extremos, puede paliarse en parte este inconveniente colocando la fresa descentrada, unas veces hacia un lado y otras hacia otro . Para dar la profundidad de pasada, se pone en movimiento la máquina y se aproxima la fresa hasta que haga contacto ; en ese momento se pone a cero el tambor del husillo vertical . Es conveniente que dé, al menos, una vuelta com pleta la rueda a dentar y así se puede comprobar, por una parte, el centrado de la periferia y, por otro, si la división es correcta, ya que es muy fácil contar las ligeras señales que deja la fresa. Finalmente, se hace retroceder la fresa, se da la profundidad de pasada y se bloquea el carro vertical y el transversal . 4.
Fresar
- Se conecta la máquina, prevío ajuste a las revoluciones necesarias, y el sistema de lubricación, si procede . - Se aproxima la fresa a la pieza y se conecta el sistema de avance . - Se deja salir completamente la fresa de la pieza. - Se para la máquina y se desmonta la pieza . Nunca debe retrocederse la fresa sobre la pieza si antes no se ha quitado la pasada . En la figura 7 .9 se muestra una fresadora universal haciendo un dentado con fresa madre .
Fig. 7. 10A
7.4 .2 .3
Ruedas de cadenas
El tallado de estas ruedas se hace igual que las ruedas de diente recto . El cálculo teórico de las dimensiones puede verse en el apartado 7.7 de Tecnología Mecánica 2.2 Máquinas Herramientas . La finalidad de la operación consiste en ejecutar ranuras iguales y equidistantes, perfiladas mediante fresas adecuadas, con el fin de obtener ruedas dentadas para cadenas de rodillos y silenciosas . 1 . Características de las ruedas dentadas para cadenas. Los datos constructivos de las ruedas dependen de los relativos a la cadena . Las cadenas utilizadas para la transmisión del movimiento continuo entre dos ruedas son las articuladas de rodillos simples (fig . 7.10A y B) o gemelos (fig . 7 .10C), y también las silenciosas, constituidas por plaquetas en forma de doble triángulo (fig . 7.10D), unidas y articuladas por medio de pernos y bujes. Las cadenas y los rodillos pueden ser simples, con una sola hilera de rodillos, o con dos o tres hileras de rodillos (fig . 7.10E) . Las dimensiones de las cadenas dependen del paso entre un elemento y el sucesivo, que generalmente se expresa en pulgadas .
Fig. 7. 108
Fig. 7.10C
Fig . 7. 10E
2.
Fig. 7. 10D
Elección de la fresa A) Para cadenas de rodillos simples. Las cadenas de rían de perfil según el número rodillos simples vade dientes (fig . 7,10F), y en su construcción se utiliza una serie de cinco fresas, a saber: n° 1, para ruedas con z de 8 a 9; n° 2, para ruedas con z de 10 a 11 : n° 3, para ruedas con z de 12 a 16; n° 4, para ruedas con z de 17 a 29 ; n° 5, para ruedas con z de 30 en adelante . B) Para cadenas de rodillos gemelos. Para la construcción de rodillos gemelos se utiliza una de cadenas fresa de la forma indicada en la figura 7.10 C, cuyo perfil varía con el paso y el número de dientes de la rueda. C) Para cadenas silenciosas . Las cadenas silenciosas con los costados inclinados tienen un perfil simétricos y rectilíneos (fig . 7 .10D), ligeramente chaflanados en los vértices . Para su construcción se emplean a las de la figura 7 .10G . Sus fresas similares dimensiones varían con el número de dientes de la rueda por tallar .
Fig . 7. 10 F Perfil de las fresas para rueda de cadena . 1, de 9 a 12 dientes; 2, de 13 a 19 dientes; 3, de 20 dientes en adelante .
3.
1 . Elegir la fresa adecuada, y montarla bien centrada sobre el eje sas, con el soporte lo más portafrecercano posible . 2 . Colocar el divisor sobre la mesa de la fresadora, y el mandril portaengranajes, entre las puntas del divisor . 3. Determinar los factores de corte, y poner a punto el visión de la rueda por tallar . divisor para la di4. Centrar la rueda con el eje de la fresa (fig . 7 .10H). 5. Rozar el engranaje con la fresa en movimiento, y bloquear versal . el carro trans-
Fig . 7. 10 G
Fig . 7, 10H
Método de trabajo
6. Efectuar la prueba práctica de la división . 7. Levantar la mesa de un valor igual al diámetro del rodillo, bloquear el carro vertical, y ejecutar el primer diente (fig . 7 .101) . 8. Fresar el segundo vacío, diametralmente opuesto al primero Si el número de dientes fuese (fig . 7 .10J). impar, se fresa el más próximo al ra 7.10K) . opuesto (figu9. Colocando dos rodillos de diámetro igual a los de la cadena en los vacíos terminados, medir el diámetro exterior con el micrómetro (fig . 10 . Si es necesario, efectuar 7 .10J y K) . las oportunas correcciones, y proceder al fresado de todos los vacíos .
Centrado y contacto .
Fig. 7. 10/
Nota . El control del diámetro finas (fig . 7 .10K). Ésta es la medidainterno se puede efectuar con un calibre de puntas más importante en este tipo de ruedas .
Fig . Z loj
Fig . 7 10K
EJEMPLO RESUELTO Problema 3
Calcular una rueda de cadena de rodillos gemelos, siendo 20 mm la distancia entre los centros de los pernos de un eslabón, 12 mm la distancia entre los centros de los rodillos gemelos, 10 mm el diámetro de los rodillos y 40 el número de dientes. Solución :
Aplicando las fórmulas 35 y 40 del apartado 7.7 .1 .3 de Tecnología 2.1 : a
t9 (f =
- 180 0 - 180 0 = 40 30' z 40
sen a _ B + cos a A dP =
A sen j3
sen 4° 30' = 0,0491 = 2° 50' 12 + cos 4° 30' 20 =
20 = 405 mm sen 2° 50'
Para verificar la rueda una vez terminada : d;=dp -10=405-10=395 mm d e = dp + d = 405 + 10 = 415 mm para dientes pares 7.5
Tallado de ruedas cilíndricas de diente helicoidal
Lo mismo que las ruedas de diente recto, las de diente inclinado o helicoidal se pueden tallar con fresas de disco o con fresa madre. Como es sabido, una rueda helicoidal es aquélla cuyos dientes son segmentos de una hélice de paso H (fig . 7.11 A) . También puede compararse a un sector de un tornillo de varias entradas, de paso H, cuyos filetes son los dientes de la rueda . Se emplean principalmente para transmitir el movimiento entre árboles que se cruzan, aunque también sirven en el caso de árboles paralelos. Un engranaje helicoidal tiene un elevado grado de recubrimiento, desde luego superior al dentado recto, lo que se traduce en una mayor capacidad transmisora y en una marcha más suave y regular. Sin embargo, la inclinación del diente produce una componente axial de la fuerza de empuje que debe ser absorbida por rodamientos axiales, lo cual obliga, casi siempre, a montajes más costosos y complicados. Los esfuerzos axiales pueden equilibrarse empleando ruedas dentadas de doble espiral . - Paso normal y paso circunferencial. En estos engranajes, el paso o distancia entre dos dientes consecutivos, puede tomarse de dos maneras : perpendicularmente al eje o perpendicularmente al diente; en el primer caso el paso se llama circunferencial o aparente y en el segundo, normal (fig . 7.11 B) . La relación entre ambos se puede establecer fácilmente a partir del triángulo contenido en la figura citada : Pn Pl~
= cos
Como se sabe, el módulo de una rueda dentada es el cociente de dividir el paso por n. Por lo tanto, el módulo correspondiente al paso circunferencial es el módulo circunferencial y, por extensión, el correspondiente al paso normal es el módulo normal . - Paso helicoidal y ángulo de inclinación . El paso helicoidal H es el paso de la hélice que genera los dientes de la rueda y el ángulo de inclinación (3 es el que forma el diente con el eje de giro de la rueda (fig . 7.11 C) . Las fórmulas que permiten el cálculo dimensional de estos engranajes se encuentran en el Tema 7 de la Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas . 199
H
Fig. 7. 11 A
Fig. 711B
Fig. 7. 11 C 7.5 .1 1.
Fresado con fresa de disco
Preparación de la máquina
- Elección de la fresa.
Según el módulo y el número de dientes imaginario z
se determina el número de la fresa en la tabla 7.1 A. El montaje de la fresa se hace igual que para las ruedas de diente recto. En algunos casos, para inclinaciones muy grandes, puede ser que haya que colocarla en el extremo del árbol para que la mesa no toque en la columna de la máquina . Si se emplea el cabezal universal tipo Huré o el de platinas perpendiculares, el montaje se hace al aire (ver tema 1) . 2 . Colocación del aparato divisor. Hay que colocarlo en el extremo de la mesa para enlazar el eje que mueve al plato de agujeros (fig . 1 .10A y tema 5) con el husillo de la mesa por medio del tren de ruedas calculado con la fórmula [4) (tema 5) : zZ
H
en la cual : z, = rueda colocada en el husillo de la mesa zz = rueda colocada en el aparato divisor y las intermediarias necesarias para que el eje del divisor gire en el sentido de la hélice . Preparar el disco de agujeros según la relación : K M = - ([21 del tema 5) z 3. Disposición de la mesa. Inclinar la mesa (fig . 1 .10 B) o el árbol del cabezal para que el eje portafresas quede con la inclinación (3 respecto al de la rueda a dentar . Si se emplea cabezal Huré las fórmulas para la inclinación son : sen
á = 2
(90 - ó) =
sen ! 2 sen a
([31) del tema 1) ([41 del tema 1)
Naturalmente, tanto si es la mesa como el eje portafresas, hay que dar la inclinación en un sentido u otro, según sea a derecha o izquierda el sentido de la hélice (figs. 1 .10C y D) . 4. Montaje de la pieza. Generalmente la pieza se coloca entre puntos . Durante el trabajo la pieza debe girar sobre el punto fijo ; por consiguiente, el apriete no debe ser excesivo y además habrá que lubricarlo . 5 . Reglaje de la fresa. Una vez montada la fresa hay que centrarla respecto a la pieza . Para ello se pone en marcha la máquina y se va aproximando la fresa a la pieza subiendo el carro vertical . Para que el contacto se haga en la 200
parte más alta se mueven alternativamente el carro vertical y se desplaza el transversal . En el momento que se haga un leve contacto, al desplazar el transversal, esa será la posición exacta para la fresa. En ese momento se bloquea el carro transversal, se coloca el tambor del vertical a cero y se retrocede la pieza hasta que la fresa quede libre para dar la pasada . Esta operación se realizará mejor con la fresa parada . Hecho esto se toma la profundidad de pasada : h = 2,25 m . Se gira el aparato divisor como para pasar a otro diente . En este caso recordar que como el eje debe girar durante la operación no hay que bloquearlo . También debe quedar libre el plato de agujeros para que al girar arrastre la manivela . 6. Reglaje de las velocidades de corte y avance . Si se ha de refrigerar, comprobar la cantidad del refrigerante y el funcionamiento del sistema y colocar las palancas de la velocidad y avance previamente determinadas . 7. Fresar. Aproximar, a mano, la fresa contra la pieza. Al hacer contacto, conectar el automático, y regular el tope de disparo para que la fresa salga completamente de la pieza . 8. Retroceso de la mesa . Esta operación es de gran importancia y puede hacerse de dos maneras distintas, a saber:
- Primer procedímiento. Se para la fresa y se inicia el retroceso a mano, observando atentamente la posición de la fresa que, seguramente, no coincidirá exactamente con la ranura abierta. Si la diferencia es pequeña, tal vez pueda salvarse girando la fresa a mano y colocándola en una posición favorable; es decir, que el hueco entre diente y diente de la fresa quede en la vertical . Si en esta posición no roza con los flancos del vano, se lleva a cabo el retroceso . A continuación se hace la división en el aparato divisor y se repiten las pasadas y retrocesos en la misma forma hasta el último diente . - Segundo procedimiento . Cuando el procedimiento anterior no sea posible, porque la fresa se desplaza mucho debido al juego en la cadena cinemática, al finalizar la pasada se procede de la siguiente forma :
A. Se desbloquea el carro vertical . B. Se baja la ménsula una o dos vueltas completas . C. Se retrocede la fresa ; ya no hay peligro de que la fresa toque a la pieza . D . Se vuelve a dar la profundidad de pasada . Para que esta operación sea más fácil, antes de bajar la ménsula, se pone el tambor a cero y así se puede volver con seguridad a la posición primitiva . Dada la importancia de esta operación, que influye directamente en el espesor del diente, es aconsejable colocar un comparador de reloj en la mesa antes de desbloquear el carro vertical y, al volver a bloquearlo, el comparador debe estar en la misma posición . E. Se hace la división . F. Se da la nueva pasada y se repite el ciclo hasta terminar con el último diente . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 4
Se dispone de una fresadora cuya mesa tiene un husillo de 5 mm de paso, y un aparato divisor de constante 40 . Se debe tallar una rueda dentada helicoidal de 26 dientes, módulo normal 2,5 y ángulo helicoidal 30° . ¿Qué cálculos se deben hacer y cómo hay que disponer la operación, si el tallado se realiza con una fresa modular de disco? Solución : Se hallará, en primer lugar, el diámetro primitivo.
d =
z-m cos ¡3
_
26x2,5 cos 30°
= 75,05 mm
El diámetro exterior de = d + 2 m = 75,05 + 2 x 2,5 = 80,05 mm medida que servirá para tornear el engranaje. 20 1
Se hallará también la profundidad del diente para el fresado At = 2,25 x 2,5 = 5,625 mm
A continuación se necesita el paso helicoidal para el tallado de la hélice : H=
n
d
- 3,1416 x 75,05 _ 3,1416 x 75,05 = 408,4 t9 30° 0,57735
tg l1
Halladas las dimensiones del engranaje, se pasa a los cálculos de la fresadora. La fresa que hay que emplear dependerá del número de dientes imaginarios : ~ 40 dientes Z' cosa ¡1 - cosa 30° - 0,8663 0,6495 Se deberá escoger, pues, la fresa n° 6 que corresponde de 35 a 54 dientes (tabla 7 .1) . Para el cálculo del disco de agujeros del aparato divisor se tiene: K _ _ 40 _ 20 Z 26 13
7 13
21 , etc. 39
Se pasará a continuación a calcular las ruedas que se han de colocar en la lira : ZI Z2
= K
H
h _ _ 40 x 5 _ 200 _ 2000 _ 500 408,4 408,4 4084 1021
al ser el número 1021 primo se deberá emplear un paso aproximado, acudiendo a las fracciones continuas
_ 0 _ 1 2 47 1 0 . 1 ; 23
49 243 24 ' 119
Tomando la reducida 49/24 e invirtiéndola, resulta: ?3 z2
1021 500
= 24 - 3 x 8 - 24 x 24 - ruedas de la parte de la mesa 49 7 x 7 28 x 42 - ruedas de la parte del divisor
7.5 .2
Fresado de ruedas helicoidales con fresa madre Como se acaba de ver, la operación de fresado de ruedas helicoidales con fresa de disco, resulta entretenida y lo que es peor, no es fácil obtener ruedas de calidad aun empleando las mejores técnicas . Las razones son : 1 ' El perfil de la fresa, como se dijo para las ruedas de diente recto, no es casi nunca exacto . 2' Por el sistema o proceso de división y maniobra difícilmente quedarán todos los dientes iguales. Estos defectos pueden evitarse empleando el sistema de generación o tallado con fresa madre.
Según se deduce al examinar la figura 7.11 D, la relación ?' para estos z2 casos debe ser tal que no sólo produzca el número de dientes de la rueda deseada, sino que ha de generar la hélice durante el tallado . Para ello hay que hacer que la rueda gire la fracción de vuelta ± x mientras la fresa avanza en el valor a.
Fig. 7. 11 D 202
Como se muestra en la figura 7.12, el valor de x será positivo cuando la fresa y la pieza tengan la hélice en el mismo sentido (las dos derechas o las dos izquierdas), y será negativo, cuando las dos hélices sean de distinto sentido (una derecha y otra izquierda) . Supóngase que la fresa es de una sola entrada, la rueda a fresar tiene z dientes, el aparato divisor de constante K y que, por cada vuelta de la rueda a fresar, la mesa avanza en una magnitud a. En una rueda que tuviera una longitud igual al paso helicoidal H (fig . 7.13) para que la fresa pasase del punto A al B, la pieza debería dar
(+l Fig.
7 12
I-I
(-1
H ± 1 vueltas. a
(+
Correcciones de giro según el sentido de la hélice.
Fig . 7.13
Re/ación entre avance axial y giro .
H . Z vueltas .
Mientras tanto la fresa dará
a Por tanto, la relación de vueltas entre la pieza y la fresa es :
a Mientras tanto, la relación entre la pieza (eje del divisor) y el tornillo sin fin
es K; es `decir, que el eje del tornillo sin fin debe girar K (
H ± 1) vueltas . De
a donde la relación de transmisión en las ruedas de recambio será : zi
.
zl =
.
( a
z2 . K(
a
±
11
y, por tanto :
H - . z a
z2
simplificando: _z, _ z2
K(H±a) H - z
(7 A]
Si la fresa tuviese zf entradas, la fórmula sería : z,
z2
__
K-zf(H±a) H
z
[7 B]
Y si la fresa estuviera montada en un cabezal similar al de la figura 7 .7 y cuya relación entre el eje de fresa y el de la fresadora fuese R, se tendrá la fórmula general : zl z2
- -K -
-
-zf ( H ± a) H - z -
f7 C]
203
Como se ve, estas fórmulas son similares a las [4A] [4B] y [4C], desarrolladas para las ruedas dentadas rectas . Para que la cadena cinemática quede completa, hay que enlazar el eje del divisor con el husillo de la mesa según la siguiente relación :
En la figura 7.14 se muestra la cadena cinemática completa . Así como en el tallado de las ruedas de diente recto el avance podía ser continuo o intermitente, en el tallado helicoidal el avance debe ser continuo, de manera que no debe utilizarse el embrague de dientes que suele llevar el aparato divisor y habrá que asegurarse de que no se puede desembragar durante la operación .
Fig. 7. 14 7 .5 .2 .1
1.
recto .
Fases para el fresado con fresa madre Montaje de la fresa . Igual que se explicó para las ruedas de diente
2. Montaje del aparato divisor. Exactamente igual que para ruedas de diente recto, colocando las ruedas de división y las de avance, calculadas según las fórmulas anteriores . Comprobar que las ruedas intermediarias en uno y otro tren producen el sentido de giro deseado.
3.
Inclinación de la mesa o del cabezal universal. Como se dijo para el dentado recto, la fresa debe colocarse de manera que no talone en los dientes que se van obteniendo . Si se llama a al ángulo de la hélice de la fresa y (i al de la hélice de la rueda a fresar, el ángulo de inclinación de la mesa y respecto al eje de la máquina será (fig . 7.15) para los varios casos posibles de acuerdo a la tabla 7.16 .
Así, si se tiene que fresar una rueda de 25° derecha con una fresa de 4° 13' derecha, la inclinación del ángulo y valdrá : y=a+(3=25° +4° 13'=29° 13' Si la fresa fuese izquierda : y = a-(3 = 24 0 60'-4° 13' = 20 0 4T 204
Fig. 7.15 Tabla 7.16 Fresa
Rueda Derecha
Izquierda
Derecha y= f3+ a
Izquierda
Cuando haya duda en el proceso a tallar, lo mejor es actuar de la forma siguiente : Se inclina la mesa o el cabezal a la derecha o a la izquierda, según los casos, el valor a para hacer que la hélice de la fresa que va a hacer contacto con la pieza quede en la misma dirección del eje de la pieza (como para tallar una rueda de diente recto) y, a' partir de ahí, se inclina a derecha o izquierda la inclinación de la hélice de la pieza. Los otros reglajes y maniobras son exactamente iguales al tallado de ruedas rectas . Hay que tener en cuenta que el avance, una vez iniciado el tallado, debe ser constante y sin interrupciones .
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo
5
En una fresadora universal cuyo husillo mide 6 mm de paso, dotada de un divisor de constante 40, se quiere fresar un piñón helicoidal de 30 dientes, módulo 3 y paso helicoidal de 558 mm tallado a la izquierda. La fresa madre utilizada tiene la hélice a la iz quierda, una entrada y un ángulo de 3° 30' . El avance de la mesa por vuelta del piñón es de 2 mm . Calcular . - El tren de ruedas necesario para hacer la división de los dientes. - El tren de ruedas para obtener el avance . - La inclinación de la mesa .
205
Solución: z,
_ _
z2
K (H + a) H' z
40 (558 + 2) 558 x 30
_
40 x 560 558 x 30
_
40 x 280 _ 32 x 35 279x 30 31x 27
32 x48 x40 31 x72 x24
tg Í3
= n
H
. d = n H
z - m" cos ¡3
_zd
__ _a
zh
h
sen ¡3 =
_ _ 2 _ 24 6 72
n ' z ' m _ 3,14 x 30 x 3 --- = 0,506; ¡i = 30° 26' H 558
y=a+¡3=300 30'+30°26'=33°56'
7 .6
rÚ ÍIrÍ`l%'! Fig . 7. 17
Fig. 7. 18 Diferentes tipos de visinfines : A, cilíndrico y rueda helicoidal; B, cilíndrico con rueda cóncava ; C, tornillo visinfín globoidal.
Un visinfín o tornillo sin fin es un tornillo de una o varias entradas, puesto de tal modo que pueda engranar discon una rueda dentada o de visinfín (fig . 7.17) . Los ejes de la engranaje rueda y el visinfín generalmente se cruzan en ángulo recto. Puede considerarse el sistema de visinfín-rueda como un caso particular de engranaje entre dos ruedas helicoidales, una de las cuales tiene uno o muy pocos dientes . Sin embargo, para el mejor funcionamiento se puede modificar algo la forma del visinfín o la rueda, y, de este modo, se da lugar estas tres combinaciones (figs . 7 a una de .18A, B y C) . Il? Engranaje de visinfín cilíndrico con rueda cilíndrica helicoidal . 2° Engranaje de visinfín cilíndrico con rueda de diente cóncavo . 3° Engranaje de visinfín globoidal '. El primer caso es un caso particular de los engranajes helicoidales . bargo, el visinfín y la rueda presentan Sin empoca superficie de contacto y por ello sólo valen para pequeñas potencias . En el segundo caso, los dientes de la rueda se hacen curvos, con en el eje del visinfín . Esta forma consigue centro que el contacto entre la rueda y fín sea mucho mayor y, por tanto, se el visinpueden transmitir potencias mucho mayores. La limitación de los dientes se hace corrientemente como se ve en la o bien como en la figura 7 .19 B . figura 7 .19A En el tercer caso, la forma que se modifica es la del visinfín, se adapte a la de la rueda . Da haciendo que mucho contacto entre los dientes, pero se utiliza poco, salvo en la dirección de los automóviles, por ser su construcción sólo con máquinas especiales . factible 7.6 .1
Fig . 7. 19 Formas de la rueda : A, achaflanada; B, centros redondeados .
Rueda y tornillo sin fin
Empleo de los engranajes de visinfín . Relación de transmisión
Un tornillo sin fin puede considerarse como un engranaje cuyo número dientes coincide con el de entradas o de hilos del tornillo . Como éste es muy escaso, la relación de transmisión siempre z,/z 2, es, en general, muy pequeña, que traducido en términos vulgares lo significa que el sin fin debe dar muchas vueltas para que la rueda gire una revolución completa . De ahí el empleo de este mecanismo para transmitir el movimiento de árboles veloces a árboles lentos, instalando el visinfín como muy elemento conductor y la rueda como elemento conducido . El mecanismo de visinfín debe estar muy bien ejecutado y disponer de cación abundante porque trabaja por lubrirozamiento ; aún así su rendimiento es bajo . El movimiento sólo puede transmitirse del sin fin a la rueda y no al revés, menos que el ángulo de la hélice a sea menor que el ángulo de rozamiento . Como consecuencia de su particular forma de trabajo, el visinfín está sometido a fuertes presiones axiales que suelen recibirse en cojinetes de bolas de rodillos cónicos (fig . 7 .20) . o
Fig. 7.20
' 206
Llamado también de tornillo hiperbólico .
7.6 .2
Material
Como los engranajes de visinfín tienen mucho rozamiento, es importante el material que se emplea y el acabado de las piezas, sobre todo del visinfín . El visinfin se hace de acero, y si la pieza es de alguna responsabilidad, de acero cementado, templado y rectificado . La rueda se hace generalmente de bronce al menos dientes y corona y, algunas veces, de fundición . 7 .6 .3
Forma del visinfin
El visinfín correspondiente al sistema de evolvente es un tornillo (a derechas o a izquierdas) cuyo filete tiene forma trapecial. El ángulo de los flancos es el doble del ángulo de presión normalmente de 40° y de 29° o 30° en los antiguos . No se piense, por ello, que la forma del filete es igual a la de la rosca trapecial ACME o DIN, pues varían el paso y la altura del filete, como se ve en las figuras 7.21 A y B . El diámetro total dt del visinfín se toma en las ruedas de dientes cóncavos igual al diámetro exterior de la fresa madre que servirá para tallar la rueda, disminuido en 0,5 - mn', o sea, en el doble de la holgura en el fondo del diente (fig . 7 .22) . Observaciones. Si hay libertad para fijar las dimensiones del visinfín, conviene darle un diámetro total de unos 15 módulos. En las ruedas de diente recto no hay relación alguna entre el diámetro de la fresa y el del visinfín y éste se elige arbitrariamente o según la distancia entre centros . 7.6 .4
Fórmulas referentes a los engranajes de visinfín
Se dan aquí las fórmulas necesarias para el tallado sin desarrollar el cálculo completo ya que se hizo en el apartado 7.11 .4 de Tecnología Mecánica 2.1 . Se supone que, cuando el fresador deba tallar algún engranaje de visinfín, en el dibujo deben estar ya calculadas las dimensiones más importantes o que se presten a diversas soluciones . Las fórmulas más empleadas son las que siguen . No se procederá a su deducción, por ser semejantes a las de los engranajes helicoidales, de las cuales son un caso particular .
Fig. 7.21 Proporciones delperfil de rosca en un visinfín : A, para ángulo de presión a = 20', B, para ángulo de presión 15°.
Fórmulas comunes a tornillo y rueda
diámetro del visinfín
mn - z, [sen (3 = dp m = C _
son :
[101
mn cos ¡f
[111
Dp +d p
[121
2
Las proporciones del filete para engranajes normalizados de 40° (fig . 7.21 A), Ángulos de los flancos a=40° Profundidad del filete
rh
-2,25
I
[1 A1
mn1]
[2 A1
Anchura en el fondo del vano gf=0,66m,
1
[3 A]
' O en 0,32 m, para engranajes no normalizados antiguos 207
Fig. 7.22
Ancho en la parte externa del vano 2,30 - mr,
[4 A:
Las proporciones del filete para el ángulo de 30° antiguo, son (fig . 7.21 B) ; Ángulo de los flancos
-30-~
[1 B]
Altura del filete h = 2,16
z
[2 B]
Anchura en el fondo del vano 9r
[3 B]
Anchura en la parte exterior del vano : 2,11 - m~
[4B]
Para el tornillo : [13] dp = dt - 2 m
[141
DP =my z2
[151
D9 =D p +2m
[161
Para la rueda:
El diámetro total máximo (Dt) dependerá del tipo de rueda . En estas fórmulas : h gf (3 m z, d mc C DP H, zZ D9 D,
= profundidad del diente = anchura en el fondo del diente = ángulo de inclinación de la hélice del tornillo y de la rueda = módulo normal = número de entradas del tornillo sin fin = diámetro primitivo de tornillos visinfín = diámetro exterior del tornillo visinfín = módulo circunferencia¡ o aparente = distancia entre centros = diámetro primitivo de la rueda = paso helicoidal del visinfín (avance por revolución) = número de dientes de la rueda a tallar = diámetro exterior de la rueda tomada en el plano medio de la garganta = diámetro exterior máximo de la rueda
Observaciones. En los engranajes de diente cóncavo el diámetro primitivo DP y el total Df no son los mismos en el centro que en los bordes (fig . 7 .23); se entiende en estas fórmulas que el diámetro primitivo es el que corresponde al plano medio de la rueda; al diámetro total en el plano medio de la rueda se le denomina diámetro de garganta Dg. El ancho de la rueda B se toma de 6 a 10 módulos según los casos. Normalmente no se toma como dato el ángulo ¡3 y se deduce el diámetro del visinfin, sino viceversa . 208
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 6 Calcular las dimensiones de una rueda y su tornillo visinfín con los siguientes datos: z, = 40; z, = 1 ; m = 4; diámetro de la fresa visinfín de que se dispone, 60 mm . Solución : 1.
Cálculo de las dimensiones del tornillo visinfin - Diámetro exterior del tornillo sin fin: d,=60-(0,5x4) =58 mm Diámetro primitivo : dp =d,-2m =58- (2x 4) =50 mm Altura del diente : h=2,25x m =2,25x 4=9mm Ángulo de inclinación (3 de la hélice: m z, sen (3 = dp
= 4 x 1 50
= 0,08 ; luego ¡f = 4e 35'
Módulos circular o aparente : m`
4 4-0128 0,9968 =
cos (3
- Paso de la hélice : H, 2.
= Ti -
m, - z, = 3,1416 x 4,0128 x 1 = 12,6066
Cálculo de las dimensiones de la rueda - Diámetro primitivo: Dp = mr
« zZ =
4,0128 x 40~ 160,51 mm
- Diámetro de la garganta: D9 = mn - zZ
+
2m,, = 160,51 + (2 x 4) z 168,50
El diámetro Dt y demás datos para tornear la rueda suelen venir acotados en el plano del taller . - La distancia de centros es muy interesante para poder verificar la pieza sobre la misma máquina antes de quitarla, y es igual a: C _ Dp + dp - 160,51 + 50 = 105,26 mm 2 2
Fig. 723
- El radio de la garganta (fig . 7.23) es igual a: r=
7 .7
2
__mn =
-4=21 mm
Tallado de ruedas helicoidales para tornillo sin fin
Según se ha visto, las ruedas helicoidales para . tornillo sin fin deben ser talladas con fresas que tengan las mismas características que el tornillo con el cual van a engranar (fig . 7.24A) . Nunca deben ser talladas con fresas de me nor diámetro que el del tornillo sin fin. Si la fresa es mayor, a pesar de no ser un tallado perfecto, puede funcionar sin mayor inconveniente . Pero lo ideal será que la fresa tenga el mismo diámetro primitivo; el . mismo número de entradas y el mismo sentido de la hélice . 209 14.
Tecnologia 22
Máquinas Herramientas
Fig. 724A Posición de la rueda y tornillo para iniciar el fresado.
Cuando esto no sea posible, se puede hacer un desbaste con la fresa disponible y proceder al repaso con una cuchilla que tenga las características del tornillo sin fin. En la figura 7 .2413 se muestra una cuchilla preparada para el tallado de una rueda helicoidal y en la figura 7.24C la forma de trabajo .
Fig . Z248 Herramienta con el perfil adecuado para tallar ruedas cóncavas.
7 .7 .1
Fig. 7.24 C
Proceso de fresado de la rueda
La rueda cilíndrica es exactamente un engranaje helicoidal corriente y como tal se talla pero, como ya se ha dicho, de ordinario no se utiliza, por desgastarse rápidamente . Para rueda de diente cóncavo se puede hacer una construcción aproximada o una construcción exacta . 1 . Construcción aproximada . Consiste en tallar diente a diente con una fresa ordinaria de módulo, pero dando el avance en profundidad . Para suplir la inexactitud conviene dejar algo más de holgura que de ordinario . Si el mecanismo no está sometido a grandes esfuerzos, esta construcción puede servir ; el visinfín no toca la rueda sino en puntos extremos, pero, por desgaste, termina asentado pasablemente . Como es lógico, este sistema no es aconsejable . 2. Construcción exacta . El procedimiento exacto no se puede conseguir más que por generación . Se puede, en este caso, tallar la rueda en desbaste con algo menos de profundidad por el procedimiento aproximado y luego hacer el tallado por generación, lo cual ahorra desgaste de la fresa madre que tiene un valor económico elevado . La preparación de la fresadora se hace como para las ruedas de diente recto con la sola diferencia que la inclinación de la mesa debe ser cero ; es decir, los ejes de la rueda a dentar y de la fresa deben tener la misma posición que tendrán la rueda fresada y el tornillo sin fin . Una vez preparada la fresa, el aparato divisor y el tren de división, pero sin ruedas para el avance (ya que la penetración es vertical), se coloca la fresa perfectamente centrada respecto al centro de la rueda . Se bloquea la mesa y el carro transversal . Puesta la máquina en marcha se va profundizando hasta que la fresa hace contacto en la parte más profunda de la garganta . En este momento se pone el tambor de la fresa a cero y se prosigue el avance vertical hasta alcanzar la profundidad total. Se deja que la rueda dé un par de vueltas en esta posición, se verifica la distancia entre centros y se retira la fresa verticalmente. Se para la máquina y la operación está terminada . Si en vez de fresa se emplea cuchilla, se procede de la misma manera . Si el desbaste se hace con una fresa de menor diámetro que el tornillo sin fin y, más aún, si es de mayor diámetro, habrá que suspender la operación de desbaste con suficiente antelación para que después la herramienta pueda repasar todo el flanco de uno y otro lado . 3. Otro método . Por último, se puede emplear otro proceso. Este consiste en desbastar primero con fresa de módulo como en el caso anterior; después se deja loca entre puntos la rueda a tallar y se pone en el portafresas una fresa madre, que tenga desde luego el mismo diámetro del visinfín aumentando en el doble la holgura de fondo de diente . Se va acercando con cuidado la rueda a la fresa hasta que se toquen y entonces se da marcha a la fresadora y se va subiendo la mesa muy poco a poco hasta dar toda la 210
profundidad necesaria. La fresa madre, que tiene forma de visinfín, irá arrastrando en su movimiento la rueda y dándole su forma debida . Este último procedimiento no es de alta garantía, pero ejecutado con precaución puede dar buenos resultados en algunos casos .
Nota. Se ha supuesto en este capítulo, en varias ocasiones, que el diámetro del visinfín se podía elegir arbitrariamente y que se adaptaba a las fresas de que se pudiese disponer . En algunas ocasiones, y siempre en los trabajos de gran serie, sucede lo con trario y entonces será necesario construir una fresa ex-profeso para el trabajo de que se trate, con las dimensiones adaptadas a la pieza que se necesite fabricar. 7 .7.2
Fresado del tornillo sin fin La construcción del tornillo sin fin es simplemente un caso particular de
construcción de roscas . De ordinario se hará en el torno, pero también se puede hacer en la fresadora . El fresado del tornillo sin fin en la fresadora tiene particular interés cuando se trata de módulos grandes y, más todavía, si a esto se añade el que sea de varias entradas . Se pueden emplear fresas de discos normales o fresas-cuchilla de mango (fig . 7.25A) . Puede realizarse también con dos sistemas de montaje: uno similar al descrito para el fresado de ruedas helicoidales con fresa madre (fig . 7.2513) y otro con un aparato universal en el cual se puede eliminar el tornillo sin fin (fig . 7 .25 C), siendo entonces simplemente un tallado helicoidal de paso corto . Véase cómo se procede en cada uno de estos casos .
engranaje múltiplo del n .° de entradas del visinfin
Fig. 7 25A
lsilú~ I Ice-==~1 1
92
Fig. 7.258
Fig.
7.25C
7 .7 .2.1
Procedimiento para fresar con aparato divisor automático
Este procedimiento se suele emplear para tornillos de gran paso . Como se aprecia en la figura 7.2513 el montaje es similar al empleado para ruedas cilíndricas de diente inclinado . En general, no se podrá emplear con la mesa inclinada por ser mucha la inclinación de la hélice y, en este caso, habrá que inclinar el eje de la fresa . La fresa normalmente empleada es la de disco de perfil constante, o diente fresado de tres cortes isósceles o bicónica . También se puede emplear una fresa de mango o una cuchilla . El fresado se hace diente a diente . La división para cambiar de entrada se puede efectuar, si procede, empleando en el cabezal un plato divisor similar al descrito en el apartado 13 .14 de Tecnologia Mecánica 2.1 Máquinas-Herra mientas, para el torneado de tornillos de varias entradas, o bien, haciendo que la primera rueda del tren de avance colocada en el divisor sea de un número de dientes múltiplo del de entradas .
7 .7 .2 . 1 .1
Cadena cinemática
Si se emplea un aparato de constante K, llamando a al avance de la fres, en dirección de la hélice del tornillo para una vuelta de la fresa, en el tornillo sü fin, para fresar la longitud desarrollada de la hélice en una vuelta, le correspon de (fig . 7.26) :
Fig .
7.26
Desarrollo de la hélice.
Para una vuelta de la pieza, la fresa tendrá que dar : L
nf =
an
vueltas
Mientras tanto el tornillo sin fin del divisor debe girar K vueltas . Para un cabezal portafresas (fig . 7.7) de relación de transmisión R, la relación de transmisión para el tren divisor vale : z, , nf - R=z2 -K y despejando : zl
K
nf - R
z2
y sustituyendo el valor de n f de (a] i _ z2
K - an . Lh R
(18A)
K - an Lh
[ 18 B]
Si R = 1, la fórmula quedaría en : _z1
_
z2
El avance a se escogerá de acuerdo con el número de dientes de la fresa y el avance por diente según el tipo de fresa y material de la misma . Para calcular el tren de avance se tiene que : en una vuelta de la pieza la mesa debe avanzar el paso helicoidal H, de la pieza, para lo cual el husillo de la mesa deberá girar H' vueltas . h La relación de transmisión será : ?d
zh
H, h
(19A]
h = paso del husillo de la mesa
Para poder emplear el tren de ruedas con objeto de cambiar de entrada, la primera rueda colocada en el eje del divisor deberá ser múltiplo del número de entradas y así se podrá pasar de una entrada a otra . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 7
Empleando el montaje de la figura 7.2513, calcular las ruedas necesarias para construir un tornillo sin fin de módulo normal 1,5 y 4 entradas con un ángulo ¡i = 7° 5p', y 212
dp = 44 mn, suponiendo que se realiza con una fresa isósceles de 30°, cuyo avance por vuelta es 0,1 mm . El trabajo se hace en una fresadora que dispone de un aparato divisor cuya constante es 40 y el paso del husillo de la mesa es de 6 mm . La relación de transmisión del cabezal es 1 : 1 . Solución: En primer lugar se calculan las ruedas que van colocadas en el divisor . Para ello hay que calcular primero el paso helicoidal : Según la fórmula (131 :
H,= u - mc . pero
de donde : H
u * mn
-
Z1
cos (3
Sustituyendo valores :
H,= 3,1416x 1,5x4 _ 3,1416x 1,5x4 =19,027 mm cos 7° 50'
0,99067
Por tanto, las ruedas necesarias son según [19A] : _Zd Z,,
_ H,
_
19,027
h
_
6
19027 6000
Desarrollada en fracción continua resulta : 3 19027
51
6000
1027 1
1
1027 1865
865 1
5
2
1
1713
1621 55 152
162 1 551 52
3
3
22
1
0
y las reducidas :
Si se elige la
_ 3
16
1
5
fi
19 6
111 35
241 76
352
6225
19027
111
1963
6000
se necesitan las ruedas : 76 24
no disponibles normalmente . Empleando las ruedas normales
H`
_
95 - , etc . 30
56 x 60 44 x 24
_ Z - -d- xh=
se obtiene un paso real :
56x60
x6=19,09
con los cuales se comete un pequeño error de : 19,09 - 19,027 = 0,063 mm . Si se quiere que la fresa no talone habrá que comprobar el ángulo de la hélice resultante con este paso real . No conviene utilizar la fórmula 113131, despejando el cos P, ya que al ser ángulos pequeños, las diferencias son enseguida muy grandes, como se comprueba en este caso : cos (3 =
n-mn -Z,
nx 1,5x4
H,
19,09
= 0,9874
de donde /3 = 9,10° ; o sea casi 2° de más, aparentes . 213
Conviene emplear fórmulas para (3 en función del seno o de la Por ejemplo, si partimos de la tangente . fórmula : sen /3 = mn - Zt dp se tiene : sen (i = 1, ~ 4 = 0,1363 de donde P = 7,83 0 = 70 50' 15"
es decir, no hay ninguna diferencia apreciable en la práctica . Seguidamente, se calculan las ruedas para colocar en la fresadora y divisor (fórmula (18131) : hacer girar el Zt _ K-an Zz Lh Se calcula antes el desarrollo Lh para la fórmula (171 : Lh -
- 19,09 Ht 140 mm sen (i 0,1363 -
Seguidamente se aplica la [18131 :
segunda entrada
Zt _ 40 x 1 - 2 = 2 x 4 _ 24 x 4 _ 24 x 24 Zz 140 7 28 x 1 28 x 12 28 x 72 A veces, debido al valor de Lh, es difícil hallar ruedas apropiadas . Por de la diferencia entre el valor teórico a y el real, obtenido con ruedas eso, si el valor es muy grande, se puede admitir aproximadas, no el resultado como correcto . Recuérdese que a se comprueba empleando la expresión : Zt - Lh an _ ZZ -K
tercera entrada
cuarta entrada f- 1_ 7 A~ .~.Í \ it .Xe
Fig. 7.27 Sistema de ruedas de engranaje para pasar de una entrada a otra. A, marcado de la rueda conductora; B, montaje para hacer la primera entrada; C, D y E, disposiciones para efectuarla segunda, ter cera y cuarta entrada.
7.7 .2 .1 .2 - Proceso de trabajo - Se monta la fresa (fig . 7.25 B) inclinando el cabezal un ángulo ¡3 . - Se monta el aparato divisor a ser posible con plato divisor . las ruedas intermediarias Se colocan necesarias para que los giros sean acordes con los resultados que se pretenden . - Centrada la fresa y reglada la altura, se procede a dar la primera Si el módulo es muy grande pasada . se puede hacer en dos o tres pasadas . - Terminada una pasada, se baja un poco la mesa y se retrocede do el sentido de giro . invirtien- Para hacer una nueva entrada, si se emplea un plato divisor (fig . 5 .14A), se desblocan las dos platinas y se gira en un ángulo d - 360° , siendo z el z número de entradas . Si no se dispone de este tipo de plato, se deberá colocar la primera rueda de manera que sus dientes sean múltiplo del número de entrada y entonces se señala un diente (fig . 7 .27A) de la primera rueda y dos de la compañera (figura 7 .2713) . Se desembragan los engranajes y manteniendo fijos los de se gira el eje del divisor la mesa, hasta que coincida el diente previamente señalado en él . Se vuelven a engranar los engranajes y en este momento se está en condiciones para empezar la segunda entrada (fig . 7 .27C). - Se repiten estas operaciones hasta terminar con la última ras 7 .27D y E) . entrada (figu214
7.7 .2 .2
Proceso para fresar con aparato divisor universal en el que se pueda eliminar el tornillo sin fin
Se emplea principalmente para tornillos de poco paso . El esquema de montaje es el de la figura 7.25 C . Se emplea un aparato en el que se pueda eliminar el tornillo sin fin por medio de un eje excéntrico que se desgrana a voluntad (fig . 5.6) . La cadena cinemática, como se muestra en la figura, se reduce a unir el husillo de la mesa con el eje del divisor de tal manera que mientras el eje del divisor, y con él la pieza, dan una vuelta, la mesa avanza una magnitud igual al paso helicoidal Hr del tornillo . La relación de transmisión será : Zd '
1
= Zh '
HS h
siendo h el paso del husillo de la mesa ; de donde : _ zd _H i zh h
[19 B]
La fresa puede ser de disco o de mango no afectando en nada el número de vueltas de la misma . Para módulos grandes se puede hacer en varias pasadas . Para tornillos de varias entradas se hace la división de la manera indicada el caso anterior, es decir, por medio de un plato divisor o con la rueda múltien ple del número de entradas colocada en el eje principal del aparato. EJERCICIO RESUELTO
Ejemplo 8
Construir el tornillo visinfín del problema anterior y en la misma fresadora pero minando el tornillo sin fin del aparato divisor . Solución : zd
z,,
H1 h
eli-
_ 56x60 44 x 24
Obsérvese que el cálculo es igual que para el tallado por generación, pero en este caso el movimiento hay que darlo a mano por medio de la manivela del aparato divisor. Por esta razón la fresa está obligada a trabar bruscamente, provocando vibraciones que pueden perjudicar el acabado del filete . Para suavizar en parte este defecto se aconseja quitar alternativamente : primero, el flanco derecho y, luego, el izquierdo. En consecuencia, se puede deducir que es mucho más perfecto el sistema de generación, aunque suponga más dificultades de cálculo y montaje. 7.8
Engranajes cónicos
Los engranajes cónicos tienen por objeto transmitir el movimiento entre árboles que se cortan . Lo mismo que los dientes de los engranajes cilíndricos estaban construidos sobre un cilindro imaginario primitivo, los engranajes cóni cos lo están sobre un imaginario cono primitivo. Se derivan, pues, de las ruedas de fricción cónicas, sustituyendo por superficies dentadas las superficies de rozamiento . Los conos correspondientes a dos ruedas cónicas que engranan entre sí, deben tener el vértice común para que puedan engranar . Por ello, resulta que un engranaje cónico no puede engranar con otro cónico cualquiera, aunque tengan los dos el mismo sistema de dentado y el mismo módulo ; sino que cada rueda puede engranar solamente con el piñón para el que ha sido calculada. 7 .8 .1
Tipos de engranajes cónicos
Los engranajes cónicos pueden ser de diente recto y de diente curvo. Los dientes rectos tienen, generalmente, una dirección que pasa por el vértice. 215
Trataremos aquí de los engranajes de diente recto convergente en el centro por ser los más corrientes . 7 .8.2
Elementos de un engranaje cónico En un engranaje cónico conviene distinguir Cono primitivo, que es el cono según el cual(fig. 7 .28) : se verifica la tangencia de los engranajes cónicos . Cono total o exterior, que es aquél en el Cono de fondo es aquél sobre el cual se cual están inscritos los dientes . apoyan los dientes . Conos complementarios o conos de que son los conos que limitan los dientes por la parte externa e referencia, interna .
Fig.
Fig . 7. 29
7.28
Nomenclatura de las partes principales de un engranaje cónico .
El valor en grados de estos ángulos se representa por las letras : apl , para la mitad del ángulo del cono primitivo del piñón (ángulo primitivo del piñón) . a p , para la mitad del ángulo del cono primitivo de la rueda (ángulo primitivo de la rueda). ae, para la mitad del ángulo del cono total del piñón (ángulo de la cara del piñón) . aE, para la mitad del ángulo del cono total de la rueda (ángulo de la cara de la rueda) . y, para la semidiferencia entre los ángulos de los conos totales y primitivos . Su valor es igual para la rueda y el piñón El valor en grados del semiángulo de y se llama ángulo de addéndum. los conos complementarios es igual al complemento del semiángulo del cono primitivo El ángulo que forman los ejes de los engranajescorrespondiente . cónicos se representa por la letra E (fig . 7 .29) . Es evidente que en las ruedas cónicas el diámetro va variando progresivamente desde un extremo al otro de los dientes ; igualmente sucede al paso y al módulo ; por tanto, en el engranaje existirá el diámetro primitivo mayor, el diámetro primitivo menor, el módulo mayor o módulo interior, etc . Por ello, y para o módulo exterior y el módulo menor entenderse, cuando se dice el módulo, diámetro primitivo, etc ., del engranaje cónico sin especificar cuál, se entenderá siempre que se trata del módulo o diámetro mayor . Para otros elementos, no expresados arriba, se emplea la misma notación que en los engranajes rectos . 7 .8.3
Relación entre las dimensiones de un par de engranajes cónicos Las principales relaciones que ligan un par de engranajes cónicos son las siguientes : Si el ángulo de los ejes es recto : z, t9 apl -_ Z2
216
(20 A]
tg ap -- z2 z,
[20 B]
Si el ángulo de los ejes es agudo u obtuso : tg ap , =
sen
F
(20 C)
z , + cos a zt
tg ap =
sen e
?'
z2
+ cos s
(20 D1
Y en los dos casos: E
tg y
_=
= a p, + a p
2 sen ap
-_ 2 sen ap,
z2
zt
120 El,
Para la relación que existe en un par de engranajes rectos ver apartado 7.11 .6 de Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas . El espesor de la corona se suele hacer de las mismas dimensiones que en los engranajes rectos . Y respecto a esto, téngase muy en cuenta que el cono complementario no sólo es el límite del diente, sino también el de la corona (fig . 7 .30 A) . El número de dientes de los engranajes cónicos no debe ser menor, en general, de 24 . 7.8 .4
Perfil de los dientes
El perfil de los dientes, tomado en un plano perpendicular a la generatriz) es igual que en un engranaje recto, cuyo número de dientes no sea el del número real que tiene el engranaje cónico, sino el resultado de la fórmula 1211 . EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 9
Calcular un par de engranajes cónicos de dientes rectos con las siguientes condiciones : s = 90'; z2 = 80; z, = 30 ; m = 6 Por ser a escuadra los ejes de los piñones, se emplea las fórmulas (20A1 y 120131 : 30 = tg a p = , = 0,375; ap = 20° 30' z2 80 a p, + a p = 90°, de donde : ap = 90° - 20° 30' = 69° 30' En ángulo de la cabeza del diente según la fórmula 120 EI : 2 2 sen - a tg y = ° _ z2
sen 69° 30' -_ 0,02341 ; y = 1° 20' 80
ae = ap + y = 20° 30' + 1° 20' = 21° 50' aE =ap +y=69°30'+1°20'=70°50' '
Más exactamente, sobre el desarrollo del cono complementario .
21 7
Fig. 7 30A
Observando la figura 7 .32 : z 2 =6x 80=480
Dp =m
i 4s ,
d p =m
z,=6x30=180
d e = m (z, + 2 cos ap, ) = 6 (30 + 2 x 0,93667) = 191,24 D e = m (z2 + 2 cos ap) = 6 (80 + 2 x 0,35021) = 484,2 Valor de los semiángulos de los conos complementarios del piñón = 69° 30' . Valor de los semiángulos de los conos complementarios de la rueda = 20° 30' . Resulta el engranaje de la figura 7 .3013 . Ejemplo 10 Calcular los mismos engranajes del problema anterior, suponiendo que el ángulo de los ejes vale 50° 20' . Los datos de que se dispone son : = 56° 20' ;
E
22
= 80; z, = -30; m = 6
Por ser el ángulo de los ejes agudo, se empleará para calcular ap y ap las fórmulas f20C1 y 120D) . -,
v,
sen ? + cos 1
-
sen 56° 20' 80
E
30
=
+ cos 56° 20'
, 083228 266 + 055436 , . . .,
= 0,25839
ap = 14° 30' sen ?'
z2
-
E
+ cos
30
E
80
sen 56° 20'
-
+ cos 56° 20'
083228 , .375 + 0,55436 0
= 0,8955
ap = 41 ° 50' Como comprobación :
+
E
tg y =
= ap
2 sen aP z2
ap = 14° 30' + 41 ° 50' = 56° 20' _
2 sen 41° 50' 80
_ 2 x 0,66697 = 0,01667 80
de donde : y = 1°
ae = ap + y = 14° 30' + 1 ° = 15° 30' aE = aP + y = 41' 50' + 1 ° = 42° 50' d e = m (z, + 2 cos ap, ) = 6 (30 + 2 cos 14° 30') = 191,61 mm De = m (z 2 + 2 cos ap) = 6 (80 + 2 cos 41° 50') = 488,94 mm Semiángulo de los conos complementarios del piñón : 90° - aP, = 90° - 14° 30' = 75° 30'
Fig . 7. 30 C
Semiángulo de los conos complementarios de la rueda : 90° - ap = 90° - 41 ° 50' = 48° 10' Resulta el engranaje de la figura 7 .30C . 7 .8 .5
Fresado aproximado de ruedas cónicas de diente recto En la fresadora universal no se pueden tallar ruedas cónicas más que de una manera aproximada, que sólo se podrá utilizar para mecanismos de pequeña velocidad . La razón es muy sencilla : estudiando la figura 7 .31 se observa que la forma del diente de la parte interior es de distinta dimensión que la exterior, aunque de formas semejantes ; es, por consiguiente, imposible hacer con una 218
fresa de perfil constante la forma y tamaño distinto que en cada punto del diente se necesitan. Si la longitud del diente es pequeña, las diferencias de tamaño y forma serán menores y, por consiguiente, también serán menores los errores cometidos. Por esta razón, cuando se proyectan engranajes cónicos, que se han de tallar con fresa de forma en la fresadora universal, se harán de la menor longitud de diente posible . La relación (T) de la longitud del diente (B) con el módulo (m) mayor se hacen menores que la normal para las ruedas cilíndricas . Si para las ruedas cilíndricas se toma como normal rP = B z 10, para las m ruedas cónicas se aconseja tomar rp 6. Los procedimientos que suelen emplearse para el fresado de estas ruedas cónicas son varios . Seguidamente se exponen cuatro de los más empleados . Sólo sería posible un tallado perfecto para ruedas de plato, ya que entonces los flancos serían rectos como los de una cremallera . 7 .8 .5 .1
Fig.
Tallado con dos fresas normales
Las fresas que se emplean en este sistema deben corresponder al número de dientes dado por la fórmula [211 que es la forma que tendría un engranaje circular de dientes rectos, pero de dp diámetro primitivo dp = , como se deduce de la figura 7 .32 y de mócos a p dulos correspondientes a los módulos exterior e interior respectivamente . El módulo interior se calcula por la fórmula : [221 en estas fórmulas módulo interior m = módulo exterior B = longitud del diente en mm y = ángulo de la cabeza del diente, igual a la diferencia entre los semiángulos de los conos exterior y primitivo zi = número de dientes ideal al que corresponde la forma del diente z = número real de dientes de la rueda a fresar a p = semiángulo del cono primitivo c
circunferencia de base
línea de presión
i.
~
a~ a _ 6
b W
c
I
fr
. ~r
v
a a
Oc
perfil de los dientes en los conos complementarios interiores
perfil de los dientes en los conos complementarios exteriores
Dp
linea de presión
circunferencia de base Fig .
7.32
qr
v
7.31
Es muy posible que ni el módulo de la parte exterior, ni por supuesto el calculado para el interior, sean módulos normales, lo cual supone un problema que sólo podrá solucionarse aproximadamente eligiendo fresas de los módulos inmediatamente inferiores normalizados, o preparando una fresa especial a propósito . Para el fresado se procede según el orden de operaciones que se indica a continuación : 1 ° Montar la rueda a fresar de manera que la periferia del cono exterior quede horizontal (fig . 7 .33A) . 2° Montar la fresa correspondiente al módulo interior y número de dientes imaginarios, centrarla y registrar la altura del diente . [23A] Si la fresa no es exactamente la correspondiente al módulo calculado por la fórmula [221 se emplea, de todos modos, ese valor calculado por la fórmula [23A) . 3° Se fresan todos los dientes y en toda su longitud . 4° Se inclina el divisor de manera que ahora quede horizontal la generatriz del cono primitivo (fig . 7 .338) . 5° Con la misma fresa y ajustando la altura h, calculada por la fórmula [23A], en la parte correspondiente al interior del diente se repasan los dientes sólo centro de la fresa coincida o rebase ligeramente el cono complementariohasta que el interior (figura 7 .33 B) . Si la fresa fuese de módulo menor que el teórico m; de la fórmula [221, se dan dos pasadas desplazando la mesa a ambos lados para lograr un ancho necesario al módulo mi . 6° Se cambia la fresa por la correspondiente a la parte externa del diente, es decir, de módulo m y z; dientes y se centra respecto a la ranura abierta en la operación anterior y se registra en altura para que en la parte exterior sea de : h = 2,25 m
Fig. 733D
[23 B]
7° Se fresa cada uno de los dientes hasta que el centro de la fresa coincida con el cono complementario exterior (fig . 7 .33C) . Si tampoco en este caso la fresa corresponde exactamente al módulo exterior, se repasarán los dos flancos con ajustes semejantes a los realizados en la parte interior para lograr el grueso del diente correspondiente . 8° El material que queda entre las formas de diente en los dos extremos y en el fondo, se termina a mano o a máquina, uniendo por rectas los puntos homólogos de esas dos formas externas . Estas rectas deben concurrir en el vértice común de los conos (fig . 7 .33D) . Esta última operación es la más laboriosa y delicada y de ella depende en gran parte la calidad del dentado . Es un procedimiento lento y poco empleado .
Fig. 733A
Fig. 7.33B
7.8.5.2
Fíg. 7.33 C
Método de rotación del divisor con una sola fresa
El orden de operaciones es el siguiente :
1 ° Se elige la fresa correspondiente al m ; con z ; como dientes y se monta bien centrada sobre el eje portafresas . 2° Se inclina el divisor de forma que la generatriz de cono interior o de fondo quede horizontal (fig . 7 .34A) .
220
kv,
NIFS
VALVA
0
MELA~y
Fig. 734C
Fig. 7.348
3? 4? 5? hacia la 6°
Preparar el divisor para la división correspondiente al número de dientes . Colocar un engranaje centrado con relación a la fresa (fig . 7 .3413) . Fresar todos los dientes, que resultarán paralelos en el fondo, y más anchos parte externa, debido a la diferencia de altura (fig . 7 .34C) . Señalar la posición del índice sobre el disco del divisor y girar hacia delante 90 0 los espacios correspondientes al ángulo w° = z 7? Desplazar ligeramente el carro transversal para colocar la fresa como indica la figura 7 .34D y quitar el material correspondiente al triángulo 0-1-2 . 8? Llevar la posición primitiva sobre el disco el índice (quitando la holgura) y desplazar los mismos espacios hacia la izquierda . 9? Fresar el flanco de la izquierda como se indica en la figura 7 .34E y quitar la cantidad de material correspondiente al triángulo 0-3-4 . 10° Con una fresa correspondiente al módulo de la parte exterior del diente, se podrá controlar la exactitud obtenida y, eventualmente, proceder a las necesarias correcciones . También se puede desplazar transversalmente la mesa de la fresadora y obtener los mismos resultados que si se gira el divisor .
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 11
¿Cuántos espacios deberán desplazar el índice en los dos sentidos para corregir los dientes de una rueda cónica recta de 45 dientes, si la constante del aparato divisor es 40? Solución :
M
-
K z
_
40
_ _ 8 -
24 espacios
45
9
27 agujeros del disco
Para hacer la corrección angular : w° -
90 0 45
- 2-
Empleando la fórmula (6131 del tema 5 : M
- _ a° - _ 2° K° 9°
6 espacios 27 agujeros de disco
Es decir, después de haber efectuado el corte de los huecos del diente en la posición central (fig . 7 .3413), se deberá hacer en todos los huecos una pasada con el índice del divisor desplazando 6 espacios hacia la derecha, y luego volver al centro y desplazar otros 6 espacios hacia la izquierda .
7 .8 .5 .3
Tallado completo con dos fresas
Para este procedimiento se emplea una fresa normal con el tamaño y forma correspondiente al módulo interior y al número de dientes z ; . 22 1
Fig. 7.34D
1° a 5.° Con ella se realizan estas operaciones igual que en el primer procedimiento (fig . 7 .35A) . Las operaciones siguientes se realizan con una fresa especia/ que tenga la forma correspondiente a la exterior del diente pero más estrecha, de manera que pueda pasar, por la ranura realizada con la otra fresa (fig . 7 .3513) . 6° Se inclina el aparato de manera que la periferia del cono interior quede paralela a la mesa (fig . 7 .3513) :
F-
aP -
yl
(241
siendo y; el ángulo del pie del diente . 7° Se gira el aparato junto con la mesa un ángulo w, que vale (fig . 7 .35C) :
[251 También se puede girar el eje principal del divisor, de manera que el efecto producido sea idéntico . Este procedimiento tiene el inconveniente de que las evolventes de la rueda giran y la forma lograda con la primera fresa puede ser modificada por la fresa especial . 8° Sea uno u otro el sistema empleado en la operación anterior, se centra la fresa especial respecto a la ranura abierta desplazando el carro transversal y se hace contacto por el flanco que se va a trabajar . Seguidamente, se fresan todos los flancos de un mismo lado . 9° Se gira el aparato con la mesa (o el eje principal) en sentido contrario, para fresar los flancos opuestos y después se centra la fresa . 10° Se fresan todos los flancos de ese lado, con lo cual el engranaje queda terminado (fig . 7 .35C) .
Si no se dispone de una fresa especial se puede afilar una herramienta de dos cortes o de uno solo y se trabaja con el aparato vertical .
sin fresar
Fig . 7 35 C 222
uno de los lados fresados
ambos lados fresados
7.8 .5 .4
Tallado con una sola fresa especial
Se emplea una fresa igual a la empleada para retocar los flancos en las operaciones 8 y 10 del proceso anterior . El aparato divisor se coloca sobre una placa que puede oscilar sobre un eje que coincida con la proyección de la cúspide del cono de la rueda a fresar (fig . 7 .36) ; la oscilación debe ser igual a 2 w° y se puede lograr por medio de una excéntrica . Estas oscilaciones deben ser de frecuencia suficientemente pequeña para que el cambio de tallado de un flanco a otro no repercuta en la calidad del acabado.
Fig. 7 36 La rueda a dentar se coloca de manera que la generatriz del cono interior quede paralela a la mesa . Antes de proceder al dentado definitivo convendrá hacer una prueba para asegurar que la oscilación de la placa es la necesaria y que el hueco que abre la fresa es el correspondiente, tanto en la parte interior como en la exterior . Este procedimiento tiene el inconveniente de tener que disponer de la placa oscilante, pero tiene la ventaja de ser mucho más rápido que los procedimientos anteriores ; será, pues, aconsejable para medianas o grandes series y si no se dispone de talladora especial . 7.9
Fig. 7.378
Dentado de cremalleras
Aunque la cremallera no responde exactamente al concepto de rueda dentada, se coloca en este apartado, tanto por su ejecución, como por ser un elemento semejante a las ruedas dentadas, puesto que no deja de ser una rueda de radio infinito . Pueden darse dos casos: tallado de cremalleras para ruedas cilíndricas de diente recto (fig . 7.37A) y cremalleras para engranar con ruedas cilíndricas de diente helicoidal (fig . 7.3713) . 7 .9 .1
Fig . 737A
Fig . 737C
Cremallera de diente recto
La línea primitiva de una cremallera es tangente a la circunferencia primitiva del engranaje (fig . 7 .37C) . A la altura de la línea primitiva la anchura del vano debe ser igual a la del diente . El paso y la altura del diente de la cremallera deben ser iguales a los del engranaje correspondiente y sus dimensiones se calculan igual (ver apartado 7.11 .5 de Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas) . Si los dientes han de engranar con una rueda de perfil evolvente, los flancos son rectos (fig . 7.37 D) . La inclinación del perfil de los flancos es la correspondiente al ángulo de presión que tiene como valor 20 ° . 223
Fig. 737D
Para cremalleras de presión con ángulo de ataque de 20° (Norma UNE 10016 resulta : Profundidad del diente : h. = 2,25
[261
p ---n - m
[271
Paso de la cremallera :
Ángulo de los flancos : 2a=40°
[281
Anchura de la cabeza del diente = 0,843 m
[291
Anchura en el fondo del vano = 0,661 m
[301
Altura de la cabeza del diente : 0
[311
Altura del pie del diente : b l2,25 m 7 .9 .2
[321
Cremallera de diente inclinado
En estas cremalleras hay que distinguir entre el módulo normal m y el módulo circunferencia¡ o lineal m, y sus correspondientes pasos pn y pa, que se calculan como los engranajes helicoidales . El ángulo del perfil debe medirse en un plano normal a los dientes (fig . 7 .38) . Fórmulas principales : ion
=
Tr .
Pa = n . ma
=
mn
n ' mn cos i
h=2,25m Fig. 7.38
[331 [341
[351
7.9 .3
Tallado de cremalleras de diente recto Para cremalleras cortas éstas se pueden colocar paralelas al eje del carro transversal y hacer el desplazamiento de un diente a otro con el tambor del husillo transversal . Para mayor precisión se puede colocar un comparador que verifique el recorrido (fig . 7.39A) . Para cremalleras más largas, o cuando se dispone de aparato divisor para cremalleras (tema 5), se coloca la cremallera paralela al husillo de la mesa (figura 7 .3913) . En este caso la fresa se coloca en el eje orientable del aparato universal. desplazamiento para la división
desplazamiento para la división
movimiento de avance
Fi9. 7 39A
Fig. 7.398
Para que no pegue dicho cabezal contra la cremallera, el diámetro de la fresa debe sobresalir de la parte más baja del cabezal. Se evita este inconveniente empleando una fresa bicónica no isósceles (fig . 7 .39C) o bien empleando una fresa de mango (fig . 7.3913) . El paso de un diente a otro se hace por medio del divisor o del tambor graduado tal como quedó explicado en el tema 5 . El recorrido de división será siempre [361 7.9 .4
Tallado de cremalleras para ruedas helicoidales
Si se trata de cremalleras cortas se pueden hacer las divisiones con el carro transversal y el avance con la mesa . Para ello habrá que colocarla sobre la mesa de manera que forme con el husillo de la mesa el ángulo (3 de la hélice, es decir, que el diente quede en la misma dirección de la dirección de avance para que la fresa no talone (fig . 7 .40A) y por consiguiente respecto al husillo transversal formará el ángulo (90-¡3) y el recorrido para pasar de un diente a otro será de pn = n * mn Para piezas más largas puede colocarse alineadas respecto al husillo de la mesa e inclinar ésta para que el diente quede alineado con el husillo del transversal (fig . 7.40 B) . El giro de cambio deberá ser tal que la mesa avance en un valor de pa
=
n - mn cos (3
Fig. 7.39D
La fresa a emplear puede ser la misma que para las cremalleras para ruedas cilíndricas de diente recto.
Fig. Z40A Fig. 7 40 B EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 12 Se ha de tallar una cremallera de dientes inclinados que tiene un m = 5 y 20° de inclinación del diente con respecto a una cara de la misma. La cremallera se coloca a lo largo de la mesa y paralela al eje de la misma ; la mesa tiene un husillo de paso de 6 MM . Calcular : a) Las características de la fresa a emplear. b) Disposición de la mesa de la fresadora suponiendo que el eje de la fresa, que va montada en el cabezal, es paralelo a la mesa cuando ésta está a cero . c) En el supuesto que se emplee un plato de agujeros para hacer la división indicar el giro a dar a la manivela . d) El error que se comete en el paso lineal . e) Altura total del diente . Solución : a) El ángulo del perfil de la cremallera puede ser de 30° ó 40°, ya que el problema no especifica con qué tipo de rueda ha de engranar . 225 15 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
b) La mesa se debe inclinar 20° hacia la izquierda o hacia el sentido de la cremallera la derecha según se; que en el plano de tallar debe estar especificado . c) El desplazamiento de la mesa para hacer la división es : pa
1 'm
_ 3,1416x5 _ 3,1416x5 cos 200 = 16,716 mm 0,93969
cos ¡3
Por consiguiente, el giro de manivela necesario para hacer la división es : M
pa
=
16,716 _ 16,716 _ 1393 6 6000 500
__
h que, si se emplean las fracciones continuas, se escoge la fracción : M = d)
e)
39 1 16,17614
_ 2
El error del paso será :
1 ;2 22 espacios 14 28 círculos de agujeros
e-pc -p,=
16,7142=0,0018 mm
La altura total del diente :
A, = 2,25 ' m = 2,25 x 5 = 11,25 7 .10
Engranajes, interiores
Así se llaman los engranajes cuyas circunferencias primitivas son interiormente (fig . 7 .41 A) . tangentes 7 .10 .1
Fórmulas para el mecanizado
En estos engranajes el piñón tiene exactamente la misma forma que los engranajes exteriores . Las dimensiones de la rueda se calculan como en los res, menos el diámetro interior, engranajes exteriocuyo valor lo da la fórmula : Fig.
Z41 A
di
=
lz-2)Z
1371
La distancia entre centros se halla mediante una cualquiera de las fórmulas :
17C = ? F2
C -
zi
Dp - d P 2
138A1
138 B 1
Una rueda dentada interiormente no puede engranar con otra samente ha de engranar con igual ; forzoun piñón y éste ha de ser precisamente de diente exterior . Entre rueda y piñón de proporciones normales, es preciso menos, una diferencia de 15 que haya, al dientes; de lo contrario, éstos se van de engranar, debiendo interfieren y priacudir, para remediarlo, a trazados y dimensiones especiales . 7.10 .2
rueda
piñón perfil rueda exterior perfil rueda interior Fig.
7.418
Forma de los dientes
La forma de los dientes es tal que el hueco de uno de ellos el perfil macizo de los dientes es igual que de un engranaje exterior del mismo número de dientes, salvo la holgura en el fondo (fig . 7 .41 B) . Sin embargo, en esta clase de engranajes se prefiere generalmente el cicloidal al de evolvente . perfil Aunque los engranajes interiores se hacen generalmente de los hay de dientes helicoidales, diente recto, pero se utilizan muy poco por su fabricación . la dificultad de El tallado de los engranajes interiores es un caso particular del mortajado . 226
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
Calcular los datos necesarios y hacer el proceso correspondiente para tallar un engranaje de módulo 3 y 30 dientes por medio de una fresa ordinaria de módulo . Los datos que faltan los puede completar el alumno . Problema 2
Se desea construir un engranaje helicoidal cuyos datos son : z = 40; m = 5; (i = 35 ° 20: Calcular el resto de las dimensiones para construir el engranaje y efectuar los cálculos necesarios para el tallado en una fresadora con paso del husillo de la mesa de 6 mm y aparato divisor de constante 40 . Problema 3
Calcular los datos necesarios para construir la rueda helicoidal del problema anterior, por el sistema de generación de fresa madre, en la misma fresadora . Problema 4
Se quiere transmitir el movimiento entre dos ejes paralelos que distan entre sí 75 mm, y para ello se emplea un engranaje cilíndrico de dientes helicoidales . Sabiendo que el piñón tiene 20 dientes y la rueda 35 y que son del módulo m = 2, calcular . - El ángulo de la hélice de la rueda y del piñón . - El diámetro exterior de la rueda y piñón. - Altura del diente . - El plato de agujeros apropiado para realizar la división en el tallado de los dientes (constante K = 40) . - El tren de ruedas a colocar entre mesa y divisor para tallar la rueda y el piñón . - Las características de las fresas a emplear para tallar la rueda y el piñón. - El proceso a seguir para tallar uno de los dos engranajes . Problema 5
Calcúlese las dimensiones para tallar, por generación, una rueda y un tornillo visinfin con los siguientes datos: z, = 1 ; zI = 60 ; m = 3; diámetro de la fresa madre, 80 mm . Determinar las ruedas para el montaje por generación . Problema 6
Realizar los cálculos necesarios para fresar un juego de piñón y rueda cónico recto de 32 y 50 dientes, módulo 4, con una longitud de diente de 30 mm y los ejes dispuestos a 90° . Indicar el proceso más conveniente para tallarlos en una fresadora universal ordinaria . Problema 7
En una fresadora de paso del husillo de la mesa 6 mm se desea tallar una cremallera de diente recto que ha de engranar con un piñón de z = 20 y m = 4 y ángulo de 20° . Calcular todos los datos necesarios para su mecanización . Problema 8
En la misma fresadora del problema anterior, se desea construir una cremallera de dientes inclinados, que ha de tener m = 3 y la inclinación del diente con respecto a un lateral de la cremallera ha de ser de 15° . El tallado se hace orientando la cremallera en el sentido longitudinal de la mesa . Calcular todos los datos necesarios para mecanización de la cremallera . Calcular también los datos para tallar la misma cremallera, pero con la diferencia de que en vez de girar la mesa para dar el ángulo del diente, se inclina directamente la cremallera sobre la mesa .
Tema 8.
Tallado de levas
OBJETIVOS - Conocer los procedimientos que se emplean para el tallado de levas de tambor y levas frontales de pendiente constante, así como de levas de espiral en la fresadora universal.
EXPOSICIÓN DEL TEMA
pivote
varilla
8 .1
desarrollo
-1 O° Fig. 8. 1
90 0
1600
En el apartado 7 .8 de Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas, se han estudiado las excéntricas y levas como elementos de máquina . En dicho apartado se describen sus características geométricas y sus funciones cinemáticas . En este tema sólo se estudia el mecanizado de algunas de ellas que puede ser realizado sin accesorios especiales en la fresadora universal .
270°
360 0
Leva de tambor
La leva de tambor (fig . 8 .1) tiene una ranura que sirve de apoyo a un rodillo o pivote unido a la varilla o empujador . La ley de movimiento de esta varilla determina la forma de la ranura . El tallado de dicha ranura es el problema mecánico que se pretende resolver en este apartado . En la figura 8.2 se muestran varias levas de tambor de complejidad diversa .
Fig. 8.2 Levas de tambor con distintas curvas características. A 8 C D E. 228
En la figura 8.3 se representa una leva que consta de una ranura formada por dos ramas simétricas y cuya varilla tendrá un recorrido uniforme de ida y vuelta . La ranura está formada por dos tramos de hélice, de paso H, uno de ellos a la derecha y el otro a la izquierda, unidos entre sí para lograr en cada vuelta del tambor un recorrido de vaivén de H 2 El problema de mecanizado se reduce a construir en la periferia del cilindro o tambor una hélice de paso H, como se estudió en el tema 5 . El tallado en la fresadora es posible siempre que se trate de ranuras formadas por hélices, ya que otras curvas no pueden realizarse, a no ser por procedimientos especiales .
hélice derecha
EJEMPLOS RESUELTOS
hélice derecha
Ejemplo 1
Se tiene que tallar una leva como la de la figura 8.3, cuyo recorrido debe ser uniforme y de vaivén e igual a 40 mm . La fresadora empleada tiene el husillo de la mesa de paso, p = 6 mm y la constante del aparato divisor es K = 40 . Solución :
H=80
1 ° Habrá que calcular el paso real de la hélice . Si para a = 180° de giro del tambor, la varilla debe recorrer h = 40 mm ; para el giro de un grado el recorrido sería de h y para una vuelta entera del tambor, es decir a
para 360° :
a
en ella : H = paso de la hélice en mm h = recorrido de la varilla en mm a = giro del tambor durante el recorrido h. Para el caso presente : H
_ 360 h - 360 x 40 a 180
= 80 mm
Las ruedas se calculan por la fórmula 4 del tema 5: _ z, z2
p - K _ 6 x 40 _ 240 _ 120 _ 90 _ 60 _ 72 H 80 80 40 30 20 24
Se tendría que colocar una rueda intermediaria para hacer la hélice en un sentido y dos intermediarias para el sentido opuesto. Lo ideal sería disponer de un divisor que llevase un sistema de inversión de giro sin necesidad de hacer este cambio de ruedas . 2° Se monta la pieza en el aparato divisor universal, al aire o entre puntos según sea la pieza . 3° Se monta en el eje principal de la fresadora una broca de diámetro algo menor que el ancho de la ranura y se hace con ella un par de agujeros situados sobre dos generatrices opuestas del tambor y de profundidad adecuada (fig . 8 .4), y a una distancia igual al desplazamiento de la varilla Fi . Puede hacerse también con uno solo de estos 2 agujeros .
Fig . 8.4
SecciónA-A
SecciónB-B
229
Fig . 8.3
4° Se sustituye la broca por una fresa de mango de cortes múltiples y se centra respecto a uno de los agujeros anteriores . En esta operación está el éxito del trabajo, ya que debe lograrse el centrado sir que haya juegos u holguras en la cadena cinemática, desde el husillo de la mesa hasta el eje principal del aparato divisor, y, por consiguiente, de la pieza . Colocar a cerc el tambor del husillo de la mesa . Si las características de la fresadora, de la fresa y de la misma pieza lo permiten, se podrá hacer la ranura de una sola pasada ; si no, habrá que hacerla en varias pasadas . En el primer caso la fresa deberá ser de diámetro igual al ancho de la ranura ; si se van a dar varias pasadas, será mejor desbastar con una fresa de menor diámetro para poder dar una pasada de acabado a toda la ranura . 5° Centrada la fresa y con la máquina en marcha, se conecta el automático de la mesa y se desconecta al llegar la fresa al otro agujero, o cuando la mesa se ha desplazada H mm, cosa que puede comprobarse por el tambor de la mesa ya que para ello se puso 2 a cero en la operación anterior . Si han de darse varias pasadas, se retira la herramienta de la pieza y se retrocede a mano o con retroceso rápido hasta algo más allá del inicio de la ranura, para poder eliminar los juegos de la cadena cinemática . Se vuelve a centrar la fresa y se da la pasada siguiente . Así se suceden las pasadas necesarias hasta finalizar el desbaste de la ranura . Se cambia la fresa por la definitiva y se da una sola pasada a toda la ranura . 6° Para mecanizar el segundo tramo de leva se invierte el sentido de giro de la hélice (quitar o añadir una rueda intermediaria), se vuelve a centrar la fresa y se dan las pasadas como en la operación anterior y, con la última pasada, queda terminada la leva . Ejemplo 2 Se desea fresar una leva de tambor según el croquis de la figura 8 .5. En ella se tienen las rampas siguientes : AB. BC. CE. EF FA .
Durante 30° de giro, debe Durante 120° de giro, debe Durante 30° de giro, debe Durante 90° de giro, debe Durante 90° de giro, debe
recorrer recorrer recorrer recorrer recorrer
20 40 20 80 0
Solución : 1 ° Cálculo de los pasos de cada hélice Aplicando la fórmula [11 se tiene : Para la AB.: 360 h Hi - -a
Fig . 8.5
360 x 20 30
= 240 mm
mm . mm . mm . mm . mm .
Para la BC: 360 x 40
=120 mm
H2=-120 Para la CE.360 x 20 30
H, =
= H, = 240 mm
Para la EF. H4
_
3 60 x 80
Para la FA :
2°
= 320 m m
90
H S = 0 mm .
Cálculo de las ruedas
para H, = H, : _ z, _ z2
p - K H,
z, z2
p - K H2
_
6 x 40 240
40 40
24
6 x 40 120
40 20
64 32
_
24
para H 2 :
para H 4 : z, z2
_
p - K
_
6 x 40
H4
_
6 x 10
320
80
_
24 32
Para los pasos Hr, HZ y H3 se colocarán una o dos intermediarias, y para el H4, una más o una menos para que gire en sentido contrario . 3° Se hace un taladro en F. 4° Se coloca y se centra la fresa, se da la profundidd y se hace girar el divisor sin rueda alguna en 90°, con lo cual se fresa la rampa FA, de avance 0 . Si K = 40, habrá que dar con la manivela del divisor : M =
90 K°
=
9
= 10 vueltas
5°
Se colocan las ruedas para la rampa AB, es decir, el juego 2 4 y una vez cen24 trada la fresa y eliminados los juegos, fresar la rampa AB. Se comprueba el desplazamiento con el tambor de la mesa o también con el giro de la manivela y plato de agujeros, que deberá dar : M =
3 9
= 3 1 9
B, rampa de paso Hl
C, rampa de paso H 2
Al no ser un número de vueltas exactas no es válido este sistema, sino de una manera aproximada . El desplazamiento de la mesa será el eficaz . 6° Se cambian las ruedas para hacer la rampa HZ y se centra la fresa eliminando juegos . A continuación se fresa, controlando el desplazamiento de la mesa y el angular . 7° Se cambian las ruedas para hacer la rampa H3 . Se centra la fresa, se eliminan los juegos y seguidamente se fresa . 8° Se vuelve a cambiar las ruedas para la rampa H4 . Como el sentido de la hélice es distinto del de las anteriores, habrá que colocar una rueda más o menos como inter mediaria para cambiar el sentido de giro . Después, se centra la fresa eliminando juegos y se fresa hasta coincidir con la ranura H5 fresada en primer lugar . En la figura 8 .6 queda resumido el proceso seguido y la progresión del trabajo después de cada operación . 23 1
D, rampa de paso Ha = Hr
_ E, rampa de paso H,
Fig. 8.6
8 .1 .1
Leva frontal o de campana La leva frontal es una variante constructiva de la leva de tambor . La guía para el rodillo, o leva propiamente dicha, está labrada en la cara frontal de un tambor hueco (fig . 8.7). La ejecución o mecanizado es más sencilla ya que en vez de hacer una ranura sólo hay que fresar una superficie . La única precaución a tener en cuenta para el centrado de la fresa y la eliminación de holguras, además de las indicadas en las de tambor, es que la generatriz de la herramienta que realiza la superficie debe estar alineada según el radio (fig . 8.8) ; es decir, la fresa debe quedar perfectamente centrada respecto al centro de giro de la leva .
Fig . 8.7
8 .2
Fresado de levas de disco
Este tipo de leva es muy utilizado en máquinas de todo tipo : maquinaria textil, de imprenta y también en máquinas herramientas, destacando su aplicación en los tornos automáticos . Sus formas pueden ser muy variadas, pero las que interesan en este apartado son las que se emplean para lograr desplazamientos de la varilla con movimiento uniforme (fig . 8.9).
90. Fig . 8.8
desplazamiento de vaivén uniforme
wc
Fig. 8.9
carrete de' hilo eje con movimiento uniforme
eje con movimiento uniforme
- Leva de espiral de Arquímedes completa . La curva directriz empleada en este tipo de levas es la espiral de Arquímedes . En la figura 8.10 se muestra una leva de espiral completa . La diferencia de los radios extremos R, Ro se llama paso de la -espiral y se representa por H :
12AI - Leva de espiral de Arquímedes incompleta . En la mayoría de los casos, las levas de disco, al igual que las de tambor, suelen tener una, dos o más ramas formadas por espirales incompletas (fig . 8.11 A, B y C) . En este caso el paso de cada una de estas espirales será :
00
q0 o
siendo :
H = (R, - Ro) 360 ru
[2131
R, y Ro = radios de los extremos de la espiral w, = ángulo central abarcado por la espiral (fig . 8.11 A) .
Si se llama h a la diferencia R, - Ro la fórmula 12131 se transforma en la siguiente : Fig. 8. 10 Leva de espira/ de Arquímedes completa.
[2C] 232
Fig. 8. 118 Leva de espiral de Arquimedes incompleta de dos ramas.
Fig . 8.11 A Leva de espiral de Arquimedes incompleta de una rama.
Fig . 8. 11 C
Para el tallado de cada una de las espirales que configuran la leva, hay que dotar al aparato divisor de una cadena cinemática similar a la empleada para las ranuras helicoidales . Además, el eje divisor debe estar en posición vertical y la fresa centrada respecto a la línea de desplazamiento de la mesa (fig . 8 .12A) . Por esta razón se suelen emplear, en ocasiones, mesas circulares (fig . 8.12 B) con dispositivos de embrague para acoplar a voluntad las ruedas, e incluso, invertir el sentido de giro sin necesidad de añadir o quitar una rueda al tren de ruedas recambiables . Las ruedas de recambio deben hacer girar una vuelta a la pieza para el desplazamiento H de la mesa . El movimiento puede darse a mano, introduciendo el índice en el plato de agujeros y haciéndolos girar juntos (fig . 8 .1213) ; o dando el movimiento automático por medio de un cardán (fig . 8.12C) . Esto se logra aplicando la misma fórmula empleada anteriormente : z,
z2
=
p
H
K
(4 de tema 5)
Fig . 8.12A Detalle de la disposición del aparato divisor para el tallado de levas de espiral.
Fig . 8.12 B
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 3
En una fresadora cuyo husillo de la mesa tiene p = 6 mm y dispone de un aparato divisor de K = 40, se tiene que fresar una espiral de paso H = 45 mm . Calcular las ruedas necesarias . Solución :
z i _ p - K _ 6 x 40 _ 6 x 8 _ 2 x_8 _ 4 x 4 z2 H 45 9 3 40 x 20 30x5
40 x 100 30x25
72 x 64 32 x 27
etc .
Se colocarán las ruedas intermedias necesarias para que el giro sea el adecuado al sentido de la espiral; el montaje es similar al de la figura 8.12A . 233
Fig. 8.12 C
Ejemplo 4 En la misma fresadora se tiene que fresar un trozo de espiral para lograr un recorrido de 3 mm en 120° de giro de la leva . Solución : z,
p-K
zz
H
Ante todo, habrá que calcular el paso de la espiral completa, aplicando la fórmula 12C1 : 360-h, -
H-
360x3 120
W,
-9 mm
que sustituida en la 141 se tiene : z,
6 x 40 9
_
z2
40 x 100 30x5
_
_
2 x 40
40 x 100 15x10
3 _
_
2 x 40 3 x 1
80 x 100 15x20
_
_
4 x 20 3 x 1
128 x 100 24x20
_
_
4 x 100 3 x 5 112 x 100 21 x20
etc .
Como se ve, es difícil encontrar ruedas disponibles, a no ser que se emplee un tren de 6 ruedas . Este problema se presenta, con frecuencia, cuando se tienen que fresar espirales de paso pequeño . Una solución es inclinar el eje del divisor, como se explica en el apartado siguiente . 8 .2 .1
Fresado de levas de disco con el eje del divisor inclinado
Se emplea un aparato divisor universal con el eje inclinado en un ángulo a (fig . 8 .13) al igual que el eje portafresas, con lo cual se puede lograr que el recorrido de la herramienta en sentido radial de la pieza sea menor que el recorrido de la mesa en el mismo tiempo . arln,tnio
a.
~da
En efecto, según la figura citada se tiene que : sen a = en la cual : H = paso que tiene la espiral H; = paso ideal elegido para el cálculo de las ruedas y que siempre será mayor que H a = ángulo de inclinación del eje del divisor y de la fresa En la práctica suele interesar que el ángulo a sea lo más grande posible para que la longitud L sea pequeña . Proceso de cálculo: 1 ° Se trata de calcular las ruedas por el método general . Así, por ejemplo, en el caso anterior : x 40 _ p - K _ 6 z2 H 9 z,
=
100 x 128 etc . 24 x 20
Si no se dispone de ruedas, se reduce la fracción a otra de ruedas disponibles, de modo que la diferencia de la relación sea lo menor posible, ya sea con dos o cuatro ruedas . En el supuesto de que se emplee la relación : z,
z2
2°
-
100 x 86 24 x 24
(u otras similares)
Cálculo del paso real:
Con estas ruedas el paso real que se obtiene despejando H de la fórmula general será : H _ p . K . z2 _ z,
6x40x24x24 100 x 86
=16,43 mm
Tomando este valor como H; y aplicando la fórmula [3] se tiene: sen a = H = H;
= 0,5477 9 16,43
de donde a = 32,21° = 32° 12 Para este ángulo, según la figura 8 .13, y en el caso de que la espiral fuese completa, la longitud útil de la fresa debería ser:
H L
= tg a
L =
H
[4A1
de donde
tg a
[5A] 235
y para el caso de que la espiral sólo sea para un ángulo central cu < riores fórmulas se transforman 360 0 , las ante en éstas :
h i
L
y
= tg a
[4 Bi
[5131 y para el problema que se está resolviendo : L =
ht tg a
__
3
3
tg 32,21
0,6299
= 4,762
mm
con lo cual la longitud útil mínima necesaria será :
siendo : Lt = longitud útil mínima necesaria de la fresa en mm L = longitud calculada por la fórmula [51 en mm A = ancho del disco de la leva en mm El recurso de inclinar el eje del divisor se puede emplear les de paso distinto con las para hacer espiramismas ruedas . Lógicamente, valor del paso HL elegido y, por consiguiente, el del ángulo a, está limitado por la longitd / del cuerpo de la fresa y por el espesor A de la leva . En consecuencia, el paso Hi máximo, sí L ana, = I A, será igual a :
el
LEZ~~~
Ejemplo 5
Se tiene que fresar una leva de espiral compuesta por cinco la figura 8 .14 . ramas tal como la de Calcular las ruedas y los ángulos de inclinación para tallar cada una así como la longitud útil de la de las ramas, fresa si el disco tiene una anchura Las ramas están formadas cada de 25 mm . una así : 1 . De 0ó a 2 . De 60' a 3 . De 90~ a 4 . De 1200 a 5 . De 150 0 a 6 . De 1800 a 7 . De 2100 a 8 . De 270 0 a 9 . De 300 0 a
60~ ; desplazamiento radial, 90' ; no hay desplazamiento, 120'; desplazamiento radial, 150 0 , no hay desplazamiento, 1800 ; desplazamiento radial, 2100 , no hay desplazamiento, 270 0 ; desplazamiento radial, 300 0 ; no hay desplazamiento, 3600 ; desplazamiento radial,
movimiento uniforme _
Fig. 8.14 236
T reposo
180 °
hl = h = h3 = h4 = h5 = h6 = h7 = h-h9 =
10 mm 0 8 mm 0 5 mm 0 - 12 mm 0 - 11 mm
Solución : 1°
Calcular los pasos de cada una de las ramas espirales: 360 h,
Fii
.
w
360 x 10 -
360 h 3 _ x 8 360 H3 w3 120 - 90 _
HS
360 -h,
_
360 x 8
_
360 x 5
_
180 w5 - 150 H,
_
360 h,
360 x (- 12)
_
w,
30
= 96 mm
360 x 5 30
= 60 mm
_
360 (- 1 2) 60
_ _ 72 mm
_
360 (- 11)
_ - 66 mrn
270 - 210
_ 360 h, _ 360 x (- 11) 1-19 360 w9 - 300 2°
= 60 mm
60
60
Elegir las ruedas para el paso mayor, en este caso H3 = 96 z,
-
p-K
_
H3
z2
6x40
_
96
2x40 32
__ 80 ; a3°90'
32
3°
Calcular el ángulo de inclinación del divisor para cada una de las otras espirales :
1.
Para H, = H5 =60 mm :
sen a, 2.
, = H, = H
Para H, = - 72, habrá que poner o quitar una intermediaria : H
= H'
sen a, 3.
= 60 = 0,625 = 38,68° ; a, = as = 38,68° = 38° 40' 56" 96
H3
H;
72
=
3
96
; a, = 48,59° = 48° 35' 26" = 0,75
Para H, = - 66; con las mismas intermediarias que para H,. sen
= 0,6875 ; a g = 43,43 = 43° 25' 57"
Para hacer los tramos de paso cero, se desconectan las ruedas y se hace girar las vueltas necesarias para lograr los ángulos : w2 =w4 =w 6 =w,=30 0 4° Las longitudes de herramienta necesaria para cada rama son : Para los espacios H 2 = H 3 = H4 = H6 = H6 = 0, la longitud necesaria es el ancho de la leva A = 25 mm . 1.
Para h, :
_
L3
h,
_
tg a
10 tg 38;68
_
10 0,8006
=
12,49 mm
Lt =L,+A=12,49+25=37,49 mm 2.
Para h s : LS
-
hs tg a
-
5 tg 38,68
=
5 0,8006
= 6,25 mm
L, = L, + A = 6,25 + 25 = 31,25 mm 3.
Para h, :
L'
_
h, tg a
_
12 tg 48,59
_
12 10 ' 58 mm 1,1338 =
=L,+A=10,58+25=35,58 mm 23 7
4.
Para h9:
h9 _ 11 11 tg a - tg 43,43 - 0,9466 = 11,62 mm Lt, = L9+A= 11 ,62+25=36,62 mm Como la fresa será la misma para igual a la mayor de las L,, es decir, todas las ramas, deberá tener la longitud mínima Lr = Lr z 38 mm . Le -
8.2 .2
Fresado de levas con el eje vertical del divisor vertical En algunas ocasiones las levas espiral son en forma de ranura, en la cara frontal, como la de practicada la figura 8.15. Lógicamente, en estos casos, no podrá emplearse el método descrito de inclinar el eje del divisor y realizar el fresado de cada rama con habrá que las ruedas apropiadas para su paso exacto, manteniendo el eje en posición vertical (fig . 8.15A) . En la figura 8.158 verse una aplicación de este tipo puede de leva . 8 .3 FJg. 8.15
'"
Fresado de levas por copiado
Las levas de tambor o de disco que no puedan ser fresadas con los dimientos explicados, se pueden procehacer por copiado con montajes los de la figura 8.16, bien de forma tales como automática (fig . 8 .16A) o a mano, sensitiva . de forma Este sistema podría utilizarse para la realización de series de levas ya que se evitan los cambios de múltiples, ruedas, el posicionado y reglaje nueva rama de la leva . para cada
fig. 8.168 EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 Se desea construir una leva de tambor como la de la figura 8 .17 . Indicar : - El proceso a seguir para mecanizar la leva - Los cálculos efectuados para su construcción
Problema 2
Fig. 8.17
Hay que fresar una leva frontal o de campana, con las cotas que figura 8 .18. se indican en la - Calcular los pasos de hélice correspondientes a los arcos respectivos - Las ruedas para construir dichas . hélices. - El proceso a seguir para un correcto fresado de la leva .
238
Problema 3 En una fresadora que tiene 6 mm de paso del husillo de la mesa y que está equipada con un aparato divisor cuya constante es 40, y colocando el eje en posición vertical, se desea construir una leva plana compuesta por una rama de espiral de Arquímedes que se inicia en el grado 20, con un radio de 40 mm y que termina en el grado 55 . Calcular : - El paso de la espiral . - El tren de ruedas que hay que montar . - El error cometido en el paso, caso de no obtener ruedas apropiadas .
Problema 4 En una fresadora como la del ejercicio anterior y con el eje del aparato divisor en posición vertical, se desea construir una doble leva espiral interna como la de la figura 8 .19 . Una vez determinadas las dimensiones, hacer un proceso completo para el mecanizado de la leva, incluyendo todo el cálculo tecnológico que sea necesario . Problema 5 Se desea tallar una espiral completa de paso 95,35 mm sobre la misma fresadora del problema 3, colocando el eje del aparato divisor inclinado . Calcular : - El ángulo que hay que inclinar el eje del divisor y del cabezal de la fresadora . - La longitud mínima que ha de tener la fresa . - El tren de ruedas a colocar entre el husillo de la mesa y del divisor .
Fig . 8. 18
Problema 6 En una fresadora de las mismas características del problema 3, se desea construir una leva de 10 milímetros de espesor, compuesta por un tramo de espiral de Arquímedes, que empieza en el 30° con un radio de 55 mm y termina en el 44° con un radio de 71,7 mm . Disponiendo para su tallado de una fresa de vástago de 55 mm de longitud del cuerpo . Calcular : - El paso de la espiral . - La inclinación que hay que dar al divisor y al cabezal de la fresadora . - El tren de ruedas que hay que montar . - La longitud útil de fresado de la fresa . - La inclinación máxima que podría tener el eje del divisor y de la fresadora para aprovechar toda la longitud de la fresa .
90° Fig . 8. 19
Tema 9. Tallado de fresas
OBJETIVOS - Conocer las particularidades que presenta el tallado de las fresas más utilizadas en el taller mecánico . - Conocer los procesos de tallado para algunos casos particulares .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Dado el alto rendimiento que se exige a las fresas, es comprensible que la preparación de las mismas se reserve a talleres o fábricas especializadas . No obstante, resulta interesante conocer de una manera general los problemas que se presentan en estas operaciones. Además, el presente tema servirá para llamar la atención sobre algunas peculiaridades que presentan estas herramientas, ya que al estudiar los procesos de realización se comprenderá más fácilmente sus características y se llegará a tener un conocimiento más profundo de las mismas, que será de gran utilidad a la hora de su utilización . 9.1
fig. 9.1
Tallado de fresas de forma de perfil constante
Ya se han estudiado sus características más importantes . La forma del perfil no se obtiene por fresado, sino por torneado en tornos especiales que se denominan destalonadores . No obstante, hay que realizar en la fresadora, antes del destalonado, el fresado de las ranuras o canales que determinan la separación entre diente y diente y que, además, dan lugar a la superficie de desprendimiento o ataque (figura 9 .1) . Estas ranuras sirven a la vez para dejar espacio a la viruta cortada. Para que el perfil se mantenga constante, la superficie de desprendimiento ha de estar en un plano radial (fig . 9 .1), de tal manera que el ángulo de desprendimiento sea igual a cero . La herramienta que se emplea para la realización de estas ranuras es una fresa cónica o bicónica (fig . 9.2).
A
Fig . 9.2
9.1 .1
Mecanizado de fresas de ranura recta o fresas . de disco con fresa cónica
El tallado de las fresas de disco (fig . 9.3A) no presentan ninguna dificultad, empleando fresas cónicas como la de la figura 9.2A . El proceso sería igual que para hacer ranuras equidistantes en una pieza cilíndrica ; sólo en el centrado de la fresa habrá que poner la mayor atención .
Proceso. Generalmente, el ranurado se hace entre las fases de desbastado del perfil del diente y la de destalonado del mismo . 1 ° Elección de la fresa apropiada y montaje de la misma en el eje portafresas . 2° Montaje del aparato divisor y reglaje de la manivela del disco de agujeros, de acuerdo con el número de dientes o ranuras a fresar . 3° Montaje de la pieza entre puntos . En general, se emplea un mandril o torneador con tuerca y chaveta, ya que suele ser el mismo utilizado para destalonar . Eliminar los juegos del divisor . 4° Reglaje de la fresa : a) Centrar la cara frontal plana de la fresa respecto al centro del disco a fresar (fig . 9 .3 B) . b) Hacer contacto en la periferia del disco (fig . 9.3C) . c) Dar la profundidad de pasada (fig . 9.3D) . 5° Fresar cada uno de los dientes (fig . 9.3E) . Téngase presente que el acero empleado para la realización de las fresas suele ser de alta aleación y de gran templabilidad, razón por la cual habrá que extremar la atención al elegir la velocidad de corte y el refrigerante, para evitar todo posible endurecimiento del material .
D
Fig . 9.3 Proceso de tallado de una fresa de disco de perfil constante .
9.1 .1 .1
Fresado con fresa bicónica
k¡
a
Si se emplea fresa bicónica como la de la figura 9.213, el proceso será igual salvo en el punto 4° ; es decir, en el reglaje de la fresa, que se hará como sigue: Como el ángulo de desprendimiento debe ser cero, hay que colocar la fresa desplazada lateralmente (fig . 9.4A) . De la figura se deduce :
c h = R - z
[2A] 241
16.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 9.4
pero como z = r . cos
E
[3],
al sustituir su valor en [2A] resulta : h .._ R
en ellas : x r R £ h
= = = = =
Z
.cos
E
desplazamiento lateral radio en el fondo del diente a fresar radio exterior de la pieza ángulo del filo de la fresa cortante (fig . 9 .4A) profundidad de pasada
Centrada la punta de la fresa y hecho el contacto con la periferia de la pie descentrar la magnitud x. dar la profundidad h .
a) b)
Tener en cuenta que estas operaciones hay que lo contrario el ángulo de hacerlas con precisié desprendimiento no resultaría ra 9 .4 B y 9 .4 C) . igual a cero (fig Todo esto es cierto si la fresa es perfectamente puntiaguda no suele suceder, habrá . Como es que tenerlo en cuenta y hacer las correcciones tunas ; a saber : opc Según la figura 9 .5, para un radio de redondeado e se tiene : x r + P
= sen d ;
x = (r+p)sen d
[f 9.5
sen i =
8 r + e
[7
también se tiene : h = R - z [8] ; pero z =cos d r de donde z = r * cos d, valor que sustituido en [8] permite hallar h : h=R-r-cos jó]
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1
Calcular el valor de la profundidad de pasada h y el fresar unas ranuras para una fresa de forma (fig . 9 .3), sabiendo desplazamiento lateral para C = 0° en el caso de que que D = 70 mm, d = 46 la fresa empleada sea : mm, 1 .° Una fresa cónica puntiaguda como la de la figura 9 .2A . 2° La misma fresa con la punta redondeada con un radio P = 2 mm . Con 3 .° una fresa bicónica, 4° Con la misma fresa, F =como la de la figura 9 .213, F = 9° y arista puntiaguda . 9° y punta redondeada con radio Q = 2 mm . Solución .
1° Según la figura 9 .6A, el reglaje es inmediato : x = 0 ; 12 mm h = R - r = 35 - 23 = 2 .° Según la figura 9 .613, el reglaje es prácticamente ya que el redondeamiento es muy pequeño y la diferencia como en el primer caso, puede considerar en el centro . del punto de contacto se Prácticamente se tendrá :
242
x=0, h= R-r=35 -23= 12 mm
Fig. 9.6
El error cometido teóricamente será, según el detalle z, en la figura 9.613 h = R - y pero
Yr = cos d
es decir y = r - cos d y, a su vez, sen d =
r + e
Sustituyendo estos valores se tiene: sen d =
2 = 2 = 0,08 23 + 2 25
de donde d = 4,588560 y=r-cosd=23 x 0,996=22,926 mm h = R - y = 35 - 22,926 = 12,004 mm Prácticamente no hay error apreciable en este tipo de trabajo 3°
Según la figura 9.6C y aplicando las fórmulas [11 y [41 se tiene: x = r h=r
sen E = 23 x sen 9° = 23 x 0,156 = 3,598 mm cosE=35 -123x cos9°1=35-23 x 0,987= 12,28 mm 243
4°
Según la figura 9.6D y aplicando las fórmulas de [51 a [91 se tiene : sen il =
8 = 2 = 0,08 ; r+p 23+2
4,588°
d- £ - p =9°4,588°=4,412° x=(r+p) serró= h = R - r cos ó = (23+2)-sen4,412°=25x 0,0769= 1923 35 - 23 x cos 4,412 = 35 mm - 23 x 0,4916 =, 12,192 mrr Como puede comprobarse por los resultados, esta última corrección es importante . 9.1 .2 Tallado de fresas madre
Al observar la figura 9.7 se comprende que, para tes trabajen con el que las dos aristas mismo ángulo de incidencia, cortanque conforman los es necesario que las dientes sean helicoidales, ranuras con un ángulo de la al complemento del que hélice igual tiene la hélice de los dientes . Ahora bien, como estas fresas suelen tener gran altura a su diámetro, resulta de diente respecto que la hélice de los dientes donde se mida . es distinta según el diámetro
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 2
¿Cuáles son los ángulos de la hélice en los de una fresa madre para diámetros engranajes de módulo m = 3, si exteriores, medio e interior 70 mm y tiene una su diámetro exterior es de = entrada?
Solución;
Según la figura 9.7, para el diámetro primitivo : tga =
p nd
cosa Pero
244
= tg
pn Z cosa
rr
cr =
d
_cos pz a n d
p ' z = sen a _ Ti -d
Pn _ IT - mn
luego: n . mn . sen a = Tr - d
sen a =
Z
mn . d
Z
3 = 3 = 0,048 ; a = 2,75 0 = 20 45' 70 - 7,5 62,5
Para el diámetro exterior : sen ae = m
Z
de
= 3= 0,024857142 ; ae = 2,456 = 20 2T 70
y para el diámetro interior : sen a; _
mn z 3 3 _ _ 3 = 0,05454 _ d; d - 7,5 62,5 - 7,5 55 a ;=3,12°
30 T
Si se calcula el paso para cada uno de los diámetros resultará también distinto . Así para el diámetro primitivo: H=
n-d _ n-62,5 = n-62,5 =4085 mm tg a tg 2,75 1 0,048 Para el diámetro exterior : n' de n-70 He = _ _ n-70 tg ae tg2,4561 0,04289
= 5127 mm
y finalmente, para el interior : H n ' d; _ n - 55 - n 55 = tg a; tg 3,12 0 0,05454
= 3169 mm
Naturalmente sólo puede tallarse con un único paso, es decir, que si se toma el paso del diámetro primitivo, que es lo normal, se tiene que: H =
n-d tg a
sen a =
[101
d
El proceso para el fresado puede ser éste : 1 ° Elegir la fresa y montarla en el eje portafresas . Siempre se emplea una fresa bicónica o de botón . 2° Montar el aparato divisor : a)
Calcular las ruedas para la hélice con la fórmula conocida :
b) calcular las vueltas de la manivela para pasar de un diente a otro ; empleando la fórmula : m
K z
Convendrá elegir un círculo de agujeros lo mayor posible; así el esfuerzo en el pivote de la manivela será menor. 3° Montar la pieza a) Montar entre puntos ; eliminar juegos . b) Hacer señales de referencia sobre la pieza para el centrado de la fresa (fig . 9.8). 4° Girar la mesa a la derecha o a la izquierda según el sentido de la hélice y en un valor igual al ángulo de la hélice a . 5° Hacer contacto con la fresa en la señal de referencia . 245
Fig. 9.8 Procedimiento para el marcado de trazos de referencia para el centraje de la fresa .
6°
Desplazar la mesa lateralmente en el valor (fig . 9 .9) .
f1 Calcular el valor x con la fórmula 111 o la [5[31, según puntiaguda o con redondeamiento que la fresa si . (Si se emplease fresa de botón no haría ófal(gincr la mesa y habría que desplazarla en el valor x) . 7° Dar la profundidad de pasada h, calculada con la según sea la fresa puntiaguda fórmula (41 la o redondeada . 8° Fresar cada uno de los dientes .
Fig. 9.9 Montaje para el tallado de las ranuras de una fresa madre y desplazamiento lateral corregido .
9 .2
Las fresas empleadas para planear son las de diente recto y las de dient helicoidal (tema 2) . Tanto en unas como en otras, el ángulo de desprendimiento valor positivo . En algunas suele tene ocasiones, también puede ser de valor cero, y poca veces se hace negativo . El ángulo de incidencia suele una vez templada y obtenerse por amolado revenida la fresa . Con todo, puede hacerse también po fresado . Es frecuente, en estas fresas, hacer una especie talonado del diente con una de desahogo o des fresa distinta de la empleada lo de desprendimiento . para hacer el ángu Seguidamente se explica la manera de tallar estas fre sas según los casos más frecuentes . 9 .2 .1
Fig, 9. 1o
Tallado de fresas cilindricas de planear
Tallado de fresas de planear de diente recto y ángulo cero de desprendimiento
Es un caso similar al descrito para las fresas de forma La fresa empleada puede con diente recto . ser cónica o bicónica y el reglaje se hace exactamente como se ha explicado en los apartados 9 .1 .1 y 9 .1 queda esquematizado el reglaje .1 .1 . En la figura 9 .10 efectuado : Para fresar el ángulo de incidencia se procede como sigue : 1 o. Si se dispone de fresa cónica de ángulo igual al problema alguno ya que el de incidencia, no hay reglaje es inmediato : a) Se centra la fresa a tallar, de manera que la miento quede vertical (fig . 9 .11A) superficie de desprendi. b) Se hace contacto con la pieza y se da la profundidad la superficie de hasta lograr que desprendimiento y la de incidencia formen la arista de corte . c) Se fresa cada uno de los dientes . 2° Si no se dispone de la fresa con el mismo se puede solucionar el ángulo que el de incidencia problema con cualquier otro tipo de fresa, con tal sea capaz de fresar una que superficie plana . Algunos de los a) Que la fresa disponible sea casos posibles son : una fresa cónica de tinta al ángulo de incidencia ángulo o pendiente dis; es decir, que y :91' A (fig . 9 .11 B) . b) Que se disponga de fresas frontales o cilíndricas (fig . 9 primer caso, como se muestra .11 C) . Para el en la figura 9 .11 B, tanto hay que disponer la cara si y > A como si y < A, de formando un ángulo respecto vertical de modo que ± d =desprendimiento y _ A. a la Para el segundo caso, como se muestra en la figura 9 ser igual al ángulo de .11 C, el ángulo d debe incidencia : d = A . En la figura 9 .11 C se muestra claramente el tipo dé fresa empleada . posicionamiento para cada Sea cual sea la fresa hay que disponer el ángulo d a partir de desprendimiento . de la superficie Para hacer el desahogo de las fresas que lo necesiten, mente como se acaba de se procede exactaexplicar para el fresado de la superficie de incidencia, cambiando solamente el ángulo A de incidencia por (fig . 9 .11 D) . el ángulo d de desahogo
246
9.2 .2
Tallado de fresas de planear con diente recto y ángulo de desprendimiento positivo
El problema y la solución es similar al caso anterior ; sólo el reglaje de la fresa debe hacerse de modo distinto según sea e[ tipo empleado, y que, en cada caso, es como sigue: 1 . Con fresa cónica puntiaguda . Según la figura 9.12A, el reglaje queda reducido al posicionamiento de x, y de la profundidad h y cuya deducción es la siguiente : = sen C
R de donde:
x=-
R - senC~
[13A]
Para la profundidad h: h = R - z
[14A]
= cos d
[15A]
pero
r de donde
z = r - cos á
[15131 247
Fig. 9.12
Previamente habrá que calcular : [161 De la fórmula [14A] y ; de la [1513] se tiene: [14131 EJEMPLOS RESUELTOS
Ejemplo 3 Calcular el valor de x y de h para tallar una fresa de planear de d = 70, C = 14°, si se emplea diámetro D = 90, una fresa cónica (fig . 9 .12A) .
Solución: 1 ° Con fresa puntiaguda :
De la 113A] se tiene
x=R-sen C=-' .sen14°=45x 0,2419= 10,88 mm 2 De ;la [161 :
de donde d = 18,11248
sen '.ó = x = 10,88 = 0,3108 r 35
De la [14131 : h = R - r - cos d = 45 -35 - cos 18,11 ° = 45 - 35 x 0,9505 = 45-33,2675= 11,73 mm 2° Con fresa redondeada de redondeado Q = 2 mm Según la figura 9.1213, se tiene que el valor de x es el mismo que en el caso anterior . Si el centrado se hiciese respecto al punto más bajo del redondeado se tendría: x1 = x-Q
[13131
De la misma figura 9.1213, se tiene que h= R-z
114A1
z+Q Z cosó r + e
[17A]
z=(r+e)-cosó-Q
[17131
Pero también :
de donde A su vez :
sen ó =
x, r + Q
[181
Sustituyendo el valor de [17131 en el [14A] se tiene : h=R+Q- (r+ Q) cosó 1
[14C)
Ejemplo 4
Calcular el valor de x, x, y h para la misma fresa del ejemplo anterior, pero empleando una fresa con redondeamiento en la punta de E = 2 mm . Solución:
El valor x es el mismo : x = 10,88 mm . x,=x-Q=10,88-2=8,88 mm sen d =
8,88 x, = 8,88 = 0,24 = r+Q 35+2 37
de donde ó = 13,88° y cos ó = 0,971 En la fórmula [14C] se tiene: h=R+Q-(r+Q) cosd=45+2-(35 +2)cos13,88°=47-37 x 0,971 = =47-35-918=11,08 mm . 2.
Con fresa bicónica y puntiaguda .
r
Según la figura 9.12C se tiene:
= sen a,
[19Aj
de donde : [198] Pero
02
= a, + £
[20] 249
m sen al = r
[211
y también m - = sen C R
[22A]
de donde m = R sen C Calculados los valores de 12213[, [211 con la 119131 . Según la misma figura se
[22 B]
y 1201
se puede calcular el valor de x tiene la conocida fórmula
También se puede escribir que
123A]
r de donde z=r
cos
a2
123 B I
valor que sustituido en [14A] se tiene : 114D1 EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 5 Calcular el valor de h y x para hacer la misma fresa de D = 90, d = 70 y C = 14° una fresa bicónica puntiaguda cuyo ángulo E = 9°,
con
Solución .La cota x se calcula aplicando las fórmulas siguientes :
122 B1
m=RsenC=45 xsen14 ° =45x0,2419=1088 mm
1211
sen al =
[201
a2
119 B I
m r
=
10 ' 88 35
= 0,3108 ; de donde a, = 18,11°
+ a = 18,11 1 + 9° = 27,11' ; valor que sustituido en x = r sen a2 = 35 sen 27,11 0 = 35 x 0,4557 = E,
Para hallar h se aplica la fórmula 114 D] : h = R - r cos a2 = 45 - 35 cos 27,11 3.
0
= 15,95 mm
= 45 - 35 x 0,8901 = 45 31,154 = 13,84 mm
Con fresa bicónica y punta redondeada con radio Q De la figura 9 .12D se desprende, como primer criterio a tener en cuenta, que el ángulo de desprendimiento C, el radio exterior R y el redondeado de la fresa Q, están relacionados según la siguiente ecuación : [23 A] 250
De la misma figura 9 .12D, resulta : h = R -z
[14A]
z = y - Q
[24 A]
pero
A su vez:
r + Q
= cos E
[25 A]
de donde y = (r + Q) cos E
[25 B]
que sustituido en la [24A] se tiene : z=(r+Q)cosE-Q
[24 B]
Llevando este valor a la [14A1 resulta, finalmente : 1 .
h = R+Q-(r+Q)cos
[14E]
También de la misma figura : r + Q por tanto : x=(r+e)senE
[26]
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 6
Calcular los valores de h, x y Q para tallar una fresa igual a la del ejemplo anterior, pero con una fresa bicónica de ángulo s = 9° . Redordemos que : D = 90 mm ; d=70mm ; C=14°. Solución : Aplicando las fórmulas [231 a [261 se tiene: Q=RsenC=45xsen14°=45x0,2419-- 10,88 mm h=R+Q-(r+Q) cose =45+ 10,88-(35+ 10,88) cos9° = 55,88 - 45,88 x 0,9876 = 55,88 - 45,315 = 10,56 mm Según la fórmula [261 : x = (r + Q) sen e = (35 + 10,88) sen 9° = 45,88 x 0,1564 = 7,17 mm Si hacemos el trazado a escala de estos resultados se observa que el valor de Q así calculado es muy grande y con él tiene que serlo el paso o separación entre diente y diente ; es decir, que la fresa tendrá muy pocos dientes, lo que puede ser un gran inconveniente para las fresas de diente recto . Se puede fresar, y así suele hacerse, con una fresa de radio Q menor y calcular el posicionamiento a partir del punto A, de la figura 9 .12E . 25 1
Para simplificar los cálculos, y dada la poca importancia que pueden tene algunos errores en estos tipos de fresas, se puede hacer que el centro del redor deamiento coincida con el radio OA (fig . 9 .12E) y así se obtienen las fórmula,,
z = y - (Y, + Q)
y a su vez:
Y R
[28 A
=cos(C+E)
y, por tanto y = R - cos (C + E )
[29
Siempre en la misma figura : Yi =cos(C+E) R-(r+Q) de donde Y, =[R-(r+ e)] cos (C+E)
[30 .-
Sustituyendo las fórmulas [291 y [301 en la 128AI se tiene : z=R-cos (C+E)-[(R-(r+ Q)) cos (C+E)+Q]= =R cos (C+E)-R cos (C+E)+(r+Q) cos (C+E)- Q z=(r+Q) cos (C+E)-Q
Valor que. sustituido en la [14A1 : h=R-(r+Q)cos(C+E)+~
[28 B]
[14F]
A su vez se tiene: Q = sen C R-r-Q
de donde
Q=(R-r- Q) sen C ; Q =(R-r)sen C - QsenC ;Q+QsenC=(R-r)senC Sacando factor común : Q( 1 +senC)=(R-r)senC Q
-_
(R - r) sen C 1 + sen C
[311
Finalmente : x = sen (C + £) r + Q
[32 A]
y de ella x=(r +Q )sen(C+e) 252
[32 B]
EJEMPLO RESUELTO
Ejemplo 7 Tallar una fresa con los mismos datos de la anterior pero empleando un radio de redondeado e en las condiciones que representan las fórmulas (311, [14F] y [32131 . Los datos son : D = 90 mm ; d = 70 mm ; C = 14° y e = 9° . Calcular e, h y x. Solución: De la fórmula [311 : _ (R - r) sen C _ (45 - 35) sen 14° _ 10 x 0,24192 _ 1,95 '95 z 2 mm 1 + sen C 1 + sen 14° 1 + 0,24192
e
Según la fórmula [14F] : h = R-(r+e) cos (C+e) +e=45-(35+2) cos (14+9)+2=45-37 x x cos 23° + 2 = 45 - 37 x 0,9205 + 2 = 47 - 34,058 = 12,942 mm ;z 13 mm y según la [32B1: x = (r + e) sen (C + c) = (35 + 2) - sen 23 = 37 x 0,3907 = 14,457 mm 9.2 .3
Tallado de fresas cilíndricas de planear de diente helicoidal con ángulo de desprendimiento cero
Las fresas y los procesos empleados son los mismos que los señalados en el párrafo 9 .1 .2, añadiendo lo dicho en el párrafo 9.2 .1 para la ejecución del ángulo de incidencia y el desahogo . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 8 Calcular y explicar el reglaje y proceso de fabricación utilizados para tallar una fresa cilíndrica de las siguientes características : dm = 80 mm ; z = 11 ; C = 0° ; A = 5° ; ángulo de la hélice a = 30° . El resto de datos aparecen en la figura 9.13. Solución: 1°
Paso de la hélice :
H _ rr * dm _ 7r , 80 _ 3,14 x 80 = 435,5 0,577 tg a tg 30 1 2°
Ruedas : _ zi _ h ~ K _ 48 _ 6 x 40 _ _ 87 H 435,5 z2
_ 50 90
Con estas ruedas se obtiene una paso : H _ 90 x 60 x 40 = 432 mm 50 lo que supondría a su vez un ángulo de hélice media a, = 30° 18', admisible para este tipo de trabajo. 3°
La manivela para la división será : m =
Fig. 9.13
K 8 = - = 3 z 11 33
4 .° Si se emplea una fresa bicónica con un ángulo c = 9° el reglaje será : a) Si la fresa es puntiaguda, según la fórmula 111 se tiene 70 . x=r , sena=sen9 0 =35x0,156=5,47 mm 2 Por ser helicoidal, según la fórmula 1121 : x 5,47 5,47 xo cos a cos 0,866 30 1
= 6,32 mm
Por la fórmula 141 : 90 h = R - r cos c=-- - 35 cos 9° = 45 - 35 x 0,987 = 10,43 mm 2 b) Si la punta de la fresa fuese de redondeado notable ; por ejemplo que emplear las fórmulas [5131 a [91 :
e
= 3, habría
x = (r + p) sen d
pero sen (3 =
e
r+~
- -- 3
35+3
= 0,0789
de donde : (3= 4,52 ° yd=c-(3=9-4,52° =4,47° Sustituyendo en 15131 : x = (35+3)0,0789=2,99yx o =
2,99 0,866
= 3,45
h = R - r cos d = 45 - 35 x cos 4,47° = 45 - 35 x 0,9969 = 10,10 mm 9 .2 .3 .1
Tallado para fresa cilindrica de planear de diente helicoidal, con ángulo de desprendimiento positivo C > 0 En principio el reglaje es igual que para las fresas de diente recto hechas con fresas bicónicas (apartado 9 .2 .2), teniendo en cuenta que para el desplazamiento lateral el desplazamiento real debe x . ser x o = cos a El proceso a seguir podría ser el siguiente : 1. Elección y montaje de la fresa-herramienta . Procurar que el diámetro sea pequeño . 2° Montar el aparato divisor : -- Cálculo y montaje de las ruedas para el tallado de la hélice . - Cálculo del giro de la manivela . Elegir el mayor círculo de agujeros posible . 3° Montar la pieza entre puntos . A ser posible emplear torneador con tuerca y chaveta . Comprobar el centrado . 4° Trazar señales de referencia para el centrado de la fresa . 5° Girar la mesa un ángulo a, para lograr la inclinación de la hélice y que la fresa no talone . 6° Centrar la fresa con las señales de referencia . 7° Desplazar lateralmente la mesa . Recordar que el desplazamiento debe ser xo . Las fórmulas empleadas serán las de el apartado 9 .2 .2 .1 : x =r-sena2 a2=al+c sen a, = 254
m r
119131
m= R-sen C
122 B1
1201 1211
1121
8° Dar la profundidad de pasada h= R-r-cos a2
[14D]
9° Fresar cada uno de los dientes. 10° Fresar el ángulo de incidencia (ver n° 9.2 .1) según la fresa empleada . Con 11 0 la misma fresa u otra más apropiada fresar el ángulo de desahogo o destalonado. EJERCICIO A RESOLVER Problema 1 Calcular los datos necesarios para tallar una fresa cilíndrica de planear según los siguientes datos : d,, = 80; z = 11 ; C = 12°; A = 5° ; ángulo de desahogo A = 45°; ángulo de la hélice a = 30° . Los demás datos aparecen en la figura 9.14. 9.3
Fig. 9. 14
Tallado de fresas frontales
Las fresas frontales pueden ser de ángulo cero (fig . 9.15A) y de ángulo retrasado (fig . 9 .15 B) . Más raramente pueden tener ángulo adelantado (fig . 9 .15 C) .
Fig . 9.15 El tallado debe hacerse de manera que la faja de la superficie de incidencia sea casi uniforme . Esto se logra tallando los dientes con una fresa cónica de ángulo (3, e inclinando el eje del divisor un ángulo a (fig . 9.17) . El ángulo (3 suele ser de 60° para diámetros de 30 a 75 mm y de 50° para tallar fresas de 75 a 150 mm . De la observación de la figura 9 .16 se deduce inmediatamente que: ab
tgw=
;tg(3=
CD
ab
Diviendo ambas expresiones ordenadamente, resulta : tg w tg (3
_ ab ab
CE oa
tg w _ tg (i
C E oa
En el triángulo CDE se puede establecer : cos a =
A B OA
=
C E oa
'ya que AB =CEyOA=oa
cos a =
w =
tg w tg (3
[33]
Como se ve, w es función del número de dientes de la fresa a tallar ; o sea, 360 z
255
Fig . 9.16
Por su parte (i es el ángulo de la herramienta y, lógicamente, dato conocido . es siempre
un
EJEMPLOS RESUELTOS Ejemplo 9 Calcular y describir el proceso para fabricar una fresa frontal de faja debe quedar de 1,5 mm en la 19 dientes, si la parte más ancha . El diámetro de 100 mm y la fresa empleada exterior de la fresa es tiene un ángulo de 50° . El ángulo de retroceso y = 0, Solución 1. Colocar la pieza a fresar sobre un torneador al aire sujetado con tirante ajustando al cono interior del eje y (fig . 9 .17A) . 2° Trazar líneas de referencia para el centrado de la fresa (puede prescindirse de este trazado ya que el centrado de la fresa es fácil desde la Colocar la fresa y centrarla . periferia de la pieza) . 3° Inclinar el eje del cabezal en el ángulo a calculado con la fórmula i331 .
cos a =
t9 cu t9 (f
=
t9
360
19 tg 50
=
0,3433 1, 19175
= 0,288
de donde a = 73, 25° (fig . 9 .1713) . 4° Dar la profundidad de pasada . Se puede proceder de dos maneras : al Naciendo contacto con la fresa en el punto medio (fig . 9.17C) ; suele estar vaciada en ese punto, como quiera que recerá la obtención de la faja de se coloca encima un pequeño espesor e, que favoincidencia . Naturalmente, este procedimiento sólo será posible si no sobresale el torneador . bl Se hace contacto en la parte más alta de la pieza (fig . 9 .17D) y se da fundidad h calculada así : una proh R
= cosa ; h = R - cos a = 50 x cos 73,25 = 50 x 0,2882 = 14,41 mm
e
256
Fig . 9. 17 Proceso de tallado de una fresa frontal.
