Mecanizado básico

FAMILIA PROFESIONAL DE FABRICACIÓN MECÁNICA

TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO

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Geometría y trigonometría


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Materiales férricos


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1.- INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA La Ciencia de los Materiales se ocupa principalmente de las propiedades, clasificación, procesamiento y usos de las diversas manifestaciones de la materia en el Universo. El comportamiento de los materiales queda definido por su estructura. A nivel microscópico, la estructura electrónica de un átomo determina la naturaleza de los enlaces atómicos que a su vez contribuye a fijar las propiedades de un material dado. En forma general, las propiedades se separan para su estudio en dos grandes ramas: propiedades físicas y propiedades mecánicas. Propiedades mecánicas: Describen la forma en que un material soporta fuerzas aplicadas, incluyendo fuerzas de tensión, compresión, impacto, cíclicas o de fatiga, o fuerzas a altas temperaturas. A continuación se definen las más comunes: •

Tenacidad: Es la propiedad que tienen ciertos materiales de absorber la energía de los esfuerzos que se les apliquen, sin romperse.

•

Elasticidad: Consiste en la capacidad de algunos materiales para recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación.

•

Dureza: Es la resistencia que un material opone a la penetración (rayado por otro material).

•

Fragilidad: Un material es frágil cuando se rompe fácilmente por la acción de un choque.

•

Plasticidad: Aptitud de algunos materiales sólidos de adquirir deformaciones permanentes, bajo la acción de una presión o fuerza exterior, sin que se produzca rotura.

•

Ductibilidad: Considerada una variante de la plasticidad, es la propiedad que poseen ciertos metales para poder estirarse en forma de hilos finos.

•

Maleabilidad: Otra variante de la plasticidad, consiste en la posibilidad de transformar algunos metales en láminas delgadas.

Las anteriores propiedades mecánicas se valoran con exactitud mediante ensayos mecánicos:


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•

Ensayo de tracción: Ofrece una idea aproximada de la tenacidad y elasticidad de un material.

•

Ensayos de dureza: Permiten conocer el grado de dureza del material.

•

Ensayos al choque: Su práctica permite conocer la fragilidad y tenacidad de un material.

•

Ensayos tecnológicos: Ponen de manifiesto las características de plasticidad que posee un material para proceder a su forja, doblado, embutido, etc.

Propiedades físicas de los materiales Dependen de la estructura y procesamiento del material. Describen características como color, conductividad eléctrica o térmica, magnetismo y comportamiento óptico, generalmente no se alteran por fuerzas que actúan sobre el material. Pueden dividirse en: eléctricas, magnéticas y ópticas. Propiedades eléctricas: Describen el comportamiento eléctrico del metal, el cual en muchas ocasiones es más crítico que su comportamiento mecánico. Existe también el comportamiento dieléctrico, propio de los materiales que impiden el flujo de corriente eléctrica, que va más allá de simplemente proporcionar aislamiento. Los electrones son los portadores de carga en los materiales conductores, semiconductores y muchos de los aislantes; en los compuestos iónicos son los iones quienes transportan la mayor parte de la carga. La movilidad de los portadores depende de los enlaces atómicos, de las imperfecciones de la red, de la microestructura y, en los compuestos iónicos, de las velocidades de difusión. Propiedades magnéticas: Son las respuestas que da el material a la acción de un campo magnético. Al modificar la microestructura, la composición o el procesamiento se pueden alterar las propiedades magnéticas, que son: •

Diamagnetismo: Los microcomponentes de los materiales se oponen al campo magnético, haciendo que la magnetización sea nula.

•

Paramagnetismo: Para magnetizar los materiales se requieren campos magnéticos extremadamente grandes.Además, en cuanto se elimina el campo, el efecto se pierde.

•

Ferromagnetismo: Consiste en la fácil magnetización de los materiales. Aún con campos magnéticos pequeños se obtienen magnetizaciones importantes.

Propiedades ópticas: Estas propiedades producen una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento electrónico.


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Clasificación de los materiales Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cerámicos, polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas. Metales. Tienen como característica una buena conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente útiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad particularmente deseable en mayor proporción o permiten una mejor combinación de propiedades. Cerámicos. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frágiles y quebradizos. Nuevas técnicas de procesos consiguen que los cerámicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos. Polímeros. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de moléculas orgánicas. Tienen baja conductividad eléctrica y térmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polímeros termoplásticos, en los que las cadenas moleculares no están conectadas de manera rígida, tienen buena ductibilidad y conformabilidad; en cambio, los polímeros termoestables son más resistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen más frágiles. Tienen múltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos electrónicos. Semiconductores. Su conductividad eléctrica puede controlarse para su uso en dispositivos electrónicos. Son muy frágiles. Materiales compuestos. Como su nombre lo indica, están formados a partir de dos o más materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de forma individual.

Metales De los elementos que figuran en la tabla periódica, alrededor de 80 pueden ser clasificados como metales. Todos ellos tienen en común que sus electrones más externos en un átomo neutro son cedidos fácilmente. Esta característica es la causa de su conductividad, tanto eléctrica como térmica, de su brillo y maleabilidad. El uso de metales puros es limitado, pues son blandos o tienden a corroerse. Sin embargo, toleran una considerable cantidad de elementos en estado sólido o líquido. Así, la mayor parte de los materiales metálicos comúnmente usados son mezclas de dos o más metales elementales. Es posible realizar estas mezclas de varias maneras, pero casi siempre se obtienen por la unión de metales por arriba de su punto de fusión. Esa mezcla sólida de metales o metaloides se denomina aleación. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Aleaciones Férreas. Son las sustancias cuyo metal básico es el hierro y que han sufrido un proceso metalúrgico. También llamados productos siderúrgicos, pueden clasificarse en: hierro, aceros, fundiciones, ferroaleaciones, aleaciones férreas especiales y conglomerados férreos. De todos estos productos siderúrgicos, son los aceros y fundiciones los empleados por excelencia en la fabricación mecánica y ya en menor proporción, los conglomerados no férreos. De estos últimos hablaremos de forma más amplia en capítulos posteriores.

2.- EL HIERRO Nombre de un elemento químico, blanco-gris, peso específico 7,85, punto de fusión 1530 ° C, peso atómico 5,84, Nº Atómico 26, insoluble, punto de ebullición 2450° C, magnético hasta los 770° C, resistencia a la tracción 25 kg/mm². También se aplica este nombre a los hierros industriales que son productos siderúrgicos de los que, solamente con carácter de impurezas pueden formar parte otros elementos. El hierro puro carece de una gran variedad de usos industriales debido a sus bajas características mecánicas y la dificultad de su obtención. Encuentra aplicaciones en la industria eléctrica dadas sus cualidades de permeabilidad magnética. El hierro como elemento metálico, tiene una estructura cristalina, es decir, sus átomos se agrupan formando estructuras geométricas, en este caso cubos. Según la temperatura a la que se encuentre el hierro, la formación cúbica podrá ser del tipo centrado en el cuerpo (o simplemente cúbico centrado) o centrado en las caras (cúbico centrado en las caras).