Será prudente dar un poco menos de profundidad y hacer un par de dientes, comprobando el ancho de faja resultante . Si la faja es excesiva, se da una nueva pasada con algo más de profundidad . Una vez logrado el ancho deseado se fresan todos los dientes con la misma profundidad . 5° Si la fresa debe llevar dientes periféricos, se procede como se explicó en el apartado 9 .2 .1 . Naturalmente, habrá que hacer coincidir las superficies de desprendimiento de los dos dientes; el frontal y el periférico . 6° Fresado de la superficie de incidencia . Para los dientes periféricos, si los hay, se procede como quedó explicado en el apartado 9.2 .1 . Para los dientes frontales, lo más sencillo es emplear una fresa frontal poniendo el eje del divisor vertical e inclinando el eje de la fresadora (fig . 9.17E) en el ángulo de incidencia A. Si la fresa es de diente retrasado, con un ángulo de retraso y, se procede de manera similar, pero teniendo en cuenta las siguientes particularidades : 1? El canal para hacer el ángulo de desprendimiento se hace con una fresa con ángulo f3 relativamente pequeño : (3 = 30° a 50° . Para esta primera fase habrá que descentrar la fresa en un valor: EZsen y
[341
2? El desahogo o destalonado se hace con una fresa de unos 60° a 70° . 3' Si la fresa debe llevar dientes periféricos, éstos deberán ser helicoidales, con un ángulo de hélice de 15° a 20°. Las fresas de disco de dos o tres cortes pueden considerarse como frontales para su tallado. 9.4
Tallado de fresas cónicas o bicónicas
Para lograr en el fresado que la faja de incidencia sea uniforme hay que hacerlo con una fresa cónica de ángulo (f, e inclinando el divisor un ángulo a (fig . 9 .18), de manera similar a lo explicado para las fresas frontales. De la figura citada se deduce : a = cPi -
E
[351
Quiere esto decir que se habrá de calcular previamente los ángulos T, y tg TI =
M B O ; OM M [ 11 OM MA R
= tg (3z [2A] ; OM = R - tg /3z (2131
siendo ¡3z el ángulo de la fresa a tallar . Como resulta que MB = 0'C' : 0' C' 0' B'
_
0' C' R
= cos w [3A] pero co
308Z
0'C'=MB=R-cosw[3131
257 7.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Sustituyendo los valores de la [3 B] y [2 B] en la [11 y dividiendo por R se tiene : _cos _ w t9 Ti = t9 ¡32
[36J
Por otro lado : sen cp 2
=
B
B
[41 , BN
=
C"G" , y, a su vez :
C G = BN =
C B,tg (f,
C" B" C" G"
= tg P l [5 A}
[5 B]
Según se aprecia en la misma figura : B' C" B" = C' B' ; C' 0' B'
_
C' B' R
= sen w[7 A] ; C' B' = R
sen w = C"B" [7131
Sustituyendo C"8' ; en la expresión 15131 por el valor hallado, se tiene: BN =
R - sen co
[5C
tg p,
A su vez : OM
sencp,=
0 B
[8A] ; OB=
MB sen T,
; OB=
R-cosw sen T,
[8 C1
A continuación, volviendo a la fórmula [41, se sustituyen los valores de 8N y 08 : R-senw sen cp 2
tg p,
=
R - sen co - sen 9, R-coscu-tgp,
R-cos w sen T,
Simplificando y haciendo
sen cu
cos w
sen cp 2
=
= tg w, se tiene finalmente : tg w - sen cP, tg p,
[37
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 10
Calcular el ángulo de inclinación del divisor para tallar los dientes de una fresa cónica de 18 dientes cuyo ángulo I'2 es de 65°, si se emplea para este trabajo una fresa cónica de ángulo (3, = 75°. Solución: Aplicando las fórmulas [351 a [371 se tiene:
tg Ti = 258
cos w _ tg 1'2
360 cos -18 tg 65
cos 20 2,1445
_ 0,9396 = 0,4382 2,1445
de donde cp, = 23,66° sen
cP2
-_
tg ca - sen
tg 20 x sen 23,66 - 0,3639 x 0,4382 = 0,0427 tg 75 3,73205
tg (fi
de donde T2 = 2,449° Finalmente :
a = (P, - (P 2 9 .5
=
23,66 - 2,449 = 21,21 ° = 21' 12'
Fresado de machos de roscar
Las ranuras de los machos de roscar deberían ser helicoidales, según lo que se dijo al hablar de las fresas de tallar engranajes o fresas madres . El ángulo de desprendimiento, por la misma razón, debería ser cero . Para lograr un trabajo en mejores condiciones se pueden tallar con distintos ángulos según los materiales . Para los casos generales suele emplearse una fresa de perfil circular . Las fórmulas empleadas suelen ser (fig . 2.19) las siguientes : R =
d, tg (Í1 - a) 2
tg a
[381
180
= S d,
(391
n
[401
[411
siendo : d, = diámetro interior de la rosca y n el número de ranuras La profundidad de pasada suele tomarse igual al radio de curvatura R de la fresa . EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 11
Hallar el radio de la fresa apropiada para ranurar un macho de M20 con cuatro ranuras. Solución : Aplicando las fórmulas propuestas y consultando las tablas de roscas para M 20, se tiene : d, ;z= 16,5 mm d 165 s=' =- = 4,125 mm n 4 tg a =
s = 4,125 = 0,25 ; de donde a = 14° d, 16,5 tg (3 =
R
=2
= tg (/3 - a) =
180 = 180 = 450 n 4 2
. tg (45° - 14°) = 8,25 x tg 31 =
= 8,25 x 0,6008 = 4,95 mm z 5 mm La profundidad de pasada sería h = R = 5 mm . 259
Aunque estas fórmulas dan valores aproximados, es suficiente para el fresado, ya que el ángulo correcto de afilado se obtiene posteriormente por afilado . 9 .6
Fresado de escariadores
El fresado de escariadores, ya sean de dientes rectos o helicoidales, es semejante al tallado de fresas cilíndricas de planear, explicado en los apartados 9.2 . EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 Se desea tallar una fresa de disco de perfil constante de 100 mm de diámetro, cuya altura de diente es de 12 mm . La fresa cortante es bicónica isósceles con un ángulo de punta de 30° y un redondeamiento en la misma de 3 mm de radio . Calcular los desplazamientos que deben darse . Problema 2 Calcular las cotas x y h necesarias para el tallado de una fresa cilíndrica de planear cuyo ángulo de desprendimiento debe ser de 8°, la altura del diente 12 mm y el diámetro 80 mm . La herramienta utilizada es una fresa cónica puntiaguda de 60° . Problema 3 Hay que tallar una fresa frontal de 10 dientes con una fresa cónica de 75° . Calcular la inclinación que hay que dar al eje del divisor . Problema 4 Calcular la inclinación que debe tener el eje del divisor para una fresa cónica de 60° y de 18 dientes, sabiendo que la herramienta tallar correctamente que se va a emplear es una fresa cónica de 70° . Problema 5 Calcular el radio de la fresa apropiada para ranurar un macho de M 16 con cuatro ranuras .
Tema 10 . Fresadoras especiales
OBJETIVOS - Conocer las características esenciales y las posibilidades de trabajo de las distintas clases de fresadoras .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Bajo el título de fresadoras especiales, se pretende hacer un breve repaso de los tipos de máquinas de este grupo que poseen características diferentes de la fresadora universal y que han sido concebidas para ejecutar con rapidez y precisión una variedad más limitada de trabajos . A veces, por el contrario, aunque parezca paradójico, están dotadas de mayor versatilidad ; tal es el caso de las fresadoras de utillaje, por citar un ejemplo . 10 .1
Fig . 10.1
Fresadora vertical.
Fresadora vertical
Es una fresadora parecida a la universal, cuyo cuerpo o bastidor ha sido modificado, en su parte superior, de modo que presenta una curvatura hacia adelante que sostiene en su extremo el husillo principal, dispuesto verticalmente (fig . 10 .1) . Como se ve, es una máquina ideal para trabajos de planeado con fresa frontal o plato de cuchillas . Los órganos fundamentales de la máquina pueden verse en la figura 10 .2 . El movimiento principal se transmite desde el motor (8) a la caja de velocidades (6) en cuya salida se encuentra el piñón de ataque, que mueve el husillo (2) a través de una transmisión cónico-helicoidal (1) . A su vez, el motor actúa sobre la caja de avances (9), que es la encargada de mover la ménsula, el carro transversal y la mesa . La fresadora vertical del esquema tiene la particularidad de que el husillo es inclinable a uno y otro lado, según un plano vertical, gracias al sistema de ensamblaje del cabezal, que puede girar sobre una plataforma circular graduada para formar con la mesa un ángulo determinado . En algunas máquinas el husillo portafresas tiene desplazamiento axial, accionado por un volante y un mecanismo reductor . Hay fresadoras verticales cuyo cabezal no es inclinable (fig . 10 .3) . Con ello, lo que se pierde en versatilidad se gana en robustez . Obsérvese el sólido aspecto de la máquina de la figura citada, con el detalle de las dos columnas que mejoran el apoyo de la ménsula . La forma de la mesa no tiene por qué ser necesariamente prismática, sino que puede ser circular, montada sobre una plataforma del carro portamesa y que gira, movida por un motor propio, normalmente hidráulico . Estas fresado26 1
Esquema de una fresadora vertical. 1, ataque del eje principal,- 2, eje principal,- 3, mecanismo de avance de la mesa, 4, ménsula, 5, husíllo de traslación avances, 6, conos de poleas, 7, cadena transmisión avances, 8, motor 9, caja cambios para avances. Fig . 10.2
Fig . 10.3 Fresadora vertical de cabezal fijo Correa .
ras se emplean en la producción en serie, porque permiten un fresado continuo, sin tiempos muertos. En efecto, mientras dura el fresado de una pieza, el operario efectúa el montaje y desmontaje de otras piezas en el utillaje emplazado sobre la mesa giratoria . Una variedad muy notable de fresadora vertical es la de torreta que será estudiada como fresadora de utillaje . También existen fresadoras verticales de bancada fija y cabezal móvil que se desliza a lo largo de unas guías del montante . 10 .2
Fresadora de bancada fija
Llamada también fresadora-mandrinadora por su parecido evidente con aquélla, ha representado una pequeña revolución en la técnica del fresado . En efecto, con ella es posible realizar cualquier clase de mecanizado en desbaste o acabado, con factores de corte muy elevados y con un campo de trabajo muy superior a las fresadoras universales . Ello es debido fundamentalmente a la concepción distinta de los órganos de la máquina, en especial de las partes móviles, puesto que aquí la bancada (equivalente a la consola de la fresadora universal) es fija (fig . 10 .4) y el carro transversal es de anchura mucho mayor y además es rígido, sin partes giratorias, al revés de lo que ocurre en la fresadora universal cuya mesa puede pivotar sobre una plataforma para poder fresar ranuras helicoidales, por ejemplo. A continuación, se estudian sus partes más importantes.
Fig. 10.4 Fresadora de bancada fija Secrnu .
262
10 .2 .1
Bancada y montante
Son dos bloques de fundición aleada en forma de caja, fuertemente nervados, que se acoplan entre sí para constituir el cuerpo de la máquina. La bancada lleva unas guías templadas y rectificadas por donde se desplaza el carro portamesa . El montante tiene guías verticales para el cabezal, de modo que éste queda dispuesto perpendicularmente a la mesa . 10 .2 .2
Cabezal
Es un grupo monobloc que contiene el husillo portafresas y los trenes de engranajes necesarios para conseguir las diferentes velocidades de giro, con el motor acoplado por brida en la parte exterior . El movimiento vertical se obtie ne con frecuencia por medio de un motor independiente que mueve el husillo transmisor y éste mueve, a su vez, el cabezal al roscar en una tuerca que lleva atornillada . Para compensar el juego, existe el sistema clásico de contrapeso, sujeto con una cadena de rodillos, o bien, se puede usar un compensador hidráulico ; ambos se montan en el interior del montante . El husillo de la figura 10 .5 pertenece a una moderna máquina de esta clase. Se apoya por tres puntos : el delantero, naturalmente muy sólido, el trasero y el intermedio . Esta disposición le proporciona una notable rigidez dinámica . Para evitar los efectos del calentamiento excesivo lleva un sistema refrigerador compuesto por un intercambiador de calor, intercalado en el circuito hidráulico alimentado por una bomba de paletas calada en el mismo árbol motor. La nariz del mandril tiene un asiento de cono normalizado y chavetas frontales para acoplarle sin dificultad toda clase de fresas y el aparato vertical . Obsérvese el sistema de bloqueo rápido de la herramienta. En la parte superior del cabezal existen unas guías de cola de milano que permiten acoplarle un puente o carnero para poder trabajar con árbol portafresas horizontal con apoyo de luneta .
Fig.
10 .2 .3
10 .5
Husillo portafresas horizontal (Secmu).
Carros
En realidad sólo existe un carro, el transversal, que sostiene la mesa de la máquina y, a su vez, se apoya sobre la bancada . Si este apoyo no es suficiente, porque el recorrido de la mesa es considerable, se instalan unas guías auxiliares fuera de la bancada dotadas de apoyo cilíndrico (fíg . 10 .6) . El movimiento del carro y de la mesa puede ser manual o automático . En este caso la máquina dispone de una numerosa gama de avances y de una velocidad rápida de aproximación y salida ; a veces, incluso, existe variación continua entre ciertos márgenes por medio de motores acoplados a los husillos de traslación . Hay máquinas de esta clase que carecen de carro transversal (fig . 10 .7) y la mesa, de grandes dimensiones, se apoya directamente sobre la bancada, lo que permite el fresado de piezas muy pesadas y asegura al mismo tiempo una guía más precisa. Para compensar la ausencia del carro transversal es necesario descomponer el cabezal en dos partes ; la primera actúa de carro vertical y sostiene a la segunda, que no es más que un puente motorizado capaz de moverse transversalmente y, a la vez, dotar a la fresa de movimiento de corte . 263
Fig . 10.6 Posición de las guías auxiliares del carro transversal.
Fig. 10.7 Fresadora de bancada fija Zayer. 10 .2 .4
Empleo de la fresadora de bancada fija
Este tipo de máquina se emplea casi siempre para trabajos de producción ; o sea, que requieren un elevado volumen de viruta arrancada . También es ideal para mecanizar piezas grandes, debido a la amplitud de la mesa de trabajo, a la facilidad de acceso y a los recorridos largos que tienen los órganos móviles . Las fresas más empleadas son las frontales de dos cortes y los platos de cuchillas que se montan, tanto en el aparato universal, como directamente en el cono del husillo . Para mecanizar piezas de caras paralelas y formas regulares, resulta de gran utilidad el uso de la mesa giratoria que es una plataforma divisora que se instala sobre la mesa y permite presentar las caras a fresar por giros sucesivos, sin necesidad de desmontar la pieza . Asimismo, para mecanizar piezas en posición vertical, es de gran utilidad una escuadra fija sujeta sobre la mesa y en la que se atornilla la pieza en cuestión (fig . 10 .8) . La fresadora de bancada fija es una máquina de gran precisión a la que, con frecuencia, se le adaptan lectores ópticos y husillos con tuerca de bolas que permiten efectuar trabajos de semipunteado .
Fig. 10.8 Fresado del bloque de una mesa en una fresadora de bancada fija . 264
10 .3
Fresadora-cepilladora de bancada fija
Es una variante muy especializada de fresadora de bancada fija, especialmente adecuada para el planeado de piezas de forma alargada por sus caras exteriores, empleando, casi exclusivamente, platos de cuchillas de gran diámetro . La parte fundamental de la máquina está integrada por la bancada, el montante o montantes y el cabezal o cabezales. La bancada tiene unas guías prismáticas por donde desliza la mesa alternativamente, movida por un husillo de grandes dimensiones que lleva un mecanismo de rueda y visinfín conectado al motor principal . Al girar el husillo, una tuerca roscada en él, y firmemente sujeta a la mesa por su parte inferior, la hace mover en uno u otro sentido . A un lado de la misma se eleva el montante que es una columna de fundición que sostiene el cabezal . El cabezal consiste en una caja cerrada que contiene el husillo portafresas, los trenes de engranajes y el motor . Sin embargo, a veces se sitúan dos montantes, uno a cada lado de la bancada, con dos cabezales horizontales (montaje dúplex) unidos, si es preciso, por un puente . Incluso es posible combinar los cabezales verticales y horizontales para que el número de fresas en acción simultánea sea máximo . La figura 10 .9 contiene una serie de modelos de este tipo de fresadora cuya finalidad es adaptarse en lo posible a las necesidades de la producción . Algunas de estas máquinas son de grandes dimensiones y recuerdan extraordinariamente a las cepilladuras, con la salvedad de los cabezales fresadores . Sirven para fresar bancadas, bloques de motores marinos, cajas de grandes reductores, etc. Estas máquinas suelen llamarse fresadoras de pórtico (fig . 10 .10) .
Fig .
10 .4
10.10
Fresadora de pórtico GSP.
Fresadora de utillajes
En los talleres de utillaje, matricería, prototipos, etc ., se presenta con mucha frecuencia la necesidad de efectuar operaciones de fresado en piezas unitarias o en series muy cortas, sin menoscabo de su precisión, que, normalmente, suele ser muy alta . En estos casos se emplea la fresadora de utillajes. Se trata de una máquina muy robusta, a pesar de su tamaño relativamente pequeño, manejable y muy precisa; dispone de gran cantidad de accesorios que la convierten en una fresadora completamente universal, capaz de realizar trabajos muy complicados. El modelo presentado en la figura 10 .11 dispone de un motor principal (1) conectado a un variador de velocidad sin escalonamiento (4) que, a su vez, mueve la polea de la caja de velocidades (6) . Obsérvese la posición del husillo ho rizontal, montado en un puente móvil (7), ya que no existe carro transversal y conviene que la fresa tenga desplazamiento en esta dirección. El puente se mueve por medio de un mecanismo de cremallera y piñón accionado por la maneta (12) . A la nariz del husillo se le puede acoplar un aparato vertical clásico (8) para cambiar la posición del eje de trabajo. 265
A
B
Fig. 10.9 Diferentes modelos de fresadora cepilladora: A, de un montante y cabezal horizontal; B, dúplex horizontal; C, de dos montantes y tres cabezales .
Fig. 10. 11 Fresadora de utillaje Schaublin : 1, motor principal, . 2, motor de avances rápidos, 3, caja de velocidades de avance; 4, variador de velocidad; 5 mando del vareador; 6, caja de velocidades del husillo; 7, carnero; 8, cabezal vertical; 9, mesa escuadra fija; 10, mando de avances rápidos; 11, mando motor principal; 12, accionamiento manual del carnero; 13, desplazamiento manual del carro longitudinal; 14, avances automáticos; 15, desplazamiento manual del carro vertical; 16, polea. Los movimientos automáticos son dos: uno vertical y otro longitudinal . Los movimientos normales proceden de la caja de cambios de avances (3), pero también existen avances rápidos, debidos al motor auxiliar (2), accionado cómodamente con sólo apretar el pedal (10) . Un detalle muy importante es la ausencia de mesa propia ; en su lugar se puede colocar una escuadra (9) fija al carro longitudinal . 10 .4 .1
Métodos de trabajo empleados
La mesa escuadra fija se emplea para los trabajos de planeado y ranurado, ya sea trabajando con fresa frontal directamente acoplada al husillo (fig . 10 .12), ya sea con fresas de corte tangencia¡ y árbol portafresas . En este caso, el árbol se conecta a la nariz del husillo y su otro extremo se apoya en una luneta fija al sobrepuente (fig . 10 .13) . El cabezal vertical sirve para el planeado, ranurado y fresado de caras angulares . El de la figura 10 .14 puede girar 90° en ambos sentidos y además dispone de un mando micrométrico que hace mover la camisa del husillo vertical, debidamente equilibrado con un resorte .
Fig. 10. 12
Empleo de la escuadra fija .
Fig. 10. 13 Fresado de ranuras con el árbol portafresas horizontal, 266
Fig. 10. 14
Empleo del cabezal vertícal.
La mesa inclinable de la figura 10 .15 resulta un valioso auxiliar para fresar superficies inclinadas, al igual que el divisor de sobremesa (fig . 10 .16), montado sobre una plataforma universal, para hacer ranuras circulares, divisiones angulares, etc., en cualquier posición . Además, existe el cabezal orientable para acoplar al aparato vertical, el cabezal mortajador, etc . La exactitud de movimientos de la máquina está asegurada por comparadores centesimales en los tres ejes, o bien, por lectores ópticos lineales . Un dispositivo muy interesante es el que se muestra en la figura . 10 .17, destinado a la mecanización de troqueles, electroútiles para máquinas electroerosionadoras, perfiles diversos, etc. Consiste en una mesa de coordenadas conectada a un divisor vertical de visinfín con plato de agujeros . Los carros de la mesa están movidos por husíllos finamente roscados y rectificados, con tambores graduados que permiten leer directamente 0,02 mm . Si se desea mayor precisión se pueden instalar relojes comparadores . En este dispositivo puede mecanizarse toda clase de radios y formas geométricas, pues combina los desplazamientos ortogonales con la rotación que proporciona el divisor .
Fig . 10. 15 Fresado de una cara lateral inclinada con ayuda de la mesa universal.
Fig . 10. 16 Empleo combinado del divisor de sobremesa y una plataforma inclinable. Fig. 10. 17 Fresado de un punzón con el dispositivo especial.
10 .5
Fresadora de torreta
En realidad se trata de una máquina de cabezal vertical de características universales, dotada de una versatilidad excepcional que la hace insustituible para múltiples trabajos, especialmente en el taller de utillaje, en el de prototipos, para reparaciones, etc . La figura 10 .18 representa una fresadora de este tipo . En ella se puede apreciar sus órganos más importantes: - Montante . La columna o montante de la máquina (1) realiza solamente una función sustentadora del brazo y el cabezal . Lleva una plataforma circular graduada donde asienta una mesa rotativa (2) en cuyas guías se desliza un brazo o puente (3) movido por un mecanismo manual ; el puente se puede fijar en cualquier punto de su recorrido gracias a unos tornillos a propósito. - Brazo . Es un prisma de fundición en cuya cabecera existe una sólida articulación (4) con dos ejes perpendiculares entre sí ; uno de ellos pivota sobre el brazo y el otro es el eje de giro de todo el grupo del cabezal . - Cabeza/. Consta de un motovariador de velocidad sin escalonamientos (5) de regulación manual exterior (6) que mueve el husillo (7) . Dicho husillo tiene un recorrido vertical muy preciso, lento, con el volante (8) o sensitivo, por me dio de la palanca (9) . Por medio de una palanca de embrague se puede introdu267
cir el avance automático del husillo y con un sistema de tope el límite de la penetración, se móvil, que señala produce la desconexión automática .
- Ménsula y mesa portapiezas . La ménsula se mueve medio de una manivela que actúa manualmente por sobre un par de piñones cónicos (fig . 10 .19) según el sistema ya conocido de la fresadora universal . El carro transversal es movido manualmente por medio de un mecanismo de husillo y tuerca .
Fig. 10. 19 Corte vertical de la mesa y los carros de una fresadora de torreta
(Holke) . 10 .5 .1
Movimiento de la mesa
La mesa longitudinal es el único carro que tiene movimiento Para ello se instala en su extremo automático . o bajo la misma una caja de vencional provista de piñones avances condeslizantes y de un motor propio . acoplado por En el eje del motor va un visinfín (fig . 10 .20) que engrana con una rueda montada en el árbol primario que transmite a su vez el movimiento a un árbol secundario . Este árbol lleva una camisa deslizante con un piñón solidario que puede engranar sucesivamente con una serie de ruedas dentadas, árbol primario . conectadas al A partir de aquí, el movimiento se transmite a un piñón que integra, junto con otros cónico (fig . 10 .20) dos, el mecanismo de embrague e inversión del sentido del movimiento de la mesa . El volante que se ve en la parte inferior sirve para mover un que sirven para obtener las par de ruedas velocidades rápidas y lentas, respectivamente .
268
Fig.
10.20
10 .5 .2
Caja de avances de la mesa (Holke).
Posíbilidades de trabajo
Gran parte de su amplio campo de mecanizado se lo debe a la triple articulación del conjunto cabezal-brazo . En efecto, la articulación del brazo permite una inclinación transversal de 45° en ambos sentidos (fig . 10 .21) y lateral de 90° sobre un plano perpendicular al anterior . Además, la plataforma giratoria del montante hace que todo el conjunto pueda pivotar 360° sobre su eje, con lo cual la fresa puede barrer la superficie de la mesa en cualquier posición que ésta tenga .
Fig .
10.21
Campo de trabajo de, una fresadora de torreta .
Además de las operaciones habituales de fresado utilizando fresas de eje vertical, mediante la incorporación de un cabezal en el extremo del husillo, puede obtenerse un cambio de posición de la herramienta, que pasa a ser horizontal (fig . 10 .22) . Asimismo, con ayuda de una luneta, que se coloca sobre las guías del brazo, es posible instalar un árbol portafresas horizontal para trabajos con fresas cilíndricas y de disco (fig . 10 .23) . 269
Su peculiar construcción permite ampliar fácilmente la altura máxima admisible de las piezas que se trabajan con sólo introducir un suplemento debajo de la plataforma giratoria del brazo (fig . 10 .24) . Finalmente, esta máquina es ideal para realizar cómodamente trabajos de fresado en los extremos de piezas largas (fig . 10 .25) así como fresados y taladrados en posición inclinada (fig . 10 .26) . A veces se instala en el extremo del brazo otro cabezal de características distintas al principal (por ejemplo, una unidad de mortajar) que puede ser colocado en posición de trabajo con sólo girar el brazo el ángulo necesario.
Fig . 10.22 Empleo de un cabezal de conversión de eje horizontal.
Fig. 10.23 tafresas.
Fresado con el árbol por-
Fig. 10.25 Fresado en el extremo de una pieza de gran longitud.
10 .6
Fig . 10.24 Suplemento para elevar la altura del brazo .
Fig. 10.26 Taladrado inclinado en un cuerpo de válvula .
Fresadora copiadora
Se trata de una máquina con estructura parecida a las fresadoras normales pero que está dotada de un sistema de seguimiento de una forma preestablecida (copiador) que hace mover los carros de la máquina de modo tal que la herramienta de fresar reproduce las características geométricas de la plantilla sobre el bloque del material que se quiere mecanizar . El sistema de copiado puede ser de naturaleza muy diversa y es lo que diferencia unas copiadoras de otras . Los más empleados son los mecánicos, hidráulicos, electrohidráulicos y electrónicos . 10 .6 .1
Fresadora copiadora mecánica
Es una copiadora tridimensional que utiliza el pantógrafo como mecanismo de reproducción . Este dispositivo consiste en un paralelogramo articulado (fig . 10 .27) que lleva un palpador (6) en el extremo de uno de sus brazos y un husillo portafresas en la corredera (3) . Cuando se desplaza el dedo (6), la fresa 270
describe sobre la pieza (5) una figura geométricamente semejante a una plantilla o modelo (7) . La escala de copiado se determina por la relación de distancias de la articulación (1) a la fresa y al palpador, respectivamente. Dicha escala se puede variar moviendo las correderas (2) y (3) sobre los brazos que, precisamente con esa finalidad, llevan grabadas unas marcas que corresponden a las escalas más comunes. La máquina consiste, en esencia, en una columna con una articulación para apoyo del pantógrafo y en unos carros portamesas ; una para montar la pieza y otra para la plantilla (fig . 10 .28) . El husillo portafresas se mueve por medio de unas poleas con correa de sección redonda . El palpador se controla manualmente, gracias a una palanca que lleva el brazo del pantógrafo . La magnitud de las fuerzas de fresado debe ser escasa, porque el pantógrafo no es un mecanismo rígido, sino que tiene muchas articulaciones . Por eso se emp:5aa para ejecutar trabajos delicados (gantillas, patrones, pequeMs moldes poco profundos, grabado de cifras, formas, dibujos, etc .) .
Fig . 10.27 Esquema de pantógrafo . 10 .6 .2
Fig. 10.28
Vaciado de un molde en una fresadora de pantógrafo .
Fresadora copiadora hídráu)ica
Como su nombre indica, tanto el dispositivo de mando como los órganos de accionamiento del copiado son oleohidráulicos . El funcionamiento del sistema de copiado es como sigue (fig . 10 .29) . La válvula distribuidora (V), solidaria al palpador (M), recibe aceite a presión, procedente de la bomba (B) . Según los movimientos del vástago, que permanece en íntimo contacto con la pieza, el aceite de la cámara (C) penetra por (A,) o (A.) hacia el cilindro (D), con lo cual su émbolo se mueve en uno u otro sentido . Por las mismas aberturas se efectúa el retorno del aceite procedente del cilindro . Si el palpador se desplaza hacia la derecha, póngase por caso, aumenta automáticamente la presión en la cámara posterior del cilindro y el émbolo se mueve también hacia la derecha, empujando la mesa o carro al que está conectado .
Fig. 10.29 Copiado hidráulico . 27 1
Ahora bien, el copiado puede efectuarse según un solo eje (monoaxial), según dos ejes (biaxial) y, por último, según tres ejes (triaxial o tridimensional) . Estos conceptos son también válidos para todos los sistemas de copiado. 10 .6 .2 .1
Copiado monoaxial
El copiado sólo se verifica sobre un eje (fig . 10 .30), por ejemplo el vertical . En este caso el desplazamiento longitudinal necesario para recorrer todo el perfil puede obtenerse automáticamente con la mesa de la fresadora. Es el copiado clásico de plantillas, si bien no pueden superarse con él pendientes mayores de 60° . Fig. 10.30 Copiado monoaxial.
10 .6 .2 .2
Copiado biaxial
El copiado biaxial es el resultado de dos movimientos combinados según dos ejes, normalmente X, Y (fig . 10 .31) . Su empleo es clásico para el copiado de levas excéntricas, etc . En el caso de una leva, el movimiento resultante de la fresa respecto a la pieza debe ser tangente a la curva en cada punto considerado, según se aprecia perfectamente en la figura citada . 10 .6 .2 .3
Fig. 10.31
Copiado biaxial.
Copiadora triaxial
Las formas perfiladas tridimensionales se labran en el copiado triaxial por medio de sucesivas pasadas, según planos paralelos por medio de una fresa cilíndrica de mango con los dientes frontales redondeados . En el proceso de copiado la fresa sigue una trayectoria definida en el plano Z X, pero al término de cada pasada es preciso desplazarla también sobre el eje Y (fig . 10 .32) . Es el copiado habitualmente empleado en el mecanizado de moldes, matrices y similares. 10 .6 .3
órganos principales de una fresadora copiadora hidráulica Su apariencia general no difiere demasiado de las fresadoras convencionales. Así, en la figura 10 .33 aparece una fresadora copiadora cuya estructura general corresponde a la fresadora de torreta ya estudiada .
Fig. 10.32
Z Copiado triaxial.
Fig . 10.33 Fresadora de torreta con instalación de copiado hidráuóco tridimensional Holke . 272
Al lado del cabezal lleva el dispositivo palpador, finamente regulable en cada uno de los tres ejes por medio de una combinación de carros móviles, mandados por volantes . El dispositivo copiador representado es triaxial y se compone esencialmente de la válvula distribuidora solidaria al palpador, el motor hidráulico, perfectamente visible, para el movimiento automático longitudinal, el motor hidráulico que mueve el carro transversal, un cilindro de doble efecto para mover la ménsula y la central hidráulica, formando grupo aparte de la máquina . Desconectando el sistema hidráulico y retirando el palpador, la máquina se transforma en una fresadora de torreta normal . 10 .6 .4
Práctica del copiado
En primer lugar hay que preparar un modelo de la pieza que se desea reproducir en material consistente (madera, araldit, aleación ligera, etc .) y tamaño 1 : 1 . Luego, dicho modelo o plantilla se coloca en la mesa de la máquina junto con el bloque metálico desbastado del que se obtendrá la pieza y ambos se fijan con bridas u otro sistema equivalente . Los ciclos de trabajo empleados pueden ser: manuales, con la acción sensitiva del operario acompañando al palpador; semiautomáticos, con la introducción de la nueva pasada por el operario al terminar la anterior y, finalmente, automáticos, con pasadas sucesivas por estratos paralelos hasta un número limitado de ellas . Un ejemplo de ciclo manual (que no significa que los movimientos de los carros sean manuales) es el contenido en la figura 10 .34. El operario controla el vástago palpador y con él ejerce sobre el contorno del modelo una suave presión ; la fresa irá reproduciendo simultáneamente sobre la pieza el perfil deseado. Para vaciar el molde de la figura 10 .35 puede establecerse un ciclo semiautomático a base de pasadas longitudinales y desplazamientos transversales hasta completar todo el ancho de la pieza. Como el vaciado no puede hacerse de una sola vez, es necesario hacer penetrar la fresa manualmente, después de terminar el mecanizado de un determinado nivel (fig . 10 .36) . Esta penetración se efectúa sin intervención del operario en los ciclos automáticos gracias a la existencia de un dispositivo de topes regulables que permite establecer un número limitado de estratos o alturas a mecanizar (fig . 10 .37) . Además, puede establecerse, en todos los casos, una fase de desbaste y otra de acabado, si las características de la pieza así lo aconsejan . 10 .6 .5
Otros sistemas de copiado
Entre los demás sistemas destaca claramente el copiado electrónico . Este sistema se basa en un cabezal copiador acoplado a un extensímetro a resistencia que emite una corriente o señal proporcional al desplazamiento del palpador sobre cada eje X, Y, Z. En la figura 10 .38 se ve un copiador electrónico montado sobre el cabezal de una fresadora de bancada fija Secmu, copiando un molde con modelo de madera dura . 10 .7
Fresadora de ciclos automáticos
Es una máquina destinada a la ejecución de procesos de fresado relativamente sencillos, cuyas secuencias se reproducen ordenadamente de modo continuo (ciclo continuo) o interrumpido (ciclo intermitente) según un programa establecido de antemano . 273 18 .
Fig . 10.35 Copiado con pasadas longitudinales y desplazamientos transversales .
Fig . 10.36 Vaciado de un molde con penetración manual. Obsérvese los recorridos improductivos que se producen.
Precisión del copiado hidráulico
El dispositivo de seguimiento no es más que un servomecanismo, que emite unas señales de mando a los órganos de fuerza (cilindros, motores. . .) . Como estas señales son debidamente amplificadas, el copiador es capaz de re producir con gran fidelidad los mínimos detalles del modelo . Los errores dimensionales son inferiores a ± 0,05 mm . La presión del palpador sobre el modelo es muy baja ; del orden de 250 g/cmz . Esto evita tanto las deformaciones elásticas del vástago, como las del mismo modelo, construido muchas veces de material relativamente blando . 10 .6 .6
Fig . 10.34 Copiado por conducción manual del vástago.
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig . 10.37 Vaciado del molde anterior con penetración automática por estratos paralelos .
Fig . 10.38 Copiado electrónico según un modelo de madera en una fresadora-mandrinadora Secmu .
Una vez preparada la máquina, el operario se limita a pulsar el botón de marcha y a cambiar la pieza terminada por otra nueva si el ciclo es intermitente y si, por el contrario, el ciclo es continuo ni tan siquiera debe parar la máquina porque las secuencias se reproducen indefinidamente (en tal caso hay que preparar un sistema de seguridad para impedir accidentes durante la manipulación de las piezas) . Es evidente que estas fresadoras son ideales para las series medianas y grandes. 10 .7 .1
Características generales de las fresadoras de ciclos
Son máquinas muy robustas y de diseño compacto, con frecuencia son máquinas de bancada fija, con lo cual el movimiento de la mesa es sólo longitudinal y los otros movimientos, vertical y transversal, dependen del cabezal portafresas . La fresadora de la figura 10 .39 recuerda más bien, a pesar de lo dicho, a una fresadora universal . Carece de carro transversal y, en cambio, se le ha incorporado un puente motorizado que permite mejorar su capacidad de trabajo . La máquina se programa mediante la regla de topes móviles (fig . 10 .40) que definen dos funciones: determinación de los desplazamientos de la mesa y cambio de velocidad o de sentido . Dichos topes actúan sobre los microrruptores que lleva la caja de contactos y estos emiten una señal eléctrica al motor de la mesa .
Fig . 10.40
Fig . 10.39
kartu . 274
Disposición de los topes móviles y los microrruptores en la fresadora de ciclos Aikartu .
Fresadora de ciclos automáticos Ai-
Ciclos característicos
10 .7 .2
punto de partida
Ante todo, conviene arbitrar una representación simbólica de los movimientos de fresado que permita dibujar esquemáticamente el ciclo que interese ; los símbolos escogidos se indican en la figura 10 .41 . Por consiguiente, el esquema de la figura 10 .42 indica las siguientes secuencias : inicial .
0,1 ; 1,2; 2,3; 3,4 ; 4,5;
avance lento de trabajo sobre la primera pieza o superficie . desplazamiento rápido hasta la otra pieza o superficie a mecanizar. fresado de la segunda pieza o superficie . no existe desplazamiento (propiamente no es una secuencia) . retroceso automático al terminar la secuencia 2-3 hasta la posición
Un ciclo de esta naturaleza se denomina ciclo longitudinal y puede ejecutarse con un solo movimiento de la pieza (longitudinal en ambos sentidos) . La figura 10 .43 representa un ejemplo de ciclo cuadrado, llamado así porque son necesarios dos movimientos para llevarlo a cabo . La lista de secuencias es como sigue:
D
parada inversión automática
vv~rv
movimiento de trabajo no existe desplazamiento en la dirección indicada por la posición de los trazos sentido de movimiento (absoluto o relativo)
Fig. 10.41 Símbolos para los esquemas de ciclos de trabajo .
- 0,1 ; movimiento rápido de aproximación .
- 1,2; primer fresado . - 2,3; movimiento rápido de aproximación . - 3,4; segundo fresado. - 4,5; salida rápida . - 5,6; desplazamiento transversal (obsérvese la flecha inclinada) . - 6,7; 7,8; 8,9; etc., repetición de secuencias en sentido contrario . - 11,0 : desplazamiento transversal hasta el punto de salida y parada automática Para clarificar un poco el ejemplo propuesto se puede suponer que se trata de cepillar con una fresa frontal las caras superiores de cuatro piezas . Se colocan todas ellas sobre la mesa en un utillaje adecuado y la fresa va traba jando sucesivamente sobre cada una de modo automático, hasta regresar al punto de partida (fig . 10 .44) . Una variedad de ciclo muy importante es el ciclo cúbico . Para realizarlo se precisa la posibilidad de desplazamiento sobre tres ejes ; o sea, además del longitudinal y el transversal, propios de ciclo cuadrado, es necesario que exista movimiento vertical .
10 Fig.
9
8
10. 43
10 .7 .3
7 Fig . 10. 44
Ejemplos de ciclos de fresado
En la figura 10 .45 se muestra el fresado de tres ranuras frontales en tres vástagos cilíndricos con tres fresas de disco montadas en el árbol horizontal . Se trata de un ciclo continuo de tipo pendular ya que las fresas van actuando sobre cada grupo de tres piezas mientras el operario sustituye las ya terminadas durante el tiempo que dura el fresado de las otras tres . No existe movimiento transversal ni vertical ya que el ataque de las herramientas se efectúa según el eje de las piezas . La figura 10 .46 muestra un ejemplo muy interesante ; se trata del fresado de los chaveteros de un pequeño árbol de transmisión. Para ello, se ha construido un utillaje con dos mordazas de accionamiento rápido que sujetan correctamente las piezas y las dejan bien alineadas . La fresa frontal de dos cortes, sujeta por una pinza, se aproxima rápidamente al primer árbol desde el punto de partida y, al llegar a la cota conveniente, efectúa su penetración hasta la profundidad adecuada, para continuar fresando toda la longitud del chavetero sin detenerse. Fresado el primer chavetero, la fresa 275
movimiento rápido movimiento de trenado
Fig .
10. 42
Fig.
Fig.
10.45
10.46
Fresado de las ranuras de las cabezas de un vástago .
kw"j
Fresado de los chaveteros de un árbol.
se eleva' a la altura programada y avanza hasta el segundo dez, prosiguiendo de igual modo chavetero con rapique en el primer fresado . Terminada la primera pieza, la mesa se desplaza rápidamente hacia la izquierda y el operario puede cambiar la pieza terminada con toda comodidad mientras la máquina segundo árbol. trabaja el Es evidente que la fresa puede trabajar por trepado y en un mismo ciclo. En tal caso debe existir un sistema automático concordancia dentro de el juego que actúe sólo cuando de ajuste para suprimir se trabaje por trepado . Las reglas, con los topes colocados a la medida, pueden guardarse tuno para que cuando se presente en un lugar oporla ocasión de repetir un ciclo tar en la máquina la regla determinado, baste moncorrespondiente, sin necesidad de volver a situar los topes . 10 .7 .4 Programación por medio de matriz y clavijas-diodo El sistema explicado tiene muchas limitaciones y sólo es ciclos muy sencillos . adecuado para Para mejorar la capacidad de programación se recurre a un sistema triz y clavijas diodo . La matriz de maestá formada por dos placas aisladas que llevan En realidad, lo que se mueve es la consola que desciende a la cota I mismo que si se elevara la necesaria . Sin embargo el efecto fresa . es
276
impresas unas líneas conductoras en forma de malla ortogonal, de modo que cada órgano de la máquina está conectado a una línea horizontal y cada línea vertical está unida, a su vez, con un contador paso a paso . Las líneas horizontales expresan las funciones de los órganos de la fresadora (avance rápido, avance lento, paro, marcha, movimiento longitudinal en un sentido, etc.), y las verticales representan las secuencias o serie de operaciones elementales en que se puede dividir un proceso . Los límites de cada secuencia se obtienen por medio de reglas de topes graduables situadas en cada uno de los carros móviles. Dichos topes actúan sobre unos microrruptores agrupados en cajas protectoras y de este modo producen una señal dirigida que indica al contador el fin de una secuencia . El funcionamiento del sistema puede verse en la figura 10 .47. Un impulso eléctrico procedente del microrruptor accionado por un tope alimenta la bobina del electroimán (E), el cual atrae al vástago del trinquete (T) hacia atrás . La señal eléctrica llega también al índice distribuidor que la dirige a la columna 1 de la matriz . Allí, por medio de la introducción de dos clavijas-diodo, se envían dos órdenes a los órganos de la máquina; movimiento longitudinal hacia la derecha, por un lado, y marcha lenta por otro . Al finalizar el impulso, el trinquete vuelve a su posición adelantada y la rueda (R) avanza un diente . Con ello se logra que el índice (1) pase a conectarse con la secuencia 2, a la espera de una nueva señal eléctrica . Las clavijas-diodo sirven para dar órdenes concretas (funciones) en cada secuencia . Por ello se han introducido dos en la primera secuencia ; una, en el nudo correspondiente al avance longitudinal a la derecha; y otra, en el nudo de movimiento lento porque se desea obtener, por ejemplo, un desplazamiento lento hacia la derecha de la mesa . En la segunda secuencia, las funciones ordenadas son: que continúe el avance hacia la derecha de la mesa, pero que en esta ocasión se efectúe con rapidez. Para ello, se colocan dos clavijas en el lugar correspondiente . Para las demás secuencias se procede de igual forma. En la figura 10 .48 se representa la placa matriz de una máquina cuya capacidad de programación es de 48 secuencias y 16 funciones.
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Fig. 10.47 Esquema del sistema de programación por matriz y clavijasdiodo.
pilotos señalizadores de secuencia fin de ciclo temporización 2 eliminación de un tope en 2 eliminación de dos topes en 3 selección regla B velocidad de frenado velocidad rápida movimiento longitudinal a la derecha movimiento longitudinal a la izquierda movimiento transversal hacia atrás movimiento transversal hacia adelante movimiento vertical hacia arriba movimiento vertical hacia abajo puesta en marcha de la fresa paro de la fresa alimentación
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O w P
C
Fig. 10.48 Placa matriz con indicación de funciones. 10 .7 .5
Colocación de los topes
Los topes que pulsan los microrruptores de mando se deslizan a lo largo de las ranuras de una regla y se pueden situar en la posición que convenga . La posición de cada tope se fija con ayuda de una regla de medida, respecto a un origen o punto de referencia . Se supone que deben situarse topes para la realización del ciclo longitudinal de la figura 10 .49 . El primer tope (A) se coloca coincidiendo con el eje de la fresa, a la distancia a del origen (0) . El segundo tope (B) se hace coincidir con la pared de la pieza, teniendo en cuenta una separación b entre la fresa y la pieza; luego la distancia al origen será a + b. El tope (C) servirá para precisar la parte trasera de la pieza y, por consiguiente, se sumará la cota c o longitud de la misma a las anteriores, resultando una cota acumulada a + b + c. Por último, el tope (D) indica el final del ciclo con la detención de la fresa, después de que ésta haya recorrido el tramo d. El tope (D) estará a la distancia a + b + c + d del origen (0) . 277
Fig. 10.49 Colocación de los topes.
Los ciclos reales suelen ser mucho más complicados y hay que usar reglas para los movimientos longitudinales (unas para las idea y otras para los retornos, por ejemplo) ; además, claro está, de las reglas de topes correspondientes a los desplazamientos verticales y transversales . 10 .8
Fresadora de mando numérico (C . N .)
En realidad no se trata de un modelo estructuralmente diferente de máquina, sino de un sistema de control de las funciones y movimientos de una fresadora y, evidentemente, no sólo de esta clase de máquina-herramienta, sino que también tiene aplicación en el torno, mandrinadora, etc . Según esto, hay fresadoras verticales a C. N . fresadoras de torreta a C . N., etc . En esta fresadora la información necesaria para la ejecución de un proceso es introducida en los órganos de control por medio de un lenguaje adecuado y seguidamente estos datos son introducidos en impulsos de mando sobre los órganos de la máquina . De este modo es posible automatizar totalmente un proceso, incluido el cambio de herramienta, aunque esto es más propio de fresadoras-mandrinadoras, denominadas centros de mecanizado . 10 .8 .1
Sistema de registro de la información Como vehículo de introducción de datos se emplea normalmente cinta perforada o magnética. La cinta perforada es una banda de longitud variable que lleva una serie de orificios, dispuestos ordenadamente según un código binario . Como el alumno ya sabe, el sistema binario tiene únicamente dos cifras 0 y 1 y todos los números, por grandes que sean, están constituidos por estas dos cifras . Ahora bien, como el sistema de numeración, que se emplea habitualmente, es el decimal, es preciso convertir los datos decimales en binarios para pasarlos a la cinta . La norma fundamental que debe recordarse es : la cifra 1 se simboliza por un agujero; la cifra 0 está representada por la ausencia de agujero. Por consiguiente, los números decimales convertidos en binarios se introducen en la cinta, respetando las pistas o zonas previstas para ello . Las letras y símbolos diversos (%, +, - /, etc .), se representan también según el sistema binario . Para ello ha sido preciso crear unos códigos de conversión ; el más extendido actualmente es el E.I .A ., aunque recientemente ha aparecido el código I .S .O . que será el que se imponga en el futuro . En la figura 10 .50 aparece un fragmento de una cinta de 8 pistas y una de tracción, de las cuales cuatro son para cifras . Si los números decimales equivalen a los binarios indicados, la perforación de la cinta será la que indica la figura citada ; o sea, el número binario 10, equivalente al decimal 2, se representa en la cinta (tercera fila) por la ausencia de agujero en la primera pista y por un agujero, en la segunda . - pista de tracción
8 7 6 5 4 pistas -I I I número decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
32 1
ui
0 0 1
número binario
1 1
1 1 1 1 0 0
1 1 0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
2 E 3 m ~m
o
ot
4 ~ 5 mm 6 -oa oo . 7 ~C a, C m 8 NN
o o
0 1 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0
" "
" "
o 0 o 0
Fig. 10.50 Registro de la información en una cinta perforada.
10 .8 .2
Dispositivo de mando
Este aparato debe disponer de un órgano capaz de interpretar la información codificada que tiene la cinta y en base a la posición y al número de agujeros establezca determinados contactos eléctricos que afecten a los motores y a los demás órganos que controlan los movimientos de la máquina . El dispositivo de mando está constituido por tres bloques fundamentales: - Lector. Es el órgano que traduce los símbolos impresos en impulsos eléctricos . Puede ser de lectura mecánica, fotoeléctrica, neumática y eléctrica. Si la cinta es magnética el lector magnético es semejante al utilizado en la impresión . - Calculador. Los impulsos eléctricos pasan al órgano de cálculo que después de elaborarlos los transmite al servosistema . - Servosistema . Es el que determina los movimientos de la máquina en conformidad con las instrucciones recibidas del calculador . A su vez, el servosistema se divide en : el trasductor, que controla la posición ocupada por la pieza o la herramienta respecto a la posición de referencia, y el comparador, que verifica la diferencia de cota instantánea entre la posición real de la herramienta y la que teóricamente debe alcanzar . Cuando se alcanza una perfecta concordancia entre lo programado y lo real, se anulan las señales eléctricas y el movimiento se detiene . 10 .8 .3
Clases de mecanizado por control numérico
El mecanizado por control numérico se divide en dos variedades : mecanizado punto a punto y mecanizado por contorneado. - Sistema punto a punto. En él, tanto la herramienta como la pieza deben ocupar una posición determinada que no varía durante toda la operación (fig . 10 .51) . Este sería el caso de un taladrado, mandrinado, etc . - Sistema por contorneado. El órgano de mando debe dirigir la herramienta de modo continuo, según una trayectoria determinada y perfectamente definida (fig . 10 .52) . Para fresar el perfil de una leva sería necesario este sistema . 10 .8 .4
Organización del trabajo en el fresado por C. N.
La organización del trabajo propia del mecanizado por C . N . presenta una variación importante respecto al mecanizado convencional, debida fundamentalmente a la preparación de la información que debe introducirse en el dispositivo de mando. El esquema general del tratamiento de la información está reflejado en la figura 10 .53. El plano de la pieza (1), junto con las hojas de proceso (2), sirven para confeccionar la hoja de programación ( 3 ), escrita en un lenguaje adecua do (APT, IFAPT, etc .) que no es todavía el código binario descrito anteriormente . Dicho lenguaje permite sintetizar y racionalizar al máximo las secuencias del proceso de fresado; así, la función G 81 corresponde a un taladrado con centraje y retorno rápido . La hoja de programación permite obtener la cinta perforada (5) y el listing o programa, (6) en la máquina de escribir con perforador de banda (4) . Después de verificado el programa, se introduce la cinta en la unidad de mando (7) y se realiza un ensayo en vacío . Subsanados los posibles errores y ajustado todo el equipo puede empezar la fabricación propiamente dicha.
Fig . 10.53 el C. N.
Organigrama del proceso de información en
279
`
Fig. 10.51 Mecanizado por C . N., punto a punto .
Fig. 10.52 Mecanizado por C. N., por contorneado .
10 .8 .5
Ventajas del mecanizado por C. N.
Algunas de las ventajas de las fresadoras de C. N . son las siguientes : - Economía, incluso para series pequeñas . - Número de operaciones ilimitado y de forma automática . - Fresado de cualquier perfil interior o exterior en C. N . por contorneado. - Reducción al mínimo del número de fijaciones . - Tiempos de elaboración mínimos y productividad constante . - Precisión máxima . - Facilidad de cambio y almacenamiento de programas. - Mano de obra no cualificada . Existen numerosas variantes en los equipos de C. N . tendentes a reducir el precio de la máquina, que ciertamente es muy elevado, y a facilitar la preparación de los programas y las cintas . En la figura 10 .54 aparece una fresadora de bancada fija a C . N . mecanizando una pieza de fundición sujeta sobre una mesa giratoria automática .
Fig . 10.54
Fresadora de bancada fija a C . N. Ernault-Somua .
CUESTIONARIO 10 .1 10 .2 10 .3 10 .4 10 .5 10 .6 10 .7 10 .8 10.9 10 .10 10 .11
Diferencias principales entre la fresadora universal y la vertical . Estudiar las razones de la solidez de la fresadora de bancada fija . Empleo de las fresadoras de bancada fija . Descripción de los órganos principales de una fresadora de utillaje . Posibilidades de trabajo de la fresadora de torreta. Clases de fresadora-copiadora, Copiado hidráulico . Fresado por ciclos automáticos . Describir un ciclo sencillo de fresado con empleo de los símbolos estudiados . Programación por matriz . órganos de mando en el C. N.
Tema 11 . Procesos de fresado
OBJETIVOS - Estudiar algunos procesos de fresado característicos, con indicación de las operaciones a realizar, los utillajes y accesorios, los aparatos de verificación y las fresas empleadas en cada caso.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Este tema se refiere íntegramente al estudio de los procedimientos de trabajo que se emplean en las fresadoras, especialmente las universales, con objeto de dar al alumno una visión más concreta de las posibilidades de mecanizado que poseen . Para ello, y como condición previa, es preciso repasar algunos conceptos básicos que aquí se dan por sabidos, por cuyo motivo conviene tener a la vista la Tecnología Mecánica 2.1 Máquinas Herramientas. 11 .1
Fresado de una regla
Se supone que dicha regla va a servir de base para la fabricación de tuercas de anclaje, aptas para ser empleadas en las ranuras en T de las máquinas herramientas (fig . 11 .1) . Para ello se preparan trozos de 30 x 30 x 200 de acero F-1525 en la sierra o troceadora . La regla en bruto se coloca en una mordaza con garras de fleje para empuje hacia abajo de piezas en bruto y se nivela aproximadamente . Debajo se coloca un grueso de acero bien calibrado para que la cara que se va a mecanizar se eleve por encima del borde de las garras . Evidentemente, el voladizo lateral de la regla respecto a la mordaza no puede ser excesivo . En primer lugar conviene fresar las bases inferior y superior de la regla. Con este objeto se instala en la máquina el cabezal universal y una fresa frontal de dos cortes . Después de fresada una cara, se da la vuelta a la pieza y se deja la altura a la medida, controlando el paralelismo de ambas caras. Seguidamente conviene cambiar las garras de fleje por garras de cuña, de apriete hacia abajo, ya que la pieza se sujeta ahora sobre superficies elaboradas . De esta forma, se mecanizan sin problemas las dos caras laterales . Para fresar los dos escalones laterales hay que desmontar el cabezal universal y sustituirlo por el árbol portafresas horizontal y la luneta correspondiente . En aquél se montan dos fresas de disco de tres cortes, separadas por un anillo que se ajusta exactamente a la distancia necesaria y se controla el alabeo que puedan tener, por medio del comparador, así como la horizontalidad de los filos periféricos . 281
FORMACION
Hoja
PROFESIONAL
Escala
Material F-1525
SF
DP.
proceso
Dimensiones en bruto 30 x 30 x 200
Designación
Croquis
Útil Herramienta
Mordaza Garras de Fleje Fresa f . 2/c 50 36 Regla
121 1-Fresar la cara 8
Desmontar el cabezal vertical Montar árbol portafresas Montar tren de fresas Nivelar la regla y fijarla Centrar fresas
I
Verificación
1
1-2- 3
N. n a V pasadalmlminlr.p .m . mmlr
350
Garras de cuña
Gramil Pie de rey
2
22
0,5
1
2
350
1
Montar sierra de disco en el árbol portafresas Colocar mordaza con tope y fijar pieza
p
mm
1
3-2
1
0,5
1
3-2
0,5
1
3-2
Reloj comparador
0,2
Efectuar chafla-
Sierra de disco 100 x 3
FU
350 1 0 , 5 I 3-2
350 2 Fresas de 3/c 80 x8 x27 Regla Casquillo separador
I
Máquina
N° de pieza 022050
Pie de rey
Chaflanadora . nes laterales
Fase
Gramil
Pie de rey
3
Cambiar las garras Nivelar y fijar la pieza Fresar la cara 6
Hoja n°
Denominación Tuerca de anclaje
11 /Montaje del aparato vertical y la fresa 12 Colocación de la mordaza 13 Fijación de la pieza
2
de
Pie de rey
0
na
1
10
á
,m ti
El par de fresas se centra haciendo que una de ellas roce apenas con una cara lateral mecanizada y desplazando el carro transversal la distancia justa. El fresado de los escalones se realiza de una sola pasada . Los chaflanes de la base de la regla es mejor obtenerlos por amolado que no por fresado, empleando una máquina de chaflanar . El problema clásico que presenta el empleo de mordaza es la tendencia a levantarse que experimenta la pieza cuando se cierran las garras, lo que implica problemas de paralelismo y perpendicularidad entre caras mecanizadas. Para evitarlo se emplean diversos procedimientos, como los propuestos en este ejemplo; entre ellos, es interesante también el uso de un rodillo entre la pieza y la garra de la mordaza, según se explica en el tema de fijación de las piezas .
11 .2
Troceado de la regla
Para cortar la regla en trozos equivalentes a una tuerca hay que emplear la sierra de disco . Como el trabajo de troceado es muy delicado, conviene escoger una fresa con un número de dientes proporcional a la dureza del material y montarla bien centrada y protegida con discos laterales de diámetro adecuado . La operación de corte se facilita en gran medida con el uso de un tope regulable, bien sea perteneciente a la misma mordaza, bien montado sobre la mesa de la fresadora (por ejemplo, una pequeña escuadra atornillada a la mesa) . La pieza que se corta se coloca apoyada contra el tope por su cara lateral y, una vez finalizada la operación, se afloja la mordaza y se avanza la regla de nuevo contra el tope, cuya distancia a la fresa es igual, evidentemente, a la anchura del trozo separado . Se procede así sucesivamente hasta el final . Cuando se inicia el corte, conviene que ninguna arista de la pieza esté dirigida contra el diente de la sierra, ya que es fácil que se introduzca en el hueco del diente una porción o cuña de material que aquél no puede cortar y, en consecuencia, su rotura es inevitable .
11 .3
Fresado de una base prismática
Se trata de un ejemplo de empleo de una fresa-plato de cuchillas y de sujeción por bridas . La pieza en bruto es una base prismática de fundición cuya forma recuerda lejanamente la doble T (fig . 11 .2). Después de estudiar cuál es el mejor proceso a seguir, habida cuenta de la necesidad de refrentar los extremos de la pieza, se decide que lo más conveniente es trabajar directamente con el husillo principal y con el árbol portafresas, respectivamente . Las caras superior e inferior de la base se planean con una fresa-plato de poco diámetro, montada directamente en la nariz del husillo de la fresadora, mientras que la pieza se sujeta en una escuadra colocada perpendicularmente al eje de la fresa. Las bridas que la sujetan se sitúan con facilidad, aprovechando las pequeñas alas que presenta el perfil . Los extremos de la pieza se planean con la fresa-plato y con la base mayor apoyada en la mesa . Puede utilizarse una regla de referencia atornillada a la mesa y situada paralelamente al eje de la fresa, contra la que se apoya la cara lateral de la pieza. En todo caso hay que comprobar con el comparador que ambos extremos quedan paralelos entre sí y perpendiculares a las bases mecanizadas con anterioridad . Seguidamente, se instala el árbol portafresas horizontal con un tren de tres fresas de disco; las exteriores sirven para fresar las caras laterales y la intermedia está destinada a fresar la ranura estrecha que lleva el vértice de las superficies en V. Las fresas en cuestión van separadas por anillos calibrados a la medida exacta . La regla se apoya directamente sobre la mesa, retenida por bridas . El fresado del diedro rectangular se efectúa con una fresa bicónica, cuyo ángulo en punta es de 90° . El centrado de la misma puede hacerse por medio de una galga con relación a la ranura fresada anteriormente . Para fresar la ranura en T y los dos laterales restantes hay que invertir la pieza y emplear un sistema idéntico al utilizado, pero cambiando la fresa central . Como se ha movido la pieza, habrá que situarla correctamente respecto a las guías de la mesa con la ayuda del comparador y así mismo deberá centrarse el trío de fresas respecto a la pieza . 283
La subfase final comprende la sujeción de la regla en la escuadra del principio para poder terminar la ranura T. Por otro lado, en el husillo de la fresa se acopla un portapinzas y en él una fresa de T, de forma que su eje de giro sea horizontal . Con sumo cuidado, ya que se trata de una operación delicada, se termina la ranura que faltaba .
11 .4
Fresado de un escariador
Se trata de un escariador manual de dientes rectos para orificios cilíndricos . La fase de fresado se divide en dos subfases importantes: la primera es el fresado del extremo de la espiga cilíndrica para coplar el bandeador y la segunda es el fresado de las ranuras . El fresado de la espiga es un terminal de sección cuadrada, que se obtiene por medio del divisor, montando el escariador entre puntos . Este montaje servirá, además, para fresar las ranuras que darán origen a los dientes del escariador (fig . 11 .3) . Así, se instala el aparato divisor universal con la contrapunta y, por otro lado, se prepara el cabezal vertical y una fresa frontal de dos cortes con mango cónico, para acoplar directamente, o bien cilíndrico, para portapinzas . El divisor de plato de agujeros se prepara para efectuar cuatro divisiones y se empieza inmediatamente el fresado del extremo de la espiga, controlando la medida entre caras y la perpendicularidd entre ellas. Después de fresar el extremo cuadrado se prepara el divisor para ocho divisiones, igual a otras tantas ranuras que debe tener la herramienta, teniendo en cuenta que la posición del primer diente debe coincidir con la arista redondeada del extremo cuadrado . El cabezal vertical debe sustituirse por el árbol portafresas horizontal y en él se monta una fresa cónica de 75° . El escariador debe tener los dientes fresados de tal modo que la cara de desprendimiento esté alineada con el centro, o dicho de otra forma, que el ángulo de desprendimiento sea nula . Por esta razón, la fresa debe centrarse con exactitud, tal como se indica en la figura y, una vez hecho esto, puede darse sin más la profundidad de pasada, estableciendo la posición correcta del tope de recorrido longitudinal . Una vez fresado, el escariador pasa por tratamientos de temple y revenido y después por la rectificadora, para rectificar la espiga cilíndrica . Finalmente, en la afiladora se le da el ángulo de incidencia previsto a los dientes y se afila el cono de entrada .
11 .5
_
Mandrinado de un soporte
La pieza que hay que mecanizar es un soporte (fig . 11 .4) de un árbol de transmisión, con dos alojamientos para los dos rodamientos que lo sostienen . El soporte está constituido por varias piezas soldadas de acero F-1131 . En buena lógica, lo primero que se necesita es una base de partida fiable . Por consiguiente hay que planear la cara de apoyo del soporte, empleando para ello el plato de cuchillas acoplado directamente al husillo de la máquina. Seguidamente, con la base del soporte en contacto con la mesa, se refrentan las dos caras frontales del mismo porque deben quedar perpendiculares a los orificios que se realizarán en las siguientes operaciones. Así, sin mover la pieza, se procede a taladrar el orificio principal . Para ello hay que centrar el husillo de la máquina respecto a la pieza por medio de un mandril y un calibre de altura . Seguidamente, se taladran el orificio delantero y el posterior con brocas escalonadas, empleando un reductor ¡SO a Morse, colocado en la nariz del husillo principal . Una vez practicados los agujeros, hay que repasarlos con la barra de mandrinar para que queden bien alisados, perfectamente alineados y paralelos a la base del soporte . La barra de mandrinar lleva dos cuchillas ; la primera para el desbaste y la segunda para el acabado. El acoplamiento en el husillo de la fresadora se realiza por medio del cono ISO que lleva la barra en el extremo. La caja del orificio delantero se realiza con el cabezal automático de mandrinar así como la ranura para el alojamiento del anillo elástico de seguridad. 284
FORMACION
PROFESIONAL Material Fundición perlítica
Escala
SF. I OP.
2
1 21
3
31 32
4
5
I
s/modelo
Croquis
Escuadra fija Comparador Plato fresa Bridas
Fresar cara 7
Plato fresa 86 x 50
Dar la vuelta Fresar cara 1 Fijar base sobre la mesa . Nivelar y sujetar Fresar la cara 20
43
Dar la vuelta a la pieza
44
Fresar el extremo opuesto 21
51
Galga Comparador Bridas Pie de rey Fresa Escuadra 3/c 80x4 2 fresas 3/c 63 x 10 Fresa 2/c bicónica 90° 100 x 28 Fresa 3/c Comparador 63 x 10 2 fresas 3/c Pie de rey 80 x 12
Regla Bridas
6
61
7
71 72
8
81
Montar tren de fresas
82
Invertir la pieza . fijarla con bridas
53
Alinearla
y
191
Fresar ranura vertical de la T y laterales 6 y 13
10 1101
Montar escuadra fija sobre la mesa
102
11
Pie de rey
I
Fijar prisma sobre la escuadra y alinear correctamente . Fijar con bridas
103
Montar portafresas con manguito para la retención de la fresa T . Verificar la rotación
111
Fresar ranura horizontal de la T
Escuadra Bridas Porta fresas Pinza tipo Weldon Fresa T mango Weldon 19 x 10
Comparador Pie de rey Escuadra
Máquina, FU
N° de pieza 03 2504056
N. V n a Verificación Pasad Imlmin~r.P .m. mmlr
41 42
52
9
útil Herramienta
Colocar escuadra fija sobre la mesa. Alinearla Sujetar la pieza con bridas Montar plato-fresa
Montar árbol portafresas y tren de fresas Situar regla sobre la mesa, perpendicular al árbol Centrar fresas respecto a la pieza Fresar ranura 19 y caras laterales 2 y 17 Montar fresa bicónica y centrar Fresar superficies angulares 18
Fase 1
1
Denominación Base prismática para comparador
Dimensiones en bruto
Designación
12 13
Hoja n°
Hoja de proceso
I 20
2
2
20
-
c >`
P mm
I 64
0,5
1= 1,7-0,3
64
' 0,5
1,7
L
1
20
64
0,5
2,5
1
20
64
0,5
a 2,5
1
I 16
I 78
I 0,3
2
16
1 78 ~ 0,3
1 1
I
14 16
56 8
1
I 12
1212
I
0,3 0,2
Comparador Pie de rey Galga T
10,2
16
8 8
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material F-5127
Hoja de proceso Dimensiones en bruto
Hoja n .° 1
Fase
Máquina FU
2
Denominación Escariador cilíndrico manual
N° de pieza EC 18 195 M
N8
100
N6
demasias para afilado y rectificado 0,3-0,5=18+
ó3
detalle afilado diente
SF.
OP.
3
4
Fase 3 Fase 4 Fase 5 I
Croquis
11
Colocar aparato vertical
12
Acoplar fresa frontal con mango
13
Situar aparato divisor y prePararlo Montar escariador entre puntos
14 2
Designación
21
Fresar 4/c del extremo 1,2,3,4
31
Desmontar aparato vertical
32
Colocar árbol portafresas montar fresa cónica
33
Centrar fresa
34
Preparar divisor
41
Fresar ranuras de los dientes
Útil Herramienta
I
Verificación
No V n a Ipasadiqmlmin in__.
Ap . divisor Comparador Contra-punta Brida de arrastre especial
Fresa frontal 1Pie de rey 2/c 19/20 Escuadra
1 por l cara
18
I
p mm
2550 j 0,5
4
1
y Fresa cónica 63 x18 x22 75°
1 x I vano
16 1
78 10,211
j 2,8
Temple-revenido Rectificado del mango cilíndrico Afilado del ángulo de incidencia y del cono de entrada
M h
FORMACION PROFESIONAL Escala
Hoja de proceso
Material
Dimensiones en bruto
F-1131
Denominación
Útil ( Herramienta
OP.
Designación
1
11
Embridar la pieza sobre la mesa
Bridas
Gramil
12
Montar plato de cuchillas
Pie de rey
13
Fresar base 1
Plato de garras
21
Colocar la pieza apoyada en la mesa por su base
22
Refrentar cara 2
31
Dar la vuelta a la pieza
32
Refrentar la cara 3
41
Sacar plato de cuchillas
42
Centrar husillo respecto a la pieza
43
Colocar manguito portabrocas
44
Taladrar
51
Colocar
52
Acabar orificios a 0 55
61
Montar cabezal mandrinador
62
Efectuar caja fe 62 x 26
63
Cambiar herramienta
64
Mecanizar ranura del anillo elástico
3
4
5
6
barra
de
mandrinar
Croquis
Verificación
Fase 2
Máquina FU
N° de pieza
Soporte de transmisión
SF.
2
Hoja n° 1
40 120250
0
N.'
E ti
pasada mImin r.p .m .
64
0,5
3,5-1,5
1
64
0,5
2
64
0,5
2
Pie de rey Escuadra Comparador
2
Mandril Manguito porta-brocas Brocas diversas
Calibre de altura Pie de rey
Barra de mandrinar
Calibre pasa-no pasa Pie de rey
1
12
73
0,08
Cabezal mandrinador Herramientas de cilindrar int. y de ranurar int .
Pie de rey Calibre pasa-no pasa Palmer de Profundidad
2-1
12
73
0,08
12
73
1,5-1
11 .6
Punteado de una placa de utillaje La placa de la figura 11 .5 tiene un agujero central de 50 mm de diámetro que constituye el centro de medidas . Dicho agujero, igual que las dos caras principales, ha sido obtenido en el torno. Los dos orificios, a uno y otro lado del agujero principal, se supone que servirán de alojamiento a unos casquillosguía para broca . La placa se sitúa sobre la mesa, sujeta con bridas, y perfectamente nivelada, lo que se verifica con el comparador . Seguidamente, se monta un dispositivo portacomparador en el cono del husillo vertical de la máquina, en cuyo brazo se instala un reloj con palpador orientable cuyo extremo sensitivo se hace apoyar contra la pared del orificio principal. Moviendo. a mano el husillo del cabezal vertical, por medio del volante que suelen llevar, se verifica el centraje de dicho agujero . Cuando resulta satisfactorio, se desmonta el útil de centrar y se mueve la mesa hacia un lado, por ejemplo a la derecha, para puntear el taladro correspondiente . Para aumentar la precisión se puede prescindir de la lectura del tambor de la mesa y fijarse en la lectura de un comparador de gran capacidad de medida . Antes de proceder al taladrado del orificio se puntea la pieza con una broca de hacer puntos bien afilada y, a continuación, se taladra el orificio hasta 15 mm de diámetro . El acabado se efectúa con el cabezal de mandrinar y una herramienta de cilindrar interiores . La salida de la misma no tiene problema, puesto que la placa tiene un rebaje inferior de 6 mm que es suficiente para este propósito. Terminado el agujero de la izquierda hay que volver al punto de salida y colocar de nuevo el comparador, ya que el recorrido de su vástago no puede abarcar los 90 mm que separan los centros de los taladros . Una vez situado el eje del husillo en posición, se repiten las operaciones descritas para la realización del primer agujero . Es comprensible que, si la fresadora tuviera lectores ópticos, las operaciones de traslación de la mesa se hubieran ejecutado con mucha mayor rapidez y seguridad . 11 .7
Mecanizado de piezas con fases de trabajo diversas Como es lógico, la mayoría de piezas tienen más de una fase de mecanizado debido a la combinación de máquinas herramientas que intervienen en su fabricación . Por consiguiente, la intervención de la fresadora suele ir precedida o continuada por la de otras máquinas, como el torno, la rectificadora, etc ., y en este sentido, deben tomarse los procesos explicados hasta aquí . Igual que se dijo en el torno, conviene advertir que la fresadora no es propiamente una máquina acabadora, aunque evidentemente puede realizar trabajos de gran precisión . Sin embargo, los trabajos de máxima responsabilidad conviene traspasarlos a máquinas más adecuadas como la rectificadora . 11 .8
Comparación entre procesos unitarios y de producción Los procesos descritos como ejemplos se refieren a la mecanización de piezas unitarias o de series muy cortas, propias, más bien de centros de enseñanza profesional, talleres de reparación y talleres de utillaje o prototipos . La producción industrial, aunque se basa en los mismos principios básicos, presenta importantes modificaciones respecto al método unitario, especialmente en lo que se refiere a la especialización de la máquina y a la diversidad y ampliación del utillaje .
La comparación entre proceso unitario y proceso en serie no tiene otro objeto que revelar al alumno el contraste que existe entre uno y otro . 11 .9
Fresado de la ranura de un vástago Para fresar la ranura del vástago cilíndrico de la figura 11 .6 se plantea un doble supuesto : en primer lugar, se indicará el proceso seguido en el caso de una sola pieza (por ejemplo, una reparación) y después, se explicará la solución adoptada para fresar una serie media. El proceso unitario se desarrollará en una fresadora universal, empleando los medios habituales . Como se trata de una pieza cilíndrica de longitud no excesiva puede usarse una mordaza con las garras adecuadas ; o sea ; provistas de una ranura vertical en V. 288
FORMACION PROFESIONAL Material Fundición perlftica
Escala
Hoja de proceso Dimensiones en bruto 75 x 126 x 24
Hoja n° 1
Fase
Máquina
2
FU
Denominación
N° de pieza
Placa para utillaje
U 23 45
v/ ,
SF. OP. 1
2
3
I
Designación
Croquis
11
Colocar el aparato vertical
12
Situar la pieza sobre la mesa y embridarla con suavidad
13
Colocar dispositivo centrador . Comprobar centraje .
14
Montar portapinzas de hacer puntos
15
Desplazar mesa controlando con el comparador
21
Hacer punto
22
Taladrar
23
Montar cabezal de mandrinar
24
Cilindrar 0 16
31
Volver
32
Desplazar la mesa para efectuar el segundo taladro
33
Montar portapinzas y broca de puntear
34
Hacer punto
35
Taladrar
36
Montar cabezal mandrinador
37
Cilindrar a 16 0
con
a
la
y
sumo
útil Herramienta
V n a Verificación I N.° pasada mlmin r.p.m. mmlr
P mm
Io
É
broca
cuidado
20
posición
C)
Verificación
inicial
Observación : Se puede pasar directamente al otro orificio si se tienen los instrumentos de control adecuados .
alexómetro mandril
diámetro
perpendicularidad
distancia entre centros
400
0,08
0,35-0,15
Establecer ciclo teórico Colocar regla de topes y topes en posición
y1~~";
:" 1,rro.
Comprobar ciclo en vacío Situar la fresa en el punto de tida Iniciar el ciclo Extraer la pieza A mientras se sa B, apretando el pedal de me Sustituir A por otra pieza . V car A
Montar fresa de 3/c Colocar divisor Montar pieza en mandril Verificar posición
Acercar fresa hasta la pieza, rozando apenas la misma . Dar profundidad
Centrar fresa respecto piezas con ayuda de una galga . La misma galga determina la profundidad de pasada
La fresa empleada es una de disco, de tres cortes, con el ancho adecuado y montada en el árbol portafresas horizontal . La ranura se obtiene de una sola pasada . El proceso de fresado, seguido en este primer caso, se puede apreciar en la figura 11 .6 . Para la mecanización de una serie media de estas piezas se ha decidido emplear una fresadora de ciclos, del modelo ya estudiado, estableciendo un ciclo cuadrado continuo con dos pinzas neumáticas de eje vertical, manejadas por el operario, que es el encargado de alimentar la máquina y extraer la pieza ya terminada . Las características del ciclo programado permiten efectuar la evacuación sin problemas mientras la fresa está ranurando una pieza e, incluso, verificarla por medio de un calibre o galga . Las pinzas neumáticas permiten efectuar una sujeción de gran seguridad y se manejan de modo muy sencillo con una válvula a pedal accionada por el operario, que se encuentra sentado frente a la máquina . De esta forma queda con las manos libres para efectuar los movimientos necesarios . Para facilitar el cambio de la fresa cuando haya perdido el filo, puede montarse en la parte exterior de la luneta, junto a la tuerca de cierre del árbol portafresas . Así se evita el inconveniente de tener que sacar demasiados anillos y la propia luneta para efectuar la sustitución de la fresa que ya no corta por otra nueva .
El proceso de mecanizado dei vástago por ciclos automáticos se puede apreciar en la figura citada . 11 .10
Fresado de la ranura de un anillo
Se trata de fresar la ranura que lleva el anillo de la figura 11 .7 estableciendo dos procesos distintos : en un caso, se suponen unas pocas piezas y, en el otro, una serie considerable . La máquina disponible en ambos casos es una fresadora universal de los modelos conocidos . En el primer supuesto se emplea el divisor universal con el plato de garras y un mandril de cierre por tuerca para la fijación de la pieza . Esta se introduce en dicho mandril y éste, a su vez, se sujeta con el plato universal . Una vez comprobada la horizontalidad del montaje y centrada la fresa respecto a la pieza, se procede a fresar la ranura procurando que la fresa tenga salida suficiente . El método puede mejorarse de modo evidente si la cantidad de piezas a mecanizar permite la amortización de un utillaje como el de la figura 11 .7 . Dicho utillaje permite fresar paquetes de 14 unidades . Su funcionamiento es muy sencillo : las piezas se introducen en la barra B después de que ésta se haya introducido, a su vez, en el utillaje, colocando al final el anillo A de tope . Esto permite tensar la barra portapiezas por medio del casquillo roscado T, lo cual obliga a los discos a comprimirse entre el anillo A y la parte frontal del asiento anterior . Finalmente, se aprieta el tornillo M para asegurar la posición. La base del utillaje tiene forma de U y lleva unas chavetas que encajan en las ranuras de la mesa . El utillaje se alinea en sentido longitudinal con ayuda del comparador . El centrado de la fresa puede hacerse por medio de una galga que se acopla al utillaje . La descripción detallada del proceso puede verse en la figura citada . CUESTIONARIO 11 .1 Establecer el proceso de fresado de una horquilla de articulación, de espiga cilíndrica previamente torneada, que comprenda el mecanizado de la abertura y de las caras laterales exteriores . 11 .2 Estudiar el proceso de fresado de una regla prismática que tenga una cara inclinada a 60° . 11 .3 Explicar el proceso de fresado de una cremallera de dientes rectos, con el dentado incluido . 11 .4 Proyectar un soporte para el montaje de un par de piñones cónicos y sus árboles de transmisión y establecer seguidamente el proceso de fresado de dicho soporte. 11 .5 Escoger una pieza apropiada que deba fresarse y establecer un proceso de mecanizado de la misma. Estudiar las mejoras que sería posible introducir, empleando utillajes o herramientas más perfeccionadas . 292
Tema 12. Rectificado
OBJETIVOS - Definir las operaciones fundamentales de rectificado .
EXPOSICIÓN DEL TEMA El rectificado es un procedimiento de conformación por arranque de viruta basado en la acción cortante de unos cuerpos abrasivos llamados muelas . Una muela cualquiera se compone del abrasivo propiamente dicho, en forma de granos, y de un producto aglomerante cuya misión es aglutinarlo . Tal como se ha dicho, el corte lo efectúan los granos abrasivos, cuya dureza es superior a la del material que se trabaja, y cuyas aristas de corte responden a las formas más variadas, aunque los ángulos de corte son generalmente negativos . La alta velocidad de corte desarrollada (de ordinario muy superior a la de otras máquinas herramientas), junto con la capacidad de arrancar virutas microscópicas, permiten alcanzar precisiones y calidades superficiales imposibles de obte ner por otros procedimientos . Por esta razón, el rectificado es un método de ,trabajo que se emplea para acabar piezas mecanizadas con anterioridad con las demasías adecuadas (torneadas, fresadas, etc.), cuando sus características mecánicas así lo aconsejan . El rectificado también resulta imprescindible para mecanizar piezas de gran dureza superficial, como es el caso de las piezas templadas. 12 .1
Clases de rectificado
El rectificado requiere como mínimo la conjunción de tres movimientos: el de corte, realizado por la muela; el de avance o alimentación, realizado por la pieza y el de penetración, que casi siempre lo efectúa la muela . Por otro lado, el rectificado se aplica a superficies de revolución de generatrices rectas (cilíndricas, cónicas . . .) o curvas y también a superficies planas . En consecuencia, las diversas variedades de rectificado dependen de la combina-ión armónica de los movimientos necesarios y de la naturaleza geométrica de las superficies a trabajar . A grandes rasgos, los rectificados más importantes son: -
Rectificado Rectificado Rectificado Rectificado Rectificado Rectificado
plano con muela frontal. plano con muela tangencial . cilíndrico exterior . cilíndrico interior . sin centros . de perfiles . 293
Cuando el rectificado sirve para obtener las caras de corte de una herramienta, entonces se denomina afilado y se realiza en máquinas especializadas . Su estudio se realizará en los 'emas finales del presente texto . 12 .1 .1
Fig.
12. 1
Rectificado plano con muela frontal En este sistema el eje de la muela es perpendicular a la superficie que debe rectifícarse . Por consiguiente, la muela, que es cilíndrica, ataca la pieza por su cara frontal (fig . 12 .1), mientras gira a una velocidad de corte v, determinada (movimiento de corte) ; al mismo tiempo avanza periódicamente en dirección axial hacia la pieza, lo que constituye el movimiento de penetración a que ocasiona la profundidad de pasada . La pieza se desplaza longitudinalmente a una velocidad vp y transversalmente con un avance a, si el ancho a rectificar es mayor que el diámetro de la muela; no obstante, en algunas máquinas, estos movimientos los realiza la muela . 12 .1 .2
Fig.
12.2
Rectificado plano con muela tangencial La disposición básica de este procedimiento es el paralelismo existente entre el eje de la muela (fig . 12 .2) y la superficie a rectificar . La muela arranca la viruta trabajando por su periferia, lográndose así rectificados de mayor calidad superficial y precisión, debido al escaso contacto entre la pieza y la muela que, teóricamente, se reduce a la tangencia de una superficie plana con la cara lateral de un cilindro . La muela está animada de un movimiento de rotación sobre su eje vm al mismo tiempo que dispone de un desplazamiento vertical a,, al término de cada pasada completa, Por su parte, la pieza se mueve longitudinalmente para conseguir el avance o alimentación vp y también transversalmente ar cuando finaliza una pasada completa, en función del ancho de la muela y de la calidad que se desea obtener . 12 .1 .3
Fig,
12.3
Fig . 12.4
Rectificado cilíndrico exterior
Este trabajo se efectúa (fig . 12 .3) mediante un movimiento de rotación de la muela vm que, a su vez, dispone de otro transversal que origina la profundidad de pasada ar. La pieza gira sobre su eje vp y también tiene otro desplazamiento rectilíneo, aunque ahora es longitudinal, a, para qué toda la pieza entre en contacto con la muela . Cuando se trabaja por penetración radial (rectificado en plongée) dicho desplazamiento a, no existe . Si la pieza a rectificar es cónica en lugar de cilíndrica, los movimientos a efectuar no varían . 12 .1 .4
Rectificado cilíndrico interior
Analizando la figura 12 .4 se deduce que los movimientos necesarios para el rectificado interior son idénticos al caso anterior . Varía únicamente la disposición de la muela, que va montada en un vástago, al aire, así como la forma de sujetar la pieza, que no debe ofrecer ningún obstáculo a la penetración de la muela . 12 .1 .5
Fig .
12,5
Rectificado sin centros Es un procedimiento muy original, cuyo esquema puede verse en la figura 12 .5 . Consta de una muela de trabajo, que gira a velocidad v y de otra de menor diámetro, llamada muela de arrastre, que se mueve en el mismo sentido que la primera y cuyo eje está ligeramente inclinado . La pieza a rectificar se encuentra aprisionada entre el par de muelas y una regla de gran dureza, que la sostiene por su parte inferior . Dicha pieza, como consecuencia de la disposición particular de la muela de arrastre experimenta un avance longitudinal a,, al mismo tiempo que gira sobre su eje (vp). 12 .1 .6
Rectificado de perfiles
El rectificado de perfiles diversos exige la a emplear de modo que ésta adquiera la forma siguiente la penetración de la muela a sobre gura 12 .6), ya sea rectilíneo o circular el perfil 294
preparación previa de la muela que se desea obtener . Por conla pieza siempre será radial (fique se trabaje .
12 .1 .7
Rectificados especiales
Se refieren a superficies especiales cuya rectificación suele ser problemática y exige, casi siempre, el empleo de maquinaria específica . Tal es el caso del rectificado de los filetes de una rosca (fig . 12 .7), los flancos de los dientes de una rueda dentada, el perfil de una leva, etc .
12.1 .8
Rectificadora . Tipos principales
Como se sabe, las operaciones de rectificado se realizan en unas máquinas herramientas llamadas rectificadoras . La diversidad de rectificados posibles condiciona las características constructivas de las rectificadoras, de modo que, según lo dicho, se puede establecer una clasificación orientativa de los distintos modelos existentes, sin olvidar que ciertas máquinas tienen capacidad universal, es decir, pueden efectuar varios rectificados . Así pues, el cuadro general queda de la siguiente manera : Rectificadora plana Rectificadora cilíndrica
Rectificadora frontal Rectificadora tangencial
r de exteriores de interiores universal
[de movimiento rectilíneo de movimiento circular de movimiento pendular
Rectificadora sin centros Rectificadora de perfiles Rectificadoras especiales :
de roscas, de dientes de rueda dentada, de levas, de perfiles de árboles ranurados, etc .
CUESTIONARIO 12 .1 12 .2 12 .3 12 .4 12 .5
Fundamento del mecanizado por abrasión . Modalidades de rectificado cilíndrico . Comparación entre rectificado plano frontal y tangencial . Explicar brevemente el fundamento del rectificado sin centros . Realizar un cuadro resumen de los diferentes modelos de rectificadora .
Fig. 92.
Tema 13 . Muelas abrasivas
OBJETIVOS - Estudiar la composición y características de las muelas abrasivas. - Conocer las reglas fundamentales de su empleo . - Explicar los principios básicos a seguir en la selección de una muela. EXPOSICIÓN DEL TEMA 13 .1
Arranque de viruta por abrasivos
Este procedimiento de conformación se basa en las propiedades cortantes de unos productos de gran dureza y resistencia al calor, denominados abrasivos, contenidos en las muelas . Estos abrasivos, reducidos a granos de tamaño mínimo, están dispersos de la forma más homogénea posible en el seno de una masa aglutinante que los sostiene y que, a la vez, permite conformar la herramienta abrasiva o muela, de modo que sea apta para el trabajo de esmerilado . Examinando una muela, se puede apreciar, incluso -a simple vista, los granos abrasivos (fig . 13 .1) cohesionados por el aglomerante, que no llega a ocupar todo el espacio intergranular, sino que aparece dejando poros de tamaño variable cuya existencia es imprescindible para un mecanizado correcto . En efecto, las partículas de material arrancadas por los granos abrasivos se depositan en los poros de la muela hasta ser proyectados por la fuerza centrífuga, muchas veces en estado incandescente, formando un haz de chispas característico . Las aristas de corte de los granos presentan las formas más variadas e irregulares, aunque los ángulos de corte suelen ser negativos . En el transcurso del esmerilado los granos activos sufren un proceso de desgaste que los va aplanando hasta llegar al punto en que se rompen los puentes de aglomerante ue lqo sostenían, con lo cual, los granos achatados se desprenden, aflorando enseguida otros nuevos con los cantos vivos.
poro
13 .2
abrasivo
Fig. 13.1
'-
'"'--
aglomerante
Arranque de viruta por abrasión .
Clases de abrasivos
En primer lugar están los abrasivos naturales, como el cuarzo, el esmeril, el corindón natural, etc . ; todos ellos tienen poco interés industrial, a excepción del diamante. Los abrasivos más émpleados son los artificiales, sobre todo el corindón artificial y el carburo de silicio. También están el diamante artificial y el nitruro de boro . 296
13 .2 .1
Corindón artificial
Está compuesto de alúmina u óxido de aluminio (AIi03 ) y se obtiene a partir de la bauxita, por fusión en el horno eléctrico a unos 2000 °C . Es adecuado para trabajar materiales tenaces como la mayoría de los aceros, el hierro dulce, la fundición maleable y el bronce tenaz . Comercialmente adopta diversos nombres, según los fabricantes (alúndum, aloxite, bauxilite, etc.) . Su dureza en la escala de Mohs es de 9,25.
13.2.2
Carburo de silicio
Es un compuesto de carbono y silicio, cuyo símbolo químico es Si C. Se obtiene por fusión de una mezcla de arena de cuarzo, coque de petróleo, serrín y sal común, en un horno eléctrico de resistencia . Es más duro que el corindón (9,75 en la escala de Mohs) pero menos tenaz . Por esta razón, se emplea para trabajar materiales quebradizos, como el metal duro, la fundición, la porcelana, etc., y también para materiales dúctiles muy blandos tales como el latón, el aluminio, etc . Comercialmente recibe los nombres de carborúndum, crystolon, silicit, unirúndum, etc .
13.3
13.3 Granos abrasivos agrupados por tamaños . Tabla 13 .4 Muy basto 8 10
13.4
m
"_ "" _99 """
Y
/_
1
"" p
_
unas detalle X
Fig . 13.2 Clasificación del tamaño del grano .
Tamaño del grano
El abrasivo se obtiene en bloques grandes que, luego, son triturados y molidos y, por último, clasificados en tamaños por medio de tamices o cribas . Dichos tamaños se designan por un número que corresponde al número de hilos por pulgada lineal que tiene el tamiz empleado (fig . 13.2) . En la figura 13.3 se muestran granos abrasivos de diverso tamaño y en la tabla 13.4 una clasificación general con indicación de su empleo ordinario .
Fig.
' onmo=\=\mono " nonoou"ru"" o" ~"""""""" no"~oo "oo mangas ENEENERIENE
Designación del tamaño del grano
Basto para desbaste
Medio para trabajos generales
Fino para acabado
Muy fino para pulido
12 14 16 20 24
30 36 46 54 60
70 80 90 100 120
150 180 220 240
Tamaños harina para lapeado 280 320 400 500 600
800 1000 1200
Aglomerante
Como ya se ha dicho, el aglomerante es la liga o cemento que mantiene unidos los granos abrasivos de una muela . Se designa por una letra específica . Hay cuatro aglomerantes principales :
- Vitrificado (V). Es el aglomerante más común, usado en el 75 % de las muelas . Es de naturaleza cerámica, obtenido a elevadas temperaturas . Debido a su porosidad y a las particularidades del empastado, tiene una gran ca pacidad abrasiva . Es insensible a la humedad y al frío, siendo su porosidad favorable al esmerilado húmedo . Resiste bien la fuerza centrífuga, pero resulta frágil a los choques mecánicos y térmicos debido a su poca elasticidad y su mala conductibilidad . 29 7
- Resinoide poco sensibles a Puede usarse cos de corte por
(B) . Es adecuado para la fabricación de muelas delgadas, la presión y a los choques . con seguridad en muelas de alta velocidad y es ideal para disabrasión .
- Goma (R). Se usa cuando se requiere una muela muy fina, de gran resistencia ; puede obtenerse un espesor mínimo de 0,2 mm . Las muelas de goma deben funcionar a gran velocidad (3000 a 5000 m/min) para que la fuerza centrífuga mantenga el perfil . Se emplea también para pulidos muy delicados y para muelas de arrastre de rectificadoras sin centros . Una variante del mismo es la goma laca (E) . - Silicato (S) . No suele emplearse en el rectificado de precisión . Posee gran potencia esmeriladora y es apropiado para el esmerilado plano . 13 .5
Grado o dureza de la muela
Se entiende por grado de una muela la mayor o menor tenacidad con la que el aglomerante retiene los granos de abrasivo . Por consiguiente, aunque habitual, no es muy correcto emplear grado y dureza de la muela como sinónimos . Prácticamente, una muela se llama blanda, cuando sus granos se separan fácilmente durante el trabajo ; se llama dura en el caso contrario . En principio, una muela tiene el grado adecuado para un trabajo determinado, cuando su blandura es la necesaria y suficiente para que la superficie cortante de la misma no se aplane y embote (recuérdese el abrillantado característico que toma la muela cuando no corta) . El grado de una muela se indica con letras mayúsculas (tabla 13 .5) de la A a la Z, aunque en la práctica hay valores que no se emplean . Tabla 13 .5
Indicación del grado de la muela
Muy blandos
Blandos
Medios
FGH
Intermedios
IJ K
LMN
Duros
Muy duros
OP
QRS
TUXZ
Factores a considerar en la elección del grado de una muela. Los factores principales son : - Características del material a mecanizar. Las trabajar materiales duros y viceversa . No obstante, muelas blandas son adecuadas para para rectificar aceros templados con salida de muela suelen utilizarse muelas de dureza media . Para aleaciones no ferrosas emplearemos muelas menos duras que las usadas para mecanizar acero - Precisión de mecanizado . Al aumentar la precisión el grado de la muela debe elevarse, para evitar continuos reglajes de la máquina provocados por el rápido desgaste de la muela .
2
- Forma de la superficie a mecanizar. Para el desbaste en el rectificado plano, las muelas, ya sean enteras o de segmentos, deberán ser blandas, de modo que el mismo trabajo provoque el autoafilado de la muela ; es decir, que la caída de los granos abrasivos se produzca de tal forma que no exista riesgo de embotamiento . Para rectificar piezas con radios pequeños, ángulos poco abiertos o perfiles complicados es necesario aumentar la dureza de la muela, especialmente si el trabajo es de responsabilidad, para evitar continuos retoques de la muela . También hay que tener presente que, a mayor velocidad, la muela se comporta como si tuviera mayor grado que el que realmente le corresponde ; ocurre todo lo contrario si trabaja con poca . Por consiguiente, si una muela no alcanza la velocidad apropiada, debido a las condiciones de trabajo tro, por ejemplo), su grado debe ser mayor (rectificado de agujeros de pequeño diámede lo normal . 13 .6
Fig . 13.6 Estructura de las muelas: A, detalle ampliado de la composición de una muela, B, tipos de estructura : 1, cerrada, 2, abierta; 3, porosa.
Estructura
Se entiende por estructura de una muela la relación cuantitativa de tres factores : grano, aglomerante y porosidad . Para hacer más comprensible este concepto se puede definir la clase de estructura por el grado de porosidad . Es decir, una estructura muy compacta o cerrada será la que tiene los poros muy pequeños y los granos casi juntos ; una estructura abierta tendrá, por el contrario, los granos separados y grandes poros entre ellos (fig . 13 .6) . 298
Según lo dicho, la estructura se clasifica en tres categorías, representadas por diferentes números que se distribuyen tal como indica la tabla 13 .7, del 0 al 14 o más. Las muelas de estructura cerrada se emplean para acabado fino y rectificado de precisión; las de estructura abierta media, para desbaste y las de estructura muy abierta, para trabajos donde exista peligro de sobrecalentamiento, porque su gran porosidad favorece la penetración del refrigerante .
Tabla 13 .7 Designación de la estructura
Cerrada
0
1
2
Media
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Abierta
Como datos orientativos se puede establecer que en una estructura cerrada el volumen de grano está entre el 60 y el 54 %; en una media, entre el 52 y el 46 % y en una estructura abierta los granos no suponen más que una cifra que oscila entre el 44 y el 38 %. 13 .7
fl
Forma de las muelas
La norma UNE 16-300-75 señala siete formas típicas de muela que se designan por un número del modo siguiente (fig . 13 .8) : -
Muelas Muelas Muelas Muelas Muelas Muelas Muelas
3
8
planas, tipo 1 (A) . planas con escoté, tipo 5 (B) . planas con dos escotes, tipo 7 (C) . de vaso, tipo 6 (D) . de copa, tipo 11 (E) . de plato, tipo 12 (F) . de disco embutido, tipo 27 (G) .
Los perfiles particulares para muelas no cilíndricas de poco espesor se designan por unos símbolos laterales y sus dimensiones se indican en la figura 13 .9 .
los símbolos se encierran en círculos v, x, a precisar en el pedido
salvo indicación contraria en el pedido
Fig.
13.9
Perfiles normalizados de muelas de disco .
La gama de medidas nominales de los diámetros exteriores D, espesor E y agujero d están contenidas en la norma citada (tablas 13 .10, 11 y 12) . Algunas formas de muela muy empleadas en el taller mecánico se representan en la figura 13 .13 . Tabla 13 .10
mm
`
8 10 13 16 20 25 32
Tabla 13 .11
Tabla 13.12 Diámetros normalizados de los orificios de las muelas
Diámetros nominales de las muelas D
mm 40 50 63 80 100 125 150
mm
mm
200 250 300 350 400 450 500
600 750 900 1060 1250 1500
Fig . 13.8 Formas de muelas normalizadas.
mm 1,6 2,5 4 6 10 13 16
I
d
mm 20 25 32 40
I
mm
mm
50,8 76,2 127 152,4 203,2 304,8 508
Espesores nominales de las muelas E
MM
mm
mm
mm
0,6 0,8 1 1,25 1,6 2 2,5 3,2
4 5 6 8 10 13 16 20
25 32 40 50 63 80 100 125
160 200 250 315 400 500 Fía . 12. 12
Tinn.c r/e MIIPIA mnv amnlaarlnc an al tallar mar "ánir "n
13 .8
Designación de una muela
La designación completa de una muela comprende tres factores, indicados por este orden: - Forma de la muela. Se indica el tipo correspondiente . - Dimensiones. Las medidas de los diámetros exterior, espesor y diámetro del agujero en milímetros . - Especificación . Las características propias de la muela . 13 .8 .1
Designación de las especificaciones
Consiste en el empleo de siete símbolos que hacen referencia a otras tantas características o datos, tres de los cuales son facultativos, colocados de este modo : - Típo de abrasivo . Propio del fabricante (facultativo) . - Naturaleza del abrasivo . A, para los aluminosos (corindón . . .) ; 8, para los de carburo de silicio (carborúndum . . .) . - Tamaño del grano. - Grado. - Estructura (facultativo) . - Naturaleza del aglomerante. - Tipo de aglomerante. Propio del fabricante (facultativo) . Ejemplo.
Sea una muela designada con el símbolo general 51 A-36-L-5-V 32 . El significado de cada uno de los símbolos parciales es el siguiente: 51A-36-L-5-V32 Tipo de abrasivo (código del fabricante) Naturaleza del abrasivo (corindón) Tamaño del grano
- Tipo de aglomerante (código del fabricante) Naturaleza del aglomerante (vitrificado) Estructura Grado
Por consiguiente, la designación completa de una muela plana de 300 x 40 x 32 con las especificaciones anteriores sería: 1 muela tipo 1, de 300 x 40 x 32
51 A - 36 - L - 5 - V32
Para más detalles, así como para conocer las dimensiones y características normalizadas de diversas muelas, consultar las normas UNE 16-300-75 y siguientes .
B
k
13 .9
Los fabricantes acostumbran a señalar en la misma etiqueta que lleva los datos de la muela la velocidad a que deben trabajar . Esta velocidad tangencial oscila entre 20 y 35 metros por segundo para las muelas vitrificadas . La velocidad de trabajo no debe sobrepasar nunca el valor indicado por el fabricante, pues la fuerza centrífuga puede hacerlas estallar con gravísimo riesgo para el operador . 13 .10
c
Fig. 13. 14 Diferentes tipos de muelas de diamante: A, cilindríca; B, de copa; C, de copa, adosado el dia mante; D, de vaso .
Velocidad de las muelas
Muelas de diamante
Son insustituibles para el esmerilado de materiales de gran dureza como el metal duro, el vidrio, el cristal óptico, cerámica, etc . El cuerpo de la muela se fabrica de un material resistente y la zona activa es la que contiene partículas de diamante, debidamente aglomeradas con un producto metálico o resinoide (fig . 13 .14) . Las características de la muela están determinadas, en primer lugar, por el tamaño y calidad del grano de diamante y por su concentración y también por la naturaleza del aglomerante . 300
El empleo de muelas de diamante es muy delicado . Conviene escoger cuidadosamente la forma de la muela de modo que sea lo más robusta posible. Hay que evitar los golpes sobre la zona abrasiva y las profundidades de pasada elevadas . Se aconseja también el empleo de máquinas afiladoras de calidad, descartando en lo posible el amolado a pulso. Hay que montar igualmente la muela con gran precisión y emplear lubricante adecuado (agua con aceite al 2 % con aglomerante metálico y aceite 1,2 - 1,5 °Engler con aglomerante resinoide) . 13 .11
Montaje de las muelas . Precauciones generales
El montaje de las muelas tiene gran importancia para conseguir un trabajo correcto . Por ello, es preciso tener en cuenta unas cuantas normas sencillas y de fácil ejecución, encaminadas, como se ha dicho, a lograr un esmerilado correcto pero, especialmente, a evitar accidentes . - Antes de montar la muela es preciso asegurarse que sus características son las indicadas para el trabajo a realizar . También debe comprobarse su estado haciendo la prueba del sonido . En este caso, golpeando con suavidad la muela, suspendida libremente, con un mazo, debe oírse un sonido claro; si no es así, habrá que desecharla porque tiene probablemente fisuras internas . Las muelas de aglomerante resinoide no tienen sonoridad, pero debido a sus propiedades elásticas no tienen tendencia a agrietarse . - La muela deberá introducirse en su asiento sin forzarla en absoluto y asimismo, tan-Ipoco se montará con juego excesivo . Si el diámetro del árbol es inferior al del agujero de la muela, se dispondrá entre ambos el casquillo correspondiente . - La sujeción y arrastre de la muela se efectúa mediante dos bridas cóncavas, en forma de platillo, cuyos diámetros, iguales entre sí, deben ser 1/3 del de la muela, como mínimo . - Entre las bridas y la muela hay que poner unos discos de cartón fino (con frecuencia los llevan las muelas) para que el contacto sea más completo . - La tuerca de cierre debe apretarse sin exagerar . Es muy conveniente comprobar que la rosca no tienda a aflojarse cuando la muela está en movimiento . 13 .12
Fig . 13.15 Fijación de la muela sobre el husillo.
Montaje de la muela en la máquina
Las posibles fíjaciones a emplear pueden reducirse a estas cuatro : - Fijación directa sobre el husillo. La muela se introduce en el árbol (figura 13 .15) y se sujeta entre dos bridas que se aprietan por medio de una tuerca . Si la muela es de dimensiones notables conviene introducir una lengüeta de arrastre (fig . 13 .16) . Estos sistemas se emplean para muelas de hasta 300 mm de diámetro .
- Fijación sobre útil portamuelas. Se emplea para muelas de gran diámetro . El útil consiste en dos platos P y M que se acoplan entre sí, ajustando por el cuello C, mientras la muela asienta sobre el diámetro D. Una vez fijado todo el conjunto por los tornillos que lleva, se monta en el asiento cónico A y se asegura apretando la tuerca de cierre (fig . 13 .17) . La extracción se realiza después de soltar la tuerca, roscando un extractor en R que, al hacer tope en el extremo del árbol, ocasionará la salida del conjunto de platos y muela .
Fig . 13,17 Sujeción de la muela sobre útil. 30 1
Fig. 13.16 Fijación de la muela sobre el husillo con empleo de casquillo y lengüeta en la brida.
- Fijación por tornillo . Este sistema es propio de muelas pequeñas . Por lo tanto, es habitual en los rectificadores interiores (fig . 13 .18) .
Fig . 13.18 Fijación de la muela por tornillo. Fig .
13.19 Aparato para el equilibrado estático de las muelas .
También se emplea para sujetar las porciones de abrasivo en las muelas de segmentos: - Fijación sobre vástago propio. Se limita su empleo a muelas muy pequeñas que se sueldan o encolan sobre un eje de acero . En estas condiciones, la muela, provista de vástago, se fija ordinariamente con una pinza o plato de garras . 13 .13
Fig. 13.20 Contrapesos móviles para el equilibrado de la muela .
Equilibrado de las muelas
Por regla general, las muelas presentan cierta excentricidad en sus agujeros, un ligero error de paralelismo entre sus caras y una densidad irregular en toda su masa, debidas a la propia naturaleza del producto y al proceso de fabricación empleado . La consecuencia de ello es que las muelas están desequilibradas. Emplear una muela desequilibrada tiene muchos inconvenientes porque la fuerza centrífuga no compensada provoca vibraciones que se transmiten a la máquina y, en último término, al trabajo efectuado. El resultado es una pérdida de precisión y en casos extremos se puede llegar a la rotura de la muela . El objeto del equilibrado consiste en la distribución uniforme de la masa de la muela alrededor de su eje de giro . Normalmente, sólo se efectúa a partir de los 250 mm de diámetro . El equilibrado estático de la muela se realiza con ayuda del útil de la figura 13 .19 y de unos contrapesos móviles que llevan las bridas o platos portamuelas (fig . 13 .20) . Estos contrapesos, en número par (ordinariamente dos o cuatro), encajan en una ranura circular del plato y se fijan en la posición deseada mediante un tornillo que los obliga a presionar contra los laterales de su alojamiento. 13 .14
Proceso de equilibrado
Una vez colocada la muela en el útil portamuelas, se fijan los contrapesos diametralmente opuestos (fig . 13 .21 A) y, a continuación, se siguen los siguientes pasos: 1 ° Se repasa la muela en la propia máquina con el diamante o útil apropiado . 2° Se introduce todo el conjunto en un mandril que ajusta en el agujero central del plato o brida y se apoyan los extremos del mandril sobre las reglas cilíndricas del aparato equilibrador, situadas en perfecta posición horizontal . Se deja girar el conjunto de la muela hasta que se detenga y se hace una marca sobre el extremo superior del diámetro vertical (fig . 13 .21 B) . 3° Se mueven los contrapesos y se sitúan a 90° de la marca, diametralmente opuestos (fig . 13 .21 C) . 4° Se elevan los contrapesos hacia la marca una pequeña distancia (unos tres milímetros) por igual, hasta que el grupo quede en equilibrio indiferente en cualquier posición (fig . 13 .21 D) . 5° Se extrae el mandril; se vuelve a montar el útil portamuelas con la muela en el cabezal de la máquina y se repasa otra vez antes de empezar a esmerilar . El equilibrado dinámico se efectúa únicamente en casos muy especiales .
Fig. 13.21 brado . 302
Proceso de equili-
13 .15
Perfilado y afilado de muelas
El perfilado de las muelas se efectúa para darles el perfil necesario cuando se emplean para el rectificado de formas varias . Una variedad del mismo es el rectificado de la muela, cuando ésta es nueva, para lograr su equilibrado . El afilado de una muela es la operación que sirve para mantener su perfil y concentricidad y también para abrir los poros de la misma y extraer los granos de abrasivo desgastados o partículas metálicas que emboten la muela . Como resultado del afilado aparecen granos nuevos con las aristas de corte intactas . El afilado de las muelas en trabajos de tipo basto se realiza por medio de unas ruedas dentadas de fleje de acero, denominadas ruletas, montadas en un soporte que se maneja manualmente. Dichas ruedas pueden girar libremente sobre un eje que lleva la cabeza del dispositivo (fig . 13 .22) . Este sistema tiene su máxima aplicación en las electroesmeri¡adoras . El afilado y el perfilado de las muelas se efectúa habitualmente con un útil previsto de un diamante en su extremo, convenientemente engarzado en él . Este útil se instala en un soporte situado sobre la muela en la posición y ángulo adecuados (fig . 13 .23) . Tanto el perfilado como el afilado de desbaste se efectúan dando pasadas ligeras con rapidez; el acabado se realiza con unas pasadas mínimas, desplazando el diamante con lentitud, para conseguir una superficie tan suave y exacta como sea posible. El perfilado de muelas con caras oblicuas, radios, etc., puede hacerse con ayuda de soportes especiales orientables, sin necesidad de emplear plantillas, método que, sin embargo, es imprescindible para ejecutar perfiles complicados . Existe también el sistema de perfilado Crushing que consiste en el uso de una moleta de acero templado con el perfil que se quiere producir, provisto de unas ranuras diagonales (fig . 13 .24) que permiten la evacuación del abrasivo y el polvo de aglomerante . La moleta se hace girar sobre la máquinas mientras que la muela permanece en reposo, pero en situación de giro libre . La presión de la moleta determina el giro subordinado de la muela, que va siendo perfilada a medida que la moleta penetra radialmente en ella . 13 .16
Fig. 13.22 Reavivado de la muela con el empleo de ruletas.
diamante
ángulo de posición ~rectificado
Fig. 13.23 Rectificado de la muela con el útil diamantado .
Precauciones en la utilización de las muelas
A continuación se da una serie de normas de carácter genera! que es muy conveniente observar con atención para que el trabajo se efectúe con exactitud y sin problemas ni riesgos graves para el operario . - Comprobar siempre que la muela está en perfecto estado, bien equilibrada y que gira dentro del límite de velocidad previsto por el fabricante . - Evitar la entrada en contacto brusco entre la muela y la pieza. -- Evitar una excesiva presión entre ambas, ya sea debida a una profundidad de pasada excesiva, ya a que la muela no corte o a que sea dura en exceso . - Emplear siempre la muela adecuada . - No empezar a rectificar con la máquina en frío . Es conveniente tenerla girando en vacío hasta que sus órganos móviles alcancen la temperatura mínima de trabajo. - Como medida de seguridad, el operario evitará colocarse delante de la muela cuando ésta empiece a girar y, en general, procurará no situarse en el área de una posible proyección . - Las máquinas que emplean muelas deben equiparse obligatoriamente con defensas que cubran 270° del perímetro de la muela, como mínimo, para evitar la eventual proyección de fragmentos en caso de rotura (fig . 13 .25) . - El operario deberá proteger sus ojos de las partículas abrasivas y virutas metálicas que se producen en el trabajo, con el empleo de gafas o pantallas adecuadas . - Se procurará evitar el desgaste localizado de la muela empleando toda la anchura de la cara de trabajo. Esto es especialmente necesario en el amolado a mano . - Si el trabajo lo permite, debe emplearse refrigeración en abundancia, dirigida al punto de contacto entre pieza y muela que evita calentamientos peligrosos y la formación de una atmósfera de polvo que, con el tiempo, pudiera producir lesiones en el operario (silicosis). En las máquinas que trabajan en seco deben colocarse aspiradores de polvo . 303
Fig. 13.24 Sistema de perfilado Crushing .
Fig. 13.25 Protección cerrada de una muela,
13 .17
Precauciones en el almacenaje y transporte de las muelas
Hay que recordar que una muela es un conglomerado de cuerpos duros y que, en consecuencia, soporta mal los esfuerzos de compresión y flexión, especialmente estos últimos. - El transporte y almacenaje se harán con sumo cuidado, de modo que las muelas no puedan caerse ni recibir golpes . - Las muelas de gran tamaño pueden apilarse de la manera que se indica en la figura 13 .26 . Como norma general, se buscará la posición en la que la muela no tienda a deformarse, atendiendo, naturalmente, a su configuración . - Las muelas de poco diámetro pueden colgarse, suspendidas por su agujero central. Las pequeñas muelas de vástago se guardarán en estuches o estantes provistos de agujeros en los que se introducirá aquél . - Una muela deformada deberá rechazarse .
Fig. 13.26 Forma de almacenar las muelas.
CUESTIONARIO 13 .1 13.2 13 .3 13 .4 13 .5 13 .6 13 .7 13 .8 13 .9 13 .10 13 .11 13 .12 13 .13
Clases de abrasivos . ¿Cómo se clasifica el tamaño de los granos abrasivos? Características del aglomerante vitrificado . Empleo de las muelas de goma . Explicar lo que significa dureza y blandura de una muela . Clases de estructura . Hacer unos croquis que representen las formas de las muelas normalizadas . Indicar un ejemplo detallado de designación de una muela, Muelas de diamante . Enumerar las formas más comunes de sujeción de las muelas . Proceso de equilibrado estático de una muela . Herramientas empleadas para perfilar . Precauciones generales que conviene observar en el empleo de muelas .
Tema 14. Factores de corte y tiempos de mecanizado en la rectificadora
OBJETIVOS - Estudiar los factores de corte que intervienen en el rectificado .
- Calcular los tiempos necesarios en las diversas operaciones básicas. - Conocer el valor de la potencia empleada en el rectificado .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Los factores de corte en el mecanizado con abrasivos que se van a considerar serán : la velocidad de la muela, la profundidad de pasada o penetración y el avance o velocidad de alimentación . 14.1
Velocidad tangencial de la muela
Existe una limitación inicial de velocidad que no depende de las condiciones de trabajo sino de la naturaleza del aglomerante y que es preciso respetar rigurosamente ; de ello ya se habló en el tema anterior. Además, existen las limitaciones propias de cada trabajo (material, dimensiones de la muela y de la pieza, tipo de rectificado, refrigeración, etc .) que es muy difícil evaluar con exactitud . Por todo ello, los datos teóricos que proporcionan los formularios y los propios constructores de las máquinas no deben tomarse como valores absolutos sino orientativos y, en consecuencia, deben ser verificados y corregidos por las experiencias prácticas . La velocidad de la muela se expresa en m/s y se calcula por la fórmula ya conocida:
60 000 14.2
Elevación de la velocidad adecuada
Según lo dicho en el apartado anterior, se pueden dar unos valores orientativos que servirán de base para establecer la velocidad periférica de una muela . Este es el objetivo de las tablas 14.1 y 14.2. Una vez hallada la velocidad tangencial de la muela conviene transformarla en velocidad de giro, en función del diámetro de muela disponible y emplear la velocidad de giro del cabezal de la máquina más próxima a los resultados del cálculo . 305 20 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Tabla 14 .1
Velocidad tangencial de una muela según su forma y especificaciones
Aglomerante
Forma constructiva
Vitrificado o silicato blanda
media
28
Anillo Copa cónica Vaso entero y segmentos
Resinoide
dura
blanda
media
30
33
33
40
23
28
30
23
25
28
30
35
30
30
23
25
40
28
48
30
40
40
Plana normal y perfilada . Plana con uno o dos rebajes . Plato
Disco de tronzar
Tabla 14 .2
I
dura
Velocidad tangencial de una muela según el tipo de rectificado y el material que se trabaja
Tipo de rectificado
Forma de la muela
Aglomerante
Material que se trabaja
Rectificado cilíndrico exterior
Velocidad m/s
Plana (de disco)
Vitrificado o silicato
Acero no tratado Acero templado Fundición, bronce, latón Al eaciones ligeras
Rectificado cilíndrico interior
29-33 20-28 20-30 16-20
Plana (cilíndrica)
Vitrificado o silicato Vitrificado o silicato
10-29 8-20 8-20 7-16
Rectificado plano
Plana (de disco) Vaso (entero o segm .)
Acero no tratado Acero templado Fundición, bronce, latón Aleaciones ligeras Acero no tratado Acero templado Fundición, bronce, latón Aleaciones ligeras
22-28 18-22 20-26 15-20
Para ello puede emplearse el nomograma de la figura 14 .3 . Si la velocidad de la muela debe ser de 25 m/s y el diámetro de la misma es de 150 zar una paralela al eje de abscisas mm, al traque corte la recta inclinada de 150, se obtiene la velocidad de giro en r. p, m ., bajando una perpendicular a dicho punto de intersección ; en este eje por el caso, el resultado es de 3 180 r. p . m . Si la máquina dispone como valor inferior más próximo el de 3000 r. p. m ., ésta sería la velocidad adoptada . 50
c
5
250
E
35
200
°' m
30 150
25 20
C
É m
100 E
2000
2500
3000
revoluciones por minuto de la muela
14 .3
3500
Fig. 14.3 Nomograma para el cálculo de la velocidad de la muela .
Velocidad de rotación de la pieza
En el rectificado cilíndrico, además de la velocidad periférica de la hay que considerar la velocidad muela periférica de la pieza . Esta se calcula de modo idéntico al de la muela, pero expresando el resultado en m/min .
306
La velocidad de la pieza no tiene influencia decisiva en el esmerilado porque lo que cuenta en realidad es la relación entre las velocidades de la pieza y de la muela . En efecto, la relación de velocidades existente, junto con la penetración, determina la longitud y el espesor de la viruta cortada . Cuando la muela recorre un arco AB (fig . 14 .4), la pieza gira un arco más corto CB . La forma de la viruta obtenida es aproximadamente la de ABC y será tanto más pequeña cuanto mayor sea la velocidad de la muela y menor la de la pieza . Como es lógico, esta última no debe descender por debajo de cierto valor, porque entonces el rendimiento de la operación sería casi nulo . Así, se pueden establecer unos valores límite, máximo y mínimo, con intenciones orientativas, que se reflejan en la tabla 14 .5 . Tabla 14.5 Velocidad periférica de la pieza en m/min
14 .4
Fig. 14.4
Material
Rectificado cilíndrico exterior
Rectificado cilíndrico interior
Acero suave
12-25
8-15
Acero aleado
10-18
7-12
Fundición
14-22
10-20
Bronce, latón
14-25
12-22
Aleacion . liger.
16-30
14-24
Profundidad de pasada
Generalmente, el sobrante de material no se elimina de una sola pasada . Para obtener la máxima calidad superficial y eliminar los errores que se producen por flexión de los órganos mecánicos, el rectificado se efectúa en dos etapas : el desbaste y el acabado, complementado éste con algunas pasadas sin penetración, hasta que finalice la proyección de chispas. Los valores concretos que se recomiendan están contenidos en la tabla 14 .6 por lo que se refiere al rectificado cilíndrico exterior . Para el rectificado cilíndrico interior los valores deben ser menores y oscilan entre 0,002 y 0,01 mm . En el rectificado plano pueden variar entre 0,01 y 0,2 mm . Tabla 14 .6 Profundidad de pasada en mm, para' él rectificado cilíndrico exterior Material Acero suave
Acabado
1 0,03 -0,06
0,005-0,02
0,02 -0,03
0,005-0,01
Fundición
0,08 -0,16
0,02 -0,05
Aleacion . liger.
0,125-0,25
0,02-0,10
Acero templado
14 .5
Desbaste
1
Avance longitudinal
El avance longitudinal en el rectificado cilíndrico o velocidad de traslación de la mesa suele expresarse con relación al ancho de la muela. De este modo se llega a los siguientes valores por revolución de la pieza : - Desbaste . - Acabado.
De 1/2 a 4/5 del ancho (mm) . De 1/10 a 1/4 del ancho (mm) .
En el rectificado cilíndrico interior conviene aumentar estos datos en una tercera parte e incluso más cuando se trate de muelas muy pequeñas, al mismo tiempo que se reduce al mínimo la profundidad de pasada . 30 7
Sección de viruta.
La velocidad de la mesa en el rectificado plano se indica en m/min valores convenientes para distintos . Algunos materiales se incluyen en la tabla 14 .7 . Tabla 14 .7 Velocidad lineal de la mesa en m/min en el rectificado plano Tipo de trabajo
Materia/
14 .6
Tipo de muela
Elección de la muela
La elección del tipo de muela (forma y siempre por el tipo de rectificado, el equipo dimensiones) viene impuesto casi disponible y las dimensiones de la pieza . Las especificaciones de la misma (abrasivo, grano, grado, estructura, son de elección mucho más compleja etc .), porque son muy numerosos los factores que intervienen . De todas formas, teniendo presentes las indicaciones que figuran en tema anterior, se pueden determinar el con suficiente aproximación las características más importantes de las muelas para trabajos corrientes de rectificado (tabla 14 .8) . Tabla 14 .8
Elección de la muela para los trabajos corrientes de rectificado cilíndrico y plano con muela cerámica (') Rectificado cilíndrico Rectificado cilíndrico exterior interior (3)
Rectificado plano con muela de vaso (2)
Rectificado plano tangencial
A = corindón artificial . d = desbaste . No se pretende con esta tabla resolver simplemente orientar en los más corrientes todos los casos, sino . Consúltense los catálogos de las casas fabricantes . Véase también lo que se expone en el texto . Y téngase en cuenta, por último, que no suelen trabajar - de la misma forma dos muelas de las mismas características teóricas, pero de fabricantes distintos . (')
( 2) En el rectificado plano de superficies estrechas se utilizan durezas proporcionalmente mayores . (') Puede ser necesario variar algo las características según el diámetro de las piezas . (') Para acabados finos se puede emplear un grano más fino, pero con menor arranque de material .
14 .7
Influencia del refrigerante
Como es bien sabido, durante el esmerilado se produce la proyección de partículas metálicas al rojo . La pieza mecanizada no adquiere, como es lógico, estas temperaturas pero sí que llega a alcanzar temperaturas locales de 400500 °C . Para evitar problemas, producidos por el calor generado (tensiones internas, deformaciones, efectos de revenido, etc .) es conveniente emplear un refrigerante líquido que lo absorba . El empleo de refrigerante tiene efectos limpiadores sobre la muela, de modo que los poros tienen tendencia a taponarse menos. Además, influye sobre la precisión de las piezas, al evitar los efectos de la dilatación . La refrigeración debe ser muy abundante, continua y aplicada en la zona de contacto entre la pieza y la muela . Cuanto mayor sea ésta, la cantidad de refrigerante deberá crecer en la misma proporción . Por eso, en el rectificado plano frontal, la refrigeración debe ser más intensa que en el rectificado plano tangencia¡, por ejemplo. También debe aumentar cuando crezca la velocidad de giro de la muela . Una precaución importante a tener es la de no conectar de improviso el refrigerante, si se ha trabajado en seco durante cierto tiempo, puesto que el impacto del chorro de refrigerante sobre la superficie caliente de la pieza puede ocasionar grietas, especialmente en aceros tratados . Cuando se emplee muela porosa con refrigerante, conviene eliminar el líquido acumulado en la parte inferior de la muela después de un reposo prolongado, porque origina el desequilibrado de la misma. El líquido absorbido se expulsa haciendo girar la muela en vacío durante unos minutos, antes de empezar de nuevo el trabajo. 14 .7 .1
Refrigerantes empleados
El producto más empleado es la taladrina porque cubre todo el rectificado de los aceros . Para bronce y aluminio da muy buenos resultados una mezcla de trementina y tetracloruro de carbono por su gran poder limpiador, que impide el taponamiento de los poros de la muela . La fundición se rectifica, con frecuencia, en seco, al igual que los trabajos interiores en agujeros de poco diámetro ; en estos casos conviene emplear presiones de esmerilado muy bajas para evitar calentamientos excesivos y un sistema de aspiración de polvos .
14 .8
Defectos más corrientes en el rectificado
Aunque en los temas correspondientes a los trabajos de rectificado se trata de los defectos concretos que aparecen con mayor frecuencia y la forma de evitarlos, parece conveniente tratar aquí de algunos que tienen carácter general, para evitar reiteraciones en cada caso . Entre los defectos a señalar destacan : las grietas, las manchas de calentamiento y capas blandas, las facetas y las estrías del esmerilado. - Grietas. Son originadas por las tensiones elevadas que se establecen entre las zonas periféricas calentadas por el esmerilado y el núcleo, que se mantiene a temperatura ambiente . La tendencia al agrietamiento varía según los materiales ; aumenta con la dureza y disminuye con la tenacidad . Los aceros de alta aleación y poco o nada revenidos son muy sensibles a las grietas . Asimismo, las capas cementadas o nitruradas en los aceros de este tipo, que no han sufrido ningún revenido, son extremadamente propensas al agrietamiento por esmerilado . Es muy recomendable en estos casos reducir la velocidad de giro de la muela, emplear aglomerante más blando y refrigerar con abundancia . - Manchas de calentamiento. Son zonas superficiales de color azulado o pardo oscuro quemadas por la acción de la muela . En ciertos casos se pueden eliminar con un rectificado posterior cuidadoso; en otros, esto no es posible. Pero además, estas manchas se comportan como zonas blandas que, cuando se trata de herramientas o piezas que precisan dureza superficial, suponen un grave inconveniente porque, aunque se pueden repasar, no presentan nunca la dureza inicial . 309
Las medidas a tomar, para evitarlas, son las mismas que en el caso anterior . - Facetas . Son franjas regulares que corresponden a defectos superficiales producidos por la variación periódica de la distancia entre la muela y la pieza que se rectifica, ya sea por causa de vibraciones, ya sea por otros motivos. Estas franjas son más o menos visibles por reflexión de la luz, pero en ciertas ocasiones, el rectificado es tan defectuoso que pueden medirse con facilidad . Para evitarlas hay que usar muelas bien equilibradas ; emplear avances adecuados; efectuar fijaciones seguras de las piezas y recurrir a lunetas de apoyo cuando las piezas sean largas y de poco diámetro . - Estrías. Son marcas irregulares que aparecen en las superficies rectificadas, debidas a granos irregulares; avance excesivo ; refrigerante sucio con partículas en suspensión, etc . Se evitan con el empleo de grano adecuado ; rectificando correctamente la muela; por medio de un avance adecuado y con el uso de un refrigerante en perfectas condiciones . 14 .9
Tiempos de mecanizado
Por razones que se refieren al control de la producción y al cálculo de costos, es muy importante conocer el tiempo teórico de rectificado . Este viene condicionado, en primer lugar, por el tipo de rectificado ; no es lo mismo un rectificado cilíndrico que uno plano . Por eso se dividirá el estudio del tiempo en tres grupos : tiempo de rectificado cilíndrico ; tiempo de rectificado plano tangencia¡ y tiempo de mecanizado plano frontal . 14 .9 .1
Tiempo de rectificado cilíndrico
Como se trata de un movimiento rectilíneo uniforme, la ecuación del tiempo de rectificado será, al igual que en los casos siguientes, del tipo t = e/v. El espacio recorrido será igual a la longitud de la pieza más las posibles entradas y salidas de muela que, ordinariamente, se hacen iguales a la mitad del espesor de la muela (fig . 14 .9) . En todo caso, la longitud total se llama L. Por otro lado, la velocidad de la mesa v, será igual al producto del avance longitudinal por vuelta a, y el número de revoluciones por minuto de la pieza n; o sea : Fig. 14.9
vm = al - n (mm/min) En consecuencia, el tiempo principal (tiempo real de rectificado) es igual a :
pero, como el número de pasadas .7, es el cociente del espesor radial a eliminar s y la profundidad de pasada p; o sea :
el tiempo principal valdrá : tp
=
L
.
Vm
s
(min)
p
Si la muela trabaja solamente en la carrera de ida, el tiempo será doble : tp = 2 Vm
310
L
.
s p
(min)
14.9 .2
Tiempo de rectificado plano tangencial
En esta ocasión el espacio a recorrer se ve afectado por el desplazamiento transversal at necesario para barrer toda la superficie a rectificar . El recorrido longitudinal L (fig . 14.10) será igual a la longitud de la pieza más la entrada y salida de muela prevista . El recorrido transversal total será S. El número de carreras por cada pasada completa se calcula dividiendo la distancia B por el avance transversal a, Si el valor obtenido se multiplica por el número de pasadas total necesario n, resulta :
at siendo nc el número total de carreras precisado. Ahora bien, np es el cociente del espesor de material a eliminar (s) y la profundidad de pasada p; o sea:
de donde
El recorrido total a efectuar será igual al producto del número de carreras n, por el valor de la longitud de una carrera L E= L-nc-L .
B s at . p
Finalmente, el tiempo principal tp será igual a: tp =
E
vm
=
L
vm
B
s
at
p
(min)
Fig . 14. 10 14.9 .3
Tiempo de rectificado plano frontal
Casi nunca existe desplazamiento transversal de la pieza o de la muela porque la anchura de ésta es suficiente para abarcar todo el ancho de la superficie a mecanizar . Por consiguiente, se puede afirmar que :
5
La longitud de la pasada es igual a la longitud de la pieza más el diámetro de la muela y los márgenes de seguridad (fig . 14 .11) .
L
Fig. 14.11
Como se sabe, n, = s/p ; luego : tp =
14 .10
L s . vm p
(min)
fój
Potencia necesaria en el rectificado
Igual que en otras operaciones de mecanizado por arranque de viruta, la pieza y la muela están sometidas a un esfuerzo total de corte, cuya componente principal F, (resistencia al corte) origina en los árboles de la muela y de la pieza momentos de torsión, de cuya magnitud depende la potencia consumida por el rectificado . La potencia necesaria para mover la muela es igual a : [7j siendo : N F, v p
= = = =
potencia necesaria en CV fuerza de corte en kgf velocidad de la muela en m/s rendimiento del motor (0,8 - 0,85)
La potencia necesaria para mover la pieza es mucho menor porque la velocidad de la misma es muy inferior a la de la muela. Por consiguiente, siempre se emplea la expresión anterior en los cálculos de potencia . EJEMPLOS RESUELTOS Problema 1
Una muela de 200 mm de diámetro gira a 1800 r, p. m . Calcular su velocidad periférica . Se supone, además, que su diámetro es excesivo y debe escogerse una muela menor; por ejemplo de 150 mm . Hallar, en este supuesto, su velocidad de rotación, manteniendo fija la velocidad tangencial calculada anteriormente . w d w 60 000
3,14 x 200 x 1800 .60 000
60 000 - v n- d
60 000 x 18,84 3,14 x 150
1 130400 18,84 m/s 60 000
1 130 400 = 2 400 r. p, m . 471
Problema 2
Suponiendo que la masa de la muela de 200 mm de diámetro del problema anterior sea de 6 kg, calcular la fuerza centrífuga que actúa sobre un punto de la periferia F~ = m
v2 R
x 18,842 - 2129,67 = 6 = 21 296,7 N 0,1 0,1
Problema 3
Una pieza cilíndrica de 50 mm de diámetro y 120 mm de longitud debe rectificarse en una rectificadora universal . Para ello, se tornea previamente un cilindro de 50,3 mm de diámetro . Sabiendo que la profundidad de pasada debe ser 0,01 mm, que la velocidad de la mesa es de 3 m/min y que el espesor de la muela es de 40 mm, calcular el tiempo principal de mecanizado, si la muela trabaja en ambas carreras . El valor de L será : L=1+e= 120+40= 160 mm 312
El espesor radial a eliminar s es : 0,3 :2=0,15 mm L - s - 160 x 0,15 vm . p 3000 x 0,01
_ 24 = 0,8 min 30
Problema 4 Hay que rectificar una placa de acero templado de 200 x 500 en una rectificadora tangencial con una muela plana de 200 x 32 . El espesor de la capa de material a eliminar es de 0,4 mm y la profundidad de pasada admisible es de 0,02 mm . También se co noce la velocidad lineal de la mesa y que es igual a 6 m/min . Calcular el tiempo principal de mecanizado . tp =
L-B-s _ 530 x240 x0,4 - `x0880 =1413 min vm - a, - p 6000 x 30 x 0,02 3600
En este problema se ha tomado L = 1 + 15 + 15 = 530 mm y B = 200 + 32 + 8 = 240 mm . El avance transversal se ha tomado algo inferior al grueso de la muela; o sea, 30 mm .
CUESTIONARIO 14 .1 14 .2 14 .3 14 .4 14 .5 14 .6 14 .7 14 .8 14 .9 14 .10
Elección de la velocidad adecuada de una muela . Sección de viruta arrancada. Profundidad de pasada . Avance longitudinal de la pieza . Formas de expresarlo . Influencia de la refrigeración en el rectificado . ¿Qué diferencia existe entre lubricante y refrigerante? Refrigerantes adecuados para los metales y aleaciones más corrientes . Enumerar los defectos más frecuentes en el rectificado . Tiempo principal en el rectificado cilíndrico . Potencia necesaria en el rectificado .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1
Una muela de 40 mm de diámetro no puede sobrepasar la velocidad periférica de 32 m/s . Su velocidad de giro es de 12 000 r. p. m. ¿Es correcta esta velocidad de rotación? Problema 2
Calcular el tiempo de rectificado de una pieza cilíndrica de 60 mm de diámetro y 250 milímetros de longitud . El sobremetal a eliminar, medido sobre el diámetro es, de 0,3 mm . Sabiendo que el material a rectificar es acero templado y la muela empleada mide 250 x 40, establecer las condiciones de corte, sirviéndose de las tablas ; es decir, determinar la velocidad de la mesa en función del avance longitudinal y la velocidad de giro de la pieza; la profundidad de pasada, etc. Se supone que la muela trabaja solamente en la carrera de ida y que no se distingue entre desbaste y acabado . Problema 3
Calcular el tiempo principal de rectificado tangencia¡ de una placa de acero templado de 300 x 400 mm . Sabiendo que la operación se efectúa en dos etapas, desbaste y acabado y que el sobremetal a eliminar es 0,3 mm, hay que escoger los datos del mecanizado con la ayuda del texto, para después poder averiguar el tiempo pedido . Las dimensiones de la muela son 250 x 32 . Problema 4 Dibujar un nomograma parecido al de la figura 14 .3 que permita el cálculo rápido de la velocidad de la muela en relación con su diámetro . La gama de diámetros escogida será de 30 a 100 mm de 10 en 10; las velocidades tangenciales irán de 0 a 40 m/s, de 5 en 5, y las velocidades de giro de 0 a 26 000 r . p. m. de 2000 en 2000 . 31 3
Tema 15. La rectificadora de superficies planas
OBJETIVOS - Estudiar las características constructivas y el ganos principales de las rectificadoras de superficies funcionamiento de los órplanas .
EXPOSICIÓN DEL TEMA Existen dos modelos fundamentales de rectificadora para superficies planas, definidos por la posición del eje de rotación de la muela : si éste es vertical, la rectificadora se llama frontal y, si por el contrario, ocupa la posición horizontal, se trata de una rectificadora tangencial . 15 .1
Rectificadora frontal de superficies planas
Esencialmente, esta rectificadora se compone de un cabezal portamuelas de eje vertical y de una mesa portapiezas . El movimiento principal de corte lo produce siempre la muela al girar, así como el de penetración ; el movimiento de avance o alimentación depende de la pieza y, a veces, de la muela según los casos. Se pueden establecer tres tipos de rectificadoras planas frontales : el de mesa con movimiento rectilíneo alternativo; el de mesa circular y el de cabezal oscilante o pendular . Además existen los modelos de gran producción que se estudiarán oportunamente . 15 .2
15.1
Rectificadora frontal de superficies planas .
Rectificadora frontal de mesa alternativa
En la figura 15 .1 puede verse un modelo sencillo de esta máquina . Consta de una bancada (1) sobre la que se eleva una columna o montante (2) que sostiene el cabezal (3) . Dicho cabezal se desliza sobre guías plano-prismáticas de ajuste verificable por medio de regletas y lleva el husillo en cuyo extremo se fija una muela de vaso (4), provista de la protección conveniente . La muela gira impulsada por una transmisión de correa, con el motor montado en la cara posterior del cabezal, lo que permite la obtención de varias velocidades; aunque las máquinas más modernas disponen de motor de dos velocidades acoplado directamente a la muela o bien de un motor de corriente continua de velocidad variable . La mesa de la máquina (8) se mueve alternativamente en dirección longitudinal y carece de movimiento transversal . Su accionamiento se efectúa, principalmente, por sistema oleohidráulico o mecánico . 31 4
El sistema oleohidráulico está formado por un cilindro C fijo a la bancada, cuyo émbolo está conectado a la mesa (fig . 15 .2) . El distribuidor D que controla el cilindro es accionado a su vez por la palanca P que actúa cuando uno de los topes T de fin de carrera choca contra ella . El sistema mecánico suele ser de mecanismo de piñón y cremallera (fig . 15 .3) . El piñón recibe el movimiento de un tren de engranajes dotados de embragues electromagnéticos pilotados por interruptores-inversores final de carrera que pro vocan la inversión de la mesa cuando unos topes de posición regulable, que lleva la misma, los accionan . mesa
Fig . 15.3 Movimiento de la mesa por piñón y cremallera . Fig, 15.2 Esquema del sistema hidráulico de accionamien to de la mesa.
15 .2 .1
Fijación de las piezas por plato magnético
Las piezas se fijan ordinariamente al plato magnético (5) que lleva la máquina para este fin (fig . 15 .1) . El plato magnético es un bloque de acero anclado a la mesa por la parte inferior y que, por la parte superior, tiene una superficie plana dotada de polos magnéticos alternados, separados por un metal no férreo . Hay dos clases de platos magnéticos : los electromagnéticos y los de imán permanente . En los platos electromagnéticos la imantación se produce por medio de electroimanes alimentados por corriente continua que proviene de un rectificador conectado a la red de corriente alterna. Deben dotarse de un dispositivo de se guridad contra faltas de corriente porque, si ésta cesa, se podrían producir proyecciones de piezas al no existir magnetismo . Los platos de imán permanente están compuestos de imanes rotativos encerrados en una masa de acero dulce (fig . 15 .4A) que se imana o desimana con gran facilidad . La posición de los imanes móviles se regula desde el exterior a través de una palanca de conexión-desconexión . En la figura 15 .413 el plato está conectado; obsérvese la polaridad de signo contrario que adquieren las porciones de hierro dulce, separadas por material no magnético, y que ocasiona el flujo magnético que sujeta las piezas . Una vez mecanizadas, conviene pasar las piezas por un desimantador, para eliminar el remanente magnético que proviene de su contacto con el plato, entre otras razones porque atraen las virutas metálicas . 15 .2 .2
Movimiento del cabezal
Se realiza manual o automáticamente, con gran precisión, al final de cada pasada completa . El mecanismo más usual para realizarlo es el de rueda y sin fin (fig . 15 .5) .
Fig . 15.5 Esquema del mecanismo de accionamiento del cabezal portamuelas . 315
Fig. 15.4 Disposición de los imanes permanentes en un plato magnético .
El visinfín es solidario al husillo de mando, provisto de tambor graduado, mientras que la rueda finamente va montada en el husillo roscado 13) . Este husillo al girar obliga a la tuerca (4), fija al cabezal, a moverse verticalmente uno u otro sentido . en Aunque el tambor" de avance del cabezal suele apreciar centésimas de milímetros es muy frecuente emplear un reloj comparador en los rectificados responsabilidad para dar la profundidad de de pasada . Dicho comparador montarse en una pinza que lleva puede el cabezal (fig . 15 .1) y se apoya al pie de su palpador en un tope deslizante sobre una regla (11) fija al montante . tope permanece fijo, se puede Como el controlar lo que avanza el palpador toda comodidad . del reloj con El movimiento automático del cabezal puede obtenerse por un mecanismo de rueda y trinquete accionado por la mesa en su movimiento . 15 .2 .3
Control automático de la profundidad de penetración La mayor parte de las máquinas de producción de este tipo llevan do un sistema que permite reglar acoplapor adelantado la profundidad de que se desea alcanzar e ir penetración controlando en cada momento el valor real del espesor de las piezas que se rectifican . La figura 15 .6 representa una moderna rectificadora frontal con una lación de esta naturaleza . Obsérvese instael palpador a la izquierda del cabezal y el visualizador de cota electrónico a la derecha .
Fig . 15.6
15 .3
Rectificadora frontal Hidro-Precis con equipo de control continuo de medida.
Rectificadora frontal de mesa circular
Es una máquina de gran producción . Funcionalmente es similar al terior pero presenta grandes tipo andiferencias constructivas (fig . 15 .7) en lo que a la mesa se refiere. especialmente En efecto, el movimiento de alimentación ya no es rectilíneo sino circular . Se aprecia enseguida su gran robustez y la mayor potencia de su cabezal portamuelas cuyo motor puede llegar a los 50 CV de potencia . La mesa circular es además desplazable, con objeto de realizar la descarga de piezas con toda facilidad carga y . Es del tipo electromagnético, para poder sujetar las piezas sin dificultad (fig . 15 .8) y gira a velocidad variable por un piñón que engrana con impulsada una corona atornillada en su parte interna . 316
Fig,
Fig . 15.8
15.7
Rectificadora frontal de mesa circular Hidro-Precis .
Corte de la mesa circular.
Algunas máquinas son de ciclo automático y pueden realizar esta secuencia de operaciones : - Traslación automática de la mesa desde la posición de carga hasta debajo del cabezal . - Descenso rápido del cabezal . - Puesta en marcha de la muela y la mesa portapiezas . - Avance vertical automático, pero a la medida y compensación automática del desgaste de la muela. - Subida rápida del cabezal. - Retorno de la mesa . - Apertura y cierre del paso de refrigerante . 15 .4
Rectificadora frontal de cabezal oscilante
En esta máquina la pieza no tiene ningún movimiento puesto que permanece en reposo sobre la mesa, mientras el cabezal efectúa el movimiento de avance y el de penetración, además del de corte, propio de la muela. Para ello, el cabezal puede pivotar alrededor de una columna fija a la bancada (fig . 15 .9?, movido por el operario, que empuja una abrazadera que para este propósito lleva el cabezal . Al mismo tiempo, va dando la profundidad de pasada, moviendo el volante con la mano libre. Como se comprende, esta máquina tiene poca precisión y es apta únicamente para trabajos de poca importancia . 31 7
Fig . 15.9 Esquema de una rectificadora frontal de cabezal oscilante .
15 .5
viunnní
Fig . 15. 10
Rectificadora tangencial de superficies planas.
Rectificadora tangencial de superficies planas
Es una máquina de gran precisión destinada al rectificado de superficies planás por contacto tangencial de la periferia de una muela cilíndrica de eje horizontal con la pieza a mecanizar. También se pueden realizar en ella piezas de forma con generatrices rectas, empleando una muela perfilada en la misma máquina . En la figura 15 .10 se presenta una rectificadora de este tipo . Consta de una sólida bancada (1) en cuya parte posterior se apoya el montante (2) que sirve de guía al cabezal portamuelas (3) . En unas guías que lleva la bancada desliza un carro transversal (5) que, a su vez, sostiene la mesa de la máquina (6), dotada de movimiento longitudinal . Además, hay que considerar el equipo de aspiración de polvo y viruta (7), cuando se trabaja en seco y el grupo de refrigeración (8) . Existen dos fórmulas constructivas, si se considera la distribución de movimientos que pueden realizar la mesa y el cabezal portamuelas (fig . 15 .11) : la primera corresponde a la máquina estudiada anteriormente ; la segunda, por el contrario, responde a otro criterio, ya que es el montante el que se desplaza lateralmente para conseguir la cobertura de toda la superficie a rectificar . En otros casos el montante permanece fijo (para ganar en solidez) y es el propio cabezal portamuelas el que se desplaza transversalmente . 15 .5 .1
Cabezal portamuelas
El cabezal está compuesto por una carcasa de fundición provista de guías que ajustan en el montante y de unos asientos que sirven para alojar el husillo. Los apoyos de éste pueden ser cojinetes ajustables o bien rodamientos de precisión . El motor va acoplado a un extremo por medio de una junta elástica o bien forma parte del mismo árbol ; tal es el caso del ejemplo de la figura 15 .12, en el que se puede observar el inducido bobinado sobre el extremo del husillo .
B
Fig. 15. 11 Esquema de movimientos fundamentales en las rectificadoras tangenciales: A, movimiento transversal realizado por la mesa; B, movimiento transversal a cargo del cabezal.
Fig . 15.12
Cabezal portamuelas de una rectificadora tangencial.
El desplazamiento vertical del husillo suele controlarse con gran precisión a través de un volante que mueve un husillo a bolas y con ayuda de un comparador milesimal ; puede ser manual o automático . Para garantizar la ausencia de juego se contrapesa el cabezal por medios hidráulicos o mecánicos (fig . 15 .13) . 15 .5 .2
Fig. 15.13 Contrapeso para la absorción del juego del cabezal.
Mesa
El movimiento de la mesa se realiza como en la rectificadora plana frontal; por este motivo se omite aquí su descripción . El desplazamiento transversal, tanto si es debido al carro portamesa o al montante, es manual o automático ; en este caso toma un valor previamente escogido y se da al término de una pasada completa . 31 8
15 .5 .3
Aparato perfilador de la muela
El cabezal está preparado para recibir un accesorio muy interesante que permite dar a la superficie lateral de la muela la forma que convenga . La rectificadora de la figura 15 .14 tiene instalado uno de esos dispositivos perfiladores (Diaform). Este no es más que un pantógrafo de trazos regulables (fig . 15 .15), con dos palpadores, P y P.' Cualquier desplazamiento de P,' por ejemplo de C a C,' se traduce en un desplazamiento proporcional de P, o sea, de B a 8, ya que RE' y CC' son lados homólogos de triángulos semejantes . La razón de proporcionalidad es precisamente la escala a la que trabaja el aparato . Así, suponiendo que la escala o relación de trabajo sea de 5 : 1, un desplazamiento de 1 mm del palpador que se apoya en una plantilla de perfil determinado, corresponderá a un recorrido de 0,2 mm del perfilador de la muela . La plantilla que reproduce el perfil a obtener, realizada en material fácilmente mecanizable, se construye a una escala mayor que la real y de este modo cualquier error de mecanización queda automáticamente minimizado sobre la muela. Dicha plantilla se coloca sobre una pequeña plataforma (fig . 15 .16) y sobre ella se apoya el palpador ; el otro palpador lleva un soporte con uno o varios conos diamantados que van perfilando la muela convenientemente . Fig. 15.14 Rectificadora tangencial GM con aparato perfilador .
Fig.
15.15 Esquema de un pantógrafo .
Fig. 15.16 Detalle del aparato perfilador en una rectificadora tangencial.
15 .5 .4
Control automático de la profundidad de pasada Puede lograrse de modo muy parecido a la rectificadora plana frontal. En la figura 15 .17 aparece un aparato detector, controlando el espesor de una serie de anillos dispuestos sobre el plato magnético de una rectificadora tangencial . 15 .5 .5
Accesorios especiales de interés Entre los accesorios que permiten ampliar las posibilidades de la rectificadora tangencial están los divisores de eje horizontal para el rectificado de perfiles alargados de formas regulares ; los divisores de eje vertical para el rectificado de ranuras o fresados frontales ; un cabezal inclinable para el rectificado de ángulos, etc .
CUESTIONARIO 15 .1 División de las rectificadoras planas frontales. 15 .2 Accionamiento de la mesa en la rectificadora plana frontal de movimiento alternativo . 15 .3 Fijación de las piezas en el plato magnético. 15 .4 Clases de platos magnéticos . 15 .5 Control de la profundidad de pasada en la rectificadora plana frontal. 15 .6 Rectificadora frontal de mesa circular . 15 .7 Órganos principales de la rectificadora tangencial de superficies planas . 15 .8 Dispositivo perfilador de la muela .
Fig. 15.17 Detalle del palpador para el control del espesor de las piezas en una rectificadora tangencial.
Tema 16. El trabajo en la rectificadora plana
OBJETIVOS - Conocer las particularidades del trabajo en las rectificadoras de superficies planas. - Dominar los procedimientos comunes de fijación, esmerilado y control de las piezas que se mecanizan en las rectificadoras de este tipo . EXPOSICIÓN DEL TEMA En términos generales, el rectificado plano con muela frontal se emplea para el arranque de gran volumen de viruta, especialmente si se trabaja con herramienta de segmentos, cuando las exigencias de calidad y precisión no muy elevadas . El rectificado plano con son muela tangencia¡ es más adecuado para trabajos de la máxima responsabilidad ; por el contrario, su rendimiento es muy inferior . 16 .1
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Fig. 16.1 Posicionamiento incorrecto sobre el plano magnético.
Fig. 16.2 Posicionamiento correcto de la pieza de la figura anterior .
Rectificado plano con muela frontal
Es muy adecuado para rectificar piezas planas, de forma prismática y grandes salidas de muela . La pieza se fija ordinariamente en el plato magnético aunque pueden emplearse otros sistemas (mordaza, bridas, utillajes, etc .) . La cara de apoyo debe estar bien plana o de lo contrario la adherencia sería imperfecta y podrían ducirse accidentes . proCuando la pieza es delgada se deben extremar las precauciones para asegurar que se adapta al plato en todos sus puntos (puede estar doblada) . También se acostumbra a proteger las piezas muy delgadas con pletinas de menor espesor que hacen de acero tope lateral con aquéllas . Asimismo, se pueden rodear las piezas muy delgadas de un barrillo aglutinante, fuertemente mezclado con virutas metálicas, para que las líneas de flujo magnético no resulten bilitadas o interrumpidas . deUna vez que la pieza está bien sujeta, se sitúan los topes móviles que delimitan el recorrido de la mesa, procurando que la muela tenga las salidas necesarias, y se acerca el cabezal a la pieza . Cuando la muela roce levemente la pieza ; instante que se aprecia con seguridad porque aparecen algunas chispas, se mueve el volante que controla la profundidad de pasada o se conecta para que funcione automáticamente ésta . El avance vertical se controla por medio de un reloj comparador, a cero al dar la primera pasada, puesto o bien con un aparato de control permanente, También puede controlarse con ayuda del tambor graduado o por la intervención de un tope regulable que desembraga el sistema de avance cuando se llega a un punto determinado previamente . 320
16 .1 .1
Distribución de las piezas sobre el plato magnético Cuando deban rectificarse piezas de pequeñas dimensiones, nunca se colocarán en el plato de manera discontinua (fig . 16 .1) sino tal como se indica en la figura 16 .2, apoyadas unas con otras y de forma que la muela quede siempre bien apoyada . La última disposición, además de ofrecer una longitud de pasada menor, resiste con mayor eficacia la entrada de la muela y presenta una superficie sin discontinuidades, lo que repercute en una mayor duración de la muela y en una precisión superior, ya que la muela no pisa el borde de la pieza .
En las rectificadoras de mesa giratoria conviene recordar que el avance de las piezas no es idéntico ; varía según su distancia al centro . En estas máquinas existe el peligro de que la muela tiende a empujar las piezas pequeñas hacia el exterior, si aquélla gira en el mismo sentido del plato . Para evitarlo hay que hacer que la muela dé vueltas de modo que la fuerza de corte que produce, tienda a empujar las piezas hacia el interior (fig . 16 .3). Si esta solución no es suficiente, es preciso rodear cada pieza con un anillo metálico que refuerce la acción sujetadora . 16 .1 .2
Disposición de las rugosidades
Los trazos de rectificado inevitables que deja la muela sobre la superficie rectificada, suelen tener la disposición de la figura 16 .4 que corresponde a la acción de una muela de vaso con el eje vertical. Sin embargo, puede lograrse fácilmente el resultado de la figura 16 .5 inclinando levemente el cabezal portamuelas . En este caso, la superficie rectificada no es perfectamente plana sino un poco cóncava. 16 .1 .3
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Elección de la forma de la muela
Una muela de segmentos no es aconsejable cuando la superficie a rectificar presenta muchas discontinuidades (ranuras, agujeros, etc .) porque éstas tienen un efecto disgregador sobre los segmentos abrasivos que ocasiona su rápido desgaste ; en estas condiciones conviene utilizar una muela de vaso . Por el contrario, la muela de vaso tiene poco rendimiento en las grandes superficies planas porque dificulta la acción del refrigerante ; por este motivo, es preferible trabajar con muela de segmentos. 16 .2
Fig. 16.3 Sentidos de giro en el rectificado plano en una máquina de mesa circular.
Fig. 16.4 Marcas de la muela en el rectificado plano frontal.
Rectificado plano con muela tangencial
El rectificado plano con muela frontal proporciona, evidentemente, una gran zona de contacto entre la muela y la pieza y con ello se consigue un elevado rendimiento en el arranque de viruta . Las muelas que trabajan tangencialmente tienen, por el contrario, un contacto mínimo con la pieza, reducido en teoría a una línea. Por esta razón, su rendimiento es mucho menor, pero permiten alcanzar una exactitud superior en las medidas y una finura superficial extraordinaria . Las muelas que se emplean normalmente son planocilíndricas . Como su anchura es casi siempre menor que la de la superficie a planear, la forma habitual de trabajo es la de dar pasadas longitudinales paralelas. La muela realiza una pasada a lo largo de la pieza (en realidad es ésta la que se mueve) cubriendo una longitud igual a la de la pieza más unos márgenes de entrada y salida ; a continuación, gracias a un desplazamiento transversal de la mesa, no superior al ancho de la muela, se rectifica otra franja paralela a la anterior (fig . 16 .6).
Fig. 16.5 Corrección de las marcas inclinando el cabezal portamuelas.
Fig. 16.6 Pasadas transversales sucesivas en la rectificadora tangencial 16 .2 .1
Fijación de las piezas
La forma habitual es con un plato magnético (fig . 16 .7) . En este caso, es válido lo dicho para la rectificadora plana frontal. 321 21 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig. 16.7 Rectificado de una superficie plana en una rectificadora tangencial con empleo del plato magnético .
Sin embargo, cuando se rectifican placas, guías, reglas, etc ., es corriente fijarlas sobre la mesa por medio de bridas . Si se procede de este modo, hay que tener sumo cuidado en no deformar la pieza y en permitir su dilatación por medio de una distribución racional de los puntos de fijación . La placa de la figura 16 .8 está mal sujeta porque las bridas (1) y (2) tienden a deformarla e impiden la libre dilatación de la misma en sentido longitudinal . La misma placa está fijada perfectamente según la figura 16 .9 porque sólo las bridas (3) y (4) están bien apretadas (en la zona de menor voladizo), mientras que las (1) (2) (5) y (6), al estar poco atornilladas, permiten la dilatación longitudinal de la placa, siendo la transversal despreciable .
Fig .
16.9 Fijación correcta de la placa de la figura anterior. 2
Fig . 16.8 placa .
Fijación incorrecta de una
Las piezas que llevan caras a rectificar con el lateral de la muela o bien perfiles que deben referirse a una superficie mecanizada con anterioridad, suelen apoyarse contra una regla o tope finamente rectificado, sujeto a la mesa o al mismo plato magnético . También se emplea, cuando se trata de piezas pequeñas, una mordaza de banco de precisión . 16 .2 .2
Fig. 16. 10
Rectificado de una superficie inclinada .
Se procede de forma similar a la rectificadora plana frontal . Una vez situada la pieza o piezas, se colocan los topes que limitan la carrera longitudinal de la mesa . A continuación, se pone en marcha la muela hasta que roce levemente con la superficie a rectificar ; entonces ya se pueden colocar los movimientos automáticos de penetración y desplazamiento . Si la superficie horizontal que se mecaniza debe formar cierto ángulo con otra superficie de referencia, conviene emplear una mesa auxiliar inclinable o situar la pieza con ayuda de la regla de senos (fig . 16 .10) . 16 .2 .3
Fig . 16.11 Marcas de la muela sobre una superficie plana vertical.
Rectificado de superficies planas horizontales
Rectificado de superficies planas verticales
Es bastante frecuente el rectificado de superficies planas verticales (piezas en forma de T, U, etc.) que deben mecanizarse perfectamente perpendiculares a las caras horizontales . En tal caso, suele recurrirse al lateral de la muela, rectificándola cuidadosamente con el útil diamantado para que quede perpendicular al plano horizontal teórico . Las superficies rectificadas de este modo presentan el aspecto característico de la figura 16 .11 . Algunos autores recomiendan el empleo de muelas planocilíndricas con biselado cónico hacia el interior (fig . 16 .128) puesto que el rectificado de estas muelas es más fácil; para su puesta a punto basta un repasado tangencial . Sin embargo, su rendimiento es menor y se estropea el filo con frecuencia . Para que el empalme de las superficies sea perfecto es necesario emplear ranuras de salida de muela (fig . 16 .12A) . 16 .2 .4
Rectificado de perfiles regulares
El rectificado de reglas de sección regular puede hacerse en la rectificadora plana tangencial (fig . 16 .13) instalando la pieza en el divisor universal . De ordinario, la pieza se monta entre puntos, especialmente si es larga ; en este caso, se disponen también apoyos intermedios que no entorpezcan el trabajo y cuya misión es equivalente a la de las lunetas . Fig.
16.12 Rectificado de superficies perpendiculares entre si.
Según este sistema, se pueden rectificar las ranuras de los conocidos árboles acanalados para transmisiones . El árbol nervado se coloca entre puntos, con una brida de arrastre y se prepara el divisor, como se hace normalmente, atendiendo al número 322
de canales en cada caso (6, 8, 10 . .. ). Suponiendo un árbol acanalado con ranuras de flancos rectos (fig . 16 .14) el rectificado puede realizarse con una sola muela perfilada que abarcará todo el hueco entre dientes, o bien, si ello no es conveniente, pueden emplearse dos muelas ; la primera rectifica los fondos de las ranuras y por ello debe tener la periferia curva, con radio d,/2 ; la segunda puede ser una muela de plato o bicónica que trabaje perpendicularmente a la mesa, con un desplazamiento lateral igual a la mitad del diente . En primer lugar, se rectifican todos los flancos de un mismo lado y después se pasa al lado contrario, desplazando la muela . Si la pieza tiene el eje vertical y el perfil a rectificar se distribuye regularmente sobre el plano horizontal, se emplea el divisor de sobremesa . Como se sabe, dicho divisor tiene una amplia plataforma circular que gira según un eje vertical . Sobre ella se instala la pieza bien centrada y se dispone el divisor de la forma adecuada para mecanizar el número de divisiones que interese . Suponiendo que la pieza a rectificar fuera un acoplamiento de dientes frontales (fig . 16 .15) el proceso a seguir sería éste : en primer lugar, se prepara la pieza y el divisor; seguidamente, se perfila la muela de disco con el ángulo necesario ; después se centra respecto a la cara perpendicular de un diente cualquiera y se rectifica en dirección radial . Como las caras verticales están alineadas con el centro, se comprende que el dentado del acoplamiento deberá ser cónico forzosamente . 16 .2 .5
Fig. 16.13 Rectificado longitudinal de perfiles regulares.
Rectificado de perfiles diversos
Se trata de piezas de forma variada cuyas generatrices son rectas y cuya sección normal puede presentar un perfil cualquiera . El perfil a rectificar se reproduce en una plantilla de material resistente, normalmente acero, a una escala de ampliación para que los posibles errores apenas se manifiesten en la muela . La plantilla se coloca en el aparato perfilador (diaform) y éste reproduce en la periferia de la muela el perfil correspondiente . La pieza a conformar, que muchas veces tiene forma de regla, se coloca encima del plato magnético apoyada en una cara finamente acabada (muchas veces se realizan operaciones de rectificado preparatorias en la misma máquina) . Una vez alineada con el comparador, se desplaza la muela hasta que roce la cara de referencia de la pieza (fig . 16 .16A); luego, se desplaza la distancia necesaria por medio del carro transversal (fig . 16 .1613), con lo cual la muela queda en posición de trabajo. A continuación, se da la primera pasada después de tomar contacto ligero con la pieza, dando la profundidad requerida con el volante del cabezal portamuelas (fig . 16 .16C) . Si el perfil no es muy uniforme, se efectúa un desbastado previo en la limadora o fresadora para que el material a eliminar sea mínimo . Con este procedimiento se rectifican, no sólo reglas de cualquier forma, sino incluso piezas de poco espesor (levas, plantillas, galgas, etc.) que se obtienen troceando la regla perfilada y rectificando después las dos caras frontales hasta que resulte el espesor adecuado .
D
Fig. 16.14 Rectificado de un árbol acanalado: A, detalle del perfil; B, C y D, diversos procedimientos que se pueden emplear.
B
Fig. 16.16 Rectificado de perfiles : A, posicionamiento de la pieza; B, posicionamiento de la muela; C, perfilado.
Fig. 16.15 Rectificado de formas regulares con ayuda del divisor de eje vertical.
16 .2 .6
Rectificado de guías y superficies angulares en general Para el rectificado de guías prismáticas, en cola de milano, etc ., y, en general, superficies inclinadas es de gran utilidad el cabezal inclinable (figura 16 .17) del que disponen algunas rectificadoras tangenciales . Este cabezal puede inclinarse según un plano vertical con capacidad de giro preciso de 90° en ambos lados . Cuando no existe cabezal de este tipo puede recurrirse a los platos magnéticos de mesa inclinable, a escuadras giratorias, a la mesa de senos y en general a aquellos dispositivos que permitan la obtención de superficies inclinadas . CUESTIONARIO
Fig. 16.17 Aparato rectificador inclinable adecuado para superficies angulares.
16 .1 Criterios a seguir para la elección del tipo de rectificadora plana que conviene emplear ante un trabajo determinado . 16 .2 Sujeción de las piezas en el plato magnético . 16 .3 Elección de la muela en el rectificado frontal . 16 .4 Fijación de las piezas con bridas en el rectificado plano . 16 .5 Rectificado plano de una superficie inclinada . 16 .6 Rectificado de superficies planas perpendiculares entre sí . 16 .7 Rectificado de una regla hexagonal. 16 .8 Rectificado de perfiles diversos . 16 .9 Rectificado de superficies angulares.
Tema 17 . La rectificadora cilíndrica universal
OBJETIVOS - Estudiar las características constructivas y el funcionamiento de los órganos principales de la rectificadora cilíndrica universal.
EXPOSICIÓN DEL TEMA La rectificadora cilíndrica universal es una máquina herramienta capacitada para rectificar superficies de revolución de generatrices rectas o curvas, e incluso las superficies planas frontales que las limitan . En consecuencia, con ella se pueden efectuar cilindros exteriores e interiores ; conos interiores y exteriores, de pequeña o gran conicidad; refrentados y superficies de revolución de generatrices curvilíneas, aunque esto requiere el perfilado de la muela con un dispositivo especial, según una plantilla-modelo . 17 .1
Características constructivas
Deben responder a dos exigencias fundamentales: precisión y robustez . Esto se logra a través de una cuidadosa elección de los materiales empleados, un mecanizado muy riguroso de los distintos elementos y un diseño compacto y reforzado de los mismos . Observando la rectificadora universal de la figura 17 .1 se pueden apreciar sus órganos más importantes; a saber : 17 .1 .1
Bancada (1)
Es una caja de fundición cerrada, en forma de T, cuya misión es sostener y guiar los órganos de trabajo. En su parte alargada lleva las guías de la mesa, mecanizadas con gran precisión; son de forma prismática, una plana y la otra en V. Perpendiculares a ellas, existen dos guías transversales para el deslizamiento del carro del grupo portamuelas, situadas en la parte posterior de la bancada . En su interior se encuentran los mecanismos de accionamiento de la mesa, el armario eléctrico y, con frecuencia, la central oleohidráulica . Adosado a la bancada por su parte exterior, se halla el equipo de refrigeración que tiene gran importancia en el trabajo de rectificado . 17 .1 .2
Mesa (2)
Es una pieza de fundición de forma alargada dividida en dos partes . La inferior lleva las guías que coinciden con las de la bancada; la superior puede girar sobre el plano horizontal y es la que lleva las guías para el cabezal portapiezas 325
3
Fig. 17.1
Rectificadora cilíndrica universal Danobat .
y la contrapunta . La amplitud del desplazamiento angular por medio de un sector graduado puede controlarse o con mayor precisión por rador o de bloques-patrón, como medio del compamás adelante se verá . La mesa se mueve alternativamente a lo largo de las guías de la bancada . 17 .1 .3 Cabezal portapiezas (3)
Es un grupo autónomo situado en un extremo de la mesa, cuya de proporcionar la rotación misión es la necesaria a las piezas que se rectifican . Consta de dos partes bien diferenciadas : una plataforma la mesa y el cabezal propiamente deslizante sobre dicho que puede girar sobre se divide, a su vez, en dos aquélla . El cabezal elementos : husillo principal y grupo motor. El husillo o árbol principal gira con gran precisión montado de aleación especial ajustables, sobre cojinetes para corregir el juego radial . También es frecuente el montaje sobre rodamientos de rodillos (fig . 17 .2). Obsérvese citada cómo los esfuerzos axiales en la figura son recibidos por un rodamiento de bolas de contacto angular y doble efecto . El extremo anterior del husillo tiene un alojamiento cónico utillaje conveniente ; además está para recibir el hueco en toda su longitud y se le puede acoplar una pinza accionada manualmente, desde el exterior por volante o En la nariz dél husillo también se palanca . puede montar un plato liso, rras, ya sea de accionamiento magnético o de gamanual o neumático . La rotación del husillo se efectúa a través de una transmisión por correa desde el grupo motor; éste puede ser eléctrico o hidrodinámico caso, se procura que la polea . En cualquier conducida no se apoye directamente sobre el husi-
Fig. 17.2 326
Corte del cabezal portapiezas .
Ilo para evitar la tensión de las correas sobre al árbol. En la figura 17 .2, ya citada, se puede apreciar con claridad esta cuestión ; la polea plana transmite el esfuerzo a un plato enchavetado al árbol mientras se apoya en dos rodamientos de bolas montados sobre una camisa fija a la carcasa o cuerpo del cabezal . Si el motor es trifásico, de dos velocidades, la variación del número de revoluciones del árbol se consigue con poleas escalonadas, por lo que la gama suele ser de seis . También se emplean los variadores continuos de velocidad ya sean de fricción, de poleas extensibles o electrónicos . En este caso el motor es de corriente continua y su velocidad se regula por un potencíómetro colocado en un lugar accesible, mientras se lee directamente el valor de aquélla en la esfera de un tacómetro, que para este fin lleva el motor (fig . 17 .3) . Cuando se emplea un motor hidráulico se puede operar de modo parecido a como se opera con el motor de corriente continua . 17 .1 .4
Cabezal portamuelas (4)
El cabezal portamuelas descansa sobre dos carrillos transversales; el inferior desliza sobre la bancada y es accionado por un sistema de tornillo y tuerca que garantiza una posición exacta, con una tolerancia de 0,001 mm . Este carrillo lleva una plataforma sobre la que gira (fig . 17 .4) el carrillo superior donde van firmemente sujetas la caja del husillo portamuelas y la placa dei motor. Por consiguiente el carrillo superior (con todo el conjunto portamuelas) es orientable y movible a mano, lo cual resulta muy útil en el rectificado de conos de mucha conicidad. El husillo o árbol portamuelas (fig . 17 .5) se apoya en cojinetes ajustables de metal antifricción . En un extremo se instala la muela y en el otro, lo más cerca posible del cojinete, está la polea de arrastre, conectada a la del motor situado en la parte trasera del grupo. La calidad del rectificado depende en gran medida de la precisión de giro de este árbol, lo cual se logra por medio de un juego de funcionamiento muy estrecho y la sujeción firme y perfecto equilibrado de la muela. Sobre la parte superior de la caja del husillo portamuelas se puede colocar una pinza abatible, que sujeta un husillo para rectificados interiores, y el motor correspondiente (fig . 17 .6) . El husillo para rectificar interiores es un dispositivo de muy alta precisión compuesto por una camisa cilíndrica (fig . 17 .7) de la que sobresale el árbol por ambos extremos . A un lado sostiene la muela escogida y en el otro recibe una pequeña polea, movida por el motor a través de una correa plana . Los rodamientos del ejemplo son de contacto angular y pueden girar con toda fiabilidad a
Fig . 17.3 Detalle exterior del cabezal portapiezas de una rectificadora universal.
Fíg . 17.4 muelas.
Fig .
17.5
Corte del cabezal portamuelas .
Fig .
17.6
Detalle del carro porta-
Equipo para el rectificado interior.
Fig . 17.7 Husillo para el rectificado interior.
elevado número de revoluciones . Esta característica es común a todos los husíllos para el rectificado de interiores puesto que lo exige el escaso diámetro de la muela para alcanzar la velocidad de corte necesaria, llegando en algunos hasta las 50 000 r. p . m . casos En estas condiciones la lubricación normal es inadecuada y se recurre ces al engrase por niebla de aceite entona presión. 17 .1 .5
1 Fig. 17.8
1
Contrapunta .
Contrapunta (5) Es muy parecida a la del torno pero es más pequeña y de funcionamiento más sencillo . Consta de un bloque de fundición (fig . 17 .8) dotado de guías que ajustan en la mesa de trabajo, lo que permite colocarlo en la posición y asegurarlo en ella por medio de requerida unos tornillos (1) que presionan una regleta situada en la cara interior de las guías . El husillo (2) de la contrapunta ajusta perfectamente en el bloque citado y puede retroceder rápidamente por medio de la palanca (3) . Esto facilita el montaje de las piezas entrepuntos ya que, al soltar la palanca, el husillo la pieza colocada, gracias a la acción presiona de un muelle regulable por un botón exterior (4) . Obtenida la fijación entrepuntos deseada se bloquea el husillo la palanca (5) . moviendo !.a contrapunta dei ejemplo lleva además un útil portadiamante (6) que, como se verá, resulta de mucha utilidad . 17 .2
Movimientos fundamentales de la rectificadora cilíndrica Existen dos formas básicas de ejecutar un rectificado : por desplazamiento longitudinal de la mesa y por penetración radial de la muela (plongée). En el primer método la pieza, solidaria con la mesa, se mueve alternativamente y, término de cada pasada, la muela va al avanzando radialmente, para conseguir la penetración necesaria. En el segundo procedimiento, la muela avanza radial~ mente de modo continuo mientras la pieza no tiene ningún desplazamiento lateral y solamente gira sobre sí misma. Por otro lado interesa que el avance de aproximación y retroceso, una vez concluido el ciclo de trabajo, sea lo más rápido posible ya que es tiempo no productivo. Además, es preciso tener presente que cuando se llega a la profundidad máxima de rectificado es necesario que la muela esté en contacto la pieza hasta que las chispas hayan con desaparecido, para asegurar, de la máxima precisión y uniformidad este modo, superficial . Estos dos procedimientos condicionan los movimientos automáticos que tener las modernas rectificadoras deben cilíndricas, aparte, claro está, de los manuales para reglaje y comprobación y movimientos de otros ciclos de trabajo que se estudiarán más adelante . Todo lo dicho se refleja claramente en los diagramas de la figura 17 .9. En existe la aproximación rápida de la ambos muela a la pieza; después, el tiempo de con avance continuo o escalonado (que rectificado de el contacto con la pieza) ; la posición se da automáticamente cuando la muela pierde la penetración para dar tiempo a que se reposo regulable por temporizador al finalizar ceso rápido hasta la detención definitiva extingan las chispas y, finalmente, el retroo el inicio de un nuevo ciclo . CICLO Df flECTIFICA00 FN PLONGFE aVporramaeeaz are
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Fig. 17,9
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Ciclos habituales de la rectificadora universal .
328
CICLO DF flECTIFICADO LONGITUDINAL
17 .3
órganos para el desplazamiento de la mesa y los carros
El desplazamiento longitudinal de la mesa se logra normalmente por medio de un cilindro oleohidráulico de doble vástago, fijo a la bancada, cuyo émbolo es solidario, a su vez, con dicha mesa . El esquema de la instalación y su funcio namiento es como sigue (fig . 17.10): el aceite procedente del depósito (1), impulsado por la bomba (2), pasa al distribuidor (3) y de ahí al cilindro (4), lo que provoca el movimiento del émbolo (5) y el desplazamiento de la mesa (6), como es lógico . Ahora bien, cuando uno de los topes (7) choca con la palanca, que controla el distribuidor (8), éste cambia la dirección del flujo de aceite, con lo cual se invierte el sentido de avance del émbolo del cilindro . Se puede inmovilizar la mesa en cualquier punto moviendo únicamente la válvula de tres vías (9), con lo que el aceite vuelve al depósito sin acceder al cilindro . La velocidad de la mesa se regula sin problemas por mediación de la válvula (10), que regula el paso de fluido.
11
Fig. 17. 10 Esquema del mecanismo hidráulico de accionamiento de la mesa .
El accionamiento hidráulico es más ventajoso que el mecánico por ser más sencillo, flexible y preciso . Únicamente hay que cuidar la estabilidad del fluido y la carencia de burbujas de aire en el aceite, ya que la compresibilidad de aquél acarrearía avances por sacudidas del émbolo, principalmente cuando el movimiento fuera muy lento . Otra ventaja, nada desdeñable, es la seguridad que proporciona la instalación oleohidráulica contra sobrecargas en los órganos de trabajo ; el aumento de la presión del aceite provocaría la apertura de la válvula de seguridad y, en consecuencia, el escape de aceite al depósito. No obstante, la mesa se puede mover manualmente por medio de un mecanismo de cremallera y piñón . La cremallera se instala en la cara inferior de la mesa y el piñón, que engrana con ella, es movido por el operario con un volante exterior, a través de un tren de ruedas dentadas . El carro, sobre el que va el grupo portamuelas, tiene dos movimientos de precisión, manual y automático, y otro de acercamiento o alejamiento rápidos . El movimiento de precisión se verifica por medio de un sistema de husillo y tuerca ; el husillo es movido a mano gracias a un volante dotado de un círculo graduado que aprecia las milésimas de mm, o bien automáticamente, por medio de un trinquete que abarca un arco rigurosamente constante, aunque regulable a voluntad, que se mueve a cada vaivén de la mesa. La tuerca en la que rosca el husillo está sujeta al carro del grupo portamuelas, de manera que el movimiento circular del husillo se transforma en rectilíneo de la tuerca . 17.4
órganos de mando
Van dispuestos en un panel situado en la parte superior delantera de la bancada . Su distribución y complejidad varía, como es lógico, según cada modelo, 329
pero, en general, todos los constructores se preocupan de que sean lo más simples y accesibles posible . Suelen consistir, en esencia, en un cuadro de pulsadores que controlan los motores de la máquina ; un mando único para los movimientos principales del cabezal portamuelas y la mesa ; el volante para el desplazamiento longitudinal de la misma, que se desembraga automáticamente al conectar el movimiento hidráulico ; el volante para el control del avance del carro portamuelas ; los dispositivos para la regulación de las velocidades y avances; la palanca de inversión del movimiento de la mesa, etc. 17 .5 Fig. 17 11 Soporte inclinable para el repasado de las muelas .
En primer lugar están los más sencillos, para el simple afilado de la muela, constituidos por un soporte (fig . 17 .11) que ajusta en las guías de la mesa, provisto de un brazo articulado en cuyo interior se aloja el portadiamante ; por medio de un pequeño tambor se puede avanzar o retirar la punta diamantada para poder afilar la muela con facilidad . Cuando es necesario un verdadero perfilado resulta muy útil un perfilador hidráulico (fig . 17 .12) que funciona basándose en el principio del copiado hidráulico con plantilla . Este dispositivo puede funcionar a voluntad del operario o bien automáticamente, cada vez que se ha efectuado un número determinado de ciclos . También existen equipos de control permanente de la muela que realizan el equilibrado automático de la misma sin desmontarla (incluso sin detener la máquina) así como la compensación automática del desgaste adquirido . 17 .6
Fig. 17 12
Perfilador hidráulico .
Dispositivos para rectificar las muelas
Control permanente de la medida
Es muy rentable el empleo de un dispositivo de control de medida, cuando se trabaja en serie (fig . 17 .13) . Hay gran variedad de aparatos de este tipo, pero la mayoría son de contacto permanente y trabajan junto a la muela, señalando de modo continuo la cota obtenida en cada pasada . Al llegar a un valor convenido se produce la detención del avance y el retroceso de la muela a la posición de partida . El operario puede seguir en todo momento el desarrollo de la operación, puesto que los datos que obtiene el aparato de control se reflejan en la pantalla de un visualizador digital . 17 .7
Sistema de refrigeración y recuperación del refrigerante
El empleo de refrigerante adecuado en las operaciones de rectificado, tanto en calidad y cantidad como en limpieza, es muy importante para un trabajo en óptimas condiciones . Por razones económicas interesa, además recuperar en lo posible el líquido refrigerante empleado . La solución de estos problemas se basa en el empleo de una instalación en circuito cerrado, provista de un grupo filtrador separador . El refrigerante que sale por una amplia boquilla en la misma zona de trabajo es recogido por las pantallas de protección y por las ranuras de la mesa para ser conducido a la unidad de filtrado, llevando en suspensión partículas metálicas de pequeño tamaño y un barrillo característico producido básicamente por los residuos abrasivos. Una vez filtrado, se envía al depósito general donde será bombeado de nuevo para su uso .
Fig. 17.13 Medidor continuo del diámetro.
Hay varios sistemas para limpiar el refrigerante : por filtración, por centrifugado y por separación magnética (es evidente que este último purezas metálicas) . El más común es un sistema mixto método sólo puede separar imde separación magnética y filtración (fig . 17 .14) . El refrigerante pasa primero por el separador magnético M y cae sobre el tejido filtrante F que retiene las partículas no lentamente, arrastrado por un reductor y cae en el depósitomagnéticas ; el tejido avanza C para su ulterior limpieza, mientras el refrigerante, en perfecto estado, queda depositado en la cuba D. Un microrruptor / provisto de boya, evita que el nivel de líquido suba en exceso, cuando el tejido no filtra bien porque está muy sucio, accionando el reductor que hace avanzar la banda filtrante. 330
Fig .
1714
Equipo mixto de filtrado Aiskar .
B
Fig. 1715 Separador centrífugo Hidrociclón : A, aspecto ,general, B, esquema .
Existe también un sistema que actúa por centrifugado (fig . 17 .15) . El refrigerante sucio es conducido a una centrifugadora que separa las partículas más densas del refrigerante, el cual, una vez limpio, es relanzado al conducto de salida . Es evidente que estos sistemas pueden emplearse en toda clase de rectificadores y en consecuencia se ha preferido hacer mención de ellos únicamente aquí por ser la rectificadora universal la más representativa .
CUESTIONARIO 17 .1 17 .2 17 .3 17 .4 17 .5 17 .6 17 .7
Principales trabajos que se realizan en la rectificadora cilíndrica universal . El cabezal portapiezas . Partes que lo forman . El cabezal portamuelas . Partes que lo forman . Rectificado longitudinal . Rectificado por penetración . Órganos para el desplazamiento de la mesa y los carros . Dispositivos para rectificar las muelas .
Tema 18 . El trabajo en la rectificadora universal
OBJETIVOS - Conocer las posibilidades de trabajo que tiene la rectificadora universal. - Dominar los procedimientos comunes de fijación, esmerilado y control de las piezas que se mecanizan en la rectificadora universal.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Los trabajos típicos de la rectificadora universal son el rectificado cilíndrico exterior e interior, la ejecución de conos exteriores e interiores y, eventualmente, el rectificado de superficies planas frontales . 18 .1
Fijación de las piezas
La fijación de las piezas es una cuestión clave para obtener óptimos resultados . La determinación de los medios más convenientes la condiciona la forma de la pieza y la clase de rectificado que se pretenda llevar a cabo . Se puede decir que la fijación se realiza según tres procedimientos principales : al aire, entre puntos y mixto. - Al aire. Suelen ser piezas de poca longitud, cilíndricas o con alguna parte cónica . Deben tener una zona que no se rectifique para que puedan acoplarse los órganos de sujeción . El dispositivo más usado es el plato universal de garras autocentrantes, las cuales pueden moverse manualmente o por medio de un sistema neumático . Además, tiene la ventaja de que sus garras normales pueden sustituirse por otras blandas para no perjudicar una superficie ya rectificada . También se emplean los platos lisos con bridas y las pinzas, idénticas a las de torno para pequeños diámetros .
- Entre puntos. Es el sistema habitual para el rectificado de ejes y árboles. Permite acabados de gran precisión, si los puntos están bien ejecutados ya que así no se transmiten a la pieza los juegos de montaje . No conviene que el contrapunto sea rígido sino que es preferible que disponga de un sistema de amortiguación (de hecho lo lleva la casi totalidad de las rectificadoras) . - Sistema mixto. Por medio del cabezal y la contrapunta, o bien, si el rectificado es interior, con el plato universal y una luneta de apoyo . 332
18 .2
Rectificado cilíndrico al aire
La pieza se sujeta normalmente con el plato universal . Conviene centrar la pieza, aunque sea sin rigor excesivo, para facilitar el rectificado, especialmente si las demasías de material son escasas. La muela debe tener salida fácil, siempre que se pueda y, en caso contrario, se ha de prever una entalla o salida de muela de dimensiones normalizadas . Una vez regulados los topes de inversión del movimiento de la mesa, se acerca la muela a la pieza hasta que aparezcan pequeñas chispas; en este momento, se mide el diámetro a rectificar y se da la primera pasada (fig . 18 .1) . Las pasadas sucesivas se obtienen automáticamente, al igual que la detención de la penetración al llegar a la medida final. Como se sabe, antes de retirar la muela se dan unas pasadas de chispeo para conseguir un acabado perfecto . La comprobación del diámetro puede realizarse con el pálmer de exteriores sin desmontar la pieza para evitar errores . 18 .2 .1
Rectificado cilíndrico al
Rectificado al aire de conos exteriores
Los conos exteriores de fuerte conicidad se rectifican al aire, inclinando el cabezal portapiezas en un ángulo igual a la mitad del que tiene el cono (fig . 18 .2) hasta que la generatriz teórica sea paralela al desplazamiento de la mesa . Es un método comparable al del torneado de conos con inclinación del carro porta herramientas, sólo que aquí es la pieza la que se coloca en posición, en lugar de la herramienta. 18 .3
Fig. 18.1 aire .
Rectificado entre puntos
Fig. 18.2 Rectificado de un cono, inclinando el cabezal portapiezas.
Es preciso que los puntos de la pieza estén bien ejecutados aunque es conveniente repasarlos cuando se desea alcanzar gran precisión ; tal es el caso de los árboles templados, en los que hay que eliminar las deformaciones térmicas . Piénsese, además, que los puntos deben estar perfectamente alineados; una pequeña variación del 1 % puede ser causa de piezas defectuosas, especialmente si éstas son largas . Las piezas de gran longitud deben apoyarse sobre lunetas para evitar que flexionen por la presión de la muela y resulten de mayor diámetro en el centro . La regla práctica que define el uso de luneta es que la longitud de la pieza no exceda 10 veces al diámetro . La presión que conviene aplicar a los apoyos de la luneta sólo pueden determinarse por tanteo y como fruto de la experiencia del operario . En piezas con chaveteros y extremos acanalados es aconsejable taponar las entallas con madera dura y aumentar también la dureza de la muela. De no tomar esta precaución, es muy fácil que se formen redondeados en los bordes . 18 .3 .1
Rectificado de ejes y árboles
La pieza a rectificar se monta en la máquina con los puntos limpios y en perfectas condiciones. El arrastre se efectúa por medio de una brida de corazón (perro), procurando que no apriete demasiado y que el perno del plato apoye correctamente . La presión entre puntos no será excesiva y se regulará de modo que el sistema elástico de la contrapunta permita la eventual dilatación de la pieza (fig . 18 .3). Para obtener piezas perfectamente cilíndricas se mecanizan ambos extremos ligeramente, dando a la muela penetraciones iguales . Se miden los diámetros obtenidos y si se observa una diferencia entre ellos, se bascula levemente la mesa con ayuda de un comparador milesimal hasta que la prueba siguiente señale que el error está corregido . Para evitar sobrecalentamientos locales, especialmente en las piezas propensas a ello en razón de su configuración (huecas y de paredes delgadas, diámetro pequeño, etc.), se trabajará a gran velocidad periférica y fuerte avance lateral; en cambio, el avance radial será muy pequeño. Se preferirá una muela estrecha a una ancha . Si existen diámetros escalonados, hay que mecanizar salidas de muela para que la unión de la cara frontal con la cilíndrica no sea redondeada, a menos que esto sea precisamente lo que se persigue, por razones de resistencia o por que la pieza que hace tope contra el resalte lleva un chaflán o redondeado de entrada mayor aún . 333
Fig. 18.3 Rectificado cilíndrico entre puntos .
18 .4
Fig . 18.4 Rectificado de la cara frontal de un resalte .
Rectificado de una superficie frontal
Se hace referencia evidentemente a las pequeñas coronas circulares limitan los escalones de diámetros (fig . que 18 .4) y que se rectifican con la teral de la muela plana . cara laSe efectúa por penetración radial hasta el diámetro menor . Después ba éste, dejándolo a medida y, a se acamano, moviendo el volante de la una ligera pasada final a la cara mesa, se da plana con el lateral de la muela . Si el resalte es pequeño, puede hacerse después de acabar el diámetro menor, deteniendo avance automático y aproximando la el muela contra el resalte. Las máquinas precisas pueden operar de otra manera más fácil vez terminado el diámetro menor, aún . Una se hace penetrar radialmente la muela hasta llegar a la medida de aquél, sin que se note en absoluto la marca de la muela . 18 .5
Rectificado de penetración radial (plongée)
Consiste en una variante del rectificado cilíndrico en la que no existe el avance lateral . La muela penetra radialmente en la pieza hasta alcanzar el conveniente y, en consecuencia, debe diámetro tener la anchura de la banda a o incluso ser mayor que ella (fig . rectificar 18 .5) .
Fig. 18.5 Rectificado por penetración radial.
Fig. 18.6 Rectificado por penetración de una superficie más ancha que la muela.
Este procedimiento se ha extendido produce en los tiempos de producción, sensiblemente debido a la mejora que porque elimina el vaivén de la pieza y la regulación característico correspondiente . El rendimiento de la muela es superior porque, al actuar en toda su hace que trabaje mayor número de anchura, granos . Esto obliga a diseñar potentes y robustas, capaces de máquinas más montar muelas de hasta 500 o varias a la vez . mm de anchura Los gorrones de los cigüeñales suelen rectificarse en máquinas que trabajan según este sistema . especiales Para trabajar con muela perfilada (fig . 18 .5C) es necesario realizar la penetración radial . también Cuando interesa efectuar desbastes con gran rendimiento se realizan traciones radiales sucesivas, una al penelado de otra, sin necesidad de en cada caso, puesto que la tomar medidas precisión de las máquinas modernas hace que resulten casi invisibles las marcas de paso de una pasada a otra (fig . 18 .6) . 18 .6
Fig .
18.7
Rectificado de un cono de poca inclinación.
Rectificado de conos largos de pequeña conicidad
Cuando la pieza a rectificar sea cónica y no se pueda emplear el orientable portapiezas, ya sea porque cabezal la pieza es muy larga, ya sea razones, se puede recurrir a mover por otras la mesa portapiezas, aflojando que lleva a propósito (fig . 18 .7) . los tornillos Para controlar el desplazamiento necesario existe un reloj comparador lleva la máquina e, incluso, suele que estar preparada para situar bloques esta finalidad . patrón con El principio de la mesa giratoria es casi análogo al que se emplea en el torno para realizar conos largos con la contrapunta (fig . 18 .8). Suponiendo que la mesa
Fig . 18.8 Control y cálculo de la inclinación de la mesa,
pivote en O, cuando ésta gire un ángulo a/2, el índice que lleva en su extremo describirá el arco mn . Se puede suponer con un margen de error mínimo, si el ángulo no supera los 12°, que el arco mn es igual al cateto x del triángulo rectángulo formado . El valor de x será :
siendo : L = distancia fija conocida que existe entre el punto de giro de la mesa y el índice que señala el desplazamiento . A pesar de los cálculos efectuados conviene realizar las comprobaciones oportunas al comenzar el trabajo, verificando el cono con los medios ordinarios ya conocidos . Este procedimiento tiene la ventaja de permitir el movimiento automático de la mesa ya que la generatriz del cono queda dispuesta paralelamente a las guías. Rectificado cilíndrico interior
18 .7
Aunque la rectificadora cilíndrica universal realiza con mayor soltura rectificados exteriores, mediante el empleo del aparato de rectificar interiores, se pueden ejecutar trabajos de esta naturaleza a plena satisfacción . El aparato rectificador citado se instala en el cabezal portamuelas y su funcionamiento es totalmente autónomo . El problema fundamental del rectificado interior suele ser la elección de la muela . Conviene respetar al máximo la norma general sobre el abrasivo, empleando carburo de silicio para fundición, latón, aluminio, etc., y corindón para acero . Hay que usar un tamaño de grano medio, grado medio o blando y aglomerante cerámico de estructura media . Las velocidades de trabajo son muy superiores a las empleadas en el rectificado exterior, sin que exista peligro de sobrepasar la velocidad de corte . La muela que se emplea normalmente tiene forma cilíndrica, con mango o sin él ; se monta en el husillo del aparato de interiores por medio de tornillo o tuerca y, si lleva mango, en una pinza que debe tener el husillo. Es preciso afilar la muela con frecuencia para compensar el desgaste que sufre debido a la poca cantidad de abrasivo que actúa y eliminar las partículas . desprendidas . Siempre que se pueda se empleará refrigeración . La pieza se monta en el plato de garras o en platos especiales, como el que se emplea para centrar ruedas dentadas por su diámetro primitivo (fig . 18 .9) lo que asegura un rectificado concéntrico del agujero, circunstancia ésta muy valiosa para el funcionamiento correcto de un engranaje . En muchos casos, el rectificado cilíndrico interior se usa como referencia de los rectificados exteriores que debe sufrir la pieza ; entonces se monta aquélla en un mandril al aire . La pieza montada en el plato de garras debe sujetarse con cuidado, especialmente si sus paredes son delgadas, para no deformarla lo más mínimo . Si esto no se puede evitar, hay que cambiar el sistema de fijación, apretando las piezas frontalmente en lugar de hacerlo radialmente . El centrado de la pieza se lleva a cabo con un reloj comparador de palpador horizontal, que permite explorar los diámetros de entrada y de fondo y el cabeceo que pueda tener la pieza (fig . 18 .10) . 18 .7 .1
Fig . 18.11 Salida de muela en el rectificado interior.
Salida de la muela
La muela debe tener salida fácil por ambos lados de la pieza (fig . 18 .11) . Si el orificio es libre, suelen ser suficientes unos cinco o seis milímetros ; si no hay salida directa, debe proyectarse una entalladura interior de la anchura adecuada (fig . 18 .12) . Cuando el orificio a rectificar tenga ranuras circulares o chaveteros conviene escoger una muela algo más dura de lo normal y de grano medio; su anchura debe ser superior a las ranuras existentes . 33 5
Fig . 18 .12 muela.
Empleo
de salida de
Práctica del rectificado interior
18 .7 .2
Fig. 18.13 Rectificado de un cono interior .
El rectificado de interiores es más difícil y delicado que el de exteriores . Ello es debido a la muela en sí, mucho más frágil, a la falta de visibilidad directa y a la dificultad de refrigeración de la zona de trabajo. La regulación de los movimientos de la mesa y la penetración de la muela se realiza como en el rectificado exterior . La muela se repasará con frecuencia porque su desgaste es elevado. En las máquinas que tienen ciclo automático, este repasado se realiza automáticamente, e incluso existe compensación de la pérdida de diámetro de la muela por medio del desplazamiento del carro . Se comprobará regularmente la medida alcanzada, la conicidad del agujero y el estado superficial de la pieza. Los instrumentos a emplear son los ya conocidos : micrómetro de interiores, alexámetro y, finalmente, calibre tampón pasa-
no pasa.
Rectificado cónico interior
18 .7 .3
Fig. 18.14 Rectificado de una superficie frontal con el aparato de interiores.
Si la conicidad del orificio es pequeña puede trabajarse indistintamente con el cabezal portapiezas o inclinando la mesa . Cuando la pieza sea muy larga habrá que emplear la luneta de apoyo, ya que no es posible emplazar la contrapunta . Los conos de gran conicidad deben rectificarse con el cabezal, montando la pieza en el plato de garras . Para ello, se gira la parte superior del cabezal el ángulo conveniente, igual que se hacía con los conos exteriores (fig . 18 .13) . Hay que comprobar que el diámetro de la muela elegida no sea mayor que el diámetro menor del cono . 18 .8
~~1 w_= ~í
/l//f
Fig. 18 15 Rectificado de una pieza completa con el aparato de interiores.
Rectificado de superficies planas
Las superficies que se rectifican en esta máquina son frontales ; es decir, perpendiculares al eje de giro de la pieza . Se trata pues de una operación equivalente al refrentado en el torno. Con el aparato de rectificar interiores y una muela de copa que trabaje por su cara plana, es posible mecanizar cómodamente la superficie frontal de una pieza sujeta al plato (fig . 18 .14), aunque el rendimiento es escaso por la forma en que deben darse los avances. En ciertos casos, puede que interese no desmontar la pieza de rectificado . Entonces se opera sólo con el aparato de interiores durante toda la fase y los diversos rectificados que haya que realizar pueden ejecutarse cambiando sucesivamente las muelas, según se trate de un rectificado exterior, interior o frontal (fig . 18.15) . Es posible también rectificar superficies planas con la muela trabajando tangencialmente . Para ello, se gira al límite (90°) el cabezal portapiezas, de manera que el eje de rotación del husillo sea perpendicular a las guías de la mesa y se emplea la muela principal de la máquina (fig . 18 .16) . CUESTIONARIO
90 °
Fig. 18.16 Rectificado plano tangencial en la rectificadora universal.
18 .1 18 .2 18 .3 18 .4 18 .5 18 .6 18 .7 18 .8 18 .9 18 .10
Sistema de fijación de las piezas . Rectificado al aire . Rectificado de piezas de gran longitud . Rectificado de ejes y árboles . Técnica del rectificado cilíndrico de precisión . Rectificado por penetración radial . Rectificado de piezas perfiladas . Rectificado de conos exteriores . Rectificado cilíndrico interior . Rectificado de superficies frontales en la máquina universal .
Tema 19. Rectificadora sin centros . Rectificadoras especiales
OBJETIVOS - Estudiar el fundamento del rectificado sin centros y las máquinas en
las que se realiza . - Conocer las caracteristicas básicas de algunas rectificadoras especiales de gran interés.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Principio del rectificado sin centros
19 .1
Hay numerosas piezas que debido a su tamaño o configuración no es posible rectificarlas con los procedimientos convencionales, ya porque no existe espacio material para la muela, el plato, etc ., ya porque no es fácil agarrarlas con los medios de arrastre disponibles o, sencillamente, porque no es rentable su rectificado en la máquina universal . En estos; :casos suele dar óptimos resultados el rectificado sin centros . esencial del procedimiento puede apreciarse en la figura 19.1 . Lo Se emplean dos muelas, una propiamente abrasiva, de gran diámetro O y otra más pequeña C que actúa como muela de arrastre. El eje de giro de esta última está ligeramente inclinado, de forma que tiende a comunicar a la pieza P, apoyada sobre la regla extradura R, un movimiento helicoídal, de rotación y traslación que obliga a presentar toda su cara lateral a la acción de la muela abrasiva . 19.1 .1
Generación de una superficie cilíndrica de revolución
Si la pieza a rectificar estuviera situada en tal posición que su centro se alineara con los de la muela operadora O y la muela conductora C (fig . 19.2A) hay que convenir que su diámetro sería igual a la mínima distancia que separa ambas muelas . En estas condiciones cualquier protuberancia (fig . 19 .213) provoca en el extremo expuesto una depresión, puesto que la pieza es empujada contra la muela operadora. El resultado final será un cilindro poligonal (fig . 19.2 C) . En cambio, si la pieza está situada por encima de la línea de centros (figura 19 .2D), un saliente cualquiera de la misma no ocasionará el esmerilado del punto diametralmente opuesto, porque la zona de trabajo instantánea está mucho más baja; por el contrario, el saliente citado será eliminado al pasar por la zona de esmerilado (fig. 19.2E) . Cuando una depresión toca la muela de arrastre o la regla de apoyo, se produce un descenso automático de la pieza hacia la parte más estrecha del canal 337 22 .
Tecnología 2.2.
Máquinas Herramientas
Fig . 19.1
Rectificadora sin centros .
Fig. 19.2 Rectificado sin centros: A, B y C, sistema incorrecto; D, E y F, autocilíndrado por oscilación de la pieza.
Fig . 19.3
Rectificado sin centros por penetración .
(fig . 19 .2F) y las elevaciones son eliminadas por la muela abrasiva . De esta forma, gracias al ascenso y descenso del centro de la pieza, se verifica el autocilindrado de la misma, cuyo ritmo depende de los factores de corte . Cuanto mayor sea la velocidad periférica de la pieza y mayor sea su elevación, tanto más rápidamente se autocilindra . Sin embargo, no es posible superar ciertos valores prácticos; así, la elevación no conviene que supere la mitad del diámetro . 19 .1 .2 expulsor
muela operadora
muela conductora
Rectificado a través y por penetración
Anteriormente se ha dicho que la muela conductora está ligeramente inclinada respecto a la muela operadora; por este motivo la pieza cilíndrica avanza automáticamente en sentido longitudinal, mientras gira sobre sí misma. Además, la muela conductora tiene el perfil levemente hiperbólico, reforzando de este modo el contacto con la pieza . Sin embargo, cuando la pieza posee diámetros escalonados que deben rectificarse, el rectificado a través (a la enfilada) no es factible . En estos casos se trabaja por penetración . La muela conductora se coloca en posición prácticamente horizontal ; sólo se conserva una pequeña inclinación (a = 0,5°) para asegurar que la pieza no se moverá de sitio . Por otra paree, tanto la muela conductora como la muela operadora deben perfilarse de acuerdo con el perfil de la pieza, al igual que la regla de apoyo. Para determinar la posición axial de la pieza y lograr su expulsión, cuando la muela de trabajo ha completado su avance radial, se instala un tope o expulsor, accionado manual o automáticamente (figs. 19 .3 y 4) . 19 .1 .3
Práctica del rectificado sin centros
La muela operadora es de naturaleza cerámica y funciona a 25-30 m/s. La muela de arrastre es de resina sintética o de caucho artificial ; su velocidad se determina con relación a la de la pieza, de manera que resulte comparable con la relación que se establece en el rectificado cilíndrico . El avance a de la pieza en sentido longitudinal es función del ángulo a de inclinación de la muela de arrastre ; o sea : a = rr - D, - n, - sen a (mm/min) siendo : D, = diámetro de la muela conductora en mm nc = número de revoluciones por minuto de la muela conductora
Fig. 19.4 Rectificado sin centros por penetración, Esquema del perfilado de las muelas.
El avance axial lento favorece el cilindrado ; mientras que el avance rápido tiende a enderezar lasopiezas . La posición exacta y sin vibraciones de la pieza depende también de la regla de apoyo, cuyo bisel no será inexistente ni demasiado pronunciado . 338
sola pasada . En el desbaste puede El material sobrante no se elimina de una reducirse a 0,02 mm en el acabado ; si para mm llegarse a una penetración de 0,2 los últimos 0,05 mm deben rebajarse elevadas, muy calidades deben obtenerse . sin penetración pasadas en tres pasadas, seguidas de algunas afilada porque, muela bien la siempre con trabajará Como regla general se . cilíndricas de lo contrario, las piezas no salen perfectamente 19 .1 .4 Rectificadora sin centros rectificado sin centros en Son rectificadoras preparadas para realizar el sus diversas modalidades . móviles, montaConstan de una sólida bancada, provista de dos cabezales (fig . 19 .5) . La regla conocidas dos muelas las dos sobre carros, que contienen . de apoyo R va atornillada sobre un carrillo independiente 19.6) que actúa autoCada muela lleva un sistema de repasar adosada (fig . . hidráulico mecanismo máticamente, movido por un sin centros es una máquiComo se comprende enseguida, la rectificadora problemas . Para ello debe adapna que puede automatizarse sin demasiados regularmente a la máquina y un suministre que társele un cargador de piezas través, no es necesario porque sistema de evacuación que, cuando se rectifica a aquella se realiza por gravedad . exactitud porque, de lo La entrega de las piezas debe efectuarse con gran . contrario, las formas obtenidas no serán cilíndricas sin centros con aliEn la figura 19.7 se puede observar una rectificadora vibradora . mentación automática por medio de una tolva 19 .2
Rectificadora automática de exteriores
trabajos de rectificado Es una máquina muy especializada, concebida para exterior en medianas y grandes series (fig . 19.8) . normalmente trabaja por Aunque puede realizar el rectificado alternativo, convenga (fig . 19.9) . Como según recta, inclinada o penetración con muela . puede verse, es posible usar varias muelas a la vez medidas de la pieza son El ciclo de trabajo es totalmente automático y lasseñala la posición axial de controladas por un medidor continuo que, además, a otra de referencia . una cara frontal que se esté rectificando, con relación
Fig . 19.5 Cabezales de una rectificadora sin centros .
Fig. 19.6
Perfilador hidráulico.
Fig . 19.7 Rectificadora sin centros Estarta equipada con alimentador automático.
Fig .
19 .8
Rectificadora automática de exteriores
Hidro-Precis .
Fig. 19.9 Algunos trabajos ejecutados por la rectificadora de la figura ante rior.
19 .3
Rectificadora automática de interiores
Al igual que la anterior, es una especialización de la rectificadora para realizar el rectificado interior con el máximo rendimiento . En ella desaparece la contrapunta y en su lugar se instala un potente grupo rectificador de interiores . El cabezal portamuelas para exteriores desaparece o bien sufre transformaciones que le capacitan para el rectificado planofrontal (fig . 19 .10) .
Fig. 19. 10
Rectificadora automática de interiores Danobat.
Una de las principales ventajas de esta máquina es el sistema automático para repasar la muela . Consiste en un ciclo programable (fig . 19 :11) durante el cual, e interrumpiendo el trabajo, la muela sufre un reavivado para compensar el desgaste sufrido y, a la vez, se verifica una corrección de la posición radial de la muela, en función de la pérdida de diámetro experimentada en el repasado . Para altas velocidades se emplean husillos neumáticos o de alta frecuencia (hasta 120 000 r. p. m.) . 19 .4
Fig. 19. 11 Ciclo automático de repasado de la muela en la rectificadora de interiores.
Rectificadora de perfiles
Es una rectificadora pensada para ejecutar piezas de sección diversa pero cuyas generatrices son rectas . Se basan en sistemas de reproducción mecánicos y ópticos . El sistema mecánico más empleado es el pantógrafo (fig . 19 .12) . El cabezal de la máquina, provisto de una muela de disco, está ligado al palpador que actúa sobre una plantilla de acero, a escala, que reproduce el perfil a obtener. De' este modo, el mecanismo de reproducción traslada al bloque de donde saldrá la pieza todas las incidencias de la plantilla, firmemente sujeta sobre una mesa ortogonal. El método óptico, quizás más perfecto, permite un control directo del operario sobre la pieza . Esencialmente, consiste en una pantalla que ofrece una visión de la zona de trabajo a una escala determinada (fig . 19 .13) . El operador, a través de un volante, puede modificar a voluntad la posición de la pieza que se trabaja y que está sujeta a una mesa o carro móvil desplazáble según dos ejes ortogonales . Sobre la pantalla se coloca un papel transparente que tiene dibujado con precisión el perfil a reproducir, trazado a la misma escala que la que proporciona el sistema óptico . De este modo es posible ir moviendo la pieza de manera que describa una trayectorile perfectamente controlable sobre la pantalla . La figura 19 .14 contiene una piezas de muestra, ejecutadas con toda facilidad y precisión en una rectificadora de perfiles . 340
Fig. 19.13 Esquema de una rectificadora óptica de perfiles .
Fig. 19.12 Rectificadora de perfiles con pantógrafo Studer .
Fig. 19.15 Rectificado de roscas por medio de una muela simple.
Fig. 19.14 Rectificado de perfiles : A, matriz y punzones para piezas de máquinas de escribir, B, vista de la matriz formada por dos partes acoplables .
19.5
Rectificado de roscas
El rectificado de roscas tiene por objeto la producción de piezas roscadas de la máxima exactitud tales como tornillos micrométricos, husillos, calibres, etcétera, e incluso herramientas que se emplean para tallar roscas; es decir: peines, machos, terrajas, etc . Aunque el método tiene características comunes hay una serie de variantes que obligan a clasificar los procedimientos de rectificado en tres : - Rectificado longitudinal con muela simple. Es el más exacto de todos. Se emplea para rectificar roscas de la máxima precisión, o bien, cuando el paso a mecanizar es muy rápido ; por ejemplo, en tornillos de módulo, filete trapecial o diente de sierra, etc. También se emplea para acabar roscas desbastadas por otros procedimientos . Se emplea una muela de disco, afilada según el sistema de la rosca, que se desplaza a lo largo del filete, con la inclinación necesaria, según el ángulo de la hélice media (fig . 19.15) . - Rectificado longitudinal con muela múltiple . Es parecido al anterior, pero la muela, en lugar de tener un solo perfil de rosca, tiene varios filetes ; en consecuencia, se comporta como un peine de roscar, de modo que los primeros hilos realizan una misión de desbaste y los restantes, de acabado (fig . 19.16) . El rendimiento es superior al sistema de muela simple . Este sistema tiene especial interés para el rectificado de roscas interiores .
- Rectificado de penetración. Es el procedimiento más racional y debe emplearse siempre que sea posible . La muela es de perfil múltiple y trabaja por penetración radial . Por consiguiente, debe tener una anchura superior a la longitud de la rosca o bien realizar una penetración al lado de otra (fig . 19 .17) . 341
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Fig. 19.16 Rectificado de roscas con muela múltiple y desplazamiento longitudinal.
CY VIII IIIIIIIIII~ ~III_IIII_III011 Fig. 19 .17 Rectificado de roscas por penetración radial.
La profundidad de rosca se alcanza en el curso de una sola vuelta de la pieza o como máximo dos, de las cuales una es para el desbastado y la otra para el acabado . La realización de penetraciones sucesivas (una junto a la otra) no es ningún problema ; las máquinas modernas aseguran una precisión de ± 0,005 mm con relación al paso . Con el procedimiento de penetración es posible rectificar pasos de 0,75 a más de 4 mm . 19.5.1
Rectificadora de roscas
Uno de los modelos más extendidos aparece en la figura 19.18 . Se trata de una máquina muy sólida y precisa . La mesa de trabajo se apoya sobre un zócalo inclinable y su desplazamiento longitudinal está controlado por un sillo de precisión que lleva un sistema de ajuste para acoplar exactamentehula muela a la rosca tallada previamente . Para el rectificado de roscas cónicas hasta 1 : 16, lleva una regla cónica patrón . El cabezal portapiezas puede girar con velocidad variable y lleva todos los mecanismos para la obtención de los pasos necesarios; así como un sistema para la división del paso . El cabezal portamuelas puede avanzar perpendicularmente a la mesa, lizándose sobre guías de precisión . Es inclinable en ambos sentidos hasta des30° . El husillo está montado sobre rodamientos ajustables que permiten un juego máximo de 0,002 mm . La máquina dispone de un sistema para destalonar roscas, de gran utilidad para el rectificado de herramientas .
Fig. 19.18 Rectificadora de roscas y perfiles Lindner.
19.6 Fig. 19.19 Rectificado de ruedas dentadas con muela de forma.
Fig. 19.20 Procedimiento MAAG para el rectificado de ruedas cilíndricas de diente recto o helicoidal.
Rectificado de ruedas dentadas
Para aumentar las prestaciones de una transmisión por ruedas dentadas en cuanto a potencia, velocidad o nivel de ruidos reducido, se recurre al rectificado de los flancos de los dientes a fin de lograr la máxima perfección del perfil real y una calidad superficial que no pueden obtener los procedimientos de tallado . Los procedimientos de rectificado de ruedas dentadas cilíndricas rectas y helicoidales (que son los casos habituales) son tres : por muela simple perfilada, por generación y por muela de visinfín .
- Muela simple perfilada. La muela de disco empleada puede tener la forma de un flanco del diente o bien la de todo el intradiente (fig. 19 .19) . En el primer caso se rectifican todos los flancos del mismo lado y, después, los del lado contrario ; en el segundo caso, la muela trabaja los dos flancos a la vez . Después de terminar un diente, se pasa al siguiente por medio de un grupo divisor de gran exactitud y se prosigue el trabajo . - Por generación#' El método MAAG emplea dos muelas de plato inclinadas a 15 - 20° o bien, actualmente, sin inclinación . La operación se efectúa (fig. 19.20) como si la circunferencia primitiva de la rueda girara sin resbalar
342
sobre una recta imaginaria ; la generación del perfil tiene lugar cuando dos tiras o flejes de extremos fijos obligan a girar a la rueda, montada sobre un árbol, cada vez que el carro se mueve alternativamente . Además existe un movimiento axial alternativo para que el engranaje pueda rectificarse en toda la longitud del diente . Al terminar la operación, se pasa al diente contiguo por medio de un sistema divisor . El frotamiento puntual continuo de las muelas produce un desgaste periódico que es necesario compensar . El dispositivo corrector consiste (fig . 19.21) en una palanca oscilante que, a intervalos de tiempos regulares, toca el borde de la muela; si ésta no se ha movido, no ocurre nada ; pero si la oscilación es excesiva, se cierra el circuito eléctrico que acciona el motor del mecanismo de traslación hasta que el cabezal ocupa su posición exacta (la corrección es del orden de milésimas de mm) . En la figura 19 .22 aparece una rectificadora de este tipo trabajando sobre una rueda helicoidal . - Por muela de visinfin . Es el procedimiento Reishauer. Requiere la preparación de una muela de visinfín que actúa de modo comparable a una fresa madre (fig. 19 .23) . El husillo portapiezas, normalmente vertical, oscila axialmente, mientras la muela sufre una inclinación igual al ángulo de la hélice para las ruedas de diente recto o incrementada con el valor del ángulo del diente si la rueda es helicoidal . La sincronización de la muela y la pieza se efectúa eléctricamente de modo que no son posibles los errores de división por oscilaciones de la carga . La duración de la muela es notable por lo que no es necesario repasarla con demasiada frecuencia, cuestión, por otra parte, bien resuelta por una máquina especial que prepara las muelas de varias rectificadoras, siendo innecesario el perfilado sobre máquina . Obsérvese en la figura 19.24 una rectificadora de esta clase ; en ella se aprecian los principales detalles constructivos .
Fig. 19.23
Fig. 19.24 Rectificadora de ruedas dentadas de diente recto o heócoidal
Reishauer .
19.7
Rectificado planetario
Las piezas que contienen orificios y que por su forma o dimensiones no pueden girar sobre sí mismas (bloques, moldes, placas matrices, etc .), se rectifican en máquinas de husillo vertical, cuya muela experimenta, además de la rotación propia, un movimiento de traslación circular planetario (fig . 19.25) . También se emplean con frecuencia cabezales planetarios autónomos que se pueden acoplar a fresadoras de torreta, punteadoras, etc . Están provistos de una turbina neumática o de un grupo eléctrico de alta frecuencia para hacer girar la muela y de un dispositivo de excentricidad regulable que proporciona el movimiento planetario (fig . 19.26) . 19.8
Otras rectificadoras especiales
Las hay de tipos muy diversos . Las más interesantes son las rectificadoras de levas y las de cigüeñales . Fig. 19 .26 Cabezalpara el rectificado planetario MYL.
Fig. 19.21 Corrección de la posición de las muelas en la máquina MAAG.
Fig. 19.22 Rectificado de una rueda helicoidal en una rectificadora MAAG .
Fig. 19.25
Rectificado planetario .
Las primeras sirven para esmerilar el perfil de trabajo de las levas con objeto de mejorar su exactitud y calidad superficial ; esto se traduce en un mejor comportamiento del palpador en cuando a uniformidad de funcionamiento y precisión de recorrido .
Fig. 19.27
El esquema de funcionamiento de una rectificadora representativa de este grupo es como sigue (fig . 19 .27) . La leva a rectificar L va montada sobre el mismo eje que la plantilla P, girando ambas libremente sobre el centro O. El brazo oscilante B, que puede pivotar sobre el punto C, obliga, bajo cierta presión, a que la plantilla se apoye continuamente sobre el rodillo fijo R; esto produce la separación o el acercamiento de la leva según la forma que adopte la plantilla . La muela M puede moverse radialmente con objeto de dar la profundidad de pasada . Esquema de una rectificadora de levas .
La rectificadora de cigüeñales es una especialización de una máquina de exteriores, pensada para rectificar simultáneamente los gorrones de apoyo de los cigüeñales . Para ello tiene un cabezal de muelas múltiples que actúan por penetración sobre cada uno de los cuellos de la pieza, independientemente del diámetro que puedan tener .
19 .9
Máquinas acabadoras
Cuando se pretende lograr las tolerancias dimensionales más estrechas (ISO IT 1 a IT 4) así como calidades superficiales del orden de 0,02 Mm, es preciso emplear técnicas de esmerilado especiales o de superacabado . Las máquinas destinadas a estos trabajos no son propiamente rectificadoras ni tampoco emplean muelas convencionales como herramientas abrasivas . Sin embargo, se estudian aquí por su carácter complementario con las rectificadoras y sus analogías en cuanto a la forma en que se produce el arranque de viruta . Las más importantes son : la bruñidora, la superacabadora (procedimiento superfinish) y la !apeadora. 19 .9 .1
Fig .
19.28
Es una máquina parecida a una mandrinadora vertical, provista de una bancada, un montante y un cabezal de uno o varios husillos . El husillo, de funcionamiento hidráulico, lleva acoplada una herramienta abrasiva, cuya apariencia recuerda los mandriles extensibles (fig . 19 .28) . La cabeza de dicho mandril tiene un manguito ranurado, donde se aloja una serie de piedras abrasivas (corindón, carburo de silicio y a veces diamante) de forma rectangular . Por efecto de un vástago con asientos cónicos, que actúan sobre unas varillas radiales, los órganos abrasivos del mandril pueden desplazarse hacia el exterior, presionando las paredes del orificio que se repasa (fig . 19 .29) . Esta herramienta puede ajustarse con precisión, de modo que al llegar a un diámetro determinado, un anillo de tope impide que las piedras abrasivas continúen su labor . Además, la unión del husillo y el mandril no es rígida sino flotante para que no haya ningún problema de desalineación y la herramienta siga exactamente la dirección del eje del orificio . La velocidad periférica de trabajo es de 0,2 a 0,5 m/s y el movimiento axíal de avance debe oscilar entre 12 y 30 m/min. Pueden someterse a la operación de bruñido diversos materiales como la fundición, el acero templado o sin templar, el metal duro, las aleaciones ligeras, etc . La forma de las superficies suele ser circular e interior (orificios) .
Mandril de bruñir.
G
sls
Un trabajo de bruñido característico es de motores de explosión. Las máquinas que tico y tienen varios husillos, cuya distancia tud . En la figura 19 .30 se puede ver una 19 .9 .2
~irlrr rrrr //~ Fig.
19.29
Bruñidora
Funcionamiento del mandril de bruñir.
el repasado de los cilindros de los bloques lo ejecutan son de funcionamiento automáentre centros puede regularse con exactimáquina bruñidora de varios husillos .
Superacabadora
El método de superacabado (superficieh) se basa en la acción repasadora de un cuerpo abrasiv que vibra impulsado por un órgano neumático con amplitud de 1 a 6 mm y a 1500 - 3000 ciclos por minuto, mientras la pieza gira sobre sí misma (fíg . 19 .31) . 344
Debido a la alta velocidad de actuación se consigue eliminar en poco tiempo los defectos superficiales y geométricos, llegándose fácilmente a un acabado especular (R a = 0,05 ¡Ám) . El procedimiento puede aplicarse de modo discontinuo, acoplando varios cabezales vibradores en un torno o máquina similar (fig . 19 .32), o bien de modo continuo en máquinas especiales, dotadas de rodillos de acero templado para arrastre .
Fig. 19.31 Esquema del método de acabado superfinish.
Fig. 19.30 Máquina bruñidora de varios husillos.
Fig. 19.32 Cabezales de acabado superfinish montados en un torno convencional. 19 .9 .3
Lapeadora
En el ¡apeado se interpone polvo abrasivo entre las piezas y las herramientas que efectúan la presión, mientras se someten a movimientos rotativos y a cambios continuos de dirección. Puede efectuarse a mano o a máquina . La lapeadora consiste en una especie de rectificadora frontal (fig . 19 .33) provista de dos discos concéntricos y una jaula intermedia que contiene las piezas . Los discos tienen movimientos rotativos independientes y el superior puede acercarse o separarse a voluntad . La jaula de las piezas es un disco de chapa con diversos alojamientos donde se introduce aquéllas, conservando determinada inclinación respecto al diámetro del disco . El polvo abrasivo es extraordinariamente fino y es introducido a cierta presión mezclado con petróleo al que se adiciona aceite de trementina o taladrina. CUESTIONARIO 19 .1 Dibujar esquemáticamente los órganos esenciales : ,del rectificado sin centros y explicar los principios en que se basa . 19 .2 Generación de la forma cilíndrica en el rectificado sin centros. 19 .3 Rectificado sin centros por penetración . 19 .4 Naturaleza de la muela de arrastre . 19 .5 Número de pasadas necesarias . 19 .6 Rectificadora automática de interiores . Características que la diferencian de la rectificadora universal . 19 .7 Fundamento del rectificado óptico de perfiles . 19 .8 Rectificado de roscas . Procedimientos existentes . 19 .9 Rectificado de ruedas dentadas por generación (procedimiento MAAG) . 19 .10 Rectificado planetario . 19 .11 Esquema de funcionamiento de una rectificadora de levas . 19 .12 Empleo de la bruñidora. 19 .13 Método de acabado superfinish . 19 .14 Lapeadora.
Fig. 19.33 Esquema de funcionamiento de una lapeadora.
Tema 20. Afiladora . Afilado de fresas, escariadores y brocas
OBJETIVOS - Conocer los órganos principales y el funcionamiento de la afiladora universal. - Determinar la técnica de afilado de algunas herramientas habituales en el taller mecánico como son las fresas, las brocas y los escariadores.
EXPOSICIÓN DEL TEMA La afiladora es una variedad de rectificadora universal que se emplea para dar a las diversas herramientas la geometría de la zona de corte que mejor convenga a cada una de ellas. No es necesario insistir sobre la enorme importancia de un afilado correcto, tanto para la exactitud y calidad de la operación de mecanizado, como para la duración de la herramienta. Para ello es preciso conocer a fondo las máquinas afiladoras, los accesorios disponibles, las herramientas abrasivas y, claro está, las características de afilado que debe reunir cada herramienta de corte. 20 .1
Objeto del afilado
El afilado tiene por objetivo dar a la herramienta construida los ángulos de corte correctos así como recuperar la capacidad de corte primitiva cuando se trata de una herramienta usada . Ninguna herramienta escapa a la necesidad del afilado . Después de cierto tiempo, según las condiciones de trabajo, las superficies de corte y todas sus aristas sufren un proceso de deterioro que origina:
- Desprendimiento excesivo de calor, consecuencia de un incremento del consumo de energía. - Superficies rugosas e imprecisas. - Vibraciones crecientes en el trabajo. Antes de que se produzca esta situación es necesario detener el trabajo y afilar la herramienta. 20 .2
Proceso de desgaste de una herramienta
Si se analiza el crecimiento del desgaste en la cara de incidencia de una herramienta en función de tiempo 'de utilización y se representan gráficamente los 346
resultados, se obtiene el diagrama de la figura 20 .1 . En él se observan tres zonas o períodos : - Período l. Corresponde a una zona de desgaste acelerada . Este fenómeno se explica porque al principio de la utilización de una herramienta, la arista cortante que, en teoría, es una línea recta, en la práctica es una línea quebrada, cuyas crestas soportan un intenso desgaste que las reduce rápidamente porque su resistencia es escasa . - Período 11. Desgastadas las crestas, se puede considerar que el roce con la pieza lo soporta una pequeñísima superficie de la cara de incidencia que se extiende a lo largo del filo . - Periodo lll. La anchura de la superficie o faja que actúa como filo de corte se va ensanchando progresivamente . Crece el esfuerzo necesario para el arranque de la viruta y el calor generado es muy intenso . En esta zona el desgaste vuelve a crecer desproporcionadamente, haciéndose el trabajo muy difícil . Ha de evitarse pues alcanzar la zona III porque el desgaste de la herramienta es tan elevado que la dificultad para desarrollar el mecanizado, el coste del reafilado y la reducción de la vida útil de la herramienta, lo hacen totalmente antieconómico . n
mm
Fig . 20. 1
20.3
Diagrarna de tiempodesgaste .
Tmih
Máquinas de afilar
Los constructores de herramientas disponen de máquinas de afilar de alta producción para el afilado de cada tipo de herramienta . En consecuencia, se puede afirmar que existe una afiladora para cada uso. Sin embargo, no es rentable que un taller mecánico normal disponga de toda la gama de afiladoras para resolver sus problemas de afilado; es más conveniente el empleo de una afiladora universal que, aunque de menor producción, permite afilar satisfactoriamente todas las herramientas habituales. 20 .3.1
Afiladora universal
La figura 20.2 presenta una máquina de este grupo muy conocida . Consta de una bancada (1), de la que se eleva un montante (2), que sostiene el cabezal portamuelas (3) de carácter doble ; es decir, provisto de una muela en cada extremo . El husillo portamuelas va montado sobre rodamientos ajustables que evitan todo juego axial y dispone de una gama de tres velocidades de giro . El cabezal portamuelas es giratorio, tanto en el plano horizontal (360°) como en el vertical (20° a ambos lados) . Sobre unas guías del montante se desliza una ménsula (4), en la que se apoya un carro transversal (5) y sobre éste, a su vez, se mueve longitudinalmente la mesa (6), dotada de una plataforma (7) inclinable . La mesa se desliza sobre patines de agujas para aumentar la sensibilidad en el momento del afilado . Sobre la mesa se instala el cabezal divisor universal (8) cuyo husillo, montado sobre rodamientos, tiene un alojamiento para cono Morse ; en el extremo opuesto se puede ver la contrapunta (9) . En una mesa auxiliar tiene el soporte universal con brida para el afilado de herramientas simples de metal duro (10), controlado por un husillo micrométrico; en la parte delantera existe un soporte (11) para el afilado de brocas . 347
Fig. 20.2
AR5-E.
Afiladora universal
Elite
Además de los dispositivos enumerados, dispone de gran cantidad de accesorios que la convierten en una máquina verdaderamente universal. Entre ellos se puede hacer mención de : cabezal con movimiento helicoidal automático para el afilado de herramientas con filos helicoidales, cabezal de división automática para el afilado de sierras circulares por copiado, mordaza giratoria universal, etc . Hay afiladoras universales más potentes (fig . 20 .3) capaces de realizar pequeños trabajos de rectificado . La máquina representada tiene (12) (13) para los movimientos vertical y transversal, con volantes de cómoda maniobra una apreciación de 0,001 mm . Asimismo, el volante (11) realiza el desplazamiento manual extrasensible de la mesa, a la que, por otra parte, se puede acoplar un equipo oleohidráulico para automatizarla completamente .
Fig .
20.4 Formación del diente destalonado .
Fig . 20.3
te LA 70 . 20 .4
Afiladora universal Eli-
Afilado de herramientas simples
El afilado de herramientas simples para torno y similares se estudió en el tema 8 de la Tecnología 2. 1 Máquinas Herramientas . Por este motivo no se trata de ello en esta -texto, pasándose directamente al afilado de fresas . Fig .
20.5
Afilados sucesivos de una fresa destalonada .
20 .5
Afilado de fresas
Una de las mayores aplicaciones de la técnica del afilado está en la preparación de los filos de corte de las fresas . Estas herramientas, tanto por su elevado precio, como por la complicación geométrica de las superficies cortantes, requieren un cuidado especial . Una de las normas básicas para su afilado es el uso de los apoyos de diente, cuya misión es asegurar la posición del diente que se está afilando con respecto a la muela. Los apoyos desempeñan en la mayoría de los casos la función de divisores, para lo cual es necesario que las fresas estén correctamente divididas . Otro de los principios básicos que conviene recordar es que el diente que se afila debe quedar a la misma altura que el centro de la fresa y después debe situarse el ángulo de incidencia requerido . 20 .5 .1
Afilado de fresas destalonadas
Estas fresas, llamadas también de perfil constante, son aquéllas que se utilizan para mecanizar superficies de determinado perfil . A este grupo pertenecen : las fresas de perfil purvo tanto cóncavo como convexo ; fresas para ejes acanalados ; fresas de disco para tallar ruedas dentadas diente a diente con el aparato divisor; fresas-madre para el dentado por generación_ continua, etc. 348
Todas ellas tienen características similares : - La superficie de incidencia es curva . Si se corta el diente con un plano perpendicular al eje, la curva de intersección es una espiral . Dicha superficie no puede ser objeto de afilado sin que se modifiquen las condiciones originales de la fresa (fig. 20.4). - La superficie de desprendimiento está contenida, casi siempre, en un plano radial lo que implica que el ángulo de desprendimiento es nulo. Por consiguiente, estas fresas deben afilarse por su cara frontal ; es decir, por su cara de desprendimiento, de modo que los planos que la contengan pasen siempre por el centro de la fresa (fig . 20.5) . Como es lógico, las condiciones de corte de una fresa de esta naturaleza no pueden ser muy buenas y en algunos casos deben mejorarse haciendo el ángulo de desprendimiento positivo . 20.5.1 .1
Elección de la muela
Las muelas más apropiadas para el afilado de las fresas destalonadas son las de disco biseladas o bicónicas, y las de plato. Se recomienda que, a ser posible, se escoja una muela de plato y se la haga trabajar por su cara cóncava . 20 .5.1 .2
Fig. 20. 7
Montaje de la fresa
El montaje de la fresa en la afiladora se efectúa empleando el agujero central de la misma, introduciéndola en un mandril . Ahora bien, el mandril citado puede acoplarse directamente al asiento cónico del cabezal divisor de la máquina o, si se prefiere, entre puntos . 20.5 .1 .3
Posicionado de la muela y de la fresa
Como existe la posibilidad de usar diferentes muelas y afilar las fresas con caras de diversa inclinación respecto a los ejes de referencia, es preciso estudiar las variantes que se pueden presentar . Según esto se tiene : - Afilado con muela de plato por su cara cóncava. El eje del cabezal portamuelas debe estar en posición horizontal (fig. 20.6) quedando la cara cortante de la muela perpendicular a la mesa de la afiladora . La posición de la cara que ha de afilarse debe coincidir con un plano vertical que pasa por el eje de la fresa . Esto se consigue apoyando una escuadra sobre la mesa y haciendo coincidir dos dientes opuestos con el brazo vertical de la misma, si la fresa tiene un número par de dientes ; si es impar, se desplaza igual número de dientes a ambos lados, controlando su altura con un gramil, hasta que quede centrado el que se desea afilar .
Fig. 20.8
- Afilado con muela de plato por su cara convexa o con muela bicónica. En este supuesto existen dos posibilidades : componer la inclinación de la: muela con el cabezal portamuelas (fig . 20.7), o bien, dejar el cabezal portamuelas ho rizontal y colocar la fresa de tal manera que la proyección del radio de la misma h (fig . 20.8) cumpla la siguiente relación :
20 .5.1 .4
Sistemas de división
En este tipo de fresas tiene gran importancia la concentricidad de los dientes; si hay errores en este sentido, el trabajo de fresado es desigual y unos dientes trabajan más cargados que otros. Esto implica una división muy precisa en el afilado, de modo que las superficies de desprendimiento estén separadas por una abertura angular constante . Para garantizar la exactitud de la división se emplean dos sistemas : - Tope regulable. Es una lengüeta de acero solidaria a un tornillo micrométrico montado en un soporte . Cuando se mueve el tornillo, la lengüeta, que se apoya sobre un diente, hace girar la fresa y le proporciona la profundidad de pasada requerida (fig . 20.9) . El tope actúa sobre la parte trasera del diente que se afila . Si el punto de apoyo no ofrece garantías, es preciso efectuar un repasado previo, tomando como referencia la cara de trabajo (fig. 20 .10) . 349
Fig. 20.9
Fig. 20.10
- Divisor. La afiladora universal dispone de un cabezal divisor (fig . 20 .11) dotado de platos intercambiables con diferente número de dientes, en cuyos vanos se introduce una uña de posicionamiento . Se elige un plato con igual número de dientes que la fresa, o bien, un múltiplo de aquel valor. Una vez posicionado el - primer diente que debe afilarse, se hace coincidir la uña con uno de los vanos y se bloquea el disco. Para pasar al diente contiguo se extrae la uña y se cuenta el número de vanos necesarios, de acuerdo con la proporción que exista entre los dientes de la fresa y del disco . El avance de afilado no se da nunca con el carro transversal ; el mismo cabezal tiene unos tornillos de ajuste para este cometido . F7g. 20. 11 Afilado de una fresa de módulo con ayuda del aparato universal.
MELVAVAIMIE
W~TT1T Fig. 20.13 Comprobación del salto máximo y la cilindricidad de una fresa-madre .
Fig. 20.14 Verificación de la posición de la cara de desprendimiento.
20 .5 .1 .5
Operación de afilado
Una vez montadas y posicionadas la muela y la fresa, elegido el sistema de división y preparado éste, se puede empezar el afilado, . dando a la mesa el movimiento de vaivén y realizando el avance de penetración por medio de la lengüeta o los tornillos del cabezal citados. Debe evitarse el calentamiento excesivo de las aristas cortantes, puesto que perderían dureza, disminuyendo, en consecuencia, la vida de la herramienta y su rendimiento. Si es preciso dividir el afilado en dos etapas (desbaste y acabado) puede cambiarse la muela, de forma que ésta sea basta y blanda para el desbaste y más fina y dura para el acabado . 20 .5 .1 .6
Afilado de fresas-madre
El método más correcto es el que emplea una muela de disco biselada en lugar de una de cara plana, dado que el afilado con este tipo de muelas produce en las fresas helicoidales una interferencia que se traduce en una directriz curva de afilado en vez de la necesaria dirección radial . La fresa madre se monta entre puntos, sobre un mandril, lo más suavemente posible, sin que se note juego alguno . El avance se da por medio del tope de lengüeta, colocado de modo que se apoye en la cara posterior del diente . El soporte del tope va montado sobre una regla inclinada de acuerdo con él ángulo de la hélice de la fresa (fig . 20 .12) . Al mover la mesa longitudinalmente se efectúa una ligera presión contra la lengüeta, girando la fresa con la mano ; de este modo se verifica el copiado de la ranura helicoidal .
Fig. 20.12 Afilado de las caras de desprendimiento de una fresamadre. 20 .5 .1 .7
Comprobación después del afilado
Después del afilado de una fresa madre o una fresa simple de módulo, conviene realizar las siguientes verificaciones : - Concentricidad. La fresa se monta entre puntos sobre un mandril exactamente concéntrico (fig . 20 .13) . Apoyando un comparador sobre el filo de cada diente, se controlará el salto máximo producido . Si se trata de una fresa madre, se comprobará su cilindricidad desplazando el comparador al otro extremo de la pieza . - Situación de la cara frontal. En las fresas para tallar engranajes la cara frontal debe seguir una dirección perfectamente radial . Esto se comprueba con el montaje de la figura 20 .14. Fig. 20.15
Verificación de la exactitud de la división .
- Exactitud de la división . Se puede verificar con una galga, o bien, con un dispositivo como el de> figura 20 .15, provisto de un punzón y un reloj comparador que se apoya en el diente contiguo y va señalando las diferencias existentes en cada división . 350
20 .5 .2
Afilado de fresas de tres cortes
Las fresas de tres cortes son fresas de disco, características de los trabajos de ranurado . Las aristas cortantes son tres, como su nombre indica : la arista principal que trabaja tangencialmente y las dos laterales. Pueden ser fresas con dientes rectos, paralelos al eje, o bien, con dientes inclinados, dispuestos alternativamente en sentido diferente. Su afilado se realiza exclusivamente sobre los filos periféricos y excepcionalmente sobre los filos laterales, si éstos se encuentran deteriorados, a costa de perder la anchura original . Para el afilado se preferirá normalmente la muela de copa cónica, trabajando por su cara plana . 20 .5 .2 .1
Obtención del ángulo de incidencia
Ante todo conviene explicar el modo de colocar correctamente el diente de referencia . Para ello se dispone de dos calibres, A y B. El calibre A (figura 20 .16) señala la altura del cabezal portafresas de la máquina; el calibre B, co locado sobre el cabezal portamuelas, indica el centro del husillo. En consecuencia, si se enrasan ambos calibres, el centro de la muela y el de la fresa se encuentran alineados . Dicho de otro modo, un diente de la fresa que se apoye en el calibre B está en el mismo plano que el centro de la muela . El ángulo de incidencia se puede obtener de tres maneras : por ajuste lineal, por medio del calibre de reglaje del ángulo en cuestión y por ajuste directo del cabezal portafresa . - Ajuste lineal. En primer lugar hay que alinear los centros de la fresa y de la muela, empleando los calibres cuyo funcionamiento se ha explicado con anterioridad . Esto supone que el calibre 8 quedará a la altura del centro de la fresa. Seguidamente se baja el cabezal portamuelas una distancia h, cuyo valor es h = R - sen A; o, si se prefiere, se puede determinar por tablas que facilita el constructor de la afiladora. Luego, se baja el diente a rectificar, girando la fresa, hasta que haga tope con el calibre 8 (fig . 20 .17) y se coloca el apoyo del diente . Finalmente, se quita el calibre 8 y se rectifica cada diente con ayuda del tope de referencia que proporciona el apoyo (fig . 20 .18) . - Ajuste con calibre de ángulo . La fresa se monta entre puntos sobre un mandril . El calibre de ángulo va montado en la contrapunta y permite efectuar un reglaje de unos 15° . El centro de la muela se alinea con la fresa y uno de sus dientes se hace apoyar sobre el calibre 8 (fig . 20 .19) . Entonces, el perro de arrastre (1) se fija al mandril con el tornillo (4), después de poner a ceo el nonio . Seguidamente, se quita el calibre 8 y se gira el calibre de ángulo el valor requerido, que se lee en la escala . La posición obtenida se fija con el tornillo (3) . Una vez se ha situado el apoyo del diente, ya se puede soltar el perro de arrastre . A partir de aquí, se procede como en el caso anterior .
Fig. 20.16 Calibres namiento .
Fig. 20.17
Fig. 20.18
Fig. 20.19 - Ajuste directo con el cabezal. La fresa se monta en un mandril y se acopla al cono del cabezal (fig . 20 .20) . Se centra el diente según los procedimientos conocidos . A continuación, se gira el husillo el ángulo requerido que se controla con el círculo graJuado c y se fija la posición alcanzada con el tornillo D. Se coloca el apoyo de diente y ya se puede afilar sin más, después de aflojar el tornillo D. 20 .5 .3
Afilado de fresas cilíndricas
Como es sabido, las fresas cilíndricas son cilindros de acero para herramientas en cuya periferia se ha tallado una serie de dientes paralelos al eje o bien nclinado, siguiendo una hélice de ángulo determinado. 35 1
Fig. 20.20
de posicio-
Por consiguiente, si se corta la fresa según un plano transversal, perpendicular al eje de giro, cada diente aparece como una herramienta simple, perfectamente comparable a la de un torno, por citar un ejemplo . Los ángulos principales que se forman son (fig . 20 .21) : el de incidencia A, el ángulo del filo B y el ángulo de desprendimiento C. El afilado de estas fresas se reduce normalmente a las superficies de incidencia y de desprendimiento . 20 .5 .3 .1
Elección de la muela
Las muelas más usadas son: biseladas o bicónicas y muelas de plato para las caras de desprendimiento; de vaso o de copa cónica para las caras de incidencia y, en mucho menor medida, las planas y de disco por su cara curva.
Fig . 20.21
20 .5 .3 .2
Afilado de la cara de incidencia
Se emplea, como se ha dicho, una muela de vaso o de copa con su eje perpendicular' al de la fresa a afilar . El ángulo de incidencia puede obtenerse de dos maneras diferentes :
- Ajuste linea/. Se procede como en el caso de la fresa de tres cortes, ya explicado . La fresa, situada sobre un mandril entre puntos, se alinea con el centro de la muela. Después de colocar el apoyo de diente (fig . 20 .22) se baja el cabezal una distancia h y se apoya el diente de la fresa contra la lengüeta de tope . El afilado se efectúa dando pasadas longitudinales y avanzando con el carro transversal mientras que si los dientes son helicoidales, el apoyo del diente permite copiar la hélice manteniendo la fresa a tope con una ligera presión . - Ajuste angular. Se emplea el calibre de ángulo ya conocido y el apoyo de diente fijo al cabezal portamuelas (fig . 20 .23) . La fresa debe girar un ángulo igual al de incidencia previsto . En lugar de mover la fresa puede hacerse inclinando el cabezal portamuelas . Para ello, se alinean previamente los centros de la muela y de la fresa y se hace girar el eje de cabezal un ángulo A (fig . 20 .24) . Si por causas especiales hay que usar una muela plana por su cara curva se prepara un montaje con el diente de la fresa centrado en altura respecto al propio centro de la herramienta y el centro de la muela desplazado una distancia h, cuyo valor se calcula por la fórmula conocida (fig . 20 .25) . La cara curva de la muela origina un vaciado o superficie de incidencia curva que debilita el filo . Solamente en superficies de incidencia muy estrechas este defecto puede ser insignificante .
Fig. 20.22
Fig. 20.23
Fig. 20.24 ' 352
En realidad se inclina levemente el cabezal (1°) para que la muela no afile por su borde posterior .
20.5.3.3 Afilado de la cara de desprendimiento Hay que distinguir dos casos, según sea la forma del diente : dentado recto y dentado helicoidal . - Dentado recto. Pueden usarse muelas de plato, tanto por-su cara cónica como por la plana y las muelas biseladas . Si se trabaja con muela de plato por su cara plana hay que desplazar la fresa una distancia h (fig. 20.26), calculada en función del ángulo de desprendimiento . Si se trabaja con muela de plato por su cara cónica, el desplazamiento h es el mismo pero debe inclinarse el cabezal portamuelas para compensar el ángulo de la cara de ataque y dejarla perpendicular a la mesa (fig. 20.27) . También puede afilarse con la cara plana vertical y trabajando con la cara cónica (fig . 20.28) . En este caso, la arista del diente a afilar debe encontrarse a una distancia h del centro de la fresa, cuyo valor es: h=R-sen(a + C)1 El sistema de división puede realizarse con el cabezal o con el apoyo de diente según convenga .
Fig. 20.26
Fíg. 20.27
Fig. 20.28
- Dentado helicoidal. Las muelas empleadas son las bicónicas y las de plato, por su cara cónica . El cabezal portamuelas deberá girarse hasta que el eje de giro de la muela sea perpendicular a la hélice de la fresa . Los cálculos para el posicionamiento de la fresa (cota h) son idénticos a los desarrollados para el dentado recto . La división y copiado de la hélice se efectúan con ayuda del apoyo de diente y con la fresa montada entre puntos sobre un mandril, sin perro de arrastré (figura 20.29) . El copiado de la hélice puede realizarse con un dispositivo especial provisto de una regla patrón inclinarse, cuya posición se fija de acuerdo con el ángulo de inclinación de la hélice. Un palpador transmite a la fresa, montada en el hu sillo del aparato, el movimiento de giro necesario que se combina con el desplazamiento longitudinal del conjunto de la mesa .
20 .5.3.4
Ángulo de incidencia real y aparente
En las fresas de dientes helicoidales hay que tener en cuenta que, por efecto de la hélice del diente, el ángulo de incidencia puede medirse según dos planos; uno normal al eje de la fresa y el segundo, normal al filo del diente (fig . 20.30) . Debido a la forma de trabajar de la afiladora es preciso efectuar los cálculos para el desplazamiento h o el giro angular, con relación al ángulo de incidencia aparente . En consecuencia, interesa hallar una fórmula que relacione dicho ángulo de incidencia aparente A con el ángulo de incidencia real A, medido perpendicularmente al filo . 353 23.
Fig. 20.29 Afilado de una fresa cilíndrica helicoidal.
Tecnología 2 2
Máquinas Herramientas
Fig. 20.30
h
Si se observa la figura 20 .31 con los cortes esquemáticos del diente de una fresa helicoidal, según planos normal y radial, respectivamente, se pueden establecer las siguientes relaciones trigonométricas : tg A
= h ; m
h=m-tgA
;
tg A' =
m,
h= m'-tgA'
m - tgA=m'-tgA' Fig. 20.31
Ahora bien, en el triángulo rectángulo de catetos m, m,' que forman un ángulo ji igual a la inclinación del diente, se puede escribir : m' = m
cos
Sustituyendo m' por su valor : m-tg A=m
cos¡3
tg A = cos j3 - tg
tg A'
A'1
EJEMPLO RESUELTO Ejemplo 1
El ángulo de incidencia de los dientes de una fresa cilíndrica helicoidal debe ser de 8° Hallar el ángulo de incidencia aparente que servirá para el afilado de la herramienta . El ángulo de inclinación del diente es de 20° tgA=cos(3, -tgA' tg A = cos 20 0 - tg 80 = 0,9397 x 0,1405 = 0,13202 A=7°31' El ángulo hallado servirá para calcular el desplazamiento h o para dar el giro con el cabezal. El ángulo de incidencia real (8°) será el que tiene la cara de incidencia en dirección normal al diente . Los valores de las tablas se refieren siempre a los ángulos de incidencia real . 20 .5 .3 .5
Ángulo de desprendimiento real y ápárente
Lo que se ha dicho para el ángulo de incidencia se cumple igualmente para el de desprendimiento . Sin embargo, como en el afilado se inclina la mesa un ángulo igual al de la hélice, la muela afila el diente según la cara de desprendimiento original y por este motivo no es necesario efectuar corrección alguna . La relación que liga los ángulos de desprendimiento es homóloga a la anterior : tg C = cos P - tí cl 20 .5 .4
Afilado de fresas frontales
Son fresas cilíndricas de dos cortes, periférico y frontal respectivamente. El afilado de los dientes periféricos no presenta ninguna dificultad y puede considerarse idéntico al de las fresas cilíndricas . Estos dientes periféricos .efectúan el trabajo principal de arranque de viruta, mientras que los dientes frontales actúan como filos secundarios, si bien influyen notablemente en la calidad de la superficie . La cara de incidenga de los dientes frontales se afila con una muela de vaso o de copa con una inclinación de 1 ° hacia el centro . El montaje de la fresa se hace siempre sobre el cabezal divisor; si la fresa lleva agujero, se monta sobre 354
un mandril y, caso de ser una fresa de mango, se acopla ésta directamente en el asiento cónico del husillo del cabezal (fig . 20.32) . De este modo puede obtenerse fácilmente el ángulo de incidencia por inclinación del cabezal, así como la división del diente, que se efectúa por medio de los platos ranurados que lleva aquél.
Fig. 20.32 Afilado de la incidencia de los dientes frontales de una fresa cilíndrica de man go.
La cara de desprendimiento de los dientes frontales se afila con una muela de disco biselada, de diámetro no excesivo para que no dañe los dientes opuestos (fig . 20 .33) . El punto de confluencia dei filo frontal y el periférico conviene redondearlo con una piedra de suavizar. A veces es necesario realizar un verdadero redondeado con una muela de forma y la fresa montada entre puntos . 20.5.5
Afilado de sierras circulares
20.5.6
Afilado de fresas cónicas
Fig. 20.33 Afilado de las caras de desprendimiento de los dientes frontales de una fresa de mango.
Consiste en la preparación de los ángulos de incidencia y desprendimiento y en un eventual achaflanado lateral de los dientes . El afilado de estas herramientas en la máquina universal se realiza con muela de disco y la fresa montada entre puntos sobre un mandril . La división puede obtenerse con el cabezal divisor o bien utilizando una sierra nueva del mismo número de dientes, que actúa como patrón, y el apoyo de diente (fig . 20.34) . Si la sierra es de gran diámetro conviene emplear el montaje de la figura 20.35, en el que se observa el apoyo graduable para la herramienta . Se llaman fresas cónicas las que sirven para fresar superficies que forman entre sí un ángulo determinado, distinto de 90° . Tienen dos caras dentadas, siendo las más usuales las que su cara frontal es perpendicular al eje de giro y la cara periférica forma con ella gin ángulo agudo (60°, 75° . . .) ; son las llamadas fresas angulares o propiamente cónicas. También son muy corrientes las que tienen sus caras dentadas dispuestas como los lados de un triángulo, tanto iguales como desiguales, formando ángulos muy diversos; se llaman &cónicas .
Fig. 20.34 Afilado de una sierra circular, empleando otra sierra como patrón .
Dado que su principal característica es la medida angular, para que ésta se cumpla exactamente, las aristas cortantes deben ser generatrices del cono teórico de la fresa . Para conservar esta condición después del afilado es preciso que las superficies de desprendimiento se practiquen según planos radiales; es decir, con ángulo de desprendimiento nulo. En ciertos casos, se prefiere mejorar su capacidad de corte dándole ángulo de desprendimiento, en perjuicio de la precisión de la fresa. En este supuesto, se efectúa una corrección de posicionamiento para lograr la mayor exactitud posible . 20 .5.6.1
Elección de la muela
Para el afilado de la cara de desprendimiento (que muy raramente se realiza) se emplean muelas de plato . Para las caras de incidencia la mejor solución son las muelas de vaso o de copa, de diámetro medio o pequeño . 20.5.6.2
Montaje de la fresa
El tipo de fresa que nos ocupa se fabrica con agujero central por lo que, para ser afiladas, será preciso montarlas en un mandril de extremo cónico que pueda acoplarse al cabezal divisor . 355
Fig. 20.35 Afilado de una sierra circular de gran diámetro .
El montaje entre puntos no es posible en este caso porque para ello sería necesario girar la mesa de la afiladora valores angulares excesivos que superarían casi siempre las posibilidades de la máquina . Por esta razón, el montaje habitual de la fresa es al aire, con el cabezal divisor . 20 .5 .6 .3
Posicionamiento de la fresa y de la muela
Los problemas de posicionamiento se reducen al manejo del cabezal divisor universal a fin de obtener los ángulos de afilado necesario . Los casos más frecuentes que se presentan son: - Afilado de las caras de incidencia . Una vez montada la fresa en el cabezal, se procede a centrar el diente según el centro de la fresa . A continuación, se inclina el cabezal portamuelas el ángulo A que se desea obtener . Por su parte, el cabezal portafresas debe girar un ángulo a igual a la mitad del ángulo del cono de la fresa (fig . 20 .36) para colocarse en posición . Si la fresa es bicónica simétrica, se le da la vuelta para poder afilar el otro lado ; caso de no ser simétrica, se corregirá el ángulo de posición del cabezal portafresas . El afilado de las caras de incidencia de los dientes de la superficie frontal en las fresas cónicas se efectúa con el eje del cabezal divisor colocado verticalmente o mejor con una ligera inclinación (1°), para que el filo descienda de fuera hacia el centro, con objeto de mejorar el acabado superficial . - Afilado de las caras de desprendimiento. Como se ha dicho, no se afilan nunca a no ser que concurran muy raras circunstancias . En este caso, se emplearía una muela de plato por su cara cóncava. El diente que se afila se pone perpendicular al plano de la mesa y la muela perfectamente alineada con el centro de la fresa. Después, se inclina el cabezal divisor hasta que el fondo del vano del diente quede perfectamente horizontal (fig . 20 .37) . - Afilado de las caras de desprendimiento con valores de C 0 0. En las aristas cortantes no son generatrices ya que las caras de desprendimientoeste caso, han sido construidas desplazadas del centro . El diente que se afila estará desplazado una cota h (fig . 20 .38), en función del ángulo C y del diámetro D de la fresa. Hay que tener presente que si h no varía a lo largo del diente, al ser función del diámetro de la fresa, el valor del ángulo de no es constante, siendo menor en el punto correspondiente al diámetrodesprendimiento más pequeño . - Afilado de las caras de incidencia para ángulos de desprendimiento que girar la fresa hasta que el diente de referencia quede a una distancia h C 0 0. Hay del centro y afilar la fresa con un ángulo a' que no es el a que este mismo diente producirá al trabajar . Observando la figura 20 .39 se puede apreciar que los puntos B' y D, proyección de B y D, extremos del filo, determinan un ángulo a' distinto de a. El valor de á se calcula del siguiente modo : A FF ; cos C' = A E R r
cos C =
AF=R-cosC ; AE=r-cosC' EF=AF-AE ; EF=R - cosC-r-cosC' tga'=
GB
tg a' =
Fig. 20.37 Afilado de la cara de desprendimiento de una fresa cónica .