Estructura Cúbica Centrada


Estructura Cúbica Centrada en las caras

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En el primer caso, el cubo se compone de nueve átomos: uno por vértice y uno más en el centro geométrico del cubo. Es la estructura que tiene el hierro a temperatura ambiente, se conoce como hierro alfa. En la estructura cúbica centrada en las caras, el número de átomos será catorce: uno por vértice y uno en el centro de cada cara. Aparece en el hierro cuando su temperatura se eleva a aproximadamente a 910ºC, se conoce como hierro gamma (γ). Existen otros estados del hierro que son el beta y el delta que también tienen estructura cúbica centrada en el cuerpo, pero no se estudiarán aquí por sus escasas aplicaciones industriales. También se encuentran con estructura cúbica centrada en el cuerpo, el cromo, el molibdeno y el tungsteno. A temperatura elevada el aluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, el plomo y el platino son algunos de los metales que tienen estructura de malla cúbica centrada en las caras.

3.- ALEACIONES Fe-C Las aleaciones de hierro y carbono -aceros y fundiciones- son las aleaciones metálicas más importantes de la civilización actual. Por su volumen, la producción de fundición y de acero supera en más de diez veces la producción de todos los demás metales juntos. Corrientemente se da el nombre de acero y fundición, a las aleaciones hierro - carbono (si tienen más del 1,7 % de C son fundiciones y si tienen menos del 1,7 % de C son aceros). Los constituyentes metálicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son principalmente: ferrita, cementita, perlita, martensita y rara vez austenita, aunque nunca como único constituyente. También pueden estar presentes constituyentes no metálicos como óxidos, silicatos, sulfuros y aluminatos. FERRITA (Hierro α) Es una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la máxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 °C. La ferrita es la fase más blanda y dúctil de los aceros, cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo. La ferrita se obsera al microscopio como granos poligonales claros.

CEMENTITA Es el carburo de hierro de fórmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente más duro y frágil de los aceros al carbono y el único que forma un compuesto químico con propiedades diferentes a las del hierro y el carbono. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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PERLITA Es el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. El nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformación isotérmica de la austenita en el rango de 650 a 723°C.

AUSTENITA Es el constituyente más denso de los aceros y está formado por una solución sólida por inserción de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, varía de 0.8 al 1,7 % C que es la máxima solubilidad a la temperatura de 1130 °C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-níquel denominados austeníticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos centrados en las caras, no es magnética.

MARTENSITA Cuando se trata de aceros no aleados, es el constituyente de los aceros templados, está conformado por una solución sólida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros desde su estado austenítico a altas temperaturas, siendo su estructura granular diferente a la que se produciría en condiciones de equilibrio. El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades físicas varían con su contenido en carbono hasta un máximo de 0.7 %C.

4.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS El tratamiento térmico es la operación de calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al desgaste como a la tensión.


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Temple El temple es el proceso de endurecimiento del acero y consiste en el calentamiento del metal de manera uniforme, lentamente al principio para evitar que se produzcan fisuras en la zona de temperaturas llamada de fragilidad (aprox. 450º C) y después rápidamente, hasta llegar a la temperatura correcta (aprox. 50º C por encima de la temperatura crítica), mantenerlo en esa temperatura durante unos minutos (caldeo del material) y luego enfriarlo con agua, aceite, aire o en una cámara refrigerada. El endurecimiento depende de la velocidad de enfriamiento y produce una estructura granular fina que aumenta la resistencia a la tracción (tensión) y disminuye la ductilidad.

T ºC Tc+50º

t (s) Diagrama del temple

Revenido Después que se ha endurecido el acero es muy quebradizo o frágil lo que impide su manejo pues se rompe con el mínimo golpe debido a la tensión interior generada por el proceso de endurecimiento. Para contrarrestar la fragilidad se realiza el revenido. Este proceso hace más tenaz y menos quebradizo el acero aunque pierde algo de dureza. El proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada (entre 200 y 600º C, según el tipo de acero), mantener en esa temperatura unos minutos, para después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla. Siendo que se enfría con rapidez, la velocidad de enfriamiento no será tan alta como la del temple.


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Recocido El material se calienta por hasta una temperatura similar a la del temple (recocido de regeneración y recocido globular) o algo inferior a la temperatura crítica (resto de recocidos), se caldea y se enfría lentamente. El objeto de este tratamiento es ablandar el acero, homogenizar su estructura y composición química y aumentar su ductilidad. Se presentan cuatro formas: -Recocido de regeneración: Cuando después de la forja o laminación se desea mecanizar en las mejores condiciones posibles los aceros con porcentajes de carbono variables de 0.35 a 0.60%. -Recocido de ablandamiento: En algunos casos en que interesa disminuir la dureza de los aceros al carbono. -Recocidos contra acritud: Se emplea para aceros de bajo contenido en carbono (inferior a 0.30%) que han sufrido un fuerte trabajo en frío por laminado o estirado y en los que la dureza ha aumentado por deformación de los cristales, habiéndose disminuido al mismo tiempo la ductilidad y el alargamiento hasta limites tan bajos que no se puede seguir el proceso mecánico de transformación en frío porque se rompe el acero. -Recocido globular: En algunos casos excepcionales en que se interesa que los aceros queden con estructuras globulares debe calentarse durante largo tiempo el acero a temperaturas entre 700º a 740ºC y luego enfriar lentamente. De esta forma el material tiene una extraordinaria ductilidad.

Normalizado Este tratamiento, similar al recocido, consiste en calentar el acero a unos 50ºC por encima de la temperatura crítica y enfriarlo luego al aire, de esta forma, la estructura del material será la que se produciría en condiciones normales. Su empleo es importante cuando la estructura cristalina del acero es gruesa por haber sufrido calentamientos a temperaturas muy elevadas, o porque el trabajo de forja ha sido insuficiente para destruir la estructura en bruto de colada o la estructura cristalina no es la correcta.

5.- TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS En numerosas aplicaciones industriales es necesario que algunas piezas tengan la superficie muy dura y resistente al desgaste y la parte central o núcleo, muy tenaz y relativamente blanda. Los tratamientos más utilizados para conseguir estas características son: cementación y nitruración, aunque hay otros, algunos de ellos incorporan ambas técnicas.. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Carburación o cementación. Este tratamiento consiste en suministrar carbono a la superficie del acero para que se difunda al interior de la pieza. Su principal ventaja se presenta al utilizar aceros de bajo carbono que al tener un núcleo blando y superficie dura puede convertirse en una herramienta tenaz. Para mejorar las condiciones del núcleo, generalmente se procede a templar la pieza una o dos veces después de la cementación. La cementación puede ser líquida, sólida o gaseosa. Cementación gaseosa.- El agente carburante en este proceso puede ser un hidrocarburo gaseoso como el gas natural o propano, o hidrocarburos líquidos como los terpenos, benceno, alcoholes, glicones o cetonas. Cuando se hace por hidrocarburos líquidos se hace dejando caer en gotas sobre una placa caliente donde se evapora y se vuelve monóxido y dióxido de carbono, metano y vapor de agua. Cementación sólida o en caja.- El agente carburante es el monóxido de carbono generado por la reacción entre el carbón granulado, que rellena la caja con el aire atrapado por el relleno. En este proceso se presentan los activadores y catalizadores como carbonato de bario o sodio, ferrocianuro de potasio, cuero calcinado, hueso carbonizado, etc. que ayudan a acelerar la reacción. La caja se debe introducir a una temperatura que está entre 810°C y 950°C; cuanto más alta sea la temperatura, más alta será la cementación y mayor el contenido de carbono, pero debido a las elevadas temperaturas se produce un grano grande que repercute en el deterioro de las propiedades de la pieza. Cementación líquida.- Las piezas se introducen en un baño de sales fundidas a 930°C constituidas por una sal base generalmente cloruro o carbonato de sodio, con adición de una sal aportadora de carbono, cianuro de sodio o de potasio y de una sal activante, cloruro de bario, mezclados en porcentajes adecuados, según los resultados que se deseen obtener. La presencia de nitrógeno en los cianuros provoca también la formación de productos de reacción (nitruros) de elevada dureza pero limitados a una finísima capa exterior.

Nitruración La nitruración permite aumentar el contenido de nitrógeno en la superficie de la pieza dándole dureza superficial que lo hace resistente al desgaste, resistente a la fatiga, a la corrosión y resistente al ablandamiento por revenido. Como la temperatura de nitruracion es de 500°C a 570°C no se presentan problemas de distorsión y ade más no necesitan temple posterior. Algunos elementos son formadores de nitruros como el aluminio, cromo, vanadio y molibdeno. Nitruración gaseosa.- Consiste en hacer penetrar nitrógeno en la capa superficial de las piezas con el fin de obtener endurecimiento superficial de estas, se obtiene dureza y gran resistencia TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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al desgaste, buena resistencia a la fatiga y a la corrosión, ausente de las tensiones internas provocadas por el temple. Los aceros sometidos a nitruración son aceros especiales llamados aceros de nitruración con un contenido de carbono de 0.4% y que contienen elementos como cromo y aluminio que favorecen la penetración de nitrógeno, junto al molibdeno que elimina la fragilidad de la capa nitrurada. El tratamiento se realiza a 520°C, colocando las pi ezas en cajas cerradas herméticamente donde llegan dos tubos, uno para introducir los gases conteniendo nitrógeno y otro para la salida de estos, es necesario que las piezas a nitrurar estén acabadas de mecanización, bonificadas, pulidas, desengrasadas y secas. Si se desea tener alguna parte de la pieza no endurecida para su correspondiente protección se puede recurrir a una operación de estañado realizada electrolíticamente. El proceso se basa en la afinidad que tienen los elementos de aleación del acero por el nitrógeno naciente que se produce por la disociación de amoniaco gaseoso cuando se pone en contacto con el acero. Nitruración líquida.- Emplea la misma temperatura que la nitruracion gaseosa, este proceso se hace en sales de cianuro fundido. Los baños se pueden trabajar con amoniaco gaseoso a presión para asegurar el nitrógeno naciente.

6.- ACEROS ALEADOS Una de las formas de alterar las propiedades de los aceros, es añadir otros elementos a la aleación. Según el elemento de que se trate y su proporción dentro de aleación, ésta variará sustancialmente sus propiedades respecto a las de los materiales en condiciones normales.

Influencia de los elementos de aleación en las propiedades de los aceros

Níquel (Ni). Sirve para producir en los aceros gran tenacidad. Cromo (Cr). Se emplea en cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc. Molibdeno (Mo). Mejora notablemente la resistencia a la tracción. El molibdeno a aumenta también la resistencia de los aceros en caliente. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Wolframio (tungsteno) (W). Es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros de herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte y aceros para trabajos en caliente. Sirve para mantener la dureza de los aceros a elevada temperatura y evitan que se desafilen o ablanden las herramientas, aunque lleguen a calentarse a 500º o 600º. También se usa para la fabricación de aceros para imanes. Vanadio (V). Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas. Una característica de los aceros con vanadio, es su gran resistencia al ablandamiento por revenido. Manganeso (Mn). Aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado liquido en los hornos durante los procesos de fabricación. Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar, porque el azufre que suele encontrarse en mayor o menor cantidad en los aceros, formaría sulfuros de hierro, que son cuerpos de muy bajo punto de fusión (981º aprox.) que a las temperaturas de trabajo en caliente (forja o laminación) funden, y al encontrarse contorneando los granos de acero crean zonas de debilidad y las piezas y barras se abren en esas operaciones de transformación. Silicio (Si). Este elemento aparece en todos los aceros, lo mismo que el manganeso, porque se añade intencionadamente durante el proceso de fabricación. Se emplea como elemento desoxidante complementario del manganeso con objeto de evitar que aparezcan en el acero los poros y otros defectos internos Cobalto (Co). Se emplea casi exclusivamente en los aceros rápidos de más alta calidad para aumentar su dureza y su resistencia. Aluminio (Al). Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricación de muchos aceros. Titanio (Ti). Se suele añadir pequeñas cantidades de titanio a algunos aceros muy especiales para desoxidar y afinar el grano. Cobre (Cu). El cobre se suele emplear para mejorar la resistencia a la corrosión de ciertos aceros.

Azufre (S) y Fósforo (P). Son elementos generalmente indeseables en la aleación, considerados impurezas. Rara vez contribuyen a una mejora de las características mecánicas del acero. Se intentará que estos elementos se encuentren en la menor proporción posible.