;
GD'=EF ; GB'=b
R - cosC-r-cosC' b
El ángulo de incidencia deseado se obtendrá inclinando el cabezal portamuelas un ángulo igual a la suma de aquél con la semisuma de los mencionados C y C Se comprende que siendo distintos C y C' el valor de la incidencia no es constante . Será mayor en el sector del diente en que el desprendimiento sea menor y viceversa. De todos modos, no podrá ser nunca inferior a 5 6 6° 20 .5 .6 .4
División del diente
La forma más geMÉralizada la constituyen los discos o platos dentados incorporados al cabezal portafresas, máxime al tratarse de herramientas de dientes fresados que ofrecen garantías suficientes en cuanto a la exactitud de la división . 356
Fig . 20.40 fig . 20.39
Puede emplearse el sistema conocido de división por tope de apoyo de diente pero no es lo usual. 20 .5.7 Afilado de fresas de dientes postizos las fresas de dientes postizos son fresas normales en las que por un procedimiento de sujeción mecánico o por soldadura les son acoplados dientes postizos, normalmente constituidos por plaquitas de metal duro . Las normas generales de afilado son idénticas a las fresas convencionales . En todo caso, varían las muelas empleadas si los dientes postizos son de metal duro porque, de darse esta circunstancia, el abrasivo debe ser diamante . Afilado de platos de cuchillas Los platos de cuchillas pueden considerarse como una variedad de fresas cilíndrico-frontales, provistos de dientes postizos y destinados a planear grandes superficies con rendimientos máximos . Los primeros platos de cuchillas fueron cilindros de acero que en unas ranuras periféricas llevaban, sujetas por tornillos, auténticas herramientas, comparables a las del torno, con plaquita de metal duro soldada . Últimamente se están imponiendo las platos de plaquitas recambiables de sujeción mecánica y que no necesitan afilarse. Cuando el filo está gastado, se saca la plaquita y se la vuelve a situar, presentando otra cara de corte que ocupa exactamente la misma posición que la anterior y así sucesivamente, hasta agotar todos los filos . Los platos de cuchillas de metal duro se afilan, como es sabido, con muela de diamante. La primera norma de afilado consiste en trabajar las cuchillas montadas en el plato y no sueltas, como si de herramientas independientes se tratara. Ello es imprescindible para garantizar el posicionamiento idéntico de todas las aristas cortantes, tanto en altura como en distancia radial al eje de giro. El afilado se realiza montando el plato en el cabezal universal y la división se efectúa con ayuda de un apoyo de diente con ajuste micrométrico . Los platos de gran diámetro suelen apoyarse sobre la mesa, con un utillaje especial que los mantiene con el eje vertical y todos los ángulos se obtienen inclinando el cabezal portamuelas (fig . 20.40) . 20.5.8
35 7
Afilado de un plato de cuchillas de gran diámetro .
La técnica de afilado consiste en la obtención de un ángulo determinado del filo y en la reproducción exacta de dicho ángulo en cada cuchilla, por medio del giro de la fresa y el apoyo de diente (fig. 20.41) . Siendo el del ángulo afilado función de la posición de la cuchilla, se comprende la valor gran importancia que tiene la exactitud de la división . Las superficies que se afilan ordinariamente son la de las de incidencia, principal y secundaria y los chaflanes o radiosdesprendimiento, del corte principal . La superficie de desprendimiento se afila en primer lugar apoyado en el propio diente o en el anterior, según convenga . con el divisor Los chaflanes del corte principal son muy útiles en trabajos de gran baste, aunque para conseguir un planeado de calidad conviene redondeardesel filo en lugar de chaflanarlo . El sentido de rotación de la muela es siempre contra el filo. En algunos casos, pese a lo dicho, pueden emplearse muelas de carborúndum .
r
Fig. 20.41 División exacta del afilado de un plato de cuchillas mediante el apoyo de diente de regulación micrométrica .
20.6
Fig. 20.43 Afilado del cono de entrada de un escariador de máquina .
Afilado de escariadores
Los escariadores no deben afilarse por su cara cilíndrica están concebidos para repasar orificios de diámetros determinados y elporque afilado les haría perder la exactitud de la medida . Un escariador presenta el aspecto de la figura 20.42 . distinguirse el cono de entrada, destinado a eliminar el material sobrante Puede y la guía, para mantener la alineación y garantizar la perfección geométrica y la calidad superficial del orificio repasado .
Fig . 20.42 Configuración de los filos de un escariador.
En la zona de entrada, el ángulo de desprendimiento parte directamente del filo, mientras que en toda la guía se conserva una faja cilíndrica muy estrecha (de 0,1 a 0,4 mm) que determina el diámetro nominal del escariador. El afilado de un escariador se efectúa básicamente sobre el cono de entrada. En los escariadores de máquina basta repasar el cono a 45° ; los escariadores manuales llevan un pequeño chaflán a 45° y, a continuación, un cono largo de 2-3'. Este afilado se realiza con muela de vaso o copa cónica (fig . 20.43) con el escariador acoplado al cono de soporte divisor y a veces entre puntos . Si el filo de la zona de guía está deteriorado, puede hacerse un ligero afilado de la cara de desprendimiento, como si se tratara de una fresa cilíndrica de dentado recto o helicoidal . 20 .7
20.44 Broca helicoidal. Di'mensiones y ángulos principales.
Afilado de brocas
La broca más usada es la helicoidal (fig . 20 .44) . A lo largo de la caña lleva dos ranuras en forma de hélice que configuran de entrada el ángulo dimiento C, por lo cuy este ángulo permanece invariable después de desprenEl desgaste aparece, en primer lugar, sobre los filos principales del afilado. derse a las esquinas de los filos . Llegado a este punto, el reafilado para extendeberá con358
sumir una notable cantidad de material de la herramienta que todavía será mayor si, además, se estropean las fajas de guía próximas a la punta . El afilado se realiza únicamente por las caras de incidencia, cuyo ángulo toma un valor en consonancia con el material que se taladra. Para ello, la afiladora universal dispone de un dispositivo que permite efectuar los movimientos combinados que se necesitan para el afilado (fig . 20 .45) . Como la superficie de incidencia es parte de una superficie cónica, la oscila ción para obtener el ángulo debe realizarse alrededor del eje de este cono . Dicho ángulo de incidencia resulta de la altura del eje de la broca respecto al del cono, de modo que, sí varía aquélla, varía también el ángulo construido . superficie de incidencia
Fig. 20.45
Afilado racional de una broca .
El ángulo de punta se obtiene inclinando más o menos el soporte que sostiene la broca . Con este método, los ángulos de incidencia van haciéndose mayores a medida que se acercan al centro de la broca, como procede (fig . 20 .46) . La longitud de los labios y los ángulos de la broca se verifican con galgas especiales (fig . 20 .47) . Los labios de corte deben, tener igual inclinación y longitud para que el taladrado sea concéntrico y equilibrado . El ángulo de punta debe valer normalmente 118° puesto que se ha comprobado que es el más eficaz para los trabajos habituales .
Fig. 20.47 Verificación de los ángulos de la broca : A, ángulo del labio y su longitud,- B, ángulos de la punta, incidencia y transversal.
Por otro lado conviene adelgazar el filo transversal a medida que el núcleo va haciéndose mayor, conforme se acerca al mango de la broca (por razones de resistencia) ; su valor debe ser del 7 al 8 % del diámetro de la broca . Con ello se reduce en un 50 % la presión de taladrado y se puede aumentar la velocidad ya que el momento de torsión es menor . CUESTIONARIO 20 .1 20.2 20 .3 20 .4 20 .5
Objeto del afilado. Proceso de desgaste que se observa en una herramienta . Descripción de los órganos principales de la afiladora universal. Afilado de fresas destalonadas . Forma de dar la profundidad de pasada . 359
Fig. 20.46 Disposición de las superficies de incidencia .
20.6 20.7 20.8 20.9 20.10 20.11 20.12 20.13 20.14 20.15 20.16 Fig. 20.48
Afilado de fresas-madre . Comprobación a realizar después del afilado de fresas de módulo . Obtención del ángulo de incidencia en el afilado de fresas de tres cortes . Afilado de fresas cilíndricas . Tipos de muela adecuados . Sistemas de división empleados en el de fresas cilíndricas . Afilado de los filos periféricos de una rectificado fresa cónica. Afilado de platos de cuchillas . Afilado de escariadores . Proceso de desgaste de los filos de corte de las brocas. Obtención racional de las caras de incidencia en el afilado de brocas .
EJERCICIOS A RESOLVER Problema 1 Calcular el desplazamiento h del cabezal (fig. 20.48) que debe efectuarse para poder afilar un ángulo de incidencia de portamuelas 10° . El diámetro de la fresa de tres cortes en cuestión es de 100 mm . Problema 2 Se supone que un escariador cilíndrico de dientes rectos debe reafilarse por su cara de incidencia (fig. 20.49) . Para ello se dispone de una muela de plato, cuyo ángulo a = 15° que trabaja por su cara convexa . el desplazamiento h necesario para obtener un ángulo de desprendimiento C = Calcular 5°. El diámetro del escariador es de 30 mm .
Tema 21 . Proceso de rectificado y afilado
OBJETIVOS -- Estudiar algunos procesos de rectificado y afilado característicos, con indicación de las operaciones a realizar, los utillajes, accesorios, aparatos de verificación y las muelas empleadas en cada ocasión.
EXPOSICIÓN DEL TEMA Este tema se dedica íntegramente al estudio de algunos procesos de trabajo que se refieren a las máquinas esmeriladoras estudiadas, con objeto de dar al alumno una visión concreta de las posibilidades de mecanizado que aquéllas poseen . Para ello, y como condición previa, es preciso repasar algunos conceptos básicos a los que se hace referencia aquí, por cuyo motivo conviene tener a la vista la Tecnología Mecánica 2.1 de Máquinas Herramientas, en cuyo tema 15 están explicados . 21 .1
Rectificado de una regla prismática en la rectificadora plana frontal
El primer ejemplo se refiere .al proceso de rectificado de una regla (fig. 21 .1) . Previamente se ha mecanizado en la fresadora una pieza prismática con demasías de material que deberán eliminarse en las operaciones de rectificado . La pieza se coloca en el plato magnético, procurando que quede bien asentada, y se rectifica una de sus caras. Después, se apoya por una cara perpendicular a la anteriormente mecanizada y se rectifica a su vez la (2), controlando que quede bien a escuadra respecto a la cara (1) . Con la pieza apoyada por la primera cara se puede obtener la superficie opuesta con garantía de paralelismo . Para ello hay que asegurar un contacto firme de la regla con el plato en toda su longitud, puesto que, si se apoyara por sus extremos, la parte central de la regla cedería bajo la presión de la muela y el paralelismo no sería perfecto . Esto se controla, por ejemplo, con una sonda de espesores . Finalmente, repitiendo los mismos pasos, se rectifica la cuarta cara de la regla . La muela empleada es de vaso enteriza y sus características, según el trabajo y el material (se supone que es F = 1140) son : Grano 36, Grado L, Estructura 4, Abrasivo A (corindón) . 21 .2
Rectificado de una regla de sección L en la rectificadora tangencia¡
La regla en cuestión se mecaniza previamente en la fresadora o en la timadora, dejando 0,15 mm de demasía en cada cara que deba rectificarse . 361
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material F-1140
Hoja ele proceso Dimensiones en bruto
Hoja n"
I
1
Denominación Regla prismática
N7
~
Fase 2
I
Máquina RF
N" de pieza 30/30 .25.130
N9
130__
30
no dejar aristas vivos
4
SF. OP. 11
Montaje de la muela
12
Repasado de la muela
13
Colocación de la pieza en el plato magnético Rectificado de la cara 1
14
2
21
4
útil Herramienta
Verificación
Muela de vaso 150 W x 70 Útil portadiamante Sonda de Plato profundidad magnético Palmer
Dar la vuelta a la pieza y apoyarla por la cara 4 Rectificar cara 2. Control de perpendicularidad
Sonda de profundidad Palmer Escuadra
31
Apoyar la pieza por la cara 1
32
Rectificar la cara 3 y controlar paralelismo con 1 y perpendicularidad con 2
Sonda de profundidad Palmer Escuadra
41
Apoyar la regla por la cara 2
Sonda de profundidad
42
Rectificar la última cara lateral (4) . Comprobar paralelismo con 2 y perpendicularidad con 1y3
Palmer Escuadra
22
3
Designación
N.° V pasada, m/s
n .m . r . p
a
mmlminl
p mm
4-2
23
2800
9000 0,025-0
4-2
23
2800
9000 0,025-0
2800
9000 0,025-0
2800
9000 0,025-0
4-2
4-2
23
0
Em h
Se instala seguidamente un utillaje de fijación (fig . 21 .2) en forma de regla en U, provisto de tornillos, sobre el plato magnético de la máquina y se fija la regla a mecanizar en él . Previo reavivado de la cara tangencial de la muela, se rectifica la cara (1) que servirá de base para el rectificado de la superficie (3) en su momento . En el mismo utillaje se rectifica la base (3), teniendo presente que debe ser perpendicular a la cara (1) . A continuación, se retira el utillaje empleado y se pone la pieza directamente sobre el plato magnético para el rectificado de las caras interiores. Para ello, se sitúa la regla contra el borde del plato magnético, que debe estar limpio y des provisto de rebabas, para conseguir que la cara (5) quede paralela a la (3) . El borde del plato suele estar constituido por una regla atornillada a él que sirve de referencia en casos como éste. Sin embargo, conviene no fiarse y verificar la alineación de (5) con ayuda del comparador . No hace falta decir que la base (1) estará perfectamente adherida a la superficie del plato . Seguidamente, se hace descender la muela en sentido vertical, de modo que el espesor del ala sea casi el exigido, dando pasadas en dirección longitudinal . Al llegar al nivel de la cara (6) se continúa penetrando sin mover la muela transversalmente, porque su espesor es superior al ancho de trabajo necesario . Cuando se ha alcanzado casi la cota de 30 mm se vuelve a subir la muela y se rectifica cuidadosamente la periferia y el lateral de la misma, para que estén bien perpendiculares entre sí. Después se elimina el sobrante de la cara (5), haciendo que la muela trabaje lateralmente, a la vez que se penetra sobre la superficie (6) hasta que se llega a la medida conveniente . En lugar de la muela plano-cilíndrica empleada puede utilizarse otra muela con biselado lateral hacia el interior . Asimismo, si no conviene que sean visibles las marcas cruzadas características sobre la cara interior (5), debe hacerse el rectificado independiente de las caras (5) y (6), trabajando únicamente con la superficie periférica de la muela . El material de la regla es acero de cementación F-1516 y la muela mide 250 x 40 y sus especificaciones son : Grano 60, Grado 1, Estructura 4, Abrasivo (A) . 21 .3
Rectificado de una cuña en la rectificadora tangencial (fig . 21 .3)
Este ejemplo pretende explicar el procedimiento a seguir para el rectificado de un plano inclinado . Ya se dijo en el tema correspondiente que algunas rectificadoras tangenciales tenían un cabezal inclinable al que se adaptaba una muela de vaso o de copa, destinado a la rectificación de superficies angulares. En este caso, se supone que dicho cabezal no existe y que la inclinación de la cara cónica debe obtenerse por otros procedimientos . Para ello puede emplearse una mordaza inclinable, una mesa inclinable, un utillaje con un plano inclinado para situar encima del plato magnético, etc . En nuestro caso, se empleará un dispositivo de la máxima precisión como es la mesa de senos . Es un aparato basado en la regla de senos, ya conocida, que consta de una base y una plataforma inclinable que se articula sobre un centro fijo . La altura del otro extremo de dicha plataforma puede ajustarse finamente por medio de calas, sobre las que se apoya un rodillo que dista de la articulación una cota exacta, conocida de antemano . De este modo, se obtiene un triángulo rectángulo de hipotenusa fija y cuyo ángulo a es el propio de la superficie a rectificar respecto al plano horizontal. El cateto h se calcula por medio de la sencilla fórmula h = d - sen a y puede construirse sin dificultad con una colección de calas. El rectificado de las caras laterales de la cuña no ofrece ninguna dificultad y su proceso no se comenta aquí. Una vez obtenidas, se instala sobre la mesa de la máquina el aparato descrito y se fija la pieza sobre él por medio de tor nillos . Si en otro caso esto no fuera posible, se recurre a bridas o a cualquier otro método que no ofrezca ningún impedimento a la acción de la muela . Se supone que la distancia entre centros de la mesa de senos es de 150,000 milímetros y que el ángulo de la cuña es de 15° . La cota h desconocida valdrá : h=d-sena ; h=150x0,2588=38,82 mm Esta medida se compondrá tal como se ha dicho, a base de una combinación de calas o bloques patrón . 363
Hoja
FORMACION ROFESIONAL f f
Escala
F-1516
l
I
SF.
Material
OP.
Dimensiones en bruto
Designación
11
Montaje de la muela
12
Repasado de la muela
13 14
Instalación del utillaje y montaje de la regla Rectificado de la cara 1
21
Girar la pieza
de proceso Denominación Regla de guía
Croquis
Útil Herramienta
I
FT
N° de pieza RG/12 50 400
n r.p .m.
Regla útil
Micrómetro
6-2-2
30
2300
Comparador Micrómetro Escuadra
6-2-2
30
1200 0,02800 0,015-q
6-2-2
30
1200 0,02800 0,015-0
6-2-2
30
1200 0,02800 0,015-0
30
1200 800
Retirar utillaje
32
Apoyar regla sobre el plato magnético por la cara 1 Rectificar la cara 3 . Comprobar la perpendicularidad con 2 y el paralelismo con 1
Sonda de profund . Micrómetro Escuadra
Girar la pieza . Apoyarla por la cara 2 Rectificar la cara 6 . Comprobar la perpendicularidad con 1 y 3 y el paralelismo con 2
Sonda de profundidad Micrómetro Escuadra
51
Situar la pieza sobre el plato haciendo tope contra el borde . Verificar, no obstante, la alineación de la regla
Comparador
52
Rectificar las caras 4 y 5. Vérificar la perpendicularidad y el paralelismo
42
Máquina
3
N.° V asada mls
Verificación
31
41
Fase
a
mmlmln
p mm
á
Muela plana 250 x 40 Útil portadiamante Plato magn . Comparador
Rectificar cara 2 . Comprobar perpendicularidad con 1
33
Hoja n' 1
útil diamantado
Sonda de profundidad Micrómetro Escuadra
1200 I 0,02800 0,015-0
N N
2
3
4
5
11
Montaje de la muela
12
Repasado de la muela
13
Situar la cuña apoyada por la cara 1 sobre el plato magnética . Emplear cuña suplementaria
14
Rectificar la cara 4
21
Dar la vuelta a la pieza
22
Rectificar la cara 1 . Comprobar paralelismo con 4
31
Instalar escuadra sobre el plato magnético . Fijar la pieza con ayuda de tornillos, aprovechando los taladros que lleva
32
Rectificar cara 5. perpendicularidad
41
777777
0,020,015-0
6-2-2
30
2300
1200 10,02800 ,p,015-0
Escuadra Mícrómetro
6-2-2
30
2300
1200 0,02800 0,015-0
Escuadra Micrómetro
6-2-2
30
Escuadra Reglas
Comprobar ,0 1
awy .02.
Colocar la pieza sobre el plato magnético Rectificar cara 3 . Comprobar perpendicularidad y paralelismo
Reglas
51
Instalar una mesa de senos . Colocar el ángulo necesario con ayuda de calas
Mesa de senos
52
Colocar la pieza sobre la mesa de senos, sujeta con tornillos
Calas
53
Rectificar superficie 2. Comprobar el ángulo cuña
Goniómetro Escuadra Micrómetro
de
la
El material de la cuña es acero F-1280, templado y revenido. Las especificaciones de la muela pueden ser las mismas que las del ejemplo anterior . 21 .4
Rectificado de precisión de una pieza cilíndrica
Se supone que la pieza en cuestión (fig . 21 .4) debe servir de patrón para determinadas comprobaciones y se exige que su diámetro sea muy preciso pero, sobre todo, se hace hincapié en su cilindricidad y en la coaxialidad sus puntos con la superficie cilíndrica . Asimismo, la calidad superficial de de la parte rectificada debe ser muy elevada . El material del cilindro es acero F-5211 templado y revenido . Aunque se trata de un acero indeformable es conveniente repasar los puntos ya que éstos serán la base del rectificado. Para ello se emplea una pequeña muela de mango, sujeta con una pinza en el aparato de rectificar interiores, y que, previamente ; ha sido repasado con un útil portadiamante que puede seguir una trayectoria oblicua, dejando la muela con el ángulo exacto . También deben controlarse los puntos de la máquina para comprobar si están en perfectas condiciones . Si no es así, se rectifican igualmente con la propia muela del cabezal . La pieza se coloca entre puntos y se sujeta con una brida de La salida de la muela se regulará de tal modo que, por un lado, no arrastre. sobresalga más de la mitad de su espesor y, por el otro, no choque contra la brida y tenga salida suficiente. Seguidamente se efectúa una pequeña penetración por cada extremo con la misma profundidad de pasada y se controla el diámetro obtenido en cada caso . Si el resultado no es idéntico hay que realizar la corrección, ya conocida, inclinando levemente la plataforma superior de la mesa hasta que se alcancen los resultados deseados . A partir de este momento se puede empezar el verdadero rectificado, que puede dividirse en dos fases : desbaste y acabado . En el acabado, la penetración y el avance lateral deben ser mínimos, refrigerando con abundancia y vigilando atentamente que no se caliente la pieza en exceso . El control del diámetro se realiza con un micrómetro de exteriores, desmontar la pieza . Cuando se llegue a la medida correcta, se darán varias sin sadas de chispeo, hasta que se extingan las chispas, con objeto de lograrpala máxima calidad superficial y eliminar los pequeños errores geométricos que puedan existir . La muela empleada mide 300 x 40 y es del tipo plano-cilíndrico . Sus características son : Abrasivo A, Grano 80, Grado M, Estructura 4. 21 .5
Rectificado de un punto de torno
Se trata de rectificar la superficie lateral de un punto de torno compuesta por el cono de punta (60°), un tramo cilíndrico y el cono de acoplamiento, en este caso un cono Morse n° 4 (fig . 21 .5) . La pieza se mecaniza previamente en el torno, entre puntos . Para ello, se construye, en el extremo de la punta cónica una especie de tetón en donde se mecaniza el punto necesario y que, al finalizar el mecanizado, se podrá eliminar fácilmente. Una vez templada y revenida, la pieza se monta entre puntos y se rectifica la faja cilíndrica . Como su anchura es pequeña, el rectificado puede efectuarse por penetración radial (plongée) . A continuación, se inclina la plataforma de la mesa un ángulo de 1 ° 29' 14" correspondiente a la inclinación del cono Morse n° 4. Para ello se monta entre puntos un cono patrón del mismo número y, con ayuda de un comparador centesimal, se sitúa la plataforma giratoria, haciendo mover la mesa en dirección longitudinal, hasta que la aguja del reloj permanezca inmóvil de un extremo a otro del patrón. Después se vuelve a colocar la pieza y se empieza el rectificado del cono. Si no se tiene cono patrón puede realizarse igualmente el giro de la mesa por medio del dispositivo que lleva la propia máquina ; sólo hay que calcular el desplazamiento necesa o (ver 18.6) . Acabado el rectificado del cono Morse se monta la pieza en el cabezal de la rectificadora con ayuda de un manguito de reducción o bien directamente, 366
FORMACION PROFESIONAL Escala
I
Hoja de proceso
Material
Dimensiones en bruto
Hoja n°
Denominación
F-5211
I
1
(
NS
250
Fase 3
I
Máquina RU
N' de pieza 30/03 .250 .35
N5
punto de centrado A 5 DIN 332 N Ó 00
SF 1
2
3
4
5
DP.
l
Designación
Croquis
Útü Herramienta
11
Montar plato de garras en el cabezal
Plato de garras
12
Fijar pieza
13 14
Montar muela cónica de mango en la pinza del aparato de interiores Repasar punto
Muela cónica M .7 15 x 20 Útil de repasar
21
Invertir la pieza
22
Repasar el otro punto
31
Montar plato zal y punto
32
Colocar contrapunta
33 34
Verificar los conos de los puntos Instalar la pieza entre puntos
35
Repasar muela
36
Efectuar penetración de ensayo en ambos extremos
37
Controlar diámetros obtenidos y efectuar correcciones, si procede
41
Colocar topes de recorrido en posición
42
Colocar avances de trabajo con parada automática y pasadas de chispeo
liso
en el cabe-
Verificación
No V n a p pasada mlmin r.p .m. mmimin mm
15
20000
15
20 000
Galga
Plato liso Brida Puntos Muela plana 300 x 40 Comparador Util de repasar
Micrómetro
43
Rectificar superficie 1
Micrómetro
51
Controlar diámetros y tolerancias exigidas en un banco de centrar
Banco de centrar Comparador
0,25 (pieza) 1780 6-3-3 28 (muela)
1200 0,02 800 0,005-0
a °
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material
Hoja de proceso Dimensiones en bruto
Denominación Punto de torno
SF.
I Op.
Designación
1
11
Montar plato liso y contrapunta
12
Colocar pieza entrepuntos
13
Verificar salto máximo
14
Repasar muela del cabezal
15
Rectificar en plongeé el tramo cilíndrico. Controlar diámetro
21
Inclinar mesa . Controlar inclinación con ayuda de un cono patrón y un comparador
22
Colocar topes y seleccionar avance
23
Rectificar superficie cónica 2. Verificar cono con calibre patrón o galga
31
Colocar punto en el husillo del cabezal
32
Eliminar tetón de la punta . (Se puede hacer en la electroesmeriladora)
33
Inclinar cabezal con ayuda del cono patrón y un comparador
Cono Patrón
34
Repasar la muela
35
Rectificar el cono delantero 3 . Controlar el ángulo con galga o goniómetro
útil de repasar
2
3
Hoja n° 1
Croquis
Útil Herramienta Plato liso Puntos Brida de arrastre
Verificación
Máquina RU
N" de pieza 30/06 CM 4
No n pasada mlmin r.p .m.
mmlmin
p
mm
Comparador
útil de repasar Muela plana Micrómetro 300 x 40 Cono patrón
Fase 3
0,25 (pieza) 28 1780 (muela)
Comparador
Calibre
0,25 6-3-3 (pieza) 1780 28 (muela)
Comparador
Galga
0,25 (pieza) 1780 28 (muela)
1200 0,02800 0,005-~
0 mÉ ti
Hoja de proceso
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material
Dimensiones en bruto
2
0p.1
Designación
11
Montar plato de garras
12
Colocar casquillo . Centrar
13
Abatir aparato de interiores
14
Colocar muela
15
Repasar muela
16
Colocar topes
17
Rectificar orificio (1) . Controlar diámetro
21
Colocar pieza en mandril de expansión Repasar muela
22 23
Seleccionar avances y colocar topes
24
Rectificar superficie exterior (2) . Controlar el diámetro
1
Denominación
F-15'22
SF.
Hoja n°
I Herramienta I Ubi
Plato de garras
Verificación
Máquina RU
N' de pieza
Casquillo guía
Croquis
Fase 3
30104.40.64 .45
V n I,oasadal mlmin r.p.m . N0.
mmlmin
a
p mm
1400 1000
0,0150,01-0
1200 800
0,020,01-0
Comparador
útil de repasar Muela cilíndr . 25 x 32 Micrómetro
Mandril extensible útil de repasar
0,16 (pieza) 10-5-0 12 9000 (muela)
Comparador
0,25 (pieza) Micrómetro
8-4-0
28 1780 (muela)
I: ti
si coincide el número del cono . Se inclina el cabezal un ángulo de 30° (semiángulo del cono) y se rectifica con el cabezal de exteriores . Para mayor facilidad conviene eliminar antes el tetón que ha servido para el mecanizado entrepuntos . Como la pieza está templada, puede hacerse en una tronzadora con disco abrasivo o en la electroesmeriladora . El control del cono Morse se hace con calibre patrón o bien con galga de reloj que mide la semidiferencia de diámetros . El cono de punta se verifica con una galga o goniómetro . La muela usada es del tipo plano y mide 300 x 40 . Sus características más notables son : Grano 60, Grado K, Abrasivo A . El material de la pieza es acero F-5118 . 21 .6
Rectificado de un casquillo en la rectificadora universal
Se trata de un ejemplo de rectificado interior y exterior en la rectificadora universal. Como los dos diámetros deben ser perfectamente concéntricos y el rectificado exterior sería difícil sin sujetar la pieza en un mandril, primeramente se realizará el mecanizado del interior del casquillo . La pieza templada y revenida, con las demasías necesarias previstas en el torneado, se fija en el plato universal del cabezal portapiezas (fig . 21 .6) . El centrado se efectúa con un comparador de palpador largo apoyado en la superficie interior del casquillo . Cuando está centrado satisfactoriamente, se aprietan las garras del plato aunque no en exceso (si las paredes fueran delgadas, hay grave riesgo de deformar la pieza) . El rectificado interior se efectúa con el aparato de que dispone la máquina, provisto de muela cilíndrica de pequeño diámetro . Este tipo de muelas se desgasta con rapidez y, en consecuencia, hay que rectificarla con frecuencia con el útil diamantado . El diámetro del orificio puede verificarse con el alexómetro, el palmer de interiores con cabeza de tres apoyos (/micro-Tesa) y, finalmente con un calibre tampón pasa-no pasa . Terminado el rectificado interior, se introduce la pieza en un mandril de expansión o similar y se coloca al aire, en el cabezal portapiezas. Seguidamente, se rectifica la superficie cilíndrica exterior siguiendo los pasos ya conocidos . El material de la pieza es acero de cementación F-1522 . La muela cilíndrica para interiores mide 25 x 32 y sus especificaciones son : Grano 60, Grado K, Abrasivo A. La muela para exteriores es plana, de 300 x 40, Grano 60, Grado !, Estructura 4, Abrasivo A. 21 .7
Afilado de una fresa de módulo en la afiladora universal
La fresa se introduce en un mandril (fig . 21 .7) y se coloca directamente en el cabezal divisor, al aire . La alineación del diente de la fresa se consigue con ayuda de una escuadra, haciendo que dos dientes diametralmente opuestos se apoyen por su cara de desprendimiento sobre el brazo vertical de la escuadra (se supone que la fresa tiene un número par de dientes) . Por su parte, la muela de plato escogida debe trabajar por su cara plana y, en consecuencia, ésta deberá ser perpendicular a la mesa de la máquina . Para asegurar esta condición se repasa dicha cara con el útil diamantado, moviendo verticalmente el cabezal portamuelas. Terminadas estas operaciones, se fija la posición de la fresa y se procede a colocar el apoyo del diente, de modo que su lengüeta apoye por detrás el diente que se afila . El afilado se realiza dando breves pasadas longitudinales sobre la cara de desprendimiento . La profundidad de pasada depende de) dispositivo micrométrico del apoyo del diente que al propio tiempo garantiza la división . Primera mente se da un desbaste ligero (se trata de eliminar el menor material posible) a todos los dientes. El paso de uno a otro se realiza manualmente, girando la fresa y apoyando la cara dorsal contra la lengüeta de tope, que permanece inmóvil. Después del desbastado se da una pasada de acabado bien fina a todos los dientes . Una vez afilada, la -fresa se somete a un control para determinar la posición correcta de la superficie de desprendimiento, los errores de división, si los hay, y la concentricidad de los extremos del filo . La muela de plato empleada es de corindón y tiene un Grano 60 y un Grado M. 370
Hoja de proceso
FORMACION PROFESIONAL Escala
Material
Dimensiones en bruto
Designación
Montar muela Repasar muela Colocar fresa en mandril al aire Centrar fresa . Alinear la cara plana de la muela con el primer diente 15
Colocar apoyo del diente con regulación micrométrica
21
Afilar cara de desprendimiento de primer diente . C = 0
22
Efectuar división con giro manual de la fresa y con tope en el apoyo de diente
23
Afilar el 2" diente y as( sucesivamente hasta completar la pasada de desbaste
3
31
Efectuar pasada suave de acabado
4
41
Verificar la posición de la superficie de desprendimiento y la concentricidad del filo
2
1
Fase
Máquina
1
AFU
Denominación
Acero rápido
SF. IOP1-
Hoja n°
N° de pieza
Fresa de módulo
Croquis
útil Herramienta
I
N.° V n Verificación (pasada mlmín r.p .m.
I
Muela de plato 125 x 14 Útil de repasar Mandril
Escuadra
Soporte y lengüeta de apoyo 25
Galga
3800
I
a mm
Hoja de proceso
FORM ACION PROFE SIONAL Escala
SF.
2
H
Material Acero rápido
Dimensiones en bruto
Designación
Denominación Fresa de tres cortes
Croquis
11
Montar muela de copa
12
Repasar muela
13
Montar fresa en mandril al aire
14
Centrar la muela
15
Colocar apoyo de diente
21
Afilar cara de incidencia del primer diente
22
Efectuar cambio de diente con rotación manual
23
Afilar segundo diente y as( sucesivamente hasta completar el desbastado
Máquina AFU
útil Herramienta
i"_' -Je pieza
N V n Verificación pasad mlmin r, p, m .
p
j
fF?,r13
[M_,M
0
É
Muela de copa 125 x 45 Útil de repasar Mandril Escuadra Soporte y lengüeta de apoyo 25
Efectuar pasada suave de acabado 41 ¡Verificar ángulo, posición concentricidad del diente
y
Galga Utillaje especial
00
N
21 .8
Afilado de la cara de incidencia de una fresa de tres cortes
La fresa .en cuestión (fig . 21 .8) se monta en un mandril y éste, a su vez, se introduce en un alojamiento cónico del cabezal divisor . Con ayuda de un reloj comparador se centra la fresa, para que el filo sea concéntrico y paralelo al eje de rotación . Seguidamente se alinean los centros de la muela y la fresa, empleando los calibres que para este menester lleva la máquina . Después se baja el cabezal portamuelas una cota h (ver 20 .5 .2 .1) y luego, con la mano, se gira la herramienta hasta que el diente de referencia se apoya en el calibre del cabezal. Hecho esto, se puede colocar el apoyo del diente de forma que la lengüeta haga tope en la cara de desprendimiento del diente citado . Si se supone que la fresa que debe afilarse mide 120 mm de diámetro y debe tener una incidencia de 8°, la distancia h valdrá : h = R - sen A ; h = 60 - 0,1392 = 8,35 mm El afilado se efectúa con la cara plana de una muela de copa perpendicular a la mesa de la máquina,' por cuyo motivo debe rectificarse previamente con el útil diamantado . Las pasadas de afilado se dan con la mesa longitudinal . La profundidad de pasada se toma con el carro transversal . Una vez afilado un diente se pasa al siguiente, moviendo la fresa a mano y se da la pasada sin modificar la profun didad de la misma. Como se ve, la división la proporciona el apoyo del diente contra cuya lengüeta debe empujarse la fresa. Después del afilado se controla la inclinación del filo, la concentricidad y el valor del ángulo de incidencia . Las dos primeras variables se pueden controlar con un comparador y la tercera requiere el empleo de una galga especial . La muela utilizada es de copa cónica y tiene las mismas características que la del ejemplo anterior .
EJERCICIOS A REALIZAR Problema 1
Estudiar el proceso de rectificado de un calzo de una sola abertura en V en la rectificadora tangenciaL Determinar las medidas de la pieza y las operaciones a seguir en una hoja al efecto . Problema 2
Idear el proceso de rectificado de una pieza cilíndrica entre puntos con .tres diámetros de diferente valor . Problema 3
Realizar el proceso de rectificado de un mandril portafresas de cono ¡SO. Problema 4
Describir el proceso de afilado del ángulo de incidencia de los dientes periféricos de una fresa cilíndrica de dentado recto .
Bibliografía
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TECNOLOGÍA MECÁNICA 2-3
ENSEÑANZAS ESPECIALIZADAS Tercer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado por Equipo Técnico EDEBÉ JOAQUÍN OMS CLAUDINO ÁLVAREZ TOMÁS VIDONDO
y la colaboración de FESTO-DIDÁCTIC ENRIQUE SALA (Neumática) EDUARDO QUINTANILLA (Hidráulica)
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f
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EDICIONES DON BOSCO Paseo San Juan Bosco, 62 . Barcelona 17 EDITORIAL BRUÑO Marqués de Mondéjar, 32 . Madrid 28
Tecnología Mecánica 2.3 MÁQUINAS HERRAMIENTAS Tercer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado
Fotografía de la cubierta : cortesía ETXE-TAR
CUESTIONARIO OFICIAL 0 . M . 13-IX-75; BOMEC, 10-XI-75 Tercer Curso de Formación Profesional de Segundo Grado Preliminares . Organigrama funcional del taller mecánico . Funcionamiento y coordinación . Departamentos . Misiones de cada uno. Máquinas herramientas . Generalidades . Clasificación. Representación simbólica de los elementos mecánicos. Relación de transmisión . Cadenas cinemáticas . Estudio de las cadenas cinemáticas del torno, fresadora y máquinas de cepillar . Condiciones de trabajo. Estudio económico del corte. Velocidad de corte, fuerzas de corte, potencia . Tiempos de mecanizado . Cuadernos de máquina . Verificación . Cimentación y entretenimiento de las máquinas herramientas . Normas de verificación de las máquinas herramientas más utilizadas . Mecanismos hidráulicos y neumáticos empleados en máquinas herramientas . Principios hidráulicos. Circuitos hidráulicos y sus elementos componentes . Simbolización . Mecanismos automáticos . Circuitos neumáticos y sus elementos componentes . Talladoras de ruedas dentadas . Sistemas de tallado. Máquinas y herramientas utilizadas . Tallado con fresa madre. Tornos de producción en serie. Idea de los tornos revólver automáticos y copiadores . Mandrinadora . Descripción y utilización de la misma . Punteadora . Descripción y utilización de la misma. Trabajo por coordenadas . Brochadora . Descripción y utilización de la misma . Estudio crítico de las máquinas herramientas . Elección de la máquina apropiada para un trabajo dado . Procesos de fabricación con varias fases referentes a las distintas máquinas herramientas estudiadas . Cálculo de tiempo de fabricación .
ES PROPIEDAD © Ediciones Don Bosco Barcelona, 1981 impreso en España Printed in Spain ISBN 84-236-1538-3 Depósito Legal . B. 14737-81 Escuela Gráfica Salesiana Barcelona-Sarriá
Introducción
Con el presente texto se culmina la última etapa de la formación de especialistas en Máquinas Herramientas del segundo nivel de F. P. A lo largo de los diferentes cursos se ha pretendido dar una visión escalonada y cada vez más amplia del apasionante mundo de las máquinas herramientas, sin olvidar las nuevas técnicas que tan importantes avances han permitido en este campo en los últimos años . Cada vez se amplía y especializa más el concepto de máquina herramienta . Cada vez más se tiende a la automatización de los procesos, lo que significa, en contrapartida, el contacto con tecnologías cada vez más complejas que suponen un fuerte desafío para el profesional mecánico . El alumno debe familiarizarse en seguida con las nuevas máquinas -a un nivel elemental, claro está- e ir abandonando, hasta cierto punto, la clasificación convencional de aquéllas -torno, fresadora, limadora . . . - por designaciones y conocimientos más precisos que definan mejor la complejidad de las máquinas herramientas modernas . En primer lugar, una clasificación general de las máquinas herramientas debe contemplar estos cuatro grandes grupos : - Máquinas herramientas convencionales . Son aptas para ejecutar trabajos generales, de características variadas y en pequeñas series . A este grupo pertenecen las máquinas que se podrían llamar clásicas : torno paralelo, fresadora universal, sierra alternativa, etc . - Máquinas herramientas específicas . Son aquéllas que se destinan al mecanizado de piezas concretas que exigen determinadas características a la máquina (fresadoras de utillaje, talladoras de ruedas dentadas, brochadoras . . . Admiten normalmente un cierto grado de automatización . - Máquinas herramientas automáticas. Se emplean para mecanizar familias de piezas en series medias y grandes. Admiten un alto grado de automatización . Entre ellas están los tornos automáticos, las fresadoras de ciclos, etc . Una variante de este grupo, con características absolutamente originales, son las máquinas de control numérico, aunque se adaptan mejor a las series pequeñas y medianas . - Máquinas herramientas especiales . Están proyectadas para mecanizar un solo tipo de piezas . Adoptan casi siempre una automatización total . Sirven únicamente para grandes series, ya que los costos de producción serían, de otra forma, prohibitivos . El ejemplo característico de máquina especial es un tránsfer . Las máquinas herramientas pueden trabajar con o sin arranque de viruta, por deformación o corte . Las primeras son las máquinas herramientas por excelencia, y sólo a ellas se hace referencia en el cuadro que se escribe a continuación, para dar al alumno una visión global que se juzga interesante . Al lado de cada máquina se indica el curso o cursos donde se estudia, con objeto de facilitar las tareas de consulta .
I~
De la pieza Movimiento de corte rectilíneo
Máquinas herramientas
L De la herramienta
De la pieza Movimiento de corte circular De la herramienta
{ Cepilladora (2 .3) Limadora (1 .2) Sierra alternativa (1 .2) Mortajadora (2 .3) Brochadora (2.3) Talladora de ruedas dentadas (2 .3)
I
Torno (2 .1) (2 .3) Roscadora (2 .3)
'~ Taladradora (1 .1) (1 .2) (2 .3) Sierra circular (1 .2) Roscadora (2 .3) Fresadora (2 .2) Rectificadora (2 .2) - Afiladora (2 .2) Mandrinadora (2 .3) Punteadora (2 .3) Talladora de ruedas dentadas (2 .3) Centro de mecanizado (2 .3) -{Máquinas especiales (2 .3)
Los temas de este libro pueden agruparse en cinco grandes apartados: - La función Técnica y principios generales de organización (temas 1 y 2) . - Tecnología General. Procedimientos de conformación sin arranque de viruta (tema 3) . Ha parecido conveniente incluir un tema con los procedimientos tecnológicos para la elaboración de piezas que preceden, en muchos casos, al mecanizado en las máquinas herramientas . - Elementos de producción (temas 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) . Comprenden el estudio de los elementos comunes de las máquinas herramientas, desde las condiciones de trabajo al mantenimiento, pasando por los sistemas de automatización, incluido el C. N. - Máquinas herramientas de gran producción (temas 11, 12, 13, 14, 15, 16) . En ellos se estudian las máquinas específicas, automáticas y especiales (dentadoras, brochadoras, tornos automáticos, máquinas tránsfer ) . - Preparación del trabajo (temas 17, 18, 19) . Creemos necesario insistir de nuevo en estas cuestiones pues de una buena preparación depende, en buena medida, la ejecución correcta de un trabajo. El enfoque general del libro es eminentemente práctico y su estudio debe complementarse en lo posible con las Técnicas Gráficas del Metal 2.3 y las Prácticas de Taller 2.3que incluirán abundantes ejercicios de mecanización, montajes hidráulicos y neumáticos y prácticas de metrología . Aunque, a veces, puede resultar un tópico, los autores agradecerán sinceramente cualquier sugerencia encaminada a mejorar o corregir el contenido del libro .
r Indice
Cuestionario Oficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.
2.
6 7 9
Organización Industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 .1 La empresa industrial. Su organización 1 .1 .1 Organización funcional 1 .1 .2 Organización jerárquica 1 .1 .3 Los organigramas 1 .2 Las funciones en la empresa 1.2 .1 La función de dirección 1 .2 .2 Función financiera 1.2 .3 Función social 1.2 .4 Función comercial 1.2 .5 Función contable 1.2 .6 La función técnica 1 .3 Las funciones y las personas que las realizan Principios generales de organización 1 .4 1 .4 .1 Adecuación a las personas 1 .4 .2 La autoridad y la responsabilidad 1 .4.2 .1 El número de subordinados 1 .4.2 .2 Simplificación jerárquica
15 15 15 16 16 17 17 17 17 17 17 17 18 18 18 18
Función Técnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 .1 Oficina Técnica 2.1 .1 Oficina de proyectos 2.1 .2 Oficina de preparación Métodos 2.1 .2 .1 2.1 .2 .2 Tiempos 2.1 .2 .3 Programación 2.1 .2 .4 Lanzamiento e impulsión 2.1 .2 .5 Corrección 2.1 .3 Almacén de materiales fungibles 2.1 .3 .1 Situación y espacio destinado a almacén 2.1 .3 .2 La organización del almacén 2.1 .3 .3 Fichas de existencias 2.1 .3 .4 Vales de pedido 2.1 .3 .5 Nomenclaturas 2.1 .4 Almacén de herramientas y utillajes 2.1 .4 .1 Proyecto de herramientas o utillajes 2.1 .4 .2 Taller de fabricación de herramientas 2.1 .4 .3 Taller de afilado 2.1 .4 .4 Almacén propiamente dicho
20 20 20 22 22 22 23 24 25 25
18 18
25 25 26 26 27 27 28 28 28 28
2.1 .5
2.1 .6
2.1 .7 3.
2.1 .4 .5 El cuarto de herramientas Talleres y secciones Organización de un taller 2.1 .5 .1 de mecanizado El puesto de trabajo 2.1 .5 .2 El control de calidad Misiones del control de 2.1 .6 .1 calidad Gastos del control de ca2.1 .6 .2 lidad 2 .1 .6 .3 Organización del control de calidad Servicio de mantenimiento
Procedimientos de conformación sin arranque de viruta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conformación por moldeado 3.1 3 .1 .1 Moldeado en arena 3.1 .1 .1 Moldeado a mano 3 .1 .1 .2 Moldeado mecánico 3.1 .2 Procedimientos especiales de moldear 3.1 .2 .1 Moldeado en cáscara (Shell molding/ 3.1 .2 .2 Moldeado a la cera perdida Imicrofusiónl Moldeado Mercast 3.1 .2 .3 3.1 .2 .4 Moldeado al COA 3.1 .3 Moldeado en moldes metálicos 3.1 .3 .1 Fundición a coquilla Fundición a presión 3.1 .3 .2 Matrices para fundición a 3 .1 .3 .3 presión 3.1 .3 .4 Máquinas para la fundición a presión de cámara fría 3.1 .3 .5 Máquinas de cámara caliente 3.1 .4 Operaciones de acabado de las piezas fundidas 3 .1 .4 .1 Limpieza de piezas fundidas 3 .1 .4 .2 Desbarbado de piezas fundidas Forjado 3.2 3.2 .1 Forjado a mano 3.2 .2 Forja mecánica Martinete para la forja 3.2 .2 .1 mecánica
30 30 30 31 32 32 32 33 33
35 35 35 36 37 38 38 38 39 39 39 39 40 40
40 41 41 42 42 42 42 42 43
3 .2 .2 .2
3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
3 .8 3 .9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3 .18 3 .19
4.
Prensas para forja mecánica Estampación en caliente Estampación en frío Recalcado Estampado rotativo Laminación 3.7 .1 Laminador 3.7 .2 Laminación del acero 3.7 .3 Laminación del aluminio 3 .7 .4 Laminación del cobre Procedimientos especiales de laminación Extrusión 3.9 .1 Extrusión en frío 3.9 .2 Extrusión en caliente Extirpado y trefilado Fabricación de tubos metálicos Troquelado de la chapa Doblado y curvado de chapa con troquel Embutido de chapas Abombado Reducido Acuñado Procedírnientos de soldadura Procedimientos especiales de conformación 3 .19.1 Sinterización 3 .19.2 Electroerosión 3.19.3 Mecanizado por ultrasonidos
Máquinas herramientas . Elementos constructivos de carácter general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Elementos constructivos 4.2 Bancadas 4.2 .1 Rigidez de una bancada 4.2 .2 Invariabilidad 4 .2 .3 Facilidad de construcción y empleo 4.3 Guías 4 .3 .1 Guías de deslizamiento 4.3 .2 Material y construcción de las guías de deslizamiento 4.3 .3 Guías de rodadura 4 .3 .4 Ajuste del juego 4.3 .5 Bloqueo de los carros 4.4 Elementos de accionamiento 4.4 .1 Motores eléctricos 4 .4 .2 Motores neumáticos e hidráulicos 4 .5 Elementos de transmisión 4 .5 .1 Acoplamientos 4 .5 .2 Transmisión simple 4 .5 .3 Transmisión compuesta 4 .5 .4 Inversión del sentido de giro 4.5 .5 Cambio de velocidad por engranajes 4 .5 .6 Variación continua de la velocidad 4.5 .7 Árboles o husillos principales 4.5 .8 Rodamientos y cojinetes de fricción 4.5 .9 Mecanismos de avance 4.5 .9 .1 Medida de los desplazamientos 4.5 .10 Indicadores de posición 4.5 .11 Cadena cinemática 4.6 órganos de mando 4.6 .1 Mando eléctrico 4.6 .1 .1 Elementos de accionamiento 4.6 .1 .2 Elementos de señalización 4.6 .1 .3 Breve estudio del contacto[ 4.6 .1 .4 Dispositivos automáticos de maniobra 4.6 .1 .5 Protección del motor 4 .6 .1 .6 Aparatos de protección del motor
10
44 44 44 45 45 45 45 46 46 46 47 47 47 48 49 50 52 53 53 53 54 54 54 55 55 57 57
4.6 .1 .7 4.6 .1 .8 4.7 5.
58 58 58 59 59
59 60 60 60 60 61 61 61 61 63 63 63 63 64 65 65 69 70 70 72 73 74 75 76 77 77 77 77 78 79 80
6.
Sistemas de engrase
Conexiones fundamentales Instalación eléctrica de una máquina herramienta
Condiciones de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Velocidad de corte 5.1 .1 Velocidad económica de corte 5 .1 .2 Determinación de la velocidad de corte por la duración del afilado 5.1 .3 Validez de los trabajos de Taylor 5.1 .4 Rendimiento de una cuchilla . Producción de viruta 5.1 .5 Caudal de viruta 5.1 .6 Caudal específico de viruta 5.1 .7 Velocidad de mínimo desgaste y velocidad límite . Estudios de Denis 5.1 .8 Velocidad práctica o económica de corte 5.1 .9 Factores principales que influyen en la elección correcta de la velocidad de corte 5.1 .10 Cálculo práctico de las velocidades de mínimo desgaste y velocidades prácticas o económicas 5.1 .11 Mecanizado económico 5.1 .12 Tablas y ábacos para la determinación de la velocidad de corte 5.2 Concepto de viruta mínima 5.3 Duración de las herramientas . Generalidades 5 .3 .1 Desgaste gradual de la herramienta 5.3 .2 Zonas de ajuste 5 .3 .3 Duración de una herramienta 5 .3 .4 Tiempo de duración de una herramienta 5.3 .5 Desgaste o fallo prematuro de la herramienta 5.3 .6 Efecto del filo recrecido 5 .3 .7 Influencia de los ángulos de afilado 5.3 .8 Material de la herramienta 5.4 Maquinabilidad 5.5 Temperatura de corte. Fluidos de corte 5.6 Vibraciones en las máquinas herramientas Neumática aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 El arre comprimido . Principios fundamentales 6 .2 Producción del aire comprimido 6.2 .1 Compresores volumétricos 6.2 .2 Turbocompresores 6.2 .3 Accionamiento del compresor 6.3 Distribución del aire comprimido 6.3 .1 Acumulador 6.3 .2 Separador 6.3 .3 Red de aire 6.3 .4 Preparación del aire 6.4 Componentes neumáticos 6 .4 .1 Cilindros neumáticos 6 .4 .1 .1 Cilindros de simple efecto 6.4 .1 .2 Cilindros de doble efecto 6.4 .1 .3 Cilindros de doble efecto y doble vástago 6.4 .1 .4 Cilindros de doble efecto con amortiguador 6.4 .1 .5 Unidad oleoneumática 6.4 .2 Válvulas 6.4 .2 .1 Válvulas distribuidoras 6 .4 .2 .2 Representación de las válvulas distribuidoras 6.4 .2 .3 Accionamiento de las válvulas distribuidoras 6.4 .2 .4 Estudio funcional de las válvulas distribuidoras
81 83 83 87 87 87 88 89 89 89 90 90 91
92
95 98 99 101 101 101 101 102 102 103 103 103 103 104 104 106 108 108 109 110 110 111 111 112 112 112 112 113 114 114 114 114 114 114 115 115 115 116 116
6.4 .2 .5 6.4 .2.6 6.4 .2.7 6.4 .2.8 6.4 .2 .9 6.4 .2 .10 6.4 .2 .11 6.4 .2 .12 6.4 .2 .13 6.4 .2 .14
6.5 6.6
6.7
6.8
7.
Válvulas 2/2 Válvulas 3/2 Válvulas 4/2 Válvulas 5/2 Válvulas 4/3 Empleo de las válvulas distribuidoras Válvulas antirretorno Selectores de circuito Válvulas de escape rápido Válvulas de simultaneidad Reguladores de caudal Temporizadores
6 .4 .2 .15 6.4 .2 .16 6.4 .3 Accesorios Mando neumático Instalaciones neumáticas 6.6 .1 Mando directo de un cilindro de simple efecto mediante pulsador 6.6 .2 Mando directo de un cilindro de doble efecto mediante pulsador 6.6 .3 Mando de un cilindro de simple efecto desde dos puntos distintos 6.6 .4 Mando condicional de un cilindro de simple efecto 6.6 .5 Control de la velocidad en los cilindros de simple efecto 6.6 .6 Control de la velocidad en los cilindros de doble efecto 6.6.7 Aumento de la velocidad en los cilindros de doble efecto 6.6 .8 Mando directo de un cilindro de simple efecto 6 .6 .9 Mando indirecto de un cilindro de doble efecto 6.6 .10 Mando condicional de un cilindro de doble efecto 6.6 .11 Mando de un cilindro de doble efecto con retroceso automático 6.6 .12 Mando automático de un cilindro de doble efecto 6.6 .13 Mando de un cilindro de doble efecto con control de tiempo en el retroceso 6.6 .14 Mando de un cilindro de doble efecto con anulador de señal 6.6 .15 Señales intermedias durante el avance del cilindro Circuitos especiales 6 .7 .1 Mando manual de seguridad para prensas o sistemas similares 6.7 .2 Expulsor de piezas neumático 6.7 .3 Alimentador neumático 6.7 .4 Unidad neumática de avance 6.7 .5 Platos divisores neumáticos 6.7 .6 Unidad taladradora 6.7 .7 Mordaza neumática Electroneumática 6.8 .1 Electroválvulas 6 .8 .2 Mando electroneumático
Hidráulica aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Principios físicos fundamentales 7.2 Magnitudes físicas 7 .2 .1 Unidad de presión 7.3 Transmisíón hidráulica de fuerza 7.4 Ley de circulación 7.5 Energía hidráulica 7.6 Rozamiento y circulación 7.7 Fluidos hidráulicos y sus principales características 7.7 .1 Viscosidad 7.8 Bombas hidráulicas . Sus tipos
116 116 117 117 117
7.8 .1 7 .8 .2 7.8 .3 7.8 .4 7 .8 .5 7.8 .6
118 118 118 119
7.9
119 119 119 120 121 121
7.10
121 122 122 122 123 123 123 123 123
7 .11
123 123
7.12
124
124
7.13
125 126 126 126 126 127 127 129 129 130 130 130 131 133 133 133 133 134 134 134 135 135 135 136
7.14
7.15 7.16 8.
Bombas de caudal fijo Bombas de caudal variable Bombas de engranajes Bombas de paletas Bombas de pistones Características de las bombas y su rendimiento Instalaciones hidráulicas 7.9 .1 Estructuración en bloques de una instalación hidráulica 7 .9 .2 Depósito de aceite 7.9 .3 Filtro 7.9 .4 Manómetro 7.9 .5 Válvulas de cierre y limitadoras de presión 7.9 .6 Tuberías y conductores Válvulas 7 .10.1 Válvulas distribuidoras 7 .10.2 Válvulas de caudal 7.10 .2 .1 Válvulas reguladoras de caudal fijo 7.10 .2 .2 Válvulas reguladoras de caudal variable 7.10.2 .3 Regulación del caudal en función de la variación de presión 7 .10.2 .4 Válvulas reguladoras de caudal con antirretorno 7.10 .3 Válvulas reguladoras de presión . Definición y clases 7.10.3 .1 Válvulas reguladoras de presión 7.10.3 .2 Válvulas limitadoras de presión Elementos hidráulicos de trabajo 7 .11 .1 Cilindros de simple efecto 7 .11 .2 Cilindros de doble efecto 7 .11 .3 Amortiguación de los cilindros hidráulicos Motores hidráulicos 7.12.1 Motores de engranajes 7 .12.2 Motores de paletas 7.12.3 Motores de pistones 7.12.4 Par de un motor hidráulico Circuitos hidráulicos elementales 7.13.1 Gobierno de un cilindro de simple efecto 7.13 .2 Mando de un cilindro de doble efecto 7.13.3 Mando de un cilindro de doble efecto mediante válvula 4/3 7.13.4 Regulación de la velocidad de avance de un cilindro 7.13.5 Regulación del caudal de entrada 7.13 .6 Regulación del caudal de salida 7 .13 .7 Regulación de presión 7.13 .8 Circuito de avance rápido Ejemplos concretos de aplicación 7.14.1 Avance hidromecánico de una mesa 7.14.2 Cilindro de avance de doble vástago 7.14.3 Cilindro sin vástago 7.14.4 Cambio hidráulico de engranajes 7.14.5 Mando hidráulico de una limadora Valvulas pilotadas Electrohidráulica
Automatización de las máquinas herramientas . Control numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Concepto de automatización 8.2 Técnicas de automatización 8.2.1 Automatización mecánica 8.2.2 Automatización neumática 8.2.3 Automatización hidráulica 8.2 .4 Automatización eléctrica
136 136 136 136 137 137 137 137 138 138 139 139 139 139 139 141 141 141
142 142 143 143 143 143 144 144 144 144 145 145 145 145 145 145 146 146 147 147 148 148 149 149 150 150 150 150 150 151 152 153 153 153 154 154 155 155
8.3
8.4
8.5
8.6 9.
10 .
8 .2 .5
Automatización electrónica Programación de los ciclos operativos 8.3 .1 Programación en cadena abierta 8.3 .2 Programación en cadena cerrada 8.3 .2 .1 Programación fija 8.3 .2 .2 Programación de movimientos sucesivos 8.3 .2 .3 Programación por fichas Alimentación automática de las máquinas herramientas 8.4 .1 Sistemas de alimentación por gravedad 8.4.2 Sistemas de alimentación forzada 8.4 .3 Sistemas de alimentación mixta 8.4 .4 Alimentación por robots Control numérico . Nociones generales 8.5 .1 Mando de los movimientos . Motores paso a paso 8.5 .2 Medida de los desplazamientos . Generalidades 8.5 .2 .1 Captor analógico 8.5 .2 .2 Captor digital 8.5 .3 Ejes coordenados 8.5 .4 Control numérico punto a punto 8 .5 .5 Control numérico por contorneado 8 .5 .5 .1 Interpolación 8.5 .6 Programación 8.5 .6 .1 Escritura del programa 8.5 .7 Programación manual 8.5 .7 .1 Ejemplo de programación 8.5 .8 Programación automática Ejemplo de máquina herramienta de C. N,
Verificación y puesta en marcha de las máquinas herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Transporte de la máquina 9.2 Cimentación de la máquina 9.3 Anclaje y nivelación 9.4 Apoyo sobre lapas 9.5 Otros materiales antivibratorios 9.6 Instalación de la máquina 9.7 Precisión de una máquina herramienta 9.8 Objetivos concretos de la verificación 9.9 Clases de pruebas de control 9 .9 .1 Normas generales a seguir en las verificaciones 9.9 .2 Instrumentos de medida y utillajes empleados 9.9 .3 Comprobación de la rectitud 9.9 .4 Planicidad 9.9 .5 Paralelismo . De rectas y planos . De movimientos 9 .9 .6 Equidistancia 9.9.7 Coincidencia o alineación 9.9 .8 Perpendicularidad 9.9 .9 Rotación 9.10 Recepción de máquinas herramientas. Hojas de verificación Mantenimiento de las máquinas herramientas . . . 10 .1 Mantenimiento. Definiciones 10.1 .1 Prevención de mantenimiento 10 .1 .2 Mantenimiento preventivo 10 .1 .3 Mantenimiento correctivo 10 .2 Objetivos del mantenimiento 10 .3 Mantenimiento preventivo 10 .3 .1 Documentación de máquina 10 .4 Rodaje de máquinas 10 .5 Programa de engrase 10 .6 Organización del departamento de mantenimiento 10 .7 Organización del departamento de mantenimiento en una factoría de automóviles 12
156 156 156 157 157
10 .7 .1
158 158 160 160 160 160 161 161 161
10 .8
11 .
162 162 163 163 164 164 164 165 166 168 168 169 170
172 172 172 173 173 174 174 174 174 175
175 176 1 178 179 181 181 181 182 184 188 188
188 189 189 190 190 190 191 192 192 192
12 .
Sistema histórico de mantenimiento (SHM) 10 .7 .1 .1 Recopilación de datos 10 .7.1 .2 Procesado de datos 10 .7 .1 .3 Listados 10 .7 .1 .4 Utilización de los listados 10 .7 .1 .5 Esquema del sistema histórico de mantenimiento 10 .7 .2 Sistema de mantenimiento programado (SMP) 10 .7 .2.1 Proceso seguido por el sistema de mantenimien to programado Perspectivas del departamento de mantenimiento para el profesional mecánico
Procedimientos empleados en la fabricación de roscas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 .1 Procedimientos para la conformación de roscas 11 .1 .1 Roscado con cuchilla de forma 11 .1 .2 Roscado con terraja 11 .1 .2 .1 Roscadoras con terraja de apertura automática 11 .1 .2 .2 Peines tangenciales 11 .1 .2 .3 Peines radiales 11 .1 .3 Roscado con macho 11 .1 .3 .1 Machos de máquina 11 .1 .4 Fresado de roscas 11 .1 .4 .1 Roscado con fresa sencilla 11 .1 .4 .2 Roscado con fresa madre 11 .1 .5 Roscado por turbulencia o cepillado 11 .1 .6 Rectificado de roscas 11 .1 .7 Roscado por laminación 11 .1 .7 .1 Laminación de roscas por rodillos 11 .1 .7 .2 Laminadora de roscas por rodillo 11 .1 .7 .3 Laminado de roscas por peines Máquinas para el tallado de ruedas dentadas 12 .1 Clasificación general de las ruedas dentadas 12 .2 División general de los procedimientos constructivos de ruedas dentadas 12,3 Procedimientos de conformación de ruedas dentadas sin arranque de viruta 12 .4 Conformación de ruedas dentadas por cepillado y fresado 12 .4 .1 Fresado de ruedas dentadas 12 .4 .2 Cepillado de ruedas dentadas 12 .4 .3 Características de la evolvente del círculo 12 .4 .4 Tallado de ruedas cilíndricas por generación 12 .4 .5 Dentadora de- ruedas cilíndricas por generación . Sistema MAAG 12 .4 .6 Dentadora de ruedas cilíndricas con piñón mortajador . Sistema Fellows 12 .4 .7 Dentadora de ruedas cilíndricas con fresa madre. Sistema Pfauter 12 .4 .8 Dentado de cremalleras 12 .4 .9 Tallado de visinfines 12 .4,10 Dentado de ruedas cónicas 12 .4 .11 Generalidades sobre el dentado de ruedas cónicas de diente recto 12 .4 .11 .1 Sistema Bilgran para tallar ruedas cónicas de diente recto 12 .4 .11 .2 Sistema Gleason para ta-
192 193 193 193 193 193 194
194 195
196 196 197 198 198 199 199 200 200 201 201 202 202 203 205 205 206 206 208 208 209 209 210 210 211 211 211 212 213 214 219 219 219 219
220
12 .5
13 .
llar ruedas cónicas de diente recto 12 .4.12 Generalidades sobre las ruedas cónicas de diente espiral 12 .4 .12.1 Tallado de ruedas cónicas con diente espiral Gleason 12 .4 .12.2 Tallado de ruedas cónicas de diente espiral por el procedimiento Oerlikon 12 .4 .12.3 Tallado de ruedas cónicas espirales por fresa madre . Procedimiento Klingelnberg 12 .4 .13 Resumen de los procedimientos de tallado de ruedas dentadas Procedimientos de acabado de las ruedas dentadas 12 .5 .1 Rectificado de las ruedas cilíndricas 12 .5 .2 Rectificado de ruedas cónicas de diente recto y espiral 12 .5 .3 Otras rectificadoras de engranajes 12 .5 .4 Afeitado de engranajes 12 .5 .5 Rodaje de ruedas dentadas
14 .1 .3 14 .1 .4 14 .1 .5 14 .1 .6
Cabezal Carros Luneta de apoyo Esquema cinemático de la mandrinadora 14 .1 .7 Estudio del cabezal 14 .1 .8 Herramientas de la mandrinadora 14 .1 .9 Accesorios diversos 14 .1 .10 Puesta a punto .d e las herramientas de mandrinar 14 .1 .11 Ajuste de la máquina 14 .1 .12 Fijación de las piezas 14 .1 .13 Trabajos en la mandrinadora 14 .1 .14 Otras clases de mandrinadoras 14 .1 .15 Factores de corte en las mandrinadoras Punteadora . Generalidades 14 .2 .1 Movimientos de la máquina 14 .2 .2 Husillo principal 14 .2 .3 Lectura de desplazamientos 14 .2 .4 Accesorios de la punteadora 14 .2 .5 Sistema de trabajo de la punteadora 14 .2 .6 Posicionamiento sobre un plano inclinado 14 .2 .7 Operaciones de mecanizado en la punteadora 14 .2 .8 Otros modelos de punteadora 14 .2 .9 Punteadora-rectificadora 14 .2 .10 Empleo de la punteadora Taladradora . Generalidades 14 .3 .1 Taladradora de columna 14 .3 .2 Taladradora radial 14 .3 .3 Taladradora de husillos múltiples 14 .3 .4 Taladradora revólver 14 .3 .5 Descripción funcional de las brocas 14 .3 .6 Factores de corte 14 .3 .7 Fuerzas de corte en el taladrado 14 .3 .8 Potencia de corte
250 250 250
Cepilladora, mortajadora y brochadora . . . . . . . . . . 15 .1 Cepilladora. Generalidades 15 .1 .1 órganos principales de la cepilladora 15 .1 .2 Esquema de movimientos de la cepilladora 15 .1 .3 Accionamiento de la mesa 15 .1 .4 Tope de seguridad de la mesa 15 .1 .5 Avance automático del carro portaherramientas 15 .1 .6 Otros sistemas de avance automático 15 .1 .7 Movimiento automático del travesaño 15 .1 .8 Herramientas para la cepilladora 15 .1 .9 Fijación de las piezas 15 .1 .10 Nivelación de las piezas 15 .1 .11 Trazado de las piezas a cepillar 15 .1 .12 Puesta a punto de la herramienta 15 .1 .13 Reglaje de la carrera de la mesa y los carros 15 .1 .14 Trabajos en la cepilladora 15 .1 .15 Otros accesorios 15 .1 .16 Ejemplo de trabajo en la cepilladora 15 .1 .17 Consideraciones generales sobre las herramientas de la cepilladora 15 .1 .18 Condiciones de trabajo 15 .1 .19 Velocidad media de la mesa 15 .1 .20 Tiempo de cepillado 15 .1 .21 Fuerza de corte en el cepillado 15 .1 .22 Potencia de corte en el cepillado 15 .2 Mortajadora . Generalidades . . . . . . . . . . . . . 15 .2 .1 Esquema cinemático de la mortajadora 15 .2 .2 Movimiento del cabezal
278 278 278
220 221
221
221
222 222
14 .2
222 223 223 224 224 225
Tornos de producción en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 .1 Torno revólver. Generalidades 13 .1 .1 Disposición general del torno revólver de mando manual 13 .1 .2 Fijación de la pieza 13 .1 .3 Avance de la barra 13 .1 .4 La torre revólver 13 .1 .5 Empleo de los carros longitudinal y transversal 13 .1 .6 Empleo de la barra guía 13 .1 .7 Herramientas empleadas en el torno revólver 13 .1 .8 Preparación del torno revólver 13 .1 .9 Ejemplo de trabajo 13 .1 .10 Torno revólver de mando automático Torno automático 13 .2 13 .2 .1 Torno automático de levas . Descripción general 13 .2 .2 Cadena cinemática fundamental 13 .2 .3 Cabezal 13 .2 .4 Árbol de levas 13 .2 .5 Contracabezal 13 .2 .6 Carros portaherramientas 13 .2 .7 Funcionamiento del torno automático 13 .2 .8 Cálculo de levas 13 .2 .9 Mecanización en el torno automático 13 .2 .10 Tornos automáticos de varios husillos 13 .2 .11 Tornos automáticos sin levas 13 .3 Torno copiador 13 .3 .1 Aparato copiador 13 .3 .2 Técnica del copiado Elementos principales de un torno 13 .3 .3 copiador 13 .3 .4 Ejemplo de trabajo 13 .4 Torno de control numérico (C . N.) 13 .4 .1 Detalles constructivos 13 .4 .2 Programación 13 .4 .3 Torno de C. N . con tarjeta perforada y contadores digitales 13 .4 .3 .1 Programación de la máquina
226 226
Mandrinadora, punteadora y taladradora . . . . . . . . 14 .1 Mandrinadora . Generalidades 14 .1 .1 Bancada 14 .1 .2 Columna
249 249 250 250
226 227 228 228
14 .3
228 229 229 229 230 230 230 231 231 231 232 233 234 235 235 240 240 240 241 241 242 243 243 244 244 245 245 246
15 .
13
250 251 253 255 255 256 257 257 261 261 261 262 262 262 264 265 266 266 266 268 268 269 269 270 271 272 273 273 274 275
280 280 283 283 284 285 285 286 287 288 288 188 288 290 290 291 292 292 293 293 293 294 294 295
15 .2 .3 Herramientas de mortajar 15 .2 .4 Trabajos de mortajado Brochadora. Generalidades 15 .3 .1 Brochadora horizontal hidráulica para interiores 15 .3 .2 Brochadora vertical hidráulica para interiores 15 .3 .3 Brochadora hidráulica para exteriores 15 .3 .4 Estudio de las brochas 15 .3 .5 Material de la brocha 15.3 .6 Velocidad de corte 15 .3 .7 Potencia de corte 15 .3 .8 Tiempo de mecanizado 15 .3 .9 Sujeción de la brocha 15 .3 .10 Sujeción de las piezas 15 .3 .11 Algunos trabajos de brochado 15 .3 .12 Ventajas e inconvenientes del brochado 16 .
17 .
18 .
295 296 296
Simbología y codificación Interpretación de los símbolos y abreviaturas 18 .5 .3 Símbolos normalizados 18 .5 .4 Simbología y abreviaturas no normalizadas 18 .5 .5 Croquis o dibujos particulares de las piezas 18 .5 .6 Finalidad de los procesos de trabajo 18 .5 .7 Consideraciones sobre los trabajos unitarios 18 .5 .8 Estudio previo de la pieza unitaria 18 .5 .9 Fichas de trabajo, hoja de proceso o gama 18 .5 .10 Preparación de la hoja de proceso 18 .5 .11 Determinación de un proceso de mecanizado unitario 18 .5 .12 Realización de una hoja de proceso unitario 18 .5 .13 Modelo de hoja de proceso 18 .6 Hoja de instrucciones 18 .6 .1 Estudio previo 18 .6 .2 Determinación de los tiempos 18 .6 .3 Confección de la hoja de instrucciones 18 .7 Proceso de fabricación para trabajo en serie 18 .7 .1 Procedimiento para establecer un proceso de trabajo en serie 18 .7 .2 Distintas formas de confeccionar un proceso de fabricación en serie 18 .8 Modificaciones en los planos de taller 18 .9 Selección de los medios de mecanizado en la fabricación de piezas 18 .10 Control y ensayos de las piezas fabricadas 18 .10 .1 Control de las piezas unitarias 18.10.2 Control de las piezas trabajadas en serie 18 .10.3 Control en los trabajos de montaje 18 .10.4 Pruebas y ensayos de los mecanismos fabricados 18 .11 Hoja de ruta 18 .12 Ficha de fabricación
297 297
298 298 301 301 302 302 302 302 302 303
Máquinas especiales y centros de mecanizado . . . 16 .1 Clasificación de las máquinas especiales 16 .2 Esquema de una máquina especial 16 .2 .1 Sistema de fijación 16 .2 .2 órganos de trabajo 16 .2 .3 Sistemas de alimentación y evacuación 16 .3 Formas constructivas de las máquinas especiales 16 .4 Ejemplos de máquinas especiales 16 .5 Centros de mecanizado 16 .5 .1 Formas constructivas 16 .5 .2 Centro de mecanizado universal 16 .5 .3 Forma de trabajar de los centros de mecanizado
305 305 305 306 306
Análisis de las máquinas herramientas . . . . . . . . . . 17 .1 Mecanizado de superficies 17 .2 Geometría de las superficies funcionales 17 .2 .1 Superficie plana 17 .2 .2 Superficies de revolución 17 .3 Las máquinas herramientas como generadoras de superficies 17 .3 .1 Codificación de los movimientos de las máquinas herramientas 17 .3 .2 Aspereza superficial ideal 17 .3 .3 Obtención de superficies en el torno 17 .3 .4 Limadora 17 .3 .5 Taladradora 17 .3 .6 Mandrinadora 17 .3 .7 Fresadora horizontal 17 .3 .8 Brochadora 17 .3 .9 Rectificadoras 17 .4 Diversas maneras de organizar el mecanizado 17 .4 .1 Máquinas convencionales 17.4 .2 Máquinas tránsfer y máquinas automáticas 17 .4 .3 Máquinas de control numérico (C . N.) 17 .4 .4 Centros de mecanizado 17 .4 .5 Presente y futuro del mecanizado . Líneas flexibles . Robots
314 315 315 315 317
Estudio de los procesos de mecanizado . . . . . . . . . 18 .1 Estudio previo de las piezas 18 .2 Estudio delplano de mecanizado 18 .3 Análisis de trabajo 18 .4 Vocabulario técnico 18 .5 Estudio de los Procesos de trabajo o gamas de mecanizado
18 .5 .1 18.5 .2
307 307 309 311 311 312 313
320 320 323 325 326 327 328 329 330 330 332 334 335 336 336 336 339 339 339 340 340 342
19 .
Presupuesto y costes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 .1 Presupuesto 19 .2 Factores del coste industrial 19 .2 .1 Materia prima . Su coste 19 .2 .2 Mano de obra directa 19 .2 .3 Gastos generales 19 .2 .3 .1 Gastos generales fijos 19 .2 .3 .2 Gastos generales variables 19 .3 Casos que pueden presentarse en el cálculo de costes 19 .3 .1 Sistemas de cálculo para producto único 19 .3 .1 .1 Coste global 19 .3 .1 .2 Coste por fases 19 .3 .2 Sistemas de cálculo del coste cuando se fabrican varios productos 19.3 .2 .1 Cálculo por el sistema de los costes especiales 19 .3 .2 .2 Cálculo de los costes marginales 19 .4 Coste preestablecido (coste estándar) 19 .5 Precio de venta y umbral de rentabilidad
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
342 342 342 344 344 345 345 345 345 346 346 347 347 349 349 350 350 350 352 352 353 353 353 354 354 354 354 355 357 358 358 359 359 359 360 360 361 361 361 361 362 362 362 365 365 365 366
Tema 1 .
Organización Industrial
EXPOSICIÓN DEL TEMA En este tema se trata de dar una idea general de organización industrial y su aplicación a un Taller Mecánico . Dada la gran variedad de empresas y de talleres, todo lo que aquí se diga será de carácter general o de orientación, ya que los detalles pueden ser muy distintos según las peculiaridades de cada taller y aun de cada persona . Podrá servir como línea de actuación para la mayoría de los casos, y los detalles habrá que disponerlos de acuerdo con cada circunstancia . Se empieza con unas ideas referidas a las empresas en general, para centrarlas y aplicarlas después a los talleres mecánicos. 1 .1
La empresa industrial . Su organización
Por empresa industrial se entiende el conjunto de personas y de medios que se dedican a la transformación de la materia prima o de los productos semielaborados para lograr a su vez otros productos que, después de vendidos, produzcan unos be neficios . El cliente o nueva empresa vuelve a su vez a transformar el producto semielaborado, y así sucesivamente hasta llegar a la utilización final o producto acabado . Así, por ejemplo, una empresa minera extrae un mineral metálico, lo elabora con distintas manipulaciones y separa las tierras extrañas . A continuación, una industria metalúrgica con ese mineral logra un producto metalúrgico en forma de lingotes que otra empresa adquiere y transforma en perfiles laminados. Finalmente las empresas mecánicas transforman dichos perfiles en piezas que, ensambladas o ajustadas convenientemente, forman las máquinas, los aperos, aparatos, vehículos, etcétera, dispuestos para ser utilizados . Apurando el ciclo, estos productos, una vez envejecidos por el uso, se transforman en chatarra, que vuelve a ser aprovechada en la obtención de nuevas materias para nuevas transformaciones . Para que cada una de estas empresas tenga una producción con un rendimiento adecuado, es necesario emplear una serie de técnicas que aprovechan las posibilidades de las personas, de las máquinas y de las materias, de una manera siste mática y racional . El conjunto de estas técnicas forman la llamada organización industrial . Esta organización presenta un doble aspecto ; a saber : organización funcional y organización jerárquica . 1 .1 .1
Organización funcional
Se refiere a las diversas tareas o funciones que deben hacerse en la empresa para lograr su objetivo u objetivos. 15
1 .1 .2
Organización jerárquica
La organización jerárquica se refiere a la determinación de quién debe mandar, a quién y cómo . 1 .1 .3
Los organigramas
La representación gráfica de la organización, la dependencia o relación entre las personas o entre las funciones recibe el nombre de organigrama. Dada cargo o función se representa por un rectángulo, enlazados por líneas . En la representación jerárquica los rectángulos más altos suponen mayor poder de mando o categoría. En la figura 1 .1 se muestra el organigrama jerárquico y en la figura 1 .2 otro funcional .
Director General T
Director Técnico
Director de Producción
Director Administrativo
Jefe de Taller
E
Encargado de Sección
Trabajador A Fig. 1. 1
Encargado de Sección
Trabajador B
Organigrama jerárquico .
Función Contable
Fig. 1.2 Organigrama de funciones en una empresa .
Dada la índole de esta asignatura, tiene mayor interés la organización funcional que la jerárquica y por esta razón se le dedica mayor extensión. Con todo, como ya se ha dicho, se trata de un estudio de organización en líneas muy generales . En la asignatura Organización Industrial estos conceptos se pueden estudiar con mayor profundidad .
16
Las funciones en la empresa
1 .2
reunirse en grupos más o meLas tareas que debe realizar una empresa pueden funciones . nos uniformes que constituyen las llamadas muy simplificado de las funciones de En la figura 1 .2 se muestra un organigrama una empresa . La función de dirección
1 .2 .1
toda la empresa, la que recibe los pedidos Esta función es la encargada de dirigir deben realizarse . De ella depende la cómo cuándo y de los clientes y la que ordena planificación general . un equipo asesor o staff. OrdinariaLa persona que dirige la empresa suele tener asesor y, según como esté equipo funciones son el mente, los jefes de las otras asesores, sino también parte acestructurada la empresa, pueden ser no solamente trabajo de alguna importancia, la directiva en la decisión . Así, antes de aceptar un técnica para ver si es o no función de la responsable ción deberá asesorarse con el calidad y tiempo, así como antes posible realizar ese trabajo en las condiciones de de la oficina de preparanecesarios los datos de dar un presupuesto deberá recabar ción, tiempos y almacén . es quien toma la decisión, y el Una vez valorada la cuestión, la función directiva . el director último responsable es, en consecuencia, Función financiera
1 .2 .2
económicos necesarios para el funcioEs la encargada de recabar los medios de fondos, préstamos, etc., adquisición namiento normal de la empresa o para la palabra, es la encargada de una extraordinaria . En necesarios para alguna operación oportuno y, naturalmente, en las mejoobtener el dinero necesario en el momento res condiciones parada empresa . Función social
1 .2 .3
que componen la empresa sean un Es la responsable de lograr que las personas de personas que estén perfectaauténtico grupo integrado ; es decir, un conjunto tensiones y se sientan plenano existan cuales mente compenetradas, entre las mente realizadas como personas . el objetivo básico de dar a cada No es una función fácil, ya que hay que lograr derechos y obligaciones y armonizar que decir, hay uno lo que le corresponde ; es componentes de la empresa . Para procurar eliminar el egoísmo excesivo de los condiciones : tres estas lograr esto, hoy día se tiende a que se cumplan perseguido fin común con el en general, de acuerdo, 1 ? El personal debe estar y en los medios aplicados para obtenerlo . entre sus miembros . 2? Debe existir amplia comunicación en la marcha de la empresa y en el participar 3~ Todos los miembros deben logro' de los objetivos . 1 .2 .4
Función comercial
1 .2 .5
Función contable
1 .2 .6
La función técnica
de producción y de vender los producEs la responsable de adquirir los medios dos subfunciones : compras y ventas . tos obtenidos . Podría subdividirse en ideales tanto de materias primas como Es también la que debe regular los stocks es su misión principal y, en muchas y vender de productos terminados . Comprar ocasiones, prever la asistencia posventa al cliente . cuentas de la empresa por medio de los Su misión es llevar al día el estado de saber en cada momento el estado real de la libros de contabilidad necesarios, para empresa en el aspecto económico . sí la encargada de saber dónde No es la encargada de obtener el dinero, pero está y cómo se utiliza. producción definida por dirección como Es la encargada de realizar o lograr la por decirlo así, el brazo ejecutor, la funempresa . Es, objetivo de la actividad de la ción realizadora . detallado de esta función . En el tema siguiente se hará un estudio 17 2.
Míqunras Nenpnrlentas 2.3
1 .3
Las funciones y las personas que las realizan
Las funciones son realizadas por personas con la preparación adecuada . Para ello se organizan de acuerdo con la teoría de división del trabajo . Se comprende que en pequeños talleres o empresas una sola persona podrá desempeñar una o más funciones ; por ejemplo, puede ser director y agente comercial a la vez; puede ser proyectista y preparador de trabajo, etc . Por el contrario, en grandes empresas, una misma función debe ser desempeñada por varias personas, ya que el volumen de trabajo a realizar desborda las posibilidades de una sola de ellas.
1 .4
Principios generales de organización
Se puede decir que no hay una organización única para todas las empresas y ni aun para cada función . La organización debe ser a medida de cada función y de cada empresa, evitando que se convierta en una burocracia que dificulte el buen funcionamiento de la misma y que limite las posibilidades de cada una de las personas que la utilizan . Los principios que se reseñan no son los únicos, pero con ellos puede sentarse una base suficiente para una correcta organización . 1 .4 .1
Adecuación a las personas
La organización debe estar pensada de acuerdo a las personas que la van a llevar a cabo . La organización debe ser teóricamente correcta ; es decir, debe seguir las líneas generales, las normas aceptadas universalmente como válidas en la actualidad, pero, a la vez, debe ser prácticamente tan flexible que no obligue a deformar la personalidad y aptitudes de los colaboradores a todos los niveles . Una regla de oro para definir la racionalidad de una organización es que ésta sirve a las personas y no al revés . 1 .4 .2
La autoridad y la responsabilidad
Un principio básico de toda organización es que la autoridad se puede delegar, pero la responsabilidad es asumida siempre por el jefe, el cual, como máximo, la comparte . De ahí el nombre de responsable que suele darse al jefe . Esto no significa que cada uno es irresponsable de su trabajo, sino todo lo contrario ; pero el jefe no se desentiende de los actos de sus subordinados y, en último término, se responsabiliza de ellos . Un extremo que debe evitar cualquier jefe es hacer personalmente lo que corresponde a un subordinado ; en todo caso, le corresponde indicar lo que debe hacerse y, en ocasiones, cómo hacerlo; pero la ejecución del trabajo es misión de sus subordinados . 1 .4 .2 .1
El número de subordinados
Cada jefe debe serlo de un número limitado de personas . Si son muchos, la supervisión puede resultar difícil ; si son pocos, puede desperdiciarse la capacidad de aquél . El número óptimo varía de tres a diez, según el tipo de trabajo realizado . En este sentido, puede decirse que cuando aumenta el nivel de cualificación, el número de subordinados debe disminuir . También es cierto que al implantar un modelo organizativo la supervisión debe ser mayor que cuando haya pasado un tiempo razonable y todo el mundo conozca su cometido . 1 .4 .2 .2
Simplificación jerárquica
Hay que evitar en lo posible la duplicidad de mando . Cada persona debe recibir órdenes de un sólo responsable, al que, asimismo, consultará cuando tenga una duda o problema . Esto evitará órdenes contradictorias, confusiones y notables pérdidas de tiempo . Es conveniente acortar los niveles jerárquicos, puesto que, además de evitar una organización en la que la proporción de mando sea excesiva -con el costo consecuente-, se consigue aumentar la agilidad de ejecución de las tareas . 18
CUESTIONARIO 1 .1 1 .2 1 .3 1 .4 1 .5 1 .6 1 .7 1 .8
¿Qué son productos semielaborados? ¿Qué objetivos tiene la organización industrial? Diferencias entre organización jerárquica y funcional . ¿Qué son las funciones en la empresa? ¿Cuáles son las funciones de la dirección? ¿Qué es la función técnica? ¿Es conveniente delegar la autoridad? Significado de la simplificación jerárquica .
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO 1 . Dibujar un organigrama jerárquico de un taller mecánico de dimensión media. 2. El director de una empresa tiene un departamento de estudios para su asesoramiento, cuyos componentes dependen directamente de dirección y no tienen carácter ejecutivo . Representar un organigrama mínimamente desarrollado donde se contemple este supuesto .
Terna 2.
Función Técnica
EXPOSICIÓN DEL TEMA La función técnica es el conjunto de actividades y trabajos necesarios para fabricar los productos propuestos por la empresa (dirección), a partir de las materias primas, los medios (instalaciones, máquinas, etc .) y la participación humana . La aplicación de las diversas técnicas y conocimientos del saber humano debe llevar a una organización racional que logre la más alta eficacia en la producción, fabricando la cantidad de productos necesaria, en el tiempo preciso, con la calidad pedida y empleando el método mejor y más barato . La función técnica debe realizar estas tareas fundamentales, de las cuales se encargan los correspondientes departamentos : - Preparación del trabajo : Oficina Técnica . - Ejecución del trabajo o fabricación : Taller. - Control de calidad : Servicio de control. En la figura 2.1 quedan esquematizadas estas actividades . En la misma figura aparecen indicadas otras secciones que, según las organizaciones, se hacen depender de un departamento u otro ; estas son : almacenes, mantenimiento, etc . 2 .1
Oficina técnica
La oficina técnica tiene la misión de preparar el trabajo con todo detalle para que fabricación tenga todos los datos perfectamente definidos y en el momento oportuno, para poder realizar el trabajo sin dificultades ni interrupciones y con la calidad necesaria . Esta oficina técnica se divide en dos, a saber : - Oficina de proyectos . - Oficina de preparación .
2.1 .1
Oficina de proyectos
En la oficina de proyectos se preparan los planos de taller y las listas de piezas . Se comprende que el trabajo es distinto según se trate de hacer un trabajo nuevo (verdadero proyecto), de preparar planos de clientes o bien de estudiar reformas de fabricaciones anteriores para suprimir defectos o mejorar costos . Si se trata de un proyecto nuevo suele seguirse este proceso para su realización : 1.
Estudio del problema y búsqueda de información 2. Generación de posibles soluciones y elección de la que resulte más interesante desde los puntos de vista de diseño, rendimiento o funcionamiento y coste . 3 . Proyecto propiamente dicho, a partir de los datos conocidos. Se realiza un dibujo general o de conjunto (a ser posible a escala 1 : 1) y simultáneamente se ha20
Fig. 2.1
Organigrama de la función técnica.
cen los cálculos necesarios para asegurar el buen funcionamiento y las dimensiones suficientes para lograr la vida prevista .
4. A partir de este dibujo de conjunto se prepara la lista de piezas, determinando las características y dimensiones de cada elemento, empleando piezas normalizadas y subconjuntos ya realizados, siempre que sea posible . 5 . Dibujo detallado de cada una de las piezas que deben fabricarse . Estos dibujos han de ser completos ; es decir, tienen que tener toda la información necesaria para su completa realización en los siguientes aspectos : - Formas: vistas y detalles suficientes . - Dimensiones: cotas necesarias de fabricación y funcionales con las correspondientes tolerancias . - Material : clase, características, tratamientos y medidas. - Acabados : acabados superficiales . - Identificación : con la designación y claves para su inequívoca identificación individual y para saber a qué conjunto pertenece . Una oficina técnica de proyectos debe disponer de los siguientes elementos mínimos para funcionar con eficacia : -
Archivos bien ordenados de información o consulta . Colección de normas y manuales para los cálculos habituales . Mesas e instrumentos de dibujo . Sistema de reproducción de planos para la obtención de copias . Archivos de originales .
Los originales no deben salir de la oficina de proyectos y deben archivarse de manera que se asegure la conservación y la fácil localización de los mismos para posteriores utilizaciones . Por supuesto, lo más importante es disponer de una plantilla de personal competente y eficaz, proporcionada a la labor a desarrollar . 21
La buena organización de la función técnica no debe empezar en el taller, sino que debe arrancar desde la oficina de proyectos . La oficina de proyectos prepara también las memorias justificativas del proyecto y las condiciones de calidad requerídas, e incluso prevé las condiciones de montaje y asistencia posventa, si el producto fabricado lo requiere . Un proyecto no se da por concluido hasta que ha sido realizado el prototipo o se hayan hecho las pruebas de funcionamiento, estando durante este período en disposición de corregir o mejorar detalles sugeridos por la oficina de métodos o por el jefe de producción . Las grandes empresas disponen de talleres de prototipos, dependientes directamente de la oficina de proyectos y entre ambas se encargan de investigar y mejorar el proyecto . 2.1 .2
Oficina de preparación
A partir de la documentación preparada en la oficina de proyectos, esta oficina procede a la preparación de la documentación necesaria para lograr una fabricación con la mayor productividad . Al conjunto de funciones desarrolladas en esta oficina la llaman algunos autores control de la producción, ya que de sus distintas secciones deben salir todos los documentos y las órdenes necesarias para una fabricación racional . Suele dividirse en las siguientes secciones : -
2 .1 .2 .1
Métodos. Tiempos. Programación . Lanzamiento . Seguimiento y corrección . Métodos
En esta sección se analiza el trabajo a desarrollar y se determinan los puestos de trabajo por los cuales debe pasar la pieza . La oficina de métodos prepara una serie de posibles alternativas, elige la más conveniente, sugiere las correcciones del proyecto que aconseja una fabricación más económica, prevé los útiles normales y los accesorios o utillajes especiales, definiendo sus características. En el análisis previo de un método de trabajo suelen seguirse las siguientes etapas : 1 . Se propone una serie de posibles alternativas . Analizado el pro y el contra de cada una de ellas se decide la ejecución de la que presente mayores ventajas, tanto técnicas como económicas . También se sugieren las modificaciones procedentes de formas o detalles que no afectan a la función de la pieza, con el fin de lograr un mejor proceso de mecanizado . 2. Con las conclusiones obtenidas se prepara la gama o proceso de mecanizado . En esta hoja (Ver hoja de proceso de mecanizado de la página 168 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.3) aparece dividido el trabajo en fases y subfases, con indicación, en cada una de ellas, de la máquina más adecuada, las herramientas especiales de trabajo o control y los utillajes o accesorios que hay que utilizar, con sus características específicas para que la sección de utillajes o la oficina de proyectos (según la organización) los estudie con detalle y dé las órdenes de preparación y realización . 3. Cuando la serie de operaciones a realizar en cada fase o subfase sea muy importante o la serie de piezas a realizar lo aconseje, se procede a un estudio detallado de las operaciones a realizar en cada una de ellas . En esta hoja detallada se hace un estudio del sistema de montaje y de las maniobras y elementos de corte para cada pasada con indicación de los tiempos que cada una necesita, calculados por los agentes de tiempo . 2.1 .2 .2
Tiempos
A partir de las hojas de instrucciones detalladas se calculan los tiempos necesarios según las diversas técnicas conocidas : tiempos normalizados, tiempos predeterminados o por cronometraje . 22
Se divide el tiempo en : tiempo de preparación, tiempo de maniobra y tiempo de corte. Es una función de gran responsabilidad, ya que estos tiempos son empleados por : - Los programadores, para dar las órdenes de trabajo y las fechas de comienzo de cada pieza . - Los contables, para determinar los presupuestos y asignar las primas a los operarios . 2.1 .2 .3
Programación
Es la función que tiene por objeto señalar con exactitud el momento de empezar una tarea, determinando las máquinas a emplear y la fecha de terminación prevista . Deberá prever que estén preparados, para el momento de empezar, los materiales, las herramientas, etc . No se quiere dejar de advertir aquí un vicio nacional, por no utilizar adecuadamente esta función, que es el incumplimiento de las fechas de entrega . En esto se debería aprender de las naciones más progresistas . Así, en la industria americana el cumplir los plazos de entrega es casi una obligación religiosa . La programación es distinta según se trate de trabajo sobre pedido, trabajo de productos propios, productos comerciales o sí la fabricación es mixta ; es decir, parte del trabajo se hace sobre pedido y otra parte es propia . También será muy distinta si se trata de productos muy variados o más bien pocos y repetitivos . Antes de proceder a la programación propiamente dicha, hay que obtener una información tan completa como sea posible sobre los elementos que intervienen en el proceso de fabricación . La información que se necesita, su procedencia y el tratamiento que debe darse es como sigue : 1 . Materiales de fabricación . Se necesita saber la clase, calidad y cantidad empleada en cada pieza ; los lotes de piezas que hay que hacer . Estos datos se obtienen de las listas de piezas y de las órdenes de fabricación, respectivamente . Con ellas y con el material disponible en el almacén, se sabrá qué material hay que usar, en qué cantidad y cuándo hay que pedirlo. Se debe saber el tiempo necesario para recibir el material del proveedor, incluso los tiempos necesarios en caso de devolución por falta de calidad . Todos estos datos se obtienen de las fichas de existencias de material en almacén . Concretar el pedido y elegir a los proveedores es función de la sección de compras . 2. Calidad de cada unidad. Hace falta saberla calidad de cada una de las piezas y aun de cada medida o característica . Este dato se obtiene de los dibujos de detalle o de taller . Con ellos se puede elegir las máquinas más apropiadas para obtener esas especificaciones de calidad de la manera más económica . Es evidente que no se eligirá una máquina de precisión, y por tanto cara, si la tolerancia pedida es muy amplia ; dígase otro tanto respecto al acabado superficial e incluso de la calidad de material . 3. Tiempo asignado para cada subfase. Es necesario saber el tiempo o carga que supone para cada máquina o puesto de trabajo. Se obtiene de las hojas de instrucciones detalladas, o por comparación de otros trabajos similares determinados por los agentes de tiempos . 4 . Capacidad de carga de cada máquina. Se llama carga de máquina o de puesto de trabajo, a la cantidad de trabajo que puede hacerse en una máquina, o en el puesto de trabajo, en la unidad de tiempo . Para la programación habrá que conocer la cantidad de trabajo que hay que hacer ; es decir, la carga total para cada trabajo o pedido a programar, pero habrá que tener en cuenta las cargas anteriores, incluidas las retrasadas, de otros pedidos o productos . 5 . Métodos de trabajo. En ocasiones es necesario conocer todas las alternativas posibles . Así, si una máquina o puesto está sobrecargado y otra tiene poco, se puede canalizar hacia ésta parte del trabajo, aunque esto conlleve menor rendimien to, cosa que habrá que tener en cuenta para empezar antes el trabajo . Cuando el 23
producto deba sufrir algún ajuste o montaje con otras piezas que no pueden esperar o retrasarse, este detalle debe valorarse cuidadosamente . 6. Fijación de la fecha de ejecución. De acuerdo con las fechas de terminación y los datos obtenidos en los apartados anteriores se fijan las fechas en que debe empezarse cada trabajo, teniendo en cuenta los montajes intermedios y los finales . Con todos estos datos se preparan los documentos necesarios, como : hojas de ruta, vales de almacén, órdenes para preparación de herramientas, etc. Junto con estos documentos suelen prepararse unas cartulinas de longitud proporcionada a la duración de cada fase para colocar en un tablero o planning que facilita la operación de programación (fig . 2.2). Una característica muy importante de la programación es que debe ser muy elástica y dinámica para poder adecuarse día a día a la situación real . Carga de máquinas
Torna TP1
Lunes
Miércoles
Pedido n°- 10
Torno TP2 - Fresadoro FU1 i
Martes
Pedido n°-° 40 Pedido n230
mm unmvnnnnn~m~ni
Fresodora FU2 Rectilicadoro RP7
Pedido n~70
Fig. 22 Planning de carga de máquinas . Las tiras tienen una longitud proporciona/ al tiempo asignado por fase.
2.1 .2 .4
Lanzamiento e impulsión
El lanzamiento tiene la misión de realizar lo establecido por la programación ; es decir, dar las órdenes a los talleres para empezar los diversos trabajos, así como anotar las anomalías observadas y comunicarlas a quien proceda . Puede dividirse su trabajo en tres fases bien definidas : 1 . Antes del lanzamiento, o preventiva . En ella se asegura que : - El puesto de trabajo está preparado para realizar el trabajo (máquinas, materiales, herramientas, utillajes, hojas de instrucciones, dibujos de taller, etc .) . - Están preparados los controles previstos para llevarlos a cabo desde el principio .
- No hay ningún problema para que el trabajo pueda seguir la ruta prevista . 2 . Puesta en marcha y tiempo de ejecución: - Se entrega al operario o al encargado de sección la documentación necesaria (dibujos de taller, hoja de instrucciones, etc .) . - Se anota en la hoja de ruta el comienzo del trabajo y las sucesivas circunstancias : operario concreto, número de piezas realizadas (las buenas y las defectuosas, si,las hubiera) y la fecha de final de trabajo. - Si se emplea la ficha de fabricación, se anotan en ella los tiempos y actividades del operario para el servicio de nóminas y costes . 3. Después de rea/izar el trabajo: - Anotar todas las interrupciones y sus causas, para que el control de producción las estudie y puedan evitarse en trabajos posteriores . - Comunicar a programación la relación de los retrasos, adelantos o fallos en su tarea para no caer en las mismas en lo sucesivo . - Anotar las piezas defectuosas, para rehacerlas si fueran necesarias . Es esta una misión muy importante y delicada . Debe estar en estrecho contacto con el departamento de programaéión, conocer el trabajo de taller y ser capaz de mantener buenas relaciones con encargados y operarios . Su puesto está en el taller para atender rápidamente cualquier consulta o dificultad, pero no tiene poder de mando ; es solamente una función asesora. La impulsión consiste en procurar que se cumpla el plan prevista por programación para evitar los retrasos y, si estos se producen, averiguar las causas . Los re-
24
trasos los detecta el lanzador, pero averiguar las causas es misión del impulsor . Debe atender, sobre todo, a aquellos trabajos que, de producirse retraso, suponen un mayor problema a la empresa así como activar aquéllos que se hayan retrasado. En empresas pequeñas el impulsor puede ser el mismo lanzador o el encargado de taller . Es una función muy importante en talleres que trabajan sobre pedido, por ser más difícil la programación . 2.1 .2 .5
Corrección
Tiene por misión sugerir las soluciones a las causas que provocan los retrasos . Estas soluciones pueden ser : - Aumentar la jornada de trabajo . - Enviar parte del trabajo a otra empresa . - Suspender temporalmente los trabajos menos urgentes . - Proponer medidas disciplinarias si los retrasos son ocasionados por perturbaciones sociales no justificadas, o poner remedio a las causas que los motivan . Naturalmente que cualquiera de estas soluciones deben ser momentáneas y hay que procurar que no sean necesarias ; lo contrario supondría una mala programación, falta de medios o estructura inadecuada de la empresa . 2 .1 .3
Almacén de materiales fungibles
El almacén es un servicio auxiliar de la producción y su misión consiste en :
1 . Recibir y guardar los materiales en bruto, materiales semielaborados, piezas o elementos adquiridos para incorporar a la producción o para la conservación del taller . 2. Proporcionarlos materiales y elementos necesarios a producción o mantenimiento, mediante solicitudes autorizadas . 3. Llevar los registros de almacén necesarios . 4. Guardar los materiales en curso de fabricación . 5. Mantener el almacén limpio y en orden, teniendo un lugar para cada cosa y cada cosa en su sitio . Se llama almacén de material fungible porque el material que sale de él para ser utilizado ya no vuelve al mismo ; se usa pues una sola vez y, al hacerlo, desaparece del almacén . En ocasiones puede volver a él pero ya transformado, y será incluido con otro nombre o nomenclatura . Este servicio supone unos gastos que hay que procurar mantener lo más bajos posible dentro de unos límites admisibles . Estos gastos están influenciados por : - El coste de compra : habrá que procurar los precios mínimos. - El gasto de custodia hasta su utilización : conservación de los productos en buen estado, manipulación, contabilidad . - La inmovilización de dinero por exceso de existencias, tanto de materiales para su utilización como de productos acabados . - Los gastos generales de almacén : calefacción, alumbrado, amortización de locales de almacén, los salaríos del personal, los costes y amortizaciones de los equipos y aparatos para la manipulación y las pérdidas por deterioro o caída en desuso . 2.1 .3 .1
Situación y espacio destinado a almacén
La situación del almacén en la distribución de las secciones de producción es de máxima importancia, ya que depende de ello el transporte o distribución . El espacio excesivo, además de ser caro y quitar sitio para el taller, propicia el almacenamiento de elementos innecesarios o de cantidades excesivas . Una buena organización y coordinación de las existencias evitan acumulaciones innecesarias de aquellos materiales de fácil y rápida adquisición y los sobrantes o desechos de materiales que se estropean . 2.1 .3 .2
La organización del almacén
Para lograr un funcionamiento eficaz, es necesario fijar concretamente las normas y procedimientos a seguir, teniendo en cuenta estos tres factores : 1 . Asignación de la autoridad o responsabilidad y la coordinación con los otros departamentos : suele depender del departamento de producción o de control de producción . 25
2. Estudio de una nomenclatura o designación concreta y única para cada clase de material de utilización obligatoria en todos los departamentos . Los materiales normalizados serán designados según las normas generales. 3. Establecer un plan de normalización de los materiales y elementos, conscientes de las ventajas que tienen los elementos normalizados . 2.1 .3 .3
Fichas de existencias
Las fichas de almacén son semejantes a las de la figura 2.3 . En ellas deben anotarse: la fecha de entrada o salida de material ; el proveedor o el destinatario ; la cantidad adquirida y el precio ; la existencia actual y su precio ; finalmente, debe existir una columna de observaciones. Debe aparecer en la ficha las cantidades mínimas de existencias y las cantidades de adquisición normal . Las cantidades mínimas de existencias se calculan teniendo en cuenta el tiempo normal que se emplea en la reposición ; de aquí que se llamen también existencias mínimas de seguridad . En el tiempo de reposición h'ay que contabilizar el empleado por el equipo de control de recepción y la posible devolución del pedido, caso de no reunir las características prescritas . Tener al día esta ficha de existencias es fundamental para evitar paralizaciones o retrasos . 2.1 .3 .4
Vales de pedido
En la oficina de programación se prepara el vale de petición de material . En este vale debe aparecer la fecha de pedido y la fecha para la cual debe estar preparado . Denominaeió7 : :
Materia prima "y"
Unidades : kg Nétodo : LIFO Stock mLninio : 500 kg
Stock máximo : 1 .000 kg
Fig. 2.3
26
Ficha de almacén.
VALE de SALIDA de MATERIAL XPEDIDO POR
REDACTADO EL Día
Nombre : Símbolo:
Año
RECIBIDO
Firma .
EXTRAIDO El Día
Mes
ALMACEN de PROCEDENCIA
Año
sello
A orden
CARGAR
EN
Vote de Tane. o Beneficiario
VISADO APRO . Util N .°
Cantidad pedida
Fig. 2.4
Mes
DENOMINACION DEL
MATERIAL
cra
RObri- Clnse
Cddlgo
Ca .6dad entregado
COUICO UNIOAO
BALANCE después de esto salida
Vale de salida de material.
En el vale debe aparecer claramente la cantidad y el número de producto al cual se destina (fig . 2 .4) . Debe ir firmado por quien tenga autoridad ; de ordinario, por el responsable de producción . No será posible un buen control si cada sección tiene plena autonomía para la acción . Dentro del almacén, el personal subalterno depende del jefe de almacén, el cual establecerá las responsabilidades y los procedimientos de actuación, de acuerdo con el jefe de producción . El jefe de almacén es el que prepara las órdenes para la adquisición de material, que las pasará a compras que es la que lleva a cabo la tramitación con el proveedor . También es el que hace llegar a contabilidad los vales de material servido para ser cargados al trabajo correspondiente. 2 .1 .3 .5
Nomenclaturas
Es incumbencia del jefe de almacén, de acuerdo con el departamento de control de la producción, establecer las especificaciones y nomenclaturas, para que no haya lugar a ambigüedades . Se empieza por clasificar los materiales en grandes grupos, por ejemplo : 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Materias primas (materiales en bruto) . Trabajos en curso de fabricación . Piezas fabricadas y disponibles para montaje . Piezas compradas ya terminadas para montaje . Piezas normalizadas . Productos terminados para expedir.
La forma de establecer esta nomenclatura tiene poca importancia, pero debe satisfacer estos requisitos . 1. teriales 2. 3. 4. 5.
Que los grandes grupos señalados anteriormente comprendan todos los maque tienen entrada en almacén . Que sea concreta y clara . Que sea sencilla y breve . Que sea aceptada y empleada por todos los departamentos y secciones . Que no haya lugar a duplicidad .
2.1 .4
Almacén de herramientas y utillajes
Es normal emplear abreviaturas, pero éstas deben estar estudiadas de tal manera que no conduzcan a error y faciliten rápidamente la localización de los productos. Los elementos normalizados se designarán por la abreviatura de su designación normalizada.
El almacén de herramientas y utillajes es otro de los servicios auxiliares y de alguna manera indispensable en toda empresa de producción . A diferencia del material fungible, las herramientas pueden ser utilizadas de la misma manera repetidas veces, y por tanto al salir de almacén sólo salen en condiciones de préstamo, responsabilizándose a devolverlas el que las pide . La organización de este almacén puede ser muy variada y más o menos compleja . Según los casos puede constar de todas las secciones que seguidamente se señalan, o sólo de algunas de ellas . Estas secciones son : - Proyecto y estudio de herramientas . - Taller de fabricación de herramientas . 27
- Taller de afilado. - Almacén propiamente dicho. - Cuarto de herramientas .
Antes de pasar a describir cada una de estas secciones conviene aclarar que en este apartado el concepto herramienta se trata en sentido muy amplio . Herramienta es cualquier utensilio utilizado para hacer algún trabajo sobre los materiales, piezas, o productos. Se incluyen aquí tanto los empleados como auxiliares para manipular, como los empleados para fijar, inmovilizar o posicionar y los de cortar porciones de material o conformarlo (matrices, estampas o moldes) . También entran aquí los útiles para verificar o controlar . Es un servicio dependiente de control de la producción . 2.1 .4 .1 . 2.5 Fig
Utillaje especial de taladrar .
Proyecto de herramientas o utillajes
La oficina de utillaje es la encargada de estudiar los accesorios o herramientas especiales previstas por los agentes de métodos y que se especifican en los procesos de mecanizado o en las hojas de operaciones detalladas . A partir de las especificaciones o características señaladas se hace un auténtico proyecto (fig . 2.5) con la particularidad de que al construirse, normalmente, un solo ejemplar para la utilización en el taller, el utillaje debe presentar algunas características esenciales : - Ser eficaz para su misión . - Ser de fácil utilización y no presentar peligrosidad alguna . - Ser barato, ya que sólo será justificable su realización cuando el producto obtenido con él resulte más barato que con las herramientas normales . Para su dise ;o se necesita personal muy especializado y, dado que suele estar muy en contacto con el realizador, la sala de estudio suele estar en el mismo taller . Algunas empresas prefieren encomendar este trabajo a la oficina general de proyectos . 2.1 .4 .2
Taller de fabricación de herramientas Este taller puede estar oganizado y atendido de diversa manera según hayan sido estudiados y preparados los planos del mismo en la sección anterior . Si el estudio está completamente detallado como para un proyecto normal, el taller de utillajes podrá funcionar también con personal normal, dejando el montaje y retoque final a personal muy competente . Si por el contrario el estudio o proyecto se hace sólo en líneas generales, el encargado de realizar el trabajo debe ser un auténtico maestro y ser capaz de realizar todas y cada una de las piezas o elementos que constituyen la herramienta y aun de hacer él mismo el estudio y diseño . Este sistema es difícil de llevarlo a la práctica por la dificultad de encontrar personal suficientemente capacitado . Sea cual sea el sistema empleado, el taller de herramientas suele estar dotado de maquinaria universal de gran precisión y de personal cualificado . Este departamento puede ser el encargado de la preparación de las máquinas automáticas o especiales . 2.1 .4 .3
Taller de afilado
Las herramientas de corte necesitan reafilados periódicos . Para lograr una buena productividad hay que fijar los elementos de corte de acuerdo a la duración de afilado prevista . No es aconsejable la antigua costumbre de hacer que cada operario se afile sus herramientas . Esto sólo es admisible en los pequeños talleres . El taller de afilado debe disponer de máquinas universales o especiales para el correcto afilado de todas las herramientas de corte : brocas, herramientas de torno, fresas, escariadores, etc. 2.1 .4 .4
Almacén propiamente dicho Es el responsable y el guardián de todas y cada una de las herramientas . Tiene una misión y organización similar a la explicada para el almacén de material fungible, añadiéndole la responsabilidad de la recogida de las herramientas una vez que han sido utilizadas y de reponerlas cuando se han agotado, manteniendo al día el inventario de las mismas . El sistema de distribución puede hacerse de varias maneras ; a saber : 1 . El personal de almacén hace la entrega y la recogida de la herramienta al pie de máquina o puesto de trabajo; es el sistema ideal . 28
2. El operario va a pedir la herramienta cuando la necesita y él mismo la devuelve cuando ha terminado de usarla . Sólo puede utilizarse en pequeños talleres, porque se pierde mucho tiempo en traslados . 3. El operario tiene todas las herramientas que necesita en el puesto de trabajo . Esto sólo es posible en trabajos de montaje de pequeños conjuntos . 4. Puede emplearse un sistema mixto, combinación del segundo y tercero . Es decir, el operario tiene las herramientas más normales del puesto de trabajo y pide las especiales cuando las necesita .
Sea cual sea el sistema empleado, es necesario tener un sistema de control para asegurar la devolución de las herramientas, de lo contrario pueden ocasionarse grandes pérdidas por este concepto . Un sistema puede ser el de ficha personal . Cada operario dispone de un número fichas o chapas con su número grabado. Cada vez que pide una herramienta ende trega una chapa que se coloca en el lugar de la herramienta designado en el almacén. Esto tiene varios inconvenientes : 1 . Las fichas se pueden perder (se puede evitar teniéndolas junto al almacén en un tablero) . 2. Se pueden cambiar las fichas entre los operarios. Esto se evita comprobando periódicamente que el número de la chapa corresponde a la persona que hace entrega de ella . Este control debe ser muy estricto, de manera que nadie pueda decir que otro entregó su chapa . Si esto sucediera alguna vez el sistema ya no funcionaría sín problemas. Con este procedimiento se sabe quién tiene la herramienta pero no cuándo se la llevó. Se debe limitar el número de chapas designadas a cada operario para evitar aglomeración de herramientas en un mismo puesto de trabajo . Otro sistema es que al recibir una herramienta se firme un vale (fig . 2 .6). Puede hacerse un documento por triplicado con hojas de distinto color : una se la queda el operario, otra se coloca en un tablero junto al nombre del operario y la tercera en el lugar de la herramienta .
VALE PARA RETIRAR HERRAMIENTAS Nó 6ección : Fresado Operario nc 785
Fig. 2.6
1 .234
Fecha : 20 de marzo de 19xx Estante : IV n .° 35
Vale de almacén.
Con ello se sabe en cada momento quién tiene una herramienta determinada y, además, cuántas herramientas tiene cada uno y cuándo las pidió . Las herramientas rotas o defectuosas sólo son admitidas con un informe del encargado . Así se podrá controlar tanto la calidad de la herramienta como la negligencia del operario . El almacén de herramientas necesita espacio suficiente y adecuado para el perfecto almacenaje y fácil manejo de los útiles (fig . 2 .7) . Cuando el almacén debe atender a varios talleres o se trata de talleres muy amplios, las herramientas podrán distribuirse a través de almacenes auxiliares, llamados también cuartos de herramíentas . 29
Fig. 2.7 Almacén de herramíentas . 2 .1 .4 .5
El cuarto de herramientas
Es un auxiliar del almacén general de herramientas y directamente dependiente de él . Ya se ha dicho que tiene su razón de ser en los grandes talleres o cuando varios talleres dependen de un almacén único. Tiene la ventaja de atender a menor número de personas o puestos y, por tanto su funcionamiento y control es más fácil . Los sistemas de distribución y control deben ser uniformes para todos los cuartos de herramientas . 2 .1 .5
Talleres y secciones
El taller es la función transformadora por antonomasia dentro de la empresa . Los talleres mecánicos se pueden clasificar según su trabajo principal en : Taller de forja y estampación . Taller de mecanizado . Taller de soldadura . Taller de montaje . Taller de fundición . Taller de utillajes. Taller de calderería . Taller de mantenimiento . Según el tipo de industria, cada uno de estos talleres tendrá mayor o menor entidad, pero se puede decir que como taller independiente o como sección existe en toda industria . Por la índole de esta obra, los talleres que aquí más interesan son los de mecanizado, en los cuales el elemento principal es la máquina herramienta .
2 .1 .5 .1
Organización de un taller de mecanizado La eficacia de un taller puede medirse según estos - Costo de fabricación . - Productividad . - Utilidad .
tres criterios básicos :
El costo de fabricación comprende no sólo el precio de mecanizado, montaje, etcétera, sino también el costo del transporte de un puesto de trabajo a otro y el almacenamiento temporal . Puede estar afectado también por la eficacia de los procesos, por el costo de la mano de obra y por la calidad del diseño, etc. La productividad se refiere sólo a la eficacia con que es empleada la mano de obra, es decir, la producción promedio por hora-hombre . Puede obtenerse más máquinas o piezas por hora-hombre empleando maquinaria más costosa o mejor organización, pero esto no significa necesariamente fabricar piezas más baratas . La utilidad es el resultado práctico o beneficio de la empresa que suele depender tanto del costo de fabricación como de la productividad . Estos tres elementos están relacionados entre sí, pero generalmente no puede maximizarse (o minimizarse) simultáneamente . Habrá que estudiar cuál es el más conveniente en cada caso . 30
puede ser : Desde el punto de vista de distribución en planta la disposición del mismo tipo, por ejemplo : 1 . Por proceso . Se reúnen todas las máquinas - Sección de tornos (fig . 2.8) . - Sección de taladradoras . - Sección de fresadoras, etc .
Fig. 2.8
2. nes.
mecánico . Vista general de una sección de tornos en un taller
Por líneas .
Las máquinas se disponen según la secuencia de las operacio-
pieza en la misma máqui3 . Porpieza . Se hace el mecanizado completo de la mecanizado) . na (centro de 2.1 .5 .2
El puesto de trabajo
del taller en los cuales se realiza Se llama así a cada uno de los distintos lugares una tarea concreta . necesarios para lograr su El puesto de trabajo debe tener todos los elementos objetivo . Para su mejor estudio se pueden dividir en : - Puesto de transformación o mecanizado . - Puesto de montaje . - Puesto de verificación .
El primero consta normalmente de (fig . 2 .9) : normales . - Máquina herramienta, con un armario para los accesorios normales y lugar para tenerverificación y de trabajo - Juego de herramientas . no se emplean cuando las a mano durante el trabajo y para guardarlas
Fig. 2.9
Organización del puesto de mecanizado .
- Estantes para las piezas en bruto . - Estantes para las piezas acabadas . Si el taller o sección es grande, dispone normalmente de un sistema de señalización para llamar al encargo de sección para hacerle las consultas pertinentes o a los encargados de material o herramientas para solicitar de ellos lo que se necesita . El espacio debe ser suficiente para poder desenvolverse sin dificultad y sin riesgos para el operario . No ha de olvidarse que el elemento principal del puesto de trabajo es el operario, y que éste debe tener la preparación y dotes necesarias de acuerdo con las responsabilidades que se le exigen y que se le consideran a la hora de la retribución . Si el sistema de disposición para el mecanizado es por líneas, los tiempos y fases deben estar muy bien estudiados para que cada máquina o máquinas atendidas por un operario no interfieran en la marcha de las otras máquinas .
2 .1 .6
El control de calidad
La misión del control de calidad es lograr que los productos realizados en la empresa tengan la calidad y características previstas en el proyecto (fig . 2.10) .
Fig. 2 .10 Departamento de control de calidad.
Hoy día no es admisible esperar a controlar o verificar las características de un producto a que esté completamente acabado . El control debe hacerse ya desde el principio del proceso, en el momento de la adquisición del material y debe proseguir a lo largo del mismo . El control debe atender a las propiedades físicas y químicas, a las dimensiones, a las características mecánicas, etc . 2 .1 .6 .1
Misiones del control de calidad
Las misiones específicas del control de calidad son : 1 . Darla conformidad ala calidad producida. Consiste en aceptar o rechazar los productos fabricados . 2. Medir la calidad real. Consiste en decir cuál es la calidad real obtenida en cada pieza o conjunto . 3 . Controlarla calidad. Consiste en vigilar el curso de la producción desde el primer momento, para detectar los defectos en el mismo instante de producirse . Llegado el caso, manda interrumpir el trabajo o sugiere los cambios necesarios para el aprovechamiento del producto . 4. Garantizar la calidad. Consiste en asegurar la conservación de la calidad del producto a lo largo del tiempo . 2.1 .6 .2
Gastos del control de calidad
Los gastos del control de calidad debe mantenerse en su justo límite . No debe gastarse más que lo indispensable para lograr la calidad suficiente, ya que la mejora de calidad por encima de lo necesario hace crecer rápidamente el coste del control, sin que ello repercuta en la misma proporción en el valor del producto . 32
Hay, sobre todo, una serie de gastos, que pueden evitarse y que habrá que vigilar de una manera especial, como consecuencia de : 1 . Materiales desechados por defectos de mecanizado . 2 . Mano de obra perdida en los productos desechados o en el aprovechamiento de los recuperables por operaciones complementarias . 3 . Gastos suplementarios de inspección en los productos repasados . 4. Gastos de investigación para detectar los defectos y sus causas . 2.1 .6 .3
Organización del control de calidad
Si la organización general de una empresa depende de muchas circunstancias, sucede otro tanto con el control de calidad . Éste dependerá fundamentalmente del tipo de empresa y de los productos fabricados . El jefe o responsable del control de calidad es preferible que sea un técnico antes que un administrativo, ya que comprenderá más fácilmente las dificultades técnicas y su relación con los técnicos de producción será más armoniosa . En cuanto a la dependencia pueden seguirse dos procedimientos : - Que el control de calidad dependa de producción . - Que dependa directamente de dirección . En el primer caso la posición de control, en caso de conflicto, resulta incómoda en muchas ocasiones, ya que debe rechazar los productos realizados bajo la responsabilidad de su propio jefe y, una de dos, o cede en detrimento de la calidad para mantener las buenas relaciones o se mantiene firme en exigir la calidad necesaria, con posibilidad de fricciones con los responsables de la producción . En el segundo caso, al depender de dirección, se evitan los inconvenientes señalados y se puede trabajar con mayor libertad de acción . Para evitar fricciones con producción, el jefe de control debe ser capaz de mantener buenas relaciones con esta función, a la vez que tener una gran personalidad y prestigio. El control consta fundamentalmente de las secciones siguientes :
- Control de recepción, que verifica tanto las materias primas como los elementos comerciales o productos realizados por otras empresas . - Control de proceso. La realización de los controles puede organizarse de muy diversas maneras, pero fundamentalmente se emplea uno de estos dos sistemas : - Control a pie de máquina. El verificador pasa por cada puesto de trabajo y allí comprueba si las dimensiones y calidad son las previstas . Resulta caro si deben hacerse verificaciones completas. Una manera de abaratar el control es implantar el autocontrol, es decir, que el propio operario controle su trabajo . En este caso habrá que estimular al trabajador y darle los medios e información necesarios para que el sistema funcione . - Control al final del proceso . El control se efectúa cuando la pieza está completamente terminada, o cuando se ha terminado una parte importante del proceso .
Para evitar gastos importantes conviene hacer un control antes de operaciones o fases muy costosas . Estos controles suelen hacerse en puestos determinados de control o en el mismo laboratorio de metrología . 2.1 .7
Servicio de mantenimiento
La misión del servicio de mantenimiento es lograr que toda la compleja máquinaria de la empresa esté en condiciones para desarrollar su cometido . Para ello, debe mantenerse en perfecto estado las instalaciones y la maquinaria . Dada la importancia del mantenimiento esta función se estudia más extensamente en el tema 10 . CUESTIONARIO 2.1 2.2 2.3 2.4 2 .5 2.6 2.7
¿Cuáles son las tareas fundamentales de la función técnica? ¿Qué misión desempeña la oficina de proyectos? ¿Cuáles son los cometidos de la oficina de métodos? ¿En qué consiste la programación del trabajo? ¿Qué es la carga de una máquina? Diferencias entre lanzamiento e impulsión . Misión del almacén de materias fungibles. 33
2 .8 Principios básicos de organización de almacenes . 2 .9 ¿Para qué sirve el almacén de herramientas? ¿Cómo actúa? 2 .10 Proyecto y ejecución de utillajes y herramientas especiales . 2 .11 Distribución de máquinas en el taller . 2 .12 Cualidades del puesto de trabajo . 2 .13 Objetivos del control de calidad . 2 .14 Organización del control de calidad . TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO 1 . Dibujar a escala la planta de un taller mecánico y efectuar la distribución interior que debe comprender como mínimo : vestuario, almacén de piezas, almacén de herramientas, control de calidad y taller de fabricación propiamente dicho . El taller citado debe disponer de tornos, fresadoras, taladradoras, rectificadoras, etc ., que se dibujarán a escala según dimensiones indicadas en los catálogos de las casas constructoras . 2 . Estudiar la carga de máquinas durante una semana, de una sección del taller de la propia escuela . Dibujar un planning donde se exprese la serie de trabajos realizados en cada puesto . Analizar los índices de utilización .
3 . Proyectar una hoja para el departamento de control de calidad que sirva para anotar la cantidad de piezas aceptables y desechables de una determinada serie . Para ello deberá tenerse en cuenta, entre otros detalles : - Formato de la hoja . - Número de la pieza y de la serie o pedido . - Cantidad total de piezas . - Cantidad de piezas aceptables y desechables . - Fecha, nombre y firma del verificador . - Observaciones .