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7.- CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS. El Instituto del Hierro y del Acero clasifica los aceros en las siguientes series: F-100 Aceros finos de construcción general. F-200 Aceros para usos especiales. F-300 Aceros resistentes a la corrosión y oxidación. F-400 Aceros para emergencia. F-500 Aceros para herramientas. F-600 Aceros comunes. Cada una de estas series de subdivide en grupos, obteniendo: Grupo F-110 Aceros al carbono. Grupo F-120 Aceros aleados de gran resistencia. Grupo F-130 " " Grupo F-140 Aceros aleados de gran elasticidad. Grupo F-150 Aceros para cementar. Grupo F-160 " " Grupo F-170 Aceros para nitrurar. Grupo F-210 Aceros de fácil mecanizado. Grupo F-220 Aceros de fácil soldadura. Grupo F-230 Aceros con propiedades magnéticas. Grupo F-240 Aceros de alta y baja dilatación Grupo F-250 Aceros de resistencia a la fluencia. Grupo F-410 Aceros de alta resistencia. Grupo F-420 " " Grupo F-430 Aceros para cementar. Grupo F-510 Aceros al carbono para herramientas. Grupo F-520 Aceros aleados. Grupo F-530 " " Grupo F-540 " " Grupo F-550 Aceros rápidos. Grupo F-610 Aceros Bessemer. Grupo F-620 Aceros Siemens. Grupo F-630 Aceros para usos particulares.

8.- FORMAS COMERCIALES DEL ACERO. El acero que se emplea para la construcción mecánica y metálica tiene tres formas usuales: barras, perfiles y palastros. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Barras. Se obtienen en laminación y trefilado en hileras pudiendo obtener secciones de las siguientes formas: Pletinas. Cuando el espesor es igual o menor de la décima parte del ancho de la sección. Cuando el espesor es más delgado, se llaman flejes. Media caña o pasamanos. Triángulo Cuadrado Hexágono Redondo Perfiles. Se obtienen por laminación, siendo su longitud de 4 a 12 m. los más corrientes son: Doble T: Utilizadas como vigas las hay hasta de 600 mm de altura. U: Forma vigas compuestas. Hasta 300mm de altura Z: De dimensiones comprendidas entre 30 a 200 mm Tubo: Que puede ser de sección cuadrada, circular, etc.

9.- ACEROS: COMPOSICIÓN QUÍMICA. Como ya se ha dicho, en el acero, además de hierro y carbono como elementos fundamentales, intervienen elementos accidentales, entre ellos el azufre y el fósforo, que dada su afinidad con el acero, son difíciles de eliminar, no obstante se reducen a proporciones inofensivas (< 0.05 %); otros elementos facilitan la obtención, como el silicio y el manganeso que adicionados en pequeñas proporciones (0.2 a 0.9 %) evitan la oxidación del metal fundido, el resto (97.5 a 99.5%) es hierro. Los aceros con esta composición se llaman aceros al carbono. Atendiendo al porcentaje de contenido en carbono, estos aceros suelen denominarse como se indica en el siguiente cuadro: % de Carbono 0.1 a 0.2 0.2 a 0.3 0.3 a 0.4 0.4 a 0.5 0.5 a 0.6 0.6 a 0.7

Denominación Aceros extrasuaves Aceros suaves Aceros semisuaves Aceros semiduros Aceros duros Aceros extraduros


Resistencia 38 - 48 kg / mm² 48 - 55 kg / mm² 55 - 62 kg / mm² 62 - 70 kg / mm² 70 - 75 kg / mm² 75 - 80 kg / mm² CURSO: 2011-2012

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7.- FUNDICIONES Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. Se caracterizan por que se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero sí mecanizables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste. Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son: -

Son más fáciles de mecanizar que los aceros. Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad. En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos. Absorben las vibraciones mecánicas. Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.

De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

7.1.- MICROCONSTITUYENTES DE LAS FUNDICIONES

Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, más el eutéctico ledeburita compuesto de austenita y cementita y el carbono en forma de láminas, nódulos o esferitas de grafito, entre otros. Su microestructura se basa en el diagrama hierro carbono estable. Ledeburita: Es el constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4.3% C desde 1145°C. Está formada por 52% de cementita y 4 8% de austenita de 2% C. La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias debido a que en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita; sin embargo en las fundiciones se pueden conocer la zonas donde existió la ledeburita por el aspecto eutéctico con que quedan las agrupaciones de perlita y cementita.

7.2.- FUNDICIÓN GRIS

La mayor parte del contenido de carbono en la fundición gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables. La fundición gris es fácil de mecanizar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para mecanizaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.

7.3.- FUNDICIÓN NODULAR La fundición nodular, dúctil o esferoidal se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular, tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con una pequeña cantidad de materiales como magnesio, cerio, o ambos. Esta microestructura produce propiedades deseables como alta ductilidad, resistencia, buen mecanizado, buena fluidez para la colada, buen endurecimiento y tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que la sometan a un tratamiento térmico, superficial, especial. Este tipo de fundición se caracteriza por que en ella el grafito aparece en forma de esferas, ésto da lugar a una resistencia a la tracción y tenacidad mayores que en la fundición gris ordinaria. La fundición nodular se diferencia de la fundición maleable en que normalmente se obtiene directamente en bruto de colada sin necesidad de tratamiento térmico posterior. Cada día se están sustituyendo muchos elementos de máquinas que tradicionalmente eran de fundición gris o acero, por fundición nodular.

7.4.- FUNDICIÓN BLANCA Se forma al enfriar rápidamente la fundición de hierro desde el estado líquido. A los 1130°C el líquido alcanza la composición eutéctica (4,2%C) y se solidifica como un eutéctico de austenita y cementita llamado ledeburita. La fundición blanca se utiliza en cuerpos moledores por su gran resistencia al desgaste, el enfriamiento rápido evita la grafitización de la cementita pero si se calienta de nuevo la pieza colada a una temperatura de 870°C el grafito se for ma lentamente adoptando una forma característica conocida como carbono de revenido, resultando la fundición maleable. La fundición blanca se produce en el horno de cubilote, su composición y rapidez de solidificación separa coladas que se transformarán con tratamiento térmico en hierro maleable. La fundición blanca también se utiliza en aplicaciones donde se necesita buena resistencia al desgaste tal como en las trituradoras y en los molinos de rodillos.