Tema 3 .
Procedimientos de conformación sin arranque de viruta
EXPOSICIÓN DEL TEMA Es muy importante para el especialista en máquinas herramientas conocer los procedimientos empleados en la conformación de piezas por otros sistemas diferentes a los empleados en las máquinas herramientas por arranque de viruta . La ma yor parte de los procedimientos que en este tema se exponen sirven para la conformación de las piezas en bruto, para que posteriormente sean mecanizadas en las máquinas que el especialista debe conocer a fondo . Es importante también conocer estos procedimientos a la hora de confeccionar los procesos de fabricación, ya que serán distintos según el origen de la pieza en bruto . Conformación por moldeado
3.1
El moldeado' o fundición es un procedimiento basado en la fusión de los metales y sus aleaciones . Consiste en la preparación de un molde o hueco, con arena, metal u otros materiales, que reproduce la forma de la pieza a fundir, y en el cual se vierte el metal o aleación metálica fundida, dejándolo enfriar hasta su completa solidificación . Existen varias fórmulas para una posible clasificación de los sistemas de moldeado que dependen del criterio empleado . Considerando la naturaleza del molde se puede establecer la siguiente división :
- Moldeado en arena . Puede ser manual o mecánico . - Moldeado especial. Utilizando moldes de resina (moldeado en cáscara) y a la cera perdida . - Moldeado en moldes metálicos. Por gravedad y por presión . 3 .1 .1
eaia
modelo
de moldeado
Moldeado en arena
La construcción del molde requiere la preparación previa de una reproducción casi idéntica a la pieza que se desea fabricar llamada modelo . El modelo se coloca en la caja de moldeado Ifig . 3 .1) y el espacio circundante se rellena de arena especial bien apisonada (fig . 3.1 A), se deja, no obstante un conducto de entrada para el metal fundido, denominado bebedero y otro para la salida del sobrante, llamado rebosadero (fig . 3 .1 B y C) . Una vez el metal fundido ha llenado el hueco dejado por el modelo, se verifica su solidificación (fig . 3.1 D) . Al finalizar ésta, se abre la caja de moldeado y se deshace el molde (fig . 3 .1 E) ; se separan el bebedero y la mazarota que han quedado formando parte de la pieza (fig . 3.1 F), y ésta, una vez limpia y sin rebabas, queda lista para su mecanización posterior, finalizando así el procese de moldeado . Cuando la pieza no es maciza hay que colocar en el interior del molde un macho (llamado también noyo) con la forma del hueco a reproducir (fig . 3.5) . Por consiguiente, la masa fundida ocupará todo el molde menos el espacio correspondiente al macho.
B
aebosadero
jJ
-
e
D
nmarota~l
L
E Fig. 3.1 seguido.
'Muchos autores utilizan el término moldeo, o sea, conformación por moldeo .
35
--bebedero
F~ Moldeado en arena. Procesó ..
3 .1 .1
Moldeado a mano
Comprende la preparación de las cajas de moldeado, la colada, el desmoldeado, la extracción de la pieza y el desbarbado o limpieza . 1 . Preparación de las cajas. En primer lugar se seleccionan las cajas de moldeado en razón del tamaño del modelo a emplear. Se fabrican de fundición rro, aluminio, acero y madera (fig . de hie3.2) . 2. Construcción del molde. Se introduce el modelo en las cajas y se los huecos de arena apisonada (fig . rellenan 3.3 A, B y C) y se extrae el modelo utilizado (figura 3 .3 D) . Finalmente, se preparan los conductos de colada (fig . 3.3 E) . modelo
arena de moldear caja
Fig. 3.2
Cajas de moldeado .
B
D
E
tablero
%~%TT~' %" Jlj
Fig. 33 . Proceso seguldol para e lld moeado de una tapa .
3. Colada . La operación de vertido del metal líquido en el molde se llama colada . Hay tres procedimientos básicos de colada ; a saber : - Colada directa (fig . 3 .4A) . - Colada inferior o de sifón (fig . 3 .4 B) . - Colada lateral (fig . 3.4C) . 4. Moldeado con machos . La preparación de machos o noyos exige el empleo de arenas de composición especial, así como el uso de aglutinantes, Además, es preciso construir una caja de machos para su moldeado . Esta caja es un molde, fabricado del mismo material que los modelos que tiene la forma que se desea dar al macho . Si éste es de forma sencilla y regular (cilíndrica, prismática, la caja es de una pieza. El macho se moldea etc . ), rellenando la caja de arena bien comprimida empuja después por un extremo para extraerlo y se . Los machos de forma más complicada requieren caja partida y, en consecuencia, moldeado por separado de cada parte. Posteriormente, se unen ambas, acoplándolas de clavijas . con ayuda Para mejor comprensión del proceso seguido en el moldeado con machos, la figura 3 .5 ilustra un ejemplo de esta forma de moldeado .
A
Fíg. 3.4 Procedimientos de colada . c
C
F
D
Fig. 3.5 Moldeado con macho: A, pieza a fundir; B, molde en dos mitades ; C, caja para fabricar el macho o poyo ; D, macho o noyo ; E, montaje de modelo en las calas,- G, una vez quitado el modelo colocar el noyo y fundir, H, pieza terminada.
5. Desmoldeado. Una vez que la pieza fundida se ha enfriado, se abren las cajas de moldeado y se destruye el molde . La pieza, con las columnas de colada y mazarotas incorporadas (fig . 3.5H), está lista para pasar a la sección de limpieza y desbarbado . 36
3 .1 .1 .2
Moldeado mecánico
En la moderna producción en serie se sustituyen los métodos manuales por el moldeado mecánico (fig . 3 .6), realizado con maquinaria especializada . La placa modelo es un elemento fundamental del moldeado a máquina . Consiste en una placa de fundición, aluminio u otros materiales resistentes, donde se atornillan los modelos a emplear . A veces los modelos y la placa son de una sola pieza . Las placas modelo llevan los dispositivos de alineación y transporte necesarios para su empleo . Existen tres clases de placa modelo : placa modelo simple (fig . 3 .613) (si el modelo debe ser partido será preciso construir dos placas, una para cada parte) ; placa modelo de doble cara (fig . 3 .6C) y placa modelo reversible (fig . 3 .6 D) . Con frecuencia se montan varios modelos en la misma placa (fig . 3 .7) .
Fig. 3.7
Placa con varios modelos.
D A
B
Fig. 3.6 Moldeado con placa: A, pieza a fundir; B, C y D, diversos modelos de placas; E, montaje en las cajas.
3 .1 .1 .2 .1
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I
/.
~,El Fig. 3.8 Máquina de moldear por p sión superior.
E
Máquinas para el moldeado mecánico
Hay que distinguir dos operaciones bien diferenciadas : el moldeado, que consiste en rellenar la caja de arena y prensarla y el desmoldeado o separación de la caja y la placa modelo . Las máquinas que realizan ambas operaciones son máquinas de moldear, propiamente dichas ; mientras que las que sólo ejecutan el desmoldeado mecánico son máquinas desmoldeadoras y tienen escaso interés . Se pueden dividir en : máquinas de moldeado por presión, por proyección de arena, por sacudidas y de procedimiento mixto . También existen máquinas para el moldeado mecánico de machos . 1 . Máquinas de moldeado por presión . Constan esencialmente de un cabezal (1) y una mesa de trabajo (2) . El prensado de la arena puede hacerse por la acción del cabezal, llamado prensado superior (fig . 3 .8) ; o por la acción de la mesa, llamado prensado inferior (fig . 3 .9) . El sistema de prensado puede ser manual, electromagnético, hidráulico y neumático .
Fig. 3.10 Máquina de moldeado proyección de arena.
A
Fig. 3.9
B
Máquina de moldear por presión inferior.
2 . Máquinas de moldeado por proyección de arena . Estas máquinas proyectan la arena con fuerza sobre las cajas de moldeado (1), por medio de unas aspas (2) movidas por un motor, siendo innecesario el prensado de la misma (fig . 3 .10) . Esta máquina puede llenar rápidamente cajas de grandes dimensiones ; funciona sin ruido ni vibraciones y su manejo es sencillo . Se emplea, con preferencia para moldear en serie grandes piezas . 3 . Máquinas de moldear por sacudidas. Las máquinas de este tipo apisonan la arena para el moldeado en las cajas por medio de sacudidas de la mesa (1) (fig . 3 .11) . El sistema motriz suele ser neumático . El aire comprimido penetra en el cilindro (2) cuyo émbolo (1) es solidario a la mesa (3), lo que produce su elevación hasta el nivel de la válvula de escape (4), cerrando en este instante la válvula de entrada (5) ; entonces, el émbolo desciende brusca37
Fig. 3. 11 Máquina de moldear por cedidas: 1, émbolo ; 2, cilindro, 3, mes -4, escape ; 5, entrada.
mente y la mesa experimenta una sacudida, adecuadas para moldear piezas complicadas reiniciándose inmediatamente el ciclo . Son muy . 4 . Máquinas de moldear mixtas . A fin de combinar los efectos del moldeado por sión y por sacudidas existen máquinas prede acción mixta . La primera fase del trabajo cudidas, con lo cual se logra un buen es por saapisonado de las capas de arena junto al molde gunda fase permite el correcto apisonado . La sede las capas superiores de arena por el dimiento de presión . proce5 . Máquinas para el moldeado mecánico de machos. Las más empleadas son extrusón y las de soplado neumático . En las las de primeras, la arena procedente de una tolva introduce en la caja de machos por medio se de un tornillo sin fin . Las máquinas de soplado tienen la caja de inyecta arena impulsada por aire comprimido . machos acoplada a una tobera, por donde se de aire ; es decir, el aire a presión contenido Algunas de estas máquinas actúan por disparo en un depósito se expansiona instantáneámente al abrir una válvula de disparo, lo que provoca un arrastre súbito de arena que se la caja de machos . Por medio de anhídrido comprime en carbónico se endurece el macho moldeado . 3 .1 .2 Procedimientos especiales de moldear
Bajo este título se van a estudiar unos cuantos procedimientos de moldear que, debido al equipo empleado, al proceso seguido, o a la precisión alcanzada, pueden clasificarse como especiales, lo cual no significa necesariamente que sean de empleo limitado . Estos procedimientos son : -
Moldeado Moldeado Moldeado Moldeado
en cáscara (She# molding) . a la cera perdida (microfusión) . Mercast . al CO Z .
3 .1 .2 .1
Moldeado en cáscara (Shell molding) En esencia, el procedimiento consiste en la obtención de un molde o coquilla arena y resina a partir del modelo de de la pieza donde se efectuará la colada . Para la formación del molde o coquilla se aprovecha la propiedad que tienen ciertas resinas fenálicas de endurecerse bajo la acción del calor . Estas resinas actúan como aglomerantes de la arena de sílice, exenta de arcilla y de grano fino . El modelo de la pieza se construye ordinariamente en dos mitades y se fija cada una ellas a una placa metálica, con los canales de de colada, mazarotas y marcas de macho, si falta . hacen La placa modelo se calienta a unos 200° y se le aplica una capa antiadherente a base parafina o silicona (fig . 3 .12A) . A continuación de formando en pocos segundos un caparazón entra en contacto con la mezcla de moldeado, sólido o cáscara de 5 a 7 mm de espesor ra 3 .1213) . La placa, con la cáscara adherida, (figues sometida finalmente a un calentamiento a 350° en un horno apropiado durante unos tres a cinco minutos . Terminada la cocción, se para la cáscara del molde (fig . 3 .12C) y se unen selos semimoldes obtenidos con cola, pinzas, tornillos o por otros medios . El molde así formado se introduce en una caja de moldear, nando el espacio circundante con tierra vieja relle(fig . 3 .12D) y se procede a colar el metal . Las ventajas principales que se obtienen por este procedimiento son la precisión geométrica y dimensional (las tolerancias son del orden del 0,5 %) .
A
BF
3 .1 .2 .2
C-H
Fig. 3.12 Moldeado en cáscara.
Moldeado a la cera perdida (microfusión) Es uno de los procedimientos más antiguos de fundición y que, debidamente perfeccionado, sirve para producir gran variedad de piezas de elevada precisión (del 0,2 % a 0,5 % de tolerancia), pequeño tamaño y forma muy complicada ; imposibles de obtener por otros sistemas de moldear . Es un procedimiento adecuado para colar aleaciones duras al Cr-Ni, Cr-Ni-Mo y al Co. El proceso a seguir es, a grandes ragos, el siguiente : 1 .° Se construye un modelo de la pieza en latón o bronce con el máximo esmero y contando con las contracciones y dilataciones que se han de producir (fig . 3 .13A) . 2° Empleando el modelo construido, se funde un molde con aleación de bajo punto fusión al Bi-Sn (fig . 3 .13 B) . El molde también de puede ser de acero ; en este caso no se precisa modelo original . 3° En una prensa de inyección especial se ayuda del molde metálico preparado (fig . 3 .13C)obtienen modelos de cera o poliestireno con . 4° Los modelos son montados en conjuntos de colada llamados racimos (fig . 3 .13 menos que, por su tamaño, justifiquen un D) a tratamiento individualizado . 5° Los racimos de modelos se introducen en un baño cerámico (fig . 3 .13E) seguido de un arenado cuidadoso ; todo ello a temperatura controlada . 38
Fig. 3. 13
Moldeado a la cera perdida.
Ewr
t
1-
6° Se introducen los racimos, ya revestidos, en unas cajas de acero que se rellenan de arena ; se comprime ésta por vibración y se extrae el aire y la humedad excesiva en una cámara de vacío . En una estufa a 100° se funde la cera o se consume el poliestireno (modelos perdidos) y seguidamente se cuecen los moldes en unos hornos a 1000°, con lo que desaparecen los últimos residuos de materia de los modelos perdidos, al mismo tiempo que la cáscara cerámica adquiere la solidez y resistencia necesarias (fig . 3 .13 F) . 7° Se cuela el metal en el molde bajo ligera presión y se aspira el aire contenido para facilitar el llenado (fig . 3 .13G) . de lim8° Una vez solidificado, se rompen los moldes y las piezas pasan a las secciones (fig . 3 .13 H) . pieza y desbarbado Se puede deducir fácilmente que, por la complejidad del proceso, su aplicación sólo será conveniente en la fabricación de pequeñas piezas de precisión, de forma complicada, de conformación difícil o imposible por otros procedimientos . 3.1 .2 .3
Moldeado Mercast
3 .1 .2 .4
Moldeado al C02
Puede considerarse como una variante del método a la cera perdida . La cera o poliestireno son sustituidos por mercurio . La precisión alcanzada en los detalles es superior a la de la microfusión .
En realidad no es un verdadero sistema de moldeado, sino más bien un tratamiento aplicable a los moldes y machos de arena, para suprimir su calentamiento o cocido . 3 .1 .3
Moldeado en moldes metálicos
Los moldes metálicos o coquillas sustituyen con ventaja a los de arena en el moldeado por gravedad cuando hay que fabricar grandes series de piezas . Otro sistema es la colada a presión en unos moldes fabricados a tal efecto . 3 .1 .3 .1
Fundición a coquilla
Este procedimiento consiste en sustituir los moldes de arena en la fundición ordinaria por gravedad, por moldes metálicos . Las coquillas se componen de dos partes principales (fig . 3 .14) : - El cuerpo del molde (4) que da forma exterior a la pieza ; en todos los casos
siempre es metálico . - Los machos o núcleos (5) que determinan las cavidades o entrantes de las piezas ; éstos pueden ser metálicos o de arena . 1 . Cuerpo exterior del molde . El cuerpo del molde está formado por dos o más partes, según la complejidad de las piezas a obtener . Las partes del cuerpo separadas entre sí por una junta vertical, se denominan placas (4) . La parte horizontal recibe el nombre de plantilla o pedestal (6) . Las plantillas, además de cerrar el molde por la parte inferior, sirven de apoyo y guía de las placas (4) . En los moldes sin pedestal se centran las placas por medio de clavijas o pasadores . 39
Fig. 3. 14 Molde para fundir a coquiiw con pedestal : l, chaveta; 2, pitón dei' pe y centraje; 3, bebedero ; 4, placas ;:~rnacho ; 6, pedestal, 7, mangos; 8, piez','
2. Núcleos de las coquillas. Los núcleos o machos (5) pueden ser metálicos o de arena ; los metálicos deben ser de forma ligeramente cónica para facilitar la extracción . A veces, los núcleos se construyen en varias piezas .
3.1 .3 .2
Fundición a presión
La fundición a presión se diferencia de los procedimientos ordinarios en que la colada no se realiza por gravedad, sino que se inyecta a presión (fig . 3.15) en el molde (7) y (8) el metal previamente fundido (2) . Este procedimiento permite fundir piezas (12) de forma complicada con aristas pronuny espesores mínimos . La superficie de las piezas resulta limpia y sin defecto . YoraconmoaSel materialciadas , debido a la presión, resulta más compacto, sus propiedades mecánicas mej hta un 20 % con respecto a los metales colados por gravedad . primera fase
3 .1 .3 .3
Matrices para fundición a presión
Reciben el nombre de matrices los moldes metálicos utilizados para la fundición a presión (fig . 3.16) . La elevada presión y temperatura que deben resistir exige el empleo de materiales y detalles en su construcción totalmente distintos a los empleados en el moldeo a coquilla .
segunda fase
is
Fig. 3,16 Componentes de una matriz para fundir a presión. 1, parte fija de la máquina, 2, taladros de guía ; 3, orificios de refrigeración ; 4, bebedero ; 5, hueco del molde; 6, pivotes de centrado; 7, macho; 8, matriz fija de cubierta ; 9, matriz móvil de eyección ; lo, mazarota ; 11, barras expulsoras ; 12, punzón; 13, placa de eyección ; 14, carro móvil; 15, Pieza obtenida .
Constan normalmente de cuatro elementos principales : - Matriz fija de cubierta (8) . - Matriz móvil de eyección (9) . - Placa de eyección (13) . - Macho (7) .
tercera fase
Fig. 3. 15 Proceso de fundición a presión de una pieza : 1, depósito; 2, material líquido ; 3, émbolo ; 4, cilindro ; 5, resorte ; 6, entrada o bebedero; 7, placa, 8, contraplaca; 9, expulsor; 10, resorte expulsor; 11, varillas de expulsión; 12, pie za fundida.
1 . Matriz fija de cubierta (8) . Se fija a la mesa de la prensa . Lleva moldeada una o varias caras exteriores de la pieza a fabricar (5), pero nunca debe llevar machos o salientes, deben ir siempre en la matriz móvil (9), para que que la pieza fundida (15) quede agarrada a esta matriz . 2 . Matriz móvil de eyección (9) . Debe ir sujeta a la parte móvil o carro de la máquina (14) . Lleva el saliente principal de la pieza (7), en el que queda prendida, y del que es extraída por las barras de eyección o expulsión (11) . Lleva guías (6) de acoplamiento a la matriz de cubierta también los conductos de colada (4), las (8) y los conductos de refrigeración (3) .
3. Placa de eyección (13) . Contiene los dispositivos de extracción de la pieza . Consta de unos punzones (11) fijos a esta placa que atraviesan la matriz de eyección (9) y empujan la pieza fundida (15), obligándola a desprenderse del molde . 4 . Macho (7) . El macho debe separarse una muchos sistemas ; por ejemplo, véase el de la figura vez que ha cumplido su misión . Hay 3 .17 . La matriz fija (8) lleva una barra inclinada (16), que nación del macho lateral (17) . Al iniciarse la separaciónpenetra en un orificio de la misma inclientre la matriz fija (8) y la móvil (9), la barra inclinada (16) levanta el macho lateral (17), quedando la pieza (15) libre para ser extraída por las barras de eyección (11) . Al terminar la extracción y juntarse las matrices, el macho vuelve a su posición inicial .
3 .1 .3 .4
Máquinas para la fundición a presión de cámara fría
La fundición a presión se efectúa siempre por medio de máquinas con circuitos hidráulicos o neumáticos que realizan automáticamente las siguientes fases (figura 3 .18) : 40
- Fase 1. Cierran el molde (7) y (8), colocan los machos en posición y la máquina se prepara para inyectar . - Fase 2. Inyectan el metal (15) con la presión necesaria . - Fase 3. Abren las placas (7) y (8) y extraen la pieza (15) una vez fundida . Son varios los procedimientos de inyección ; en la figura 3.18 se puede ver el esquema de funcionamiento del dispositivo de colada de una máquina de cámara fría con inyección horizontal .
primera fase
segunda fase
Fig. 3.17 Sistema de retroceso de machos : 4, bebedero ; 7, macho; 8, matriz fila de cubierta ; 9, matriz móvil de eyección ; 11 barras expulsoras; 13, placa de eyección ; 15, pieza obtenida ; 16, vástago de guía; 17, macho.
Fig. 3.18 Proceso de fundición a presión con dispositivos de colada e inyección horizontal: 1, depósito ; 2, líquido; 3, émbolo ; 4, cilindro ; 5, vástago de presión ; 6, casquillo de gula ; 7, matriz fija ; 8, matriz móvil; 9, varillas de guía ; 10, varillas expulsoras; 11 placa expulsora; 12, muelle ; 13 y 14, entrada y salida del circuito hidráulico ; 15, pieza a obtener. 3 .1 .3 .5
Máquinas de cámara caliente
En este sistema la cámara de presión se encuentra dentro del recipiente de metal fundido . Esto solamente es posible cuando el metal en estado líquido y a elevada temperatura no ataca a los materiales de la cámara de presión . Hasta ahora únicamente se han podido colar, por la razón expuesta, aleaciones de estaño, plomo y cinc . El equipo de colada consiste (fig . 3 .19) en un horno de mantenimiento (1), con un crisol (2) en cuyo interior está la cámara de presión (3) dotada de un cilindro oleohidráulico (4), cuya misión es inyectar metal fundido y aspirar la cantidad necesaria para el ciclo siguiente, en la carrera de retorno . La penetración del metal en el molde tiene lugar a través de la boquilla (5) .
Fig. 3.19 Máquina de cámara caliente . Detalle del crisol y órganos de inyección. 3 .1 .4
Operaciones de acabado de las piezas fundidas
Las piezas fundidas, después de la colada, deben pasar por unas operaciones de acabado para eliminar los restos de arena, rebabas, bebederos y mazarotas adosados . Dichas operaciones son de dos clases : limpieza y desbarbado . 41
3.1 .4 .1
Limpieza de piezas fundidas
Tiene por objeto eliminar los restos de arena adheridos a las piezas . Se realiza por : - Proyección de arena cánicamente (fig . 3.20) .
o granalla,
a presión en cámaras apropiadas, manual o me-
- Rotación, en un tambor adecuado . La limpieza se verifica por choque mutuo, aunque a veces se añaden pequeñas piezas de fundición que multiplican los efectos de la operación - Chorro de agua a presión (hasta 160 at) en unas instalaciones de ciclo continuo (figura 3.21) . El operario dirige la boquilla de proyección desde el exterior de la cabina, sobre la pieza situada encima de la plataforma giratoria . El agua licas al depósito de decantación para su recuperación arrastra la arena y las partículas metáposterior.
Fig. 3.20
Fig. 3.21 Máquina de limpieza por proyección de arena.
3 .1 .4 .2
Desbarbado de piezas fundidas La eliminación de las grandes rebabas, bebederos y mazarotas se efectúa con ayuda de aparatos diversos, una vez limpias las piezas . Para las rebabas se emplean cinceles neumáticos o muelas de disco . Los bebederos y mazarotas se cortan con sierra de disco abrasivo y los restos se eliminan por amolado. 3 .2
sopladora
A sopladora aplastada
soplacYUra soldada
Fig. 3.22 Eliminación de cavidades internas por el forjado .
Máquina de limpieza por proyección de agua .
Forjado
La conformación por deformación plástica aprovecha la capacidad de deformación de los metales para provocar en ellos desplazamientos de masa, más o menos acusados, según las características del metal y la temperatura de aplicación del proceso. Como consecuencia de ello se produce también una alteración de la estructura interna del metal y la modificación de sus propiedades mecánicas . Es un procedimiento de conformación por deformación plástica en el que, además de los esfuerzos exteriores, se emplea energía térmica ; es decir, es un procedimiento de trabajo en caliente . La acción combinada de energía mecánica y calorífica provoca cambios muy acusados de sección y crea una macroestructura fibrosa . La forja puede ser libre o con estampa . La primera no impone ninguna forma específica a la herramienta ; la segunda requiere la construcción de una estampa, que reproduce la forma y dimensiones de la pieza a forjar . Los efectos de la forja son los siguientes : - Eliminación de defectos internos . El aplastamiento de la masa del metal produce el aplastamiento de las cavidades internas, cuyas paredes, si no están oxidadas, se unen íntimamente quedando perfectamente soldadas (fig . 3 .22) . De la misma forma, las segregaciones, por efecto de la presión y el calor combinados, resultan disminuidas, mejorando la homogeneidad del material . - Afinado del grado. Depende de la temperatura de trabajo y de la velocidad de deformación . En unos casos se logra disminuir el tamaño del grano y en otros se logra una mejor disposición de las fibras . En ambos casos mejoran las propiedades mecánicas del metal . 3 .2 .1 Forjado a mano No tiene importancia industrial . Se efectúa dando forma al metal candente con un martillo de forja o con un mallo. La pieza que se forja se sujeta con unas tenazas o a mano y se apoya en un bloque de acero llamado yunque . 42
Con ayuda de diversas herramientas se puede realizar toda una serie de operaciones de forja : estirado, recalcado, estampado, curvado, punzonado, etc . 3 .2 .2
Forja mecánica
La conformación por forjado de grandes piezas o el forjado en serie se realiza siempre con la ayuda de máquinas . Si el trabajo de deformación es por choque, se llaman martinetes, si es por presión, se llaman prensas . Las diferentes variantes de cada una de ellas se pueden ver en el cuadro adjunto : Martinete mecánico Trabajo por choque (martinete)
Martinete neumático L Martinete de vapor
Trabajo por presión (prensa)
Mecánica
r De caída De ballesta
Fig . 3.23 Martinete o martillo pilón : travesaño ; 2, maza ; 3, montante ; 4, yu que ; 5, fundación .
De compresor externo Autocompresor De simple efecto De doble efecto Excéntrica De fricción
Hidráulica 3 .2 .2 .1
Martinete para la forja mecánica
El martinete, martillo pilón o simplemente martillo trabaja por impacto de una maza (2), de caída libre o forzada, sobre la pieza a forjar apoyada en un yunque (4) (fig . 3 .23) . La forma de accionar la maza es lo que sirve para diferenciar los martinetes . 1 . Martinete mecánico . caída libre o de ballesta .
El sistema de propulsión de la maza es mecánico . Puede ser de
- De caída libre (fig . 3 .24) . El mecanismo levanta la maza a una altura determinada y en este punto la suelta, cayendo aquélla por su propio peso .
Fig . 3 .24
Martinete de caída por cinta
- De ballesta (fig . 3 .25) . En este martinete se emplea una ballesta para absorber las reacciones que se producen tras los golpes . 2 . Martinete neumático . En el martinete neumático, la maza es solidaria al émbolo de un cilindro neumático . Los hay de dos tipos : el autocompresor y el de compresor externo o neumático propiamente dicho . - Autocompresor (fig . 3 .26) . El motor del martinete mueve el mecanismo de bielamanivela (7) de un cilindro compresor (6) ; el aire así comprimido pasa al cilindro de utilización (4) a través de las válvulas (5) que controlan la carrera de la maza (2) por medio del pedal (1) . - De compresor externo (fig . 3 .27) . El aire comprimido llega al cilindro de trabajo (4) procedente de un compresor independiente . El mando de este cilindro se efectúa por medio de un distribuidor (2), controlado por una combinación de palancas que maneja el operario . Puede ser de simple efecto, si únicamente levanta la maza (que después cae por su propio peso), y de doble efecto, cuando además la impulsa con fuerza en la carrera descendente .
Fig . 3.25 Martinete de ballesta .
Fig . 3.26 Martinete autocompresor : 1, pedal de control; 2, maza; 3, émbolo ; 4, cilindro de trabajo ; 5, válvula distribuidora ; 6, cilindro compresor; 7 bielamanivela .
Fig . 3.27 Martinete de compresorexterno : 1, palanca de control; 2, distribuidor ; 3, émbolo ; 4, cilindro de trabajo ; 5 maza . 43
3 . Martinete a vapor. Es muy semejante al martinete neumático. Se construye de simple efecto y doble efecto . Los martinetes grandes son de dos montantes y de simple efecto, porque la acción de caída libre de la maza es suficiente para producir el golpe necesario. 3.2 .2 .2 Prensas para forja mecánica
La diferencia fundamental con el martinete estriba en la forma de aplicación de la fuerza deformadora . La maza es sustituida por un carro o corredera que actúa por presión progresiva . Además, la corredera de la prensa está siempre bajo control, cosa que no ocurre en el martinete de caída libre . La prensa empleada puede ser mecánica o hidráulica . 1 . Prensa mecánica . La más utilizada es la de fricción (fig . 3.28 A) . La prensa de excéntrica tiene aquí escasa importancia ; en cambio es muy empleada para la estampación en frío de la chapa .
Fig. 3.28A Prensa de fricción . 1, polea; 2, discos ; 3, embrague ; 4, volante; 5, husillo ; 6, corredera; 7, yunque; 8, pa lanca de mando .
En la prensa de fricción, la fuerza cie prensado se obtiene a partir de la energía cinética del volante (4) que la transmite a la corredera (6), unida a él por un husillo (5). El movimiento alternativo de la máquina lo proporcionan dos discos (2) desplazables, que mueven el volante en uno u otro sentido, según sea el disco que trabaja . La transmisión del movimiento es posible gracias a la fricción de la superficie frontal de los discos con la periferia del volante, que lleva una llanta de material adecuado . 2. Prensa hidráulica . La presión de trabajo es suministrada por uno o más cilindros oleohidráulicos (fig . 3 .285) cuyos émbolos están unidos a la corredera (4) . La carrera de retroceso está asegurada por unos cilindros auxiliares (2) .
Otros órganos de la prensa son las válvulas de mando, las bombas de impulsión del fluido y los acumuladores . Estos últimos son unos dispositivos capaces de contener aceite a alta presión y que actúan como depósitos de reserva de potencia . Casi todos son hidroneumáticos ; es decir, la precompresión la realiza un compresor de aire y el aire comprimido, a su vez, comprime el aceite . 3 .3
Fig. 3.288 Prensa hidráulica . 1, cilindro principal; 2, cilindros auxiliares; 3, maza; 4, corredera; 5, yunque.
Estampación en caliente
No es más que un forjado mecánico en el que se emplea un molde o estampa para conformar la pieza . La estampa se compone de dos partes (fig . 3.29A) que se acoplan ordenadamente, ya que hay que aumentar las dimensiones en previsión de la contracción que se produce . También es preciso prever unas salidas de material (fig . 3 .2913) para asegurar que el llenado de la estampa es correcto . La rebaba producida se eliminará en una operación posterior (fig . 3 .29C) .
s
C
Fig. 3.29 Proceso de estampación : A, disposición de la estampa; B, pieza conformada con salida de inatenál; C, eliminación de la rebaba en un troquel adecuado.
Por este procedimiento se fabrican gran cantidad de piezas forjadas, con notable precisión y rapidez, quedando listas para las operaciones de mecanizado posterior por arranque de viruta como, por ejemplo, el cigüeñal de la figura 3.30. 3 .4
Fig. 3.30
Cigüeñal estampado.
Estampación en frío
Hasta hace relativamente poco tiempo era un procedimiento de conformación reservado para los metales dúctiles como el plomo, el estaño, etc ., así como para aceros de bajo contenido de carbono en piezas pequeñas . Actualmente es posible estampar en frío aceros aleados bajo ciertas condiciones ; éstas consisten básicamente en un recocido previo y una preparación especial de las superficies . Asimismo, es imprescindible usar prensas hidráulicas, de ciclo de trabajo ampliado, que permiten dosificar al máximo el esfuerzo deformador . 44
3.5
Recalcado
Es una variante de la estampación, que se realiza en frío y en caliente y que consiste en la acumulación de material en una zona determinada de una pieza ; normalmente en un extremo (fig . 3.31) . Se realiza en prensas horizontales de doble efecto y en prensas hidráulicas con dispositivo calefactor (para el recalcado en caliente) . Es el procedimiento habitual de obtención de las cabezas de los tornillos, pernos (figura 3.32), etc.
3 .6
Recalcado .
Estampado rotativo
Es un procedimiento moderno de conformación en el que la pieza es sometida a sucesivas compresiones por varias estampas, situadas alrededor de un eje, que giran en sentido axial y simultáneamente . Puede emplearse en caliente o en frío, aunque es más normal este último procedimiento. Con este método se obtienen diversos perfiles exteriores o interiores (en este caso con ayuda de un mandril) (fig . 3.33) . La precisión alcanzable es excelente, llegando a IT 7 en interiores y a IT 11 en exteriores . Además, la acritud superficial conseguida, cuando se verifica en frío, hace innecesarios los tratamientos térmicos posteriores para aumentar la resistencia mecánica . 3.7
Fig. 3.31
Fig. 3.32 Obtención de la cabeza de u perno por recalcado.
Laminación
Es un procedimiento de forja continua que consiste en modificar una masa metálica haciéndola pasar entre rodillos superpuestos, que giran en sentido inverso . La laminación se efectúa normalmente en caliente ; sin embargo, existe la lamina ción en frío . Los metales laminados en frío adquieren acritud y deben someterse al recocido al final de la operación, e incluso en una etapa intermedia . Por medio del laminado se transforman los lingotes metálicos en semielaborados comerciales, aptos para su empleo directo o para servir de base a nuevas elaboraciones . (Ver tema 5 de Tecnología del Metal 1. 1 y película concepto de lingotes y laminados del maletín Mecánica 1). 3.7 .1
Laminador
Es todo órgano mecánico que realiza la laminación . Un laminador elemental (figura 3 .34) estaría constituido por las siguientes partes : dos o más cilindros, normalmente horizontales (1) ; un bastidor (2) que soporta las ampuesas (3) o asientos de los cilindros ; y un sistema de ajuste de los cilindros formado por espárragos roscados, llamados tornillos de presión (4) . Todo el conjunto recibe el nombre de caja de laminación, cuyo bastidor puede ser de una pieza (caja cerrada) o desmontable (caja abierta) . Como es lógico, los cilindros son las piezas fundamentales del laminador . La superficie lateral o'de laminación (fig . 3 .35) puede ser lisa o acanalada y se llama tabla ; los puntos de apoyo en las ampuesas son los cuellos ; luego están los muñones, uno de los cuales está conectado a los mecanismos de accionamiento . Los cilindros se construyen de fundición o acero, según el trabajo que tengan que realizar: fundición ordinaria, para cilindros preparadores ; fundición dura (420 HB), para cilindros acanalados de laminación de chapas y redondos ; acero forjado al Mn, para desbaste y acero aleado al Cr-Ni-Mo, para laminación de perfiles . 3 .7 .1 .1
Fig. 3.33 Estampado rotativa Obter ción de un perfil interior.
Fig. 3.34 Esquema de un laminador: cilindro ; 2, bastidor; 3, arnpuesa ; 4, tornillo de reglaje .
Tipos de laminador
Además del modelo elemental de dos cilindros, existen numerosas variantes, tanto en el número como en la situación de los mismos . - Dúo. Es el tipo elemental. Está compuesto por dos cilindros de ejes horizontales (figura 3.36 A) ; pueden ser reversibles o no . El cilindro superior suele ser algo mayor que el inferior, por lo cual, al ser mayor su velocidad periférica, las fibras de la barra forjada en contacto con él se mueven a velocidad algo superior . El resultado es que la barra tiene tendencia a doblarse hacia abajo y, al apoyarse siempre en el soporte, no necesita guía . 45
Fig. 3.35 Cilindros laminadores: 1, ta bla; 2, cuello; 3, muñón.
- Trío. Son cajas de tres cilindros horizontales colocados en un mismo plano (figura 3 .3613) . Con este laminador puede hacerse laminado continuo . - Doble dúo. Está compuesto por dos cajas dúo, cuyos ejes verticales son paralelos (fig . 3 .36 C) . - Cuarto . Se compone de cuatro cilindros horizontales situados en un mismo plano vertical . Los cilindros exteriores son de apoyo y los interiores son los verdaderos cilindros de laminación (fig . 3 .36D) . Se emplea para el laminado en frío de la chapa . - Múltiple . Se compone de múltiples cilindros (fig . 3 .36 E) . - Universal. Dispone de cilindros horizontales y verticales (fig . 3 .36F) .
3.7 .1 .2
Tren de laminación
Es una agrupación de varios laminadores o cajas relacionadas entre sí, de modo que el material a laminar pasa sucesivamente por cada una, hasta completar el ciclo de elaboración (fig . 3.37) . Fíg. 3.36 Clases de laminadores : A, dúo ; B, trío ; C, doble dúo ; D, cuarto ; E ; múltiple ; F, universal.
Fig . 3.37
3.7 .2
Tren de laminación .
Laminación del acero
Se emplean para ello varios trenes, que se clasifican según el producto obtei nido :
Fig. 3.38. Perfil de los cilindros de Blooming : A, europeo ; B, americano .
- Tren Blooming . Es un tren desbastador para el tratamiento de lingotes de acero . Produce el tocho (bloom) de sección cuadrada, de 120 a 500 mmz de sección . Los cilindros Blooming llevan una serie de canales, cuya disposición y medidas varían según se trate del modelo europeo o americano (fig . 3 .38) . El tren Slabbing es una variedad parecida, destinada a laminar la petaca (slab) de hasta 1800 x 300 mm ; es frecuente el tren mixto BloomíngSlabbing para tocho y petaca, indistintamente . - Tren de palanquilla . Sirve para reducir el tocho, desbastado en el Blooming, convirtiéndolo en palanquilla, semiacabado de sección cuadrada de 40 a 125 mmz . - Tren comercial. Sirve para la obtención de los perfiles laminados comerciales . Cuando sirve para laminar perfiles de grandes dimensiones, se llama tren estructural. El producto de partida es el tocho o desbaste del B/ooming en sus diversas medidas . Es un tren continuo de catorce a dieciocho cajas, repartidas en tres etapas : desbaste, intermedia y acabado . La figura 3 .39 muestra las secciones sucesivas de algunos perfiles comerciales que se laminan en este tren . - Tren para chapa . Lo hay para chapa gruesa, que trabaja con la petaca del Slabbing ; existe el tren para laminación en caliente, que trabaja de forma continua, a partir de llantones y también tren para la laminación en frío de la chapa, a partir de chapa gruesa laminada en caliente y decapada . El producto final es una chapa fina de menos de 1,5 mm de espesor y con un acabado superficial superior .
3 .7 .3
Laminación del aluminio
El aluminio se lamina, a partir de placas obtenidas por fusión, en un tren dúo por medio de pasadas sucesivas, cuidando que la temperatura no baje de 300° y lubricando con aceites insolubles . Si se desea obtener chapa de aluminio, el acabado se efectúa en frío y es entonces cuando el aluminio adquiere la dureza y resistencia requeridas .
3 .7 .4
Laminación del cobre
El cobre y sus aleaciones se laminan en caliente en un tren dúo y deben ser decapados al final de la operación . Fiq . 3.39 Secciones sucesivas para la fabricación de diversos perfiles laminados en el tren estructural.
Los desbastes decapados se sueldan entre sí de manera que formen una banda de gran longitud que se lamina en frío hasta 2,5 mm . Una vez hasta 0,5 mm en trenes cuartos continuos, lubricandorecocida y decapada, puede rebajarse con una emulsión adecuada . 46
3.8
Procedimientos especiales de laminación
En este apartado se hace referencia a ciertos métodos de acabado por laminación y que, desde luego, poco tienen que ver con la laminación convencional . Los órganos laminadores son discos, cilindros o placas, cuyo perfil es'reproducido por laminación en la pieza que se trabaja . La aplicación más conocida es, quizás, el roscado por laminación (figura 3.40) . La fibra de las roscas laminadas tiene características mecánicas superiores a la de la rosca tallada, porque es continua y no interrumpida (fig . 3.41) por el corte de la herramienta ; además es más com pacta y dura por efecto de la compresión superficial.
3.9
Fig. 3.40
Laminado de roscas .
Extrusión
Es la operación en la cual una masa de material dúctil fluye a través de un orificio por medio de un impacto o una fuerte compresión, ocasionada por un émbolo o punzón, para formar una pieza de sección constante, hueca o no, y cuya longitud depende básicamente de la aportación de material efectuada (fig . 3.42) . Por este procedimiento se obtienen perfiles o tubos de secciones perfectamente uniformes y excelente acabado . La extrusión puede hacerse en caliente o en frío . 3.9 .1
Extrusión en frío
Como indica el enunciado, la extrusión se realiza en frío, obligando a una porción de material, colocada en el fondo de una matriz, a deformarse plásticamente, extendiéndose entre las paredes de ésta y las del punzón que la comprime . Para ello se requiere el empleo de materiales muy dúctiles y de presiones de actuación muy elevadas, generalmente aplicadas por impacto, ya que el calor generado favorece la fluencia . La extrusión en frío se realiza por flujo directo o extrusión directa, o por flujo inverso o extrusión inversa.
Fig. 3.41. Disposición favorable de las fibras metálicas en una rosca laminada-
1 . Extrusión directa (fig . 3 .43) . El punzón de extruir entra holgadamente en la matriz, excepto en la zona del cuerpo propiamente dicha, en la que ajusta perfectamente con ella . Al presionar el material, éste fluye hacia adelante, entre las paredes del punzón y la matriz . Fig 3.42 Extrusión : 1, punzón ; 2, cori . tenedor; 3, metal; 4, matriz ; 5, pieza ex-,-' truida .
Fig. 3.43 Extrusión en frío . Método directo: 1, punzón ; 2, matriz ; 3, preforma de metal; 4, pieza extruida .
2 . Extrusión inversa (fig . 3.44) . Es la variante más empleada . El punzón desciende con fuerza sobre la pastilla de metal depositada en el fondo de la matriz y, al chocar contra ella, el material fluye hacia arriba (en sentido contrario al avance del punzón) llegando a una altura que depende del impacto y del juego de funcionamiento . La pieza extruida permanece agarrada al punzón y es expulsada por un extractor en el retroceso. Como la extrusión en frío se efectúa a temperatura inferior a la de recristalización, el metal adquiere acritud, tanto más acusada cuanto mayor sea la deformación sufrida . Esto se traduce en un incremento de la dureza y la resistencia a la tracción, mientras que disminuyen otras propiedades . Para la extrusión en frío se emplean prensas mecánicas de fricción y de rodillera y prensas hidráulicas para piezas grandes construidas en metales resistentes ; para metales dúctiles se utilizan prensas horizontales de rodillera. Con éstas últimas se fabrican : cápsulas, tubos, envases para aerosoles, etc . 47
Fig. 3.44 Extrusiónen frío . Método inver-' so : 1, preforma, 2, punzón ; 3, matriz ; 4, '" pieza extruida ; 5, extractor .
3 .9 .2
Extrusión en caliente
El material metálico, a una temperatura comprendida entre la de fusión y la de cristalización, es comprimido fuertemente contra una matriz de forma, fluyendo a través de ella, con lo cual adquiere la forma de la sección recta del orificio de la matriz .
Fig. 3.45 Partes esenciales de una prensa de extrusión en caliente : 1, cióndro; 2, émbolo ; 3, punzón ; 4, contenedor; 5, matriz; 6, portamatriz ; 7, bastidor; 8, perfil extruido ; 9 y 11, discos lim piadores; 10, material.
La extrusión en caliente se realiza en prensas especiales, generalmente horizontales, accionadas hidráulicamente . Sus órganos de trabajo fundamentales son (fig . 3 .45) el punzón : de extruir, conectado al émbolo del cilindro principal ; el contenedor o cámara de compresión ; la matriz y el cabezal fijo donde ésta va fijada . La potencia de las prensas de extruir es considerable, llegando a las 12 000 t . Con frecuencia llevan acumuladores hidroneumáticos para aumentar la presión y la velocidad de trabajo . 3 .9 .2 .1
Procedimientos de extrusión en caliente
Son básicamente dos : prensado directo e indirecto . 1 . Extrusión directa . El tocho metálico (1) (fig . 3 .46 A) es colocado en posición por el mecanismo de carga (2) junto con un disco de empuje (3) . A continuación (fig . 3 .46 B), el punzón (4) introduce el disco de empuje y el tocho metálico en el contenedor (5), comprimiéndolos fuertemente contra la matriz (6) (fig . 3 .46C) . Como consecuencia de ello, el tocho metálico caliente se deforma plásticamente y fluye por el orificio de aquélla . En el siguiente paso, el émbolo retrocede a la posición inicial, donde se le adapta un disco limpiador (7) (fig . 3 .46 D) ; entretando, una cizalla o sierra (8), incorporada a la prensa, separa el material extruido de un residuo o culote (9) que, finalmente (fig . 3 .46E), será expulsado, junto con los discos de empuje y limpiador, por el propio punzón .
A
Fig. 3.46 Extrusión directa : A, preparación ; B, barca; C, extrusión, D, separación del culote ; E, expulsión de residuos .
2 . Extrusión inversa . El tocho metálico (1) (fig . 3 .47 A) es colocado en posición por el brazo de carga (2) e introducido en el contenedor (4) por el punzón de carga (3) . Seguidamente, se monta la matriz (5) (fig . 3 .47 B) en el portamatrices, situado delante del contenedor y no detrás (recuérdese la extrusión directa) y se cambia el punzón de carga por un punzón de extruir hueco (6) . La extrusión la realiza el punzón hueco (fig . 3 .47C) comprimiendo el tocho caliente y la matriz contra el disco de empuje (7) ; el material fluye hacia atrás, en sentido contrario al avance relativo del punzón . A continuación, cuando el contenedor ocupa la posición más adelantada, se corta el culote (8) con una sierra o cizalla (9) (fig . 3 .47D) . Después retrocede el contenedor a una posición intermedia (fig . 3 .47 E) y se coloca en la punta del punzón un disco limpiador (10) . Finalmente (fig . 3 .47F), un nuevo avance del contenedor permitirá la expulsión de la matriz junto con el disco limpiador .
48
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Fig. 3.47 Extrusión inversa : A, preparación; B, carga y colocación de la matriz ;C, extrusnn; D, separación del culote ; E, preparación final; F, expulsión de la matriz .
Estirado y trefilado
Son dos procedimientos de conformación por deformación plástica casi idénticos que consisten en hacer pasar el material de aportación por una matriz o hilera de forma determinada . La temperatura de trabajo es inferior a la de recristalización (fig . 3 .48) . La diferencia entre ambos procedimientos estriba en la finalidad perseguida : en el estirado se efectúa la reducción de la sección para obtener formas y dimensiones determinadas ; en el trefilado se desea reducir la sección (normalmente circulan al máximo . Tanto el estirado como el trefilado requieren una serie de condiciones tecnológicas que deben cumplirse inexcusablemente ; a saber :
Fig. 3.48 Deformación plástica por es-°" tirado y trefilado.
- Escalonamiento adecuado de las reducciones de sección. Por tratarse de un proceso de conformación en frío es preciso vigilar para que no se superen los límites que impone cada material, ya que la acritud adquirida provocaría la rotura de la barra o de los órganos de trabajo (fig . 3 .49) . - Construcción de la matriz o hilera, según las exigencias del trabajo. Esto implica dureza y pulido adecuados, así como un ángulo de entrada correcto (para el acero, varía entre 8 y 20°) . - Materia/ de aportación de buena calidad. superficie exterior desprovista de cascarilla .
Es decir, libre de defectos internos y con la
- Utilización del lubricante adecuado . Para disminuir el rozamiento entre la matriz y el material, lo que se traduce en un mejor acabado y en una reducción de las solicitaciones de tracción que aquél debe resistir . 3.10 .1
Proceso operativo en el estirada
A grandes rasgos es el siguiente :
- Decapado del material. Para eliminar la suciedad y los óxidos superficiales se introduce el material en una solución diluida de ácido sulfúrico o clorhídrico, lavándolo después con agua a presión . - Estirado . Antes de introducir un extremo de la barra de aportación en la matriz o hilera se afila la punta por martillada rotativa o por torneado . Después se pasa el extremo afilado a través de la matriz y se engancha al carro móvil del banco de estirar (fig . 3.50) por medio de las tenazas de que dispone .
Fig. 3,50
3.
Esquema de un banco de estirar.
Máquinas Nerrermentas 23
Fig. 3.49 Reducción escalonada de la sección en el estirado .
El estirado se realiza a notable velocidad (20 a 50 m/min) con las modernas hileras de metal duro . - Acabado. En el acabado se endereza y pule la barra estirada y se corta el extremo afilado . A veces se le da un recocido final contra actritud, aunque también puede intercalarse entre dos pasadas de estirado . Por estirado se fabrican barras calibradas de acero y metales no férreos de hasta 6 m de longitud . Los perfiles de formas diversas sirven, con frecuencia, para la obtención de piezas sueltas por troceado transversal de la barra . Los perfiles calibrados hexagonales se emplean en la fabricación de tornillos y tuercas por arranque de viruta . 3 .10.2
Proceso operativo en el trefilado
Es muy semejante al estirado y tiene por objeto la fabricación de alambre . Comprende, en esencia, las siguientes fases :
- Decapado, Los rollos de fermachine -producto básico para la obtención de alambre- deben limpiarse superficialmente, tal como se hacía en el estirado, o bien por medios mecánicos, haciendo pasar el material por varias poleas que le someten a flexiones muy agudas, lo que ocasiona el desprendimiento de la cascarilla, que es totalmente eliminada por unos cepillos metálicos . Esta operación tiene lugar de forma automática en una máquina descasca ril¡adora . - Trefilado. Una vez el material está limpio y bien engrasado, pasa al banco de trefilar (fig . 3 .51) . Esta máquina es, en esencia, una unidad autónoma, compuesta por una devanadera donde se coloca el rollo de fermachine, una bobina de arras tre que tira del alambre y lo enrolla convenientemente y la hilera de trefilar por donde pasa el fermachine y se reduce su sección .
Fig . 3.51 trefilar .
Esquema de un banco de
Ahora bien, casi nunca se construyen bancos de trefilar simples o de una sola hilera . Lo normal es que éstas se agrupen de modo ordenado, de manera que cada una ocasione una deformación más acusada hasta completar el ciclo de trefilado en una sola máquina o banco. - Acabado. El alambre así obtenido tiene una elevada acritud . Para mejorar su tenacidad se le somete a un recocido contra acritud en hornos de campana de atmósfera controlada . Este recocido se intercala en el proceso de trefilado si éste lo exige . A veces el alambre sufre un rectificado cuidadoso para eliminar los defectos superficiales y dejarlo a la medida exacta . Con frecuencia recibe acabado superficial por revestimiento : galvanizado, esmaltado, niquelado, cromado, etc. El trefilado tiene una enorme importancia industrial . Se trefilan, entre otros, el acero dulce (de bajo contenido de C) para la obtención de toda clase de alambres (ataduras, telas metálicas, etc . . .), los aceros semiduros y duros (puntas, clavos, agujas, muelles, etc. . .), los aceros aleados, el cobre, el aluminio, el bronce, etc.
3.11
Fabricación de tubos metálicos
Aunque la fabricación de tubos no constituye ningún método de conformación particular, sino que participan en ella, como se verá, muchos de los procedimientos explicados hasta ahora y otros que se estudiarán más adelante, se ha creído oportuno introducirla aquí, antes de pasar a la conformación de la chapa, dándole el tratamiento que requiere su excepcional importancia industrial . 50
Los procedimientos más extendidos para la fabricación de tubos, en sus cuatro categorías fundamentales, son : Tubos abiertos
{ Por perfilado mecánico
Tubos engrapados
{Por perfilado-engrapado mecánico
Tubos soldados
Eléctricamente Oxiacetilénicamente A tope con boquilla A tope con rodillos Fundidos (centrifugado)
Tubos sin soldadura
Perforados
Con mandril Sistema Mannesmann Mecanizados
Extruidos 3 .11 .1
Tubos abiertos y engrapados
Son tubos fabricados en frío a partir de la banda de chapa en máquinas perfiladoras . Los bordes de unión no cierran herméticamente sino que se dejan haciendo contacto a tope (fig . 3 .52) o engrapados (fig . 3 .53) ; en este caso el proceso es algo más laborioso . Como es natural, estos tubos no sirven para el transporte de fluidos ; sólo tienen aplicación en carpintería metálica . 3 .11 .2
Tubos soldados
Los tubos fabricados en frío, partiendo de banda de chapa, pueden soldarse por diversos procedimientos : 1 . Tubos soldados eléctricamente . La unión estanca de los bordes se consigue por soldadura eléctrica, ya sea por inducción o por arco . Ambos procedimientos se realizan en máquinas complejas formadas por varias unidades autónomas . Una máquina tipo consta (figu ra 3 .54) de la unidad perfiladora para doblar la chapa, la unidad soldadora propiamente dicha, la unidad enderezadora y la guillotina final para cortar longitudes adecuadas, puesto que el proceso es continuo . Los tubos soldados eléctricamente se usan para el transporte de fluidos cuya presión no supere las 10 atm y para construcciones metálicas .
Sección AA' Fig. 3.54 Tren continuo para la fabricación de tubo soldado. l, devanadera ; 2, unidades perfiladoras ; 3, hileras, 4, soldador, 5, calibrador; 6, guillotina .
2 . Tubos soldados oxiacetilénicamente. La conformación del material se realiza como en los casos precedentes ; varía únicamente el procedimiento de soldadura, ejecutado por un autómata dotado de soplete y metal de aportación . Este procedimiento suele reservarse a los tubos de gran diámetro . 3 . Tubos soldados a tope con boquilla . El material calentado previamente es introducido en una boquilla en forma de bocina (fig . 3 .55) que lo obliga a curvarse, y al apretar los bordes entre sí se produce su soldadura a tope.
Fig. 3 .55 Fabricación de tubos por soldadura a tope con hilera o bocina .
-Ki
51
4 . Tubos soldados a tope con rodillos. Es un procedimiento (fig . 3 .56) más perfecto que el anterior y adecuado para fabricar tubos de mayor diámetro . La conformación de la banda de chapa caliente la realiza un tren perfilador ; luego, unos rodillos soldadores sueldan por presión los bordes del tubo a tope o a solape, según los casos .
Fig. 3.56 Fabricación de tubos soldados a tope por medio de rodillos de conformación progresiva .
3.11 .3
Tubos sin
soldadura
Tal como su nombre indica, son tubos sin costura y, en consecuencia, toda su sección recta tiene una calidad homogénea . Son aptos para el transporte de fluidos a presión superior a las 10 atm y a muy altas presiones en algunos casos (tubo hidráulico) . Se emplean mucho como material de base en la fabricación de piezas por arranque de viruta . Los procedimientos seguidos para su elaboración son los siguientes : - Tubos fundidos. Casi siempre centrifugados . Son un ejemplo característico los tubos de fundición de hierro para conducción de agua y alcantarillado .
- Tubos perforados (sistema Mannesmann). Es un procedimiento muy ingenioso basado en la compresión de una barra (2) en estado plástico entre dos cilindros (3) de ejes no paralelos (fig . 3 .57) que giran en el mismo sentido y hacen avanzar al tubo formado . Esto origina un flujo circular del material que crea en el centro de su masa un agujero que va agrandándose progresivamente . Al mismo tiempo un punzón calibrador (1) lo ajusta al diámetro apropiado . Posteriormente son necesarios nuevos calibrados de acabado en bancos a propósito para afinar y terminar los tubos . - Tubos mecanizados . Se parte de un macizo que se taladra con broca o barrena . Tiene escaso interés por ser un método antieconómíco . Fig . 3.57 Fabricación de tubos sin soldadura por el precedimiento Mannesmann .
- Fabricación de tubos por medio de rodillos cónicos. Es un procedimiento semejante al sistema Mannesmann con la diferencia de que el avance del tubo se realiza por medio de discos cónicos en lugar de rodillos . - Tubos sin soldadura fabricados por extrusión . Es un sistema muy adecuado para fabricar tubos de aleación ligera o aleaciones de cobre . Se realiza por extrusión directa en caliente . Una vez extruido, el tubo se desoxida y se trefila en frío .
3.11 .4
Calibrado de tubos
Los tubos sin soldadura laminados en caliente carecen de la precisión necesaria en muchos casos . Para conseguirla hay que someterlos a un acabado en un banco de estirar o en un laminador de paso de peregrino .
Fig . 3.58
Calibrado de tubos por estirado, con mandril .
En el primer caso (fig . 3 .58) se hace pasar el tubo por una matriz de estirado que calibra el diámetro exterior, mientras que el interior se obtiene por la acción simultánea de un mandril . El laminador de paso de peregrino (fig . 3 .59) está formado por dos rodillos de garganta de ancho variable y cuya sección recta no es circular, sino que tiene forma de leva . El laminado (en frío) se efectúa en dos etapas : la primera comprende el avance del tubo y de la barra interior (fig . 3 .59A), y la segunda consiste en el laminado efectivo del exterior del tubo, que se alarga en sentido contrario al de su avance (figs . 3 .59 B, C y D) .
B
Fig. 3.59
3 .12
C
D
Funcionamiento del laminador de paso de peregrino .
Troquelado de la chapa
El corte de la chapa por troquel se efectúa con un utillaje especial, compuesto esencialmente de una matriz y un punzón que ajusta en ella (fig . 3 .60) . Las partes principales de que consta un troquel cortador son (fig . 3 .61) : mango o vástago portapunzones (1 ) ; placa de freno o de tope de los punzones (2) ; placa portapunzones (3) ; punzones (4) ; placa guía de los punzones o extractor (5 ) ; banda de material (6) ; guías laterales (7 A) ; tope retensor (S) ; placa matriz (9) ; base o placa portamatriz (10) ; columnas de guía (11) ; muelles (12) ; tornillos (13) y casquillos de guía (14) . 52
Fig. 3.60
Fig. 3.62 Troq(,,' doblador con ma'í' basculante : A, esque ma ; 8, pieza fabri da .
Secuencias de la operación de troquelado .
7,9
pieza
7A
7A
matriz
Fig. 3.63 embutir.
Esquema de un troquel
Fig. 3.64
Embutición progresiva .
Fig. 3.65 una pieza.
Proceso de embutición ; o r
7,4
Fig. 3.69
Troquel cortador.
El troquel de la figura se llama de corte progresivo porque los punzones entran en acción sucesivamente sobre un punto de la tira de chapa, a medida que ésta avanza a través del troquel . 3 .13
Doblado y curvado de chapa con troquel
El doblado consiste en transformar una chapa plana en otra de perfil diverso sin variación de su espesor (fig . 3 .62) . El curvado es una variante del doblado y se llama así porque el perfil obtenido es curvilíneo . 3.14
Embutido de chapas
El embutido a máquina es una variante del estampado. El embutido de la chapa consiste en darle una forma ahuecada, por deformación de la chapa, tal como vasos, cartuchos, etc ., o en general, la forma de una superficie cualquiera no desarrollable (fig . 3.63) . Se efectúa por medio de troqueles o estampas de embutir. El embutido, según los casos, se puede hacer en frío o en caliente . Cuando se hace en frío, si la superficie se aparta mucho de la forma plana, suele hacerse la embutición en dos o más operaciones sucesivas entre las cuales se da un recocido intermedio para eliminar la acritud producida por la operación anterior (fig . 3.64) . Estas operaciones se realizan en prensas. En la figura 3.65 se ha representado gráficamente el proceso de embutición de una pieza sencilla . 3 .15
Abombado
Las estampas de abombar ensanchan las partes inferiores de recipientes previamente embutidos (fig . 3.66) . 53
primera operación
Fig. 3.66
3 .16
segunda operación
Troquel de abombar.
Reducido
Esta operación consiste en disminuir el diámetro de una pieza en una parte de su longitud (fig . 3.67) .
placa
pieza Primera operación
Fig. 3 .67
3.17
Troquel de reducir .
Acuñado
Es la operación por la cual se produce un relieve en una pieza por medio de una estampa (fig . 3 .68) (recuérdese el acuñado de monedas) . pieza
r
/iL19 .y1~~~1 IIS49r
NR~O1.
Fig . 3.68
1
a-
3.18
Procedimientos de soldadura
La soldadura es un procedimiento de unión permanente entre metales, producido con aportación de calor, con o sin presión, y con aportación de metal o sin ella . Sus ventajas principales son la estanquidad, la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión y el escaso volumen que ocupa . Las variedades más importantes son : -
rx~í%
Acuñado de una pieza .
Soldadura blanda y fuerte . Soldadura autógena . Soldadura eléctrica por arco . Soldadura eléctrica por resistencia . Sistema de gas inerte (sistema WIG y MAG) .
Los sistemas de soldadura blanda y fuerte, autógena y eléctrica y soldadura eléctrica por resistencia se explicaron en cursos anteriores . La forma de unir las piezas por soldadura se puede ver en el apartado 5.4 de Técnicas de Expresión Gráfica 2.3 . Metal. Con la unión por soldadura de piezas sencillas se pueden confeccionar piezas de forma complicada con un ahorro considerable de material . 3 .18 .1
®xicorte
El corte de los metales puede realizarse por la acción de un chorro de oxígeno sobre una delgada franja de material previamente calentada a lo largo de la línea de corte. 54
El oxicorte puede realizarse de forma manual o de forma automática ; el oxicorte de forma manual se explicó en cursos anteriores . - Oxicorte automático . El oxicorte puede realizarse a máquina (fig . 3.69) . El cabezal de corte va montado sobre un carro que se mueve sobre unas guías. Dicho carro lleva un cabezal lector que recorre el contorno de una plantilla. Los movimientos del cabezal lector se transmiten al órgano de corte, que actúa sobre la chapa o material a cortar, reproduciendo con precisión la forma de la plantilla . Para grandes producciones se emplean máquinas de cabezales múltiples. 3 .18.2
Soldadura automática por arco
Hay diversos procedimientos, según sea el cabezal soldador o las piezas a soldar las que se desplacen . La soldadura por desplazamiento del cabezal soldador tiene un carro móvil con una bobina de varilla metálica desnuda, que actúa de metal de aportación, y un depósito de fundente granulado, que se va depositando en el punto preciso (fig . 3.70) . Tanto el carro como el electrodo continuo, tienen movimiento automático . Hay otros sistemas en los que el cabezal es fijo, mientras las piezas son accionadas por un mecanismo de traslación . 3 .18.3
tolva
bobina del electrodo -
Métodos especiales de soldadura por arco
Modernamente, para casos difíciles, para lograr mayores rendimientos o para lograr mayor velocidad, se emplean algunos sistemas en los que se utiliza un gas protector en vez de los desoxidantes . Este gas desplaza del lugar de la soldadura al aire ambiente, evitando así la oxidación de la soldadura .
fundente
1 . Sistema de gas inerte o sistema WIG. Un electrodo de wolframio o tungsteno sirve para producir el arco (fig . 3.71) ; este electrodo se desgasta muy lentamente . El metal de aportación se suministra a mano, igual que se hace al soldar con el soplete de gas . El gas protector se hace salir alrededor del electrodo de tungsteno . Se emplea, ordinariamente, gas argón que es inerte . La figura citada presenta el esquema de una boquilla del sistema WIG . (WIG = Wolframio-/nerte-Gas) .
pieza,
Fig. arco .
3.70
Soldadura automática po,
2. Sistema MAG. Este método (fig . 3.72) difiere del WIG en que el electrodo es la misma varilla de aportación (al igual que el electrodo en el sistema convencional) . Esta varilla puede ser de diámetros comprendidos entre 0,8 mm y 2,4 mm ; se alimenta automáticamente con una velocidad adecuada . El gas protector suele ser CO Z, que resulta muy barato . También puede emplearse una combinación de varios gases. El gas se hace llegar por la misma boquilla en el mismo punto de la soldadura. En la figura citada se representa una boquilla MAG (MAG = Metal-Activo-Gas) . 3.19
Procedimientos especiales de conformación
Algunos procedimientos de conformación escapan a una clasificación convencional, ya sea por la misma naturaleza del sistema, ya sea por su carácter novedoso o su empleo muy especializado . Entre ellos se estudiará la sinterízación, la electroerosión y el mecanizado por ultrasonidos . 3.19.1
Fig. 3.71 Soldadura en atmósfera gas inerte (WIG).
d
Sinterización
Es un procedimiento de conformación que pertenece al campo de la pulvimetalurgia o metalurgia de los polvos metálicos. Consiste en la obtención de piezas por medio del prensado de polvo metálico muy fino en moldes adecuados y su posterior calentamiento por debajo del punto de fusión . El proceso se divide en tres partes : - Fabricación de los polvos metálicos. - Compresión en frío de los mismos dentro de moldes especiales . -- Sinterízado de las piezas obtenidas . 1 . Fabricación de los polvos metálicos. Existen dos procedimientos básicos : mecánicos y físico-químicos . Los métodos mecánicos son, a su vez : el molido, empleado para quebrantar los metales frágiles en molinos de bolas o martillos ; la atomización, a base de dirigir un chorro de aire o agua a presión sobre una masa 55
fig. 3.72 Soldadura tegida (MAG) .
en atmósfera pro
metálica fundida ; el pulverizado, obtenido por proyección violenta de un chorro de metal líquido sobre un disco irregular que gira a gran velocidad. Los procedimientos físico-químicos son la electrólisis y la reducción de óxidos. El primero consiste en la obtención de partículas metálicas por electrólisis que se depositan en el fondo del baño ; el producto resultante se muele con gran facilidad . El segundo presupone la fabricación de óxidos metálicos, casi siempre más frágiles que el metal base, que se pulverizan por medios mecánicos. El polvo de óxido se reduce con hidrógeno u óxido de carbono . Es el único procedimiento que permite obtener polvos de tungsteno y molibdeno. Hay todavía otros procedimientos, pero son de aplicación especial .
Fig. 3.73 Prensa hidráulica MEYER para la compresión en frío de polvos metálicos.
2. Compresión en frío de los polvos . Se realiza en moldes metálicos por medio de prensas hidráulicas (fig . 3.73) . La compresión produce un efecto parecido a la soldadura en frío . La pieza obtenida tiene una densidad menor que sus componentes ; esta densidad, que se puede llamar aparente, depende de la presión de trabajo . También ocurre que su distribución no es homogénea ; es decir, las partes cercanas a los punzones son más compactas que las del interior de la pieza . Las prensas empleadas llevan aparatos dosificadores para servir la cantidad de material necesaria en cada compresión . La pieza resultante es expulsada por efecto de un sistema hidráulico o neumático situado en la base del molde . En la figura 3 .74 se puede observar el proceso de fabricación realizado por este procedimiento . 3 . Sinterizado . Las piezas preformadas por compresión en frío tienen escasa consistencia y no pueden emplearse tal cual . Para mejorar sus propiedades las piezas deben calentarse a una temperatura estudiada o temperatura de sinterización . El sinterizado consiste en la únión íntima de las superficies de contacto de los granos, hasta conseguir una recristalización total, de forma que cada partícula pierde su identidad para diluirse en una estructura global totalmente nueva, sin llegar, en ningún caso, a la fusión del metal. La sinterización se efectúa en hornos continuos de atmósfera controlada, para impedir la oxidación de las piezas . Para alcanzar una mayor compactación, en algunos casos ésta se realiza de modo simultáneo con la sinterización . Sin embargo el utillaje, que debe ser refractario, es muy caro . Después del sinterizado las piezas son sometidas a ciertas operaciones de acabado y tratamientos térmicos, si así lo exige la función de las mismas . 4 . Aplicaciones de los materiales sinterizados . carse las siguientes :
Fig. 3.74
Compactación de los polvos metálicos.
Entre otras, merecen desta-
- Piezas difíciles de obtener por moldeado, estampación o mecanizado . Piezas de composición muy ajustada (no se olvide que el sinterizado permite dosificar exactamente los porcentajes de cada elemento) . - Plaquitas y piezas de metal duro, imanes, etc . - Cojinetes autolubricados . Tienen naturaleza porosa ; esto permite la impregnación del cojinete con aceite lubricante, hasta un 30 % de su volumen, por inmersión en baño y al vacío . - Piezas en grandes series cuando es plenamente rentable la fabricación de los moldes necesarios . En la figura 3.75 se muestran piezas diversas obtenidas por sinterización.
Fig. 3.75 Piezas diversas obtengas por sinterización
56
3.19 .2
Electroerosión
El mecanizado por electroerosión consiste en la eliminación de partículas de material electroconductor por la acción de descargas eléctricas . Estas descargas eléctricas se producen entre un electro-útil y la pieza, sumergidos en un líquido dieléc trico, de forma que se produce un hueco en el material con la forma exacta del electroútil . 1 . Principio físico de funcionamiento. El principio físico en que se basa es el arco eléctrico que salta entre dos polos, representados por la pieza y el electroútil (fig . 3 .76), conectados a un generador de corriente continua que a través de una re sistencia R carga un condensador en paralelo C. Cuando la tensión alcanza un determinado valor, se produce la descarga e inmediatamente vuelve a iniciarse el ciclo .
Fig. 3.76 Esquerna de funcionarnientde la electroerosionadora . ,.
2. Descripción de una máquina de electroerosión . Las máquinas de electroerosión son máquinas muy precisas ; su disposición exterior es la de la figura 3 .77 A . Lo esencial de las mismas son los carros, la cubeta de trabajo, el cabezal, el husillo porta-útiles rotativo, el motor de ajuste y la bancada, con todos los dispositivos de generación eléctrica de alta frecuencia . El cuadro de mandos permite controlar el avance automático, la profundidad alcanzada (con detención automática), el nivel y temperatura del dieléctrico, etc . . . 3 .19.3
Mecanizado por ultrasonidos
Se basa (fig . 3 .78) en la acción desgastadora producida por partículas abrasivas proyectadas por la vibración de un útil metálico que avanza contra la pieza con una pequeña presión, rigurosamente constante . La vibración es de alta frecuencia y poca amplitud ; las partículas abrasivas están contenidas en una mezcla con agua o petróleo y suelen ser de óxido de aluminio o carburo de silicio. El desgaste interior del útil es importante pero casi nulo lateralmente ; la precisión dimensional alcanzable es de 0,005 mm . Fig. 3.77 Electroerosionadora ELt-' RODA : l, bancada, 2 y 3, carros ; 4, ct_ beta ; 5, portaútil; 6, cabezal; 7, órgano' 3 de control.
CUESTIONARIO 3.1 Clasificación general de los procedimientos de conformación por moldeo . 3.2 Moldeado en arena . Descripción del proceso seguido en una pieza sencilla . 3.3 Sistemas de colada . 3.4 Empleo de machos en el moldeado . 3.5 Indicar los procedimientos especiales de moldear . 3.6 Máquinas empleadas en la fundición a presión . 3.7 Máquinas empleadas en el forjado mecánico . 3 .8 Clases de estampado . 3.9 Indicar y describir los diversos tipos de laminadores . 3.10 Sistemas de extrusión . 3 .11 Utillaje empleado en la extrusión. 3.12 Diferencias entre estirado y trefilado . 3.13 Procedimientos de fabricación de tubos soldados . 3.14 Procedimientos de fabricación de tubos sin soldadura. 3.15 Procedimientos de estampado de la chapa . 3.16 Indicar los procedimientos generales de soldadura. 3.17 Empleo del oxicorte en la preparación de piezas en 3.18 Métodos especiales de soldadura por arco . Explicar de los sistemas WIG y MAG. 3 .19 Sinterizado . Proceso general . 3.20 Sistemas físico-químicos para la obtención de polvos metálicos. 3.21 Fundamentos físicos de la electroerosión . 3.22 ¿En qué consiste el mecanizado por ultrasonidos?
TEMAS A DESARROLLAR POR EL ALUMNO 1 . A propuesta del profesor -que presentará varias piezas sencillas- estudiar los posibles sistemas de fabricación que podrían emplearse en cada caso . Comparar dificultades y costos estimados y sugerir, si fuera oportuno, las modificaciones a introducir en el diseño de las piezas para hacer posible un determinado procedimiento de fabricación sin alterarla en lo fundamental. 57
Fig. 3. 78 Mecanizado por ultrasonido: 1, oscilador ; 2, transductor o transformador de resonancia ; 3, núcleo de che:-pas de níquel, 4, arrollamiento eléctrico 5, cono de transmisión ; 6, núcleo df magneto estrictos; 7, sonotrodo ; borraba ; 9, líquido con abrasivo ; 10, p; . lanca; 11, piñón.
Tema 4.
Máquinas herramientas . Elementos constructivos de carácter general
EXPOSICIÓN DEL TEMA La clasificación de las máquinas herramientas admite numerosas soluciones . Todas ellas válidas, según sean los criterios utilizados en cada caso . No obstante, al margen de la división efectuada, siempre es posible establecer unas partes comunes a todas las máquinas herramientas, con independencia de sus múltiples formas constructivas. 4.1
Elementos constructivos
Los componentes de las máquinas herramientas pueden agruparse de la siguiente manera : - Elementos de sustentación . Son los que actúan de soporte de todo el conjunto y permiten asentar sólidamente la máquina . A este grupo pertenecen : la bancada, la base, el montante, etc . - Elementos móviles. Se apoyan en los elementos de sustentación a través de diversos sistemas de guiado y sobre ellos se instalan, con frecuencia, las piezas a mecanizar . Entre los principales elementos móviles cabe citar los diferentes carros de las máquinas . - Elementos de accionamiento . Proporcionan la energía necesaria para realizar el trabajo encomendado. Actualmente, la mayoría de ellos son -motores eléctricos. - Elementos de transmisión. Son los órganos que transmiten o transforman el movimiento de accionamiento . Pueden ser mecánicos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos y electrónicos . - Elementos de mando. Permiten controlar, automática o manualmente, el movimiento de la máquina y la carrera de trabajo .
- Elementos accesorios . Son los que actúan de elementos complementarios y sirven para realizar funciones secundarias, tales como refrigeración, iluminación, alimentación, etc . El estudio comparativo de las máquinas herramientas según los grupos indicados permite un conocimiento profundo y, a la vez, una interesante visión general de aquellas, en lo que atañe a los órganos componentes, tarea que se va a realizar en los puntos sucesivos con la atención requerida . 4 .2
Bancadas
Las bancadas o bastidores son los elementos de sustentación más característicos . Su importancia es fundamental para el correcto funcionamiento de la máquina herramienta . 58
La forma y dimensiones de una bancada se determinan considerando su rigidez, estática y dinámica, la invariabilidad, la facilidad de mecanización y montaje, la comodidad de empleo y también los factores estéticos. 4.2 .1
Rigidez de una bancada
Se comprende fácilmente que una bancada que se deforme por efecto de las fuerzas originadas durante el trabajo de la máquina, será la principal responsable del mecanizado defectuoso que se produzca . Por consiguiente, la forma y dimensiones de una bancada obedecen mucho más a la necesidad de limitar las deformaciones a valores muy pequeños que a razones de resistencia mecánica . Dichos valores están muy por debajo de los que se admiten en la construcción corriente . Las bancadas de las máquinas herramientas están sometidas, casi siempre, a solicitaciones compuestas de flexión y torsión, lo que hace recomendable la sección anular o tubular en forma de cajón cerrado, provisto de nervaduras longitudinales y transversales (fig . 4.1) . Casi siempre es necesario construir bancadas con aberturas diversas, lo que reduce la rigidez de las mismas y obliga a emplear tapas atornilladas con objeto de que la pérdida sea mínima . La ejecución de bancadas de una sola pieza no es siempre posible y, en este caso, hay que construir varios elementos ensamblados por medio de pernos y pasadores de referencia (fig . 4.2) . La rigidez de la máquina depende, además de la bancada, de la solidez y perfección del apoyo de la misma en el suelo . Es necesario que dicho apoyo o fundación sea de hormigón y que el enlace con la bancada se realice con pernos de empo tramiento adecuado, previa verificación de las condiciones de equilibrio con un nivel de precisión. La rigidez dinámica (resistencia a la vibración), se obtiene con un buen diseño de la bancada y con el empleo de material adecuado . En este sentido, la fundición es muy conveniente por tener un módulo de elasticidad bajo . También dan buenos resultados los apoyos elásticos, especialmente en montajes ligeros (Ver tema 9) . 4 .2 .2
Bancada de un torno.
Invariabilidad
Es una cualidad complementaria de la rigidez y se refiere a la permanencia de la precisión dimensional y geométrica de la bancada. Por esta razón, es indispensable someterla a tratamientos térmicos, previos a la mecanización definitiva, que eliminen las tensiones internas producidas en la colada -en el caso de bancada de fundición- o por el proceso de soldadura -caso de bancada soldada- . Las variaciones ocasionales, como consecuencia de las dilataciones que origina una fuente de calor, pueden llegar a ser importantes. De ahí la necesidad de refrigerar los mecanizados duros y de separar los depósitos de aceite -en las máquinas con equipo oleóhidráulico- del bastidor, para que el calor del fluido no se transmita a la máquina . 4.2 .3
Fig. 4. 1
Fig. 4.2 Bancada compuesta de unafresadora : 1, base o zócalo ; 2, cuerpo .,
Finalidad de construcción y empleo
El material más empleado en la fabricación de bancadas es la fundición de base perlítica . El uso de la fundición permite obtener secciones cerradas y de formas complicadas con relativa facilidad . Es resistente al desgaste y se mecaniza con facili dad . Además puede adquirir temple por inducción o soplete (46 = 55 HRc), lo que resulta muy ventajoso cuando se trata de obtener guías de alta fiabilidad en el mismo cuerpo de la bancada. Cuando se trata de prototipos o de máquinas especiales suele preferirse la construcción soldada porque evita la fabricación de los modelos que requiere la fundición y también permite una reducción de peso como ventaja adicional. En muchos casos, principalmente en tamaños grandes, la bancada se despieza en varias partes para facilitar el mecanizado, el montaje y el transporte de la máquina . La bancada adopta en cada ocasión la forma más conveniente, según el trabajo que debe realizar la máquina en cuestión . Por lo tanto, debe valorarse la facilidad de acceso a los carros y a los cabezales que llevan las herramientas, el volumen y peso de las piezas, la evacuación de virutas y de refrigerante, etc . (fig . 4.3) . 59
Fig. 4.3 Bancada racional de un torno copiador .
4 .2 .4
Protección de las guías de las bancadas
Para proteger las guías de las bancadas de la suciedad y evitar que se introduzcan partículas de virutas procedentes del mecanizado, las partes móviles de las máquinas van provistas de unas protecciones de chapa que actúan de forma telescópica ; es decir, que se recogen o estiran adaptándose a los recorridos de las partes móviles de la máquina. 4 .3
Guías
Las guías que llevan las bancadas para conducción de los órganos móviles deben reunir un gran número de cualidades para desempeñar correctamente su misión ; a saber : elevada resistencia al desgaste, bajo coeficiente de rozamiento, carga específica reducida, buen acabado, protección eficaz contra la suciedad y las virutas y posibilidad de ajuste, entre otras . Según las características del rozamiento entre las partes pueden dividirse en : guías de deslizamiento y guías de rodadura . Ambas son siempre rectilíneas, salvo casos excepcionales . 4 .3 .1
c
Fig. 4.4 Tipos de guía ; A, circular; B, plana; C y D, prismática ; E y F, en cola de milano .
Guías de deslizamiento
Tal como su nombre indica, la conducción se verifica por deslizamiento de una parte sobre otra . El perfil transversal de las guías debe elegirse en función de la dirección y magnitud de las fuerzas que actúan sobre ellas, valorando, al mismo tiempo, otros factores no menos notables, como son el espacio disponible, la exactitud de deslizamiento, el proceso de mecanización y la posibilidad de lubricación y pr,atección . La figura 4.4 muestra los tipos de guía clásicos . La guía redonda (fig . 4.4A) es de fácil ejecución ; puede absorber fuerzas en todos los sentidos, aunque para guiar un carro deben instalarse dos de ellas o bien montar un elemento que impida el vuelco (lengüeta o similar) . La guía plana (fig . 4.4 B) es capaz de absorber esfuerzos mayores y también es de fácil mecanización ; cuando intervienen fuerzas laterales hay que prever apoyos verticales que impidan el desplazamiento en este sentido . Las guías prismáticas (fig . 4.4 C y D) son autoajustables, pero también necesitan seguro contra el vuelco y su mecanización es difícil . Para absorber bien la fuerza de corte suele darse a la cara activa una inclinación de 15° a 30°, aun cuando el menor desgaste se presenta a los 45° . No obstante, la excesiva profundidad de la ranura debilita los carros y, por ello, hay que tomar precauciones y sobredimensionar las zonas afectadas . Hay que decir que una conducción sobre dos guías prismáticas está hiperdeterminada y, en consecuencia, no se puede lograr un contacto perfecto en las cuatro caras. Para evitar dicho inconveniente se acostumbra a combinar una guía prismática y otra plana ; la guía prismática recibe el esfuerzo de corte, mientras que la plana actúa solamente de apoyo. Las guías en cola de milano (figs. 4.4 E y F) ocupan poco espacio y por ello se emplean en pequeños carros ; como contrapartida, son de difícil mecanización . 4 .3 .2
Material y construcción de las grúas de deslizamiento El material de las guías suele ser idéntico al de la bancada, si ésta se construye de fundición adecuada . En caso contrario, y también en bancadas de acero soldado, se emplean guías postizas de acero aleado, tratado y rectificado que se atornillan en el bastidor . A veces se recurre a guías con recubrimiento plástico, especialmente en grandes máquinas . El desgaste de las guías aumenta proporcionalmente con la presión superficial . Por este motivo, el valor de la presión media no debe ser muy elevado, admitiéndose un máximo de 15 kgf/cmz para lubricación por aceite . 4.3 .3
Guías de rodadura
Para disminuir las pérdidas por rozamiento se construyen guías provistas de jaulas de bolas, rodillos o agujas . En este caso las guías deben tener la dureza suficiente para que los cuerpos rodantes no dejen huellas impresas ; si esto no puede garantizarse hay que interponer bandas de acero tratado (fig . 4.5) . Este tipo de guías suele emplearse en máquinas herramientas de precisión y también en máquinas herramientas de gran tamaño y elevadas características . 60
Corte8-8
carrera C
-
Corte A -A
J
Fig. 4.5 Guías de rodadura plana por jaulas de agujas .
4 .3 .4
2
lm
A tope intermedio
tope de fin de carrera
regleta cónica para la regulación del juego
Ajuste del juego
Para evitar los efectos nocivos del desgaste, todas las guías deben disponer de un sistema de regulación del juego que permita recuperar las condiciones iniciales de funcionamiento . La mayoría de los dispositivos de regulación se basan en la acción de una regla o listón introducido en la guía, entre el carro y la bancada, cuyas caras activas tienen la misma forma o perfil que la guía . Dicha regla se reajusta maniobrando una serie de tornillos dispuestos en el carro (fig . 4.6) . La sección del listón o regla puede ser constante (listón recto), con lo cual el ajuste del juego es muy difícil o bien, y este es el caso habitual, el listón tiene forma de cuña (fig . 4.7), lo que le proporciona un ajuste perfecto en toda su longitud ; la introducción del listón se consigue mediante la acción del tornillo de cabeza que se observa en la figura citada . El listón de ajuste se coloca en el lado del carro donde no actúa la fuerza de corte con la finalidad de que ésta actúe siempre sobre la guía fija . 4.3 .5
Guía ajustable .
Fig. 4.6
Fig. 4.7 Guía ajuste cónica .
de
Bloqueo de los carros
Para evitar las vibraciones que se originan como consecuencia del juego de funcionamiento de los carros es preciso bloquear, durante el trabajo, aquéllos que deban permanecer en reposo . Con dicho bloqueo, se asegura, por consiguiente, la precisión y calidad del mecanizado . Los órganos de bloqueo suelen ser relativamente sencillos, basados en la acción de acuñamiento o en la presión directa (fig . 4 .8) y son de accionamiento manual, aunque también los hay hidráulicos, sobre todo en máquinas de grandes dimensiones . 4 .4
Elementos de accionamiento
La mayoría de los elementos de accionamiento son motores eléctricos en sus diversas variedades, aunque también se emplean motores neumáticos y oleohidráulicos, ya sean rotativos o de movimiento lineal (cilindros) . Las potencias necesarias no son muy elevadas, al igual que los pares de arranque . Los esfuerzos para cada gama de trabajo presentan pocas oscilaciones, lo que permite hablar de gran estabilidad de marcha . Por el contrario, son muy frecuentes los paros y arranques cuando las operaciones son de corta duración, lo que provoca exigencias muy elevadas en los sistemas de arranque y frenado. Las máquinas herramientas primitivas -hasta fechas recientes es un hecho cierto- se alimentaban de una fuente de energía común . La tendencia actual es la propia ; de individualizar la fuente motriz, de forma que cada máquina tenga la suya incluso las máquinas actuales disponen de varios motores que cumplen misiones distintas . 4 .4 .1
Motores eléctricos
Los motores eléctricos más empleados son los asíncronos trifásicos, entre otras razones por su fácil montaje, costo reducido y seguridad de funcionamiento . El estator o inductor (4) (fig . 4.9) es una cámara cilíndrica compuesta por un bloque de chapas provistas de entallas para alojar las bobinas que descansan en un soporte (1) de fundición o aleación ligera . El rotor o inducido (3) es un cilindro de chapa y aluminio montado sobre el árbol motor (2), conectado normalmente en cortocirtricuito . Al aplicar en los extremos del bobinado (placa de bobnas) una corriente electromorotor una fuerza fásica se produce un flujo magnético que induce en el origina . triz, la cual crea a su vez un campo magnético opuesto al campo que lo 61
c
Fig. 4.8 Algunos sistemas de bloqueo : A, por cuña ; B, por excéntrica ; C, por palancas articuladas y tensor . 5
p e,
3s"""" 1!". sai. s33fe,3,13 :"ü3¡slü3,; "" . issss ." 3e!l33131: : :333333333~i1j3:33::: : """ :a::ssss::::a33lil333!!!iil3il3!!3 ü3 :i a .11..:
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Fig. 4.9 Esquema de un motor asíncrono trifásico : 1, carcasa; 2, árbol; 3, rotor; 4, estator ; 5, caja de bornes; 6, ven-' tilador .
4
5
7 8
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Fig. 4. 10 Esquema de un motor eléctrico de corriente continua : 1, árbol; 2, escobillas ; 3, colector; 4, caja de bornas ; 5, estator; 6, rotor; 7, ventilador; 8, car casa .
Debido a esto, los conductores del rotor giran siguiendo el flujo giratorio del estator, haciendo girar el rotor y transformando la energía eléctrica en energía mecánica . La velocidad del motor depende, además de la frecuencia de la red, del número de polos del estator (2, 4, 6, 8. . .) y disminuye con el número de éstos . Las bobinas pueden conectarse en estrella (Y) o triángulo (0), variando la posición de los extremos de los conductores sobre la placa de bornes, lo cual tiene mucha importancia en el comportamiento del motor en el arranque . Como se sabe, la permuta de dos fases cualesquiera produce la inversión del sentido de giro del motor. Los motores eléctricos de corriente continua han adquirido últimamente gran importancia debido a la relativa facilidad con que su velocidad puede ser modificada en marcha y sin escalonamientos . Su construcción (fig . 4.10) es parecida a la del motor asíncrono trifásico estudiada . La conexión de los electroimanes del inductor presenta varias posibilidades : en serie con el inducido (motor serie); en paralelo (motor shunt) ; o mixta (motor compound). La conexión en derivación (shunnl es la más utilizada en máquinas herramientas . El motor compound se emplea en máquinas de elevado par de accionamiento (cepilladoras, cizallas, etc .) . 4.4 .1 .1
El arranque en los motores
Los motores asíncronos de jaula de ardilla (rotor en cortocircuito) y baja potencia admiten el arranque directo . El sistema de arranque normal es el llamado estrella-triángulo Consiste en conectar el motor en estrella durante un breve período para reducir al mínimo la intensidad de la corriente absorbida que, de hacerse directamente, sería de 5 a 7 veces superior a la nominal, para después, una vez el motor lanzado, pasar a la conexión en triángulo, quedando conectadas las fases a la tensión de la red . El arranque por eliminación de resistencias estatóricas se emplea en condiciones de bajo par de arranque . El arranque por autotransformador se usa sólo para potencias superiores a 80 kW . El motor asíncrono de rotor bobinado se arranca por eliminación de resistencias rotóricas, ya manualmente, ya automáticamente, por relés temporizados . Los motores de corriente continua de pequeña potencia pueden arrancar conectándolos directamente a la red . Los motores de mediana y elevada potencia deben arrancar con precaución, intercalando una resistencia variable (reóstato de arranque) . 4 .4 .1 .2
Frenado de motores
Si se trata de motores de corriente continua puede recurrirse al frenado reostático, cortando la alimentación del inducido y conectando el motor a los bornes de una resistencia ; así, la velocidad de frenado se regula maniobrando el reóstato . El frenado puede hacerse también por contracorriente, invirtiendo el sentido de la corriente de alimentación . El aumento de la intensidad absorbida se controla por medio de una resistencia intercalada en el circuito ; el frenado que se obtiene es muy brusco . Los motores de corriente alterna asíncronos suelen frenarse por medio de un freno electromagnético incorporado al motor (este sistema es válido también para c .c .) . Consiste esencialmente (fig . 4 .11) en dos discos de material apropiado, en un electroimán y en un resorte regulable . Cuando el motor está funcionando el electroimán (1) mantiene los discos (3-2) separados; pero al cerrar la corriente se desactiva el electroimán y el disco de frenado (3) impulsado por el resorte (6) presiona fuertemente al disco gemelo (2) montado sobre el árbol motor (7), provocando el frenado. 4.4 .1 .3
Fig. 4. 11 Freno electromagnético de un motor: 1, electroimán; 2 y 3, discos; 4, armadura ; 5, carcasa; 6, muelle ; 7, árbol motor.
Utilización de los motores
En las máquinas herramientas el empleo de los motores eléctricos se encamina principalmente a la obtención de los movimientos de avance y los movimientos de los husillos . En los movimientos de avance, los motores deben ser estables a baja velocidad, tener una amplia gama de velocidades y ser capaces de grandes aceleraciones y deceleraciones . Para el movimiento de los husillos interesa un motor fiable, resistente, estanco y equilibrado, capaz de soportar grandes velocidades de rotación . 62
Motores neumáticos e hidráulicos máquinas herramientas . Los motores rotativos de esta clase se utilizan poco en muchísimo para obtener moemplean En cambio, los motores líneales o cilindros se vimientos de avance . de no poder gaLos cilindros neumáticos tienen el inconveniente importante del aire, lo compresibilidad alta rantizar un avance constante y preciso debido a la el avance que permita de regulación hidráulico que obliga a incorporar un sistema neumáticos los cilindros velocidad de campo de neumática . El regular de la unidad oscila entre 0,1 y 10 m/s. citado y, en consecuencia, Los cilindros hidráulicos carecen del inconveniente con relativa facilidad . Además, dos de ellos movimiento de se puede sincronizar el obtener elevadas potencias con montajes las altas presiones de trabajo permiten muy reducidos . supone, como ventaja no El empleo de cilindros neumáticos y oleohidráulicos ahorro en los cosdesdeñable, la simplificación de mecanismos con el consiguiente tos de fabricación y mantenimiento . estos sistemas requiere la insNo obstante, hay que tener presente que el uso de como de generadores de fluido talación de una red independiente en cada caso, así a presión (compresores, bombas hidráulicos . . .) . 4 .4 .2
4 .5
Elementos de transmisión
órganos receptores por meLa energía producida por el motor se transmite a los . dio de una cadena cinemática más o menos compleja como sigue (fig . 4.12) . El Un esquema muy sencillo del camino de la energía es velocidades a través de un emcaja de pasa a la movimiento generado por el motor universal de un el plato por ejemplo, que puede ser, al receptor brague y de aquélla medio de una dese logra por torno . Por otro lado, el movimiento de la herramienta a través herramientas) (carro porta receptor rivación a una caja de avances y de allí al (husillo-tuerca . . .) . transformación de un mecanismo de
Fig. 4.12 Esquema de la transmisión del movimiento en una máquina herramienta .
caja de avances
mecanismo de transformación
receptor
transmisión es muy grande . Su esComo se sabe, la variedad de elementos de realizarlo en cada caso . No obstante, a contiadecuado tudio exhaustivo es más los más sobresalientes . nuación se van a estudiar con carácter general 4.5 .1
Acoplamientos
como la Teoría de Técnicas de La Tecnología 2. 1 de Máquinas Herramientas así datos sobre los diversos tipos de suficientes contienen Expresión Gráfica 2 .2 Metal insistir sobre ellos . acoplamiento, por lo que no se ha creído oportuno volver a más usado en máquinas heacoplamiento No obstante, se puede afirmar que el en las cajas de enaplicación de gran electromagnético, rramientas es el embrague de manpor la posibilidad funcionamiento, y granajes, por su rapidez y seguridad de do a distancia que ofrece . 4.5 .2
Transmisión simple
órganos transmisores (ruedas denEs la formada por dos árboles unidos por dos respectivamente (fig . 4.13) . tadas, poleas, etc .), conductor y conducido existe entre la velocidad de roEn ella se llama relación de transmisión i a la que sea : conducido ; o árbol tación del árbol conductor y el Fig. 4 .13 Transmisión simple por rue das dentadas. 63
Como resulta que la velocidad de giro es inversamente proporcional al diámetro de la rueda o polea y lógicamente al número de dientes, si se trata de una rueda dentada, se puede afirmar que : [4 .21 4 .5 .3
Si la transmisión tiene dos o más pares de ruedas motoras y conducidas se trata de una transmisión compuesta (fig . 4.14) . Observando la figura, se puede establecer que :
Fig. 4.14 Transmisión compuesta formada por dos trenes de ruedas dentadas .
conductora
Transmisión compuesta
= n, n2
conducida
Ahora bien,
n2
y
n3
Efecto de la rueda intermedia sobre el sentido de giro .
n3 n4
son iguales porque se trata del mismo árbol ; luego : 2 -
Fig. 4.15
. ¡ 2 -
-~
n2
ia~i2=n4
n4
Llamando i a la relación existente entre la primera rueda conductora y la última conducida, resulta : nt n4
i=
i,
i3
ix
...
=
Z2
*
Z4
Z 1 ' Z3
[4 .31
»
-
Z6 . . . Z2x
Z5 . . . Z2x - 1
[4 .41
Es decir, en una transmisión compuesta, la relación de transmisión total i depende de la relación entre el número de vueltas de la primera rueda motora n1 y el de la última rueda conducida n2x n1
nconductora
[4 .51
nconducida
n2x
Si se introduce una rueda intermedia entre una conductora y una conducida, la relación de transmisión no se modifica, según ¡o explicado anteriormente; tan sólo cambia el sentido de rotación de la conducida (fig . 4.15) . Esto es la base de algunos mecanismos de inversión del movimiento (fig . 4.16) . Ejemplo 1 Fig. 4.16
Inversión del sentido de giro por balancin.
¿Cuál será la velocidad de rotación de la rueda dentada número 6 de la figura 4.17 si la primera conductora gira a 200 revoluciones por minuto? Solución :
Aplicando la fórmula [4 .41 se tiene : z1=30
20 x 25 x 60
30 x 40 según
[4 .51
60000
n, 200 = = 400 r. p. m . i 1 2
64
30 000
se tiene : nb =
Fig. 4. 17
x 50
1
2
4.5 .4
Inversión del sentido de giro
Además del mecanismo de balancín ya reseñado (fig . 4 .16) existen otros sistemas de idéntico cometido : - Inversor de correas planas (fig . 4.18) . El tambor A transmite el movimiento a dos poleas libres B y D que giran en sentido contrario debido al cruzamiento de una de las correas planas ; la horquilla doble E desplaza alternativamente cada co rrea sobre la polea enchavetada C, produciendo el cambio de sentido deseado . Este sistema era empleado en las cepilladoras antiguas .
- Inversor por discos de fricción . Un mecanismo de inversión utilizado en cierto tipo de prensas es el de la figura 4.19 . 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 cuya rotación es de sentido invariable ; según intervenga el disco C o D, el sentido de giro de A es uno u otro .
Fig. 4.18 Inversión del sentido de giro por poleas y correa desplazable .
C
Fig. 4.19 Inversión del sentido de giro por ruedas de fricción de contacto tangencial.
Fig. 4,20 dia.
- Inversor por rueda intermedia (fig . 4 .20) . Se basa en la puesta en acción, mediante un embrague, de una rueda intermedia que, evidentemente, modifica el movimiento que producía el tren simple conductora-conducida .
Inversor por rueda interme-
- Inversor de piñones cónicos (fig . 4.21) . Es un mecanismo muy usado en las fresadoras universales para el avance y retroceso de la mesa . En efecto, sobre el husillo longitudinal van montados dos piñones cónicos A y B que giran libremente ; el embrague dentado D movido por una palanca y solidario al husillo, puede acoplarse a voluntad con A o B, transmitiéndose entonces el movimiento desde la rueda cónica C al husillo, en el sentido que interese .
4.5.5
Cambio de velocidad por engranajes
Observando la figura 4 .22 se comprende que es posible modificar la velocidad de rotación del árbol conducido B, con sólo desplazar el piñón compuesto que lleva el árbol motor A, de manera que, en lugar de engranar F con D, sea E quien engrane con la rueda C; la relación de transmisión i se habrá modificado . El desplazamiento del piñón doble EF se consigue por el sistema de horquilla y palancas . A veces se prefiere desplazar la chaveta manteniendo fijos los engranajes (fig . 4 .23) . Por medio del selector D se coloca la chaveta móvil C en el chavetero de la rueda seleccionada, produciéndose el arrastre ; las demás ruedas, lógicamente, girarán locas . En la figura 4.24 se puede ver una aplicación de este último sistema a la caja de avances de una fresadora universal. Otro procedimiento característico de cambio de velocidad por engranajes es el piñón desplazable y balancín ; la caja Norton de un torno es un ejemplo típico (figura 4 .25) . La velocidad del husillo depende de la posición del selector o palanca del balancín A, porque obliga al piñón intermedio B a engranar con una de las cinco ruedas escalonadas ; el movimiento pasa del piñón C al B y de éste al cono de ruedas, montadas solidariamente con el husillo .
Fig. 4.21
Inversor porpiñones cónicos-
Fig. 4.22 Cambio de velocidad por granajes desplazables .
en-
C
Fig. 4.23 Cambio de velocidad por selección de la rueda dentada con chaveta desplazable .
Fig. 4.25
caja de avances
Esquema de la caja Norton de un torno
Fig. 4,24 Cambio de velocidad por chaveta desplazable en una fresadora.
4 .5 .5 .1
Escalonamiento de la velocidad
Los sistemas de cambio de velocidad escalonada presentan, como es lógico, el problema de la elección de la gama conveniente, en función de las necesidades cinemáticas. El problema se comprende claramente estudiando las velocidades de corte que precisa una máquina herramienta ; por ejemplo un torno. Para mantener constante una velocidad de corte óptima a distintos diámetros, trabajando el mismo material, sería necesario disponer de infinito número de revoluciones en el husillo de la máquina . Sin embargo, se sabe que esto no es posible mediante cambio de velocidad por engranajes, ya que sólo es factible realizar un número limitado de variaciones entre dos valores extremos . Partiendo de dos velocidades de corte vmáx. (máxima) y vmín . (mínima), que limitan el campo de la velocídd económica para cierto tipo de material, se puede establecer también dos valores nmáx . y nmín, ; es decir : nmáx . ; Vmín = 1000
vmáx . _
1r
'
d ' nmín . 1000
La relación vmáx ./vmín ., a diámetro constante, debe ser igual a nmáx ./nmín . ; o sea : Vmáx . Vmín
-
n3
n4
nmáx . nmín .
= k
Dando valores a n se tiene :
nm
n2 n
-
n
nm
- n3
_ 1
nm = k - nm_1
[4 .61
Con lo cual se tiene una progresión geométrica cuya razón es k, formada por m términos, siendo ni el primero y nm el último (ni, número mínimo de revoluciones y nm, número máximo) . Multiplicando miembro a miembro resulta : n,_
n
ni
n3 z
n4
3
._
nm
m_
1
= km -. ,
Simplificando, queda : nm nl
= km-1
y, finalmente : [4 .71 que junto con la fórmula [4 .61 permitirá el cálculo de la progresión aconsejable para el número de revoluciones en un cambio de velocidad escalonado .
Ejemplo 2
El husillo de un torno debe girar a 40 r. p . m. y a 1200 r . p . m . como límites máximo y mínimo . Se han proyectado 8 variaciones intermedias ; calcular toda la gama de velocidades . Solución :
Se aplica la fórmula 14 .71 : k= \~ 66
n
- \~ 1~_- \ 7 30
Aplicando logaritmos : 30 _ 1,4771 log k = log 7 7
= 0,211
k = 1,63 La fórmula 14 .61 se utilizará para calcular la gama : nm = k , n m ni
_ 1
= 40 r. p. m.
n2 = 1,63 x
40 =
n 3 = 1,63 x
66 r. p. m . (redondeado)
66 =
108
»
»
176
»
»
»
»
n6 = 1,63 x 287 = 468
»
»
n7 = 1,63 x 468 = 763
»
»
n6 = 1,63 x 763 = 1243
»
»
n4 = 1,63 x 108 =
ns = 1,63 x 176 = 287
Como se ve, hay una pequeña diferencia entre la ne calculada y el dato conocido, producto del error acumulado ; n8 será, no obstante, 1200 r. p . m . - Cambio de velocidad por conos de poleas escalonadas. Es un sistema bastante empleado ; un ejemplo clásico del mismo lo constituye la taladradora . Suponiendo dos poleas escalonadas, conductora y conducida (fig . 4.26), se puede establecer que, conocida la serie geométrica de velocidades de rotación n2, n4 ns calculada según las fórmulas anteriores, los diámetros respectivos deberán cumplir : _d 2 dl
_
_ ni
n2
n4
y, en general :
dm dm-
' ds
ns
n1
nM
1
Para fijar un valor de salida para los diámetros, compatible con las dimensiones del proyecto, suele hacerse : d l + d2 = C', siendo C' un valor admisible, en función del espacio de que se dispone . Evidentemente : d3 + d4 -- C' ; d s + d6 = C' ; d m -
1
+ d m = C'
Por tanto, se establecen dos relaciones : d rn
dm
dm
nM
_ 1 _
1
+ d m = C'
pero d m = C, - d m - 1 de donde : , C - dm-1 C _ ni . dm 1 nm , dm-1
1_
ni nm
dm-1 =
,
,
C
dm-i
ni
nM
=
C' + 1
ni nM
+ 1 ;
dm- 1 C'
1
__
-ni
nM
[4 .81
67
Ejemplo 3 Determinar las velocidades de rotación de un árbol conducido dotado de una polea de tres escalones que enlaza con la polea conductora del árbol motor, la cual gira a 1500 r. p. m. Dicha velocidad debe variar entre 800 y 2000 r. p . m . Calcular los diámetros de las poleas, sabiendo que el valor de salida para C° es de 400 mm (fig . 4.26) . Solución : La razón de la progresión geométrica de las velocidades del árbol conducido será (fórmula [4 .71) __
_nm \ , n,
__
t
2000 _ 800
2,5 = 1,6
n6 = 800 r . p . m . n4 = 1,6 x 800 = 1280 (aplicando la fórmula [4 .61) nz = 2000 r . p . m . El primer par, empezando por la izquierda, será : 400 C, n, + 1500 + 1 1 nz 2000
_
400 = 228,57 - 228 mm 1,75
d, = 400 - 228 = 172 mm Después se continúa con los otros, empleando las fórmulas conocidas : d3 =
C, n -' + 1 n4
=
1501 = + 1 1280
2,171
= 184,24 ;-- 184 mm
d4 =400-184 =216 mm C
400 1500 + 1 800
I
nn, + 1 n,
__
400 2,875
=, 13913 ;z 139 mm
d6 =400-139=261 mm Comprobación de diámetros : d = d, - n, 2 nZ d4
= d3 - n, n4
ds - n, d6 = n, 4 .5 .5 .2
- 228 x 1500 2000
171 mm
- 184 x 1500 = 215,6 mm 1280 - 139
x 1500 = 260,6 mm 800
Cajas de engranajes
Tienen por objeto modificar la relación de transmisión entre un árbol de entrada y otro de salida con la intervención de diferentes combinaciones de engranajes, móviles o no, según los principios estudiados anteriormente.
d,
Fig. 4.27
Caja de velocidades simples de dos ejes .
- Caja de velocidades simple . La caja de engranajes de la figura 4 .27 está compuesta por dos árboles I y ll, conductor y conducido, que reciben el movimiento del motor M a través de un par de poleas trapeciales . Las ruedas dentadas z4, z5 y zs están fijas al árbol II, mientras que el piñón múltiple zi, z2, z3, aunque unido al árbol I, puede desplazarse lateralmente ocupando tres posiciones . La posición 1 permite el engrane de zl con z4 ; la posición 2 es precisamente la representada en la figura y, finalmente, la posición 3 corresponde al engrane de z3 con z5. Es evidente que el árbol II puede girar a diferentes velocidades, según sean los 68
piñones que están engranados . La expresión de todas las combinaciones posibles será :
n1 . n2 =
n . d1 d2
zi Z4
o bien n2 =
?2 z5
n .
.
z1 z4
di .?2 d2
zs
dl d2
z3 z6
.
Z3 z6
Según esto, el árbol II tendrá tres velocidades : n2; la velocidad del árbol conductor es constante y vale n1, mientras que la velocidad del motor es n. - Caja de velocidades compleja . Una caja de engranajes más complicada que la precedente es la de la figura 4.28, compuesta por cinco árboles y trece ruedas ni ño ne s m~~iltinlac ., cnlazables que ner~, indica, hay dos ni ., r,. .. .. yi de .,.~ .~ ..., ,..... dentadas N ; tal como se ~ miten variar la velocidad de rotación del husillo v. Como se verá a continuación, se pueden obtener hasta seis velocidades distintas del husillo v; o sea :
ni =n .
di ; d2
n2
d2
z4
w d1 d2
z2
w
z5
d1
n , ; n3 = - n .
Z3
d2
n .
z6
dl . di
d2
n4
=
n
_d1
. _ z1 .
z7
d2
z4
z8
_d1
d2
.
z7 _z2 . _
zs
n,di .?1 d2 z6
.
Z®
n .
Z10 .
zfi z7
_z9
z9
n5
z1o .
= n
Z9 Z1o
Z7
. Z2
.
Z7
z4
zs
d2
d2
n
.
di .
n . di
n .
Z1
d2
.
d2
z8
Z3
.
z6
?1
.
Z7
z1o
Z13
Zl
Z7
Z9
Z11
z4
Z8
z 1o
Z12
_ z2
z5
_d1
n
_dl
. _Z3
d2
z6
Z7
.
Z8
. _ z7
Z5
n
d2
Z10
z8
_d1
.
Z9
Z4
Z2 .
d2
Z7 zfi
di . d2
z8
.
z6
_Z7 z8
.
.
_z9 Z10
.
_Z9 Z10
_z11
Z12
z1o
z8 .
_z9
Z10 Z13
Z10
Z8
z3 . _ . _z7
9 .
.
_ zlo Z13 Z11 Z12
siendo n la velocidad del motor y n i , n2, n 3, n4 y n5 las respectivas velocidades de rotación de los cinco árboles de la caja, cada una con diversas variantes. 4.5 .6
Variación continua de la velocidad
Muchas máquinas herramientas modernas llevan sistemas de variación continua de la velocidad para ajustarla a las condiciones ideales de funcionamiento . Los principios de la variación son mecánicos, hidráulicos, eléctricos y electrónicos. En el tema 8 de las Técnicas de Expresión Gráfica 2.3. Metal, sobre mecanismos, se da información general al respecto, por cuyo motivo no se repite aquí . 69
Fig. 4.28 Caja de velocidades compuesta de varios eles.
4.5 .7
Fig. 4.29
Árboles o husillos principales
El árbol o husillo es el último elemento de la cadena cinemática . Soporta a la pieza o herramienta y le comunica el movimiento de corte o avance necesario . Por la naturaleza de su trabajo gira con gran exactitud sobre apoyos de precisión que deben absorber los esfuerzos que se producen durante el mecanizado . Los esfuerzos que soporta el husillo son estáticos y dinámicos . Se transmiten, como es lógico, a los apoyos y, en consecuencia, la deformación total del husillo comprende la suya propia más la que sufre el apoyo . 4 .5 .7 .1
Pi
Fig. 4.30
Esfuerzos que soporta el husillo del cabezal
Las acciones que sufre el husillo se localizan, de una parte, en la nariz del mismo y de otra a lo largo del cuerpo . En la cabeza o nariz del husillo actúa el peso de la pieza, el peso de los útiles portapiezas, el esfuerzo de corte y, eventualmente, las fuerzas centrífugas producidas por masas excéntricas o mal equilibradas . En el cuerpo del husillo se aplican las fuerzas o pares transmitidos por los órganos motrices . Las reacciones de los apoyos deben equilibrar todas las solicitaciones directamente aplicadas, distintas a un par, que actúen sobre el eje de rotación ; es decir : - Cargas axiales del tipo A (fig . 4.29) . - Cargas axiales del tipo P (fig . 4.30) de naturaleza excéntrica, contrarrestadas por la reacción P' y por las reacciones radiales pí y pz. - Cargas radiales del tipo N (fig . 4 .31) equilibradas por las reacciones n ; y n2 . Estas cargas producen flexión . - Cargas radiales del tipo F (fig . 4.32) equilibradas por las reacciones F; y F2 . Estas cargas producen flexión y torsión en el husillo .
Fig. 4.31
Como ejemplo de los casos enunciados vale considerar el husillo de torno de la figura 4 .33 donde se observan las distintas solicitaciones y reacciones (estas últimas representadas con líneas a trazos) .
Fig. 4.33
4 .5 .7 .2 Fig. 4.32
Reducción de las deformaciones del husíllo
Para reducir al máximo las deformaciones del husillo se recurre a diversas soluciones constructivas tales como : - Reducir el voladizo de la nariz del cabezal. - Disponer un apoyo intermedio del husillo. - Descargar el husillo de las solicitaciones de flexión producidas por los elementos motrices (poleas, ruedas dentadas . . .) por medio de apoyos independientes. - Elegir materiales de gran calidad, bien tratados y de sección correcta . - Trabajar con la herramienta lo más próxima a la nariz del husillo . - Apoyar la herramienta o pieza por medio de un punto o luneta . - Equilibrar las masas en rotación . Las tres últimas disposiciones se refieren a los métodos de trabajo empleados. 4 .5 .8
Rodamientos y cojinetes de fricción
Los husillos que giran a elevada velocidad (n > 1000 r . p . m .) y que están sometidos a solicitaciones elevadas suelen montarse sobre rodamientos de rodillos de gran precisión . Los rodamientos de bolas se emplean para aplicaciones menos importantes y para absorber los esfuerzos axiales. Los cojinetes de fricción autoajustables se emplean a veces para esfuerzos radiales por sus buenas cualidades, especialmente cuando se trata de absorber vibraciones . 70
4.5 .8 .1
Montajes característicos
Es muy difícil hablar de normas comunes para el montaje de los apoyos de los husillos de las máquinas herramientas . No obstante, sí pueden darse unas orientaciones generales.
- 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 importañtes (fig . 4.34) . 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 (fig . 4.34) .
Fig. 4.34
Husillo del torno copiador Heycomat (FAG) .
Con frecuencia consiste en un rodamiento de rodillos ci- Apoyo trasero. líndricos de una o dos hileras (4), de dimensiones inferiores al anterior (fig . 4 .34) . En máquinas rápidas (rectificadoras, tornos de pequeña potencia . . .) y de gran precisión suelen usarse últimamente rodamientos de bolas de contacto angular, montados por parejas (fig . 4.35) .
Fig. 4.35
Husillo de una rectificadora de interiores (SKF) .
Apoyo intermedio . No es de empleo frecuente por sus dificultades de ejecución correcta . No obstante se usa en máquinas pesadas (fig . 4.36) . -
En máquinas de gran precisión se procura que los órganos de transmisión no se apoyen directamente en el husillo para que éste no reciba los esfuerzos de flexión correspondientes ; tal es el caso de la rectificadora de la figura 4.37 .
Fig. 4.36
Husillo del torno pesado VDF (FA G).
Fig. 4.37
4 .5 .9
Cabezal de una rectificadora (SKF).
Mecanismos de avance
El movimiento de avance es el que se comunica al soporte de la pieza o a la herramienta y junto con el movimiento de corte es el que hace posible el mecanizado . Puede ser continuo (caso de la mayoría de máquinas de movimiento de corte circular) o intermitente (máquinas de corte rectilíneo alternativo) . Para obtener el avance se utilizan casi siempre sistemas mecánicos y oleohidráulicos . Entre los mecánicos destacan : el mecanismo de tornillo y tuerca, el piñón-cremallera y el de leva . - Tornillo y tuerca . Permite transformar la rotación de un husillo roscado en un desplazamiento lineal por medio de una tuerca, embragable o no, acoplada al órgano que se desea mover . Se usa para pequeñas velocidades y potencias. Es el mecanismo clásico para el desplazamiento de los carros de las máquinas herramientas (fig . 4.38) . El recorrido de la tuerca vendrá determinado por el paso del husillo y el número de vueltas dado : Fig. 4.38
Mecanismo de husillo y tuerca en el torno.
[4 .91 siendo : L P n
= recorrido rectilíneo efectuado en mm = paso del husillo en mm = número de vueltas del husillo
- Rueda dentada y cremallera Fig. 4,39 Mecanismo de piñón y cremallera en una taladradora.
En algunos casos la cremallera está fija y gira la rueda (por ejemplo, el movimiento de cilindrar del torno) y en otros es al revés; es decir, la rueda tiene un centro fijo y la cremallera va unida al órgano móvil ; este es el caso de la cepilladora o del husillo de la taladradora . Este mecanismo se emplea para potencias medianas y grandes . Llamando d al diámetro primitivo de la rueda, el recorrido longitudinal L de la parte móvil después de n vueltas es igual a ; [4 .101
Fig. 4.40 Mecanismo de avance por medio de leva de disco y palan ca .
Fig. 4.41 Mecanismo de avance por leva de tambor.
Con frecuencia, la rueda dentada va conectada a un mecanismo reductor de velocidad; como puede ser una rueda y un tornillo sin fin (fig . 4 .39) . - Leva Las características del avance dependen de la forma de la leva y de la velocidad de rotación que ésta tenga . Se emplea sola o combinada con palancas (figs . 4.40 y 4 .41) que pueden alterar la carrera proporcionada por el salto de la leva . Una de sus aplicaciones características es el gobierno de los movimientos necesarios en los turnos automáticos de levas. - Accionamiento hidráulico El accionamiento basado en los cilindros hidráulicos se emplea mucho en la actualidad cuando no se exige un posicionamiento preciso del órgano móvil. 72
El cilindro empleado puede ser fijo y el vástago ir unido al órgano móvil o bien al revés (fig . 4.42) . Cuando el recorrido de aquel tiene que ser muy largo se emplea un sistema multiplicador de carrera (fig . 4.43), constituido por 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 . 4 .5 .9 .1
Medida de los desplazamientos
Uno de los sistemas esenciales de toda máquina herramienta es la medición de los desplazamientos efectuados según los mecanismos explicados en el punto anterior . La medida de los desplazamientos se realiza según distintos procedimientos cuya precisión varía en cada caso ; a saber :
Fig, 4.42 co .
Accionamiento oleohidráuli-
- Regla graduada
Es la forma más elemental de medida del desplazamiento . La regla suele estar numerada en milímetros y atornillada a la parte fija de la máquina . En la parte móvil va un índice que permite leer indirectamente el recorrido efectuado, conocida la posición inicial . En efecto, de la medida que proporciona la regla debe restarse la lectura de salida ; el resultado o diferencia de lecturas es el desplazamiento neto buscado . - Tambor graduado
El empleo del tambor graduado, asociado a un mecanismo de tornillo y tuerca, es el sistema más extendido de medición de un desplazamiento . La medición verificada tampoco es de lectura directa . Es preciso conocer el valor correspondiente a una vuelta del tambor y el de cada división del mismo (esto no reviste dificultad por ser un dato de la máquina) y calcular después el desplazamiento correspondiente a cierto número de vueltas dadas y a la fracción de vuelta leída con ayuda de las divisiones del tambor . Considerando que por cada vuelta del husillo la tuerca se desplaza con la mesa el valor del paso P (rosca de una entrada), el desplazamiento /correspondiente a una división del tambor es :
Fig. 4.43 Sistema de accionamiento oleohidráulico doble con aplicación de carrera .
En esta fórmula, N es el número de divisiones del tambor . Si, además, el tambor lleva un nonio, la apreciación del mismo a será : P
a
N _ N'
[4 .121 siendo N' el número de divisiones del nonio. - Tambor graduado con tornillo y rueda sin fin
Para aumentar la precisión alcanzable se puede introducir un mecanismo de rueda y sin fin (fig . 4 .44), solución adoptada, por ejemplo, en muchas rectificadoras para controlar el movimiento de la mesa o del cabezal . En el árbol del tambor D se monta un sin fin C que engrana con la rueda A enchavetada al husillo roscado B. Al girar la rueda A gira también dicho husillo y la tuerca Ese desplaza junto con el husillo Fdel cabezal . Observando la figura, se puede establecer que a una vuelta del sin fin le corresponde un desplazamiento /,' que es una fracción del desplazamiento P que corresponde al giro completo de la rueda del sin fin. Luego se puede establecer la siguiente proporción : ra s
P
nr
1'
Fig. 4.44 Regulación fina para el avan ce de un husillo.
73
ya que existe la misma relación entre el número de vueltas del sin fin ns y el número de vueltas de la rueda nr que entre los desplazamientos longitudinales correspondientes. Ahora bien, como i = ns /n r resulta que:
[4 .131
Fig. 4,45 Esquema de un lector óptico : 1, lámpara; 2, regla graduada ; 3, prisma óptico ; 4, soporte del retículo, 5, retícu lo.
Por consiguiente, el avance /de la tuerca cuando el tambor gira una división es : I' N Sustituyendo ¡`por su valor, se tiene : I . N _
I_
P
P
i ° N
[4 .141
- Regla graduada con lector óptico Fig. 4.46
Lector óptico OPL.
Un sistema empleado para lecturas de gran precisión es el de lectura óptica . Consiste en una regla graduada de precisión y en un lector óptico, cuya misión es interpolar el valor de la lectura entre dos divisiones de la regla . El lector óptico es una caja de pequeño tamaño provista de una lámpara cuyos rayos luminosos (figura 4 .45) inciden sobre la regla ; una vez dirigidos convenientemente sobre un retículo móvil, se hace coincidir la proyección del trazo con dos marcas paralelas que lleva el retículo, maniobrando una corona moleteada exterior . La citada corona (fig . 4.46) lleva una graduación circular en la que cada división representa 0,01 mm . Con ayuda del nonio se puede leer 0,001 mm (fig . 4.47) . Según eso, la lectura que se indica en la figura es : 349,373 mm . - Lectura incrementa/
Fig. 4.47 Detalle de la cabeza del lector OPL . 1, corona ; 2, retículo ; 3, nontus .
Otro sistema de gran precisión usado en máquinas muy modernas es el llamado de lectura incrementa/. Se basa en la medida de la variación de la intensidad luminosa reflejada por una regla (2) finamente graduada y que permite apreciar desplazamientos del orden de 0,01 mm e incluso inferiores . Está compuesto por una regla de acero con múltiples trazos impresos por vía fotoeléctrica, con una separación mínima entre sí (0,02 mm) (fig . 4 .48) y una cabeza lectora (4) que emite impulsos eléctricos a la menor variación de la intensidad lumi nosa producida por una lámpara (5) que ilumina los trazos opacos de la regia . Las variaciones luminosas producidas por el desplazamiento de la regla, transformadas en señales eléctricas, pasan a un contador de impulsos (7) o unidad visualizadora, en cuya pantalla (8) se reflejan los valores numéricos de la lectura . Aún existen otros procedimientos como el empleo de calas de precisión y de corrección de la lectura del tambor graduado que se estudiarán en el apartado de máquinas punteadoras. 4.5 .10
Fig. 4.48 Indicador de posición lineal (sistema incrementa/ de medida): 1, impulso cero ; 2, regla; 3, retículo ; 4, caja, 5, lámpara; 6, lente; 7, fotoelementos; 8, visuafizador digital; 9, contador de- im pulsos.
Indicadores de posición
Para la repetición sistemática de operaciones es necesario el empleo de elementos que determinen el recorrido de los órganos móviles (carros, husillos) para evitar la continua lectura de los desplazamientos efectuados . Los topes de recorrido o indicadores de posición cumplen con eficacia este cometido . Una vez seleccionado el desplazamiento que debe realizar el órgano móvil, se coloca en dicha posición el tope adecuado y éste se encargará, en el momento oportuno, de detenerlo en la posición escogida e invertir seguidamente el sentido de giro o de desplazamiento, reiniciar un programa, etc . Los indicadores de posición suelen ser mecánicos o electromecánicos aunque también los hay electrohidráulicos, neumáticos y electrónicos . 74
- Topes mecánicos. El modelo más elemental lo constituye el tope regulable de contacto, empleado en taladradoras (fig . 4 .49) para la determinación de la profundidad alcanzada . El tope de tambor (fig . 4.50) es un modelo basado en el mismo principio, pero con mayor campo de actuación debido a que sus seis varillas roscadas ofrecen otros tantos topes de referencia por simple giro del tambor (2) que lleva el dispositivo . Se emplea bastante en los tornos paralelos. Su uso es muy simple ; si se trata de hacer varios diámetros con escalones de diversas longitud, se apoya el lateral del carro principal contra una de las varillas, una vez se ha mecanizado el primer escalón, y se fija la posición de aquélla con una contratuerca . Seguidamente se da 1/6 de vuelta al tambor, se mecaniza el segundo escalón y se vuelve a situar otra varilla igual que en el caso anterior . Se procede de la misma forma hasta completar el mecanizado de la primera pieza. Una vez situadas correctamente todas las varillas puede empezar sin problemas el mecanizado de la serie ; para realizar cada uno de los escalones bastará emplear la varilla correspondiente dando 1/6 de vuelta al tambor . Un tope mecánico muy empleado es el que desembraga la mesa de las fresadoras universales (fig . 4.51) .
Fig. 4.49
Tope mecánico regulable.
Fig. 4.50
Tope mecánico de tambor.
- Topes electromecánicos . Consisten en elementos mecánicos en forma de pivote o cuña ; de posición regulable que actúan sobre finales de carrera eléctricos (fig . 4.52) . Se emplean mucho en máquinas programadas como, por ejemplo, en las fresadoras de ciclos automáticos .
4 .5 .11
Cadena cinemática
Está formada por los diferentes órganos que transmiten el movimiento desde la fuente de energía hasta los órganos receptores de una máquina herramienta . También puede referirse a una parte concreta de dicha transmisión aunque, en este ca so, hay que especificar de qué se trata (se puede hablar, por ejemplo, de la cadena cinemática de avances en una máquina determinada) . La cadena cinemática suele representarse gráficamente por medio de dibujos simplificados de cada uno de sus componentes y para ello se emplean los símbolos ya conocidos . (Ver tabla 9 .62 de Tecnología del Metal 1 .2). El estudio atento de la cadena cinemática de una máquina herramienta permite conocer en profundidad el funcionamiento de la misma, por lo que se recomienda al lector que se familiarice con los ejemplos que contiene el presente texto, tanto en su interpretación como en su realización gráfica . A modo de aclaración se incluyen aquí varios ejemplos representativos. - Cadena cinemática de una taladradora . La taladradora tiene dos movimientos fundamentales : el giro de la broca sobre su eje para producir el movimiento de corte y el de avance de la misma en la dirección de su propio eje para poder penetrar en el material mecanizado . El primer movimiento se logra con los dos conos de poleas Pl y F5 (fig . 4 .53), mediante los cuales el husillo puede girar a seis velocidades distintas . El avance puede ser manual o automático ; manual, cuando por el accionamiento de la palanca M se hace girar el piñón z15 que engrana con la cremallera tallada en la camisa C del husillo H, y automático cuando el embrague E abandona su posición neutra y se acopla a los piñones zl o z3 . Existe un dispositivo de embrague en el eje del piñón z15 para desconectar la palanca M ya que no sería posible moverla debido a la irreversibilidad del mecanismo de visinfín (z13 y z14) . El movimiento producido por el motor (1) - Cadena cinemática de un torno. (fig . 4.54) se emplea para la rotación del husillo portapiezas y en el desplazamiento automático de los carros . Para ello el motor acciona la caja de velocidades (2), en cuya salida existe la polea trapecial (3) que envía el par de rotación al husillo del torno . A través de varios trenes de engranajes cambiables (5) (6) se conecta el husillo con la caja de avances (7) que, por medio de las barras (8) y (9), permite el cilindrado, roscado y refrentado automáticos. Los desplazamientos del carro portaherramientas (14) y del contrapunto (16) son manuales . 75
Fig. 4.51 Tope mecánico para el desembrague de la mesa en la fresadora.
Fig. 4.52 s/clÓn .
Tope electromecánico de po-
motor
zrs
M
Fig. 4.53 Cadena cinemática de una taladradora_
.f i ~I
In T
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12
6
13,
10
Fig. 4.54 Cadena m¡?emár¡_ ca de un torno.
izquierda
Fig. 4.56
- Cadena cinemática de avances de una fresadora. La transmisión (fig . 4.55) procede, en este caso, de la caja de velocidades del husillo de la máquina a través de una rueda de cadena (1). Hay dos piñones múltiples desplazables (2) y (3) que, junto con el embrague (4), permiten conseguir una amplia gama de velocidades de salida . La junta cardán con eje extensible (5) envía el par motor al husillo transversal (7) y a la barra de la mesa (12) ; por medio de diversos engranajes y embragues de dientes frontales se consigue el movimiento automático en ambos sentidos, tanto de la mesa como del carro transversal . La ménsula debe ser movida a mano .
Pulsador rasante.
Fig. 4.55
Fig. 4.57 Interruptor de rabillo.
4 .6
Fig. 4.58
Selector de manecilla de dos posiciones .
Cadena cinemática de la caló de avances de una tmesadora.
®rganos de mando
Tal como se decía al principio del tema, los órganos de mando permiten controlar, automática o manualmente, los movimientos que realiza una máquina herramienta . La cadena de mando se compone esencialmente de un elemento emisor del cual parte una señal que, debidamente transformada por un elemento intermedio, llega al elemento de trabajo que produce el movimiento deseado . En el caso de la puesta en marcha de un motor el pulsador de arranque es el elemento emisor ; el circuito eléctrico y el contactor son elementos intermedios y finalmente el motor es el elemento de trabajo. Según la naturaleza de sus elementos componentes, los sistemas de mando pueden ser: mecánicos, neumáticos, oleohidráulicos y eléctricos . Además suelen darse combinaciones de ellos entre sí . 76
El sistema mecánico se estudiará en el tema de tornos automáticos ; los sistemas oleohídráulico y neumático tienen reservado tratamiento específico en los temas 6 y 7; por eso aquí se va a estudiar únicamente las características generales del mando eléctrico. 4 .6 .1
Mando eléctrico
Las instalaciones de mando eléctrico funcionan con frecuencia a baja tensión (12 a 24 V), tomando corriente directamente de la red e intercalando el transformador reductor correspondiente . La ventaja principal de la baja tensión es la segu ridad de manejo que proporciona . No obstante también es frecuente trabajar a la tensión de la red . En las instalaciones eléctricas de las máquinas herramientas hay que tener en cuenta básicamente los elementos de accionamiento, los elementos de maniobra, los elementos de protección y los de señalización, aparte de los órganos de trabajo o motores, claro está . 4 .6 .1 .1
Elementos de accionamiento
Como dispositivos más importantes de mando manual se pueden nombrar los siguientes : pulsadores, interruptores y selectores o conmutadores.
- Pulsadores . Se trata de los elementos de accionamiento de uso más extendido . Están compuestos fundamentalmente (fig . 4 .56) de un actuador, uno o más bloques de contactos y una placa indicadora de su función . Sirven para abrir o cerrar un circuito .
Caja de mando o botones en una máquina herramienta . Fig. 4.59
- Interruptores . Son elementos de mando encargados de cerrar o abrir un circuito de forma permanente (fig . 4.57) . Disponen de dos posiciones estables . - Selectores o conmutadores. Se pueden considerar como interruptores, atendiendo a su funcionamiento . Sus aplicaciones se centran en aquellos casos en que se precise establecer contactos de forma permanente o conmutaciones de dos o más circuitos alternativamente . Se componen de uno o más bloques de contactos, un órgano de accionamiento y un mecanismo de enclavamiento (fig . 4 .58) . Los elementos de accionamiento se distinguen por su color característico y por la inscripción que indica su cometido . Se agrupan con frecuencia en cajas aisladas o botoneras (fig . 4.59) . 4 .6 .1 .2
paro
Elementos de señalización
Se emplean para que proporcionen al operador información de diverso tipo . En nuestro caso tiene especial interés la que se refiere a la puesta en marcha o parada del motor y las averías que puedan producirse en éste . Los más empleados son los luminosos, provistos de lámparas de incandescencia (fig . 4.60) . 4.6 .1 .3
Lámpara de seña/ con transformador incorporado . Fig. 4.60
Breve estudio del contactor (fig . 4.61)
El contactor es un aparato mecánico de conexión con una sola posición de reposo, accionado de cualquier forma menos manualmente, capaz de establecer o interrumpir un circuito . Las partes principales de un contactor (fig . 4.62) son : - Cuerpo o soporte (10) . Sobre él se fijan la mayoría de órganos del contactor .
- Electroimán. Formado por una bobina (3) y una armadura con su parte móvil o martillo (4) y su parte fija o núcleo (11) .
R1 tl
/ 1
41LP l3
1 / L3 1 5
^" r1P5Rei ~ 'olRSOr°° wtwax~wr .arra
- Contactos principales. Existen los contactos principales fijos (8) y los contactos principales móviles (16) . Son los elementos que aseguran el establecimiento y corte de las corrientes principales ; se les llama también, por eso, contactos de fase o de potencia. Según el número de contactos el contactor puede ser bipolar, tripolar o tetrapolar .
- Contactos auxiliares. Son los elementos que forman parte del circuito auxiliar del contactor, realizando las funciones de autoalimentación, señalización, enclavamiento, etc. Se distingue entre contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, de los que también existen fijos y móviles . En el contactor de la figura 4 .62 todos ellos van colocados en el bloque de contactos auxiliares (6) . En la figura 4.63 se indica la representación esquemática de un contactor que dispone de tres con77
Fig. 4.61
Contactor.
1 . Tornillo fijación tapa . 2 . Tapa . 3 . Bobina . 4 . Armadura o martillo . 5 . Tornillo fijación bloque contactos auxiliares . 6 . Bloque contactos auxiliares completo (dos abiertos más 2 cerrados) . 7 . Cámaras apagachispas . 8 . Contacto principal fijo . 9. Acometida contacto principal . 10 . Cuerpo . 11 . Núcleo . 12 . Cojín . 13 . Palancas accionamiento . 14 . Muelle presión contacto principal móvil . 15 . Resorte contacto principal móvil . 16 . Contacto principal móvil . 17 . Puente móvil principal .
11
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4.62 Des .Diece del Fia . contactor de la figura 4,61 .
1
6
8
9
10
20
contactos principales
contactos auxiliares
Fig . 4.63 Representación esquemática de un contactor tripolar con dos contactos auxiliares ; uno en reposo, cerrado, y el otro abierto .
Fig. 4.64
Construcción esquemática de un contactor : 1, bobina del electroimán; 2, armadura : 3, palanca ; 4, corredera de los contactos móviles; 5, muelle ; 6, contacto móvil, 7, cámara de extinción o apagachispas ; 8, contacto fijo; 9, muelle .
tactos principales (tripolar), y un contacto auxiliar normalmente abierto y otro normalmente cerrado . El funcionamiento del aparato es como sigue (fig . 4.64) . Al aplicar tensión a la bobina (1) se crea un campo magnético que se cierra a través del núcleo (2 a) y la armadura o martillo (2b) (de chapa magnética) . El martillo (2 b) es atraído contra el núcleo (2 a) y transmite este movimiento, a través de la palanca (3), al juego de contactos móviles (6), los cuales establecen conexión con los contactos fijos (8) . Al desexcitarse la bobina se abre el circuito entre los contactos fijos (8) y móviles (6) y todo el mecanismo regresa a la posición de reposo merced al muelle antagonista (9) . Además de los elementos citados, cabe nombrar como partes de un contactor los muelles (5), que aseguran la presión correcta de los contactos, y las cámaras (7) para la extinción del arco eléctrico que se forma en el momento de abrir los contactos . 4.6 .1 .4
Dispositivos automáticos de maniobra
Los contactores pueden accionarse a distancia por medio de pulsadores o por dispositivos automáticos diversos . Estos aparatos actúan en función del valor varia78
ble de ciertas magnitudes físicas como el tiempo, la temperatura, etc. Los más importantes son :
- Temporizadores . Son dispositivos que cierran o abren unos contactos al término de un período de tiempo determinado que empieza a contar a partir del instante en que al temporizador se le aplica o corta una señal determinada, como por ejemplo, la tensión de alimentación . Los hay térmicos (fig . 4.65), en los que el retardo se consigue por la dilatación de una lámina bimetálica ; neumáticos (fig . 4.66), provistos de un electroimán que libera un fuelle comprimido ; electrónicos (fig . 4.67) en los que el tiempo de carga o descarga de un condensador permite obtener la temporización ; de relojería; de motor síncrono, etc. Entre sus numerosas aplicaciones merece citarse el control del tiempo de arranque en maniobras básicas automáticas, como la conmutación estrella-triángulo empleada para la puesta en marcha de motores asíncronos trifásicos .
- Programadores . Son aparatos dotados de un motor síncrono unido a un árbol de levas graduables que se apoyan en los contactos, abriéndolos o cerrándolos según convenga . Sirven para el control de varios contactores (por ejemplo, en un arrancador automático en varios puntos) ; para la inversión automática de motores con pausas intermedias, etc .
A L- . Fig. 4.65
Temporizador térmico.
- Interruptores de posición . Denominados también conmutadores final de carrera, sirven de enlace entre los procesos mecánicos y eléctricos, controlando la posición de determinados elementos dé las máquinas herramientas . El sistema de accionamiento (fig . 4.68) transmite la acción exterior a la cámara o cámaras de contactos fijadas en el interior de la caja . Cuando cesa la acción, un muelle provoca el retorno de los contactos a la posición de reposo . Tienen mucha aplicación en la fijación de los límites de recorrido de un órgano móvil (mesas de fresadora, rectificadora . . .) y en la inversión del sentido de avance de aquél.
Fig. 4.66
Temporizador neumático .
Fig. 4.67
Temporizador electrónico.
D
Fig. 4.68
Interruptor de posición : A, de vástago; B, de rodillo, C, de palanca y rodillo, D, de varilla ajustable, E, de varilla elástica .
4.6 .1 .5
Protección del motor
Durante el funcionamiento normal de un motor pueden surgir diversas anormalidades, cuyo denominador común es que son causa de sobrecargas ; es decir, situaciones en las que la intensidad absorbida es superior a la nominal . Las causas habituales de sobrecargas son :
- Sobrecarga mecánica porparte de la máquina arrastrada por el motor. Puede llegar a provocar el paro del motor por bloqueo, o bien impedirle arrancar : en estas condiciones, el motor absorbe una intensidad igual a la punta de arranque, cuyo valor oscila entre 5 y 7 veces la intensidad nominal . - La falta de una fase en la red de alimentación . Evita que el motor arranque, o da lugar a que circule una intensidad excesiva si el motor se encuentra trabajando en carga. - Disminución de la tensión que alimenta al motor. En estas condiciones y al cargar el motor, éste pierde velocidad, originando un aumento de la intensidad .
- Gran inercia de las partes móviles. Da lugar a un retardo de la aceleración, lo que le hace perder velocidad o alcanzar la nominal de forma muy lenta. Esta ca79
bimetal
amianto
Fig. 4.69
racterística provoca que el motor absorba la corriente de arranque durante un tiempo superior al normal .
- Ciclos de trabajo demasiado rápidos en servicios intermitentes . Tales como arranques y paradas demasiado frecuentes, lo cual ocasiona corrientes superiores a la nominal y de forma repetida .
elemento calefactor
Bimetal-elemento calefactor .
- Temperatura ambiente excesiva. El motor alcanza una temperatura superior a la normal, aunque la intensidad de corriente que circule por el mismo sea la nominal . 4 .6 .1 .6
Aparatos de protección del motor
Los dispositivos utilizados para la protección de un motor eléctrico deberán desconectarlo de la red de alimentación cuando se presenten sobrecargas que puedan provocar su destrucción o acortar su vida . Los elementos de protección más empleados son : los cortacircuitos fusibles y los relés de sobreintensidad, los cuales pueden ser térmicos, magnéticos o combinaciones de ambos sistemas que se denominan relés magnetotérmicos .
- Relés térmicos . Poseen una característica de disparo muy aproximada a la característica de calentamiento del motor. Conjuntamente con los fusibles son los elementos de protección más utilizados, asociados con contactores, para la protección de motores . El relé térmico es recorrido por la intensidad que absorbe el motor, dando lugar a la desconexión del contactos al que va acoplado y por consiguiente a la parada del motor, cuando aquélla aumenta de forma peligrosa . En esencia constan de unos bimetales, generalmente tres, sobre los que van devanados unos elementos calefactores (fig . 4 .69), y de un mecanismo para el accionamiento de un contacto que normalmente es conmutada (fig . 4 .70) . birnetal frío
bimetal caliente
posición de reposo
Fig. 4.70
Fiq. 4.71
Relé térmico de protección .
>,
s
»tl
posición de actuado
Funcionamiento esquemático de un relé térmico de protección .
Cada elemento calefactor y Bimetal se conecta en serie entre sí y se montan junto con el mecanismo de disparo, sobre un zócalo de material indeformable por la temperatura (fig . 4 .71) . Los tres conjuntos Bimetal-calefactor se conectan en serie con cada una de las fases de la red que alimentan al motor que se desea proteger, de forma que la temperatura alcanzada por el conjunto sea proporcional a la corriente absorbida por aquél.
Al calentarse, debido a la diferente dilatación de sus componentes, el conjunto Bimetal-calefactor se curva en función del valor de dicha corriente, lo que provoca la conmutación del contacto cuando la corriente que circula por uno cualquiera de ellos sea superior a la nominal del motor. El contacto cerrado se conecta en serie con la bobina del contactos que controla la puesta en marcha y parada del motor, por lo que al presentarse una sobrecarga se producirá su apertura y por lo tanto la desconexión del contactos y motor. El contacto abierto se emplea, en general, para facilitar al operador una señal óptica o acústica indicadora de que el motor se ha desconectado por causa de una sobrecarga . Los relés térmicos son eficaces contra sobrecargas moderadas pero no sirven contra fuertes sobrecargas, como es el caso de un cortocircuito, porque el bimetal no reacciona con suficiente rapidez.
Fig. 4.72 Relé magnético . l, contacto ; 2, entrehierro en reposo ; 3, núcleo móvil; 4, bobina .
- Relés magnéticos. Están constituidos por un electroimán cuya bobina va conectada en serie con el circuito que se desea proteger (fig . 4.72) . Cuando la corriente que recorre la bobina toma un valor prefijado atrae a la armadura que acciona el dispositivo de disparo, consistente, generalmente, en un contacto que se conecta en serie con la bobina del contactos al que va asociado, o a un elemento de señalización . Se trata de relés que actúan instantáneamente cuando la intensidad alcanza el valor correspondiente al punto de regulación . 80
Sus aplicaciones se centran en la protección de circuitos contra fuertes sobrecargas, en especial cortocircuitos que requieren una apertura rápida del contactor. Protegen a la línea y demás aparatos pero no al motor, pues para permitir el arran que del mismo la intensidad de disparo debe estar por encima de la intensidad de arranque . - Cortacircuitos fusibles. Tienen por objeto proteger al equipo de control (contactor, relé térmico, etc .), contra cortocircuitos, interrumpiendo el servicio cuando la intensidad de corriente alcanza un valor peligroso para su integridad o bien para la línea a la que va conectado. En realidad viene a ser la parte más débil de la instalación, para que en caso de un cortocircuito ésta se interrumpa en el punto elegido . Actualmente los cortacircuitos fusibles se calibran para una gama muy precisa de intensidades, a la vez que se introducen en el interior de un cartucho relleno de una masa refractaria que absorbe y apaga el arco formado (fig . 4.73) . Fig. 4.74 Guardamotor con contactor y relé térmico.
Fig. 4.73
Cortacircuito fusible de cartucho calibrado.
Al conjunto formado por un contactor con relé térmico se le denomina guardamotor (fig . 4.74) . Opcionalmente puede disponer también de cortacircuitos fusibles (fig . 4.75) . Suelen ir alojados en una caja metálica o de material aislante, debidamente acondicionados para facilitar la tarea de conexionado de todo el conjunto .
Ll L2 L3' rIT3
b5
01
M1 Fiq. 4. 76 Mando de un motor mediante un interruptor manual .
Fig. 4.75 Guardarnotor con contactor, relé térmico y cortocircuitos fusibles principales.
4.6 .1 .7
Conexiones fundamentales
Las conexiones fundamentales que el alumno debe conocer se refieren al mando de un motor por contactores, al empleo de relés, al arranque de motores y a la inversión de su sentido de giro . - Mando de un motor mediante interruptor manual. El motor de la figura 4 .76 está conectado directamente a la línea . El paro y puesta en marcha lo efectúa el operador accionando el interruptor Q 1. - Mando de un motor mediante contactor (fig . 4.77) . El interruptor manual ha sido sustituido aquí por el contactor K 1 mandado a su vez por el interruptor S 1. Obsérvese la diferencia entre la línea principal o de potencia (trazo grueso) y la línea de mando (trazo fino). - Mando de un motor mediante contactor con relé térmico (fig . 4.78) . En este caso se ha previsto la instalación de un relé térmico de protección y una lámpara para indicar su funcionamiento . Guando se cierra el interruptor S 1 recibe tensión 81 4 .
Má<7uura .s Nena%rnenlaa 2.3
M
Fig. 4. 77 Mando de un motor mediante un contactor.
a
N1
la bobina del contactos K 1, lo que provoca el cierre de sus tres contactos principales que conectan el motor M 1 a la red de alimentación . Si por cualquier circunstancia se produce una anormalidad en la carga que dé lugar a un aumento de la intensidad absorbida por el motor M 1, el relé térmico F2 reacciona abriendo su contacto 95-96 y desconectando la bobina del contactos K 1 y por consiguiente el motor. Al mismo tiempo, se produce el cierre de su contacto abierto 95-98 y ello da lugar al encendido de la lámpara H 1 que indica la anomalía existente. Un esquema muy parecido al anterior es el de la figura 4.79, para el mando de un motor desde una caja de pulsadores .
01 k
=
-~
F1 F2 F3 K1 M1 Ql Sl S2
Cortacircuitos fusibles principales . Cortacircuitos fusibles mando . Relé térmico de protección . Contactos . Motor trifásico . Interruptor general . Pulsador marcha Pulsador paro.
M1 Fl F2 F3 H1 K1 M1 01 S1
Cortacircuitos fusibles principales . Relé térmico ..e protección . Cortacircuitos fusibles mando . Lámpara indicadora de la actuación del relé térmico . Contacto,. Motor trifásico . nterruptor general . Interruptor de mando marcha-paro.
Fig. 4.78 Conexión de un relé térmico a un contactos que controla la puesta en marcha y parada de un motor trifásico .
si 52
,-ig . 4.79 Esquema de conexionado para la puesta en marcha y parada de un motor.
- Arranque por estrella-triángulo de un motor trifásico. En la figura 4.80 se representa la conmutación estrella-triángulo por medio de un conmutador rotativo manual . Al llevar el conmutador a la posición estrella (Y), conecta los principios de fase del motor U, V y Wa las fases de la red, L 1, L 2 y L 3, respectivamente, y los finales de fase del motor X, Y y Z, los une entre sí, formando el centro de la estrella . Cuando el motor ha alcanzado aproximadamente entre el 70 y el 80 % de su velocidad nominal, el conmutador se pasa a la posición triángulo (A) con lo que se puentean los bornes L 1-U-Z, L2-V-X y L3-W-Y, pasando el motor a funcionar normalmente en triángulo . Este tipo de arranque también puede realizarse automáticamente mediante contactores, tal como indica la figura 4.81 . El motor se pone en marcha, por medio del contactos L, al pulsar el botón correspondiente . Al mismo tiempo se conecta el temporizador T y la bobina Y con lo que el motor está conectado en estrella . Pasado el tiempo previsto -controlado por el temporizador- cambia la posición de los contactos accionados por él, se abre el circuito de Y y se cierra el circuito que da corriente a la bobina A .
F1 M1 01
Cortacircuitos fusibles principales . Motor trifásico . Conmutador estrella-triángulo .
Fig. 4.80 Esquema de conexionado para la puesta en marcha y parada de un motor med;ante un conmutador estrella triángulo manual.
- Inversión del sentido de giro de un motor. La inversión de giro se puede realizar manual o automáticamente mediante contactores . En este último caso el equipo de control está compuesto de dos contactores conectados de tal forma que no sea posible el cierre simultáneo de ambos, ya que ello daría lugar a un cortocircuito entre las dos fases en que se invierten las conexiones . En la figura 4 .82 viene indicado un inversor de giro automático, en el que están realizadas las conexiones del circuito principal y de mando, quedando por efectuar, por parte del usuario, las conexiones con la línea de alimentación, motor y elementos de control. - Mando de un motor de dos velocidades (conexión Dahlander) . En las máquinas herramientas se usan con frecuencia motores de dos velocidades con objeto 82
L1 F1///
L2 i
1
Fl K1
L3 (
M1
K2
A
1
L1
Cortacircuitos fusibles principales . Contactor izquierda . Contactor derecha . Motor trifásico .
3
5
m,,
6
L2
L3
M1
Fig . 4 .82
Inversor de giro automático mediante contactores : A, esquema circuito principal; B,
visto por el exterior.
de efectuar los desplazamientos en vacío con mayor ranir_iez que los desplazamientos de trabajo . En la instalación de la figura 4 .83 la marcha lenta se obtiene con el contactos L, pulsar el botón correspondiente. Para que el motor gire con mayor rapidez, se al oprime el pulsador R conectado a las bobinas de R y R'; el motor recibirá corriente por U'-V'-W' mientras queda cortocircuitado por U-V-W. L1 L2L3
Fig. 4 .83 Mando de un motor de dos velocidades (cone xión Dahlander).
4 .6 .1 .8
U V W lenta
Instalación eléctrica de una máquina herramienta
A modo de resumen de lo tratado en los apartados anteriores se presenta, a continuación, un esquema eléctrico sencillo (fig . 4.84) correspondiente a un torno paralelo clásico . Como se ve, los órganos de trabajo son el motor principal R y la motobomba Q del sistema de refrigeración . Ambos motores se controlan con los contactores Fy E, respectivamente, unidos a la caja de pulsadores marcha-paro (A-8-C-D). Existen también dos relés térmicos de protección H e 1. Todo el circuito de mando funciona a baja tensión porque se ha intercalado un transformador G, unido a la red . Para la conexión-desconexión general se emplea el interruptor tripolar P. Para mayor claridad se ha reproducido el esquema de conexiones al mismo tiempo que se representa esquemáticamente la bomba y el motor principal . 4.7
Sistemas de engrase
No hace falta insistir en la extrema importancia del engrase para el funcionamiento correcto y la conservación de las máquinas herramientas . Todos los fabricantes conceden gran relevancia a este tema en sus manuales de mantenimiento, donde hacen constar con gran detalle los puntos de engrase (fig . 4 .85), la naturaleza del lubricante y la frecuencia de empleo . En las máquinas herramientas suelen coexistir varios sistemas de engrase. En los 83
Fig . 4 .81 Arranque por estrella-triángulo temporizado .
A B C D E F G H I L M N O P O R
pulsador de marcha electrobomba pulsador de paro electrobomba pulsador de marcha motor pulsador de paro motor contactor bomba contactor motor transformador relé térmico motor relé térmico bomba cortacircuito baja tensión cortacircuito electrobomba regleta de conexiones cortacircuitos principales interruptor general electrobomba motor
Fig. 4.84 Instalación eléctrica de un torno paralelo .
1 2 3 4 5 6 A B C D
tapón de descarga del depósito de aceite varilla de nivel de aceite ventanilla del nivel de aceite ventanilla para la verificación de la bomba y filtro bomba de aceite palanca de accionamiento de la bomba para el engrase de los carros (lubricar una vez al día) engrase del cabezal engrase de la caja de avances comprobar el nivel una vez al mes engrase de los mecanismos de carro engrase de la bomba de mano (rellenar el depósito cuando sea necesario)
Fig. 4.85 lelo .
84
Esquema de los puntos de engrase de un torno para-
puntos de movimiento de giro lento se emplean los engrasadores de grasa consistente y los de aceite con bola de obturación, en las guías de los carros se emplea aceite, suministrado con frecuencia por una bomba manual (fig . 4 .86) o un sistema centralizado automático (fig . 4 .87), y en las cajas de engranajes predomina el engrase forzado por bomba de aceite (fig . 4 .88) . El aceite del cárter, aspirado por la bomba a través de un filtro, es impulsado por los conductos de distribución hasta las ruedas dentadas y los rodamientos de los diversos árboles existentes . En otros casos también se emplea el engrase por baño de aceite .
Fig. 4.86 Bomba de engrase manual apl,'.7 cada a un torno.
Fig. 4.87 Circuito de engrase centralizado en una fresadora-mandrinadora .
Fig. 4.88 Circuito de engrase de una caja de engranajes de un torno.
CUESTIONARIO 4 .1 ¿Cómo se pueden agrupar los órganos que componen las máquinas herramientas? 4 .2 Rigidez de las bancadas . 4 .3 Clases de guías . Su comportamiento frente a las fuerzas que actúan sobre ellas . 4 .4 Citar y comentar algunos dispositivos para el ajuste del juego de los carros . 4 .5 Dibujar el esquema de un motor síncrono trifásico . 4 .6 Sistemas para el arranque de motores eléctricos . 4 .7 Funcionamiento del freno electromagnético . 4 .8 Concepto de relación de transmisión . 4 .9 Explicar la influencia que ejerce una rueda dentada intermedia entre una rueda conductora y otra conducida . 4 .10 Sistemas para la inversión del sentido de giro . 4 .11 Esfuerzos que soporta el husillo principal y sistemas para reducirlos . 4 .12 Montajes característicos de los apoyos de los husillos . 4 .13 Explicar las características del mecanismo de tornillo y tuerca . Citar algunas aplicaciones del mismo en las máquinas herramientas . 4 .14 Mecanismo de rueda dentada y cremallera . 4 .15 Apreciación de un tambor graduado . 4 .16 Topes mecánicos de posición . 4 .17 Cadena cinemática de una máquina . 4 .18 Dibujar la cadena cinemática de una taladradora del taller o de cualquier otra máquina sencilla . 4 .19 Dibujar el esquema de un interruptor y explicar su funcionamiento . 4 .20 Explicar el funcionamiento del contactor . 4 .21 Protección de un motor . 4 .22 Funcionamiento del relé térmico . 4 .23 Arranque por estrella-triángulo . 4 .24 Inversión del sentido de giro de un motor . 4 .25 Sistemas de engrase .
EJERCICIOS A RESOLVER 1 . En una transmisión por correas trapeciales, entre el árbol conductor y el conducido existe una relación de transmisión, i = 2,5 . ¿En qué relación están los diámetros de las poleas, conductora y conducida? 2 . Calcularla velocidad de rotación de zs en la combinación de ruedas dentadas de la figura 4 .89, sabiendo que la velocidad de giro de zr es de 800 r . p . m . 85
Fig. 4 .89
3 . Determinarla gama de velocidades del husillo de una taladradora accionada por cono de poleas, sabiendo que la polea del motor -dotada de cuatro escalones- gira a 1275 r . p . m . y sus diámetros respectivos son 60, 80, 100 y 120 mm . El cono del husillo es idéntico al del motor pero montado en posición inversa . 4 . La polea de una rectificadora -cuya rnuela tiene 220 mm de diámetro y debe girar a una velocidad tangencial de 25 m/s- tiene 100 mm de diámetro . La polea del motor tiene 145 mm de diámetro . ¿A cuántas r . p . m . debe girar?
Fig. 4.90
5 . Calcular el número de dientes de las ruedas que forman el reductor de la figura 4 .90, sabiendo que la velocidad de entrada es n, ;-- 840 r . p . m . y la relación de transmisión total i z: 4 . Los ejes de entrada y salida son coaxiales . Se exige además que la velocidad del árbol intermedio sea n 2 -- 525 r . p . m . y el módulo de todas las ruedas, m = 4 .
6 . El husillo de una fresadora debe girar de 30 a 420 r . p . m . en una gama de 10 escalones . Calcular las diez velocidades necesarias dispuestas en progresión geométrica . 7 . ¿Cuál será la apreciación del tambor del mecanismo de tornillo y tuerca de la figura 4 .91 con visinfín y rueda intercalados? Divisiones del tambor N = 50 . ¿Cuántas divisiones debería tener el tambor para que la apreciación del mismo fuera de 0,01 mm? z. = 50 z, = 35 z, = 30 z, = 64
z, z, z,
40 = 55 = 60 = 26
z, z z z
= = =
50 60 25 45
z z z z
= = = =
30 75 55 70
Fig. 4.92
Fig. 4.91
8 . Calcular todas las velocidades posibles del árbol IV de la caja de engranajes de la figura 4 .92, producidas por las distintas posiciones de los piñones móviles z r, z2 z3, z 4 z » , z i2, z,3 que engranan respectivamente y de forma sucesiva con z5, z 6 - z 7, z8 z,4, z 16.
y
z,5,
Tema 5 .
Condiciones de trabajo
EXPOSICIÓN DEL TEMA El problema fundamental del mecanizado, dando por sentada la obtención de la calidad exigida en cada caso, es la optimización de la producción ; es decir, lo que se pretende lograr es la máxima producción con el mínimo costo. Para ello es preciso tener un conocimiento profundo de todos los factores que intervienen en el corte, y en general, de las condiciones técnicas en las que se realiza el trabajo . Los factores fundamentales que inciden de forma directa en la producción y rendimiento de las máquinas herramientas son : -
Velocidad de corte. Fuerza de corte . Potencia de corte . Tiempos de mecanizado .
Estos conceptos van relacionados entre sí y, a su vez, cada uno de ellos está supeditado a otros que pueden hacerlos variar considerablemente . Como ejemplo se indican algunos de estos factores : dureza y clase del material, refrigeración de la pieza y de la herramienta, clase de material de la herramienta, posición de la arista de corte de la herramienta, avance y profundidad de corte, etc. En cuanto al cálculo de la velocidad de corte, fuerza de corte, potencia de corte y tiempos de mecanizado de algunas de las principales máquinas herramientas, ya se hizo su estudio en las Tecnologías y Técnicas Gráficas de los cursos anteriores . 5.1
Velocidad de corte
Se llama velocidad de corte a la velocidad relativa instantánea de los puntos de la pieza y la herramienta (arista de corte) que están en contacto . Se denomina velocidad relativa porque puede ser que la pieza se mueva y la herramienta esté fija -caso del torno- o bien al revés -caso de la cepilladura- e, incluso, ambas pueden girar a velocidades diferentes, como en la rectificadora cilíndrica . La velocidad de corte se expresa en metros por minutos o metros por segundo y se calcula en cada caso según la naturaleza del movimiento de corte (circular, rectilíneo . . . ) empleando las fórmulas que el alumno conoce . No obstante, dichos valores son puramente teóricos porque las fórmulas cinemáticas no tienen en cuenta otros factores no menos importantes como el desgaste de la herramienta, la sección de viruta separada, la refrigeración, etc. 5.1 .1
Velocidad económica de corte
Está claro que la velocidad de corte no puede establecerse arbitrariamente . Una velocidad pequeña, aunque conserva mucho tiempo el filo de la herramienta, trae consigo la duración excesiva de la operación de mecanizado ; por el contrario, si la 87
velocidad es elevada, la herramienta se desgasta con rapidez y debe reafilarse con frecuencia, lo que origina un incremento de los tiempos accesorios y del coste de herramientas (éstas duran menos) que puede no compensar el aumento de producción experimentado . Así se llega a un punto de equilibrio entre los factores del corte que corresponde a la velocidad económica de corte. Esta velocidad es la que permite obtener la máxima cantidad de viruta con un coste mínimo . Como se puede comprobar, la velocidad económica de corte depende de muchos factores, estudiados por notables investigadores (Taylor, Denis, Kronnenberg . ) y que afectan a la herramienta, al material y como consecuencia al proceso. Por esta razón se acude en cada caso a tablas o ábacos que permiten calcular la velocidad económica con rapidez, en lugar de dedicarse a realizar complicados cálculos analíticos . Los datos de las tablas se definen experimentalmente para un intervalo de tiempo comprendido entre dos afilados consecutivos y que se llama duración del útil. Suelen determinarse velocidades de corte para una duración del útil de 60 minutos (veo), si se trata de herramientas de acero rápido ; y duraciones de 240, 480, etc ., (vzao, v~ . . .) para metal duro . 5 .1 .2
Determinación de la velocidad de corte por la duración del afilado Esta teoría fue desarrollada por Taylor después de una larga serie de observaciones sistemáticas . Para ello definió doce variables que intervienen en el corte, fijó arbitrariamente el valor de diez de ellas en sus experimentaciones y se dedicó a variar la velocidad de corte para estudiar su influencia en la duración del filo o última variable . El resultado de los ensayos fue el hallazgo de una ecuación muy sencilla que relaciona la velocidad de corte de una herramienta con el tiempo que transcurre entre dos afilados consecutivos ; es la llamada ley de Taylor.
Dicha ley establece que el producto v . T" es constante ; el exponente n es un valor propio de cada material de la herramienta que se determina prácticamente . La expresión anterior puede transformarse en otra equivalente : [5 .2A] y
v2 = vi
[5 .2 B1
z (TI
i
En ella Ti, T2 son los tiempos de duración del filo de una herramienta y vi, v2 las velocidades de corte respectivamente aplicadas. No la notación que se usa se basa en el tiempo concreto en minutos que dura un afiladoobstante, ; o sea, si la duración del filo es de 60 minutos, el tiempos se indica T6o y la velocidad correspondiente v6o. 5.1 .2 .1
Cálculo del valor n
Ya se ha indicado que n es un coeficiente experimental cuyo valor depende del material de la herramienta y, en consecuencia, es un dato normalmente conocido . Sin embargo, si se tienen las velocidades y los tiempos correspondientes a dos ensayos, se puede calcular n a partir de la fórmula [5 .2A] : log vy + n ~ log T, = log v2 n (log T, - log T2 )
=
+
n - log TZ
log v2 - log
Vi
[5 .3]
0,2. 88
Para herramientas de acero rápido n vale entre 0,09 a 0,125 y para metal duro
Ejemplo 1
Se están mecanizando en el torno barras de acero F-1140 con herramienta de metal duro, con una velocidad de corte vso = 180 m/min . ¿Cuál será el valor de la velocidad de corte v2ao que conviene adoptar para que la duración del afilado sea de 240 minutos? (n = 0,2) . Solución : Vs0 '
V240
=
o
v6
-
Tn
T60 T¿0
=
;
V240
V240
' T240
_ 180 x 60 1,1 24T0
1o9 V240 = log 180 + 0,2 - log 60 - 0,2 - log 240 1og V240 = 2,25527 + 0,2 x 1,77815 - 0,2 x 2,38021 1o9 V240 = 2,13486 V240
5.1 .3
= 136,5 m/min
Validez de los trabajos de Ta ylor
Numerosas experiencias posteriores han confirmado la validez de la ley expuesta, incluso en el campo de los carburos metálicos. Sin embargo, los valores num°r,cos de la velocidad base v2o (fue el valor utilizado por Taylor ) deben conside rarse superados porque ya no se emplean las herramientas que sirvieron en la experiencia de Taylor ; la velocidad veo rara vez es económica y los materiales están mejor clasificados y determinados que los de la época en que se realizaron los ensayos . 5.1 .4
Rendimiento de una cuchilla . Producción de viruta
Se denomina rendimiento de una herramienta al volumen de viruta en dm3 o cm3 que ésta puede arrancar entre dos afilados consecutivos . Se introduce aquí el concepto de rendimiento como el volumen de viruta cortada en el intervalo de dos afilados consecutivos . Habitualmente se representa por Qo y su valor viene determinado por la fórmula :
pero como : 1=v,-T resulta que, [5 .41 = volumen de viruta en dm3 o en cm3 arrancada en el intervalo de dos afilados consecutivos a = avance de la herramienta p = profundidad de pasada 1 = longitud de la viruta arrancada entre dos afilados consecutivos v, = velocidad de corte en m/min T = tiempo de duración de la operación en minutos Q0
5.1 .5
Caudal de viruta
Se suele representar por Q y es el volumen de viruta arrancada en la unidad de tiempo . Su valor se puede determinar por medio de las siguientes fórmulas : Q = A . vc = a . A Q
-
-.
p -v°1
N
1000
cm 3 /min, para el torneado
cm 3 /min, para la cepilladora
[5 .51
[5 .61
A = sección de la viruta I_ = longitud de la pieza a cepillar N = número de carreras por minuto 89
5 .1 .6
Caudal específico de viruta
Se puede observar prácticamente que una herramienta que arranca la misma sección de viruta que otra a una velocidad de corte idéntica -en la cepilladora, por ejemplo- requiere más potencia que la empleada en un torno paralelo . También se puede plantear el problema a la inversa ; es decir, para una misma potencia del motor, el torno arranca en la unidad de tiempo más cantidad de viruta que la cepilladora . La comparación entre estas dos máquinas se puede hacer extensiva a otras máquinas . Con esto se consigue evaluar la capacidad de producción de cada una de las máquinas herramientas, cuantificada por medio del concepto de caudal específico de viruta, que es el volumen de viruta arrancado en la unidad de tiempo y de potencia . Qe
=
P
(en cm' por CV o kW)
[5 .71
P = potencia del motor en CV o kW Lógicamente cuanto mayor es el valor de tiene la máquina .
Qe,
mayor capacidad de producción
Ejemplo 2
Se desea saber la potencia de un torno en el cual se está cilindrando una pieza con un avance de 0,2 mm y una profundidad de pasada de 4 mm . La velocidad de corte es de 20 m/min y el caudal específico de este torno es de 16 cm 3/min/CV P= 5.1 .7
11
velocidad de corte (m/min)
Fig. 5. 1
Curva de Denis
Q
_ a~p , v, Qe
- 0,2 x4 x20 =1 CV 16
Velocidad de mínimo desgaste y velocidad límite. Estudios de Denis
Al estudiar experimentalmente la variación de Q en función de v,, Denis estableció determinadas condiciones en cuanto a material, sección de viruta, herramienta, etc ., y obtuvo curvas semejantes a la presentada en la figura 5 .1 . En ella, el rendimiento Q aumenta con la velocidad de corte v, hasta un valor máximo, para disminuir después hasta hacerse nulo . El valor máximo de Q, llamado Qo, corresponde a una velocidad crítica vo o de mínimo desgaste, mientras que Q = 0 cuando vc toma el valor límite vi. Esta velocidad recibe el nombre de velocidad límite y tiene como valor aproximado : [5 .81 5.1 .7 .1
Disminución del caudal Q al sobrepasarla velocidad delmínimo desgaste vo
En el momento en que se sobrepasa la velocidad de mínimo desgaste vo (que corresponde a una determinada sección de viruta) el valor de Q disminuye y se tiene la siguiente relación : Para Para Para Para Para
1,2 1,25 1,27 1,30
vo,
vo, vo, vo, vo,
el caudal es
el el el el
caudal caudal caudal caudal
es es es es
Qo -
0,5 Qo 0,8 Qo 0,7 Qo 0,6 Qo
(caudal correspondiente a la velocidad de mín . desgaste)
Para 1,33 vo, el caudal es 0,5 Qo - (caudal que corresponde a la velocidad econ .-práctica) Para 1,37 vo, el caudal es 0,4 Qo Para 1,44 vo , el caudal es 0,3 Qo Para 1,50 yo, el caudal es 0,2 Qo Para 1,60 vo, el caudal es 0,1 Qo Para 1,67 vo, el caudal es 0 Qo - (caudal que corresponde a la velocidad límite) Nota .
Estas velocidades son válidas para las condiciones de corte base : aa = 0,5 mm y p o = 5 mm
en la prueba de cilindrado exterior en el torno . 90
Velocidad práctica o económica de corte
5.1 .8
Además de voy ve, Denis propone una tercera velocidad vp a la que llama velocidadpráctica límite que es la velocidad económica de trabajo con la que se obtiene renun rendimiento Qp . Las relaciones que halló Denis, y que se llaman ley de los dimientos, son : vp =
Qp
4 3
vo
_Qo
2
[5 .91
[5 .101
Aunque la herramienta tenga una producción mayor trabajando con la velocidad de mínima desgaste vo (Qp < Qo), la disminución del tiempo de mecanizado, como consecuencia del empleo de una velocidad superior, compensa económicamente dicha desventaja, por lo que se aconseja trabajar, en lo posible, con la citada velovicidad práctica vp . En efecto, el rendimiento Q (no se olvide que es un volumen de : respectivamente ruta) vale -_ a . p . vo . lo
Qp=a-p-vp - Tp Al ser constantes el avance a y la profundidad de pasada p, se simplifican ambas expresiones y resulta vo - To vp - Tp
Qo Qp
Sustituyendo Qp y vp por sus valores, según [5 .91 y [5 .101, se obtiene finalmente :
Ejemplo comparativo 3
Suponiendo que la velocidad de mínimo desgaste que determina Denis para cilindrar en el torno, para un material de acero rápido de R = 80 kgf/mm2 de resistencia, es de vo = 11 m/min y Qo = 6 dm 3 y se emplea un avance ao = 0,5 mm y una profundidad de pasada po = 5 mm . En el supuesto de que el precio por minuto de mecanización es de 5 pesetas y que los gastos por cada afilado son de 80 pesetas (incluyendo en este precio el tiempo de reglaje de la herramienta, desgaste de la muela, etc.), empleando las velocidades vo y vp, los gastos que se originan para arrancar 100 dm 3 de viruta son los siguientes : Empleando la velocidad de mínimo desgaste (vo)
Sección de viruta empleada :
A = ao - po = 0,5 x 5 = 2,5 mm2 = 0,000 25 dm2
Arranque de viruta por minuto : Q = a o - po - v o = 0,000 25 x 110 = 0,0275 dm 3 Tiempo de duración de un afilado : T = Qo Q
=
6 = 218 min 0,0275
Tiempo total de corte : Tc - 100 . T = 100 x 218 = 3633 min 6 Qo Importe de tiempo de corte en pesetas :
3633 x 5 = 18 165 pesetas 91
Número total de afilados : 100 6
= 16,66 z 17
Precio total de los afilados : 17 x 80 = 1360 pesetas Importe total del mecanizado : 18 165 + 1360 = 19 525 pesetas Costo por dm 3 : 19 525 100
=
195,25 pesetas
Empleando la velocidad económica (vp) 4 vp = 3 vo =
4
x 11 = 14,6 m/min = 146 dm/min
3
~p= Arranque de viruta por minuto :
2
Go=
2
x6 =3 dm 3
0,000 25 x 146 = 0,0365 dm 3 Tiempo de duración de un filo : 3 0,0365
= 8219 ,
83 min .
Tiempo total de corte : 100
x 83 = 2766,66 z . 2767 min
3
Importe del tiempo total en pesetas : 2767 x 5 = 13 835 pesetas Número total de afilados : 100 3
= 33,4 z 34
Precio total de los afilados : 34 x 80 = 2720 pesetas Importe total del mecanizado : 13 835 + 2720 = 16 555 pesetas Costos por dm3 : 16 555 100
= 165,55 pesetas
Como puede comprobarse, empleando la vp se puede obtener un menor costo por dm 3 de viruta arrancada ; por esta razón se la denomina velocidad económica-práctica . 5 .1 .9
Factores principales que influyen en la elección correcta de la velocidad de corte
Como se ha visto anteriormente, existe una serie de factores que influyen en mayor o menor proporción en la elección correcta de la velocidad de corte . Por esta razón, Denis, además de la curva elemental de la figura 5 .1 obtuvo familias de curvas semejantes combinando diversos factores de corte . 92
al
Las experiencias realizadas han demostrado que el valor de la velocidad de mínimo desgaste depende principalmente de : -
El empleo de herramientas de corte de diversos materiales . La clase de material que se desea mecanizar . La clase o tipo de trabajo . Las condiciones de refrigeración . La clase de operación realizada . La sección de viruta obtenida, es decir, del avance y profundidad de pasada .
0
5.1 .9.1
Influencia de la composición del material de la herramienta de corte En igualdad de condiciones de trabajo y mecanizando un mismo tipo de material, la velocidad de mínimo desgaste y, por consiguiente, la producción de viruta, aumenta en proporción a la mejor calidad dei material de la herramienta empleada (fig . 5.2) . Para herramientas de metal duro se obtienen velocidades de mínimo desgaste de 4 ó 5 veces superiores que las que corresponden al acero superrápido .
1. II . III .
acero con alto porcentaje en C acero rápido acero superrápido
Fig. 5.2
5.1 .9.2
Influencia del tipo de material a trabajar Con las mismas condiciones de trabajo y de corte, es decir, las mismas pasadas, profundidades de corte y refrigeración, se puede observar por la curva de la figura 5.3 que la velocidad de mínimo desgaste y la producción de viruta es tanto mayor cuanto menor sea la resistencia del material . Hablando en general, se puede decir que, cuanto más calor se desarrolla en el corte de la viruta, menor será la duración del filo de la herramienta . Por esta causa, cuando se trabajan aceros duros, diminuye notablemente la producción, ya que hay que realizar más afilados de la herramienta . Por esta razón hay que disminuir la velocidad de corte con el fin de facilitar la evacuación del calor que se produce durante el trabajo .
0
I. II . III . Fig,
5.1 .9.3
Influencia de la clase de máquina empleada El tipo de máquina empleada (fig . 5.4) obliga a variar la velocidad de mínimo desgaste, ya que la condición propia de cada máquina así lo exige . Las curvas de la figura 5.4 indican el resultado de las pruebas que se realizaron en el mecanizado de una pieza de acero al carbono de R = 60 kgf/mmz de resistencia y empleando una herramienta de A.R .S . Las pruebas se realizaron con las siguientes condiciones de corte : - Cilindrado a torno: profundidad de pasada, pa = 5 mm, avance ao = 0,05 milímetros y el trabajo realizado en seco . - Fresado : avance por diente a = 0,05 mm, suma del ancho del corte más la pasada (b + po = 50 mm) y trabajando con una ligera refrigeración . - Taladrado : realizando el trabajo con refrigeración normal a presión, con una broca de 25 mm de diámetro y un avance por vuelta a = 0,25 mm.
acero con oR = 40 kgf/mm1 acero con oR = 70 kgf/mmz acero con oR = 90 kgf/mm= 5.3
I. 11 . III .
1
o
o
Fig. 5. 4
Como puede comprobarse por la figura, las curvas obtenidas son muy semejantes a las de la figura 5.1, pero, sin embargo, el valor de las velocidades de mínimo desgaste varían notablemente . 5.1 .9.4
Influencia de mecanizar la pieza con refrigeración o sin ella
oa
El calor que se desarrolla durante el arranque de viruta es la causa principal del rápido desgaste de la herramienta . Por tanto, si se absorbe este calor por medio de un fluido refrigerante, aumentará la duración del filo de la herramienta y, por consiguiente, la producción de viruta entre dos afilados consecutivos (fig . 5.5) . Sin embargo, en la práctica, siempre que se emplea refrigeración es más rentable aumentar la velocidad de corte y conservar la producción anterior (para ello se debe disminuir la sección de viruta), que conservar la velocidad de corte inicial y aumentar de esta forma la producción . Para el torneado con riego ordinario y fresado con riego a presión se puede aumentar la velocidad un 25 % . Con aceite de corte especial y riego a presión se puede aumentar la velocidad hasta un 50 ~o . 5 .1 .9 .5
Influencia de la clase de operación en cada máquina
Es indudable que en una misma máquina herramienta, unas operaciones revisten mayor dificultad que otras y, por tanto, no todas admiten la misma velocidad de 93
oa
0 1,
00 2
o I.
11 .
zona de velocidades económicas trabajando la herramienta en seco zona de velocidades económicas trabajando la herramienta con refrigeración
Fig. 5.5
taladrado fresado torneado'-
corte. Por ejemplo, aquellas operaciones que requieren cortes profundos y el empleo de herramientas de forma débil y que dificultan la evacuación del calor, o aquellas operaciones que por su naturaleza son dificultosas (roscado interior), les corresponde una velocidad menor que a las herramientas de corte libre . Si se considera a vo como la velocidad de mínimo desgaste que corresponde a un corte normal de cilindrado o fresado, se debe emplear : En el torno : 3/4 vo, para herramientas de refrentar y perfilar radios . vo para herram i,a, ue tronzar, ranurar y cilindrar interiores . 2 vo , para herramientas de roscar 3 En la fresadora :
vo , para fresado de ranuras 2 3/4 vo, para fresas de form 4/3 vo , para fresas frontales provistas de dientes
5.1 .9 .6
Influencia de las condiciones de corte. Ley del rendimiento constante Es indudable que la sección de viruta influye notablemente durante el corte en el desarrollo de calor. Como consecuencia de ello, a mayor sección de viruta, o lo que es lo mismo, a mayor avance y profundidad de pasada, más calor se producirá y, por tanto, menor será el tiempo de duración del filo de la herramienta; sin embargo, a pesar de tener que afilar la herramienta con mayor frecuencia, la producción se mantiene sensiblemente constante debido a la gran sección de viruta cortada .
En las curvas de la figura 5 .6 se muestran tres ensayos de torneado realizados con la misma herramienta, trabajando el mismo tipo de material, pero utilizando distintas secciones de viruta . Se puede comprobar que las velocidades de mínimo desgaste aumentan en la misma proporción en que disminuyen las secciones de viruta, pero siempre manteniendo constante la producción de viruta . a, p,
= 0,6 mm/v \ 6,0 mm
a o = 0,5 mm/v po = 5,0 mm
a,
Z
p
01
= 0,3 mm/v = 3,0 mm
0
Fig . 5.6
Aunque se modifiquen las condiciones de corte, si se mantiene el rendimiento constante, se cumple la ecuación de Denis : aó ' po ' vó
vó.
al ' pl = constante
[5 .121
En esta fórmula a, y o, son el nuevo avance y profundidad de pasada, y v., la velocidad de mínimo desgaste escogida para las nuevas condiciones de corte. De la fórmula anterior se deduce que :
3
vo = v \ /al ,o
Po
[5 .131
Pi
En el caso de la figura 5.6 en que las velocidades de mínimo desgaste que se desean relacionar son vo, vo y vo, con sus respectivos avances y profundidades de pasada, según la ley establecida se cumplirá para la operación del torneado : a 94
pi ' yó, - aÍ .
3 P2 ' V 02
[5 .141
Esta expresión, denominada ley del rendimiento constante permite calcular la vo a partir de unas condiciones de corte determinadas a priori. No obstante, en la práctica, esta ley tiene sus límites y se debe cumplir siempre que la nueva velocidad de mínimo desgaste no ha de ser superior al doble de vo; es decir : vo, < 2 vo . - Torneado Para la operación de torneado se aconseja que la relación
a se mantenga den-
tro de los siguientes límites :
y en concreto :
p
_ 1 (herramienta de acero rápido) 8
p p
1 (plaquitas de metal duro) 10
En este último caso, la fórmula general queda simplificada así :
vo, = vo vo - Fresado
La fórmula [5 .131, como ya se ha visto, sirve para el torneado . Para el trabajo de fresado se emplea la misma fórmula, con la variante de sustituir el valor de p que se emplea en el torneado por el valor p + b, que representa la profundidad de pasada y el ancho del corte. Así la fórmula para el fresado resulta : vo, =
vo
\3
aó
V ai
(p o + bol (p, + b,)
[5 .151
Las condiciones de corte tomadas como base son : ao = 0,05 mm/diente y po + bo = milímetros . - Taladrado
Para el taladrado se sustituye p por el valor d4, que representa el diámetro de la broca en mm y vo por No, que es el número de r. p . m . de la broca, el cual recibe el nombre de número de revoluciones económicas; luego : [5 .161 En la que Denis, en su experiencia, determinó: aó = 0,25 mm/vuelta y do = 25 mm Cálculo práctico de las velocidades de mínimo desgaste y velocidades prácticas o económicas Para facilitar las operaciones y calcular rápidamente los valores de las velocidades económicas de corte, en las tablas 5 .7 A, B y C se indica un resumen de los valores aproximados de las velocidades de mínimo desgaste o del número de r. p . m . (No) recomendables para algunos tipos de materiales, así como la máxima producción Oo correspondiente a las herramientas empleadas : acero al carbono (AC), acero rápido ordinario (ARO) y acero super-rápido (ARS) .
5.1 .10
95
Tabla 5.7A.
Valores de vo y Qo en dm 3 en la operación cilindrado en seco en el torno Herramienta de AC
Clase de material a trabajar
Herramienta de ARS
Oo
Herramienta de ARO vo Qo
32
52
38
62
40
vo
va
(21
Latón
^^
Bronce oo /io (10 Sn)
19
28
45
34
54
38
Fundición gris = 150 HB
13
10,5
30
12,5
36
13,5
Acero R -- 40 kgf/mmz
11
18
26
21
31
Acero R = 50 kgf/mm2
9
15
22
17
26
19
Acero R = 60 kgf/mmz
7
12
18
14
22
15,5
Acero R = 80 kgf/mm 2
5
6
14
Tabla 5.7 B .
)
I
I
7
I
12
1
1
I
I
23
9
1
Valores de vo y Qo en dm 3 en el fresado con refrigeración ordinaria
Clase de materia/ a trabajar
Fresa de AC vo
Fresa de ARO 0,
Fresa de ARS
Vo .
vo
Oo
24
28
30
36
20
28
32
17
9
21
10,5
Oo
Latón
20
Bronce so /30 (10 Sn)
19
Fundición gris = 150 HB
16
Acero R = 40 kgf/mm2
14
14
15
Acero R = 50 kgf/mm 2
16
19
18
13
11
14
13
Acero R = 60 kgf/mm2
18
15
12
9
13
10
Acero R = 80 kgf/mm 2
16
12
10
5
11
6
13
25
8,5
6,5
Estos valores se disminuirán en un 25 % si se trabaja en seco y se aumentarán un 25 % si se trabaja con refrigeración a presión .
Tabla 5.7 C.
Valores de No y Qo en dm 3 para la operación de taladrar con refrigeración a presión
Clase de materia/ a trabajar
Broca de AC No
Latón
400
Bronce 90 /io (10 Sn)
320
Fundición gris = 150 HB
Broca de ARO
30
00
B oca de ARS No
800
50
1000
22
640
40
760
160
2
320
Acero R = 40 kgf/mm 2
120
7,5
220
Acero R = 60 kgf/mm2
50
3
105
Acero R = 80 kgf/mm 2
10
I
I
0,5
Para trabajar en seco, reducir un 30 % el No Para broca ordinaria trabajando con agujero iniciado 4/3 No Para broca con guía (avellanado o ¡amado) No /2 Para broca escalonada 2/3 No Para escariado No /5 P a r a roscado en la taladradora N#/10
96
No
00
I
I
40
5,5
Qo
380
8
15
280
19
7
140
9
2,5
70
I
4,5 -
Ejemplo 4 Determinar la velocidad de mínimo desgaste, la económica y práctica y la velocidad límite que corresponden a una operación de cilindrado en el torno al que no se le ha aplicado refrigeración y la herramienta empleada es de acero rápido ordinario . El avance empleado es de 0,3 mm y la profundidad de pasada de 3 mm (material de la pieza : acero'de 80 kgf/mm 2 ) . Solución : Según la tabla 5 .7A, el valor de vo es de 12 m/min . La sección normal es : ao = 0,5 mm/vuelta y po = 5 mm . Se aplica la fórmula [5 .121 y resulta : 0,32 x 3 x
0'
vo, = 4
i
3
5
8000 4
VO
3 V
= 0,52 x 5 x 123
0,52 x 5 x 123 0,3 2 x 3
_
v3
3
V
3
=
2160 0,27
= 8000
= 20 m/min
x 20 = 26,66 m/min
5 vo=-x 20=33,33m/min 3
=-
3
Ejemplo 5 En un torno paralelo se desea efectuar una pasada de 6 mm de profundidad y 150 mm de longitud en una pieza de acero al carbono de R = 60 kgf/mm 2 de resistencia y 80 mm de diámetro exterior . Para efectuar la operación se emplea un avance de 0,6 mm/vuelta . Durante la operación se refriega la herramienta y la pieza con aceite de corte a presión y la herramienta empleada es de acero rápido superior . Se desea calcular : -
La velocidad de mínimo desgaste realizando la operación en seco . La velocidad de mínimo desgaste empleando la refrigeración que se indica . La velocidad práctica-económica empleando la refrigeración . El número de piezas que se pueden construir entre dos afilados consecutivos . Tiempo de duración del filo de corte de la herramienta .
Solución : En la tabla 5 .7 A se escogen los valores de vo y Qo según los datos dei problema . Velocidad de mínimo desgaste para trabajar en seco : vo = 22 m/min . Producción del arranque de viruta : R o = 15,5 dm 3 . Teniendo en cuenta que la operación se realiza con refrigeración por medio de aceite de corte a presión, hay que aumentar la vo en un 50 % (ver apartado 5 .1 .9 .4) . vo = 22 +
50 x 22 100
= 33 m/min
Aplicando la ley del rendimiento constante, con las nuevas condiciones de corte : a l = 0,6 mm y p l = 6 mm (ver fórmula [5 .131), se obtiene una nueva velocidad de mínimo desgaste : Po - 33 3 0,52 x 5 _ 33 ` 3 /1,25 = 33 x 3 0,578 vo~ = vo 2,16 . p, 0,62 x 6 vo, z 27,5 m/min La velocidad económica~práctica vp se calcula con la fórmula [5 .91 : vp =
4 3
;
Vo,
vp =
4 3
27,5 = 36,66 m/min
A esta velocidad le corresponde una producción de viruta : QQ = 0,5 Qo ; Qv = 0,5 x 15,5 = 7,75 dm 3 El volumen de viruta que corta por cada pieza es : D2
-
nd2
1
I
=
n (D2 - d2 ) 4
, L =
3,14 (0,82 - 0,682) 4
x 1,5 = 0,21 dm 3 97
Como consecuencia de ello, el número de piezas que se pueden mecanizar entre dos afilados consecutivos es : n = QP = 7,75 = 36 piezas V 0,21 La duración del filo de la herramienta se puede saber dividiendo la longitud total cilindrada entre el avance por minuto . amin . = a , N N = v~ ° 1000 - 36,66 x 1000 145,86 r . p . m. 7T . D 3,1416 x 80 amin . = 0,6 x 145,86 = 87,5 mm El tiempo de duración de un afilado es : T = n - L - 36 x 150 = 61,70 minutos amin . 87,51 5 .1 .11
costo por pieza
velocidad de corte económica
Fig. 5.8
Relación entre el costo y la velocidad de corte.
Mecanizado económico
Los métodos anteriores hacen hincapié en los factores de corte, pero descuidan la influencia de los costos de producción . Por eso, se han producido diversos intentos para recoger de manera sencilla toda la complejidad del problema . Para conseguir un mecanizado económico se puede buscar un costo de producción mínimo, deducir el tiempo de vida de la herramienta y adoptar la velocidad de corte económica que proceda ; o también, se puede buscar la economía del mecanizado por la vía de la máxima producción, lo que supone un tiempo de vida más corto de la herramienta y una velocidad de corte mayor. Estas dos opciones contradictorias no tienen siempre el mismo valor; es decir, a veces es conveniente emplear una, y en otras circunstancias es mejor la otra opción . La elección depende siempre de las circunstancias concretas . Por ejemplo, si se trata de un pedido urgente, de cuya entrega depende la ejecución de un contrato, hay que trabajar a máxima producción, puesto que la economía del mecanizado vendrá por el ahorro de tiempo ; no así cuando el fabricante de un producto de mucha demanda recibe un precio fijo por pieza y le interesa aumentar al máximo el beneficio; entonces debe trabajar con el costo mínimo de producción . 5.1 .11 .1
Mecanizado según el costo de producción mínimo
El costo por pieza debe contemplar necesariamente estos tres componentes : costo máquina, costo de herramientas y costo fijo de manipulación . Estos costos varían según la velocidad de corte (a excepción del último de ellos) y la suma aritmética de los tres constituye el costo por pieza . El diagrama de la figura 5.8 se ha trazado variando la velocidad de corte en el mecanizado de una pieza y calculando los costos producidos . La curva de costo total por pieza tiene un mínimo que corresponde a la velocidad de coste económica . La fórmula que permite hallar el tiempo de vida de una herramienta para mecanizado según el costo de producción mínimo es la siguiente :
r
Fig. 5.9
[5 .171
Curvas v-T
En esta fórmula Cl, representa los costos imputables a la herramienta, C, el costo-máquina y a es un coeficiente que expresa el valor de la pendiente de la curva en el diagrama logarítmico v-T. x y
Fig. 5.10
Cálculo de a.
Si en un diagrama con escalas logarítmicas (fig . 5.9) se representan las velocidades de corte y los respectivos intervalos de afilado o tiempos de duración de la herramienta para cada velocidad, se obtiene una curva v-T, cuyo tramo comprendido entre 5 y 60 minutos puede considerarse sin mucho error como un segmento de recta . La inclinación del mismo se indica con el valor a y es característica de unos factores de corte y un proceso de mecanizado determinados . Si no se dispone de prontuarios que indiquen los valores de a, se pueden trazar los diagramas que convenga haciendo pruebas en la propia máquina . Los resultados hallados se llevan a un sistema de ejes coordenados con escalas logarítmicas (fig . 5 .10) y después se unen los puntos con un segmento de recta . La inclinación de la misma (a) se calcula sin dificultad tal como se indica en la figura citada para un caso concreto . 98
El costo máquina Crr, incluye todos los costos de mantenimiento, amortización, mano de obra y gastos generales . Se indica en precio por minuto . El coste de herramienta Cn es el precio de la misma, el costo de afilado si lo hubiera y los gastos de manipulación . Ejemplo 6
Una operación de planeado en la fresadora se efectúa con una fresa frontal de plaquitas postizas de metal duro . Se desea conocer el tiempo de duración económica de la herramienta Te sabiendo que el costo máquina C, = 800 ptas/h y que a = 0,45 . Solución :
Costo máquina: 800 pts/h ; Cn, = 13,33 ptas/min . El costo herramienta C,, se compone de los siguientes apartados : - Cuerpo de la fresa. Importe : 18 400 ptas . 10 plaquitas rectangulares de 4 filos. Amortización en 400 cambios. 18 400 = 46 ptas . Costo por cambio = 400 - Plaquita . Importe unitario : 190 ptas . 190 x 10 = 475 ptas . Costo por cambio = 4 - Cambio de filo de las plaquitas. Tiempo total para las 10 plaquitas = 10 minutos Costo por 10 plaquitas = 13,33 ptas/min - 10 min = 133,3 ptas . Ch = 46 + 475 + 133,3 = 654,3 ptas . Te
=
1
654,3 _ 1,22 x 49,08 = 59,8 min .
(0,45
Los valores normales para fresas pequeñas son 30 60 min y para las grandes _ efectivamente un 20 o un 25 % del se utilizan min . Como las fresadoras 45 120 tiempo transcurrido, el cambio de las plaquitas se hace cada 3-4 horas y 5-8 horas respectivamente . La velocidad de corte económica ve que corresponde al tiempo Te calculado se . busca en el diagrama v-T o en último extremo, se calcula por la fórmula de Taylor 5.1 .11 .2
Mecanizado para producción máxima
Si se quiere obtener la máxima producción no hay que considerar los costos . Basta tener en cuenta el tiempo de cambio de la herramienta . Por tanto, la duración de la herramienta para la máxima producción viene expresada por la fórmula : 11 th (min)
Tp
(5 .181
en la que tn es el tiempo de cambio al que se hacía referencia . Como es lógico, los factores de corte, trabajando para producción máxima, siempre son superiores a los que corresponden al costo mínimo de producción (figura 5.11) . Ejemplo 7
Solución:
tasa producción
costo por pieza
Calcular el tiempo para máxima producción T, en el caso del problema anterior . 1 0,45 5
11
0
i i i 0
10 = 12,2 min
Los valores habituales de Tp para fresas pequeñas del tipo citado son 10 = 20 min y para los tamaños grandes 20 = 60 min . Tablas y ábacos para la determinación de la velocidad de corte El cálculo analítico riguroso de la velocidad de corte según los procedimientos explicados es bastante engorroso en muchos casos. Lo normal es emplear ábacos confeccionados por los centros de investigación sobre máquinas herramientas o por los mismos constructores de aquéllas . Los ábacos en cuestión proporcionan la velocidad de corte adecuada en función de la sección de viruta, del material cortado, la
5 .1 .12
99
datos de corte duración herramienta
op
tasa económica de producción
Fig. 5.11
pc tasa máxima de producción
Relación entre costo, datos
de corte y producción de viruta .
lubricación, el tipo de herramienta y la clase de operación, para una herramienta de material definido, al igual que la duración del afilado. La determinación precisa de la velocidad de corte es muy interesante en el mecanizado de grandes series, donde se emplean máquinas automáticas y herramientas de metal duro . Para casos sencillos, en la práctica se emplean las clásicas tablas universales, como la que se incluye como ejemplo (tabla 5 .12), que tienen carácter orientativo y fijan valores extremos . Es conveniente que el alumno consulte el tema 16 de las Técnicas de Expresión Gráfica del Metal 2.2 con objeto de repasar algunas cuestiones sobre diagramas, lo que le será de mucha utilidad para el máximo aprovechamiento del contenido dei presente tema . Tabla 5.12.
Datos de corte para herramientas de metal duro
Material que se ha de trabajar y resistencia
Angulos de corte
kgflmml2
Angulo de cuña B
Hierro y acero hasta 50 kg/mmz
Acero al Mn, al 12 Hierro fundido hasta 180 Brinell Hierro fundido de 180-250 Brinell Hierro fundido de más de 250 Brinell Fundición en toquilla Fundición dura Cobre Aluminio Duraluminio Bronce fosforoso
,4ngulo de desprendimiento C
5 .2
Concepto de viruta mínima
Según la velocidad de corte, la calidad y afilado de la herramienta, así como la naturaleza de la pieza, la sección de viruta separada no puede ser inferior a un valor determinado . Esto tiene gran importancia para lograr un buen acabado, porque si la cuchilla no llega a alcanzar la profundidad de pasada ni el avance mínimos, el corte de viruta es irregular. La herramienta tiende a separarse de la superficie de la pieza de manera intermitente (trabaja a saltos), produciendo una especie de martilleo sobre la misma que, si la velocidad no es mucha, se traduce en un acabado irregular y, si aquella es considerable, en un recalcado del material y en el rápido deterioro del filo de corte .
5.3
Duración de las herramientas . Generalidades
En los apartados anteriores se ha explicado que la duración del afilado o vida de herramienta es un factor económico muy importante en el corte de los materiales . la Cuando se mecaniza por arranque de viruta, los factores de corte se escogen de tal manera que el resultado final sea una mayor duración económica de la herramienta . De no ser así, las consecuencias serían una vida relativamente corta de la herramienta y unos costos de afilados prohibitivos . Por el contrario, el uso de velocidades y avances muy pequeños con los que se obtendría una larga duración de la herramienta es igualmente antieconómico, en razón de la baja productividad que esto representa . Está claro que cualquier mejora encaminada a prolongar la duración de la herramienta es beneficiosa y, en consecuencia, es imprescindible entender, como paso previo, la naturaleza del desgaste que se produce en la herramienta . La vida de una herramienta de corte puede llegar a su fin por dos grandes causas : - Desgaste gradual de ciertas zonas de la cara y flanco de la herramienta . - Defectos mecánicos que originan un desgaste prematuro. 5 .3 .1
Desgaste gradual de la herramienta
La naturaleza del desgaste progresivo de una herramienta de corte adquiere tres formas distintas : - Abrasión. Ocurre cuando las partículas duras que contiene la viruta rozan con la cara de la herramienta y arrancan partículas de su material por acción mecánica . - Adhesión . Aquí el desgaste es ocasionado por la fractura de las asperezas, formadas por la soldadura del metal de la pieza y el de la herramienta como consecuencia de las elevadas presiones y temperaturas del fenómeno de rozamiento .
- Difusión . Este desgaste se produce como consecuencia del desplazamiento de los átomos de una red cristalina desde una zona de alta concentración atómica hacia otra de concentración baja . Este proceso depende de la temperatura existente . En el corte de los metales puede darse el fenómeno en los puntos de contacto íntimo de la viruta y la herramienta y se traduce en un flujo de átomos de ésta hacia el metal de la pieza, con el consiguiente debilitamiento de la estructura superficial de la herramienta . 5.3 .2
Zonas de desgaste
El desgaste de la herramienta se localiza en dos zonas bien definidas: la cara de la misma o cara de desprendimiento y el flanco que está en contacto con la pieza . El desgaste en la superficie de desprendimiento se caracteriza por la formación de un cráter, como resultado del roce continuado de la viruta (fig . 5 .13), cuya forma se ajusta al radio de salida de la viruta . Dicho cráter aparece detrás de una estrecha faja a lo largo del filo, no sólo porque ahí se verifica el roce con la viruta, sino también porque en este punto la temperatura alcanza su valor más alto (750 ° = 1000°) y en estas condiciones tiene lugar el fenómeno de difusión en las herramientas de metal duro y el ablandamiento térmico en las de acero rápido . La profundidad del cráter puede medirse con instrumental adecuado (rugosímetro) y generalmente se utiliza como medida del desgaste producido.
cara desgaste de la cara por craterización
pieza desgaste del flanco Fig . 5. 13
Desgaste de la herramienta -
Fig.
Cuando se trabaja en condiciones de máxima producción, lo que implica velocidad de corte muy elevada, la profundidad del cráter es el factor que determina la vida de la herramienta, porque su crecimiento fractura debilita el filo hasta llegar al punto en que éste se fractura . Por el contrario, cuando se trabaja con inicial criterios de producción desgaste uniforme económica, el desgaste del flanco suele ser el factor de control . El desgaste del flanco es ocasionado por el rápidara rozamiento de la superficie generada en la pieza y la zona del flanco de la herramienta en contacto con aquélla (fig . 5 .13) . La anchura de la zona desgastada se toma como medida del desgaste y puede ser determinada fácilmente con un microscopio de taller . El diagrama de la figura 5.14 indica el incremento del ancho Df de la zona de desió --- 2 - gaste . La curva representativa se divide en tres partes : tiempo de corte Ten s - Parte OA . El filo agudo de la herramienta se deteriora con rapidez y aparece 5.14 Incremento del desgaste del localizada la zona de desgaste . flanco en función del tiempo . - Parte AB. El desgaste progresa uniformemente . - Parte BC. Se inicia un desgaste muy rápido hasta la fractura del material . Es aconsejable reafilar la herramienta antes que el desgaste llegue a la zona BC en la cual el . material de la misma se rompe rápidamente. 5.3 .3
Duración de una herramienta
En las operaciones de mecanizado es indispensable especificar el grado de desgaste permisible de una herramienta y su localización antes de reafilarla . Para ello, conviene estudiar previamente las características de una herramienta desgastada (fig . 5 .15) .
sección X-X
Zona A
-
zona B
zona C
muesca de desgaste
Fig. 5. 15 Detalle de las caras de corte de una herramienta con las zonas de desgaste.
En la figura citada aparece la zona de trabajo de una herramienta de filo único. La profundidad h del cráter no es constante y se mide en el punto donde ésta es mayor. La faja desgastada del flanco presenta dos puntos o máximos característicos en los extremos del filo, denominados DA y OC, mientras que la parte central (zona B) es relativamente uniforme, con un ancho medio Df. Los criterios recomendados por ¡SO para definir la duración efectiva de las herramientas son las siguientes :
- Herramientas de acero rápido Df = 0,3 mm si el flanco está gastado regularmente en la zona B . Dfmáx. = 0,6 mm si el desgaste es irregular, con abundancia de rayas, ranuras o astillas . Herramientas de metal duro = 0,3 mm para desgaste regular Df máx . = 0,6 mm para desgaste irregular h = 0,06 + 0,3 a (donde a es el avance) -
Df
5.3 .4
Tiempo de duración de una herramienta Se puede definir como el tiempo de corte requerido para alcanzar el desgaste admisible según un criterio de duración de la herramienta . Como se sabe, la velocidad de corte es el factor determinante en la duración de una herramienta y por eso es necesario conocer la relación que existe entre ambas. El primero que estudió este tema con rigor fue Taylor, quien llegó a formular la relación empírica que se explica en el apartado 5.1 .2 . Observando la figura 5 .14 puede afirmarse que la duración de una herramienta para un desgaste Di = 0,3 mm es de 100 s . Si este ensayo se repite con distintas 102
velocidades de corte, se obtienen diferentes duraciones del filo, sin modificar el valor del desgaste . Al reunir todos los resultados en un diagrama con escala logapuntos rítmica, se obtiene una recta (fig . 5.16) que contiene aproximadamente los representados, cuya pendiente es 5 .3 .5
Influencia de los ángulos de afilado
El aumento del ángulo de desprendimiento C produce generalmente una mejora de las condiciones de corte al facilitar la salida de la viruta . Sin embargo, cuando C es demasiado grande, el filo resultante es muy débil, lo que se traduce en un mayor desgaste por unidad de tiempo y, en consecuencia, en una duración inferior de la herramienta . Por consiguiente, interesa hallar un valor de equilibrio que ofrezca la combinación óptima entre facilidad de mecanizado y duración . En el diagrama de la figura 5 .19 se muestran dos curvas características C-T para dos herramientas de material distinto : la curva A pertenece a una herramienta de metal duro y la curva B a una de acero rápido . A partir de estudios experimentales se ha llegado a determinar los ángulos aconsejables para cada material de la pieza y la herramienta que aparecen en las tablas de afilado . El ángulo de incidencia A tiene gran influencia en el valor del desgaste, tanto frontal (Df) como normal (D,,). La relación que se establece entre esos factores se deduce inmediatamente de la figura 5.20. Está demostrado que para valores pequeños de A un aumento del ángulo de incidencia reduce el desgaste por unidad de tiempo . No obstante, dicho ángulo no puede crecer demasiado sin debilitar el filo de la herramienta . La experiencia demuestra que los ángulos más convenientes varían entre 6° - 10° para el acero rápido y 5° = 8° para el metal duro . 5.3 .8
300
i~CíZ~íZ~~~
50
2 velocidad de corte vc (m/s)
Fig. 5.16 Duración de la herramienta según la velocidad de corte o desgaste constante.
Efecto del filo recrecido
La formación de un filo recrecido o falsa cuchilla (ver tema 8 de la Tecnología de Máquinas Herramientas 2.1) afecta al desgaste del mismo de dos formas, ya aumentándolo, ya disminuyéndolo . Cuando se mecanizan materiales duros o con incrustaciones abrasivas (fundición . . .), la presencia de un filo recrecido estable protege a la herramienta (figura 5 .17) y, en consecuencia, su efecto es benéfico . Pero también ocurre que al desprenderse un fragmento de filo recrecido, soldado durante el corte a la herramienta, se producen fracturas locales del verdadero filo, porque se arrancan porciones de material de la herramienta (fig . 5 .18) . Otro factor de deterioro de la cara de corte de la cuchilla es el coeficiente de dilatación distinto que tienen el metal de la pieza y el de la herramienta, lo que origina tensiones locales importantes en los bordes del filo recrecido, debidas a la expansión o contracción desigual de ambos materiales, y que suele terminar con la rotura . de fragmentos de la herramienta, al ser habitualmente más frágil que la pieza 5 .3 .7
500
,00
Desgaste o fallo prematuro de la herramienta
En las herramientas de acero rápido no suelen producirse fallos de este tipo por la gran resistencia y homogeneidad del material . No ocurre lo mismo con las herramientas de metal duro, ya sean con plaquita soldada o sujeta por medios mecánicos. Dichas plaquitas son relativamente frágiles, a pesar de los grandes progresos realizados, porque tenacidad y dureza son dos cualidades contradictorias . Circunstancias inevitables o no, tales como choques súbitos (producidos por corte intermitente), choques térmicos (por aplicación inadecuada del refrigerante), afilado descuidado, soldadura deficiente de la plaquita, etc., pueden producir fracturas prematuras de la herramienta . 5.3 .6
x000
Material de la herramienta
La influencia del material de la herramienta en las condiciones de corte es fundamental . Las primitivas herramientas de acero al carbono se desgastaban rápidamente, no estaban normalizadas y cada operario tenía el secreto de su construcción . La aparición del acero rápido en sus diferentes variedades permitió avances fundamentales en la técnica del corte que aún se vieron desbordados por las herramientas de carburos sinterizados (metal duro) y compuestos cerámicos (Ver tema 8 de la Tecnología de Máquinas Herramientas 2. 1) . 103
Fig. 5. 17 Detalle de la punta de la herramienta con filo recrecido.
fragmento del filo recrecido
Fig. 5. 18 Fractura de la herramienta por efecto del filo recrecido.
ángulo de desprendimiento
Fig. 5 .19 Diagrama C-T para herramientas de distinto material .
D~
O
Fig. 5.20 Relación entre el desgaste ye/ ángulo de incidencia .
5.4
Maquinabilidad
Se puede decir que maquinabilidad es la facultad de un material para ser bajado con mayor o menor facilidad por medio de herramientas de corte, o dichotrade otro modo, maquinabilidad es la facilidad que presenta un material para el arranque de viruta . Hoy día se incluye también dentro de este concepto el desgaste de la herramienta, la precisión de medidas, la calidad del acabado superficial, la deformación de la pieza y el consumo de energía necesaria . Como se ve, se trata de un concepto muy amplio, no exento de ambigüedad Por ejemplo, cuando se dice que el material A es más mecanizable que el B, esto. puede significar que el desgaste de la herramienta empleada es menor en A que en E, que el acabado superficial de A es superior o que se requiere menos consumo de energía para mecanizar A. Por eso, el concepto maquinabilidad sólo tiene sentido como expresión de una cualidad en sentido muy amplio . Dicha cualidad no es otra que la facilidad de mecanizado en términos generales . Pese a la dificultad casi insalvable de hallar alguna medida que cuantifique un concepto tan amplio, se ha podido establecer que las propiedades de maquinabilidad van muy ligadas al recalcado de la viruta que sí puede valorarse numéricamente . Para ello, se determina la relación entre la longitud teórica que debería tener la viruta si no hubiera deformación y la longitud que realmente tiene ; o bien, entre el espesor de la viruta real y el de la teórica (sin recalcar) . Esto permite hallar un coeficiente de recalcado como expresión de la maquinabilidad . Cuanto mayor es dicho coeficiente mayor es la deformación y, como ésta se logra a expensas la energía absorbida, la maquinabilidad será mayor cuanto menor sea el recalcadode (Ver tema 8 de la Tecnología de Máquinas Herramientas 2. 1). 5.5
Temperatura de corte. Fluidos de corte
Parte de la energía mecánica empleada en el corte se transforma en que se reparte muy desigualmente entre la viruta (del 65 a 80 %), la pieza (15 acalor 25 %) y la herramienta (5 a 10 %) . A pesar de que el reparto es favorable a la herramienta, la temperatura que puede alcanzar el filo de la misma es muy alta, con las conocidas repercusiones que esto tiene en la capacidad de corte y en el tiempo de vida de aquélla . Se procura disminuir la temperatura de corte haciendo que la sección de la herramienta sea lo mayor posible para mejorar la difusión del calor y, además, se emplea un fluido de corte . El fluido de corte actúa como refrigerante y lubricante a la vez . La acción gerante está destinada a la absorción directa del calor, mientras que la acción refricante sirve para disminuir el rozamiento entre la cuchilla de corte y la superficie lubride la pieza . Las sustancias de acción combinada (refrigerante y lubricante) más empleadas son : - Aceites de corte . Se trata de aceites minerales con aditivos sintéticos, vegetales o animales que los hacen muy untosos, de suerte que soportan grandes presiones . - Aceites solubles o taladrinas. Son aceites compuestos, emulsionables con agua, Para usarlos se mezclan con agua en una proporción del 1 al 10 por ciento, según la aplicación a que se destinen . Tienen mayor poder refrigerante que los aceites de corte, son más económicos y desprenden menos humos; sin embargo, pueden crear problemas de oxidación . Todos estos productos llevan sustancias anticorrosivas y antisépticas para ímpedir daños en las máquinas y en la piel de los operarios . 5.5.1
Acción del fluido de corte El fluido de corte, suministrado por un equipo de bombeo y conducción, llega a la zona de corte y se introduce en forma de fina película entre la herramienta y la pieza . Por su alto calor específico tiene una gran capacidad de absorción calorífica que se efectúa por contacto directo . Además el fluido de corte se comporta como lubricante e impide el roce directo de las dos superficies metálicas . No obstante, las condiciones reales son algo distintas, ya que bajo la influencia de la presión de corte y el calor producido, tiene lu104
gar un rozamiento mixto (fig . 5 .21) con puntos metálicos en contacto y zonas separadas por las bolsas de lubricante . Es lo que se llama lubricación límite, que adquiere sus características más agudas bajo condiciones extremas de presión y temperatura . Algunos lubricantes poseen aditivos (azufre, molibdeno, fósforo, etc ., en forma de compuestos) que son muy resistentes a las condiciones citadas y ofrecen una superficie de contacto notablemente mayor . En resumen, el empleo de fluidos de corte supone, en términos generales : - Aumento de la velocidad de corte que puede llegar al 40 % sobre el valor en seco . - Protección de la herramienta por disminución de la erosión . - Mejora del acabado de la pieza que en ocasiones supone la reducción de la altura de las rugosidades a la mitad . - Protección de la pieza. Elimina el riesgo de deformaciones y las alteraciones químicas y físicas del material . 5.5 .2
Fig. 5.21 Ruptura de la película lubricante: 1, punto de contacto metálico ; 2, bolsa de lubricante .
Empleo de los fluidos de corte
La naturaleza del fluido de corte se escoge en función del material a trabajar y de procedimiento de arranque de viruta . Cuando lo primordial sea refrigerar se emplean los aceites solubles en agua (taiadrinas) y cuando lo más importante es la lubricación, para reducir el rozamiento, se utilizan los aceites de corte. En la tabla 5 .22 se indican los fluidos de corte aconsejables para mecanizar los materiales más comunes . Tabla 5.22.
Fluidos de corte para máquinas herramientas
Aceros al carbono y de baja aleación
seco (1) (2) (3)
Excluido el taladrado profundo . Depende del tipo de aleación . Hay tipos especiales de aceite para estos materiales .
SIGNIFICADO DE LAS ABREVIATURAS : T . Taladrina, concentración normal TA . Taladrina, concentración alta MG . Aceite mineral graso
5 .5 .3
SC . SCA. LR .
Aceite sulfoclorado Aceite sulfoclorado, alto porcentaje Líquido de rectificado (taladrina verde o similar)
Aplicación del fluido de corte
Para que el fluido de corte cumpla perfectamente su misión la vena líquida debe ser abundante y continua y aplicada lo más cerca posible de la zona de corte (figura 5 .23) . 105
Fig. 5.23 Aplicación del fluido de corte, en la zona de trabajo .
La emisión del fluido se efectúa normalmente de arriba hacia abajo, pero también puede hacerse en sentido contrario (fig . 5.24) para mejorar el acceso del mismo a la zona requerida. Cuando se mecanizan orificios profundos por taladrado o mandrinado es conveniente enviar el fluido a través del útil (fig . 5 .25) pues, de lo contrario, la refrigeración correcta es muy difícil . La evacuación del fluido de corte se efectúa por gravedad ; se recoge en una bandeja de la bancada, junto con las virutas y de allí pasa, después de ser filtrado, al depósito del líquido para iniciar un nuevo recorrido, impulsado por una electrobomba (fig . 5 .26) . En los grandes talleres se instalan equipos centralizados que recogen las aportaciones de todas las máquinas herramientas, separan las virutas del líquido de corte, lo filtran y regeneran, antes de volverlo a enviar hacia las líneas de distribución que lo llevan a los distintos puntos de uso . Las virutas, trituradas y clasificadas, se almacenan en silos o depósitos para proceder a su venta para ser de nuevo fundidas .
Fig. 5.24 Situación de la salida del conducto: A, posición normal; B, posición invertida .
5 .6
Fig. 5.25
El mecanizado por arranque de viruta es perturbado, con cierta frecuencia, por la aparición de vibraciones, como consecuencia de la dinámica del corte . El resultado de este fenómeno es un acabado superficial irregular y, a veces, la suspensión del trabajo y el cambio de los factores de corte . El conjunto formado por la máquina, la pieza y la herramienta constituye un sistema, cuyo comportamiento dinámico es muy complejo, que ha sido objeto de numerosos estudios con el doble propósito de explicar mejor la mecánica de las vibraciones y facilitar información fiable a los proyectistas que permita perfeccionar el diseño de las máquinas herramientas . Las vibraciones forzadas se producen frecuentemente como consecuencia de las variaciones cíclicas de las fuerzas de corte. Un ejemplo claro de ello está en el fresado, donde la frecuencia de las vibraciones forzadas es igual al producto de la frecuencia de rotación y el número de dientes de la misma . La figura 5 .27 representa las variaciones del par motor del árbol portafresas de una fresadora al cambiar el número de dientes de la herramienta . Puede comprobarse que a medida que aumenta el número dé dientes, aumenta también la fre cuencia de las vibraciones (recuérdese lo dicho sobre la frecuencia) y disminuye el valor del par motor máximo y la amplitud de la vibración . El proyectista debe valorar, de forma semejante a la presentada, la magnitud de las fuerzas perturbadoras que actúan durante el mecanizado, de tal forma que las frecuencias naturales de los órganos que componen la máquina no se aproximen al valor de las frecuencias perturbadoras . Para combatir las vibraciones forzadas hay que lograr la amortiguación máxima, ya sea por amortiguación estructural (diseño de los órganos), amortiguación en las uniones con pernos, amortiguación en el anclaje y amortiguación viscosa por efecto del lubricante interpuesto entre superficies en contacto .
Sistema de aplicación a través del útil de corte.
electrohomba
Fig. 5.26 Instalación para el refrigerante en una fresadora .
5.6 .1 z=6
M-
-w ii
M-
L 1 / r 0 _111_. r
71
z=8 --)V
jÍ
jl
jl -A .
i~
lI
ji
L_1, _l. IJ Z=12
L1 /t l r l 1 / I L 1 L. .t 1. .1 L 1 L n
L I
/ I l r <_l. L 1
~
L 1
/ 1 1
L
Fig. 5.27 Relación entre la frecuencia de las vibraciones en un husillo de una fresadora y el número de dientes de la fresa. Influenció que éste ejerce sobre el
Vibraciones en las máquinas herramientas
Vibraciones autoinducidas
Las vibraciones también aparecen en las operaciones de mecanizado en las que normalmente no hay variaciones cíclicas en las fuerzas de corte como, por ejemplo, el torneado cilíndrico . c Estas vibraciones aparecen cuando el sistema máquina-herramienta-pieza es básicamente inestable y cualquier desplazamiento relativo entre la herramienta y la pieza se transforma rápidamente en una vibración de gran amplitud . También se producen vibraciones autoinducidas cuando la herramienta remueve B las irregularidades dejadas por una vibración previa, a causa de las variaciones en la fuerza que actúa sobre aquélla . P.
CUESTIONARIO 5.1 5.2 5 .3 5.4
par máximo,
10 6
¿Qué es la velocidad económica de corte? Ley de Taylor . Velocidad práctica limita según Denis. Mecanizado económico según el costo de producción mínimo .
5 .5 Concepto de mínima viruta . 5 .6 Naturaleza del desgaste de las herramientas . 5 .7 Zonas de desgaste en las caras de corte . 5 .8 Criterios recomendados por ISO para definir la duración de las herramientas . 5 .9 Efectos del filo recrecido . 5 .10 ¿Es siempre beneficioso aumentar el ángulo de desprendimiento para favorecerlas condiciones de corte? 5 .11 Maquinabilidad . 5 .12 ¿Qué son fluidos de corte? 5 .13 ¿Por qué en el rectificado se usan taladrinas y en el fresado aceites de corte, con preferencia? 5 .14 Aplicación del fluido de corte en lugares de difícil acceso . 5 .15 Vibraciones forzadas en las máquinas herramientas . EJERCICIOS A RESOLVER 1 . Calcular el valor del factor n de una herramienta sabiendo que v,, = 90 m/mín y v,, = 60 m/min . 2 . Una fundición gris determinada se mecaniza con herramienta de acero rápido a la velocidad de corte de 22 m/min . La duración de la herramienta en estas condiciones es de 30 minutos . Calcular su duración con una velocidad de corte de 15 m/min .
3 . En el torneado de un material se emplean los siguientes datos de corte : v . = 20 m/min ; a = 0,5 mm/v ; p = 5 mm . Si se modifica el avance y la profundidad de pasada (a = 0,15 mm/v ; p = 1 mm), hallarla velocidad de corte que permite mantener el rendimiento constante .
lrerna 6.
Neumática aplicada
EXPOSICIÓN DEL TEMA La técnica neumática admite infinidad de aplicaciones en el campo de la máquina herramienta, especialmente en los trabajos de fijación de piezas, bloqueo de órganos, alimentación de máquinas y movimiento lineal de órganos que no requieran velocidades de actuación rigurosamente constantes . No obstante, existe una limitación tecnológica en los esfuerzos admisibles en los elementos de trabajo -no deben superar los 3000 kgf- que puede evitarse en parte con la adición de mecanismos (palancas, engranajes . . .) complementarios . En este tema se hace una amplia exposición de los órganos de generación y preparación del aire comprimido, así como de los elementos de actuación más importantes en neumática y se concluye con la explicación de diversas aplicaciones directas en las máquinas herramientas . Es indispensable la consulta de los temas 14 y 15 de las Técnicas de Expresión Gráfica 2.2 Meta/ que contienen la simbología normalizada CETOP RP3 y los principios básicos del mando neumático que aquí se amplían y profundizan . 6 .1
El aire comprimido . Principios fundamentales
El aire atmosférico es un elemento abundante en la naturaleza, limpio, almacenable, de fácil transporte, no inflamable y compresible, lo que le convierte en un fluido ideal para su empleo como elemento básico en los sistemas que aprovechan la energía de presión acumulada por un fluido . Como todo gas, el aire puede comprimirse notablemente por medio de una acción mecánica exterior hasta alcanzar una presión determinada -superior a la atmosférica- y, al entrar en contacto con un órgano de trabajo, como puede ser un cilindro, liberar la energía acumulada por la compresión . Supuesto un cilindro de sección A, sobre cuyo émbolo actúa aire comprimido a presión p, la fuerza comunicada al vástago es :
Si el recorrido del vástago del cilindro es e, el trabajo producido en el desplazamiento vale : [6 .21 Las unidades de presión más utilizadas son la unidad técnica o atmósfera (at), equivalente a 1 kgf/cm' y la unidad internacional (SI), llamada pascal (Pa), cuyo valor es 1 N/mz . En la práctica se emplea con frecuencia el bar, que equivale a 10 Pa .
5
108
La relación entre atmósfera y bar se deduce sin dificultades conociendo el valor de cada una; es decir : 10 N 5 kgf = 1,0193 at 1 bar = 105 Pa = 105 m2 9,81 x 104 cm' En la práctica y para las aplicaciones neumáticas : 1 bar = 1 at = 1 kgf/cma Las presiones ideales de empleo del aire comprimido oscilan entre 4 y 8 bar, siendo la habitual 6 bar . Si se pretende utilizar aire a presión superior a la indicada resulta antieconómico, tanto por los costos de generación como por las reformas a introducir en los elementos de actuación . 6.2
Producción del aire comprimido
El aire comprimido se obtiene por medio de compresores, que son máquinas capaces de elevar la presión de una masa de aire hasta el valor conveniente . Los compresores son, en realidad, generadores de caudal, ya que para lograr aumentos de presión es necesaria una relación determinada entre el caudal de entrada y el de salida, siendo éste inferior a aquél . Los compresores no son verdaderos productores de energía, sino transmisores de la misma, ya que convierten la energía mecánica de su árbol motor en energía de presión . Existen dos procedimientos fundamentales de compresión :
- Compresión volumétrica . Se obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde se le reduce de volumen . Es el sistema del compresor de pistón . - Turbocompresión . Obedece a los principios de la mecánica de fluidos . El aire, aspirado por el propio sistema, aumenta su velocidad de circulación a través de varias cámaras, impulsado por paletas giratorias . La energía cinética de éstas se transforma en energía elástica de compresión . En la figura 6 .1 se puede apreciar una relación de los principales tipos de compresores, atendiendo a la división fundamental explicada, con las subdivisiones que hacen al caso. Tanto el compresor de émbolo como el rotativo son compresores volumétricos .
Rotativo multicelular
Fig . 6. 1
Compresor de tornillo helicoidal
Tipos de compresores.
109
6.2 .1
Compresores volumétricos
Dentro de este grupo destacan los compresores de pistón que son los más difundidos . Se construyen de baja, media y alta presión, aunque en este caso deben disponer de varias etapas compresoras. La figura 6.2 muestra un compresor de pistón clásico de una sola etapa. El aire aspirado por el pistón en su carrera descendente penetra en la cámara de compresión a través de la válvula de admisión y después es inmediatamente comprimido hasta la presión de trabajo, momento en el que se abre la válvula de escape . Durante el trabajo de compresión se genera calor -según previene la ley de Gay-Lussaclo que obliga a una refrigeración del cilindro proporcional a la cantidad de calor producida . En los compresores pequeños bastan las aletas que lleva el cilindro por la parte exterior . En los mayores se instala además un ventilador y en los de alta presión es necesaria la refrigeración por agua . aire comprimido
\
iIP,
B
admisión Fig. 6.2
\\
/
compresión
símbolo
Compresor de pistón de una etapa ; A, disposición real; B, esquema.
En la figura 6.3 aparece un compresor de pistón de dos etapas y montaje en V. El aire comprimido en el primer pistón, después de refrigerado, se introduce en un segundo cilindro de volumen inferior que lo vuelve a comprimir . Así se obtienen presiones de 1 a 20 bar y con tres etapas se puede llegar hasta 220 bar. El compresor rotativo, basado también en la compresión volumétrica, consiste esencialmente (fig . 6 .4) en un rotor excéntrico provisto de paletas que giran en el interior de un cárter cilíndrico, con un orificio de entrada y otro de salida . Al girar el ro tor, las paletas, que actúan por la fuerza centrífuga, forman células de volumen variable que encierran aire cada vez más comprimido hasta que lo impulsan al conducto de salida . Es un compresor muy silencioso y de dimensiones reducidas aunque su capacidad compresora no excede de 8 bar . 6.2 .2
Turbocompr-esores
Existen dos modelos de turbocompresores, ambos aptos para tratar grandes caudales . Uno es el turbocompresor radial (fig . 6.5), llamado así porque la acele-
aire atmosférico
1 \\ B
Fig. 6.3
`~ + ',
Compresor de pistón de dos etapas : A, disposición real; B, esquema.
comprimido aire atmosférico Fig. 6.4
Compresor rotativo de"paletas o multicelular .
ración del aire se produce de cámara a cámara en sentido radial . El segundo es el turbocompresor axial, en el que el aire circula paralelamente al eje del mismo (figura 6.6) .
Fig. 6.5
6 .2 .3
Turbocompresor radial.
Fig. 6.6
Turbocompresor axial.
Accionamiento del compresor
El accionamiento de un compresor se realiza indistintamente por medio de un motor eléctrico o de un motor de combustión interna, según las exigencias de cada caso . Cuando se trata de compresores fijos, el motor preferido es el eléctrico, mientras que los compresores móviles llevan motor de explosión, por razones obvias . La conexión del motor y el compresor se confía normalmente a una transmisión de correas trapeciales . 6.3
Distribución del aire comprimido
El aire comprimido generado por el compresor no es consumido directamente por el órgano de trabajo . Las instalaciones industriales están provistas también de elementos de almacenamiento, distribución y tratamiento del aire para que éste alcance las condiciones óptimas de empleo . La figura 6 .7 representa una instalación de generación y distribución de aire comprimido que por sus características puede considerarse bastante representativa . El aire comprimido procedente del compresor es acumulado en el depósito auxiliar y de allí enviado al separador principal, el cual retiene la mayor parte del agua en suspensión . De éste pasa a la red de distribución hasta un separador secundario al que
separador principal utilización m
colector de reparto
yh
depósito auxiliar
Fig. 6.7
Esquema de una instalación neumática .
se conectan varias tomas de servicio con sus correspondientes unidades de filtrado y lubricación . En los apartados siguientes se estudiarán los elementos que componen la red distribuidora del aire comprimido. 6 .3.1
Acumulador Es un depósito de reserva de aire comprimido misión es mantener el consumo de la red y evitar pérdidas de carga bruscas encuya la misma, en caso de fallo o accidente. En este elemento se elimina parte del agua -que se condensa en su parte inferior- por medio de un orificio de purga . 6 .3.2
Separador
Las impurezas que arrastra el aire (polvo, residuos de aceite ,) y especialmente la humedad son fuente importante de averías y en ciertos casos pueden completamente los componentes neumáticos . Por eso es imprescindible estropear que el aire comprimido esté libre de impurezas . La mayor separación del agua y el aceite la realiza el separador, que no es otra cosa que un filtro muy sensible que por medios físicos o químicos retine la humedad del aire y también las partículas de aceite procedentes del compresor. La presencia del agua es inevitable y depende de la humedad relativa del aire, función a su vez de la temperatura y las condiciones climatológicas ambientales . 6.3 .3
Red de aire
La red distribuidora propiamente dicha está compuesta por diversas tuberías de diámetro adecuado que conducen el aire comprimido, con las sibles, hasta los puntos de consumo . El material de los tubos menores pérdidas posuele ser el cobre, latón, acero y plástico . Los tubos deben ser de fácil instalación y resistentes a permanentes suelen ser de uniones soldadas aunque, a la corrosión . Las tuberías veces, este sistema presenta problemas de mantenimiento . Las mangueras de goma y plástico flexibles se reservan nales, especialmente éstas últimas, ya que su resistencia para las derivaciones fies superior . En este sentido, las tuberías de politeno y poliamida se utilizanmecánica cada vez más, tanto por su economía como por su fácil montaje . La red debe tener una pendiente del 2 al 3 % para conseguir la acumulación del agua condensada en un punto y lograr su evacuación por un orificio de purga . Para ello se instalan pequeños depósitos auxiliares en los bajantes (fig . 6.8) provistos de grifo, y las tomas de servicio se efectúan siempre por xiones de los bajantes se harán por la parte superior de laencima de ellos. Las coneconducción principal (figura 6.8) para impedir, en lo posible, el paso de agua condensada. La red de distribución siempre debe ser del tipo (fig. 6.9) para que la presión de servicio sea más estable y, a ser posible, cerrado con interconexiones porque, de este modo, se obtiene el control independiente de los diversos tramos . Nunca se debe realizar el montaje abierto de la figura 6.10 . 6.3 .4
Preparación del aire
Antes de la conexión a máquina se somete al aire comprimido a una operación de acondicionamiento o preparación, realizada por una unidad acondicionadora
Fiq. 6.9
fig. 6.8
Derivaciones y purga de una tubería.
Fig. 6. 10
Red cerrada.
Red abierta .
compuesta por un filtro, regulador de presión y engrasador. Dicha unidad adopta con frecuencia la disposición compacta de la figura 6.11 . El funcionamiento de sus componentes es como sigue : - Filtro . Sirve para eliminar las impurezas que aún pueda llevar el aire comprimido . Este circula (fig . 6.12) a través de un cartucho filtrante que retiene las partículas en suspensión de tamaño superior a la capacidad del filtro y deposita el agua, que se acumula en el fondo del depósito, de donde se elimina periódicamente por medio de la purga manual o automática . Como es lógico, hay que realizar la limpieza periódica del filtro o proceder a su sustitución, según los casos, para garantizar el correcto funcionamiento del aparato .
representación simplificada
Fig. 6.11 Unidad de acondicionamiento Testo Pneumatic) .
Fig. 6.12
símbolo
- Regulador de presión. Una vez filtrado, el aire se introduce en el regulador de presión (fig . 6 .13) cuya misión es mantener una presión constante de trabajo con independencia de las posibles variaciones de la red . La presión de entrada -siem pre mayor que la de salida- es regulada por la membrana (1), solicitada por otro lado por el muelle pretensado (2). Cuando aquella aumenta, la membrana comprime al muelle y la válvula de asiento (4) se cierra, lo que supone la regulación de la presión por el caudal . Si la presión aumenta mucho, se verifica un escape de aire a través del orifio central de la membrana y el orificio (3). Por el contrario, si la presión desciende, el muelle (2) abre la válvula y se restablece el servicio . La citada válvula de asiento (4) es amortiguada por el muelle (5) . La presión de trabajo se controla por medio del manómetro (6) .
- Engrasador. Los elementos neumáticos, al tener piezas móviles, deben recibir una pequeña dosis de aceite para su lubricación constante. Para ello se utiliza el mismo aire comprimido que actúa de vehículo portador . El aparato lubricador (figura 6.14) que realiza esta función actúa según el efecto Venturi. Los aceites empleados deben ser minerales, exentos de acidez y de poca viscosidad . El engrasador va provisto de una mirilla y un tornillo de regulación para controlar el goteo . Es importante que el nivel del aceite de alimentación esté dentro de los límites indicados por el constructor del aparato .
L
símbolo
Fig. 6. 13
6.4
Fig. 6.14
Componentes neumáticos
Son todos los elementos encargados de realizar las diversas funciones neumáticas . Hay elementos de trabajo, elementos de mando, etc . Entre los primeros destacan los cilindros y entre los segundos, las válvulas, en sus numerosas variedades .
5-
Máquinas Nerrarnren7as 2.3
aire con aceite en suspensión e
6.4 .1
Fig. 6.15 Cilindro neumático de simple efecto y retorno por muelle (Festo Pneumatic).
MAMI
Los cilindros neumáticos se pueden dividir en dos grandes grupos : de simple y de doble efecto, Los primeros realizan el esfuerzo activo en un solo sentido y el retorno depende de un muelle o membrana que devuelve el émbolo a su posición inicial . Los cilindros de doble efecto actúan de modo activo en los dos sentidos . Además, existen numerosas ejecuciones especiales que pueden considerarse variantes de los dos tipos básicos, destinadas a empleos muy particulares : cilindro de impacto, cilindro de rotación, cilindro de posiciones múltiples, etc . 6.4 .1 .1
Cilindro neumático de doble efecto (Festo Pneumatic) .
Cilindros de doble efecto
Tal como se ha dicho, en estos cilindros desaparece el muelle o la membrana de retorno y ambas carreras -avance y retroceso- son activas . Al dar aire a la cámara posterior del cilindro (fig . 6 .17) y evacuar simultáneamente el aire de la cámara anterior, el vástago del cilindro avanza y, cuando se realiza la función inversa, el vástago retrocede. Estos cilindros son los más utilizados ; en primer lugar, porque el retorno no depende de un elemento mecánico sometido a desgaste y fatiga y también porque permite construir modelos de hasta 2000 mm de carrera . 6 .4 .1 .3
Fig. 6.17
Cilindros de simple efecto
Los más comunes tienen el retorno por muelle (fig . 6 .15) . El aire comprimido alimenta la cámara posterior, lo que hace avanzar el pistón, venciendo la resistencia dei muelle . El retroceso se verifica al evacuar el aire a presión de la parte posterior, lo que permite al muelle comprimido devolver libremente el vástago a su posición de partida . No se construyen modelos con recorrido superior a 100 mm . Para aplicaciones de fijación o bloqueo se emplean también cilindros de membrana (fig . 6.16) donde ésta hace las funciones de émbolo, vástago y muelle . Al penetrar aire en la cámara (1), la membrana (2) cede y se desplaza, junto con la placa de presión (3), hacia el exterior ; mientras que cuando se evacua el aire, la membrana, por tensión interna, vuelve a su posición primitiva . Como es lógico, la carrera, en este cilindro, es mínima . 6.4 .1 .2
Fig. 6.16 Cilindro neumático de membrana de simple efecto (Festo Pneumatic).
Cilindros neumáticos
Cilindros de doble efecto y doble vástago
Esta construcción es una variante especial del cilindro anterior . El émbolo, en este caso, tiene dos vástagos, uno a cada lado (fig . 6.18), de modo que cuando uno avanza el otro, naturalmente, retrocede . Es ideal para montarlo en instalaciones donde, por razones de espacio, la detección del final de carrera deba hacerse sobre el vástago auxiliar y no sobre el de trabajo . 6.4 .1 .4
Cilindros de doble efecto con amortiguador Es una variante del cilindro de doble efecto (fig . 6.19) . Esta ejecución se utiliza para amortiguar masas con gran inercia, asegurando una disminución de la velocidad al final de su recorrido y evitando golpes bruscos que podrían afectar al propio cilindro y a los útiles que éste transporta . 6.4 .1 .5 Fig. 6.18
Cilindro de doble efecto y doble vástago (Festo Pneumatic).
Fig. 6.19 Cilindro de doble efecto con amortiguación (Festo Prneumatic).
Unidad ni----umática
En trabajos mecánicos de precisión con arranque de viruta se exigen velocidades de trabajo constantes, y a veces lentas, imposibles de conseguir neumáticamente . Para ello se recurre a la hidráulica, mediante el acoplamiento de un freno oleohidráulico (fig . 6.20) . El cilindro neumático da la fuerza y el freno hidráulico controla la velocidad.
Fig. 6.20 Unidad de avance oleoneumática (Festo Pneumatic).
6.4.2
Válvulas
Para el control de los órganos de trabajo es preciso disponer de otros elementos que realicen funciones de mando (puesta en marcha, paro, retroceso, avance rápido . . .), de acuerdo con el trabajo que aquéllos deban efectuar . Estos elementos de control son las válvulas . Para tener una visión amplia y completa de las mismas es conveniente estudiardesde el punto de vista tecnológico y funcional . las Las válvulas encargadas de distribuir adecuadamente el aire comprimido para que tenga lugar el avance y el retroceso de los cilindros son las válvulas distribuidoras. Además, existen válvulas de regulación, de bloquee y de caudal. Todas ellas van a estudiarse a continuación . 6.4 .2 .1
Fig. 6.21 Válvula distribuidora 312 de asiento plano.
Válvulas distribuidoras
En este grupo pueden establecerse dos categorías básicas según las características del órgano distribuidor ; a saber :
- Válvulas de asiento. Se caracterizan por tener un recorrido de actuación pequeño y necesitar gran fuerza de accionamiento. A su vez, estas válvulas se dividen, por la forma del asiento, en otras dos: válvulas de asiento plano (fig . 6 .21) y válvulas de asiento cónico (fig . 6.22) . Las primeras llevan un platillo que asienta sobre una superficie plana y las segundas tienen una bola o semiesfera que ajusta en un avellanado cónico . Tanto en unas como en otras la fuerza de actuación es relativamente considerable porque debe vencer la acción del muelle y además la presión del aire comprimido . Por el contrario, un pequeño desplazamiento basta para abrir todo el paso útil de la válvula .
- Válvulas de corredera. Se caracterizan por tener un gran recorrido de actuación y necesitar una pequeña fuerza de accionamiento . Pueden ser de corredera propiamente dicha (fig . 6.23) y de corredera y cursor, ejecución más moderna y ventajosa que la primera (fig . 6 .24) .
14
Fig. 6.22 Válvula distribuidora 312 de asiento cónico .
A Fig. 6.25 Válvula : A, de dos posiciones; B, de tres posiciones .
Fig. 6.24 Válvula distribuidora de corredera y cursor.
Fig. 6.23 corredera,
Válvula distribuidora de
6 .4 .2 .2
Representación de las válvulas distribuidoras
Para ello se recurre a la representación simbólica, sin que esto sea obstáculo para que en ella se contemple la funcionalidad de la válvula y algunos aspectos de la tecnología constructiva empleada . Las posiciones que adopta el órgano distribuidor (abierta, cerrada, en reposo . . . ) se representan por cuadrados ; tantos como posiciones existan (fig . 6.25), dibujados uno a continuación de otro . Los conductos interiores de las válvulas determinan los orificios de entrada o salida del aire . Dichos orificios se llaman vías y se representan por pequeños trazos sobre las bases superiores e inferiores de los cuadrados que indican la posición de reposo . La salida de aire se representa por un triángulo equilátero (fig . 6 .26) . Las vías se unen mediante líneas rectas que representan las conducciones interiores que se establecen y el sentido de circulación del aire se define por flechas . Un pequeño trazo perpendicular a una vía indica que ésta se encuentra cerrada (figura 6.27) . El órgano de accionamiento de la válvula suele indicarse en la posición de trabajo y el órgano de recuperación (muelle) en la de reposo (fig . 6.28) .
Fig. 6.26 Válvula : A, de cuatro vías, B, de tres vías.
A
I v
Fig- 6.27
Fig. 6.28
a
A
c
Fig. 6.31
D
En la figura 6.29 se tiene una válvula de dos posiciones (A) porque tiene dos cuadros, tres vías (B), accionamiento manual de pulsador de hongo (C) y retorno por muelle (D). Como la posición de reposo es la que manda el muelle, esta válvula está normalmente cerrada en dicha posición porque se bloquea el paso de aire de la vía 1 y se comunica la vía 2 al escape 3. Por lo tanto, es una válvula 3/2 normalmente cerrada, accionamiento manual y retorno por muelle . Otro ejemplo . En la figura 6.30 se tiene una válvula de dos posiciones (A), cuatro vías (B), accionamiento mecánico de rodillo (C) y retorno por muelle (D). En las válvulas de más de tres vías no se indica si está normalmente abierta o cerrada en la posición de reposo .
6
A
f~u
C
Fig. 6.29
A
Fig. 6.30
6.4 .2 .3
NU g
c
41
D
D
Accionamiento de las válvulas distribuidoras
El accionamiento de las válvulas se puede descomponer en cuatro grupos, según la naturaleza del sistema: - Accionamiento manual (fig . 6.31) . hongo (B); palanca (C) y pedal (D).
c
Fig. 6.33
E_--
F
Por pulsador rasante (A); pulsador de
- Accionamiento mecánico (fig . 6 .32) . Por pulsador (A); rodillo (S), rodillo escamoteable (C); muelle (D); accionamiento con enclavamiento mecánico (E). - Accionamiento neumático (fig . 6.33) . Por presión (A), por depresión (B); presión diferencial (C); accionamiento a baja presión (cabezal amplificador) (D) y (E), servopilotaje positivo (F); servopilotaje negativo (G).
G
- Accionamiento eléctrico (fig . 6.34) . servopilotado (B). 6.4 .2 .4
Fig. 6.34
Por electroimán (A), por electroimán
Estudio funcional de las válvulas distribuidoras
El estudio funcional de estas válvulas tiene en cuenta sus posibilidades de trabajo, es decir, su comportamiento, con independencia de sus formas constructivas. Por eso se tienen en cuenta básicamente las posiciones y las vías disponibles . Esta circunstancia determina la designación de las válvulas que se nombran, como se sabe, por el número de vías y posiciones (válvula 3/2, tres vías y dos posiciones, etcétera) . 6.4 .2 .5
Válvulas 212
Son válvulas normalmente cerradas en posición de reposo . En la figura 6.35 se ve una válvula de este tipo, de asiento cónico . En posición de reposo, el muelle hace que la bola asiente y el aire de alimentación no puede circular de (1) hacia (2) . Si se aprieta la leva o pulsador la bola se separa de su asiento y permite la entrada de aire a presión por (1) . 6.4 .2 .6
Válvulas 312
En la figura 6.36 se puede observar una válvula de este tipo en ejecución de asiento plano, normalmente cerrada en posición de reposo . La vía (1) está cerrada
Fig. 6.35
Válvula 212 norrnalrnente cerrada.
Fig. 6.36 Válvula 312 normalmente cerrada.
por la presión aplicada sobre el platillo, mientras que la vía (2) se comunica con el compriescape (3) . Cuando se acciona la válvula, la vía (3) queda cerrada y el aire . 6.37), en abiertas (fig las hay normalmente (2) . También mido circula de (1) hacia hasta que vía de utilización (2), comunica con la alimentación (1) se la vía de donde al pulsar la leva se cierra la (1) y la vía (2) se une al escape (3) . 6 .4 .2 .7
Válvulas 412
de repoLa válvula de la figura 6.38 es de accionamiento mecánico . En posición (4) con el escautilización (2) y la vía so la alimentación (1) se comunica con la vía de (1) con la utilizala entrada pone en comunicación pe (3) . Al accionarse la válvula se abre al escape (3) . tenía presión, se que antes mientras que la vía (2), ción (4), neumáLa válvula 4/2 de la figura 6.39 es, por el contrario, de accionamiento la tico . La alimentación principal se efectúa por (1), las vías de utilización son la (2) y existe señal en (14) . Cuando pilotaje son la (12) y la las vías de (4), el escape es (3) y (12) la corredera y el cursor se desplazan hacia la izquierda con lo cual la vía (2) está la en escape y la vía (4) alimentada . Al invertir la señal de pilotaje [presión en (14)l, alimentación (1) y la vía con la y comunica (2) mueve hacia la derecha corredera se anla vía (4) con el escape (3) . Como se comprende es una válvula apta, igual que la terior (fig . 6.38), para mandar un cilindro de doble efecto .
Fig. 6.39
Válvula 4,12 de accionamiento neumático.
6.4 .2 .8
Válvulas 512
Fig. 6.37 abierta .
Válvula
312 normalmente
6.40. La ejecuComo ejemplo de este tipo de válvulas se propone la de la figura neumático . ción de esta válvula es de corredera y mando atmósLa alimentación de presión (1) está conectada con la vía (4) y la (2) con la (14) . Cuando la de pilotaje por manda señal (3), cuando se través del escape fera, a la (4) a corredera recibe el impulso opuesto por (12), se alimenta la vía (2) y se pone escape (5) . u
51
Fig. 6.40
6 .4 .2 .9
Válvula 413
1
Válvula 512 de accionamiento neumático.
en la que La figura 6.41 representa una válvula con posición central de reposo por manualmente es gobernada . Dicha válvula todas las vías quedan bloqueadas forma de disco . Las una corredera en hace girar palanca exterior que medio de la tres posiciones son fijas y están dotadas de enclavamiento mecánico . con la utiEn la primera posición la alimentación de presión (1) está comunicada de (3) . En la posiatmósfera a través escape a la utilización (2) con lización (4) y la que aquí ción opuesta (1) se comunica con (2_) y (4) con (3) . En la tercera posición un bloaparece como posición central, (1), (2), (4) y (3) están cerrados, provocando posterioro elemento colocado interior del sistema comprimido en el queo del aire mente ; de ahí la denominación que tiene dicha válvula .
Fig. 6.38 Válvula 412 de accionamiento mecánico .
El funcionamiento de la válvula de la figura 6.42 es prácticamente idéntico pero aquí la posición central es de desbloqueo porque en dicha posición se tiene la alimentación (1) cerrada y las vías de utilización (2) y (4) conectadas al escape (3) . El elemento o sistema conectado a esta válvula queda sin aire y con posibilidad de moverlo, incluso manualmente .
4
2
Fig. 6.42 Válvula distribuidora 413 con enclavamiento y posición central desbloqueada .
6.4 .2 .10
Empleo de las válvulas distribuidoras
Como es lógico, el número de posiciones y de vías condiciona las posibilidades de empleo de cada tipo de válvula . Así, las aplicaciones más frecuentes de las válvulas estudiadas son : - Válvula 212, normalmente cerrada . mando negativo ya citado .
Fig. 6.41 Válvula distribuidora 413 con enclavamiento y posición central de bloqueo .
Sirve como válvula de paso y para el
- Válvula 312, normalmente cerrada. Se emplea para emitir señales de pilotaje sobre otras válvulas y para mandar cilindros de simple efecto. - Válvula 312, normalmente abierta . Se puede aplicar en el gobierno de cilindros de simple efecto de largo tiempo de acción . - Válvula 412. - Válvula 512.
Se utiliza para gobernar cilindros de doble efecto . Tiene el mismo empleo que la anterior .
- Válvula 413, posición central de bloqueo. Se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar bloqueado en un punto intermedio de su recorrido . - Válvula 413, posición central de desbloqueo . Se emplea cuando un cilindro de doble efecto debe quedar desbloqueado en un momento de su actuación . 6.4 .2 .11 Fig. 6.43
1~I 21 Fig. 6.44
y
Su misión es impedir el paso del aire comprimido en un sentido determinado y garantizar su libre circulación en el opuesto . La obturación del paso puede lograrse con una bola, disco, cono, etc ., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle . La válvula antirretorno de la figura 6.43 permite el flujo de aire en el sentido que indican las flechas y bloquea el paso en sentido opuesto .
Válvula antirretorno .
2
o
IMIUMIw Selector de circuito (módulo o) .
Válvulas antirretorno
6.4 .2 .12
v
Selectores de circuito
Estas válvulas permiten la circulación de aire desde dos entradas opuestas a una sola salida común . En la figura 6.44 se puede ver que el aire que entra por el conducto Y desplaza la bola hacia X, bloquea esta salida y se va a través de la utilización (2. En caso de que se dé la entrada de aire por la vía X, la bola se desplazará bloqueando la vía Y y el aire circulará hacia la utilización (2) . Esta válvula se coloca cuando se debe mandar una señal desde dos puntos distintos . Eléctricamente se le conoce como montaje en paralelo . Actualmente ya se llama módulo O o función O, por la denominación que recibe en lógica .
6.4 .2 .13
Válvulas de escape rápido
6.4 .2 .14
Válvulas de simultaneidad
3
Tal como indica su nombre, su misión es evacuar rápidamente el aire de cualquier recipiente (normalmente de la cámara que se está vaciando en los cilindros de doble efecto) para así poder obtener un aumento de su velocidad de actuación (figura 6.45) . Su funcionamiento es como sigue . El aire que entra por el orificio de alimentación (1) desplaza la membrana de obturación, lo que bloquea el escape (3) y conecta el orificio (2) para que se llene un recipiente determinado. Cuando cesa la alimentación en (1), el aire a presión acumulado mueve la membrana hacia (1) y escapa con rapidez por (3) . Fig. 6.45 Válvula escape rápido .
Las válvulas de simultaneidad son utilizadas cuando se necesitan dos o más condiciones para que una señal sea efectiva (fig . 6.46) . En la figura se ve que toda señal procedente de X o Y bloquea ella misma su circulación hacia la utilización (2) . Sólo cuando están presentes las dos señales X e Y se tiene salida por (2) . Eléctricamente se le conoce por montaje en serie. Este elemento también recibe el nombre de módulo Y o función Y. Es muy frecuente confundirlo con el mando bimanual en dispositivos de seguridad; la función Y es pieza fundamental de ellos pero no la única . Más adelante ya se estudiará este caso con suficiente detalle. Este elemento puede ser sustituido por el montaje en serie de dos válvulas 3/2, tal como se ve en la figura 6.47, o bien, sólo por una válvula 3/2 pilotada por aire y retorno por muelle (fig . 6.48) . z
Fig. 6.46
6 .4 .2 .15
Reguladores de caudal
Temporizadores
A veces es preciso regular el tiempo que transcurre entre la entrada de una señal de pilotaje y la respuesta que debe producirse . Para ello se recurre a los temporizadores.
1» Fig. 6.52
bien
Fig. 6. 53
Fig . 6.49 cional .
Regulador de caudal unidirec-
Fig. 6 .50
Regulador de caudal .
retroceso
retroceso
avance
avance
Fig. 6.51
Fig. 6.48
Fig. 6 47
Válvula de simultaneidad (módulo Y) .
sinMuchas veces es necesario el control de la velocidad de un cilindro para conseguirlo sistema . Para se verifican en un movimientos que cronizarlo con otros caudal . se controla el caudal de fluido mediante las válvulas reguladoras de (fig . 6.49) y de dos senun solo sentido Existen dos clases de reguladores: de utilizado . interés y es el más primero tiene mayor De ellos, el tidos (fig . 6 .50) . El aire penetra en el regulador por el orificio de alimentación (1) y no encuentra saliobstáculos para circular a través del dispositivo antirretorno hacia el orificio de de Por otro lado, el caudal en sentido contrario . no puede hacerlo da (2); en cambio, aire se regula por medio del tornillo moleteado, cuya aguja obtura, en mayor o menor medida, el paso del mismo . En las figuras 6.51 y 6.52 se aprecia la disposición del regulador de caudal para de controlar la velocidad de avance y retroceso, respectivamente, de un cilindro simple efecto . En las figuras sucesivas 6.53, 6.54, 6 .55 y 6 .56 se observan varios montajes -correctos e incorrectos- con cilindros de doble efecto, en los que se pretende controlar la velocidad de avance o de retroceso y, en las figuras 6.57 y 6.58, el mando de la velocidad de avance y retroceso de los mismos cilindros. 6 .4 .2 .16
de
!