7.5.- FUNDICIÓN MALEABLE Las fundiciones maleables son tipos especiales por el tratamiento térmico de la fundición blanca. Estas fundiciones se someten a rígidos controles y dan por resultado una TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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microestructura en la cual la mayoría del carbono está en la forma combinada de cementita, debido a su estructura la fundición blanca es dura, quebradiza y muy dificil de mecanizar. Las fundiciones maleables se utilizan en la fabricación de partes de maquinaria agrícola, industrial y de transporte

7.6.- FUNDICIÓN ALEADA Las fundiciones aleadas son aquellas que contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o para comunicarles alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión, al calor etc. Los elementos de aleación modifican la microestructura de las fundiciones y con ello su dureza y resistencia. Los elementos de aleación modifican también como en los aceros, la situación de los puntos críticos y además ejercen una acción muy importante y compleja en la grafitización. Ciertos elementos como el silicio, aluminio, níquel y cobre, que se disuelven en la ferrita, la endurecen y la hacen aumentar su resistencia. Otros elementos como el cromo, manganeso, y molibdeno son formadores de carburos, son elementos que tienden a formar fundición blanca en vez de gris y dificultan la grafitización 7.7.- CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES La clasificación establecida por el Instituto del Hierro y el Acero de las fundiciones utilizadas en al construcción mecánica es la siguiente: Serie F-800 Fundiciones. Grupo F-810 Fundiciones grises. Grupo F-830 Fundiciones maleables. Grupo F-840 Fundiciones maleables perlíticas. Grupo F-860 Fundiciones nodulares. Grupo F-870 Fundiciones especiales.

RESUMEN Se ha estudiado en esta unidad el diagrama de la aleación Fe-C en condiciones de equilibrio, y con ello todas la posibilidades de formación de microcomponentes en función del % de carbono en disolución y de la temperatura a la que se encuentre el material SÓLIDO.


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A continuación se han estudiado técnicas para alterar la formación de esos microcomponentes a los efectos de conseguir características en el material que no se dan en condiciones de equilibrio: -

Tratamientos térmicos. Tratamientos termoquímicos Otros materiales añadidos a la aleación.

Será objeto de ampliación en otras unidades la clasificación de los aceros y fundiciones y su nomenclatura normalizada, así como el estudio de otras aleaciones y sus características. Como anexo a este documento, en la última página se ha dibujado el diagrama de equilibrio Fe-C de forma simplificada.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO La Metrología en mecanizado, es la técnica mediante la cual se pueden realizar los procesos de medida, comparación y verificación de los elementos fabricados o en bruto. Medir: es etablecer las dimensiones de un objeto. Lo que se pretende es averiguar cuánto mide. Comparar: es establecer diferencias entre objetos. No se pretende saber cuánto mide un objeto, sino la diferencia de medida que hay entre dos objetos o entre dos partes diferentes de uno. Por ejemplo: si se quiere saber si una superficie es totalmente plana y/o horizontal, se puede realizar una medida en un punto de ella y otra en otro punto diferente. Las diferencias de medida serán las que permitan establecer si la superficie tiene la forma y/o posición deseada. Verificar: es comprobar si la pieza que se ha fabricado, cumple con las formas y dimensiones que se pretendían. Se hará la verificación de una pieza fabricada o verificaciones intermedias durante el proceso de fabricación para ir comprobando que los trabajos se están haciendo correctamente.

Apreciación de un aparato de medida: es la mínima medida que de forma directa se puede leer exactamente sobre el aparato. Por ejemplo: en una regla graduada en milímetros, la apreciación será de un milímetro, ya que dimensiones más pequeñas no se pueden leer con exactitud. Se podrán estimar “a ojo”, pero no leer.

Error en la medida. Cuando medimos, situamos una determinada marca que tiene el aparato de medida sobre uno de los extremos y otra sobre el otro extremo del objeto que vamos a medir. Son líneas finísimas, pero si las observásemos con un microscopio, veríamos que tienen una anchura, por tanto es imposible medir con total exactitud. Esta limitación y el hecho de que los aparatos empleados, pueden no tener la apreciación necesaria, hace que se tenga que emplear una técnica para poder medir y, sobre todo verificar, con la mayor exactitud posible. Método. De una misma medida (a), se harán varias mediciones (a1, a2, a3, … an) y después se hará media aritmética de todas ellas, expresando el resultado al menos con una cifra decimal más de la que permita la apreciación del aparato. Lógicamente, cuantas más mediciones se hagan, más perciso será el resultado.

Errores de medida evitables. Además de las limitaciones de la física ya explicadas en el apartado anterior, existen otros errores al realizar mediciones que pueden ser evitados siguiendo unas sencillas normas: a) Leer la medida del aparato siempre de frente. Si se inclina el aparato de medida cuando se lee, la superposición de las líneas de referencia puede ser un efecto óptico y dar una lectura falsa. A este error, se le llama “paralaje”. b) Conservar en buen estado los aparatos de medida. Estamos hablando de aparatos que son capaces de apreciar centésimas de milímetro. Resulta lógico que cualquier intento de forzar el movimiento de los aparatos, cualquier golpe y la suciedad acumulada en las guías, provocarán en el aparato unas holguras inadmisibles.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO EL CALIBRE O PIE DE REY Regla fija. Escala de mm. 0

10

20

30

0 12 3 4 5 6 7 8 910

40

50

60

70

Nonio. Regla móvil. 10 divisiones de 0,9 mm cada una.

Medida interior entre topes

10,4

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10,4 Medida exterior entre topes


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO Ejemplo de lectura: 1º.- Véase que el cero del nonio está entre los valores 10 mm y 11 mm. Tomaremos 10 mm. 2º.- La división del nonio que coincide con uno de los mm es la 4ª. 3º.- La apreciación del calibre es:

ap =

1mm 1mm = = 0,1mm nº div 10

4º.- La medida es 10 + (4 x 0,1) = 10,4 mm

Otro nonio y su apreciación En este caso, el nonio tiene 20 divisiones, por tanto:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ap =

1mm = 0,05mm 20

Los dos tipos de nonio que se han descrito son los más frecuentes. En algunos calibres, la escala de milímetros está numerada en cm, es decir que donde indica 10 indicaría 1, en 20 indicaría 2, etc.


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20

0 1 2 3 4

5 6

15

Nonio. Normalmente con 50 divisiones. Giratorio.

10

Tambor giratorio.

5

EL MICRÓMETRO

Regla fija con mm y medios mm.

Ejemplo de medida: 1º.- Observaremos cuántos milímetros son visibles. En el ejemplo: 6 mm. 2º.- Observaremos si tras el último milímetro visible se ve la línea de medio milímetro. En el ejemplo: sí. 3º.- Observaremos qué línea del nonio coincide con la de referencia en la regla. En el ejemplo: la 12ª. 4º.- La apreciación en el aparato es:

ap =

av nº div

av: es el avance longitudinal del tambor por cada vuelta entera. Normalmente 0,5 mm. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO El nonio suele estar dividido en 50 partes. De modo que en un micrómetro de los más utilizados:

ap =

0,5 = 0,01mm 50

En el ejemplo, la lectura sería: 6 mm + 0,50 mm + 0,12 mm = 6,62 mm. Obsérvese que si no estuviera visible el último medio milímetro, en la suma anterior no se pondría + 0,50 mm.

Tipos de micrómetros:

Micrómetro profundidades.

para

medir

Micrómetro para medir roscas.


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Micrómetro para medir exteriores, también llamado Palmer.

Micrómetro para interiores. Obsérvese que, como es lógico la escala de la regla está al revés que en de exteriores.

Palmer de rango 75-100 mm


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO Rango de medidas.- Como sería muy costoso manejar un micrómetro que partiese de cero cuando hubiese que medir piezas de gran tamaño (recuérdese que cada vuelta del tambor produce un avance de tan solo 0,5 mm), se construyen micrómetros de diferentes rangos de medida, que generalmente van de 25 en 25 mm. Así los hay de: 0 a 25 mm; 25 a 50 mm; 50 a 75 mm; etc.

EL GONIÓMETRO Aparato de precisión para medir ángulos, con un fundamento similar al del pie de rey.

-

+ 30

350

30 60

0

60 30 0

32 0

30

110

110

260 250 0 24

2

0

15

21

0

0

160

200

0 170 180 190 20 0

190 180 170 16

21 0

4 22 0 0 1

15 0


22 0 14

0 13

0 23

0

24 0

12

3 13 0 0

0 12

270 260 250

90 100

Nonio o Nonius. Escala de minutos. Elemento fijo

280

80

270 280

290

290

0 30

60

0

30

70

70

33

60

80

20

0

90

10

Limbo. Escala de los grados. Elemento giratorio.

50

100

0

340

40

31 0

0 32

0 33

340

350

31

50

40

360

10

20

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0 6 3

3 0 3 4 0 3 3 0 5 3 20

0

20

10

60 30 0

30

40

310 50

30 60

Ejemplo de medida: Ángulo positivo (giro del limbo antihorario): 1º .- Se localiza la posición del cero del nonio sobre el limbo: entre 23º y 24º. Se leerá 23º. 2º.- La apreciación del goniómetro del ejemplo:

ap =

60' 60' = = 6' nºdiv 10


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 3º.- Se localiza la marca del nonio que coincide con una de las del limbo (se leerá la parte derecha para ángulos positivos) en este ejemplo el punto verde nos da indica esas marcas. Coincide la sexta división del nonio, por tanto el número de minutos que se añadirá al ángulo será de: 6 x 6’ = 36’ 4º.- La lectura del goniómetro será pues de: 23º 36’ En el caso de ángulo negativo, se procederá de igual modo, pero leyendo la escala superior del limbo y la parte izquierda del nonio (punto rojo), de esta forma la lectura será: - 336º 24’ Otros nonios y sus apreciaciones:

60' ap = = 12' 5

60

0

60

ap =

1º = 0,1º 10

Si se aplicase a la lectura del ejemplo anterior, habría que escribir:

1

0

1

23,6º ya que 0,1º x 6 = 0,6º

La diferencia entre ambos tipos es que en el caso de que los extremos del nonio sean 60 se dividirá 60’ entre el número de divisiones, con lo cual el resultado de la lectura será en grados y minutos. En el caso de figurar 1, se dividirá 1º (que es equivalente a 60’) entre el número de divisiones y el resultado será en grados y décimas (o centésimas) de grado.


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Imagen de un goniómetro de 12 divisiones (ap = 5’)


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO Medidas de ángulos. Aunque tradicionalmente se ha empleado casi siempre el Grado Sexagesimal como unidad de medida de ángulos, el Sistema Internacional de Unidades, otorga esta distinción al Radián. Todavía son muy empleadas las medidas de ángulos en grados sexagesimales, pero debido a la unificación de criterios en torno al Sistema Internacional, poco a poco, debería ir imponiéndose el Radián. El Grado Sexagesimal se define como la nonagésima (1/90) parte de un ángulo recto. Así pues, un ángulo recto medirá 90º sexagesimales y una vuelta completa 360º. El Radián se define como un ángulo cuya medida de arco y cuyo radio son iguales. Teniendo en cuenta que la longitud de una circunferencia mide 2πr, si dividimos esa longitud por el radio, según la definición de Radián, tendremos el valor del ángulo en radianes, es decir 2π radianes. En resumen, el ángulo correspondiente a una vuelta completa y equivalente a 360º sexagesimales es 2π radianes. Así pues, cuando se quiera convertir cualquier ángulo en grados sexagesimales a radianes, será suficiente con hacer una regla de tres sabiendo que 360º son 2 π radianes. Al hacer el cálculo suele ser conveniente mantener π sin poner su valor; el resultado será más exacto.

EJERCICIOS: 1. En la verificación de una determinada pieza de forma cúbica, se han tomado, las siguentes medidas: Anchura: 10,02 mm; 10,01mm y 10,01 mm Altura: 10,00 mm; 10,00 mm y 10,01 mm Longitud: 9,99 mm; 10,00 mm y 9,99 mm a) Expresa con el menor error posible las medidas reales del cubo. b) ¿Qué apreciación tenía el aparato con el que se ha realizado la medición?

2. Dibuja un pie de rey que esté marcando una medida de 3,45 mm. Detalla el nonio. Justifica con cálculos la apreciación del aparato.

3. Dibuja un Palmer que esté marcando una medida de 4,64 mm. Explica cómo es el nonio, Justifica tu respuesta. Justifica la apreciación de aparato.

4. Dibuja un goniómetro que esté marcando una medida angular de 33º 24’. Detalla el nonio. Justifica la apreciación de aparato.