!
mal
Ffg. 6.54
Fig. 6.55
Fig. 6.56
avance y retroceso Se trata de válvulas complejas (fig . 6.59) compuestas de una estrangulación graduable, una cámara de acumulación y un distribuidor pilotado . La señal de mando L--, llega por la entrada (12) a una cámara C a través de una válvula estranguladora A . ®e acuerdo con el ajuste del tornillo, el aire tarda más o menos tiempo en llenar el compartimento y alcanzar la presión deseada. Cuando se llega a esa situación el aire de C vence la oposición del muelle del distribuidor 8 e inmediatamente se comunica la alimentación principal (1) con el orificio de utilización (2) . Para la reposición de la válvula hace falta purgar la línea de mando para que escape el aire del acumulador . bien I El temporizador normalmente cerrado se emplea para retrasar la respuesta a las Fig. 6.57 señales de mando, por exigencias del proceso productivo . También hay temporízadores normalmente abiertos que se utilizan para anular señales de larga duración .
)1
)D
avance y retroceso
D
",I mal
Fig. 6.58
Fig . 6.59 neumático.
6.4 .3
Temporizador
Accesorios
Los hay de muy diversas clases y funciones, desde silenciadores para escapes hasta conectores múltiples pasando por placas de montaje, cuya enumeración sería muy prolija . No obstante quizás es conveniente comentar la cuestión de las fija ciones de los cilindros y las uniones de los vástagos por su alto interés mecánico .
Fig. 6.60
- Rótulas, Para evitar los problemas que se presentan con las uniones de los vástagos con el'órgano móvil de la máquina o equipo, debidos a la defectuosa alineación del cilindro, se emplean rótulas de diversos tipos (fig . 6 .60 y 6 .61) que se montan en el extremo del vástago (fig . 6.62) y, al ser orientables, evitan las solicitaciones de flexión en la unión problemática . - Fijaciones. Para aumentar la versatilidad de sus componentes neumáticos algunos constructores ofrecen ejecuciones universales que pueden combinarse entre sí de diversas maneras mediante simples operaciones de montaje. Tal es el caso del cilindro de la figura 6.63 que carece de fijaciones propias y, de este modo, combinando diferentes accesorios se puede lograr : la fijación paralela, horizontal y vertical ; la fijación frontal, anterior y posterior y la fijación oscilante, anterior y posterior .
Fig. 6.61
Fig. 6. 62
Fig. 6.63
120
Posibilidades de montaje de un cilindro (Festo Poeurnatic) .
6.5
Mando neumático
6.6
Instalaciones neumáticas
Se entiende por órganos de mando o simplemente mando al conjunto de elementos cuya función es gobernar un sistema según leyes internas propias. Dicho de otra forma : es el conjunto de elementos encargados de controlar los órganos que realizan un trabajo . La energía consumida por el mando es mínima ; al contrario de lo que consumen los órganos de trabajo, relativamente muy superior . Atendiendo a la acción de mando, éste se divide en directo e indirecto. El mando es directo cuando la acción del operador incide directamente sobre los actuadores que gobiernan los órganos de trabajo. El mando es indirecto cuando la acción del operador se aplica sobre unos actuadores de mando que gobiernan (pilotan), a su vez, a los actuadores principales . Según su grado de autonomía el mando puede ser manual, semiautomático y automático . En el primero caso, el ciclo de trabajo se interrumpe cuando el operador suspende su acción de mando; en el segundo caso, el ciclo de trabajo se efectúa sin interrupción aunque su repetición depende de una acción de mando del operador ; por último, el mando automático permite la repetición indefinida del ciclo de trabajo . Todos estos conceptos de carácter general tienen perfecta validez en un sistema neumático y, en consecuencia, se puede hablar de mando neumático . Este se efectúa a través de actuadores o componentes cuyas características tecnológicas y funcionales se han estudiado en los apartados anteriores . Los componentes neumáticos se agrupan y relacionan dentro de los circuitos neumáticos .
En una instalación neumática capaz de funcionar automáticamente se da la siguiente organización interna, según el flujo que siguen las señales. Captación de la información
y
Tratamiento de] la información
órganos de gobierno
Organos de trabajo
La captación de información es un bloque formado por todos los elementos capaces de recoger datos que definen la situación de la máquina o equipo en cada momento . Estos elementos son los finales de carrera, los detectores de proximidad, etcétera . Las señales procedentes de los captadores de información son analizadas y controladas por el grupo siguiente y convenientemente tratadas, se envían a los órganos de gobierno . Los elementos que componen este segundo grupo son las memorias, los temporizadores, etc. Las señales tratadas que llegan a los órganos de gobierno carecen de capacidad de mover los órganos de trabajo . Por eso, aquéllos son los encargados de mandar, de suministrar el caudal de aire adecuado a los órganos de trabajo. Este grupo lo componen generalmente válvulas pilotadas de 3/2, 4/2 6 5/2 . Finalmente, los elementos de trabajo son los encargados de aplicar físicamente la energía acumulada en el fluido para realizar las operaciones correspondientes . Como es natural, en una instalación no-automática no se dan todos estos bloques de elementos, pues la captación y el tratamiento de la información la realiza el mismo operador . 6.6 .1
Fig. 6.64
Mando directo de un cilindro de simple efecto mediante pulsador
Ya se ha dicho que el mando de un cilindro de simple efecto puede hacerse con una válvula 3/2 (pulsador) . El esquema de este circuito elemental aparece en la figura 6 .64 . Al accionar el pulsador P, el aire a presión penetra desde la entrada (1) hacia el cilindro, a través de la conexión (2), lo que ocasiona el avance o movimiento positivo del vástago . Al soltar el pulsador, el aire escapa al exterior mientras el vástago efectúa la carrera negativa o de retroceso a la posición inicial . Para evitar que el operador tenga que apretar todo el tiempo el pulsador puede emplearse una válvula con enclavamiento (fig . 6.65) . Es un mando muy empleado en máquinas herramientas para la fijación de piezas . En efecto, el dispositivo de la figura 6.66 es un utillaje de fijación provisto de cuatro cilindros de simple efecto, dos de situación y dos de fijación, propiamente dicha . Cada pulsador controla dos de ellos ; primero se aprieta el pulsador Pl para que los cilindros 1 .0 y 2 .0 posicionen la pieza contra el tope ; después se aprieta el pulsa dor Pz y actúan los cilindros 3 .0 y 4.0 .
Fig. 6.65
o"~"v"A Ir~ra~ ~r ESU
'y
Fig. 6.66
6.6.2
Fig. 6.67
Fig. 6.68
~~ar~rar~~
O Mando directo de un cilindro de doble efecto mediante pulsador
Mando de un cilindro de simple efecto desde dos puntos distintos
Para solucionar el problema hay que recurrir a una válvula selectora de circuito o módulo O (fig . 6 .69) . Al accionar el pulsador Pi se manda el aire a presión por la entrada (1) de dicha válvula y el cilindro efectúa la carrera positiva . Cuando se pulsa PZ ocurre lo mismo pero con la entrada de aire por la otra vía de la válvula selectora . Caso de no accionar cualquiera de los dos pulsadores el aire se escapa por la vía (3) de cualquiera de ellos y el vástago del cilindro retrocede . Si no se emplea válvula selectora ocurre (fig . 6.70) que al apretar un pulsador, el aire se dirige al escape (3) del contrario, en lugar de penetrar en el cilindro .
Fig. 6.69
6.6 .4 Fig. 6.72
irarar~ra~
Como se sabe, para el mando de cilindros de doble efecto se utilizan válvulas 4/2 y 5/2 . En la figura 6.67, al accionar el pulsador el aire a presión llega a la cámara posterior del cilindro a través del orificio (4) mientras que por el orificio (2) escapa el aire de la cámara anterior expulsado por el avance del vástago . Al soltar el pulsador se produce el retroceso del vástago porque el aire a presión llega ahora por (2) a la parte anterior del cilindro, mientras que la cámara posterior se comunica con el escape . En la figura 6.68 aparece un montaje equivalente aunque con una válvula 5/2 . La diferencia radica en que las cámaras del cilindro evacuan por escapes distintos . 6.6 .3
Fig. 6_ 71
~rarar~ra~
Fig. 6.70
Mando condicional de un cilindro de simple efecto
Esto significa que el cilindro responde a la acción simultánea de dos pulsadores . Si P1 y P1 no se accionan, el vástago no avanza . Esta forma de mando puede obtenerse de tres maneras: - Montaje en serie de los pulsadores (fig . 6.71) . puede llegar a PZ si no se da paso pulsando P1.
Es evidente que el aire no
- Montaje con válvula de simultaneidad (fig . 6.72) . Como se sabe esta válvula impide la salida por (2) si no hay señal simultánea en las dos entradas (1) conectadas a los pulsadores . Por consiguiente, para que el cilindro se mueva es preciso apretar a la vez Pr y e. Al cesar la acción sobre uno cualquiera de los pulsadores el vástago retrocede a su posición inicial.
Fig. 6. 73
- Mediante válvula 312 pilotada neurnáticamente y con retorno por muelle (figura 6.73) . Cuando se acciona el pulsador P, se manda una señal a la válvula citada que abre el paso del orificio (1) hacia el cilindro pero, al mismo tiempo, es imprescindible pulsar Pz para que el aire alimente la vía (1) de la válvula pilotada . De las tres soluciones la más económica es el montaje en serie aunque también es la menos universal . 122
6.6.5
Control de la velocidad en los cilindros de simple efecto
Cuando se describieron los reguladores de caudal ya se dijo que la regulación de la velocidad se logra con la regulación del caudal de aire . La válvula en cuestión se monta junto con una válvula 3/2 con pulsador, cuidando que la posición del antirre torno sea la correcta según se desee regular el avance o el retroceso (figs . 6 .74 y
6.75) . 6.6.6
Control de la velocidad en los cilindros de doble efecto
La regulación se efectúa de igual forma que en los cilindros de simple efecto (figura 6.76) pero con válvulas 4/2. Si se emplean válvulas 5/2 se pueden colocar reguladores montados en los escapes (fig . 6.77), aunque esta solución, evidentemente económica, resulta de difícil puesta a punto y mantenimiento .
6.6.7
Fig. 6. 74
Aumento de la velocidad en los cilindros de doble efecto
El aumento de la velocidad de avance en ambos sentidos se puede lograr con la aplicación de válvulas de escape rápido . Estos elementos permiten obtener el vaciado más rápido de la cámara correspondiente y, por consiguiente, al ofrecer menor resistencia al avance del émbolo crece la velocidad de éste (fig . 6 .78) .
6.6.8
Mando indirecto de un cilindro de simple efecto
Cuando por problemas de montaje o por cualquier otra razón, la válvula de mando no puede colocarse cerca del órgano de trabajo y en un lugar accesible al operario debe realizarse el mando a distancia tal como se indica en la figura 6.79. Al accionar el pulsador de marcha P se pilota la válvula 1 .1 y el vástago del cilindro se mueve hacia adelante . Al soltar el pulsador desaparece la señal de pilotaje en (12) y el vástago del cilindro retrocede .
6.6.9
Fig. 6. 75
Mando indirecto de un cilindro de doble efecto
El mando del cilindro desde un solo punto se efectúa como en el caso precedente, con el empleo lógido de la válvula 4/2. Si el mando debe realizarse desde dos puntos, el montaje aconsejable es el de la figura 6 .80, que incluye un selector de circuito .
Fig. 6. 76
Fig. 6. 77
6.6.10
Mando condicional de un cilindro de doble efecto
Se puede obtener mediante el montaje en serie de dos válvulas 3/2 que pilotan una válvula 4/2 (fig . 6 .81) ; con las mismas válvulas pero intercalando una válvula de simultaneidad (fig . 6 .82) ; o bien mediante una válvula pilotada 3/2 (fig . 6.83) . En todos los casos es preciso actuar sobre los dos pulsadores PJ y e para que el cilindro se mueva .
6.6.11
Mando de un cilindro de doble efecto con retroceso automático
Al accionar el pulsador de puesta en marcha Pl (fig . 6 .84) se pilota la válvula 1 .1 en (14) y ésta hace avanzar el vástago del cilindro que, al final de su recorrido, opri-
123
Fig. 6.78
Fig. 6.81
Fig. 6.84
Fig. 6-85
me el pulsador de la válvula final de carrera 1 .3, la cual manda una señal a la válvula 1 .1 que invierte su posición, con lo que el vástago del cilindro retrocede. Este es uno de los montajes básicos en neumática. 6.6 .12
Mando automático de un cilindro de doble efecto En este caso el ciclo de trabajo del cilindro se reproduce indefinidamente, una vez iniciado, hasta que aparezca la orden de detención . En el montaje de la figura 6.85 se ha sustituido el pulsador habitual por una palanca con enclavamiento y se han colocado dos finales de carrera 1 .2 y 1 .3 . Al dar aire al sistema con el accionamiento de la válvula 2.1 y al estar en posición de reposo el final de carrera 1 .2, el vástago del cilindro inicia la carrera de avance ya que en el pilotaje (14) de la válvula 1 .1 existe la señal de marcha . Cuando el vástago del cilindro llega a su posición más avanzada, acciona el final de carrera 1 .3, que pilota a 1 .1 en (12), y se invierte el movimiento ; es decir, el vástago retrocede hasta 1 .2 para reanudar inmediatamente el ciclo. Para detener el proceso es preciso desenclavar la palanca 2 .1 con objeto de que el sistema quede sin aire . No obstante, el montaje así dispuesto no permite controlar el punto de paro del vástago del cilindro . Para que esto ocurra hay que efectuar el montaje de la figura 6.86. La válvula 2.1 se monta en serie con el final de carrera 1 .2 para que, cuando se cierra aquella, quede sin alimentación este último y así se garantiza el paro del cilindro en la posición de vástago entrado puesto que 1 .2 no puede emitir señal . 6 .6 .13
Mando de un cilindro de doble efecto con control de tiempo en el retroceso
El temporizador empleado (fig . 6.87) se monta en serie con el final de carrera 1 .3 . De esta forma, la señal que pilota a 1 .1 en (12) se envía al citado temporizador 1 .5 el cual, después del tiempo establecido, actúa sobre la válvula pilotada 1 .1 en (12) ; así se consigue un retraso controlado de la señal de retroceso que emite 1 .3 . Es éste el montaje más empleado y prácticamente el único fiable, siempre que el tiempo no sea muy preciso . 124
Fig. 6. 86
6.6.14
Fig. 6.87
Mando de un cilindro de doble efecto con anulador de señal
En un determinado montaje puede ocurrir que el operario tenga accionado el pulsador durante un tiempo excesivo y se produzca el deterioro del producto por respuesta a destiempo del sistema debido a una coincidencia de señales . En efecto si se oprime el pulsador P (fig . 6 .88) demasiado tiempo, en la válvula 1 .1 aparecen dos señales simultáneas cuando el vástago del cilindro llega a 1 .3 . Al llegar primero la señal por (14) y después la señal por (12), ésta no es efectiva hasta que el operario deja de accionar el pulsador P, pero en este momento el producto puede haberse deteriorado .
No obstante, puede evitarse esta eventualidad con el temporizador montado como anulador de señal, tal corno se observa en la figura . Como éste se encuentra normalmente abierto, la señal de marcha pasa a la válvula 1 .1 y al mismo tiempo al sistema temporizador, el cual anula la señal procedente de P después de un cierto tiempo que se mantiene constante . 125
marcha motor
Fig. 6.89
6.6 .15
Señales intermedias durante el avance del cilindro
Siempre que proceda emitir una señal intermedia durante el avance del vástago de un cilindro para controlar un mando auxiliar, poner en marcha un motor, etc ., se recurre al accionamiento por rodillo escamoteable, ya que si el rodillo fuera normal, la válvula correspondiente sería accionada en dos ocasiones -ida y vuelta- y, por consiguiente, se obtendrían dos señales. Con el rodillo escamoteable sólo se tiene señal en un sentido, que se indica con la flecha correspondiente (fig . 6.89) . 6 .7
Circuitos especiales
Existen ciertos circuitos clásicos que deben tenerse en cuenta al hablar de la neumática aplicada a las máquinas herramientas y en los que se utilizan generalmente válvulas especiales . Algunos de ellos se describen a continuación . 6.7 .1
Fig. 6.91
Válvula para mando bimanual (Festo Pneumaticl .
Mando manual de seguridad para prensas o sistemas similares
Se trata del clásico mando manual a dos manos para evitar la posibilidad de accidentes en prensas o máquinas similares . En el montaje de la figura 6 .90 se emplea la válvula especial de la figura 6.91 cuyo comportamiento es como sigue. La válvula de simultaneidad (1) recibe señales neumáticas de dos pulsadores 1 .1 y 1 .2 y permite la salida hacia la válvula pilotada (2) y de ésta a la válvula de escape rápido (3), desde donde la señal de pilotaje llega a la válvula 1 .4 que gobierna al cilindro 1 .0 .
Fig. 6.90
Si existe un desfase superior a 0,3 segundos en el accionamiento de los dos pulsadores, se tiene antes señal en el selector de circuito (4) que en la válvula de simultaneidad (1) y aquélla pilota entonces la válvula (2) y corta el posible paso de aire desde (1). Para volver a accionar el sistema hay que soltar ambos pulsadores y apretarlos de nuevo simultáneamente; no es posible, por tanto, trabajar con una sola mano, o sea, que es prácticamente imposible que la máquina pueda atrapar en su movimiento la mano del operario negligente . 6.7 .2
Fig. 6.92
Expulsor de piezas neumático
Es un sistema muy utilizado para evacuar piezas ligeras, ya mecanizadas, de la zona de trabajo de una máquina . Durante el proceso de trabajo la válvula 3/2, normalmente abierta (fig . 6.92), va 126
dando aire sin interrupción a la válvula de escape rápido, que se acumula en el depósito existente en el dispositivo . Al ser accionada la válvula 3/2 por medio manual o mecánico (fig . 6 .93), se crea un descenso de la presión en el conducto que va desde dicha válvula a la vía (1-) del escape rápido y el aire acumulado en el depósito cierra la vía (1) y abre la (3) por la que sale a la atmósfera a través de una boquilla dirigida al punto donde están las piezas . Este expulsor puede verse en la figura 6.94. Fig. 6.93
Fig. 6.94
6.7 .3
Expulsor neumático (Festo Pneumatic) .
Alimentador neumático
El alimentador neumático es un conjunto compuesto por un bloque de fijación y traslación de piezas -casi siempre tiras de chapa metálica- que se acopla normalmente a las prensas u otras máquinas similares (fig . 6.95) . El citado bloque lleva un cilindro de doble efecto para el avance y otros dos de simple efecto que controlan la actividad de las pinzas de fijación, todos ellos sincronizados entre sí . Su ciclo de trabajo es el siguiente . Cuando la máquina trabaja, el cilindro (1) sujeta la banda por medio de la pinza (2) mientras la pinza móvil (figura 6 .96) permanece abierta . En un momento dado, el cilindro (5) desplaza la pinza (3), mandada por el cilindro (4), hasta que su carrera sea igual al avance o paso de la tira de chapa . Hecho esto, se cierra la pinza (3) y se abre la (2) (la máquina ha finalizado el trabajo) y el vástago del cilindro (5) retrocede arrastrando el material . Al llegar a la posición inicial, vuelve a cerrarse (2) y se abre la pinza (3) . Para el gobierno del alimentador se usa una válvula 8/2 (fig . 6.97), que no es sino un bloque formado por dos válvulas 4/2 sincronizadas, mandada por un final de carrera neumático o eléctrico activado por la propia máquina . Las pinzas del alimentador pueden adaptarse para arrastrar tubos, perfiles diversos, etc . 6 .7 .4
Unidad neumática de avance
Se denomina así la unidad formada por un cilindro de doble efecto y un bloque de mando provisto de una barra de topes, proyectada para realizar ciclos lineales continuos (fig . 6.98) .
Fig. 6.96
Esquema funcional del alimentador neumático .
Fiq. 6 .97
12 7
Fig. 6.95 Alimentador neumático (Fes to Pneumatic) .
El ciclo se inicia manualmente o a distancia, gracias a las dos líneas de mando (12) y (14) y la inversión del sentido de avance se realiza mediante dos finales de carrera que pilotan una válvula distribuidora 5/2. La longitud de la carrera se regula por medio de los topes mecánicos que lleva el conjunto . Esta unidad tiene aplicación cuando la precisión del avance no es importante como es el caso de operaciones de pulir, desbarbar, etc. Tal es el caso del montaje realizado para pulir el orificio de una pieza, donde dicha unidad aparece combinada con un cilindro de simple efecto para la sujeción de aquélla (fig . 6.99) .
Fig. 6.98 Unidad neumática integrada de avance alternativo automático (Festo
3.0
Pneumatic) .
1_01
3.2
10 7141 LIMM 1_ Fig. 6.99
0.2
Cuando la precisión del avance debe ser elevada es preciso incorporar un cilindro oleohidráulico de freno con la misión de regularizarlo . Esta adición no modifica los componentes fundamentales de la unidad descrita y proporciona la estabilidad, precisión y lentitud de avance imprescindibles para el mecanizado por arranque de viruta, aplicación a la que, con frecuencia se destina el grupo . Este se monta tanto para mover los carros donde se fija la pieza como los propios cabezales de las herramientas . Una adaptación muy interesante de la unidad oleoneumática de avance se representa en la figura 6.100 . El montaje de la misma permite disponer de una taladradora semiautomática ya que el operario puede controlar el avance y el retroceso del husillo con un pedal y le quedan las manos libres para manipular las piezas .
Fig, 6. 100
128
Aplicación de la unidad de avance alternativo (Festo Pneuinatic).
6 .7 .5
Platos divisores neumáticos
Otra aplicación importante del mando neumático a las máquinas herramientas son los platos divisores neumáticos . Son muy empleados en máquinas tránsfer circulares . Su funcionamiento es como sigue (fig . 6.101) . Al accionar el distribuidor externo que da la señal de partida se invierte la válvula de mando (1) y la línea (2) se comunica con el escape mientras que la cámara (3) del cilindro es sometida a presión . El vástago de dicho cilindro tiene un tope intercambiable (4) que determina la carrera en función del número de divisiones elegido . Dicho tope es el encargado de accionar el final de carrera (5) para lograr la inversión del movimiento del vástago . El tope (4) tiene una cremallera que engrana con una rueda solidaria al trinquete (6), el cual, en la carrera de retroceso del vástago, efectúa el avance de una división . Para ello es necesario que el trinquete de retención (7) quede libre, como efectivamente ocurre, ya que el émbolo (8) se retira elásticamente cuando la tubería (9) es puesta a escape . Para asegurar la exactitud de la división el retroceso del vástago se amortigua con el cilindro hidráulico (10), cuyos efectos se regulan con la estrangulación (11) . En la figura 6 .102 se ve un ejemplo de aplicación de un divisor a una unidad taladradora. Sobre la mesa del divisor se monta el útil de fijación que recibirá la pieza y junto al plato se coloca una unidad autónoma de taladrar (puede tratarse perfectamente de un grupo neumático) impulsada por un cilindro neumático con freno oleohidráulico .
Fig. 6.101 Plato (Festo Pneumatic).
En este caso se ha supuesto un avance del bloque oleoneumático con control al final de carrera, conmutación automática y sincronización entre las divisiones circulares y el avance del husillo de taladrar . Cuando se ha efectuado una división hay una señal del plato divisor a la válvula 2 .2 que, temporizarla por 4.1, pilota la válvula 3.1 . Entonces empieza a avanzar el husillo taladrador 0.1 . La profundidad del taladrado, previamente fijada, se detecta por medio de una tobera 6.1 que pilota el distribuidor ya citado, provocando la inversión del sentido de marcha . Al llegar a su posición negativa extrema, el cilindro 0.1 hace contacto con el rodillo de la válvula 2.1, la cual envía una señal de mando al divisor con objeto de pasar de una división a otra . Concluida esta operación, puede repetirse el ciclo explicado . El constructor de platos sirve discos divisores intercambiables de 4, 6, 8, 12 y 24 divisiones . La precisión que se obtiene es muy notable.
6.7.6
Unidad taladradora
La unidad taladradora está constituida por una taladradora neumática combínada con una unidad de avance oleoneumática (ya estudiada) o bien por una unidad integrada que comprende tanto el motor como el elemento de avance . La potencia de estas unidades es escasa -no superior a los 1,5 Cal- pero admiten altas velocidades de giro . Son muy empleadas en máquinas de construcción especial para ejecutar pequeños taladros, avellanados, etc . (fig . 6 .103) . 129
divisor neumático
Fig. 6.103 Máquina especial para el taladrado de perfiles (Festo Pneumatic).
Fig. 6.104 Mordazas neumáticas (Festo Pneumatic) .
6 .7 .7
Mordaza neumática
En ciertas ocasiones interesa una fijación neumática potente, compacta y precisa cuando se mecanizan series de piezas pequeñas de sección preferentemente circular . En estos casos es muy recomendable el empleo de una mordaza neumática como la de la figura 6 .104 . Este dispositivo no es más que un bloque con un cilindro de simple efecto en su interior que actúa sobre un manguito de asiento cónico que cierra la pinza de sujeción de la mordaza . En el ejemplo de la figura se pueden ver instaladas dos mordazas neumáticas sobre la mesa de una fresadora, controladas manualmente por el operario . Mientras la máquina fresa una pieza, el operario puede proceder a la fijación de otra pieza en la mordaza gemela, lo que reduce notablemente los tiempos muertos en el proceso de mecanizado . 6.8
Electroneumática
Cuando las distancias a cubrir por las conducciones neumáticas son grandes, las señales de mando se debilitan y retrasan sus efectos, debido a la pérdida de carga, lo que significa que ya no tienen la condición de rápidas y seguras . Por otro lado, las conducciones largas representan un consumo muy elevado de aire y los gastos que de ello se derivan pueden resultar intolerables . Por estas razones interesa, con frecuencia, combinar las ventajas del mando eléctrico con la simplicidad y eficacia de la neumática, lo que nos lleva a las aplicaciones electroneumáticas . 6.8 .1
Electroválvulas
Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas son elementos mixtos que mediante una señal eléctrica exterior efectúan las funciones propias de las válvulas distribuidoras . La parte fundamental de la electroválvula es el electroimán, capaz de mover di130
rectamente el distribuidor -si el caudal es pequeño- o bien por medio del mando indirecto. Una electroválvula de mando indirecto (servopilotada) 4/2 funciona de la siguiente forma (fig . 6 .105) . Cuando la bobina está bajo tensión, el núcleo es atraído, venciendo el esfuerzo del muelle . En este momento, el conducto de alimentación (1) puede alimentar la utilización (2) porque los pequeños émbolos distribuidores, pilotados a través del conducto derivación de (1), cierran la utilización (4) y abren la (2), respectivamente . Al cesar la tensión, el muelle devuelve al núcleo a su posición de reposo, se purgan los émbolos por la salida superior y el orificio (2) es puesto a escape mientras (4) es alimentado .
Fig. 6.105
6.8 .2 Mando electroneumático
Un ejemplo muy sencillo de mando electroneumático lo constituye el montaje de la figura 6.106 . El distribuidor empleado para mandar el cilindro es una válvula elec-
Fig. 6.106
troneumática de mando directo desde unos pulsadores eléctricos P1 y F§, los cuales activan las bobinas x e y que mueven el distribuidor interno. Obsérvese el esquema eléctrico de mando; al pulsar Pl se excita la bobina x y la válvula actúa tal como se indica . Cuando se oprime el pulsador F~ se excita la bobina y, con la que se invierte la posición del distribuidor y, en consecuencia, el vástago del cilindro marcha en sentido contrario . CUESTIONARIO 6.1 6.2 6.3 6 .4
Clasificación de los compresores. Compresores de pistones. Preparación del aire comprimido . ¿Cómo se separa el agua producida en la generación del aire comprimido?
6 .5 6 .6 6 .7 6 .8 6 .9 6 .10 6 .11 6 .12 6 .13 6 .14
¿Por qué es necesario lubricar ligeramente el aire comprimido? Cilindros neumáticos de doble efecto . ¿Para qué sirven las válvulas neumáticas? Válvulas distribuidoras 4/2 . Empleo de las diversas válvulas dístribuidoras . Válvula de escape rápido . Reguladores de caudal . Unidad neumática de avance . Platos divisores neumáticos . Electroválvulas neumáticas .
EJERCICIOS A REALIZAR 1. tintos .
Realizar el esquema demando de un cilindro de doble efecto desde dos puntos dis-
2 . Un alimentador gobernado por un cilindro de doble efecto debe adelantar una pieza hasta la posición más avanzada o de trabajo, permanecer en ella unos instantes y retroceder con rapidez hasta el punto de partida . La orden de marcha la da cada vez el operario pulsando el actuador correspondiente . Hay que dibujar el circuito neumático que permita efectuar el ciclo expuesto . 3 . Un cilindro neumático (1) de doble efecto (fig . 6.107) mueve una palanca (2) alternativamente para que el trinquete (3) haga avanzar la rueda (4', . Dibujar el esquema del circuito neumático que permita el avance y retroceso automático del cilindro a partir de la orden de marcha que da el operador .
Fig. 6.107
Fig. 6.108
4 . Un elevador neumático (fig . 6 .108) consta de una plataforma (1), provista de un cilindro empujador de simple efecto (2), y el cilindro elevador de doble efecto (3) . Cuando el vástago del cilindro (3) llega a la altura máxima, el cilindro (2) empieza a empujar a la pieza hacia la rampa (4) ; después su vástago retrocede por acción del muelle interno . En este momento, el cilindro (3) hace descender la plataforma hasta la posición de partida donde termina el ciclo . Se trata de realizar el esquema de la instalación neumática necesaria .
Tema 7.
Hidráulica aplicada
EXPOSICIÓN DEL TEMA La hidráulica es una técnica que siempre ha estado ligada al hombre desde tiempos remotos . El arrastre de troncos por un río, el accionamiento de un molino o de una noria, etc ., son ejemplos muy claros de aprovechamiento de la energía del agua anteriores a la revolución industrial . Con el desarrollo industrial de los últimos tiempos estas aplicaciones, lejos de disminuir, han aumentado y se han diversificado sobremanera . La parte de la hidráulica -sería más propio emplear el sustantivo oleohidráulica- que interesa al especialista en máquinas herramientas se refiere al empleo de esta e nnerr la para el accionamiento y g obiern o de órganos de trabajo que sustituyeñ -- los órgan os mecánicos convencionales . véntalosamente -con rcuenciaa 7.1
Principios físicos fundamentales
La hidráulica se basa en los principios de la hidrostática y la hidrodinámica que constituyen la mecánica de fluidos. Como se sabe, los líquidos no son compresibles (en términos prácticos), al contrario de lo que ocurre con los gases. Carecen de forma propia y adoptan la que tiene el recipiente donde se introducen . Además, si sobre una masa líquida se ejerce una fuerza, ésta se transmite a todos sus puntos . Así, la fuerza F (fig . 7 .1), aplicada al émbolo A, origina una presión que se transmite en todas direcciones y cuyo valor es idéntico en cualquier punto . Esta presión debe ser contrarrestada por las paredes del recipiente, corno lo prueba el experimento que se ilustra en la figura 7 .2 . 7.2
Magnitudes físicas
Las magnitudes básicas del Sistema internacional (S - I) empleadas en hidráulica son : longitud, masa, tí"m o y te mperatura . Las unidades respectivas son : el _meo (s) y el Ke_lvin (K) o el grado Celsius ( °C) . tro (m), él ilagra mo (kg), el sed De ellas se derivan las demás magnitudes importantes en hidráulica : fuerza, superficie, volumen, caudal, presión y velocidad. - Así por ejemplo, láunidad de fuerza se deduce de la fórmula de Newton F = m - a . La ecuación de dimensiones es, por tanto F = kg , m - s-I . La unidad derivada de fuerza, a la que llamamos newton (N) es, por consiguiente : 1 N = 1kg- m . sz . 7.2 .1
Fig. 7. 1
Unidad de presión
La presión es la fuerza aplicada en la unidad de superficie . La unidad de presión S - I es el ,oasca/, que es la presión equivalente a 1 N/mZ (ver tema 6 sobre neumática aplicada, donde en el apartado 6 .1 se explican estos conceptos) . 133
Fig . 7.2
7.3
Transmisión hidráulica de fuerza
Si se tienen dos cilindros de distinta sección unidos entre sí y se aplica una fuerza Fi (fig . 7 .3) al émbolo del menor de ellos, se tiene que la presión en cada uno de aquéllos es : pt
A
= Ft
Pz = F2 z
At
Como las presiones P y P1 deben ser iguales, resulta : t 2 3 4 5 6
émbolo de trabajo pieza válvula de cierre depósito válvula antirretorno émbolo de apriete
Fig . 7 3
_ F, _ F2 A, A, La ecuación resultante es el fundamento de la prensa hidráulica y permite aumentar la fuerza aplicada incrementando la sección del cilindro en la que se ejerce la resistencia . Es decir, el aumento de la fuerza es proporcional al incremento de la sección . Ejemplo 1 .
Dado un cilindro de una prensa, cuya sección es de 2 cmz, sobre el que se efectúa una fuerza de 50 N, se desea saber cuál será la fuerza resultante en el otro cilindro si la sección del mismo es de 200 cmz . F, - A2 _ 50 N - 200 cm 2 = F2 = 5000 N A, 2 cmz 7.4
Fig . 7.4
Ley de circulación
Por un tubo de secciones desiguales Al, Az A3. . . circula una vena líquida (figura 7.4) . Si esta circulación es continua, por cada tramo de tubería pasarán los mismos volúmenes de líquido por unidad de tiempo . El caudal Q que fluye por el tubo es el volumen de líquido que circula por él en la unidad de tiempo : Q _ V t
Ahora bien, el volumen Ves también igual al área de cada sección multiplicada por la longitud s. Sustituyendo V por su valor, se tiene : Q = A - s t Pero como s/t es la velocidad del líquido, resulta finalmente : Q = A - v Como los caudales deben ser iguales en cada sección, las velocidades deben variar proporcionalmente a ellas : A, A2
7 .5
=
v2 v,
[7 .21
Energía hidráulica
Una masa líquida en movimiento tiene una determinada energía total, compuesta de tres energías parciales . - Energía estática . Es la debida al peso y depende de la altura de la columna líquida sobre el plano de referencia que se tome . 134
- Energía hidrostática . tente .
Es la debida a la presión y depende de la presión exis-
- Energía hidrodinámica. Debida al movimiento . Varía con la velocidad de la masa líquida . En la oleohidráulica se puede desestimar la energía estática, porque los circuitos oleohidráulicos no presentan generalmente grandes desniveles de construcción (por ejemplo, más de 20 m) . La energía hidrodinámica es también pequeña y puede desestimarse porque la masa de aceite movida por los tubos relativamente estrechos (en general de menos de 40 mm de diámetro) es pequeña y su velocidad es de sólo algunos metros por segundo, o incluso menos. La energía de un líquido oleohidráulico resulta, pues, realmente de su presión .
7 .6
áP=Pet - Pe2 Fig. 7.5
Rozamiento y circulación
La energía hidráulica no puede transmitirse sin ninguna pérdida por las tuberías . En las paredes del tubo y en el líquido mismo se produce rozamiento, que a su vez genera calor. La energía hidráulica se convierte así en energía térmica . Una pérdida de energía hidráulica significa una pérdida de presión dei líquido hidráulico . En todos los lugares angostos del sistema hidráulico, el líquido hidráulico pierde presión . Esta pérdida de presión se debe al rozamiento del medio que circula y se denomina Op (fig . 7.5) . Esta pérdida de presión en los estrechamientos, debido a que la energía de presión se convierte en energía térmica, se provoca a veces deliberadamente (por ejemplo, en la válvula reductora de presión) . Si se interrumpe la circulación, el líquido se para . Estando en estado de reposo, no se produce ningún rozamiento . Corno consecuencia, la presión es la misma delante y detrás del punto de estrangulación (fig . 7 .6) . Los líquidos se trasladan por un tubo, hasta determinadas velocidades, de modo laminar ; es decir según capas paralelas relativamente uniformes (fig . 7.7 A) . La capa interior es la más rápida, mientras que las exteriores están teóricamente paradas y pegadas a las paredes del tubo . Si la velocidad de circulación crece hasta alcanzar un valor crítico, la corriente laminar se vuelve turbulenta (fig . 7 .7 B) . Con ello aumentan la resistencia de circulación y las pérdidas hidráulicas . Por esrazón, generalmente no es conveniente que la corriente sea turbulenta . La veta locidad crítica tiene un valor fijo que depende de la viscosidad del líquido a presión y del diámetro del tubo . Su valor puede calcularse y no debería ser sobrepasado en una instalación hidráulica .
7.7
Fluidos hidráulicos y sus principales características
Los fluidos utilizados en las instalaciones hidráulicas tienen que cumplir los objetivos para los que han sido creados . La transmisión de la fuerza aplicada a los mismos es característica fundamental . La incompresibilidad ha de ser prácticamente nula, con el fin de que la acción sea instantánea . Deben tener amplia facilidad para lubricar las piezas móviles de todo el circuito, además de evitar la oxidación y la corrosión . Otra característica importante es la capacidad de disipación del calor generado por los frotamientos . 7.7 .1
Viscosidad
Se define como la medida de la resistencia que opone un líquido a fluir. Influye esta característica la temperatura, siendo más fluidos (menos viscosos) conforen me la temperatura aumenta . Atendiendo a la temperatura, la viscosidad se mide en grados Engler (E°) . Es decir, es el cociente entre el tiempo que tarde en fluir un aceite por un orificio calibrado y el que tarda el agua a una temperatura determinada :
13 5
Fig. 7.6
Laviscosidad también somide pornúmeros (5VV . 1UVV'2UVV'30'40'5O .otc norma SAB . Es decir, e!fluido es más denso conforme !a numeración va su' su-.según biendo .
7 .7.1 .1
índice de viscosidad
Bíndice deviscosidad tiene como finalidad la medida da!ovariación de!adensidad deun!kluidoouundo!utamporatumva,ía . Así, sedice que!ooaceites demenor variaoiÚn de la viscosidad con !a temperatura tienen un índice doviscosidad alto,
7 .8
Bombas hidráulicas . Sus tipos
Lasbombas hidráulicas son elementos esenciales en las instalaciones . Son !as impulsoras do!caudal hidráulico, capaces daconvertir !afuerza mecánica enfuerza hidráu!ka . Las bombas hidráulicas no dividen en dos tipos atendiendo a! caudal quo otorgan : - Bombas de caudal fijo . - Bombas de caudal variable .
7 .8.1
Bombas de caudal fijo
Estas bombassiompnooonoadono! mismo caudal ; es decir, e! mismo volumen d*aceite porunidad dotiempo . Solamente variará o!caudal cuando sevaríe !avelocidad de giro . Generalmente su usnestá destinado para bajas presiones opara sistemas auxUiaeo .
7 .82
Bombas de caudal variable
Lasbombasdonauda!variab!etianen!apvopiedaddepodervariare!cauda!emitido sin disminuir !a velocidad de giro . Son !an máoempleadas en los sistemas hidráulicos modernos . Se utilizan para presiones superiores a !asquopueden otorgar !asbombas dmcaudal fijo . Lanbombas hidráulicas, atendiendo asoforma consructw" , sedividonen tren dpns : - Bombas de engranajes . - Bombas de paletas. - Bombas de pistones . 7 .8 .3 Fig. zu Bomba de engranajes de caudal fijo .
Bombas de engranajes
Son las más sencillas yeconómicas. Aunque nnnde caudal fijo ueutilizan mucho en!oumandoshidrúuUunaquenonenaoi8*nvariaoióndecauda!, Un ajemp/ode suforma constructiva eseideiufigumT8 . Larueda dentada /, impulsadaena! sen<)dode!aflecha, arrastra !u rueda 8 haciéndola girar en sentido opuesto . La cámara S tiene comunicación con e! depósito de aceite . A! girar iayruedas so pomne!osdientex .quodanvao/os!onenuedientes .ypo/!adapreoiÚnnriyinaday se aspira líquido de/depósito quollena !aacámaras existentes entre !osdientes . Es tas tnanxportan m! líquido a !olargo de!msparedes del cuerpo hasta !o cámara P Losdientes onOranadusimpelen o}líquido deauocámaras a!espacio P yavit*n quo regrese doéutaa !a entrada {i Como consecuencia de esto, o! líquido enviado a !a cámara Phadesa!irforzosamente de!acámara del cuerpo para dirigirse hacia e! consumidor . 7 .8 .4
Bomba de paletas
Este tipo debombas actualmente está sustituyendo u las d*an0nanujeu' sobre todo a las de caudal constante. Constan dnunrodete (G) quelleva alojadas unas paletas (2) anunas ranuras (3) dispuestas ata!efecto . Cuando el rodete gira en o( interior del cuerpo ooarcaua (6), /~z9
Bomba ~paletas,
casa B eje del rodete está descentrado con respecto a!du !e oarcaxn no,/mr'/n! /n« . --'----cavidades entre paletas varían dovolumen ~según gira ~rodete. 136
7.8.5
Bombas de pistones
Estas bombas se utilizan mucho modernamente debido a la capacidad de otorgar altas presiones . Las hay de dos clases, según sea la posición de los émbolos o pistones - Bomba de pistones axiales . - Bomba de pistones radiales . La figura 7.10 representa una bomba de pistones axiales . El árbol motor (1), unido a una fuente externa de energía (motor eléctrico de explosión . . .), hace girar el disco (6) en el que se ha tallado una leva (2) encargada de impulsar los pistones axiales (3) . Estos aspiran el aceite por la entrada (4) y lo impulsan hacia el orificio de salida (5) .
7.8.6
Características de las bombas y su rendimiento
El caudal de una bomba, así como la presión de entrega y el número de revoluciones a que gira, son las variables que permiten establecer sus características y, en último término, determinan su rendimiento . En el rendimiento de una bomba intervienen : - Rendimiento volumétrico o relación entre el caudal efectivo y el caudal teórico. - Rendimiento mecánico o relación entre el rendimiento total de la bomba y su rendimiento volumétrico .
- Rendimiento total o relación entre la potencia hidráulica que otorga y la potencia mecánica que absorbe . Como media general se puede decir que el rendimiento en las bombas hidráulicas es del 75 % al 95 %, según sean de engranajes, paletas o pistones, respectivamente . 7 .9
Instalaciones hidráulicas
En toda instalación hidráulica se reúnen una serie de elementos que, trabajando convenientemente y ordenadamente, consiguen la transformación de una energía hidráulica en energía mecánica . Todas ellas tienen un común denominador que es el líquido a presión . El líquido a presión tiene que satisfacer diversas tareas ; a saber : - Transmitir la energía hidráulica, generada por la bomba hidráulica y que se transforma en los motores y cilindros hidráulicos . - Lubricar todas las piezas de una instalación . - Evitar la corrosión en las partes móviles inferiores .- Evacuar suciedades, abrasión, etc . - Disipar el calor. Por ello el líquido, en nuestro caso el aceite, debe satisfacer unas exigencias mínimas, ya establecidas de antemano en cada caso . 7 .9 .1
Estructuración en bloques de una instalación hidráulica
Por lo general, todas las instalaciones hidráulicas funcionan según la siguiente estructura de bloques : Motor eléctrico
Bomba hidráulica
Elementos hidráulicos
Motor hidráulico
Herramienta de mando y regulación
La bomba hidráulica es el elemento de generación del fluido a presión . Con ella trabajan elementos auxiliares cuya misión resulta, no obstante, indispensable. Entre ellos se pueden citar : el depósito de aceite, el filtro, el manómetro indicador de presión, la válvula de cierre, la válvula limitados de presión, etc. En la distribución del aceite intervienen las tuberías y el racordaje . Después existen los elementos de mando y, finalmente, los elementos de trabajo que se estudiarán en diversos apartados de este tema . 13 7
Fig. 7 10
Bomba de pistones axiales .
7 .9.2
Depósito de aceite El depósito de aceite es el recipiente metálico que contiene el fluido destinado a alimentar una instalación hidráulica. Normalmente aparece como un bloque cerrado, llamado central oleohidráulica, que contiene también la bomba, el motor eléctrico, el filtro, las válvulas precisas, etc . (fig . 7 .11) .
Fig. 7.11 CPOAC.
Central oleohidráulica
VAP-
El depósito (1), propiamente dicho, se construye de chapa de acero, con unas aletas de refrigeración para contribuir a la eliminación del calor generado . La tapa del depósito (2) se atornilla firmemente a éste y sirve de soporte a los elementos auxiliares que se citaban . La bomba (4), movida por el motor (3) aspira aceite a través del filtro (5) y lo envía a la válvula limitadora de presión (9) provista de un manómetro (10), de donde sale hacia la instalación . El aceite se introduce por el orificio de llenado, quitando el tapón correspondiente (7) . El vaciado se efectúa por el orificio de purga (8) . El nivel del líquido en el depósito se controla por medio de la mirilla (6) o bien, por medio de una varilla metálica de sonda. Todo depósito debe disponer de un sistema suficiente de aireación y desaireación, provisto de un filtro de aire (11). Es necesario airearlo y desairearlo para que la presión atmosférica pueda actuar sin ningún impedimento sobre el nivel del líquido, con el objeto de que la bomba pueda aspirar y el aceite se mantenga sin burbujas de aire. El retorno del aceite se efectúa por el tubo de retorno (12). 7 .9.3
Fig. 7.12
Filtro
Filtro
El filtrado del líquido a presión en las instalaciones tiene gran importancia para conservar las funciones y la duración de los equipos hidráulicos . La abrasión metálica, la abrasión de los elementos de estanquidad, el polvo y la suciedad del aire se entremezclan con el líquido a presión, especialmente durante el rodaje . Estas partículas más o menos grandes, deben ser filtradas continuamente, pues de lo contrario obstruirán poco a poco los conductos y las aberturas importantes de la instalación . Las perturbaciones producidas pueden ser graves . Las impurezas producen un desgaste muy grande en las piezas móviles de la instalación hidráulica . Los filtros de tamiz imantado garantizan un filtraje suficiente con el montaje de un elemento filtrante, consistente en un tejido de alambre de malla estrecha preimantado y un fuerte imán (fig . 7.12) . 138
El filtro mostrado en la figura está previsto para ser montado en la tubería de retorno que es el caso más frecuente. Hay que distinguirlo del filtro de la bomba (5) (fig . 7 .11), destinado a la protección directa de aquélla contra cuerpos extraños ; a éste se le llama filtro de aspiración . 7 .9 .4
Manómetro
7.9 .5
Válvulas de cierre y limitadoras de presión
7.9 .6
iiberías y conducciones
Los manómetros son aparatos de control que sirven para medir la presión existente en un circuito . El manómetro más empleado (fig . 7 .13) funciona del siguiente modo . La presión P del circuito tiende a rectificar el muelle tubular (2), el cual mueve el sector (4) que hace girar el piñón (5) unido a la aguja indicadora (6) . En la escala (7) puede leerse entonces la presión registrada . La caña (10) del aparato lleva un estrangulador (8) que amortigua el impacto de la presión sobre la aguja. Estos elementos se describen en los apartados siguientes, dentro del grupo de válvulas, estudiándose su funcionamiento y construcción con detalle. las Son elementos accesorios de una instalación hidráulica y, no obstante, ocupan un lugar muy importante en ella . La elección de la tubería es una tarea compleja para el proyectista de una instalación porque debe valorar una serie de variantes características que influyen directamente en la elección . La elección de una tubería depende del caudal de servicio, de la presión y de la temperatura . Un tubo de sección insuficiente estrangula el paso del aceite, lo sobrecalienta y causa pérdidas de presión . Por el contrario, un tubo con una sección excesiva puede hacer que resulte débil la presión a que debe trabajar el sistema . Los tubos pueden ser rígidos o flexibles, siendo éstos últimos los,-Más empleados, por las ventajas que la flexibilidad proporciona a la instalación . Con respecto a la presión, los tubos se dividen en : tubos para baja, media, alta y muy alta presión, dependiendo de su construcción y uso . El cálculo de la sección de las tuberías se suele realizar mediante tablas y ábacos que a tal efecto se han concebido con el objeto de facilitar la tarea del proyectista . Estos ábacos son fruto de muchas experiencias prácticas por parte de los constructores y especialistas en hidráulica . 7.10
Válvulas
Los elementos que sirven para gobernar los sistemas hidráulicos se denominan válvulas . Mediante las válvulas hidráulicas se regula la presión, se bloquea el paso del fluido y se gobiernan los elementos de trabajo . Estas válvulas se representan por símbolos en los circuitos hidráulicos . Dichos símbolos atienden al funcionamiento del elemento y no a su forma constructiva . Todo el conjunto de símbolos está normalizado según ¡SO 1219 . (Ver tema 14 de las Técnicas de Expresión Gráfica. 2.2 Metal). Los órganos internos de las válvulas pueden adoptar varias posiciones, llamadas posiciones de mando. Así pues, pueden ser dos, tres, o más posiciones . Cada posición se representa mediante un cuadrado, siendo ® una posición media . Las conducciones internas se indican por medio de flechas en los recuadros . Cada vía de la válvula se designa por una letra mayúscula o por un número (recuérdese lo dicho en el tema anterior) . Por consiguiente : - A, 8, C. . . son vías de trabajo o utilizaciones (o también 2, 4. . .) . - P. .. es el conducto de presión (equivale al 1) . - R, S, T.. . son vías de escape (o también 3, 5 . . .) . Para evitar la realización en los esquemas de las tuberías de retorno se indica junto al escape el símbolo de depósito o tanque . 7.10 .1
Válvulas distribuidoras
Son elementos hidráulicos que distribuyen el paso del líquido y hacen posible el gobierno de los órganos de trabajo. 13 9
Fig. 7.13 Esquema de un manómetro.
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También se emplean para gobernar (pilotar) otras válvulas, dentro del circuito hidráulico .
7.10.1 .1
Válvulas distribuidoras 212
Las válvulas 2/2 sirven para gobernar el paso del fluido . La denominación 2/2 significa que este elemento adopta dos posiciones -paso y cierre- y tiene dos vías, P y A . La figura 7.14A representa una de estas válvulas en reposo . En esta posición el paso de P hacia A está cerrado . Cuando se acciona el pulsador, el distribuidor pone en comunicación la entrada P con la utilización A (fig . 7 .14 B) ; entonces se dice que la válvula está abierta . Al dejar de apretar el pulsador, el muelle obliga al distribuidor a recuperar la posición de partida, con lo que la válvula se cierra . Además de este modelo, denominado normalmente cerrado, existe otro normalmente abierto, cuyo funcionamiento es inverso al explicado. La válvula 2/2 se emplea para la apertura y cierre de circuitos hidráulicos . 7 .10.1 .2
Fig. 7. 14
Válvula 212 A, posición de reposo ; B, abierta .
A
Válvulas distribuidoras 312
Estas válvulas permiten la circulación de aceite en una dirección y, al mismo tiempo, cortan el paso en la otra dirección . La corredera de la válvula 3/2 (fig . 7.15) sin accionar cierra el paso de P hacia A y deja abierto el paso de A hacia T. Cuando se acciona la válvula, la corredera une la entrada de presión P con la vía de utilización A, mientras el escape T queda bloqueado . Be emplea para gobernar cilindros de simple efecto .
B
Fig. 7.15
7 .10.1 .3
Válvula distribuidora 312.- A, en reposo ; B, accionada.
Válvulas distribuidoras 412
Las válvulas 4/2 permiten el paso del fluido en ambas direcciones . Cuando la válvula está en reposo (fig . 7.16), la vía de entrada está conectada con la utilización A, mientras que la otra utilización (B) está puesta a escape (T). Al accionar la válvula se vence la acción del muelle y la corredera cambia de posición ; es decir, el fluido circula de P hacia B y de A hacia T. Estas válvulas se usan para gobernar cilindros hidráulicos de doble efecto .
7.10 .1 .4 B
Fig. 7. 16
Válvula distribuidora 412.
Válvulas distribuidoras 512
Estas válvulas de 5 vías y 2 posiciones, se pueden considerar como una ampliación de las válvulas 4/2. La diferencia consiste en que las válvulas 5/2 poseen una vía más de escape R (fig . 7 .17) . Cuando la válvula está en reposo, la corredera permite el paso de P hacia B y el
Fig. 7. 17
140
Válvula distribuidora 512.
escape del aceite que procede de A . Al accionar la válvula, se comunica P con A y, al mismo tiempo, se pone B a escape por la otra salida T. Estas válvulas se utilizan para gobernar cilindros de doble efecto . Como los escapes se purgan por separado, el líquido que regresa del cilindro puede emplearse para otras funciones de mando . 7.10 .1 .5
9
Válvulas distribuidoras 413
Las válvulas distribuidoras de 4 vías y 3 posiciones, al igual que las válvulas 4/2 y 5/2, sirven para gobernar cilindros de doble efecto . Tienen, sin embargo, una posición intermedia, que es utilizada para varias posibilidades de mando . También se utilizan estas válvulas para el accionamiento de motores hidráulicos . Cuando la válvula adopta la posición media (fig . 7.18A), el aceite circula de P hacia T, cerrando el paso de A y de P; es decir, la válvula está puesta a escape . Al accionar el pulsador (fig . 7 .18 8) el fluido pasa de P hacia A y de 8 hacia T Si se acciona de nuevo el pulsador (fig . 7.18C) el fluido circula de P hacia B y de A hacia T. En este tipo de válvulas el muelle interno se anula y se incorpora un sistema mecánico de enclavamiento para poder fijar las tres posiciones . El símbolo está representado en la figura y se puede observar que la posición de reposo es la intermedia . Las tres posiciones permiten accionar varios elementos de trabajo . Su característica principal es que en la posición intermedia se puede originar un bloqueo o una liberación del elemento de trabajo, además de otras posibilidades . 7 .10.2
A
r
A
c
Válvulas de caudal
Las válvulas de caudal o de estrangulación, son elementos de gobierno hidráulico que se utilizan para modificar, de una forma sencilla, la velocidad de los elementos de trabajo. Esta modificación de la velocidad, se consigue a costa de variar el caudal del fluido . Para ello se estrangula el orificio de paso en razón directa a la velocidad deseada . Estas válvulas se pueden dividir en dos categorías :
p
P T
símbolo Fig. 7. 18
Válvula distribuidora 4,2.
- Válvulas reguladoras de caudal fijo . - Válvulas reguladoras de caudal variable . 7 .10.2 .1
Válvulas reguladoras de caudal fijo
Las válvulas reguladoras de caudal fijo ofrecen una sección constante al paso del fluido . Son constructivamente bastante sencillas (fig . 7 .19) . La resistencia hidráulica que origina un orificio estrecho de sección constante (1), permite un aumento de presión . Esto origina que una parte de caudal se derive a través de otro circuito (válvula limitadora de presión) . En consecuencia, el volumen de fluido se reduce en esta parte de la tubería, ya que la reducción de sección origina una resistencia . Debido a la resistencia de oposición, se origina una pérdida de energía, expresada como caída de presión (Ap). Así pues se tiene que :
pee
4p Fig . 7.19 Válvula reguladora de caudal fijo-
[7 .31 En resumen, se puede decir que el caudal que pasa por una válvula reguladora, depende de la sección de estrechamiento, de la diferencia de presión Ap y de la viscosidad del líquido a presión . Esta válvula se emplea para modificar de forma sencilla la velocidad de los órganos de trabajo cuando las condiciones de presión son bastante constantes . 7-10 .2 .2
Válvulas reguladoras de caudal variable
Las válvulas de caudal variable producen una resistencia hidráulica ajustable. Su funcionamiento (fig . 7.20) es como sigue. El aceite a presión pasa a través de un orificio de estrangulación cuya sección es variable por medio del tornillo de regulación . Por consiguiente, al variar la sección, varía también el caudal circulante y, como se sabe, la velocidad del fluido . Estas válvulas se emplean para ajustar el caudal sin escalonamientos, lo que significa que se puede modificar con sencillez la velocidad de los órganos de trabajo
Fig 7.20 Válvula regula. dora de caudal por tornillo.
-por ejemplo, la velocidad de avance de un dispositivo de fijación- sin efectuar cambios en el circuito . Para que la viscosidad del aceite no influya sobre la capacidad de la válvula se emplea una leva de envolvente (2) (fig . 7.21) en lugar del tornillo de estrangulación clásico . 7.10 .2.3
Fig. 721
Válvula reguladora de caudal por leva .
Regulación del caudal en función de la variación de presión En la entrada o en la salida de las válvulas reguladoras de caudal, pueden producirse variaciones en la presión . Estas variaciones se producen por la conexión y desconexión de elementos hidráulicos con diversas cargas de trabajo . Según la figura 7.22A, el orificio de entrada S1, a travi:s del tornillo de estrangulación, regula el caudal . La salida del fluido se realiza por S2. Al variar por cualquier circunstancia la presión, el émbolo de regulación y el muelle de compresión (balanza de presión) mantienen el caudal . En la figura 7 .22 B se puede observar cómo actúan las fuerzas existentes sobre el émbolo de regulación de la válvula ; en efecto, se puede afirmar que : FZ
= A, - pe, +
Fm (F, es la fuerza del muelle) F,= Al .Pel
A Fig. 7.22 11111111181111
s1
Válvula reguladora de caudal por presión diferencial.
Como debe existir equilibrio, resulta : F, = Fa Al . Pei = A, .Pe,+Fm Fm pé, = pe, + A,
10 I.T M~~~,.~~~,
Pe, - Pea = C~
Fm A,
Al ser constantes Fr y A1, también debe serlo
A
Pei - pe, ;
Pei - pe, = ® p = constante
luego : (7.4]
Si ap permanece constante, con independencia de la presión de entrada, también permanece constante el caudal que pasa por el punto de estrangulación, que es precisarnente lo que se pretendía . 7.10.2 .4
s Fig. 7.23
Válvula reguladora de caudal con antirr°torno .
Válvulas reguladoras de caudal con antirretorno Este tipo de válvulas regulan el paso del fluido en un sentido y dejan que éste circule libremente en sentido contrario . Cuando el aceite circula de A hacia B (fig. 7.23 A), la válvula antirretorno impide el paso libre hacia la salida y obliga al fluido a desviarse hacia la estrangulación a, regulada por el tornillo (1) . Si la corriente de aceite se dirige de B hacia A (fi g . 7 .23 B1, la presión existente vence la acción del muelle del antirretorno y el fluido escapa por las aberturas de la válvula en lugar de dirigirse hacia la estrangulación, cuya sección es, evidentemente, mucho menor . 142
Estas válvulas se emplean para regular la velocidad de desplazamiento de un órgano de trabajo en un sentido; en sentido contrario no existe regulación . Válvulas reguladoras de presión . Definición y clases
7 .10.3
Las válvulas de regulación de la presión son elementos de gobierno hidráulicos que acondicionan la presión de la instalación a una presión constante de trabajo . Lógicamente, el acondicionamiento o regulación es posible cuando la presión de trabajo es menor que la de la instalación . Hay dos clases de válvulas reguladoras de presión : - Valvulas reguladoras de presión (propiamente dichas). - Válvulas limitadoras de presión . 7 .10.3 .1
Válvulas reguladoras de presión
Las válvulas reguladoras de presión tienen por objeto reducir una presión de salida ajustable con respecto a una presión superior de entrada . La presión de salida pe, deberá ser constante, aun cuando hayan variaciones en la presión de entrada (fig . 7.24) . El muelle empuja el émbolo, según la posición inicial . El fluido pasa hasta la salida con la presión correspondiente pe, . También pe, entra por el conducto a la otra parte del émbolo, estableciéndose un equilibrio . Como no actúan otras fuerzas sobre el émbolo, el caudal de líquido en el orificio anular se ajusta de tal forma que la fuerza del muelle se iguala a la fuerza de la presión del líquido . Las fuerzas que actúan sobre el émbolo son Fr y F2, cuyo valor es A - pe, . Para que haya equilibrio Frr, debe ser igual a F2; luego :
Fm=pe, - A Fm
Fig. 7.24 Válvula reguladora de presión.
[7 .51
Es decir, pe, depende exclusivamente de la fuerza del muelle regulable . Estas válvulas se utilizan en todos los circuitos hidráulicos en los que interese una presión de salida rigurosamente constante . 7.10 .3 .2
Válvulas /imitadoras de presión
La utilización de estas válvulas tiene por objeto limitar la presión de trabajo a un valor máximo admisible . Se trata pues de un dispositivo de protección de los circuitos hidráulicos contra las sobrecargas. Véase el esquema de la válvula de la figura 7.25 . El muelle regulable comprime el obturador contra su asiento y cierra con ello el paso al fluido . Si la presión de éste aumenta hasta un valor tal, que supera la reacción del muelle, se abre el paso de en trada y el fluido se dirige al escape T que descarga al depósito o tanque . La fuerza antagonista o de apertura debe ser : [7 .61 Esta es una válvula muy utilizada para limitar o asegurar una presión máxima de trabajo. Debe colocarse inmediatamente detrás de la bomba, con el objeto de evitar así accidentes por un exceso de presión . 7.11
Elementos hidráulicos de trabajo
Los elementos de trabajo sirven para convertir la energía de presión en un movimiento directamente aprovechable para la realización de un trabajo . Se pueden clasificar en los siguientes grupos y subgrupos :
Elementos de trabajo
cilindros
cilindros de simple efecto cilindros de doble efecto
motores
motores de engranajes motores de paletas motores de pistones 143
Fig. 7.25 Válvula limita-' dora de presión: A, cerrada ; B, abierta .
J
-a
. +
111111 ~ .~ ll ll fili
Fig. 726
7.11 .1
Cilindros de simple efecto
Los cilindros hidráulicos transforman la energía de presión del fluido en un movimiento rectilíneo . Cuando el impulso activo del fluido se produce sólo en un sentido, el cilindro se llama de simple efecto . La recuperación se efectúa por muelle o debido a una acción externa . Las partes que componen un cilindro hidráulico de simple efecto se aprecian en la figura 7.26. La velocidad de desplazamiento dei vástago v depende del caudal Q y de la sección de aplicación A del émbolo :
Cilindro de simple efecto .
v=
0
[7 .7]
La fuerza del cilindro F depende de la presión aplicada pe y de su sección útil A. A ella se opone la fuerza del resorte (si lo tiene) Fn, y el rozamiento del émbolo y el vástago FR . 0 sea 1
F
=
A
-
pe - F,, -
(7 .81
FR
Estos cilindros se emplean para levantar, sujetar, introducir, expulsar, etc. y, en genera¡, cuando se precisa realizar un trabajo de compresión . 7.11 .2
Cilindros de doble efecto
Al igual que el de simple efecto, el cilindro de doble efecto realiza un trabajo en sentido lineal . La variante consiste en que el de doble efecto realiza trabajos a compresión (avance) y a tracción (retroceso) (fig . 7 .27) .
V/ A
(7/
B
(2)
(7)
(21
Fig. 7.27 Cilindro de doble efecto . A, avance; B, retroceso.
Cuando el fluido penetra en la cámara posterior, mientras el contenido en la cámara del vástago o anterior se evacua, el émbolo sale y efectúa su carrera positiva . Al invertir la entrada de aceite a presión el émbolo retrocede (carrera negativa o de retorno) . La fuerza de avance Fa se calcula como en el caso anterior, aunque se prescinde de la influencia del muelle, ahora inexistente ; es decir : = . A - FR Fa (7 .91 pe La fuerza de retroceso Fr es algo menor debido a la disminución de la sección de aplicación producida por la presencia dei vástago . Llamando A - Ao a la nueva sección útil (valor de la corona circular), se tiene : Fr = pe (A
7 .11 .3
Ad
FR
[7 .101
Amortiguación de los cilindros hidráulicos
Algunos cilindros llevan amortiguadores para reducir la velocidad de desplazamiento del vástago cuando llega éste a sus límites de carrera . Así se evitan posibles averías por impactos (fig . 7 .28) . 7 .12 Fig. 7.28
Cilindro hidráulico cor7 amortiguaciót7 .
Motores hidráulicos
El motor hidráulico entrega un par motor por el eje de salida . Por esta razón convierte la energía hidráulica en energía mecánica . 14 4
El motor es accionado por el líquido a presión que le manda la bomba y, a su vez, actúa mecánicamente sobre la carga mediante un movimiento giratorio . Los motores hidráulicos son en realidad elementos que trabajan contrariamente a las bombas, con las que guardan una gran semejanza constructiva . Se diferencian según la forma de sus elementos activos en : motores de engranajes, de paletas y de pistones . 7.12.1
Motores de engranajes
Se emplean bastante por ser sencillos y económicos . Son de tamaño reducido y fácilmente acoplables . Giran en ambos sentidos y no se puede variar el volumen de la cámara . Se fabrican con dos tipos de engranajes : internos y externos . 7.12 .2
Motores de paletas
Son motores de empleo muy frecuente. Se diferencian de las bombas de paletas en que el movimiento radial de éstas es forzado, mientras que en las primeras, las paletas se deslizaban por las ranuras del rodete gracias a la fuerza centrífuga . 7.12.3
Motores de pistones
Son los más empleados por sus excelentes características . Los hay de pistones radiales y axiales y de cilindrada fija y variable . Un motor de pistones axiales de cilindrada fija (fig . 7.29) consiste en una carcasa (1) con un rotor o bloque (2) donde se alojan los pistones (3) . Estos son empujados por el aceite a presión contra la rampa (5) y, por reacción, hacen girar el bloque (2) y con él, el árbol motor (4) . La entrada de aceite se controla con el distribuidor (6) . Si la rampa o leva fija (5) fuera regulable, de modo que se pudiera modificar la carrera de los pistones, el motor sería de cilindrada variable . 7.12.4
Par de un motor hidráulico
El par motor depende de la fuerza de giro y del radio de aplicación de la misma y se expresa en m - kgf. La fuerza del motor es proporcional a la presión de trabajo, a la sección de los pistones y al número de éstos :
El par motor puede darse en función de la potencia N y del número de revoluciones n: mt = 716
N n
(CV)
[7 .121
A igualdad de potencia, como su velocidad es inferior a la de los motores eléctricos, el par que entregan los motores hidráulicos es muy superior al de aquéllos . Los motores hidráulicos de pistones axiales se usan con frecuencia para el accionamiento de los husillos de los carros y mesas de muchas máquinas herramientas modernas, ya solos, ya acoplados a motores eléctricos paso a paso . 7 .13
Circuitos hidráulicos elementales
Para explicar el funcionamiento de los distintos componentes hidráulicos, es indispensable relacionarlos entre sí en el seno de las instalaciones hidráulicas . Por eso se explican a continuación diversos circuitos elementales con los que se pretende completar los conocimientos básicos de hidráulica del alumno . 7.13.1
Gobierno de un cilindro de simple efecto (fig . 7.30)
El grupo de accionamiento proporciona el caudal de líquido . Hay montada una válvula limitadora de presión, a fin de que la presión en el sistema hidráulico no sobrepase el valor admisible . La presión puede leerse en un manómetro. Para mandar el cilindro de simple efecto hay intercalada una válvula distribuidora 3/2 (cerrada en posición de reposo) . Al accionar ésta, se abre el paso de P - A (posición b) y el émbolo de trabajo se desplaza a su posición final . 145 6-
Mfiqurrrns Hc,,,rnrenfas 2.3
Fig. 7.29 Motor hidráulico de pistones axiales y cilindrada fi-
%a.
Fig. 7.30
Después de conmutar la válvula distribuidora a la posición a, la pesa m empuja el émbolo hasta su posición inicial; el líquido a presión sale del cilindro y regresa por A -" Tal depósito . 7.13 .2
Mando de un cilindro de doble efecto (fig . 7.31)
El grupo de accionamiento suministra el caudal de líquido a presión . Se necesita una válvula limitadora de presión para evitar que las presiones suban demasiado . La magnitud de la presión ajustada puede leerse en un manómetro . Para mandar el cilindro de doble efecto se utiliza una válvula distribuidora 4/2. Al accionar ésta se abre el paso de P - B, y el émbolo de trabajo se desplaza hasta su posición final exterior . Al mismo tiempo, el líquido a presión que se encuentra en el lado del vástago es evacuado por A - Tal depósito . Después de conmutar la válvula distribuidora 4/2 (a la posición de reposo), se abre el paso de P- A. El émbolo de trabajo entra y desplaza el líquido a presión existente en el lado del émbolo, por B -" T, hacia el depósito . 7 .13 .3
Mando de un cilindro de doble efecto mediante válvula 413 (figura 7.32)
El grupo de accionamiento suministra el caudal de líquido . Para que no se produzcan presiones demasiado altas está prevista en el sistema hidráulico una válvula limitadora de presión . La magnitud de la presión puede leerse en un manómetro .
Fig. 7,31
14 6
Fg_ 7.32
Para pilotar el cilindro de doble efecto hay prevista una válvula distribuidora 4/3 con posición media de circunvalación . Estando dicha válvula en la posición media (0) de circunvalación, el caudal de líquido puede pasar sin obstáculos al depósito . Los empalmes A y B están cerrados . Al conmutarla a la posición de avance (a), se abre el paso de P- A y de B - T, y el vástago del émbolo del cilindro sale . Al conmutarla a la posición de retorno (b), se abre el paso P- B y de A --' T y el vástago del émbolo del cilindro entra . Si durante el movimiento de avance se conmuta la válvula a la posición media de circunvalación, el émbolo se detiene . Cuando es necesario que el émbolo se detenga, el circuito de circunvalación tiene la ventaja de que el caudal enviado por la bomba puede ser evacuado directamente sin presión, sin calentarse y sin necesidad de pasar por la válvula limitadora de presión . 7.13.4
Regulación de la velocidad de avance de un cilindro
En el circuito previsto en primer lugar (fig . 7 .33), al accionar la válvula 4/2, el caudal de aceite enviado por la unidad de accionamiento pasa por la válvula reguladora de caudal al cilindro de trabajo y actúa sobre la superficie del émbolo ; al mismo tiempo, el líquido de retorno del lado del vástago sale sin presión . Según el peso de la carga, el émbolo se mueve con sacudidas más o menos fuertes . Este deslizamiento con sacudidas, se produce por el rozamiento variable producido por el deslizamiento y la adherencia . El émbolo no sólo es empujado por el líquido a presión, sino también extraído por el peso de la carga . El deslizamiento con sacudidas puede presentarse también sin que haya una carga que tire, cuando las velocidades de arranque son lentas y las resistencias de trabajo varían . Para evitar este problema se introducen variaciones en el circuito proyectado, que queda de la siguiente forma (fig . 7 .34) .
r L
Fig.
7.33
Fiq_ 734
Después de accionar la válvula distribuidora 4/2, el caudal de líquido pasa al cilindro y actúa sobre el émbolo con la presión pe, que puede subir hasta alcanzar la presión pe, = Pe máx, ajustada en la válvula limitadora de presión (2 a) . Por la válvula limitadora de presión (2a), montada en la salida, se produce en la cámara del vástago del cilindro una contrapresión Pe, . Esta contrapresión está ajustada de modo que el émbolo no está sometido a esfuerzo hidráulico, con ello se evita que el émbolo se deslice por sacudidas y ya no es posible tirar del émbolo . El movimiento de avance tiene lugar entonces de modo uniforme . Este sistema se utiliza, por ejemplo, en máquinas herramientas, para que el carro de la herramienta avance uniformemente y sin sacudidas (se protege la herramienta y se obtiene una superficie de mejor calidad) . 7 .13.5
Regulación del caudal de entrada (fig . 7.35)
Al accionar la válvula distribuidora 4/3, el lado del émbolo recibe el caudal de la válvula reguladora de caudal correspondiente . El émbolo se desplaza y el vástago 14 7
r L
Fig. 7.35
Fig. 7 36
sale a una velocidad de avance constante . El líquido desplazado de la cámara del vástago es evacuado por la válvula distribuidora 4/3 y la otra válvula limitadora de presión y regresa al depósito . Esto es necesario para sujetar el émbolo hidráulicamente y compensar fluctuaciones de la presión . Como la válvula reguladora de caudal regula la entrada de la corriente de líquido, la superficie del émbolo se somete únicamente a la presión que exige la resistencia de trabajo respectiva . Como consecuencia de ello, el cilindro y sus juntas se someten a pequeñas cargas, no se produce un salto al comenzar el movimiento y la velocidad del émbolo permanece también constante, aunque la resistencia de trabajo varíe . No es posible conmutar en vaivén rápidamente, porque la presión tiene que formarse primero . Estando la válvula distribuidora 4/3 en posición media, la presión en la válvula reguladora de caudal se desvanece por la fuga . 7 .13.6
Regulación del caudal de salida (fig . 7.36)
En la regulación del caudal de salida se regula el caudal que sale del consumidor . El grupo de accionamiento suministra la corriente de líquido . La presión máxima la determina la válvula limitadora de presión. Al accionar la válvula distribuidora 4/3, el lado del émbolo recibe la corriente de líquido enviada por la bomba . El líquido desplazado de la cámara del vástago pasa por las válvulas reguladoras de caudal y distribuidora 4/3 y llega al depósito . Se regula, pues, la corriente del líquido que sale ; de esta forma se sujeta hidráulicamente el émbolo y el vástago puede salir a la velocidad de avance constante . Como se regula la corriente de líquido desplazada, en el lado del émbolo la presión actuante aumenta siempre hasta alcanzar el valor máximo ajustado en la válvula limitadora de presión . El cilindro y sus juntas están sometidos a un esfuerzo continuo grande . Al comenzar el movimiento se produce un salto, porque el émbolo se mueve durante corto tiempo sin encontrar resistencia hidráulica . Este sistema se aplica cuando se exige que el émbolo tenga un avance regular a pesar de que intervengan fuerzas externas de magnitud y dirección variables (caso de muchas máquinas herramientas) . 7.13.7
Regulador de presión (fig . 7 .37)
El grupo de accionamiento suministra una corriente de líquido . La presión p e , la determina la válvula limitadora de presión . Al accionar la válvula distribuidora 4/3, se inunda la cámara del émbolo del cilindro . El antirretorno (1) obstruye el paso, por lo cual sólo es posible el flujo a través del regulador de presión que asegura una presión constante en la cámara del émbolo, indicada en p ez . Cuando se acciona la válvula 4/3 en posición contraria, se llena la cámara del vástago y el aceite de la cámara del émbolo escapa por el antirretorno (1), a través de la válvula 4/3 al tanque . 148
Con este circuito se consigue una presión constante de trabajo . Por ejemplo, una presión constante sobre la banda en un tren de laminación .
7.13 .8 Circuito de avance rápido (fig . 7 .38) La presión de servicio en el circuito se ajusta con la válvula limitadora de presión (5) y se verifica con el manómetro (8) . La válvula distribuidora (6) en reposo deja pasar el líquido hacia la cámara anterior del cilindro de doble efecto (9) . Como conse cuencia de ello, el vástago retrocede y el aceite de la cámara posterior retorna al depósito a través de la válvula 4/2 (6) . Al accionar ésta, el líquido a presión fluye al lado del émbolo del cilindro y el vástago sale . El líquido del lado del vástago fluye entonces, sin ser estrangulado, por las válvulas distribuidoras 2/2 (3) y 4/2 hacia el depósito (avance rápido), cuando el riel de mando (10) acciona el rodillo (11), la válvula distribuidora 2/2 cierra el paso y, al mismo tiempo, se cierra la válvula antirretorno (7) . Como la corriente es evacuada hacia el depósito, únicamente por la válvula reguladora de caudal (4), la velocidad del émbolo se ajusta por medio de aquélla, tal como se explicó en el apartado correspondiente . Al conmutar la válvula distribuidora 4/2 de nuevo a su posición de reposo, la corriente pasa, sin ser estrangulada por la válvula antirretorno (7), al lado del vástago (retorno rápido). Durante el movimiento de retorno, la válvula distribuidora 2/2 no influye sobre el funcionamiento del circuito . Este circuito se utiliza en máquinas herramientas, cuando además dei avance ajustable se necesitan también movimientos rápidos . 10
Fig. 7.37
7.14
Fiq. 738
Ejemplos concretos de aplicación
Además de los circuitos hidráulicos de carácter general y básico es conveniente que el alumno empiece a estudiar aplicaciones específicas de la hidráulica a las máquinas herramientas . Por eso, al llegar a ese punto, es oportuno revisar y analizar con mayor detención los esquemas hidráulicos correspondientes a diferentes máquinas contenidos en el presente texto . Además, se incluyen aquí varios ejemplos que pretenden insistir en esta dirección. 149
7.14.1
Avance hidromecánico de una mesa
El avance de la mesa de una máquina herramienta puede lograrse por medio de un cilindro hidráulico o con un motor hidráulico combinado con un mecanismo de tornillo y tuerca . En este último caso (fig . 7.39) se monta el motor en un extremo del tornillo y se controla su funcionamiento con una bomba de caudal variable . Con ello se consigue un movimiento suave y preciso de la mesa (el husillo roscado puede ser del tipo de circulación de bolas) y el ajuste manual de la velocidad de avance . Además este sistema no tiene los inconvenientes que a veces se presentan con los cilindros respecto a la regularidad del avance . Fig.
7.39
Accionamiento hidromecánico de una mesa .
7.14.2
Cilindro de avance de doble vástago
El movimiento de vaivén de la mesa de las rectificadoras debe producirse a igual velocidad en ambos sentidos . Esto quiere decir que ambas caras del émbolo deben ser iguales, si se quiere trabajar con un caudal constante de aceite, cosa que no ocurre en los émbolos de un solo vástago, en los que las superficies de presión de las dos caras son distintas. El cilindro que se emplea (fig . 7.40) tiene un vástago pasante que atraviesa todo el cilindro . En esta ocasión el émbolo es móvil y la camisa es fija, unida a la bancada . A veces el montaje es al revés.
Fig. 7.40
7 .14.3
Cilindro de doble vástago
Cilindro sin vástago
Los cilindros sin vástago (fig . 7 .41) se emplean para obtener movimientos giratorios . El émbolo, de gran longitud, lleva dentada una cremalllera que engrana con un piñón montado en el árbol de salida .
Fig. 7,41
7.14 .4
Cilindro para movimiento giratorio .
Cambio hidráulico de engranajes
La caja de velocidades de una taladradora (fig . 7.42) tiene dos ruedas desplazables (1) y (2), controladas por sendos cilindros (3) y (4), gobernados a su vez por la válvula distribuidora (5) . La bomba hidráulica (6) proporciona el fluido a presión necesario, movida por el propio motor (10) de la máquina. La válvula de mando (8) tiene 3 posiciones -derecha, izquierda y paro- y permite el envío de aceite a la válvula selectora (5) . El árbol motor lleva dos embragues de láminas (11) y (13) para que el husillo principal gire en uno u otro sentido . El acoplamiento de los embragues se logra por medio del cilindro (9) . 7.14.5
Mando hidráulico de una timadora
Para mejor comprensión del esquema hidráulico se considera tres funciones principales : accionamiento del carnero, cambio de sentido de marcha y avance automático (fig . 7 .43) . 150
lb
17
15
l4
2 ~rw i9ME
-1
lb,
6
10
13--
r~ :t"i
12--
Fig. 7.42 dradora.
Cambio hidráufico de engranalcs en una tala-
Fig. 11.43
ccioliarienFO hidráulico de una limadora .
- Accionamiento del carnero . El carnero o carro de la limadora está unido al émbolo-0) del cilindro principal (2), encargado de la carrera de retroceso, mientras que la carrera de trabajo la efectúa el cilindro menor (3) -practicado en el propio vástago (1 )- contra un émbolo fijo (4) . La bomba de caudal variable (5) envía aceite a presión a la válvula distribuidora 7/2 (6) la cual permite el paso alternativo hacia el cilindro (2) o el (3) y efectúa la purga hacia el depósito (7) .
- Cambio del sentido de marcha . La válvula (10) pilota a la válvula distribuidora (6) para conseguir el cambio del sentido de la marcha . Dicha válvula se alimenta por medio de la bomba de caudal constante (12) . El distribuidor de la válvula (11), movido por la palanca (13), está desplazado a la izquierda, con lo que el distribuidor (14) de la válvula pilotada deja pasar aceite de la bomba (5) a la cámara del cilindro principal . En estas circunstancias el carnero retrocede . Cuando los topes de fin de carrera invierten la posición del distribuidor (11), también se invierte la posición de la válvula pilotada y el aceite llega al cilindro (3), lo que produce el avance del carnero . - Avance automático. La válvula (10) permite también sincronizar el movimiento del carnero con el avance lateral de la mesa o consola de la máquina . El cilindro (14) tiene un vástago dentado (15) que engrana con un piñón solidario al trinquete (17) el cual mueve la rueda (16) unida al husillo de la mesa . Este sistema tiene indudables ventajas sobre el accionamiento mecánico ; basta enumerar las más importantes : - Velocidad constante en el avance y en el retroceso . Esta última es mayor que la primera . - Paro automático del carnero en caso de sobrecarga excesiva . Si el émbolo (1) se para, la sobrepresión provoca la apertura de la válvula de descarga (18) . - Regulación de la presión de la herramienta, por medio de la válvula (9) . - Regulación de la velocidad de corte, por medio de la bomba (5) .
7 .15
Válvulas
pilotadas
En el esquema hidráulico anterior aparece una válvula hidráulica pilotada . Sus características básicas son muy parecidas a las válvulas neumáticas de la misma clase, aunque con las lógicas adaptaciones a las exigencias de la hidráulica . Una válvula pilotada consiste esencialmente en una válvula convencional (como las estudiadas anteriormente) cuyo gobierno lo efectúa otra válvula . Sin embargo hay que decir que el mando no suele ser directo sino que se efectúa de forma índi-
9
---ü
Fig. Z44
° r r,
=n
Válvula hidráulica servopilotada de mando electromagnético .
5 i
recta, a través de un distribuidor auxiliar de acción directa por sistema electromagnético, neumático o hidráulico . En la figura 7 .44 aparece una válvula servopilotada de mando electromagnético, con las tres posiciones que puede adoptar . Obsérvese que se trata de un par de válvulas asociadas ; la inferior es un distribuidor hidráulico 4/3, mientras que la válvula superior o piloto es un distribuidor hidráulico de mando electromagnético directo.
7.16
Fig. 7.45
yrr~c
Aplicación electrohidráulica .
Electrohidráulica
En las máquinas herramientas modernas se da una estrecha colaboración entre la hidráulica y los sistemas eléctricos . Estos últimos presentan ventajas indudables para el mando a distancia por la rapidez y la facilidad de envío de la señal . Además permiten el almacenamiento y reproducción de programas de trabajo automatizado y todo ello en un espacio muy reducido . Por consiguiente, la conjunción de la hidráulica y la electricidad ha permitido racionalizar muchos sistemas mecánicos o hidráulicos complicados, caros o excesivamente voluminosos . Un ejemplo de mando electrohidráulico aparece en la figura 7.45 . La mesa (1) de una máquina se mueve por medio de un hidromotor (2) conectado al husillo roscado (3) de la misma . El tope (4) de final de carrera acciona el interruptor (5) que activa un relé (6), el cual cierra el circuito del distribuidor electrohidráulico (9) que invierte el sentido de giro del motor.
CUESTIONARIO 7 .1 7 .2 7 .3 7 .4 7 .5 7 .6 7 .7 7 .8 7 .9 7 .10 7 .11 7 .12 7 .13 7 .14 7 .15
Fundamento de la prensa hidráulica . Ley de circulación de un fluido . Régimen laminar y turbulento . Viscosidad de un fluido . Clases de bombas hidráulicas . Central oleohidráulica . Componentes habituales . Válvulas distribuidoras 3/2 . Válvulas distribuidoras 4/2 . Válvulas distribuidoras 4/3 . Válvulas de caudal variable . Regulación del caudal en función de la presión . Válvulas limitadoras de presión . Cilindros hidráulicos de doble efecto . Fuerza de un cilindro . Par de un motor hidráulico .
EJERCICIOS A REALIZAR 1 . Realizar el esquema del circuito hidráulico para el mando simultáneo de dos cilindros de doble efecto desde un solo punto . 2.
Explicar el funcionamiento de los circuitos representados en las figuras 7 .46 y 7 .47 . 3 . Dibujar el esquema de una instalación para efectuar un movimiento alternativo automático con un cilindro de doble efecto y un distribuidor accionado por palanca con topes de fin de carrera . 152
Tema
utomatización de las máquinas herramientas . Control numérico
EXPOSICIÓN DEL TEMA Puede afirmarse, sin exageración, que las máquinas herramientas convencionales, de tecnología estrictamente mecánica, cuyo manejo se confiaba a un operario cualificado que cgntrolaba con habilidad los movimientos de la pieza y la herramienta, han concluido su ciclo histórico . El vertiginoso desarrollo de nuevas tecnologías, que ha ido parejo con el crecimiento de la producción de bienes en las modernas sociedades industriales, unidos a las grandes exigencias de calidad y a los crecientes costos de la mano de obra, han determinado la automatización creciente de las máquinas herramientas . Desde las máquinas copiadoras a las grandes líneas tránsfer pasando por las modernas máquinas de control numérico, en todas ellas existe un grado de automatismo muy elevado que puede llegar a ser total . Por consiguiente, al especialista en máquinas herramientas le es imprescindible un conocimiento básico de la tecnología de la automatización, no tanto de sus principios teóricos como de sus aplicaciones concretas. Este es el objetivo del presente tema . 8 .1
Concepto de automatización
La automatización es la sustitución de la acción humana por mecanismos, independientes o no entre sí, movidos por una fuente de energía exterior, capaces de realizar ciclos completos de operaciones que se pueden repetir indefinidamente. Un sistema automático supone siempre la existencia de una fuente de energía, de unos órganos de mando, que son los que ordenan el ciclo a realizar, y de unos órganos de trabajo que son los que lo ejecutan . Según el grado de automatización puede hablarse de dos niveles -completo y parcial- que tienen grandes repercusiones económicas y operativas . La automatización completa se prefiere en la producción masiva de productos homogéneos en ciclo continuo (detergentes, fármacos, etc.), mientras que la automatización parcial es propia de la producción heterogénea y limitada . Según el punto de vista de la programación, la automatización puede considerarse de ciclo fijo y de ciclo programado . El primer caso es adecuado para la fabricación de grandes series porque el automatismo es invariable (siempre realiza el mismo ciclo) . El segundo caso se orienta a la fabricación de piezas distintas, en series pequeñas y medias porque el dispositivo programador de que dispone el sistema puede ordenar el ciclo que convenga, con las lógicas limitaciones tecnológicas que hacen al caso . 8.2
Técnicas de automatización
Según la naturaleza del automatismo empleado puede hablarse de automatización mecánica, neumática, oleohidráulica, eléctrica y electrónica . Además existen las técnicas mixtas que son combinaciones de las citadas y que, en el práctica, son las habituales . 153
8.2.1
Automatización mecánica
Los sistemas mecánicos suelen ser complicados -por la abundancia de mecanismos- y de escasa flexibilidad . Por el contrario, la tecnología que regula su funcionamiento es relativamente accesible al personal poco cualificado, lo que se traduce en un montaje y mantenimiento económicos. Los mecanismos que los componen son : ruedas dentadas y poleas para transmisiones del movimiento circular ; mecanismos de biela-manivela, piñón-cremallera, etc ., para conversión del movimiento rectilíneo en circular y viceversa ; levas y palancas para la obtención de recorridos controlados ; trinquete y cruz de Malta para los movimientos intermitentes ; combinaciones de palancas para la transmisión de potencia, etc . Uno de los problemas característicos de la automatización mecánica es la gran longitud de las cadenas cinemáticas . Para reducirla se pueden combinar distintas técnicas (mecánica-hidráulica, electromecánica, etc .) o bien introducir varias fuentes generadoras de movimiento. Otro problema característico de toda automatización es la sincronización de movimientos de los órganos móviles . Para lograrlo hay que dotarlos de regulación de carrera o de giro, empleando los elementos que el alumno conoce en su mayoría . Para ilustrar lo que se ha dicho, en la figura 8.1 se representa el esquema de una máquina automática de cortar alambre . El alambre, procedente de una bobina, es arrastrado por la mordaza M movida por la rueda C y la biela 8 . El corte del mismo a medida lo realiza una cuchilla móvil CM accionada por la palanca P que, a su vez, oscila periódicamente debido a la leva de mando L.
~e:nnnnnuummWm~i
Fig . 8.1 alambre .
Máquina automática de cortar
La carrera de la mordaza M está regulada por la posición radial de la manivela sobre el plato de la corona C. Al llegar aquélla a su posición más avanzada la leva, sincronizada con la corona C, hace oscilar bruscamente la palanca P, la cual empuja hcia abajo la cuchilla móvil CM que corta el alambre con ayuda de la cuchilla fija CF. La carrera de la cuchilla CM depende del salto de la leva y su posición se regula por medio del tornillo que lleva la palanca P. Se comprende que la mordaza tira del alambre en un solo sentido gracias a un dispositivo de acuñamiento . Las máquinas herramientas suelen llevar conjuntos mecánicos para el avance automático, la inversión del movimiento, el giro de una torreta, etc ., pero la automatización total sólo se da prácticamente en los tornos automáticos de levas . 8.2 .2
Automatización neumática Las posibilidades de la automatización neumática son muy amplias, tal como quedaba implícito en el tema 6 del presente texto dedicado a la neumática aplicada . Estas posibilidades se refieren no sólo a los automatismos de ciclo fijo sino también a la programación neumática . Como ejemplo de lo dicho está la fresadora de ranuras de la figura 8.2. La pieza es situada sobre la mesa contra un tope fijo por el operario, el cual, a continuación, pulsa el pedal de la válvula 1 .1, con lo que la pieza queda sujeta por el cilindro (1) . Este, al final de su recorrido, acciona la válvula 2 .1, la cual pone en marcha el cilindro (2) que mueve el cabezal portafresas . Al llegar éste a la posición prevista, hace avanzar a la unidad oleoneumática (3) por medio del final de carrera 3 .1 . Dicha unidad, al completar su recorrido, invierte su avance automáticamente, no sin antes accionar la válvula 2.2 que retira el cilindro (2) hasta su punto de partida, a la espera del próximo ciclo . Cuando interesa variar el ciclo de trabajo establecido se emplean los progra154
Fig. 8.2
Fresadora semiautomática de accionamiento neumático .
madores . Se trata de unos soportes que contienen un árbol de levas que actúa sobre un grupo de válvulas 3/2 ó 4/2 y controla* el tiempo de reposo y actuación de cada una de ellas (fig. 8.3) . Las levas son ajustables, de modo que pueda regularse a voluntad la duración de la señal dentro de un ciclo. La velocidad de trabajo depende del número de revoluciones del árbol de levas el cual está movido por un motoreductor o bien por un motor de c. c. de velocidad variable . Para ciclos muy largos y cuando una misma señal debe repetirse dentro del mismo ciclo se emplean programadores de rejilla con levas incorporadas (fig . 8.4) . Actualmente se está desarrollando con rapidez la técnica de la baja presión o fluídica que ha permitido preparar montajes modulares que funcionan según los principios de la lógica neumática . Este sistema sustituye con ventaja a la electrónica en determinadas aplicaciones .
Fig. 8.3 Programador neumático de levas (Festo Pneumatic).
Fig. 8.4
Programador neumático de rejilla (Festo Pneumatic).
8.2.3
Automatización hidráulica En el tema anterior se han explicado los principales componentes oleohidráulicos así como aplicaciones características de los mismos. Por eso sólo queda añadir que muchas de las características de la neumática son válidas también para la oleohidráulica aunque ésta tiene más aplicaciones en el campo de la máquina herramienta, especialmente en el movimiento rectilíneo de mesas, carros y cabezales por su mayor potencia transmisible y por la regularidad y exactitud de los órganos de trabajo oleohidráulicos . En este sentido, la figura 8.5 representa una instalación oleohidráulica típica para el accionamiento automático de la mesa de una rectificadora . 8.2.4
Automatización eléctrica
En el tema 4 se han explicado las características de los componentes eléctricos que aparecen con mayor frecuencia en las instalaciones de máquinas herramientas . No hace falta decir -resulta evidente- que en cualquier máquina, por sencilla que sea, existe algún tipo de automatismo eléctrico, encargado con frecuencia de gobernar los órganos generadores de energía (motores) . También se emplea el man155
Fig. 8.5
Mandro hidráulico.
do eléctrico en el control de los órganos móviles de las máquinas mediante interruptores de final de carrera, temporizadores, etc . Así, en la figura 8.6 se representa el esquema eléctrico del accionamiento del carro de una máquina controlado por los finales de carrera I y II que gobiernan a los contactores C 1 y C2 encargados de invertir el sentido de giro del motor . También existen programadores electromecánicos y sistemas de copiado electromagnético, entre otros dispositivos de interés .
Ll L3 N
8 .2.5
Automatización electrónica
La aplicación de la electrónica a las máquinas herramientas ha supuesto una verdadera revolución y ha permitido que esta rama industrial dé un paso de gigante en el terreno de la automatización . Además de aplicaciones tan remarcables como el control de la velocidad de los motores, la -reedición muy precisa de los desplazamientos -lineales o circulares- y su visualización, etc ., las mayores ventajes se refieren a la programación de procesos de trabajo y al control de su realización . En efecto, los varios sistemas de programación y entre ellos el control numérico suponen, tal como se decía al principio del tema, el inicio de una nueva era de la máquina herramienta .
8.3
Fig. 8.6
Mando eléctrico .
Programación de los ciclos operativos
Programar es ordenar, en un lenguaje comprensible para la máquina, la serie de instrucciones detalladas que le permiten ejecutar las operaciones que constituyen un ciclo operativo . Todo sistema automático supone la existencia de un programa, ya sea implícito (automatización de ciclo fijo) como explícito (automatización de ciclo programable) . Esta última implica la existencia de una memoria interna que recibe, almacena y emite las instrucciones del programa ; por consiguiente es una máquina programable en sentido estricto. Según el comportamiento de las señales de mando se puede establecer una división general de la programación en dos grandes grupos : de cadena abierta y de cadena cerrada.
- Programación en cadena abierta. Es la que, en ella, las señales de mando son independientes de los órganos receptores. - Programación en cadena cerrada. En este caso, las señales de mando dependen, a su vez, de la posición de los órganos móviles .
8.3 .1 Fig. 8.7
Accionamiento por leva (programación en cadena abierta).
Fig. 8.8
Copiado en el torno (programación en cadena abierta).
Programación en cadena abierta
Como ejemplo de la misma se puede citar la programación mecánica y dentro de ella la directa y la indirecta. En el primer caso el órgano de memoria transmite directamente los esfuerzos que provocan el movimiento correspondiente, mientras que en el segundo dicha transmisión es asistida . En la programación mecánica directa el órgano de memoria puede ser un tambor de segmentos, una leva, etc . Esta última circunstancia se da en los tornos automáticos de levas . Dichos tornos llevan un árbol portalevas con tantas levas como órganos a controlar, cuyos perfiles los determinan las trayectorias que deben seguir cada uno de aquéllos (fig . 8.7) . Una vuelta completa del árbol portalevas corresponde a un ciclo completo de trabajo . Se comprende que cada ciclo requiere una combinación de levas determinada y, por consiguiente, la mecanización de una pieza distinta a la efectuada supone el cambio total o parcial de las levas utilizadas por otras específicas del mecanizado de la nueva pieza . De esto se deduce que este sistema sólo es rentable para la fabricación de grandes series de piezas . En la programación mecánica asistida se intercala un dispositivo de transformación entre la memoria y los órganos móviles . El copiado hidráulico que se emplea en las máquinas herramientas es un buen ejemplo de ello . La memoria está constituida por una pieza patrón o una plantilla (2) (fig . 8.8) . Un palpador (4), unido a una válvula piloto, lee el programa constituido por la plantilla y lo transmite al distribuidor de potencia (6) que gobierna al cilindro hidráulico unido al carro (3) u órga no móvil de trabajo, encargado de reproducir la pieza según la plantilla patrón . 156
8.3 .2
Programación en cadena cerrada
40 punto de partida
En un sistema que funciona según este principio (fig . 8.9) el programador envía señales de mando a la máquina pero, a su vez, recibe información de cuando dichas órdenes se han cumplido, para que no se inicie la siguiente secuencia si no ha finalizado la precedente .
> I
parada "versión automática movimiento rápido movimiento de trabajo
señal de mando
movimiento de frenado
señal de retorno (información)
sentido del movimiento (absoluta o relativo)
programador
Fig. 8.9
Fig. 8. 10 Símbolos para ciclos de m . canizado .
Programación en cadena cerrada.
La programación en cadena cerrada se divide, según la naturaleza del programador, en : programación fija, programación de movimientos sucesivos y progra-
Fig. 8. 11
Ciclo longitudinal.
Fig. 8.12
Ciclo cuadrado.
mación por fichas. 8.3 .2 .1
Programación fija
Cuando la máquina programada debe ejecutar mecanizados sobre un solo piano, es decir, moviendo la herramienta o la pieza únicamente en dos direcciones o en una sola, el programador es relativamente sencillo y consiste en una regla de topes deslizables que actúan sobre microrruptores eléctricos . Un ejemplo típico lo constituye la fresadora de ciclos automáticos . Como se ha dicho, el desplazamiento de la mesa puede ser longitudinal (ciclo compuesto de dos trayectorias, una en cada sentido) o longitudinal-transversal (ciclo compuesto de cuatro trayectorias, llamado por esto ciclo cuadrado) . Antes de seguir adelante conviene arbitrar una representación simbólica de los movimientos para poder dibujar el ciclo que interese (fig. 8.10) . Según los símbolos elegidos, el ciclo de la figura 8.11 es un ciclo longitudinal compuesto por un avance rápido de la pieza desde el punto de partida, un movimiento de fresado, una salida rápida y una inversión también rápida hasta el origen . Por otro lado, el ciclo de la figura 8.12 es un ciclo cuadrado compuesto de un movimiento rápido 0-1, un movimiento de trabajo 1-2, una salida rápida 2-3, un cambio de dirección en sentido transversal 3-4 y, a partir de aquí, se repiten los movimientos pero en sentido contrario, hasta el punto de partida . Los carros longitudinal y transversal de la máquina son arrastrados por un motor independiente conectado a cada husillo . Dichos motores (de dos velocidades) se mueven por imperativo de unos microrruptores accionados por topes regulables, cuya misión es realizar los cambios de velocidad y determinar la longitud de los desplazamientos . En la pieza de la figura 8.13 debe fresarse un rebaje que responde al ciclo dibujado . Como se ve, se trata de un ciclo cuadrado sobre el plano horizontal compuesto por 6 secuencias . Los avances de los carros y los desplazamientos adecuados se obtienen con los topes de dos reglas -longitudinal y transversal- que se fijan en el punto oportuno siguiendo las cotas del plano de la pieza a las que se suman unas constantes que dependen de la máquina . En el supuesto que la colocación de los topes fuera la de la figura 8.14, la misión de cada uno de ellos sería la siguiente : s:
puesta en marcha (pulsador). control de la secuencia 0-1 . Desplazamiento rápido desde el origen . c : control de la secuencia 1-2. Movimiento de trabajo . d: control de la secuencia 2-3 . Movimiento de trabajo . e : control de la secuencia 3-4 . Salida rápida . f: control de la secuencia 4-5 . Desplazamiento transversal rápido y retorno . a : control de la secuencia 5-0 . Paro en origen . b:
Cuando se realizan desplazamientos sobre tres ejes aparecen (Tema 17) los llamados ciclos cúbicos . Se pueden realizar siguiendo los principios explicados aunque para ello es preciso automatizar el carro vertical de la máquina . En la figura 8.15 aparece un ejemplo de ciclo cúbico . 157
Fig. 8.13 Fresado de un rebaje (cicic cuadrado).
regla longitudinal
Fig . 8.14 Disposición de los topes par el ciclo de fresado anterior,
8 .3.2.2 i '
RL RL RL AT RT
: : : :
avance longitudinal retroceso longitudinal avance transversal retroceso transversal subida vertical DV descenso vertical
sv :
Fig. 8.16
final
Se llama así porque la continuidad del ciclo programado se establece con el enlace de las secuencias sucesivas . Se emplea en máquinas de ciclos automáticos cuyos órganos de trabajo son cilindros neumáticos u oleohidráulicos . La programación de un ciclo determinado (fig . 8.16) se realiza sobre una tablilla provista de conexiones eléctricas Ifig . 8.17) . dispuestas en dos columnas, con ayuda de unos conductores o puentes que sirven para unirlas por medio de las clavijas que llevan en los extremos . La columna de la izquierda corresponde al inicio de los movimientos y la de la derecha a su finalización. Cada una de las filas (en este caso seis) representa una función específica . Así AL significa avance longitudinal ; RL, retroceso longitudinal ; AT, avance transversal, etc . Para programar el ciclo anterior hay que unir, en primer lugar, la conexión marcha con la del principio del movimiento de avance transversal AT, después el final de éste con el principio de AL; a continuación, el final del avance longitudinal AL con el principio de RT y así sucesivamente hasta cerrar el ciclo con la conexión de paro . Las conexiones de la tablilla controlan las electroválvulas (fig . 8.18) que gobiernan los cilindros, cuya carrera está limitada por topes electromecánicos graduables unidos a las conexiones de final de función . 8.3.2.3
Fig. 8.17
Programación de movimientos sucesivos.
I I I
Fig. 8.18
Esquema de mando por movímienros sucesivos.
Fig. 8.20
Clavija-diodo .
Programación de movimientos sucesivos
Programación por fichas
Los sistemas explicados tienen muchas limitaciones y sólo son adecuados para ciclos muy sencillos. Para mejorar la capacidad de programación se recurre a un sistema de matriz y clavijas-diodo . La matriz está formada por dos placas aisladas que llevan impresas unas líneas conductoras en forma de malla ortogonal, de modo que cada órgano de trabajo de la máquina esté conectado a una línea horizontal y cada línea vertical esté unida al contador de pasos (fig . 8.19). Las líneas horizontales expresan las funciones de los órganos de la máquina (avance rápido, avánce lento, paro, marcha, movimiento longitudinal en un sentido, etcétera) y las verticales representan las secuencias o serie de operaciones elementales en que se divide un proceso . Los límites de cada secuencia se obtienen por medio de reglas de topes graduables situadas en cada uno de los carros móviles . Dichos topes actúan sobre unos microrruptores agrupados en cajas protectoras y de este modo producen unas señales dirigidas que indican al contador el final de cada secuencia . - Funcionamiento del sistema. Un impulso eléctrico (fig. 8 .19), procedente de un microrruptor accionado por un tope, alimenta la bobina del electroimán E, el cual atrae el vástago del trinquete T hacia atrás . La señal eléctrica llega también al índice distribuidor que la dirige a la columna 1 de la matriz . Allí, por medio de la introducción de dos clavijas-diodo o fichas-diodo, se envían dos órdenes compatibles a los órganos de la máquina : movimiento longitudinal hacia la derecha, por un lado, y marcha lenta por otro. La clavija diodo (fig. 8.20) recibe la señal de mando por su extremo (1) y de allí pasa al casquillo conductor (7) a través del diodo (6), que impide el retorno de la señal. El casquillo (7) está conectado a los órganos de la máquina (se comprende que cada casquillo corresponde a un nudo de la malla) . La clavija-diodo une las dos líneas de la malla o matriz (recuérdese que la matriz está formada por dos placas aisladas) que forman un nudo y da órdenes concretas (funciones) durante una secuencia determinada . Por eso la figura citada muestra dos clavijas en la primera columna, una en la línea de avance longitudinal a la derecha y otra en la del movimiento lento . En la segunda secuencia continúa el movimiento hacia la derecha pero ahora se efectúa con rapidez . En la figura 8.21 se representa el ciclo de trabajo para la mecanización de una pieza en un torno copiador controlado por un programador de fichas-diodo . La disposición de las clavijas es la idónea para ejecutar el ciclo que se indica . Obsérvese que la máquina dispone de 20 funciones y una capacidad de 30 secuencias . - Ejemplo de realización. Sea la pieza de la figura 8 .22 en la que hay que fresar una ranura en ángulo recto . El ciclo de trabajo mínimo establecido aparece en la figura 8.23. Como se ve, es un ciclo cuadrado que parte de (1) hacia (3), con un punto de frenado (2) para asegurar la precisión del cambio de dirección del fresado ; sigue de (3) hasta (4) y, a partir de aquí, llega al punto (5) con avance rápido para terminar en (7) previo frenado en (6) . Los puntos (1) y (7) coinciden . 158
ífa©©0©ovooía
manzamasa ¡gas~-EMEN n
idgzzggzzz
Fig. 8.19 Esquema del sistema de programación por matriz y clavijas-diodo.
A
B
-o 5 a N n
2
3
0
L A
Fig. 8.22
e
300 30g5
370 6
7
Fig. 8.23
4
Los desplazamientos se controlan por medio de los topes .de las reglas A y 8 que, como el ciclo es cuadrado, pertenecen a la mesa longitudinal (X) y al carro transversal (Y), aunque también dispone de ellas el carro vertical de la fresadora imaginada . Dichas reglas tienen un cero u origen cuya posición puede variarse respecto a la máquina por medio de tornillos micrométricos . Los topes se colocan sobre las reglas a las distancias adecuadas desde el origen, procurando que la cota inicial sea una cifra con centenas exactas (100, 200, 300, 400 . . .) y a ella se suman las cotas propias de la pieza . El trazado suele hacerse a es cala sobre una hoja suministrada por el mismo constructor de la máquina, lo que facilita la colocación posterior de los topes . Como sea que los topes (6) y (7), (2) y (3) están muy próximos, se colocan en dos reglas distintas . El montaje de las clavijas-diodo se realiza con facilidad sobre el tablero de la máquina (fig . 8.24) . Obsérvese que para cada secuencia se programan las funciones necesarias. De este modo se seleccionan los avances (movimiento de trabajo MT, movimiento rápido MR, frenado F. . . ) las direcciones del movimiento, el paro o marcha de la fresa, etc . La fila 8 significa selección de la regla 8 y el STOP, fin del ciclo . Para aumentar la capacidad de programación se emplea también otro sistema que no se va a tratar aquí, basado en un tambor o en una cinta perforada provistos de varias pistas sobre las que se sitúan unos captadores de impulsos . La ausencia o no de perforación permite emitir una señal de mando ; estamos pues ante un sistema binario, o sea que, según el número de pistas, el programador es capaz de almacenar 2" informaciones . 159
STOP e
MT MR F
1
2
3
4
5
6
7
magasmi guasa """i"" suceso ""i"""
gamuza gamuza
ü""""" Fig. 8.24
8.4
Fig. 8.25 Alimentación por gravedad.
Alimentación automática de las máquinas herramientas
Un aspecto algo descuidado en la automatización de las máquinas herramientas es el de la alimentación de las piezas a mecanizar . La alimentación automática tiene como finalidad suministrar piezas a la máquina en el punto deseado y en la posición conveniente, para que ésta pueda iniciar sin demora el ciclo de trabajo . La evacuación de las piezas mecanizadas puede considerarse también en este apartado, aunque su importancia es menor y se realiza normalmente por gravedad. Muchos constructores de máquinas herramientas fabrican sistemas de alimentación automática que suelen ser válidos en los casos más habituales . No obstante, conviene estudiar siempre la solución óptima porque, a veces, puede ser rentable la construcción de un sistema especial . 8.4 .1
Fig . 8.26
Alimentación por gravedad con disco distribuidor.
Sistemas de alimentación por gravedad Todos ellos aprovechan el propio peso de las piezas para lograr que éstas se depositen en el punto deseado desde una posición más elevada . La conducción de piezas desde el almacén, tolva o similar se efectúa por un conducto o rampa de forma conveniente . Este es el caso de una rectificadora frontal de superficies planas (fig . 8.25) . Los discos a rectificar llegan al plato distribuidor (2), dotado de alojamientos donde se introducen las piezas, el cual las lleva hasta la muela de desbaste (3) y después a la de acabado (4) para, finalmente, dirigirlas a la rampa de evacuación (5) . También se emplea la combinación de tambor o disco y rampa (fig. 8.26) . Las piezas cilíndricas descienden por una rampa y se introducen en las ranuras de un tambor de giro intermitente . Después de sufrir mecanización en las estaciones A y 8, las piezas caen en la rampa de salida . 8.4 .2
Fig . 8.27 Alimentación con cinta transportadora y brazo oscilante .
u Fig . 8.29
La alimentación de piezas depende de un sistema o mecanismo de arrastre que las lleva al punto de trabajo . Se componen de un grupo de arrastre (cinta, banda, disco, etc .) y un dispositivo de empuje y situación (distribuidor, balancín, brazo, etcétera) . En la alimentación forzada tienen gran importancia los brazos neumáticos, tal como se dijo en el tema de neumática aplicada . En la figura 8.27 se observa un sistema muy eficaz compuesto por una cinta transportadora (1) con celdillas que avanza paso a paso y un cuerpo oscilante (3) con dos brazos retráctiles con pinzas . Mientras uno de los brazos alimenta el cabezal de la máquina (4) el otro introduce una pieza terminada en una de las celdillas de la cinta, tras lo cual, la cinta avanza un paso y queda de nuevo en posición . Otro sistema parecido es el de la figura 8 .28 . La máquina tiene un travesaño (1) por donde se desliza un carro (2) provisto de brazos neumáticos (4) y (5) . El brazo (4) coge una pieza (7) de la cinta (6) mientras el (5) deposita una pieza acabada . Luego el carro (2) se traslada de A hasta 8 para que el brazo de carga (4) deposite una pieza para mecanizar .
Fig . 8.28 Alimentador por carro deslizante y cinta transportadora.
Alimentación mixta con empujador neumático .
8.4.3
Fig . 8.30 Alimentación mixta con brazo oscilante.
Sistemas de alimentación forzada
Sistemas de alimentación mixta Son los más empleados ya que reúnen las ventajas de la alimentación forzada y la alimentación por gravedad . Consisten, como su nombre indica, en una combinación de ambos sistemas . En la figura 8.29 se puede apreciar un alimentador mixto. En efecto : las piezas llegan por un conducto vertical (1) y un cilindro neumático (2) las empuja periódicamente hasta la zona de trabajo . Un sistema muy empleado en la alimentación de tornos es el de la figura 8.30 . Está formado por una rampa (1) que se carga manualmente, con un tope en A, y un brazo cargador oscilante (2) capaz de recoger la pieza y elevarla hasta el cabezal de la máquina ; donde queda sujeta entre puntos . 160
Para alimentar máquinas de gran producción que mecanicen piezas de pequeño tamaño puede utilizarse el montaje de la figura 8.31 . Las piezas son elevadas desde un depósito de fácil carga por medio del elevador de cinta (1), cuya salida desemboca en la rampa (2) que sitúa las piezas sobre la mesa de la rectificadora . Una vez rectificadas por ambos lados son evacuadas a través de la rampa (4) . En la figura 8.32 se representa una solución muy interesante para alimentar una línea de tornos que trabajan en cadena . Desde la columna elevada (1) las piezas descienden por la rampa (2) hasta el torno I . Salen por gravedad por la rampa 3, que las conduce al elevador (4) y, previo posicionamiento en la columna (5), descienden por la rampa (6) hacia el torno ll, encargado de efectuar la siguiente operación . De modo similar prosigue la cadena con los demás tornos de la línea.
Fig. 8.31
Elevador de cinta.
Fig. 8.32 Instalación para la alimentación de una línea transter de tornos .
8.4.4
Alimentación por robots
Existen también sistemas muy sofisticados de alimentación constituidos básicamente por un robot o autómata programado. Dicho robot tiene un bloque de trabajo (pinzas de manipulación, cilindros . . .) convencional y una unidad de mando electrónica que controla sus movimientos (ver apartado 17.4.5) . 8.5
Control numérico. Nociones generales
El control numérico (C. N.) es la traducción del término inglés Numerical Control que designa un procedimiento de automatización que permite el control per-
manente de un órgano móvil cuyas posiciones sucesivas se determinan por coordenadas y que se ajustan a un programa previamente determinado . Para comprender mejor la esencia de este revolucionario sistema es conveniente poner un ejemplo sencillo. Si se observa la figura 8.33 se pueden ver las distintas unidades que permiten el control numérico de un carro u órgano móvil . Dicho carro (1) se mueve por medio de un sistema mecánico de tornillo-tuerca (2) al que se conecta un indicador de posición (3) que señala en cada momento la posición real del carro . La unidad de comparación (6) elabora una señal de error, cuyo valor es la diferencia entre la posición real y la indicada por la unidad de entrada (7), que una vez amplificada en (5), llega como señal de mando al motor (4), unido al husillo, para que aquel gire de tal forma que dicha diferencia se anule y coincidan los valores real y teórico del desplazamiento . Los valores teóricos o datos se introducen en forma de programa en la unidad de entrada (7), empleando un lenguaje comprensible para la máquina del que más adelante nos ocuparemos . A continuación, antes de pasar al control numérico propiamente dicho, se estudiarán los órganos de mando de los movimientos y los órganos de medición de los desplazamientos . 8.5.1
Mando de los movimientos. Motores paso a paso
Aunque a veces se prefiere un cilindro oleohidráulico especial para mover los carros, el sistema habitual consiste en una combinación de husillo y motor paso a paso. El motor paso a paso sirve para transformar una señal eléctrica en un desplazamiento angular constante . Se trata, en realidad, de una especie de motor múlti ple, compuesto de varios motores idénticos . Los estatores y rotores tienen idéntico
Fig. 8.33 Esquema del control numén co (C . lv.).
número de dientes y, además, los primeros son solidarios entre sí y tienen los dientes alineados . No obstante, cada estator tiene excitación independiente . Por su parte los rotores tienen un árbol común y los dientes decalados en una determinada fracción angular . Consideremos ahora un motor paso a paso con tres estatores El, E2 y E3 de 12 dientes cada uno y tres rotores R1, R2 y R3 de idéntico número de dientes . Los rotores tienen los dientes decalados 1/3 del paso (el paso es la suma del ancho de un diente y un vano) . Cada vez que se alimenta un estator (fig . 8.34) el rotor correspondiente gira una fracción de vuelta para que coincidan sus dientes con los del estator y tiende a estabilizarse en esta posición . Si se alimenta el estator E, el rotor Ri coincidirá, mientras que R2 está decalado 1/3 de paso y R3 2/3 de paso. Cuando se alimenta E2, R2 coincide, Ri se decala 2/3 y R3 avanza, situándose a 1/3 del eje de referencia . Finalmente, al alimentar el estator E3, se verifica la coincidencia de R3, mientras que Ri se decaía 1/3 del paso y R2 2/3 del mismo . Si se vuelve a comenzar, alimentando El se tiene, evidentemente, que el giro experimentado es de un paso; o sea 1/12 de vuelta o bien 30° . Esto significa que es preciso enviar 12 series de impulsos eléctricos a El, E2 y E3 para completar una vuelta . La inversión del sentido de giro se consigue alimentando los estatores El, E2 y E3 en sentido inverso al indicado. Para modificar la velocidad de rotación basta con variar la frecuencia de los impulsos de alimentación ; es decir, que a mayor frecuencia mayor velocidad y viceversa . Un inconveniente del motor paso a paso es que su par de giro es casi siempre insuficiente para mover un husillo . Para superar este problema es preciso acoplarlo a un motor hidráulico (fig . 8.35) .
Fig. 8.35
Servomotor hidráulico : 1, motor paso a paso; 2, motor hidráulico .
Fig. 8.34 Esquema motor paso a paso .
tensión
8 .5.2
1
v desplazamiento Fig. 8.36 Señal analógica.
tensión
v2 v,
Señal numérica.
Medida de los desplazamientos . Generalidades
Las señales eléctricas producidas por el captor de información, encargado de determinar la posición del órgano móvil por lectura de su desplazamiento, pueden ser analógicas o numéricas . Una señal analógica es la que establece una correspondencia continua entre la posición del órgano móvil y la tensión de la señal emitida por el captor (fig . 8.36) . La señal numérica, por su parte, proporciona una imagen discontinua de la posición del móvil, según un código dado (fig . 8.37) . El desplazamiento mínimo mensurable se denomina incremento del desplazamiento A/. El sistema de medida se llama relativo o incrementa/ si permite medir los desplazamientos, y se llama absoluto cuando la señal caracteriza la posición del órgano móvil pero no mide su desplazamiento . Finalmente la medición es directa cuando el captor de información está unido directamente a la mesa u órgano móvil, e indirecta cuando existe un elemento intercalado (por ejemplo si el captor está unido al husillo roscado que mueve la mesa). 8.5.2 .1
Fig. 8.37
del
Captor analógico
Un ejemplo característico lo constituye el inductosyn lineal . La regla inductosyn está constituida por dos elementos : el primario, en forma de conductor en zig-zag (fig . 8 .38), superpuesto a una regla de cristal, y el secundario, constituido por dos conductores desplazados uno respecto al otro un equivalente de 90° . El elemento 162
primario se monta en la bancada de la máquina y el secundario en la mesa (fig . 8.39) . Una corriente alterna en el primario induce en el secundario unas tensiones cuyo vector resultante varía con la función seno coseno según la posición relativa del primario respecto al secundario ; es decir, según el desplazamiento efectuado . La ten sión producida se compara con la procedente del equipo de control y el movimiento no se detiene hasta que ambas se igualan .
Fig . 8.38 Esquema del inductosyn /i=neal (captor analógico).
o á
1
1
1
ol
1
ó ó
ó ó ÓÓÓ~ Fig . 8.39
Inductosyn lineal en una mandrinadora .
8.5 .2.2 Captor digital Se trata de un convertidor analógico-digital cuya misión consiste en traducir una magnitud continua en una cantidad discontinua o número (dígito) . Puede ser rotativo y lineal. Entre los más conocidos está el convertidor rotativo (fig. 8.40) que es un cilindro con sus generatrices alternativamente conductoras y aislantes que se apoyan en escobillas, de forma que la corriente que sale por ellas, convertida en impulsos, es recogida por un contador digital que los contabiliza . Otro sistema es el fotoeléctrico, Un disco con múltiples perforaciones (fig. 8.41) pasa delante de una fuente luminosa . La ausencia o presencia de los rayos luminosos es recogida por fotodiodos, cuyas señales eléctricas las contabiliza un conta dor digital . Tanto éste como el anterior están unidos al husillo o motor que mueve la mesa y convierten el giro (magnitud analógica) en un valor numérico (magnitud digital) . Entre los dispositivos fotoeléctricos lineales está el estudiado en el apartado 4.5.9.1, capaz de mediciones extremadamente precisas. Estos sistemas tienen la desventaja que miden solamente valores relativos y, en consecuencia, no están referidos a un origen o punto cero . Para evitar este problema es preciso emplear escalas codificadas . Ahora bien, si la escala fuese decimal, con pasos de 0,01 mm por ejemplo, su realización práctica es imposible . Se necesita emplear el código binario y codificar la escala de acuerdo con él . Véase en la figura 8.42 la instalación de un captor digital fotoeléctrico con regla codificada para la medición del desplazamiento del carro de una máquina .
Fig. 8.40 Esquema de un convertidor analógico-digital rotativo.
Fig . 8.41 Esquema de un captor digital fotoeléctrico.
2° 21 21 29 24
I I I
2322 21207976 171615 1
contador digital
8.5.3
11~TTT~IT(lb 9 676 54 32 T~ 1 6
12t7
Fig. 8.42 Captor fotoeléctrico lineal con regla codificada .
Ejes coordenados
Como se ha dicho al principio, la posición de un órgano móvil se determina en relación a tres ejes coordenados . El eje X o longitudinal (fig . 8 .43), el eje Y o transversal y el eje Z o vertical . Además, los movimientos de rotación en torno a dichos ejes se llaman respectivamente A, 8 y C. 163
Fig. 8.43
Ejes coordenados en C. N.
-
8.5 .4
Y4
a
YA
A Xg
A
XA
B Fig. 8.44
XB
--X
X
Control numérico punto a punto.
Supóngase que en una máquina de puntear de C . N . de mesa fija, cuyo cabezal disponga de movimiento de traslación longitudinal y transversal, debe realizarse un orificio B cuyas coordenadas son xB, ye, a partir de un orificio A de coordenadas XA, YA . Dicho de otro modo, la herramienta montada en el husillo debe trasladarse de A hasta B con exactitud (fig . 8 .44 A) . La traslación puede efectuarse controlando numéricamente el eje Y hasta que el valor del desplazamiento corresponde a la cota ye y después activar el movimiento longitudinal según el eje X hasta la cota xe. Es evidente que se puede proceder al revés ; es decir primero desplazar sobre el eje x y después sobre el eje y. En ambos casos no existe una ley matemática que relacione el desplazamiento Y y el desplazamiento X, puesto que sólo interesa el resultado final (posición B) y no la trayectoria recorrida de A hasta B. Este sistema de control numérico se llama de punto a punto. En algunos casos (fig . 8.44 B) se realiza el desplazamiento simultáneo e independiente sobre ambos ejes . Por ejemplo, si en una máquina de cabezal fijo con carro longitudinal y transversal, se mueven ambos simultáneamente, la trayectoria relativa de la herramienta (fija) corresponde a la línea de trazos ; con esta solución se reducen mucho los tiempos muertos por desplazamientos . También existe el desplazamiento paraxial (paralelo a los ejes) que permite mecanizar caras paralelas a los ejes coordenadas . 8.5 .5
Control numérico por contorneado
Si el desplazamiento que debe efectuar una herramienta (fig . 8 .45) desde A hasta B debe obedecer a una trayectoria (contorno) perfectamente definida -caso de una leva, por ejemplo- y no puede ser cualquiera, es preciso que los sucesivos puntos intermedios C, D, E. . . estén determinados por el órgano de control . Esto obliga al funcionamiento coordinado de los dos ejes sometidos a control numérico para la obtención de las distintas coordenadas de cada punto. Este sistema se denomina control numérico por contorneado (contourning). Como el control continuo sobre los infinitos puntos de la trayectoria A - B es evidentemente imposible, el sistema práctico se limita a determinar con exactitud las coordenadas de puntos notables (extremos de segmentos, centros y radios de círculo, etc .) que permitan reconstruir la curva deseada . El cálculo de las coordenadas de los puntos de paso obligatorio de la curva constituyen lo que se llama interpolación .
y Y Y
YD YC
8.5 .5 .1
YA
XAXO
XC
Fig. 8.45
Control numérico punto a punto
Control numérico por contorneado.