5. Expresa en radianes con la mayor exactitud posible, los siguiente ángulos en grados sexagesimales: 30º

45º

60º

90º

120º


135º

180º

210º

225º

240º

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270º

300º

315º

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taladrado


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 1. PROCESO DE TALADRADO El taladrado es un término que cubre todos los métodos para producir agujeros cilíndricos en una pieza con herramientas de arranque de viruta. Además del taladrado de agujeros cortos y largos, también cubre el trepanado y los mecanizados posteriores tales como escariado, mandrinado, roscado y brochado. La diferencia entre taladrado corto y taladrado profundo es que el taladrado profundo es una técnica específica diferente que se utiliza para mecanizar agujeros donde su longitud es varias veces más larga (8-9) que su diámetro. Con el desarrollo de brocas modernas el proceso de taladrado ha cambiado de manera drástica, porque con las brocas modernas se consigue que un taladro macizo de diámetro grande se pueda realizar en una sola operación, sin necesidad de un agujero previo, ni de agujero guía, y que la calidad del mecanizado y exactitud del agujero evite la operación posterior de escariado. Como todo proceso de mecanizado por arranque de viruta la evacuación de la misma se torna crítica cuando el agujero es bastante profundo, por eso el taladrado está restringido según sean las características del mismo. Cuanto mayor sea su profundidad, más importante es el control del proceso y la evacuación de la viruta. 1.1. Producción de agujeros Los factores principales que caracterizan un agujero desde el punto de vista de su mecanizado son: • • • • • • • •

Diámetro Calidad superficial y tolerancia Material de la pieza Material de la broca Longitud del agujero Condiciones tecnológicas del mecanizado Cantidad de agujeros a producir Sistema de fijación de la pieza en el taladro.

Casi la totalidad de agujeros que se realizan en las diferentes taladradoras que existen guardan relación con la tornillería en general, es decir la mayoría de agujeros taladrados sirven para incrustar los diferentes tornillos que se utilizan para ensamblar unas piezas con otras de los mecanismos o máquinas de las que forman parte. Según este criterio hay dos tipos de agujeros diferentes los que son pasantes y atraviesan en su totalidad la pieza y los que son ciegos y solo se introducen una longitud determinada en la pieza sin llegarla a traspasar, tanto unos como otros pueden ser lisos o pueden ser roscados. Respecto de los agujeros pasantes que sirven para incrustar tonillos en ellos los hay de entrada avellanada, para tornillos de cabeza plana, agujeros de dos diámetros para insertar tornillos allen y agujeros cilíndricos de un solo diámetro con la cara superior refrentada para mejorar el asiento de la arandela y cabeza del tornillo. El diámetro de estos agujeros corresponde con el diámetro exterior que tenga el tornillo. Respecto de los agujeros roscados el diámetro de la broca del agujero debe ser la que corresponda de acuerdo con el tipo de rosca que se utilice y el diámetro nominal del tornillo. En los tornillos ciegos se debe profundizar más la broca que la longitud de la rosca por problema de la viruta del macho de roscar.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 1.2. Parámetros de corte del taladrado Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de taladrado son los siguientes: • • • • • • • • • •

Elección del tipo de broca más adecuado Sistema de fijación de la pieza Velocidad de corte (Vc) de la broca expresada de metros/minuto Diámetro exterior de la broca u otra herramienta Revoluciones por minuto (rpm) del husillo portabrocas Avance en mm/rev, de la broca Avance en mm/mi de la broca Profundidad del agujero Esfuerzos de corte Tipo de taladradora y accesorios adecuados

1.2.1. Velocidad de corte Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la broca u otra herramienta que se utilice en la taladradora (Escariador, macho de roscar, etc). La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de broca que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo portafresas según la siguiente fórmula:

En la expresión anterior: Ø : diámetro de la pieza en mm. n : número de revoluciones (vueltas) que da la pieza en un minuto (rpm) Vc: velocidad de corte en m/min. La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal. La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a: • • •

Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta. Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado. Calidad del mecanizado deficiente.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a: • • • •

Formación de filo de aportación en la herramienta. Efecto negativo sobre la evacuación de viruta. Baja productividad. Coste elevado del mecanizado.

1.2.2. Velocidad de rotación de la broca La velocidad de rotación del husillo portaborcas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En las taladradoras convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En las taladradoras de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima. La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte y al diámetro de la herramienta.

1.2.3. Velocidad de avance El avance o velocidad de avance en el taladrado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de taladrado. Cada broca puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución. Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la broca, de la profundidad del agujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad de la broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos de los fabricantes de brocas. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una broca. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta. La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la herramienta. Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las taladradoras convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles, mientras que las taladradoras de control numérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la máquina. Efectos de la velocidad de avance • • •

Decisiva para la formación de viruta Afecta al consumo de potencia Contribuye a la tensión mecánica y térmica


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO La elevada velocidad de avance da lugar a: • • • • •

Buen control de viruta Menor tiempo de corte Menor desgaste de la herramienta Riesgo más alto de rotura de la herramienta Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

La velocidad de avance baja da lugar a: • • • • •

Viruta más larga Mejora de la calidad del mecanizado Desgaste acelerado de la herramienta Mayor duración del tiempo de mecanizado Mayor coste del mecanizado

2. TIPOS DE MÁQUINAS TALADRADORAS Las máquinas taladradoras se pueden reunir en seis grupos separados: • • • • • •

Taladradoras sensitivas Taladradoras de columnas Taladradoras radiales Taladradoras de torreta Taladradora de husillos múltiples Centros de mecanizado CNC

En este curso se tratarán únicamente las taladradoras de columna ya que son las más utilizadas en un taller de mecanizado.

2.1. Taladradoras de columna Estas máquinas se caracterizan por la rotación de un husillo vertical en una posición fija y soportado por un bastidor de construcción, tipo C modificado. La familia de las máquinas taladradoras de columna se componen de las taladradoras de columna con avance regulado por engranajes, la taladradora de producción de trabajo pesado, la taladradora de precisión, y la taladradora para agujeros profundos. Los taladros de columna de avance por engranaje son característicos de esta familia de máquinas y se adaptan mejor para ilustrar la nomenclatura. Los componentes principales de la máquina son los siguientes •

Bancada: es el armazón que soporta la máquina, consta de una base o pie en la cual va fijada la columna sobre la cual va fijado el cabezal y la mesa de la máquina que es giratoria en torno a la columna.

•

Motor: estas máquinas llevan incorporado un motor eléctrico de potencia variable según las capacidades de la máquina.

•

Cabezal: es la parte de la máquina que aloja la caja de velocidades y el mecanismo de avance del husillo. El cabezal portabrocas se desliza hacia abajo actuando con unas palancas que activan un mecanismo de piñón cremallera desplazando toda la carrera que tenga la taladradora, el retroceso del cabezal es automático cuando cede la presión sobre el mismo.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO El avance de taladrado automático de trabajo está regulado en mm/revolución del eje. •

Poleas de transmisión: el movimiento del motor al husillo, se realiza mediante correas que enlazan dos poleas escalonadas con las que es posible variar el número de revoluciones de acuerdo a las condiciones de corte del taladrado y el husillo portabrocas. Hay taladradoras que además de las poleas escalonadas incorporan una caja de engranajes para regular las velocidades del husillo y del avance de penetración.

•

Nonio: las taladradoras disponen de un nonio con el fin de controlar la profundidad del taladrado. Este nonio tiene un tope que se regula cuando se consigue la profundidad deseada.