Interpolación
La interpolación es el cálculo de gran número de puntos intermedios de una trayectoria a partir de los puntos notables que la definen . Este cálculo lo realiza un interpolador (ordenador) integrado en la máquina de C . N . (on fine) o bien exterior (off fine). Existen varios sistemas de interpolación . Entre ellos conviene destacar la lineal y la circular. - Interpolación lineal El segmento rectilíneo AB (fig . 8 .46) está definido respecto a los ejes X, Y por las coordenadas de sus puntos extremos A y B; o sea XA, YA y XB, ye . Veamos ahora cómo se calculan las coordenadas de un punto intermedio cualquiera M: Entre los incrementos A x e A y existe la siguiente relación
A Y
Las coordenadas de M son resulta
A x,
YA 4-
Ay ; pero al sustituir A y por su valor,
xA + A x , YA + -YB--YA A x XB - XA
áX
Para un punto enésimo (n + 1) sus coordenadas serán
Xq+,n,x
Fig. 8.46
xA i-
YB - YA
Interpolación lineal-
Xn
164
+ 1 ,
yn
+ 1
o sea : + + xn + 1
= xn
+ A
x ,
yn
= yn
1
Yn + 1 - Yn Xn
+ 1 -
XII
A
x
- Interpolación circular La curva circular de la figura 8.47 está determinada por las coordenadas de su centro C y por las de sus extremos A y 8. Los puntos intermedios se consideran vértices de una línea poligonal de gran número de lados que reproduce con muchísima aproximación la curva dada . Suponiendo que las coordenadas del centro C sean x, = 0 e y, = 0, las coordenadas de A son xA = R e YA = 0 . Las coordenadas del punto intermedio M son :
Fig. 8.47 Interpolación circular .
xM=R-cosa,ym=R-sena que son las ecuaciones paramétricas del círculo . Los incrementos que se producen al saltar de un punto al sucesivo se obtienen derivando las ecuaciones paramétricas . dx
d a
=-R-sena=-y
dY =R-cosa=x d a dx ddy
=_-y
X
Considerando incrementos finitos A x, Ay, resulta : Ax
Y x
AY
- Y Las coordenadas del punto inmediatamente siguiente al origen A son : X = xA + AX X = XA - YA
,
y =
YA + AY Y = YA + XA
En general, para un punto enésimo (n + 1), las coordenadas son : Xn + 1 = Xn - yn , Yn + 1 = yn + Xn
Es decir, una pieza perfilada como la de la figura 8.48 puede realizarse por contorneado si se conocen fas coordenadas de los puntos notables A, 8, C, D, E. Las coordenadas de cada punto junto con otros datos, como las velocidades de trabajo, se introducen en un soporte (cinta perforada) con un lenguaje comprensible para el ordenador de la máquina de C. N . La introducción del programa de instrucciones recibe el nombre de programación . 8.5 .6
Programación
En control numérico, se llama programa al conjunto de instrucciones que deben proporcionarse a la máquina herramienta para la ejecución de un determinado proceso productivo . Las instrucciones se transmiten al órgano de control de la máquina en un lenguaje codificado que está en condiciones de asimilar . La preparación del programa recibe el nombre de programación . Ésta comprende varias etapas o fases : definición del programa o escritura, codificación y verificación . Además, según la forma de realización, la programación puede ser manual y automática . : 165
Fiq. 8.48
Puntos notables.
- Programación manual. El programa a realizar se compone con la ayuda de un mini-ordenador de sobremesa que efectúa todos los cálculos geométricos necesarios para determinar cuotas, curvaturas, etc., establece las secuencias a seguir y finalmente introduce en el soporte de información todos estos datos debidamente codificados. - Programación automática . En este sistema, el programador introduce, en un calculador electrónico, un programa con los datos tecnológicos de la pieza, los datos geométricos y las instrucciones referentes a los movimientos, redactado en lenguaje simbólico. El calculador interpreta el programa, elabora todos los datos y los transforma en una serie de órdenes, capaces de gobernar directamente la máquina de C . N . 8.5 .6 .1
Escritura del programa
El programa previsto, redactado según un código determinado, se introduce en un soporte cuya lectura permite la emisión de impulsos eléctricos que se transforman en señales de mando. El soporte habitualmente usado es la cinta perforada y los códigos más extendidos son el EIA y el ¡SO . La cinta perforada
-
Por su economía y practicidad constituye uno de los sistemas más empleados para el registro de información . Se construye de papel, plástico o de lámina metá!ica, según el dispositivo de lectura empleado, las condiciones ambientales de trabajo y el grado de utilización previsto de la cinta . La cinta perforada lleva una serie de canales o pistas longitudinales donde se practican los orificios necesarios de acuerdo con el código empleado . Los agujeros se agrupan en sentido transversal, por líneas, cada una de las cuales constituye un carácter. En el centro de la cinta existe una pista compuesta de pequeños orificios que se emplea para el arrastre de la misma . - El código de perforación. Códigos EIA e ISO (fig . 8 .49) El código EIA (Electronic Industries Association) es un sistema alfanumérico de 8 bits (unidad de información : bit) basado en el sistema binario ; es decir, al valor lógico 1 le corresponde la presencia de un agujero y, el valor 0, la ausencia de agujero, CODIGO ¡SO
a CK
6 5 4
00 00 0o 00 00
0 0 o
0 0
o o
00 00 00 000 000
0 ° 0 ° 00 °0
°0 0 °00 °000 ° ° 0
°
° °
00 00 0
0 0
6
5
--C
0
0
0 0
0 ° 0 °
0
o
R
y
°
o o
° o
000
°0
o
-0 _2 -7 _ _3 G --5 6
°00
f
00 °ooo g . 0000° 0 0 0 ° 0 J -k 0 0 0 0 0 °0 -m 0 °0 0 0 °00 -o
I
K N
S X
suprimir (DEL) interlínea (LF) tabulación (TAB) (fin) ,pista de arrastre
0
o 0 00
n ° pista
°00 -000 0° 00° o -8-g 00 ° 0 a 00 ° 0 000 ° 0o -C
F
-M
0
Fig. 8.49
-4
° 0 ° 00 ° 0 0 °00 ° 0 ° 00
o ° o o ° 0 ~o 0
4 2 7
0
G
o
00 0 °0 0 00 00° ° 0 00 oo 00 ° 0 0 0 0 °ooo 0 0° 00 0 0 ° o 0 00000°ooo
ooo °
,FX 0 C 8
2
°ooo
0 °
0 0 0 0
CÓDIGO EIA
n° pista
o -A
0 00
°oo
0 0
00 0 0 0 00 0
3 1 1 I
0
0
0° 0 r 00 ° 0 s ( o ° 00 00 °ooo --x ooo° _ -y 0 0° 0 _z 00 ° 0
00 0 ° o ° 0000°ooo ooo°00 o00
Cintas perforadas según los códigos ¡SO y EIA.
suprireto mir (DEL) no del carro/fin de bloque (CR/EOB) - tabu ación (TABI - fin ( R) - pista de arrastre
Cada unidad de información o pista -existen ocho- recibe o no la perforación necesaria que, leída en sentido transversal, constituye un carácter (número o letra) . La pista n° 5 se emplea para autoverificación . En efecto, la introducción de la pista C hace que cualquier combinación de orificios para constituir un carácter supone un número impar de ellos ; si esto no es así, un dispositivo de control en el lector indica error de perforación (tape error). La pista n° 8 (F) se reserva para un solo carácter : retorno del carro, que equivale a fin de bloque de información . El código ISO es más reciente, aunque en el futuro sustituirá al EIA por sus numerosas ventajas . También dispone de ocho pistas, la última de las cuales es de autoverificación . Además de cifras y letras, ambos códigos emplean signos etc.) y abreviaturas (TAB, DEL, NUL, CR, etc .) a las que corresponden caracteres propios . Algunos de ellos aparecen en la figura 8.49 . - Los bloques de información La información contenida por la cinta (programa a realizar) se divide en bloques específicos, cada uno de los cuales representa una operación elemental . A su vez, cada bloque se subdivide en palabras y cada palabra está compuesta por caracteres (fig . 8.50) .
Fig. 8.80 Disposición de las informaciones .
Las funciones que realiza una máquina herramienta de control numérico pueden determinarse con siete tipos de palabras, designadas por caracteres literales : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Número de operación elemental o secuencia : N Funciones preparatorias : G Ejes coordenados : X, Y, Z . . . Velocidades de avance : F Velocidades de rotación del husillo : S Tipos de herramienta : T Funciones auxiliares : M
Cada bloque está siempre limitado por dos caracteres particulares, denominados de fin de bloque ; correspondientes a CRIE08 en el código EIA y a LF en el código
¡so .
Cada palabra está constituida por un número variable de caracteres (letras, números, signos) . - Las palabras
Las palabras que forman los bloques sirven para ordenar una función de la máquina . La letra característica sirve para identificarla y los números concretan la magnitud de la función . Así, la función F que designa la velocidad de avance y las cifras 00 800 que indican las décimas de milímetro por minuto de avance, forman la palabra F 00 800. 1 . Número de secuencia. Los bloques se numeran con la letra N seguida de tres cifras . 2. Funciones preparatorias. Sirven para preparar la máquina para un determinado ciclo de mecanizado . Se codifican con la letra G seguida de dos cifras . Así G04 significa parada temporizada . 3. Ejes coordenados. Se indican con las letras específicas X, Y, Z. . . seguidas de siete cifras que indican las coordenadas de cada punto en micras . 4. Velocidades de avance . Como ya se ha dicho se indican con la letra F seguida de cinco cifras, que señalan la velocidad en décimas de milímetro por minuto . 5. Velocidades de giro del husillo. Se codifican con la letra S seguida dedos cifras . 16 7
6. Tipos de herramienta . Se designan por la letra T seguida de cinco cifras . 7. Funciones auxiliares. Se indican con la letra M seguida de dos cifras . Determinan el sentido de giro del husillo, el empleo de refrigerante, etc . Por ejemplo MOG significa cambio de útil . Todas las funciones están normalizadas y cada máquina lleva un código para evitar cualquier posible error de interpretación . Las unidades que expresan las magnitudes son susceptibles de variación, según la capacidad de las distintas máquinas . 8.5 .7
Programación manual
El programador encargado de la redacción del programa debe preparar la hoja de preparación (3) (fig . 8 .51) a partir del plano de la pieza (1) y de las hojas de ínstrucciones detalladas (2) . Como se comprende, debe situar los ejes de referencia, calcular las cotas, etc., con ayuda de un calculador de sobremesa, lo que hace algo ingrata esta tarea.
oficina de métodos~ --
a
L-
Fig. 8.51 Esquema de la programación manual.
puesto de trabajo
Después, en una máquina de escribir especial, dotada de perforador de banda (4) se realiza la cinta perforada (5) y el programa o listing (relación ya codificada de instrucciones) que sirve de referencia y comprobación . La cinta perforada y el listing se entregan al operador de la máquina junto con el dossier de mecanizado, el cual introduce la cinta en el equipo de mando (7) y efectúa una prueba en la máquina (8) . Verificado el programa en todos sus extremos se puede empezar la fabricación de la serie de piezas . 8 .5 .7 .1
Fig. 8.52
Ejemplo de programación
En una pieza prismática (fig . 8.52) debe realizarse un taladro avellanado para alojamiento de un tornillo Allen de M 10 . La hoja de instrucciones detallada permite establecer todos los datos tecnológicos necesarios, y el plano de la pieza las cotas (coordenadas) de cada punto . El ciclo de trabajo aparece en la figura 8.53 . Consiste en la salida desde el origen PO, en un desplazamiento rápido de los carros hasta situar la broca sobre el pt uno necesario y la perforación de la pieza, seguida de retorno rápido por el mismo ca-
Fig. 8.53
mino . A continuación, se produce el cambio de la broca por el avellanador que avanza después hasta el centro del orificio, efectúa el rebaje para la cabeza dei tornillo y regresa al PO por el camino señalado . El programa adoptará la siguiente disposición (relación parcial) : Secuencia N 001 N 002 N 003 N 004 N 005 N 006 N 007 N 008
Ejes coordenados
Avances
X 0120 000 Y 0025 000 Z 0120 X-0055 000 Y 0055 000 Z-0040 Z-0055 Z-0095 Y-0055 000 X 0055 000
000
F F F F F F F
000 000 000
30 30 30 30 01 30 30
000 000 000 000 200 000 000
Velocidades
Útil
Auxiliar
T O1
M 06
S 11
M 04 M 05 T02
M 06
- Comentario de las secuencias
N 001.
El husillo se sitúa sobre el punto de origen PO, moviendo los carros . La herramienta que lleva acoplada (broca) se designa por T 01 . N 002. Se efectúa un desplazamiento según X de 55 mm hacia la izquierda . Como 55 mm equivalen a 55 000 milésimas de mm, se escribe esta cantidad precedida dei signo (-) (hacia la izquierda) . El avance empleado es de 3000 mm/min o sea 30 000 décimas de mm/min . N 003. El desplazamiento según Y hacia adelante representa 55 000 ttm, a la misma velocidad que en la secuencia anterior . N 004. La broca desciende - 40 mm ; o sea, - 40 000 ftm a 30 000 décimas de mm/min . La función M 04 pone en marcha la broca a la velocidad S 11 que, en el código de la máquina, supone 1220 r. p. m . N005. La broca desciende - 50 mm y taladra la pieza . La velocidad vertical es menor ahora y se cifra en 1200 décimas de mm/min . N 006. La broca vuelve a ascender 95 mm a velocidad rápida . La función M 05 detiene el giro del husillo. N 007. Se efectúa un desplazamiento transversal de 55 mm . N 008. Se vuelve al punto de origen PO. Se produce el cambio de útil . Ahora el husillo lleva montado el avellanador . El proceso continúa de modo muy parecido al explicado . El camino de ida y vuelta es el mismo, a excepción del recorrido de trabajo que ahora es mucho más corto. 8.5 .8
Programación automática
Para evitar todo cálculo al programador, lo que constituye la principal fuente de errores, se recurre a la programación automática . El programa se redacta en un lenguaje simbólico -próximo al nuestro, pero que no es aún el lenguaje codificado que se ha estudiado- (fig . 8 .54) a partir de la hoja de instrucciones (1) y del plano de la pieza (2) . El programa (3) escrito en lenguaje simbólico (APT 1FAPT . .) pasa a una perforadora de fichas (4), que transcribe el programa a éstas (5) para que puedan ser leídas por la unidad lectora del ordenador (6) . Este (7) efectúa todos los cálculos necesarios .
I
iiin] l
I I I
I l I I
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oficina de métodos
Fig. 8.54
1 II
_J
l_-
L.--._ .
-
a 7
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1 .___._ J
centro de perforación
II
I I I ~JII ~ 9
centro de cálculo
I I f
puesto de
trabajo
Esquema de la programación atetornática .
Después, la unidad adaptadora (8) realiza la adaptación (postprocessor) a la máquina concreta y permite obtener la cinta perforada (10) y el Oisting (9). A partir de aquí, el proceso de la información es idéntico al de la programación manual . El lenguaje simbólico al que se hacía referencia es un lenguaje altamente especializado que permite transformar nuestras expresiones habituales en abreviaturas convencionales asimilables por un ordenador. Así, por ejemplo, si se desea designar 169
6 taladros de 30 mm de diámetro repartidos sobre una circunferencia de radio 50 mm se puede imaginar una expresión tal como esa : 6 TAL (taladros) CIRCUL (sobre un círculo) RAD (radio) 50, x, y, z (coordenadas del centro) DIA (diámetro) 30 (360/6) (repartidos) . Esta expresión puede dar una cierta idea de este tipo de lenguajes, el primero de los cuales fue desarrollado por el MIT (Instituto de Tecnología de Massachussetts) con el nombre de APT para las máquinas herramientas de control numérico . 8.6
Ejemplo de máquina herramienta de C. N .
Para mejorar la visión global del C . N . y completar las ideas expuestas sobre esta materia se incluye aquí un breve estudio de una taladradora-mandrinadora de C . N. (fig . 8 .55) .
Fig. 8.55 Taladradora -mandrinadora de CN Cintimatic de Cincinnati.
Se trata de una máquina de bancada fija y dos carros perpendiculares, provista de montante y cabeza vertical con torreta revólver de seis posiciones . Puede realizar operaciones de taladrado, mandrinado, roscado y fresado . 8 .6 .1
Organos móviles
Sobre la bancada de la máquina se apoya el carro transversal que proporciona el desplazamiento a lo largo del eje Y y sobre éste se apoya el carro longitudinal o mesa portapiezas, capaz de moverse en el sentido indicado (eje X) . Los movimientos de los carros se obtienen por medio de husillos con dispositivo anti-juego . Los desplazamientos de la mesa son : X = 975 mm e Y = 500 mm . Las velocidades de avance varían sin escalonamiento entre 25 y 1000 mm/min y existe una velocidad de aproximación rápida de 5080 mm/min . El cabezal desliza sobre las guías del montante y lleva la torreta revólver automática . La carrera sobre el eje Z es de 330 mm . Las velocidades de giro disponibles varían escalonadamente entre 70 y 2120 r . p. m . (16 velocidades) . Los avances va rían en progresión entre 10 y 2500 mm/min, con un avance rápido de posicionamiento de 3560 mm/min . 8.6 .2
Fig. 8.56
Lector fotoeléctrico de cinta perforada .
Unidad de control
La unidad de C . N . permite el mecanizado punto a punto sobre los tres ejes y por contorneado, sobre los ejes X, Y. El soporte de información es una cinta perforada de 1" de ancho y ocho pistas, montada en dos bobinas del armario de control que giran junto al lector fotoeléctrico (fig . 8.56) . Éste consiste, en esencia, en una lámpara especial que ilumina la zona de lectura y en unas fotocélulas, en número de ocho, que están colocadas debajo de la cinta . Cuando aparece un agujero, los rayos luminosos de la lámpara inciden sobre la célula correspondiente y ésta emite una señal eléctrica . El posicionamiento de los carros es simultáneo, con una precisión de ± 0,025 mm con la velocidad rápida de aproximación . El mando de los husillos depende de 170
servomotores hidráulicos de baja inercia, controlados por válvulas electrohidráulicas . El esquema de control de la mesa aparece en la figura 8.57. El indicador de posición de medida directa (1) señala al comparador (5) de la unidad de control la posición del husillo respecto al origen de coordenadas XY que coincide con el vértice anterior izquierdo de la mesa . Al mismo tiempo la cinta (3) comunica al comparador (5), a través del lector (4), la cota programada para este desplazamiento . El comparador emite una señal de mando que es adaptada (6) y amplificada (7) hasta el servomotor hidráulico (2) que gira lo necesario hasta que coincida la señal del captor de información con la lectura de la cinta . La unidad de control selecciona también la herramienta necesaria en la torreta y produce su enclavamiento en la posición deseada .
Fig. 8.57 Esquema de control numérico de la mesa .
8.6 .3
Montaje de las piezas
8.6 .4
Reglaje de las herramientas
Las piezas se montan sobre la mesa empleando los medios tradicionales . Si no existe utillaje de fijación, deben situarse unos topes para que la pieza quede siempre en la misma posición respecto a los ejes coordenados XY de referencia (fig . 8.58) . Las distintas herramientas se montan en la torreta en un determinado orden, sin necesidad de reglar previamente su longitud . Esta se regula individualmente situando cada herramienta sobre una galga, apoyada en la pieza, y llevando a cero el compensador que existe en el armario de mando. El punto obtenido señala el comienzo del avance de trabajo de cada herramienta . 8.6 .5
Programación
Como toda máquina de C . N ., lleva su propio manual de programación donde se especifican con detalle, entre otras cuestiones, el código de funciones de la máquina. No obstante, hay que decir que apenas varía respecto al procedimiento explicado en los apartados anteriores . Existen varios ciclos automáticos de taladrado, roscado y fresado que simplifican mucho el trabajo de programación puesto que se designan con un código elemental que evita la perforación de una larga serie de instrucciones . Esta máquina dispone de visualizador digital de cotas; integrado en el armario de control, que permite conocer en cada instante la posición del husillo respecto al origen de coordenadas. CUESTIONARIO 8 .1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8 .10 8.11 8.12 8.13 8 .14 8 .15
Concepto de automatización . Concepto de programación . Programación en cadena abierta. Programación en cadena cerrada . ¿Qué es un ciclo cúbico? Principios de la programación por fichas y clavijas-diodo . Alimentación de las máquinas herramientas . Alimentación por gravedad . Concepto de control numérico (C . N .) . Motores paso a paso . Medida de los desplazamientos. Control numérico punto a punto. Control numérico por contorneado. Interpolación lineal . Programación manual .
topes Fig. 8.58
Tema 9.
Verificación y puesta en marcha de las máquinas herramientas
EXPOSICIóN DEL TEMA El contenido de este tema hace referencia a las actuaciones que deben seguirse en la recepción de una máquina herramienta para evitar que sufra daños, a las precauciones a tomar para conseguir una buena cimentación de la misma y, finalmente, a las verificaciones exhaustivas que debe superar para que los trabajos que se realicen en la máquina tengan la calidad requerida . 9.1 Detalle A
Fiq. 9. 1
Cimentación y sujeción de un torno.
El transporte de la máquina debe realizarse siempre con las máximas garantías. Esto supone la protección escrupulosa de todas sus partes vitales por medio del embalaje o armazón idóneo, el bloqueo de sus órganos móviles y la protección contra la suciedad y la oxidación que sea conveniente . Los órganos menores, los accesorios delicados, etc ., suelen transportarse aparte . Si la máquina es de gran tamaño suele desmontarse en varias partes que vuelven a unirse en el lugar de destino, con objeto de facilitar su traslado . La carga y descarga de la máquina se efectúa por elevación, con grúa puente, polipasto o similar, o bien por deslizamiento sobre tubos de acero o rodillos mientras se empuja la máquina con palancas, o se tira de ella con un cabrestante . Para fijar los puntos de anclaje de las cuerdas o cables que servirán para elevar la máquina es preciso atender las instrucciones del constructor de la misma ; de lo contrario, puede ocurrir que se dañe algún órgano débil o incluso que exista riesgo de vuelco al no haberse tenido en cuenta la posición del centro de gravedad de la carga . 9.2
Fi g . 9.2 Cimentación con aislante .
Transporte de la máquina
Cimentación de la máquina
La cimentación o suelo de apoyo es muy importante para el funcionamiento correcto de la máquina . Su naturaleza depende de las dimensiones y del peso de la máquina así como de la precisión de la misma . Los principales materiales empleados para cimentar máquinas son : hormigón, corcho, goma, fieltro y cemento fino . No obstante, el hormigón es sin duda el material imprescindible en la cimentación de máquinas herramientas, sobre todo en las de gran precisión . La cimentación con hormigón consiste en colocar la base de la máquina sobre un bloque de dicho material (fig . 9.1) con una resistencia de 150 kgf/cm2 general, mente empotrado en el suelo. El espesor de la capa de hormigón lo indica en cada caso el fabricante de la máquina aunque generalmente oscila entre 30 y 50 cm . Si la máquina a cimentar es muy precisa, se puede aislar el hormigón del terreno con material aislante (corcho, goma, fieltro . . . ) (fig . 9.2) para evitar que las máquinas próximas le transmitan sus vibraciones . En casos extremos en los que el aislamiento debe ser muy riguroso, se emplea arena prensada (fig . 9.3) . 172
9 .3
Anclaje y nivelación
La fijación de la bancada sobre el bloque de hormigón se realiza por medio de tornillos o pernos de anclaje . Al mismo tiempo hay que nivelar la máquina ; para ello se recurre a los tornillos de nivelación y también a las cuñas. El anclaje con perno empotrado es el caso más general . El perno se une al hormigón por medio de un relleno de mortero de 180 kgf/cmz (fig . 9.4). La nivelación se efectúa con frecuencia a base de varios tornillos correctamente distribuidos en la bancada, provistos de tuerca de fijación, que se van atornillando equilibradamente hasta conseguir la nivelación buscada (fig . 9.5) . Una vez anclada y nivelada la máquina, el espacio existente entre la base de la bancada y el suelo se rellena de mortero fluido, es decir, cemento puro con agua, con el fin de dotar a la máquina de la máxima consistencia y reducir la vibración al mínimo posible. 9.4
Fig. 9.3 Cimentación con aislarniento de arena prensada .
Apoyo sobre lapas
Las lapas son soportes antivibratorios en forma de ventosa (fig . 9 .6), compuestos por una base de acero, un apoyo de goma sintética y un tornillo de sujeciónnivelación, que sirven de apoyo a las máquinas . Se construyen en diferentes modelos y tamaños, con diferente capacidad de carga (fig . 9.7) que oscila entre 50 y 3500 kgf.
Fig. 9.4
Anclaje con perno normal.
W,ndlo y tuerca de anclaje
tornillo de nrvelacon
a e¡ base
maquina
c Fig. 9.7
Diferentes tipos de lapas antivibratorias .
El uso de lapas es muy práctico en la mayoría de máquinas herramientas, a excepción de la maquinaria pesada o que su centro de gravedad presenta grandes vibraciones como son la cepilladura o el taladro radial, a no ser que estén especialmente diseñadas para este fin . Para que las lapas trabajen correctamente y el efecto de ventosa sea posible, el suelo ha de ser plano y liso, de loseta u hormigón con una lechada superficial . En la figura 9 .8 puede observarse el empleo de lapas de apoyo en una máquina herramienta .
lapa
Fig. 9.8
cemento fino
Fig. 9.5 nillos .
Nivelación por medio de tor-,
Fig. 9.6 Lapa seccionada : 1, tornillo de sujeción y nivelación ; 2, tuerca de fija, ción ; 3, arandela ; 4, base de la máquina; 5, campana metálica ; 6, base metálica para fijar tornillo, 7, goma sintética, 8; plataforma metálica de apoyo.
lapa
Aplicaciones de las lapas a un tomo .
173
9.5
Fig. 9.9
Se usa también una lámina de fieltro (fig. 9 .9), pegada con cola a la base de la bancada, como material intermedio entre ésta y el suelo. Es una solución muy económica pero sólo tiene aplicación en pequeñas máquinas de escasa precisión (figura 9.10). En la actualidad se fabrican elementos antivibratorios perfectamente estudiados para que cumplan su misión . Suelen ser de goma u otros productos similares, de diferentes formas y espesores (fig . 9 .11). En la figura 9.12 pueden observarse gráficamente los efectos de las vibraciones en una misma máquina cuando se emplean o no dichos elementos .
Base de fieltro.
9.6
Fig.
9.10
Electroesmeriladora
Fig. 9. 11
Otros materiales antivibratorios
sobre fieltro.
Planchas antivibratorias .
Instalación de la máquina
Una vez preparado el bloque de hormigón donde se apoyará la máquina, se colocan los espárragos que deben empotrarse en posición correcta para coincidan con los agujeros que a propósito lleva la bancada (fig. 9.13) . Para queque coincidan sin problemas, lo ideal es hacer una plantilla de chapa o de madera . Cuando el cemento está bien seco, se eleva la máquina para que los extremos de los pernos de anclaje puedan introducirse en los orificios respectivos de la barcada . Este procedimiento puede resultar incómodo para máquinas pesadas, ya que hay que elevar la máquina para introducirla en los tornillos ; por eso resulta más conveniente hacer los orificios de los espárragos, colocar la máquina dejando espacios terales por donde introducir los espárragos, nivelar la máquina y echar después lael cemento . Una vez éste ha fraguado, se aprietan fuertemente las tuercas y se vuelve a nivelar. La nivelación de la máquina se efectúa con ayuda de niveles de precisión -como se verá más adelante-, actuando sobre los tornillos que a este efecto lleva la máquina ; o bien con gruesos o cuñas que se introducen bajo la base en los puntos convenientes . 9.7
Precisión de una máquina herramienta
La precisión de una máquina herramienta está íntimamente relacionada con la calidad del producto que se desea obtener . Cuanto más estrechas son las tolerancias exigidas para las piezas mecanizadas, tanto más precisa debe ser la construcción de la máquina herramienta utilizada . Por consiguiente, es necesario que el fabricante de las mismas ofrezca al comprador las oportunas garantías a través de una verificación escrupulosa, basada en normas conocidas elaboradas con acuerdo general . No obstante, aún hoy en día, no existen unas normas de de máquinas herramientas universalmente reconocidas . Existen, eso verificación sí, normas nacionales como las de Schlesinger en Alemania y las Salmon en Francia que suplen con mayor o menor fortuna estas deficiencias . Por eso, la ¡SO está trabajando en el establecimiento de una codificación internacional de las condiciones de recepción de las máquinas herramientas que llenará el hueco existente en este sentido . Fig. 9. 12
Fig. 9.13
Efectos de las vibraciones.
Colocación de los tornillos en el suelo.
9.8
Objetivos concretos de la verificación
Las pruebas a que se someten las máquinas herramientas pretenden controlar los eventuales defectos que pueden presentarse en : - La precisión de las diferentes partes de la máquina (forma, dimensiones, funcionamiento . . .) . - La precisión de las piezas mecanizadas . - La producción de la máquina ; o sea, el número de unidades producidas en un período de tiempo determinado . - El rendimiento mecánico alcanzado ; es decir, la relación entre la energía máxima absorbida y la energía máxima disponible. - Los servicios que proporciona . - La solidez de la máquina y su resistencia a las vibraciones bajo carga. 174
9.9
Clases de pruebas de control
Las pruebas en cuestión pueden hacerse cuando la,máquina está parada y sin carga, o bien cuando está en pleno trabajo . En el primer caso se trata de un control estático o geométrico y en el segundo de un control práctico o funcional. El control geométrico permite averiguar el grado de precisión de los órganos vitales de la máquina . El control funcional determina las posibles deformaciones que pueden presentarse durante el trabajo, aunque en la práctica se limita a comprobar la precisión de las cotas y el grado de acabado superficial de unas piezas patrón que se mecanizan en la máquina . En España las normas UNE 15 021 a 15 027 se refieren a la comprobación de las máquinas herramientas en su rectitud, planicidad, paralelismo, equidistancia y coincidencia, desde una perspectiva general y sin hacer referencia a un tipo de máquina determinado. Unicamente en la UNE 15 513 se consideran particularmente las taladradoras fijas. 9.9.1
Normas generales a seguir en las verificaciones
Antes de pasar al estudio detallado de las pruebas de verificación es conveniente dar unas normas generales que conviene tener muy en cuenta . - Nivelación de la máquina . Antes de efectuar las pruebas es imprescindible nivelar cuidadosamente la máquina en su emplazamiento con un nivel de burbuja muy sensible. - Temperatura ambiental. lor excesivo .
La máquina a verificar está protegida contra el ca-
- Aparatos de verificación . Se utilizarán en cada caso los aparatos previstos en las normas . Si no están disponibles podrán sustituirse por otros equivalentes . Debe tenerse en cuenta que los errores de medida provienen tanto de los instrumentos como de los procedimientos empleados . El aparato de medida utilizado no deberá dar lugar a errores que excedan de una fracción especificada de la tolerancia que se ha de verificar . - Verificación de máquinas especiales. Todas las máquinas que se diferencien de las indicadas en las normas deben verificarse con criterios análogos. El texto de los certificados de verificación servirá sólo de referencia . - Desmontaje de los órganos. En principio, los ensayos se realizarán con la máquina completamente terminada . Por excepción, y de acuerdo con el constructor, podrán desmontarse algunos órganos de la misma . - Condiciones de temperatura . La máquina se ensayará en condiciones análogas a su funcionamiento normal, en cuanto a lubricación y temperatura . Por consiguiente, tanto para verificaciones prácticas como geométricas, los órganos sus ceptibles de calentarse y, por tanto, de variar deforma, posición y dimensiones, deben someterse a un calentamiento previo por medio del funcionamiento de la máquina en vacío, según las condiciones de empleo y conforme a las instrucciones del fabricante . - Ejecución de las pruebas prácticas . Las pruebas prácticas se realizarán sobre piezas cuya ejecución no comprenda otras operaciones que aquéllas para las que ha sido concebida la máquina . Dichas operaciones corresponderán a trabajos de acabado . - Comprobación de las piezas. Los valores hallados serán el resultado de varias comprobaciones y en todo caso valores medios. El material, clase de pieza, medidas de la misma y precisión a obtener, así como el número de piezas a construir serán las especificadas en las normas o, en su defecto, las convenidas entre el fabricante y el usuario . - Responsabilidad del fabricante en la ejecución de partes fundamentales. Ciertos órganos vitales de las máquinas, cuya verificación sería laboriosa o bien requeriría el uso de aparatos especiales (paso de husillo patrón, exactitud de división de una mesa, etc .), deben estar garantizados por el constructor que asume plena responsabilidad sobre ellos. 175
En estas circunstancias suele entregarse al usuario un certificado de verificación donde constan los errores observados, dentro, claro está, del campo de tolerancia admisible . 9.9.2
Instrumentos de medida y utillajes empleados Los instrumentos citados se agrupan en las siguientes clases (ver también el Tema 9 de la Tecnología del Metal2.1) : reglas de comprobación, mandrinos, cilindros para verificación entre puntos, escuadras, niveles de precisión y relojes comparadores, entre otros . - Reglas de comprobación UNE 15-028-76. Sirven para determinar los errores de rectitud o planicidad . Las hay de dos clases : reglas de perfil de igual resistencia (fig. 9.14) y regla de caras paralelas, de alma llena o vaciada (fig . 9.15). Para ser utilizadas en la comprobación de máquinas herramientas deben satisfacer condiciones muy estrictas . En este sentido, la flecha natural de la regla apoyada sobre sus extremos no debe sobrepasar las 10 1m por metro. En general, las reglas se emplean con sus caras útiles horizontales ; es decir, tal como aparecen en las figuras citadas . Las reglas de, sección constante se apoyan sobre dos puntos favorables, marcados en la misma regla, separados entre sí 5/9 de L y a 2/9 de L de sus extremos .
Fig. 9.14 ficación .
Regla de veri-
L
0 0 0
0 0 0
0 0 0
apoyos favorables
0 0 0
Fig. 9.15 Regla de verificación de sección constante.
- Mandrinos de comprobación UNE 15-028-76. El mandrino de comprobación sirve para verificar el salto de un órgano giratorio o bien la posición de su eje respecto a otros elementos de la máquina herramienta . Está formado por una parte cónica (fig . 9.16) que se adapta a la nariz del husillo y por otra parte cilíndrica que se utiliza de referencia en las mediciones . Se fabrica de acero templado y estabilizado que puede estar recubierto de una capa de cromo duro . Cada mandrino tiene centros rectificados en sus extremos así como cuatro trazos a 90° que limitan la longitud de medición. La precisión de un mandrino de esta naturaleza es muy elevada ; así, la tolerancia de rectitud es del orden de 2,5 1m por 300 mm. - Cilindros de comprobación UNE 15-028-76. Así como el mandrino anterior sirve para materializar un eje de rotación, el cilindro de comprobación entre puntos (fig . 9.17) representa, simplemente, la línea recta que pasa por dos puntos . Estos cilindros se construyen macizos (tamaños pequeños) y huecos ; en este caso a partir de tubo de acero sin soldadura estirado en caliente, al que se le aplican dos tapones en los extremos con puntos de centrado . Se recomienda que tengan una dureza, una vez tratados, de 60 H Rc y una rugosidad R2 = 0,3 .
Fig . 9.16
Mandrinos de comprobación UNE 15-028-76. 176
Fig. 9.17 Cilindro de comprobación UNE 15-028-76.
La tolerancia de rectitud es también muy elevada (del orden de 3 ¡Am por 300 milímetros) . En cada extremo lleva cuatro trazos, situados en dos planos axiales perpendiculares entre sí, que indican los límites de la medición . - Escuadras UNE 15-028-76. Para la verificación de máquinas herramientas se emplean los dos tipos siguientes : escuadra de brazos (fig. 9.18) que presenta un plano y una arista perpendicular al mismo ; escuadra cíAndrica (fig . 9.19) que define un plano y un eje perpendicular . Las dimensiones de las escuadras no suelen sobrepasar los 600 mm, siendo preferibles otros procedimientos de verificación de la perpendicularidad cuando se trata de medidas superiores . Las escuadras se fabrican de fundición o acero, con algún tratamiento de endurecimiento y desde luego se estabilizan cuidadosamente . La tolerancia de planitud o rectitud de cada cara es de 2 + 10 L, en Jím, si L se expresa en metros . La tolerancia de perpendicularidad es de ± 5 íÁm por cada 300 milímetros . - Niveles de precisión UNE 15-028-76. Se recomienda el empleo de niveles muy sensibles y de gran precisión, ya sean de lectura directa sobre la ampolla o de regulación micrométrica . La precisión necesaria es del orden de 5 a 10 um por metro y la sensibilidad de 30 a 50 mm ; es decir, con una longitud de división de 2 a 2,5 mm, una sensibilidad aparente de 10 segundos de arco la burbuja debe desplazarse por lo menos una división para una variación de la inclinación que no exceda de 0,05 mm por metro. 9.9 .3 Comprobación de la rectitud La comprobación de rectitud puede referirse a una línea con respecto a dos planos ortogonales, a la rectitud de un órgano y a la rectitud de un desplazamiento . 1.
Fig. 9.18 Escuadra de brazos o aletas.
I
II
I II . II I
II
II
!
Fig. 9.19
Escuadras cilíndricas.
Rectitud de una línea
Se recomienda el empleo de regla o nivel para longitudes hasta 1600 mm y los métodos de nivelación o procedimientos ópticos para longitudes mayores . La medición por regla se realiza con ésta apoyada correctamente sobre dos calas (figura 9.20) mientras se desplaza el soporte de un reloj comparador a lo largo de la superficie que se pretende verificar . Las calas regulables permiten obtener dos lecturas idénticas en los extremos de la línea y entonces pueden apreciarse directamente las diferencias de la línea AMB con respecto a la recta patrón AB (fig. 9.21) . En el procedimiento de nivelación (fig. 9.22) la línea a verificar, sensiblemente horizontal, es la oA, mientras que la recta inicial de referencia es la oX, siendo o y X dos puntos trazados sobre la línea que se ha de comprobar . El nivel se coloca sobre om; después sobre mm, m m". . . siendo estas distancias iguales a un cierto valor d, función de la longitud total oA a comprobar . Dicho valor d varía generalmente entre 100 y 500 mm. Con el nivel a cero en la posición inicial se pueden obtener después indicaciones directas de las posiciones relativas de mm, m'm". .. con respecto a omX Terminado el recorrido oA, se efectúan comprobaciones en sentido contrario Ao, pasando por los mismos puntos. A continuación, se calcula la media de los resultados obtenidos y se dibuja el perfil quebrado o mm'm"A . Finalmente se traza la línea final de referencia oA y se controlan las desviaciones en mm' y m'; medidas normalmente a la línea de referencia indicada, que no deben sobrepasar la tolerancia admisible . Un método de control óptico empleado es el de autocolimación (fig . 9.23). Cual-
b
Fig . 9.20 Comprobación de la rectitu Z. de una anea.
Fig . 9.21 Diagrama de lecturas de l" comprobación anterior.
fuente luminosa
línea a comprobar
iecta iniciaí de referencia
Fig. 9.22 Comprobación de la rectitud de una línea por nivelación.
Fig . 9.23
Control óptico de la rectitud de una línea por autocolimación .
177 7.
Máquinas Herramientas 2.3
`
quier desviación del espejo M respecto al eje horizontal produce un desplazamiento vertical de la imagen del retículo en el plano focal . La medida de este desplazamiento, que se efectúa con un ocular micrométrico, permite determinar la desviación angular del portaespejo . En el método óptico por visor (fig. 9.24) la medida del desnivel a, correspondiente a la distancia entre el eje óptico del visor y el trazo graduado en la mira, se lee directamente en el retículo o por medio de un ocular micrométrico . retículo
trazo
fuente luminosa
ocular micrornétrico
Fig. 9.24
Verificación óptica de la rectitud de una línea por lectura de desnivel.
También se puede emplear el método del hilo tenso y el microscopio . Un hilo de acero de 0,1 mm de diámetro se coloca tirante y sensiblemente paralelo a la línea a comprobar (fig . 9.25) . Con un microscopio dotado de un dispositivo para el desplazamiento horizontal se podrá leer en el plano horizontal las desviaciones de la línea respecto al hilo. El mismo montaje es válido para el plano vertical siempre que no deba tenerse en cuenta la flecha f del hilo, difícil de determinar con precisión .
Fig. 9.25 Verificación óptica de la rectitud de una línea por el sistema del hilo tenso.
2.
Rectitud de un órgano
Las condiciones de rectitud para un órgano son las mismas que las establecidas para una línea . Los órganos considerados en este apartado son especialmente las guías de las máquinas herramientas . Los procedimientos de verificación estudiados anteriormente son aplicables a este caso. 3.
Rectitud de desplazamiento de un órgano Es el paralelismo entre la trayectoria de un punto de dicho órgano y la recta de referencia, que es paralela a la dirección general del desplazamiento . Las comprobaciones pertinentes pueden hacerse de varias formas . El método del comparador y la regla (fig. 9.26) consiste en apoyar la base del reloj en el órgano móvil y el palpador sobre una cara hábil de la regla -que materializa la recta de referencia- desplazando seguidamente el órgano móvil sobre su guía . Cuando se trata de desplazamientos importantes (inferiores a 1600 mm) la regla puede sustituirse por un cilindro de comprobación, montado entre puntos ; si el desplazamiento supera los 1600 mm es mejor emplear el método del hilo tenso y el microscopio . 9.9.4
Fig. 9.26
Rectitud de desplazamiento de un órgano.
Planicidad
Una superficie se considera plana en una determinada extensión de medición, cuando las distancias entre sus puntos y un plano geométrico, paralelo a la superficie, teóricamente plana, que se desea comprobar, varían en cantidades inferiores a un valor dado . 178
Dicho plano de referencia puede determinarse : por medio de un mármol ; por medio de un haz de rectas obtenido por el desplazamiento de una regla ; por medio de un nivel y por medio de rayos luminosos . Todos ellos definen los respectivos procedimientos de medición . - Control de la planicidad por medio de un mármol. Para la comprobación con mármol se extiende sobre éste una fina capa de materia colorante adecuada y se pasa por encima la superficie a controlar con un movimiento de vaivén. Al retirar la pieza se anota la distribución de los puntos de contacto que se manifiestan por las señales coloreadas y se valora su densidad. Dicha distribución debe responder a un valor determinado y debe ser uniforme en toda la superficie . Este procedimiento se aplica únicamente en pequeñas extensiones .
C
Fig. 9.27 Control de la planicidad medio de un haz de rectas .
p
- Control por medio de un haz de rectas . En primer lugar hay que determinar el plano de origen al cual se referirán todas las variaciones de la superficie que se pretende controlar . Para ello se divide la superficie en cuestión por medio de una cuadrícula (fig. 9.27) cuyas divisiones sean de 100 a 150 mm. Se eligen los puntos A, 8 y C, que determinan el plano de origen o referencia, y se pone sobre cada uno una galga de idéntico espesor . A continuación se coloca una regla de precisión sobre A y C y se determina el punto D, situando bajo la regla una galga de espesor conveniente que pase con rozamiento suave ; esto supone que D está en el mismo plano que A, 8, C. Se repite el mismo proceso con 8 y D, lo que permite fijar el extremo E. Una vez hallados los extremos, se hallan los valores correspondientes a los lados exteriores de la cuadrícula ; es decir, apoyando la regla en C y 8 resulta que las galgas que pueden introducirse (fig . 9.27) son de 0,5-1-1,5-1,5 y 1 . Finalmente se hallan las desviaciones de los puntos centrales . - Control de la planicidad por medio del nivel. Como en el caso anterior, hay que establecer la posición del plano de referencia . Éste queda determinado por las rectas oX y oY sobre las que se efectuará la verificación (fig . 9.28) . Se sitúan varios puntos intermedios m, m, o, o". . ., cuadriculando la superficie de modo que las divisiones correspondan a la medida d, ya conocida (ver punto 9.9 .3) . Las rectas oX y oY deben estar aproximadamente en ángulo recto y, a ser posible, paralelas a los lados que limitan la superficie a comprobar . Las operaciones comienzan en el punto o, determinando el perfil de cada una de las líneas oA y oC, según el procedimiento descrito para la verificación de la rectitud. Igualmente se comprueban las líneas o'A, o'A,- mM, m M: . ., hasta cubrir toda la superficie . El resultado final es una especie de mapa topográfico con los valores de las diferencias de altura existentes desde la superficie al plano teórico de referencia .
Fig. 9.28 Control de la planicidad p medio del nivel.
- Control de la planicidad por medios ópticos . Además de los métodos basados en la interferencia luminosa, existe el conocido procedimiento del anteojo de alineación Zeiss (fig. 9 .29) . Este aparato permite la comprobación de la planitud cua driculando la superficie a comprobar y visando la mira en cada uno de los puntos de la cuadrícula según el procedimiento general ya conocido . 9.9.5
Paralelismo. De rectas y planos . De movimientos Una recta se considera paralela a un plano cuando las distancias entre ambos, medidas en diferentes puntos de una determinada extensión, difieran entre sí menos de un valor dado. Dos rectas se consideran paralelas cuando una de ellas lo es a dos planos que pasan por la otra . No es necesario que sean idénticas las tolerancias con respecto a cada uno de los planos . Dos planos se consideran paralelos cuando, midiendo su distancia relativa en diferentes puntos y en dos direcciones por lo menos, el error máximo en una determinada extensión no rebasa un valor convenido . - Paralelismo de dos planos . El instrumento de medida (fig . 9 .30) se fija en un soporte de base plana que se desliza sobre uno de los planos a comprobar ; la operación se hace en dos direcciones, a ser posible perpendiculares . - Paralelismo de dos ejes. La comprobación se realiza en dos fases ; primemeramente, en un plano que pase por dichos ejes y, después, en un plano perpendicular al anterior . 179
Fig. 9.29 dad.
Control óptico de la planic -
Fig. 9.30 Verificació del paralelismo de do< planos .
Fig.
9.31 Verificación del paralelismo de dos ejes .
En la primera comprobación se emplea un reloj comparador dotado de un pie prismático que se hace deslizar a lo largo del cilindro que materializa a uno de los ejes mientras el palpador del aparato se apoya en el cilindro que materializa el se gundo eje (fig. 9.31). Para determinar el error en cada punto, el instrumento se balancea a un lado y a otro, en sentido perpendicular a los ejes . Para la segunda comprobación se necesita un plano auxiliar paralelo al que pasa por los dos ejes. Si dicho plano auxiliar existe, se controla el paralelismo de cada eje respecto a él . En caso contrario, la comprobación se referirá a un plano imaginario con la ayuda de un nivel dé burbuja regulable . Para ello se coloca dicho nivel sobre dos cilindros que materialicen los ejes, situando la burbuja en posición cero. Si los dos ejes no están en un mismo plano horizontal hay que servirse de un soporte auxiliar (fig. 9.32) o una escuadra (fig. 9.33) . En estas condiciones se desplaza el nivel a lo largo de los ejes, anotando las indicaciones que proporciona . - Paralelismo de un eje y un plano. El instrumento de medida se monta en un soporte (fig . 9 .34) que se desplaza a lo largo del plano en cuestión . El palpador debe apoyarse en el cilindro que materializa el eje, por su generatriz más próxima .
Fig. 9.32
Verificación del paralelismo de dos ejes con el nivel.
- Paralelismo entre un eje y la intersección de dos planos . La comprobación se verifica tal como indica la figura 9.35 . El soporte del reloj comparador se desliza a lo largo de la recta de intersección, con el palpador apoyado en la generatriz dei cilindro que materializa el eje . - Paralelismo entre la intersección de dos planos y un tercero. Se sigue el mismo proceso que en el caso anterior, sólo que ahora el palpador está en contacto con un tercer plano (fig. 9.36) .
Fig. 9.35 Verificación del paralelismo entre un eje y la intersección de dos planos .
Fig. 9.33 Verificación del paralelismo de dos ejes con el nivel y una escuadra.
-
Fig. 9.36 Verificación del paralelismo entre dos planos que se cortan y un tercero.
Paralelismo entre dos rectas formadas cada una por la intercesión de dos pla-
El montaje para la verificación se realiza tal como indica la figura 9.37 . El soporte del comparador debe deslizarse sobre los planos que forman la segunda intersección . Este ensayo también se ejecutará en dos planos perpendiculares . El método indicado exige un montaje muy rígido del comparador, condición que sólo se cumple fácilmente si las guías están próximas . En caso contrario conviene utilizar el nivel, al menos para la comprobación en el plano vertical . El paralelismo de movimiento en las máquinas herramientas se refiere a la posición de la trayectoria de un órgano móvil con respecto a : un plano (soporte, guía . . .); una recta (eje, intersección de dos planos. . .) ; una trayectoria de un punto de otro órgano móvil . nos.
Fig. 9.34
Paralelismo de un eje y un plano.
- Paralelismo entre una trayectoria y un plano. Si el plano pertenece al órgano móvil, se monta el comparador sobre un punto fijo de la máquina (fig . 9.38) con el palpador norma¡ a la superficie a comprobar . Si el plano no se encuentra en el órgano móvil, el comparador se monta sobre este último (fig . 9.39) .
Fig. 9.38 Paralelismo entre una trayectoria y un plano.
Fig. 9.37 Paralelismo entre dos rectas formadas por la intersección de dos planos.
180
Fig. 9.39 Paralelismo entre una trayectoria y un plano exterior al órgano móvil.
- Paralelismo entre una trayectoria y un eje (fig . 9.40). - Paralelismo entre una trayectoria y la intersección de dos planos. El paralelismo entre cada uno de estos planos y la trayectoria se comprobará por separado, según lo indicado en el apartado correspondiente. La posición de la recta de intersección queda definida por la posición de los planos. - Paralelismo entre dos trayectorias . Sobre uno de los órganos móviles (figura 9.41) se fija un comparador, de modo que su palpador esté en contacto con el otro órgano móvil . Dichos órganos se desplazan simultáneamente y en el mismo sentido, anotándose las variaciones de lectura del aparato a lo largo de la extensión prescrita . 9.9.6
Fig. 9.40 Verificación del paralelism entre una trayectoria y un eje.
Equidistancia
La expresión equidistancia se refiere a la distancia entre los ejes y un plano de referencia . Hay equidistancia cuando el plano que pasa por los ejes es paralelo a dicho plano de referencia . La equidistancia entre dos ejes y un plano se comprueba como en el caso de paralelismo . En primer lugar se verifica que los dos ejes son paralelos al plano (figura 9.42) y después si están a la misma distancia de éste. Si los dos cilindros emplea dos no son rigurosamente idénticos, se tendrá en cuenta la diferencia de radios existente en las secciones que se comprueben .
Fig. 9.41 .
Paralelismo entre dos traye
Fig. 9.44 nos.
Perpendicularidad de dos pl .
etorias
Fig. 9.42 Comprobación de la equidistancia entre dos ejes y un plano.
9.9.7
Coincidencia o alineación
Dos rectas o dos ejes se consideran coincidentes o alineados cuando midiendo en varios puntos las diferencias relativas de posición existentes, éstas no superan los valores tolerados . El instrumento de comprobación, montado sobre un brazo (fig . 9.43), efectúa una rotación completa alrededor de un eje mientras su palpador explora una determinada sección A del cilindro que materializa el eje . Las variaciones en la lectura representan el doble del error de coincidencia .
Fig. 9.43 Coincidencia o alineación de dos ejes.
9.9.8
Perpendicularidad
Fig. 9.45 ejes .
Perpendicularidad de
dos
Dos planos, dos rectas o una recta y un plano se consideran perpendiculares cuando su error de paralelismo respecto a una escuadra de referencia no supera un valor tolerado . La escuadra de referencia podrá ser una escuadra de metrología o un nivel con cuadrante ; también podrá estar representada por planos o líneas cinemáticas . - Perpendicularidad entre dos planos. Sobre uno de los planos se coloca una escuadra de precisión (fig . 9.44) y sobre el otro se apoya el soporte del comparador . - Perpendicularidad entre dos ejes. Si los dos ejes son fijos, la escuadra (cuya base debe tener una guía en V) se apoya sobre un cilindro que materializa uno de los ejes (fig. 9.45), mientras el soporte del comparador, con la base apropiada, se desliza sobre el otro cilindro fijo, registrando las variaciones que hubiera . Si uno de los ejes puede girar, el comparador se monta sobre un brazo unido al eje móvil (fig. 9.46) para que el palpador se apoye en A y 8, sobre la generatriz del otro cilindro .
Fig. 9.46 Verificación de la perpendicularidad de dos ejes con ayuda del com , parador.
- Perpendicularidad entre un eje y un plano . Cuando el eje es fijo puede hacerse la comprobación tal como se indica en la figura 9 .47. Si el eje es giratorio se instala el comparador en un brazo fijado a dicho eje y se le hace dar una vuelta completa sobre un diámetro determinado (fig. 9.48).
- Perpendicularidad entre un eje y la intersección de dos planos. Si el eje en cuestión es fijo se emplea la escuadra de base prismática (fig. 9.49) y el comparador . Para comprobar la perpendicularidad, si el eje es giratorio, se sustituye la escuadra por él comparador montado en un brazo idóneo y se recurre a un prisma auxiliar que se desplaza sobre la guía (fig . 9.50) . Fig. 9.47
Verificación de la perpendicularidad de un eje y un plano.
Fig. 9.48 Verificación de la perpendicularidad de un eje rotativo y un plano.
- Perpendicularidad entre la intersección de dos planos y un tercero . Se efectúa apoyando la escuadra de verificación (fig. 9.51) en la guía y el palpador en el otro brazo de aquélla, o viceversa .
Fig. 9.49 Perpendicula ridad de un eje y la intersección de dos planos .
Fig. 9.50 Verificación de la perpendicularidad de un eje giratorio y la intersección de dos planos.
Fig. 9.51 Perpendicular¡dad entre un plano y una guía.
La perpendicularidad de elementos también puede entenderse en movimiento. Así, la perpendicularidad de un movimiento es la que existe entre la trayectoria descrita por un punto de un órgano móvil y un plano (superficie de fijación o de guía), una recta (eje o intersección de dos planos) o una trayectoria de un punto de otro órgano móvil . La comprobación de la perpendicularidad de un movimiento se transforma en una comprobación de paralelismo, utilizando una escuadra adecuada a las condiciones dadas . - Perpendicularidad entre una trayectoria y un plano. Se coloca sobre el plano (fig. 9.52) una escuadra y en el órgano móvil el comparador .
Fig. 9.52
Perpendicularidad entre una trayectoria y un plano.
- Perpendicularidad entre una trayectoria y un eje . En este caso, la escuadra de verificación (fig . 9.53) se apoya sobre el cilindro que materializa el eje. Si éste es de rotación, la posición media de descentrado coincidirá con el plano de comprobación . - Perpendicularidad entre dos trayectorias. La comprobación de este caso requiere un montaje algo complicado . Se coloca, en primer lugar, la escuadra de verificación (fig. 9.54) con un brazo rigurosamente paralelo a la trayectoria I, con ayuda del comparador y de la regla y las calas que se indican . A continuación, se monta un segundo comparador sobre el órgano móvil II y se apoya el palpador del mismo contra el otro brazo de la escuadra . Esta comprobación puede realizarse también por medios ópticos . 9.9.9
Rotación
La norma UNE 15 021 tiene por objeto especificar las verificaciones geométricas convenientes para comprobar los órganos en rotación de las máquinas herramientas . Dichas verificaciones comprenden los siguientes conceptos : salto radial en la rotación ; desplazamiento axial periódico ; salto axial en la rotación . Fig. 9.53
Perpendicularidad de una trayectoria y un eje.
- Verificación del salto radial en rotación (fig . 9.55) . Cuando la superficie a verificar sea exterior, se sitúa un comparador de tal modo que su palpador toque la 182
superficie de revolución estando en posición normal a ella (fig . 9.56) . Las indicaciones del aparato se leen haciendo girar lentamente el husillo . Si la superficie es cónica, hay que tomar precauciones en la verificación, puesto que si existe salto axial varía el diámetro que está controlando el palpador . Una superficie cónica debe utilizarse, en consecuencia, para comprobar el salto de rotación sólo en el caso de que tenga una conicidad muy pequeña, o bien si se tiene en cuenta el valor del salto axial, efectuando para ello las correcciones oportunas . Cuando la superficie es interior y no es posible el empleo directo del comparador hay que montar un mandrino en el orificio a verificar . El ensayo se realiza en dos secciones distintas A y 8 (fig . 9.57) y en cada una se mide el salto de rotación en dos planos axiales perpendiculares que corresponden a las posiciones Ct y Cz.
Fig. 9.56
Fig. 9.54 Perpendicularidad de dos tráyectorias .
Verificación del salto radial en rotación .
Fig. 9.57
Verificación del salto radial de un orificio .
-~
Verificación del desplazamiento axial periódico . El desplazamiento axial periódico es la amplitud del movimiento de vaivén según su eje, de un órgano que gira (fig . 9.58), eliminada la influencia del juego axial mínimo por empuje axial en un sentido dado . Antes de iniciar la verificación de un árbol, a fin de eliminar la influencia del juego axial propio de los cojinetes, se le somete a una ligera presión en el sentido de la medición . El palpador del instrumento se aplica en el centro de la cara frontal, alineado lo mejor posible con el eje de rotación . Para hacer las lecturas, se hace girar lentamente el husillo de modo uniforme, manteniendo constante la presión en el sentido indicado. -
i
Z
.ae*'04,
%
desplazamiento radial
Fig. 9.55
Salto radial en rotación .
j =juego axial mínimo d = desplazamiento axial periódico
Fig . 9.58
Desplazamiento axial periódico.
Cuando el husillo es hueco (caso habitual) se monta un mandrino corto, dotado de una cara plana perpendicular al eje, contra la cual se apoya el palpador (figura 9.59A) . En lugar de aquel puede montarse un punto redondeado y un palpador de cabeza plana (fig . 9.59 B) . Si el husillo está dotado de punto de centrado, se introduce en él una bola de acero (fig . 9 .59C) contra la cual se apoya el citado palpador de cabeza plana . También puede medirse con aproximación suficiente actuando como indica la figura 9.60 . - Verificación del salto axial en rotación . Se designa por salto de una superficie plana a la oscilación producida al girar sobre su eje, teóricamente perpendicular a la misma, de modo que el plano de giro no permanece invariable . El salto de una superficie a una distancia d del eje es la magnitud h que separa los dos planos perpendiculares al eje entre los que evoluciona la parte de superficie limitada por un cilindro de diámetro d, cuyo eje de giro es el mismo que el de dicha superficie . El salto es la resultante de los defectos de superficie y del eje de rotación (fig . 9.61) . 183
c Fig . 9.59 Verificación miento axial.
del desplaza
posición 1
Fig. 9.60 Verificación del desplaza miento axial sobre dos puntos.
La comprobación del salto axial se refiere a los platos giratorios . Como el salto tiene tendencia a crecer al alejarse del eje de rotación, la comprobación se referirá, en lo posible, a los puntos más exteriores . El método a seguir es sencillo. Se aplica el comparador a la distancia establecida A (fig. 9.62) y se hace girar el plato para que el palpador ocupe posiciones angulares distintas, regularmente espaciadas . Se adopta como valor del salto h la diferencia entre las medidas máxima y mínima halladas. Conviene hacer girar el plato a una velocidad lenta y uniforme y, al mismo tiempo, aplicarle un ligero empuje axial, con objeto de eliminar el juego de los cojinetes . En los platos de eje vertical es suficiente con su propio peso. diferentes posiciones del comparador
fjf Fig. 9.61
Salto axial en rotación.
Fig . 9.62
9.10
Verificación del salto axial en rotación.
Recepción de máquinas herramientas . Hojas de verificación
Todas las comprobaciones de carácter general que se han estudiado tienen aplicación inmediata en la verificación de máquinas herramientas . Como se decía al principio del tema, las comprobaciones específicas a que deben someterse las máquinas herramientas están recogidas en hojas de verificación contenidas en las normas . Sin embargo, en España existe un déficit en este sentido porque la UNE apenas tiene material normalizado de carácter específico, a excepción de la norma UNE 15 513 . Por ello, los constructores españoles suelen remitirse a codificaciones extranjeras como las DIN, que en este terreno tienen abundante normalización, las Salmon, etc . A modo de ejemplo se incluye aquí la norma UNE 15 513 (tabla 9 .63) para la verificación geométrica de taladradoras fijas y una tabla de pruebas prácticas para comprobar el trabajo de un torno de utillaje de precisión (tabla 9.64). Las pruebas geométricas y prácticas las suele efectuar el mismo fabricante antes de la entrega de la máquina, aunque eventualmente el usuario pueda repetirlas en su taller. Los resultados de las pruebas se incluyen como certificado de calidad junto a la documentación de la máquina interesada.
Tabla 9.63.
Hojas de verificación para una taladradora según normas UNE
Recepción de máquinas-herramientas Taladradoras fijas Verificación
geométrica
UNE 15 513 hl
Medidas en mm Objeto N.° de la medición
Piocedimiento operatorio
Tolerancias
IN¡ velación de aca base o de la mesa de la taladrodora .
Se coloca una regla de longitud apropiada según indica el esquema, y sobre la parte mecanizada de la placa base o de la mesa y en ambas direcciones diagonales AB y CD. Sobre el centro de la regla y en ambas posiciones se coloca un nivel anotando sus indicaciones .
0,05 mm/m
Coaxialidad del cono interior del extremo del eje principal c o o dicho eje.
Sobre el cono interior del extremo del eje principal se monta una barra torneada con todo precisión y con una longitud útil de 300 mm . Sobre la mesa se coloca un comparador de forma que su palpador ataque normalmente a la superficie cilíndrica de la barra anterior. Se gira suavemente el eje principal y se anotan las indicaciones del comparador : a) en las proximidades del cono b) a una distancia de 300 mm
a) 0,02 b) 0,03
Rectitud del desplazamiento vertical del eje principal .
Sobre la mesa se coloca una escuadra y sobre el eje principal se monta un comparador de forma que su palpador ataque normalmente a la superficie vertical de lo escuadra . Además, la posición de la escuadra se regula de manera que las indicaciones del comparador, cuando el eje priocipal está en su posición alta y en su posición baja, sean las 0,06 sobre 300 mismos . En estas condiciones se desplaza suavemente el eje principal en sentido vertical, y se anotan las indicaciones del comparador : a) en el plano vertical de simetría de la máquina b) 'en un plano vertical normal al de simetría
Rectitud del desplazamiento del cabezal móvil a) en el plano vertical de simetría d e I a máquina. b) en el plano vertical normal al de simetría .
Sobre la mesa se coloca una escuadra y sobre el eje principal se monta un comparador de forma que su palpador ataque normalmente a la superficie vertical de la escuadra. Además, esta posición ha de regularse de manera que las indicaciones del comparador sean las mismas, tanto cuando el cabezal está en la posición alta como en la posición baja . 0,06 sobre 300 En estas condiciones, se desplaza suavemente el cabezal y se fija en distintas posiciones intermedias, y en cada una de ellas, y sin girar el eje principal, se anotan las indicaciones del comparador : a) en el plano vertical de simetría de la máquina b) en el plano vertical normal al de simetría
Esquema
v L
a c a 9
I I
1
m r
Z
Tabla 9 .63.
Hojas de verificación para una taladradora según normas UNE (continuación)
Objeto de la medición
Planicidad de la superficie de la mesa .
5
6
aralelismo de a superficie de a mesa en el movimiento giatorio de ésta (cuando lo tienen) .
Perpendicular¡dad del eje principal con la superficie de la mesa .
8
186
Perpendicularidad del eje principal con la cara superior de la base.
Esquema
Procedimiento operatorio
Tolerancias
Sobre uno de los ángulos A de la mesa se coloca un grueso patrón, y en el ángulo B, otro del mismo espesor ; sobre estos dos gruesos se coloca una regla de precisión, y, por medio de otros gruesos patrón o de comparadores, se comprueba en diversos puntos, a lo largo de AB, la distancia entre la mesa y el borde inferior de la regla. Se repite la operación dejando el grueso patrón A en su sitio 0,05 sob".e 500 primitivo y colocando el grue . s o B en los puntos B', C, B", D, sucesivamente, y en otros intermedios si fuera necesario, para así comprobar toda la superficie superior de la mesa. Se repite la operación dejando fijo el grueso patrón situado en B, y se hace que el grueso patrón situado en A ocupe sucesivamente las posiciones D, B", C, B'.
Sobre el extremo del eje principal se monta un comparador, cuyo palpador ataque perpendicularmente a la superficie su . perior de la mesa. Se hace girar lentamente ésta, por lo menos, una vuelta entera, y se anotan las indicaciones del campo, rodar .
0,05 sobre 500 (de diámetro)
Se fija un comparador al extremo del eje principal en la disposición que indica el croquis, y de forma que su polpador ataque normalmente a la superficie de la mesa, situando ésta : a) en una posición alta b) en una posición intermedia c) en una posición baja En cada una de estas posiciones se hace la comprobación en un pun0,1 sobre 300 to situado en el plano de simetría de la máquina, y después, y (de diámetro) mediante un giro de 180" del eje principal, en el punto diametralmente opuesto al anterior. Se repite la operación en el plano perpendicular al de simetría de la máquina. Durante estas operaciones, si la máquina tiene mesa giratoria, su movimiento de giro ha de estar bloqueado .
Se repiten las operaciones anteriores sobre la superficie superior de la base cuando está meconizado .
0,1 sobre 300 (de diámetro)
Tabla 9 .64
Verificación de un torno de precisión . Pruebas prácticas
Torno de utillaje de gran precisión A de P máx = 250 mm, EP máx = 1500 mm N°
Naturaleza de la prueba y dimensiones de la pieza de ensayo
Esquemas
Mecanizado de piezas cilíndricas montadas sobre el plato
PRUEBAS PRÁCTICAS Condiciones de ejecución de la prueba Ejecución en un cilindro de 2 fajas de una longitud máxima de 20 mm
D>1/4AdeP L= 1AdeP
Las fajas mecanizadas son redondas Las fajas mecanizadas son cilíndricas : el 0 debe ser máx. del lado de la punta fija
Tolerado
Palmer
0,005
Palmer
0,01 sobre 300
La cara mecanizada es plana el error es solamente en cóncavo
Regla y galgas
0,01 sobre 300
Mecanizado de piezas cilíndricas montadas entre puntos D = 1/8L L máx. = 1 EP
Ejecución en un cilindro de 3 fajas de una longitud de 20 mm . Posición de las fajas : una tan cerca como sea posible de cada una de las puntas, y la otra en el medio
las fajas mecanizadas son cilíndricas
Palmer
0,02
Mecanizado de piezas cilíndricas montadas entre puntos D=1/8L' L' máx . = = 1/2 EP
Ejecución en un cilindro de 3 fajas cilíndricas La posición de las fajas es la misma que la anterior
Las fajas mecanizadas son cilíndricas
Palmer
0,02
Roscado de una pieza cilíndrica L = 300 mm Rosca S . I. El diámetro y el paso son tan próximos como sea posible de los del husillo
El origen de la rosca se toma en un punto cualquiera del husillo
La rosca debe ser limpia sin facetas ni ondulaciones El paso debe ser exacto
Aparatos especiales cuya precisión debe verificarse
Error total 0,02 sobre 300. Error sobre una porción cualquiera de la rosca que tenga una longitud de 50 mm ; 0,02
CUESTIONARIO 9 .1 9 .2 9 .3 9 .4 9 .5 9 .6 9 .7 9 .8 9 .9 9 .10 9 .11 9 .12
Error en
Aparatos y modos operatorios recomendados
Refrentado de una cara plana normal al eje del cilindro
Mecanizado de piezas cilíndricas montadas sobre el plato D=1AdeP L = 1 A de P máx .
2
Verificación prevista
Características de la cimentación de máquinas herramientas . Anclaje de las máquinas . Apoyo sobre materiales antivibratorios . Precisión de una máquina herramienta . Clases de pruebas de control . Aparatos que se emplean en la verificación de máquinas . Influencia de la temperatura en la verificación . Comprobación de la rectitud . Paralelismo entre dos ejes . Perpendicularidad entre un eje y un plano . Verificación del salto radial en rotación . Hojas de verificación .
EJERCICIOS A REALIZAR Los ejercicios que el alumno debe realizar son eminentemente prácticos . Se aconseja que en el taller de la escuela se realicen pruebas de verificación de máquinas herramientas en base a los medios disponibles, siguiendo las hojas de recepción que contienen las normas o, en su lugar, se efectúen verificaciones fundamentales (perpendicularidad, paralelismo . . .) como las explicadas en el presente tema . 18 7
mm Constatado
Tema 10. Mantenimiento de las máquinas herramientas
EXP®SIDIQN DEL TEMA Se puede decir que el departamento o servicio de mantenimiento es imprescindible en toda actividad industrial para prevenir las interrupciones del proceso productivo y reducirlas al mínimo, si éstas llegan a producirse., Ha sido en fechas recientes cuando el mantenimiento ha adquirido mayor importancia, debido al desarrollo alcanzado por las máquinas e instalaciones de gran producción -muchas de ellas de ciclo continuo- dotadas, con frecuencia, de equipos complejos y a la introducción de la informática y la estadística aplicadas en las técnicas de mantenimiento . No obstante, es lógico que este servicio tenga la proporción adecuada al nivel técnico, al volumen y a las características propias de cada industria . 10.1
Mantenimiento . Definiciones
Es el conjunto de trabajos necesarios para asegurar el buen funcionamiento de las instalaciones . Estos trabajos pueden dividirse en tres grupos principales : - Prevención de mantenimiento . - Mantenimiento preventivo. - Mantenimiento correctivo.
También recibe este nombre el departamento que realiza estos trabajos. 10 .1 .1
Prevención de mantenimiento
Es el conjunto de actividades que tiende a evitar el mantenimiento y hacer que el mantenimiento inevitable sea más fácil, ocupe el menor tiempo posible y resulte al precio óptimo . Para lograr esto, hay que tener en cuenta : 1 . El uso que se da a la máquina o instalación . 2. El diseño de la máquina o instalación . 3. Los repuestos . 10 .1 .1 .1
El uso de las máquinas e instalaciones
Es posible que el mal uso de un equipo esté ocasionando averías que se podrían evitar. El remedio es mejorar la preparación del operario o usuario de la máquina o instalación, así como mejorar las instrucciones para los trabajos mismos de mantenimiento . 10 .1 .1 .2
El diseño de la máquina o instalación
El diseño es primordial a la hora de evitar averías porque de un proyecto bien concebido depende, en gran medida, el funcionamiento correcto de los mecanis188
mas y sistemas . En consecuencia, tal vez sea necesario modificar la forma original de la máquina o instalación cuando se presentan fallos repetitivos . Los proyectistas o fabricantes de máquinas y equipos deberían tener acceso a los datos recogidos en las fábricas que las utilizan y los jefes de mantenimiento deben organizar y disponer la información detallada de los fallos y sus causas . El proyectista debe prever el fácil acceso a los mecanismos y hacer que el montaje sea lo más sencillo y seguro posible y emplear elementos normalizados siempre que sea oportuno (fig . 10.1) . Asimismo, el constructor debe proveer al usuario de un equipo de las instrucciones necesarias tanto para su instalación como para el mantenimiento normal .
de ajuste 6 x 74 DIN 68115
1
Lengüeta A6
1
Piñón cónico
1 1
Retén
K
m=2,25 ; z=11
giratorio
1
Pasador cilíndrico semiestriado 6-20 DIN 1477 Rodamiento de bolas n°-6004 Anillo elástico de seguridad 47 UNE 26075 Rodamiento de bolas rP 6005
2
Anillo
3
Anilo elástico de seguridad 20 UNE 26074 Eje-rueda helicodal drn=Z25 z =14 15°iza .
elástico de seguridad 25 UNE 25074 Rueda helicoidal m _2,25 z=20 n=15° i4
N° de piezas Denomirwcidn
lo
y Observaciones
.ecDA e~DOi~ep
-
cp .mprob adn
ESCALA
6 Fig . 10. 1
10.1 .1 .3
-
N. pmDne
11 10 9 8 7 6 5
005 4. 3452 004 4.3451
2
003 4.3450 9 .064.03002 4.3449
Dibujo n° hhrm Norma n°
Lignotol
F-1220 50 HRC 150 Material
/ESCUELA
5- 6-75 GCubillas 5 6 75IT .VIDONDO
030X45 19 x31,5 x65
X63 x
lB
0
140
40
X
Dimensiones en bruto so etc.
DE
INGENIERIA TECNiCA INDOS. oficina técnica salesianos-LA ALMUNIA
PELADORA Y TROZADORA MANZANAS (eje intermedio)
Empleo de elementos normalizados.
Los repuestos
Es otro de los factores más importantes a tener en cuenta para lograr un mantenimiento con un coste óptimo. La regla de oro que debe seguirse es que puede resultar tan erróneo tener poco repuesto como tenerlo en exceso. En el primer caso se alargan las averías y en el segundo resulta caro tener un gran capital inmovilizado en concepto de repuestos . Por eso, la mejor solución es disponer de un buen sistema de aprovisionamiento . Mantenimiento preventivo Es el conjunto de actividades que deben realizarse para evitar el desgaste, conservar la máquina en perfectas condiciones de funcionamiento y evitar los paros imprevistos por causa de avería . Estas actividades pueden agruparse en las siguientes : 10.1 .2
-
Limpieza . Lubricación . Inspección de funcionamiento . Control de calidad de las reparaciones . Es hoy día la parte más importante del mantenimiento . 10.1 .3
F-1220 50 HRC 150 Caucho sintético
Mantenimiento correctivo
Es el conjunto de actividades de mantenimiento destinadas a corregir los fallos y averías imprevistas . Suelen ser reparaciones breves en las cuales se procura que el tiempo de paro sea lo más corto posible, pero también incluye las grandes reparaciones. Cuando se presenta una avería, lo primero que hay que hacer es averiguar la causa de la misma y ponerle remedio, aun antes de reparar los desperfectos producidos . 189
DE
W9-064.03.000 Original na
4.3448
10 .2
Objetivos del mantenimiento
El objetivo principal del mantenimiento es conseguir una producción óptima de las máquinas e instalaciones con el máximo de seguridad para el personal que realiza el mantenimiento y para el personal que las utiliza, y todo esto al menor costo posible . El costo del mantenimiento dependerá de : - Cantidad de averías. El número de averías puede disminuir con un mejor mantenimiento preventivo . El costo de este mantenimiento preventivo se debe valorar teniendo en cuenta las averías que se evitan . - Costo del persona/. Este apartado puede reducirse empleando mejores métodos de trabajo que ahorran tiempo y producen la calidad adecuada .
- Costo de los repuestos. El precio de los repuestos se puede disminuir adquiriéndolos de los proveedores que ofrecen mejores condiciones aunque, con frecuencia, deben emplearse forzosamente recambios originales o recurrir a los que suponen un plazo de entrega inmediato . Cuando se efectúen reparaciones, hay que emplear, siempre que sea posible, elementos normalizados y productos de fabricación nacional antes que de importación, pues éstos encarecen mucho las reparaciones, además de que su adquisición es más problemática, sobre todo en caso de urgencia . El coste de mantenimiento no debe ser más caro que el beneficio obtenido con la reparación . 10 .3
Mantenimiento preventivo
En el párrafo 9.1 .2 se ha definido este mantenimiento preventivo . Este se basa en el conocimiento de la duración de funcionamiento, en condiciones aceptables, de cada una de las piezas de la máquina, con lo cual se sabe cuál es el momento adecuado para hacer las revisiones y sustituciones precisas, evitando así las averías imprevistas (fig . 10 .2) . Los datos de partida para obtener ese conocimiento provienen principalmente de estas tres fuentes de información : - Historial de averías de la máquina. - Personal técnico de la fábrica que mejor conozca la máquina . - Documentación técnica del fabricante de la máquina .
Fig.
10 .2 Mantenimiento preventivo. Inspección del estado de la correa .
De acuerdo con estos datos se establecen las revisiones que deben realizarse y se determina la frecuencia de las mismas . La frecuencia de revisión de todas las máquinas hay que repartirla de forma que haya una carga de trabajo similar todos los días . En las fábricas que trabajan en cadena hay que intensificar el mantenimiento preventivo, ya que las averías repercuten rápidamente en otras instalaciones y en las personas que en ellas trabajan y sus consecuencias pueden ser muy graves . Cuando trabajan muchas personas en el equipo de mantenimiento preventivo suele ser conveniente disponer de inspectores de trabajo que controlen que las revisiones se hacen según los programas establecidos . Una revisión no efectuada en el momento previsto puede traer consecuencias graves . También debe controlarse la calidad de la revisión para que ésta sea la prevista, puesto que una reparación mal hecha hace inútil cualquier programa de mantenimiento . 10 .3 .1
Documentación de máquina
Para que sean efectivas las revisiones es necesario que cada máquina tenga un archivo con toda la documentación referente a ella, documentación que debe enriquecerse a medida que se hagan trabajos de mejora o reparaciones . Esta documentación se puede desglosar en dos partes : documentación de la máquina propiamente dicha y datos sobre reparaciones . 10 .3 .1 .1
Documentación de la máquina
La documentación de la máquina consta :
- De los planos originales, con las modificaciones que se hayan podido hacer. - De los planos de montaje y desmontaje, sobre todo de los elementos o grupos principales, con las instrucciones para realizarlas con el proceso óptimo . 19 0
Sección
N.° de máq. FICHA DE MANTENIMIENTO
28
A
Carac(edsticas técnicas Fresadora Motor: 3 CV 1410 r.p .m . Corriente: Tritásica 220 V Velocidad de trabajo : Máx: 2000 r .p.m . Mín : 75 r.p .m .
N. °ln
V: N: T: A.
A /
Visor. Nivel del aceite . Llenado de aceite bianual. Engrase automático cada dos horas de trabajo .
Piezas de re cambio Desiynacion 3711 510-59-20
1980 1981 1982 1983
N.- reparación
Pedido el
Fecha parada
5-IV-75
5-IV-75
2
25-VI-75
5-IV-75
20
Mirar si sufre pérdida de aceite.
Fig. 10.3 Ficha de mantenimiento de máquina. 10 .3 .1 .2
Documentación de las reparaciones
En este apartado deben guardarse cuidadosamente ordenadas :
- Fichas de reparaciones en las cuales se consignen las reparaciones que se han llevado a cabo y las fechas en que se han realizado, además de otros datos interesantes (fig . 10 .3) . - Mejoras o modificaciones como consecuencia de las reparaciones efectuadas . - Herramientas, tiempos, operarios y procesos empleados. 10 .4
Rodaje de máquinas
El rodaje o puesta a punto de una máquina es una de las misiones del equipo de mantenimiento, supuesta la intervención del departamento de control de calidad autorizando la puesta en marcha . Se ha podido constatar que los problemas en el rodaje de una máquina dependen principalmente de la buena instalación de la misma . La experiencia confirma que los principales problemas suelen presentarse en los primeros meses de funcionamiento como consecuencia de la falta de práctica en el manejo de la máquina o por deficiencias en la instalación de la misma .
Deben vigilarse especialmente : - Anclajes y ensambles. - Conexiones eléctricas. - Calentamientos excesivos en los puntos móviles . Hay que estudiar el funcionamiento correcto de la máquina y la misión de cada elemento de la misma . No sería correcto aprenderlo con ocasión de una avería, ya que con ello se prolonga inútilmente el tiempo de reparación . Además, este momento es el menos propicio para estudiar el funcionamiento de la misma . Las instrucciones para el manejo de la máquina deben ser completas y antes de confiarla al operario debe comprobarse que han sido asimiladas . Antes de dar el visto bueno definitivo, la máquina debe hacerse funcionar a los distintos regímenes de trabajo, bajo control, durante un tiempo previsto como necesario . 10.5
Programas de engrase
Que el correcto engrase de la máquina es esencial para su buen funcionamiento y mantenimiento, es axiomático para cualquier mecánico con una mínima experiencia . Para nacer el programa de engrase se debe tener en cuenta lo siguiente : - Asegurarse de que se están utilizando los lubricantes adecuados según las especificaciones del fabricante. - Tratar de unificar los diferentes tipos de lubricantes . - Especificar la cantidad y frecuencia para cada punto de engrase . - Utilizar los planos de puntos de lubricación ; no fiarse nunca de la memoria . Un olvido puede ser fatal . - Determinar los consumos normales . - Entrenar adecuadamente al personal de engrase . - Facilitar el acceso a los puntos de engrase . El personal de engrase no debe necesitar hacer desmontajes en la máquina para realizar su trabajo . Si es necesario se harán las modificaciones pertinentes ; esto ahorrará mucho tiempo y evitará que el engrasador (que no suele ser un experto en mecánica) pueda ocasionar problemas en la máquina con sus manipulaciones . 10.6
Organización del departamento de mantenimiento
Ya se ha dicho al empezar el tema que la organización del departamento de mantenimiento puede ser muy distinta según el tipo de empresa . En un pequeño taller podrá ser el mismo operario el encargado del mantenimiento de la máquina . Si aumenta el número de puestos de trabajo, un encargado que entienda de mecánica y electricidad y sea habilidoso, con uno o dos ayudantes puede ser suficiente . En grandes empresas habrá que disponer de una serie de grupos de mantenimiento y no sólo esto, sino que deberá existir una auténtica organización para la toma de datos y programación del mantenimiento . 10.7
Organización del departamento de mantenimiento en una factoría de automóviles
Una moderna factoría automovilística divide el departamento de mantenimiento en dos grandes bloques o sistemas : 1. 2.
Sistema histórico de mantenimiento (SHM) . Sistema de mantenimiento programado (SMP) . A continuación se explica brevemente el funcionamiento de estos dos sistemas .
10.7 .1
Sistema histórico de mantenimiento (SHM) Es el método de recopilación sistemática y permanente de datos (averías, modificaciones, mantenimiento) .de cada máquina que toma parte en el proceso de producción . 192
Sus fines generales son los ya conocidos de lograr el máximo rendimiento de las instalaciones al mínimo costo posible . 10 .7 .1 .1
Recopilación de datos
Para la recogida de datos se emplean una serie de formularios (hasta 5 diferentes) . Para el buen funcionamiento del sistema es de gran importancia que en cada formulario se completen todos los datos que se piden . No completar estos documentos puede llevar a información falsa, errores en los listados, pérdida de tiempo en correcciones, dificultar la consecución de los objetivos principales del sistema, etc . 10.7 .1 .2 Procesado de datos Realizada la recopilación de datos en los formularios adecuados y corregidos los errores, si los hubiera, se procede a procesarlos en cintas o tarjetas perforadas que se pasan al ordenador . 10.7.1 .3
Listados
El ordenador, con los datos que se le suministran, produce una serie de documentos o listados en los cuales queda reflejado, para cada equipo, su historial según distintos criterios de clasificación y ordenación . 10 .7 .1 .4 Utilización de los listados Unos listados se envían a las secciones y otros se emplean en el mismo sistema histórico de mantenimiento . A continuación se analizan los listados obtenidos, lo cual permite las acciones correctivas para lograr los fines específicos del sistema - Mejorar el sistema de mantenimiento programado . - Modificar ciertos puntos de las máquinas que son origen de averías o problemas. - Preparar listas de repuestos más urgentes de stock. - Reducir los tiempos de parada en la producción . - Reducir los tiempos de reparación. 10.7.1 .5 Esquema del sistema histórico de mantenimiento En la figura 10 .4 queda esquematizado el proceso seguido . Lo analizaremos brevemente siguiendo el sentido de las flechas . - Planificación y control de mantenimiento : planifica, controla, implanta, mantiene y mejora el sistema . - Ingenieros Analistas del SHM . coordinan las diversas áreas o secciones, estudian los listados, hacen la corrección de los mismos, preparan la información y la distribuyen .
Fig. 10.4
193
- Coordinador de SHM en el área: coordina las órdenes de mantenimiento, indica el equipo que debe realizar Ía orden, instruye y da las órdenes al capataz . - El capataz : es el encargado con su equipo de realizar el trabajo. Devuelve las órdenes de mantenimiento, una vez cumplimentadas, con las observaciones, sugerencias o cambios que haya tenido que realizar . - El coordinador de área: revisa cada una de las órdenes ejecutadas y detecta las anomalías que puedan confundir a los ingenieros analistas ; completa con ellos las órdenes emitidas y comenta las variantes si las hay . - Los ingenieros analistas, con las órdenes revisadas y analizadas, preparan las órdenes definitivas para procesar y dan entrada en el ordenador. - El ordenador, con la información recibida, elabora las listas y documentos que forman la historia de cada una de las máquinas .
10.7 .2
Sistema de mantenimiento programado (SMP)
Se encarga de programar la serie de actividades que tiene que realizar el equipo de mantenimiento . Los fines son los señalados anteriormente : lograr la utilización más eficaz de las máquinas e instalaciones al menor costo posible.
10.7 .2.1
Proceso seguido por el sistema de mantenimiento programado
Emplea como documentación de base los listados preparados por SHM. Con estos datos prepara (programa) las órdenes de mantenimiento que deben quedar perfectamente identificadas y en las cuales se describe con detalle el trabajo a realizar (fig . 10 .5) . No se deja nada a la improvisación, para lo cual se emplean siempre los mismos formularios cuyo rellenado completo es de la máxima importancia . Con estos datos se rellenan las llamadas hojas muestras que servirán para introducir los datos en el ordenador que es el encargado de preparar las órdenes de trabajo .
Sistema de mantenimiento programado
Hoja de distribución de trabajo
Ingenieros :analistas
Listado para SHM
Ordenador proceso de datos
Ordenes de trabajo o mantenimiento programado
Listado para áreas
Ordenes de mantenimiento cumplimentadas o canceladas
Orden de trabajo de mantenimiento por áreas
Fig. 10.5
194
Toma de datos preparación hoja-maestra
Una vez ejecutado el trabajo se anotan las incidencias que hayan podido presentarse ; por ejemplo, si hubo paro de producción, si se descubrió algún fallo o defecto que no pudo ser remediado pero que habrá que hacer en su día, etc . Se anotan también los operarios que han intervenido en la operación, el material empleado, etc . Asimismo, si se cancela la orden, habrá que especificar el motivo de esta decisión . Todas estas órdenes, ejecutadas o canceladas, se remiten al SHM para su procesado .
10 .8
Perspectivas del departamento de mantenimiento para el profesional mecánico
El sistema de mantenimiento en las medianas y grandes empresas presenta unas perspectivas muy interesantes para el profesional mecánico o electricista . Dada la moderna distribución del trabajo y la especialización subsiguiente, así como las grandes series de productos que se fabrican, las máquinas herramientas son cada vez más perfectas y se necesita cada día menos formación cualificada para manejarlas, salvo para algunas máquinas o puestos especiales . No sucede así en el departamento de mantenimiento, ya que cualquier trabajo de repara%¡u es ili1ico en algún aspecto, lo cual evita toda posible rutina . Cada día es más frecuente encontrar en las máquinas e instalaciones dispositivos neumáticos e hidráulicos así como eléctricos y electrónicos, lo que hace que cada vez sea más necesaria la cualificación de los profesionales que se dedican al mantenimiento. De todo esto se deduce que un buen profesional que aspire a esta actividad deberá reunir una serie de cualidades ; a saber : - Capacidad para leer e interpretar sin lugar a error planos e instrucciones, por complejos que sean . - Habilidad para el manejo de los instrumentos y herramientas . - Intuición e imaginación mecánica, ya que aun en los mejores programas de trabajo es posible que se haya escapado algún detalle que sólo aparece sobre la marcha, de manera que el mecánico tiene que tener capacidad de improvisación y debe resolver con la mayor celeridad el problema planteado . Junto a esta cualidad debe poseer un gran sentido de la responsabilidad, tanto en la prevención de averías como en la toma de decisiones que, en ocasiones, reviste gran trascendencia . CUESTIONARIO 10 .1 Clases de mantenimiento. 10 .2 Influencia del proyecto en la prevención de mantenimiento. 10 .3 Mantenimiento y volumen de repuestos . 10 .4 Mantenimiento preventivo . 10 .5 ¿De qué factores depende el costo del mantenimiento? 10 .6 Documentación para las reparaciones . 10 .7 ¿Es conveniente efectuar un rodaje previo de las máquinas nuevas? ¿qué se pretende con ello? 10 .8 Programa de engrase. 10 .9 Organización del departamento de mantenimiento . 10 .10 Sistema de mantenimiento programado .
Tema 11 .
Procedimientos ennpleados en la fabricación de roscas
EXPOSICIÓN DEL TENIA Las roscas, en sus numerosas variedades y aplicaciones, constituyen elementos mecánicos de importancia fundamental . Es materialmente imposible concebir cualquier mecanismo, por sencillo que sea, donde no esté presente alguna rosca . Por eso, al mecánico especialista en máquinas herramientas le interesa conocer los procedimientos más importantes para la fabricación de roscas y los principios básicos de funcionamiento de los dispositivos y máquinas empleados para estos fines . Como complemento muy valioso de las explicaciones del presente tema se aconseja el repaso de los siguientes temas, pertenecientes a cursos anteriores : - Tecnología - Tecnología - Tecnología - Tecnología en el torno . 11 .1
del Metal 1.2 . Tema 17 . Sistemas de roscas . 2. 1. Máquinas Herramientas . Tema 9. Verificación de roscas . 2. 1. Máquinas Herramientas, Tema 12 . Roscado en el torno . 2. 1. Máquinas Herramientas . Tema 13 . Cálculos para el roscado
Procedimientos para la conformación de roscas
Para tener urja visión general de los procedimientos empleados para la conformación de roscas es conveniente establecer una clasificación de los mismos que, salvo métodos muy especiales, puede ser la siguiente (fig . 11 .1) :
Procedimientos para la conformación de roscas
Con arranque de viiuta
Roscado con cuchilla de forma (A) Roscado con peine . . . . . . . , . . (g) Roscado con terraja . . . . . . . , . (C) Roscado con terraja de Roscado exterior . . . . . . . . . . . . . apertura automática . . . . . . . (D) Fresado de roscas . . . ., . . . . . .(E) Roscado por turbulencia . . . . . (F) Fresado de roscas . . . . . . . . . . (G) Rectificado de roscas . . . . . . . (M)
Roscado interior . . . . . . . . . Sin arranque de viruta
Laminado con rodillos
Roscado con cuchilla de forma (H) Roscado con peine . . . . . . . . . . . (I) Fresado de roscas . . . . . . . . . . . ((() Roscado con macho . . . . . . . . . (L) Rectificado de roscas . . . . . . . . (N)
Estampado almohadillas planas
Aunque se puede roscar a mano con macho y terraja, no se van a explicar aquí las técnicas propias de estos métodos manuales sino que todos los procedimientos que se tratan en este tema hacen referencia al roscado con máquina. 196
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IFig. 11.1 Esquema general de los procedimientos de roscado por arranque de viruta : A, H, roscado con cuchilla de forma; B, I, roscado con peine; C, roscado con terraja; D, roscado con terraja de apertura automática ; E, fresado con fresa sencilla ; G, K, fresado con fresa múltiple ; F, roscado por turbulencia; L, roscado con macho; M, N, esmerilado de roscas .
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Roscado con cuchilla de forma
Es el procedimiento clásico de roscado en el torno. Una cuchilla de forma, con los filos de corte inclinados según el ángulo del filete a construir, se desplaza a lo largo de una superficie cilíndrica tallando el surco helicoidal que separa dos filetes consecutivos. En este sentido, el roscado con peine es una variante del sistema en orden a conseguir mayor productividad, ya que la rosca se elabora de una sola pasada . No obstante, existen máquinas de roscar que trabajan con cuchilla de . forma, como es el caso de la representada en la figura 11 .2 . Como se ve, es una máquina muy parecida al torno, aunque su especialización permite suprimir muchos de los órganos de aquél.
Fig. 11 .2
Torno de roscar Cri-dan (Ernault-Somua).
La herramienta de corte es una cuchilla de metal duro -también puede tener varias- que trabaja por penetración normal con pasadas de profundidad creciente hasta completar el roscado de la pieza . Se emplea para realizar roscas exteriores, interiores y cónicas, de perfil cualquiera, a izquierda y a derecha, de longitud pequeña o mediana y todo ello con grandes velocidades de corte . 11 .1 .1 .1
Cinemática de un torno de roscar
Consta de una bancada (6) (fig . 11 .3) con un cabezal (1) en un extremo y una contrapunta (4) en el otro . Lleva un carro longitudinal (7) movido por una leva (9) que realiza el papel del husillo de roscar y un carro transversal (8) responsable de la penetración y retroceso de la herramienta .
Fig. 11 .3 Esquema de la máquina Cridan : 1, cabezal; 2, husillo portapiezas; 3, pieza; 4, contrapunto; 5, muelle ; 6, bancada ; 7, carro longitudinal ; 8, carro transversal; 9, leva; 10, ruedas cambiables.
conducida
19 7
La citada leva (9), llamada leva de paso, empuja continuamente al carro longitudinal gracias a unos resortes (5) . Dicha leva lleva una rampa helicoidal (fig . 11 .4) cuya inclinación está relacionada con el paso a construir. El período o fase de trabajo alcanza 2/3 del ciclo y el resto se reparte entre el período de retorno y un breve reposo al llegar al punto de partida . La carrera o recorrido axial que efectúa el rodillo de apoyo es equivalente ala longitud de la rosca . El paso de la leva (Pi) es un múltiplo del paso a construir P y se escoge en función de la longitud L de la parte roscada según la fórmula :
I
(mm)
La velocidad de giro de la leva debe guardar una relación determinada con la velocidad del husillo lo que se consigue mediante la cadena cinemática del cabezal que proporciona una reducción de 12 y el tren de ruedas cambiables (10) (fig . 11 .3) . La relación entre n -velocidad del husillo- y n/ -velocidad de la leva- es :
A
carrera
Ñ
Pi , 1,5 (L + 2)
t
ó
paso P,
Ñ 0 B
Fig. 11 .4 Leva de control del avance : A, vista detallada ; B, diagrama de la carrera (Cri-dan).
LIZZ ni
P, P
La penetración y el retroceso se consiguen por medio de levas sincronizadas con la leva de paso . El ciclo de trabajo puede repetirse hasta un total de 32 veces de forma automática, una vez se han regulado todos los sistemas . El número de pasadas se elige en función del material a roscar y el paso a construir, por medio de unas tablas que facilita el fabricante de la máquina . Asimismo, éste suministra un grupo de levas de paso estándar (30, 42, 60, 90 y 120 mm) y un surtido de ruedas de recambio . Ejemplo de aplicación 1 Se desea construir una rosca de M 24 x 2 y 20 mm de longitud . Se pide calcular las ruedas cambiables necesarias . Solución : Paso de la leva P,
Se elige un P, múltiplo de 2 : Pi =42 mm Ruedas necesarias : Pi
ni
P 42 2
=
2
= 12 .
b
a b
a
(recuérdese la reducción i = 12) a_ - 24 - conductora b 42 conducida
En la figura 11 .5 aparecen diversos montajes que se realizan en esta máquina para la construcción de diferentes roscas . 11 .1 .2
Roscado con terraja
El roscado con terraja o hilera sirve para la ejecución de roscas exteriores . Esta herramienta puede ser de una sola pieza o bien puede estar compuesta de varias herramientas independientes o peines, montadas sobre un soporte, que se acercan o separan de la pieza a voluntad . En el primer caso se trata del ya conocido cojinete de roscar -rígido o elástico- para roscar a mano, con bandeados, o en el torno . El segundo caso, mucho más interesante por su mayor rendimiento, es el característico de los tornos automáticos y de ciertas máquinas de roscar que trabajan según este principio .
Fiq. 11 .5 Colocación del portaherramientas para la ejecución de diferentes roscas (Cri-dan).
Roncadoras con terraja de apertura automática Estas máquinas se clasifican según dos criterios distintos : 1°, según la forma de actuar de los peines -radial o tangencial- ; 2° por el método de formación del filete de rosca -con o sin tornillo patrón- . 19 8
En la figura 11 .6 aparece un esquema característico de este tipo de máquinas . Los peines o cuchillas de roscar van alojados en el cabezal (1) de apertura automática al término del roscado, accionado por la palanca (6) movida a su vez por los to pes regulables (7) . Dicho cabezal dispone de una gama de velocidades de giro adecuadas al material, diámetro y paso de la rosca a tallar . La pieza (2) va sujeta por una mordaza especial (3) de centrado automático situada sobre el carro (4) cuyo desplazamiento es controlado por el husillo patrón (8) . Hay otras máquinas que carecen de él y, entonces, el avance lo produce la misma herramienta que arrastra a la pieza roscada . El cabezal de la roscadora (fig . 11 .7) lleva cuatro portapeines articulados (1) de mando simultáneo por medio de una corona de visinfín (2) y el tornillo correspondiente (3), la cual produce el giro de los dados (4) que hacen oscilar los portapeines, dotados de peines tangenciales para regular el diámetro de rosca a obtener. La apertura del cabezal se consigue con el retroceso del anillo (5) [movido por la palanca (6) en la figura 11 .61 provisto de varias espigas (6) que, al abandonar la posición de bloqueo, provocan la retirada de los portapeines bajo el empuje de los resortes (7) . El retroceso de la pieza se efectúa, como es lógico, con la terraja o cabezal abierto .
Fig. 11 .6 Esquema de una roscadora de terraja de apertura automática : 1, cabezal; 2, pieza; 3, mordaza; 4, carro; 5, bancada; 6, palanca; 7, topes regulables ; 8, husillo.
11 .1 .2 .2
Fig. 11.7 Vista de la terraja de apertura automática con dos detalles del mecanismo de apertura : 1, portapeines ; 2, corona ; 3, sinfin ; 4, dado ; 5, anillo ; 6, espiga ; 7, muelle.
Fig. 11 .8
Peines tangenciales .
Fig. 11 .9 Acción de los peines tanger ciales .
Peines tangenciales
Son piezas prismáticas de acero rápido templado y rectificado (fig . 11 .8 A), en una de cuyas caras frontales se han fresado ranuras equidistantes que reproducen exactamente la forma del filete que se desea tallar . Se afilan por su cara superior con un ángulo de incidencia que varía entre 18° y 35° . Los peines se sujetan en los soportes portapeines de la forma que se indica en el detalle de la figura 11 .8 B . Los peines de un mismo juego -que consta de cuatro piezas- tienen el perfil ligeramente decalado, de modo que, para evitar confusiones, se numeran de uno a cuatro y así el montaje se realiza siempre por este orden . Los peines trabajan como se indica en la figura 11 .9 . Obsérvese que el ángulo real de incidencia A' es menor que el ángulo de incidencia de afilado .A . En las máquinas sin husillo patrón los peines se disponen como en la figura 11 .10, con una zona activa relativamente corta, limitada al primer filete completo, y después una amplia guía para asegurar el arrastre de la pieza . Obsérvese la incli nación del filo superior del peine, así como el valor del ángulo B, que supera los 90° (B = 92°) .
Fig. 11 .10 Peines tangenciales en una roscadora sin husillo patrón . 11 .1 .2 .3
Peines radiales
Como su nombre indica, los peines trabajan en sentido radial (fig . 11 .11) lo que supone notables diferencias constructivas con los peines tangenciales . 19 9
Fig. 11 . 11 Peines radiales : 1, peines; 2, pieza; 3, soporte; 4, portapeines; 5, an llo.
También se montan en grupos de cuatro piezas aunque el miento es totalmente distinto (fig . 11 .11) . En efecto, los peines posteriores que se deslizan sobre las rampas que presenta un movido por un anillo (5) de forma que, al avanzar éste hacia la en posición de trabajo . 11 .1 .3
sistema de acciona(1) llevan unas guías casquillo cónico (4) derecha, se colocan
Roscado con macho
Como se sabe, el roscado con macho se realiza a mano o con una máquina convencional -torno, taladradora . . . - mediante un acoplamiento con limitador de par . No obstante, para series elevadas se emplean las máquinas roscadoras. Son máquinas relativamente sencillas, muy parecidas a las taladradoras pero con ciertas adaptaciones para impedir la rotura del macho y para posibilitar el retroceso forzado del mismo, cuestión ésta esencial para un roscado de calidad . La máquina de la figura 11 .12 es una roscadora muy sencilla pero tiene algunos mecanismos interesantes . El movimiento del motor llega a una caja reductora a través de un cono de poleas trapeciales situado en la parte posterior . De ahí se transmite al husillo (2) por medio de dos poleas (4) y (8) montadas sobre un manguito (7), unido a la palanca (6) que controla el operario . Dichas poleas, que giran libremente sobre el manguito, tienen unos asientos cónicos, a modo de embrague, que se acoplan a los platos (3) y (11) respectivamente, solidarios con el husillo (2) . En el extremo de éste hay un tornillo cambiable (9), cuyo paso es el que se desea construir, que rosca en una tuerca fija (10) que actúa de guía y obliga al husillo de la roscadora a avanzar según las características del paso, eliminándose así el efecto pernicioso de autoarrastre del macho sobre los filetes roscados durante el retroceso . La carrera del macho se regula por medio de los topes (5) que actúan directamente sobre la palanca de mando (6) .
Fig, 11 .12 Roscadora de machos : 1, pieza; 2, husillo; 3, plato; 4, polea de roscado; 5, tope de carrera ; 6, palanca de accionamiento; 7, manguito ; 8, polea de retroceso; 9, tornillo patrón ; 10, tuerca flia .
Las dos poleas (4) y (8) no son iguales sino que la (8), responsable del movimiento de retroceso es menor que la (4) o polea de roscado, porque el retorno del macho puede ser más rápido al no tratarse de un movimiento de corte. El sistema de tornillo patrón, en sus diversas variantes, suele ser el más empleado . También hay roscadoras en las que el movimiento del macho es controlado por engranajes cambiables cuya combinación se establece por cálculo, en función del paso a roscar . Por regla general, se procura siempre controlar el macho, de forma que éste se mueva forzado, lo que se traduce en una rosca de calidad muy superior (se evita que el macho arranque material de los filetes o amplíe el vano de la rosca) . Fig, 11.13 Macho de máquina de caña extralarga.
11 .1 .3 .1
Machos de máquina
Los machos de máquina se caracterizan por su entrada pronunciada y su mango o caña más largo que los machos para roscado manual . 200
Cuando las roscadoras son de gran producción se usan machos de caña extralarga (fig . 11 .13) para el roscado a través e, incluso, de caña curva (fig . 11 .14) para facilitar la evacuación de piezas . El macho de roscar es una herramienta muy delicada, sometida además a esfuerzos relativamente importantes como consecuencia del par de corte y la resistencia que opone la viruta, causa bastante frecuente de la rotura del macho. Para reducir estos inconvenientes se emplean machos de dientes alternados en los materiales tenaces (fig . 11 .15), se acorta la superficie de guía (fig . 11 .16), se rectifican los filetes y la caña para reducir el rozamiento, etc. La salida de las virutas se facilita con una hélice a izquierdas en los machos para agujeros pasantes (fig . 11 .17) que empuja a las virutas hacia abajo ; con una hélice a derechas que, por el contrario, la hace ascender (fig . 11 .18) . Fig. 11. 14 Macho de máquina de caña curva.
Fig. 11 . 16 Reducción de la zona de guía en un macho de máquina.
11 .1 .4
Fig. 11 . 17 Macho de máquina con hélice de entrada para agujeros pasantes .
Fig. 11 . 18 Macho de máquina con ranuras helicoidales para agujeros ciegos .
Fresado de roscas
El roscado con fresa permite repartir el esfuerzo de corte sobre muchas aristas cortantes y reducir al mínimo el número de pasadas necesario . El trabajo intermitente de la fresa apenas si tiene trascendencia sobre el acabado de los filetes debido a los pequeños avances utilizados y a la inclinación de los flancos de la rosca . El roscado con fresa se ejecuta con fresa de disco (hilo a hilo) -procedimiento especialmente indicado para roscas largas- y con fresa múltiple que trabaja pór penetración . 11 .1 .4 .1
Fig. 11 . 15 Macho de ms", quina de dientes alternados para maternales tenaces.
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Roscado con fresa sencilla
Las máquinas empleadas se parecen bastante a los tornos paralelos convencionales (fig . 11 .19) . Sobre la bancada se puede ver el cabezal (5), el plato portapiezas (4), con divisor circular para roscas de varias entradas y la contrapunta (10) . El husillo patrón (7) controla el avance longitudinal del carro (9), sobre el que va el carro transversal (11) que lleva el soporte portafresas (3) . Detalle A
Fig. 11 . 19 Fresadora de roscar : 1, fresa; 2, pieza; 3, soporte portafresas; 4, plato; 5, cabezal; 6, engranajes de cambio ; 7, husillo; 8, tuerca de embrague ; 9, carro longitudinal; 10, contrapunta ; 11, carro trans versal.
La capacidad de la máquina llega a los 175 mm de diámetro y 2500 mm de longitud . Deben evitarse las variaciones bruscas de temperatura y el calentamiento excesivo de las piezas largas, producido por el mecanizado, porque todo ello se traduce en una dilatación inadmisible de las mismas . La fresa (fig . 11 .20) se monta en un cabezal orientable que se inclina según el ángulo de la hélice media de la rosca. En el mismo carro transversal de la máquina se apoya una luneta móvil que trabaja en el lado opuesto de la fresa (fig . 11 .21) para impedir la flexión de la pieza . El casquillo de la luneta está partido para que la fresa pueda trabajar libremente .
Fig. 11 .20 Fresa de disco de dientes destalonados para tallar roscas.
Fig. 11 .21 Detalle del soporte portafre sas y la luneta móvil de apoyo.
La fresa puede ser de dientes destalonados o bien de dientes alternados, con filos cortantes a uno y a otro lado . Las primeras se afilan con facilidad pero su ángulo de incidencia en los flancos es especialmente pequeño ; las segundas dejan un acabado de gran calidad pero su afilado es difícil .
nema 1
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11 .1 .4 .2 Fig. 11 .22
Fresado de roscas exteriores con fresa múltiple .
Fig. 11 .23
Fresado de roscas interiores con fresa múltiple .
Fig. 11.25
Fresa múltiple para tallar roscas, de agujero pasante .
A
Fig. 11 .26 Fresas múltiples para tallar roscas, con mango : A, cilíndrico ; B, cónico .
Fig. 11 .27 Acción progresiva de las cuchillas en el tallado de roscas por turbulencia .
El roscado con fresa madre se realiza en una sola vuelta de la pieza con ayuda de una fresa de forma cuyos múltiples dientes reproducen los huecos entre filetes de rosca . El montaje de la herramienta se hace siempre al aire, mientras la pieza se sujeta en el plato de la máquina o entre puntos . Se emplea para realizar roscados cortos exteriores (fig . 11 .22) e interiores (figura 11 .23), situados con preferencia en los extremos de las piezas . El esquema de una máquina que trabaja con fresa madre es bastante sencillo (fig . 11 .24) . La fresa (2) es movida por un motor independiente (1) y todo el conjunto reposa sobre el carro transversal para hacer posible el movimiento de penetración . La pieza (3), montada en el plato, es accionada por el motor (4) que, a su vez, proporciona el movimiento longitudinal de traslación . El movimiento helicoidal para la generación de la rosca se obtiene con el tornillo patrón (5) de igual paso que la pieza a roscar . El resorte de torsión (6) compensa las holguras del mecanismo .
Fig. 11.24 Máquina de generación de roscas cortas por fresa-madre : 1, motor para el giro de la fresa; 2, fresa-madre ; 3, pieza a roscar ; 4, motor para dar movimiento de giro y traslación a la pieza; 5, husillo patrón : 6 resorte de torsión .
La herramienta tiene las estrías paralelas, de perfil constante y diente destalonado . Las mayores son huecas, para el acoplamiento sobre mandril (fig . 11 .25) mientras que las de menor diámetro son de mango incorporado, cilíndrico o cónico (fig . 11 .26) . Además de la fresa sencilla y la fresa madre, pueden utilizarse fresas de forma con mango (especialmente indicadas para el fresado de visinfines y grandes roscas trapeciales) y fresas de disco con cuchillas independientes, siempre que se disponga de las máquinas o accesorios adecuados . 11 .1 .5
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Roscado con fresa madre
Roscado por turbulencia o cepillado
Es un sistema muy rápido y preciso, indicado para el tallado de roscas largas . Las herramientas son cuatro cuchillas independientes que giran excéntricamente alrededor de la pieza en un soporte anular que lleva el cabezal portacuchillas (Ver apartado 12 .10 .5 de Tecnología 2. 1 de Máquinas Herramientas) . Las cuchillas trabajan tangencialmente según un plano inclinado que se corresponde con el ángulo de la hélice media de la rosca . Estas cuchillas están distribuidas de tal forma que el trabajo de cada una es uniforme, lo que garantiza el desgaste equitativo de las mismas . El filo de las cuchillas suele ser de metal duro . La forma del mismo varía en cada una de ellas, de modo que se escalona para el arranque equilibrado de viruta (figura 11 .27) en cuchillas de desbaste y de acabado . La máquina que emplea este procedimiento de roscado (fig . 11 .28) tiene una bancada alargada con las guías inclinadas para un mejor acceso a la zona de trabajo . El cabezal portapiezas tiene un husillo con pinza para el arrastre de las piezas y una caja de engranajes para obtener las distintas velocidades de avance . En el extremo opuesto hay una contrapunta móvil para el apoyo de las piezas que, además, cuentan con dos lunetas móviles situadas a ambos lados del cabezal portacuchillas . Un carro porta herramientas muy robusto lleva el cabezal portacuchillas y los mandos necesarios para el roscado . En su parte superior hay un motor de corriente continua con variador de velocidad para el accionamiento del cabezal portacuchillas 202
Fig. 11 .28 Máquina Waldrich para el tallado de roscas por turbulencia .
a la velocidad de corte adecuada según el material y la rosca que se construye pero que, en todo caso, siempre es muy elevada . La precisión conseguida es notable y puede llegar a un error máximo en el paso de 0,02 mm sobre 1000 mm de longitud roscada . Además, existe la ventaja suplementaria de la dilatación mínima por efecto del calor generador en el corte, ya que al avanzar más rápidamente la mecanización que la transmisión del calor, éste se localiza solamente en una zona de corte muy restringida . 11 .1 .6
Rectificado de roscas
Salvo casos excepcionales, es un procedimiento de acabado de roscas construidas por otros métodos, con objeto de lograr la máxima precisión de medidas y la mayor calidad superficial . Por consiguiente, sólo se emplea en roscas de gran responsabilidad y en el acabado de machos, hileras, calibres y herramientas de roscar . 11 .1 .6 .1
Métodos de rectificado de roscas
Existen tres métodos para el rectificado de roscas que se caracterizan por la muela empleada y por la forma de trabajar de ésta - Rectificado longitudinal con muela simple . Es el más exacto de todos. Se emplea para acabar roscas de la máxima precisión o bien, cuando el paso a mecanizar es muy rápido ; por ejemplo, en tornillos de módulo, filete trapecial o diente de sierra, etc . La muela empleada (fig . 11 .29) es de disco -afilada según el sistema de roscaque se desplaza a lo largo del filete con la inclinación necesaria, de acuerdo con el ángulo de la hélice media . - Rectificado longitudinal con muela múltiple . Es parecido al anterior, pero la muela, en lugar de tener un solo perfil de rosca, tiene varios filetes (fig . 11 .30) . En consecuencia, se comporta como un peine de roscar, de modo que los primeros hi los realizan una misión de desbaste y los restantes, de acabado . El rendimiento alcanzado es superior al del sistema por muela simple . Este método tiene especial interés para el rectificado de roscas interiores . - Rectificado de penetración. Es el procedimiento más racional y debe emplearse siempre que sea posible. La muela es de perfil múltiple (fig . 11 .31) y trabaja por penetración radial . Por consiguiente, debe tener una anchura superior a la de la rosca o bien hay que realizar una penetración al lado de otra . La profundidad de rosca se alcanza en el curso de una sola vuelta de la pieza o como máximo dos, de las cuales una es para el desbastado y otra para el acabado . La realización de penetraciones sucesivas (una junto a otra) no es ningún problema en las máquinas modernas puesto que la precisión asegurada es de ± 0,005 mm con relación al paso . Con el procedimiento de penetración es posible rectificar pasos de 0,75 a 4 mm aproximadamente . 11 .1 .6 .2
Fig. 11 .29 Rectificado de roscas pór medio de una muela simple .
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Fig. 11 .30 Rectificado de roscas co,, rnuela múltiple y desplazarniento long, tudinal.
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Rectificadora de roscas
En la figura 11 .32 aparece uno de los modelos más conocidos . Se trata de una máquina muy sólida y precisa . La mesa de trabajo se apoya sobre un zócalo inclinable que puede oscilar sobre un asiento de la bancada . El cabezal portapiezas (2) y la contrapunta (6) están situados sobre la mesa (10) y se desplazan con ella . Dicho 203
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Fig. 11 .31 Rectificado de roscas po penetración radial.
Fig. 11 .32 Rectificadora de roscas Lindner: 1, bancada; 2, cabezal; 3, volante del variador de velocidad; 4, muela; 5, cabezal inclinable; 6, contrapunta ; 7, volante de avance de la muela ; 8, moletas de ajuste del movimiento longitudinal ; 9, volante de ajuste fino de la pieza ; 10, mesa .
cabezal puede girar con velocidad variable y lleva todas las ruedas necesarias para la obtención de los distintos pasos, así como un sistema de división circular para cas de varias entradas . rosEl desplazamiento de la mesa está controlado por un husillo de precisión que lleva un sistema de ajuste para acoplar exactamente la muela a la rosca tallada previamente . Para el rectificado de roscas cónicas hasta 1 :16 hay una regla cónica patrón . El cabezal portamuelas -inclinable (5) en algunos modelos- puede avanzar perpendicularmente a la mesa, deslizándose sobre guías de gran precisión . El husillo portamuelas está montado sobre rodamientos ajustables que permiten un juego máximo de 0,002 mm . 11 .1 .6 .3
máx. 15 mm
25 mm
40 mm
Fig. 11 .33 Perfilados característicos de una muela simple en la rectificadora de roscas .
Perfilado de las muelas La precisión del rectificado depende esencialmente de dos factores : el perfilado de la muela y el mecanismo de reproducción o generación de la rosca . El perfilado de la muela se consigue por medio de un perfilador de diamante con moleta . La moleta es un cilindro o perfilado de acero templado provisto de pequeñas ranuras helicoidales que producen la disgregación local de la estructura de muela . Ésta gira a poca velocidad y la presiona la moleta -montada entre puntosque carece de movimiento propio y es arrastrada por la muela . El perfilado con diamante es más frecuente, en especial en muelas sencillas ; el empleo de la moleta se reserva para las muelas múltiples y formas especiales . La figura 11 .33 representa un resumen de los perfilados más característicos que se efectúan con diamante sobre una muela simple . El dispositivo perfilador consiste en un pequeño carro con un soporte portadiamante o portamoleta que se instala en la parte posterior del cabezal portamuelas para no entorpecer el trabajo de rectificado y también en la parte superior del mo . La operación de perfilar se realiza misde forma semiautomática por medio de diferentes mecanismos, entre los cuales merece citarse el de la figura 11 .34 que te en un sistema tuerca-tornillo consis(1) que mueve el carro (3) longitudinalmente, mientras que la penetración transversal se consigue por medio de una leva (4) que empuja al soporte portadiamantes (2) . La exactitud del perfilado se comprueba con un microscopio que lleva el cabezal para este fin, sin necesidad de desmontar la muela . 11 .1 .6 .4
Fig. 11.34 Sistema Matrix para el perfilado de muelas : 1, tornillo de precisión ; 2, portadiamante; 3, carro del perfilador ; 4, leva; 5, muela.
Reproducción del movimiento helicoidal El movimiento helicoidal que reproduce la rosca se obtiene por medio de un tornillo-patrón o por un husillo. En el primer caso, el tornillo-patrón (1) (fig . 11 .35) va montado sobre el husillo principal (2) y rosca en una tuerca fija (3), dotada de un mecanismo de reglaje (4). Cuando avanza la mesa móvil (7), el desplazamiento del conjunto se efectúa según el paso del tornillo-patrón . Como puede apreciarse, el sistema es muy sencillo lo cual es una ventaja, pero está sujeto al desgaste inevitable del mecanismo de tornillo y tuerca y, además, su capacidad de roscado longitudinal es bastante limitada . 20 4
El segundo procedimiento es imprescindible cuando se rectifican piezas largas . El husillo H está conectado con el husillo o árbol principal A por medio de una complicada combinación de engranajes (fig . 11 .36) que pueden reproducir una inmensa cantidad de pasos distintos con inclusión de ruedas cambiables .
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UEM fig. 11 .35 Reproducción de la rosca por torníllo-patrón en una rectificadora de roscas : 1, tornillo patrón ; 2, husillo principal; 3, tuerca fija; 4, regulación ; 5, rueda sin fin; 6, sinfín ; 7, bancada .
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"Ilh~l Fig. 11 .36 Esquema cinemáticr parcial de una rectificadora de roscas con husillo y sistema diferen ciaí .
Accesorios para el rectificado de roscas interiores
Para el rectificado de roscas interiores es preciso acoplar al cabezal de la máquina un husillo portamuelas idéntico a los usados en las rectificadoras convencionales de interiores (fig . 11 .37) . La muela más empleada es la múltiple, de dimensiones convenientes, aunque también sirve la muela simple, especialmente en agujeros cortos y en agujeros ciegos . 11 .1 .7
Roscado por laminación
Es un procedimiento de roscado sin arranque de virutas en el que la formación de los filetes se logra por la compresión del material de la pieza por medio de órganos laminadores (fig . 11 .38) . La estructura resultante es de una calidad muy notable porque las fibras del material se deforman en lugar de ser cortadas (como ocurre con el mecanizado con arranque de viruta), lo que aumenta la resistencia básica de la rosca . Por razones técnicas, la longitud de las roscas laminadas no suele pasar de 150 milímetros (*), ni su diámetro inferior a 1,5 mm . Los aceros empleados para las piezas deben tener una carga de rotura que no exceda de 110 kgf/mm 1 y un alargamiento no inferior al 8 % . El roscado por laminación se efectúa según dos procedimientos : laminación por rodillos y laminación por peines . Ambos proporcionan una elevada producción de roscas de calidad muy aceptable, en especial cuando se trabaja con rodillos . 11 .1 .7 .1
Fig. 11 .38 Estructura del material después del roscado por lamínación .
Laminación de roscas por rodillos
El laminado por rodillos o moletas consiste esencialmente en dos cilindros perfilados idénticos (1) (fig . 11 .39) de ejes paralelos, que giran a la misma velocidad y en el mismo sentido, que comprimen progresivamente una pieza (2) apoyada en una regla soporte (3) . La pieza, situada ligeramente por debajo de la línea de centros de los rodillos, gira entre ellos sin avanzar. La fuerza de compresión necesaria para el laminado la proporciona una prensa hidráulica cuya presión de trabajo se regula con facilidad, al igual que la velocidad de penetración y la cota de calibrado . El diámetro de partida de la pieza es ligeramente inferior al diámetro medio de la rosca . De esta forma, al penetrar el rodillo en el material, las zonas situadas por debajo de una supuesta línea media son fuertemente comprimidas (fig . 11 .40) lo que provoca el desplazamiento hacia arriba de una masa equivalente de material . (*)
Fig. 11 .37 Rectificado de roscas interiores con muela múltiple .
3 Fig. 11 .39 Laminación de roscas poi rodillos : 1, rodillos, 2, pieza a laminar; 3, soporte.
A : zona de hundimiento B : zona de expansión
Fig. 11 .40 laminado .
Por el procedimiento de laminado a través se roscan, sin embargo, longitudes muy superiores .
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Formación teórica del filete
El laminado por rodillos puede ser : por penetración o a través : 1.
Fig. 11 .41
Laminado de roscas por penetración : 1, rodillo; 2, pieza.
Laminado por penetración
Los rodillos atacan la pieza simultáneamente y en toda su longitud (fig . 11 .41) . Su diámetro D2 es un múltiplo del diámetro D1 de la rosca (fig . 11 .42) . Por consiguiente, si el desarrollo de la pieza es n - Dl , el del cilindro o moleta es n - DZ y, por lo dicho anteriormente, ir - Dl - N, en donde N es el número de entradas o hilos del rodillo. El ángulo a2 = a, . pieza
Fig.
entrada
nQ¿ ~ W1Nl
guía
2.
Fig. 11 .43
Laminado de roscas a iraves . 1, rodillos, 2, pieza.
~'
11.42 Desarrollo y proporciones de la rosca y el rodillo en el laminado por penetración.
Laminado a través
Por este método, los dos rodillos tienen una separación fija -calibrada según el diámetro de rosca- mientras la pieza avanza longitudinalmente a través de aquéllos (fig . 11 .43) . Con un apoyo adecuado, es posible roscar piezas de 200Q mm de longitud, aunque la precisión del paso no es tanta como la obtenida con el método anterior . El avance de la pieza es consecuencia del diseño de los rodillos cuyo ángulo de hélice a2 (fig . 11 .44) es aproximadamente igual a los 2/3 del ángulo de la rosca al ; esta concepción de los rodillos produce el arrastre longitudinal de la pieza. Por otra parte, el diámetro del rodillo D2 es múltiplo del diámetro de la rosca Di; o sea, que se cumple que D2 = D, - N, en donde N es el número de hilos del rodillo . 11 .1 .7 .2
Fig. 11 .44 Desarrollo y proporciones de la rosca y el rodillo en el laminado a través.
Laminadora de roscas por rodillos En la figura 11 .45 se presenta una máquina de este tipo, donde se aprecia su disposición general . El esquema de la misma está realizado en la figura 11 .46. Los rodillos (1) -uno fijo y otro móvil- reciben el movimiento de una cadena cinemática que empieza en el motorrreductor (9). El árbol del rodillo móvil está unido a los cilindros hidráulicos (3), impulsados por la bomba (5), cuya carrera se ajusta finamente por el volante (7). La velocidad tangencia¡ de las moletas se sitúa alrededor de los 20 m/min, aunque varía ligeramente según la dureza del material . La presión de roscado varía entre 500 kgf, para los pasos finos y 1200-1500 kgf, para los gruesos .
Fig. 11 .45 Laminadora de roscas por rodillos Pee- Wee. 11 .1 .7 .3 11 .47 Laminación de roscas puf peines : 1, peines ; 2, pieza.
Laminado de roscas por peines
Fig. 11 .46 Esquema de la máquina Pee-Wee. 1, rodillos, 2, soporte pieza; 3, cilindros hidráulicos, 4, motor; 5, bomba hidráulica ; 6, mano-reductor; 7, volante de calibrado, 8, transmisión, 9, moto-reductor; 10, reglaje de los hilos .
Este procedimiento consiste en la acción deformadora de un par de peines (figura 11 .47) -uno fijo y otro móvil- entre los que gira la pieza a roscar . Se emplea normalmente para el roscado de tornillos de calidad ordinaria, a partir de alambre estirado, cuyo diámetro no excede casi nunca de 12 mm . 20 6
Las máquinas que funcionan por este procedimiento son completamente automáticas (fig . 11 .48) . Un distribuidor asegura la alimentación continua de los peines . La cadencia de producción es muy elevada, llegando hasta 70 golpes/min y, a ve ces, hasta 150 golpes/minuto en Ibs tornillos de material blando y pequeño diámetro . Los peines son piezas prismáticas (fig . 11 .49) fresadas y rectificadas, cuyas medidas son aproximadamente las indicadas . Llevan un par de entradas cónicas que producen el recalcado del material, a las que se añade una guía cuando existe en la caña una parte no roscada .
CUESTIONARIO
cas .
11 .1 11 .2 11 .3 11 .4 11 .5 11 .6 11 .7 11 .8 11 .9 11 .10 11 .11 11 .12 11 .13 11 .14
Procedimiento para la conformación de roscas por arranque de viruta . Torno de roscar cinemático . Roscado con terraja de apertura automática . Clases de peines y forma de actuación . Roscado con macho . ¿Por qué se construyen machos con dientes alternados? ¿Cuál es la misión de las ranuras helicoidales de los machos? Roscado con fresa sencilla . Roscado por turbulencia o cepillado . Métodos para el rectificado de roscas . Perfilado de las muelas con diamante . Sistemas de reproducción del movimiento helicoidal en una rectificadora de rosLaminación de roscas por rodillos . Laminación de roscas por peines .
Fig. 11 .48 Laminación por peines . Principio de funcionamiento : 1, peine; 2, pieza ; 3, tope abatible; 4, peine móvil; 5, empujador.
__150
_
-ieza
galga I
Fig. 11 .49 Forma y dimensiones del peine de laminar roscas .