•

Husillo: está equipado con un agujero cónico para recibir el extremo cónico de las brocas, o del portabrocas que permite el montaje de brocas delgadas, o de otras herramientas de corte que se utilicen en la máquina, tales como machos o escariadores.

•

Mesa: está montada en la columna y se la puede levantar o bajar y sujetar en posición para soportar la pieza a la altura apropiada para permitir taladrar en la forma deseada.

3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS BROCAS Las brocas son las herramientas más comunes que utilizan las taladradoras, si bien también pueden utilizar machos para roscar a máquina, escariadores para el acabado de agujeros de tolerancias estrechas, avellanadores para chaflanar agujeros, o incluso barras con herramientas de mandrinar.

3.1. Tipos de brocas Las brocas tienen diferente geometría dependiendo de la finalidad con que hayan sido fabricadas. Diseñadas específicamente para quitar material y formar, por lo general, un orificio o una cavidad cilíndrica, la intención en su diseño incluye la velocidad con que el material ha de ser retirado y la dureza del material y demás cualidades características del mismo. •

Brocas normales helicoidales. Generalmente con pago tubular, para sujetarla mediante portabrocas. Existen numerosas variedades que se diferencian en su material constitutivo y tipo de material a taladrar.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO •

Broca larga. Usada allí donde no se puede llegar con una broca normal por hallarse el punto donde se desea hacer el agujero en el interior de una pieza o equipo.

•

Broca superlarga. Empleada habitualmente para taladrar los muros de viviendas a fin de introducir cables de teléfono, por ejemplo.

•

Broca de centrar. Broca de diseño especial empleada para realizar los puntos de centrado de un eje para facilitar su torneado o rectificado.

•

Broca para berbiquí. Usadas generalmente en carpintería de madera, por ser de muy bajas revoluciones. Las hay de diferentes diámetros.

•

Broca de paleta. Usada principalmente para madera, para abrir muy rápidamente agujeros con berbiquí, taladro o barreno eléctrico. Tiene un punta muy afilada, que sirve de centro y de guía, de muy poca longitud, luego viene la paleta, que es la que hará el agujero calibrado, de acuerdo a su diámetro. También se le ha conocido como broca de espada.

•

Broca de taladrado profundo o "de escopeta". También conocida como broca cañón.

•

Broca para excavación o Trépano. Utilizada para la perforación de pozos petrolíferos y sondeos.

•

Brocas para máquinas de control numérico. Existe una gama de brocas especiales de gran rendimiento y precisión para utilizarlas en máquinas de control numérico, que operan a altas velocidades de corte.

3.2. Elementos constituyentes de una broca Entre algunas de las partes y generalidades comunes a la mayoría de las brocas están:

1. Longitud total de la broca. Existen brocas normales, largas y súper-largas. 2. Longitud de corte. Es la profundidad máxima que se puede taladrar con una broca y viene definida por la longitud de la parte helicoidal. 3. Diámetro de corte. Es el diámetro del orificio obtenido con la broca. Existen diámetros normalizados y también se pueden fabricar brocas con diámetros especiales.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 4. Diámetro y forma del mango. El mango es cilíndrico para diámetros inferiores a 13 mm, que es la capacidad de fijación de un portabrocas normal. Para diámetros superiores, el mango es cónico (tipo Morse). 5. Ángulo de corte. El ángulo de corte normal en una broca es el de 118°. También se puede utilizar el de 135°, quizá menos conocido pero, quizás, más eficiente al emplear un ángulo obtuso más amplio para el corte de los materiales. 6. Número de labios o flautas. La cantidad más común de labios (también llamados flautas) es dos y después cuatro, aunque hay brocas de tres flautas o brocas de una (sola y derecha), por ejemplo en el caso del taladrado de escopeta. 7. Profundidad de los labios. También importante pues afecta a la fortaleza de la broca. 8. Ángulo de la hélice. Es variable de unas brocas a otras dependiendo del material que se trate de taladrar. Tiene como objetivo facilitar la evacuación de la viruta. 9. Material constitutivo de la broca. Existen tres tipos básicos de materiales: A. Acero al carbono, para taladrar materiales muy blandos (madera, plástico, etc.) B. Acero rápido (HSS), para taladrar aceros de poca dureza C. Metal duro (Widia), para taladrar fundiciones y aceros en trabajos de gran rendimiento. 10. Acabado de la broca. Dependiendo del material y uso especifico de la broca, se le puede aplicar una capa de recubrimiento que puede ser de óxido negro, de titanio o de níquel, cubriendo total o parcialmente la broca, desde el punto de corte.

4. ACCESORIOS DE LAS TALADRADORAS Las taladradoras utilizan como accesorios principales: • • • • • • • •

Portabrocas. Pinzas de fijación de brocas. Utillajes para posicionar y sujetar las piezas. Plantilla con casquillos para la guía de las brocas. Granete Mordazas de sujección de piezas Elementos robotizados para la alimentación de piezas. Afiladora de brocas

4.1. Portabrocas El portabrocas es el dispositivo que se utiliza para fijar la broca en la taladradora cuando las brocas tienen el mango cilíndrico. El portabrocas va fijado a la máquina con un mango de cono Morse según sea el tamaño del portabrocas. Los portabrocas se abren y cierran de forma manual, aunque hay algunos que llevan un pequeño dispositivo para poder ser apretados con una llave especial. Los portabrocas más comunes pueden sujetar brocas de hasta 13 mm de diámetro. Las brocas de diámetro TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO superior llevan un mango de cono Morse y se sujetan directamente a la taladradora.

4.2. Mordaza En las taladradoras es muy habitual utilizar mordazas u otros sistemas de apriete para sujetar las piezas mientras se taladran. En la sujeción de las piezas hay que controlar bien la presión y la zona de apriete para que no se deterioren.

4.3. Pinzas de apriete cónicas Cuando se utilizan cabezales multihusillos o brocas de gran producción se utilizan en vez de portabrocas, cuyo apriete es débil, pinzas cónicas atornilladas que ocupan menos espacio y dan un apriete más rígido a la herramienta.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 4.4. Granetes Se denomina granete a una herramienta manual que tiene forma de puntero de acero templado afilado en un extremo con una punta de 60º aproximadamente que se utiliza para marcar el lugar exacto que se ha trazado previamente en una pieza donde haya que hacerse un agujero, cuando no se dispone de una plantilla adecuada.

4.5. Plantillas de taladrado Cuando se mecanizan piezas en serie, no se procede a marcar los agujeros con granetes sino que se fabrican unas plantillas que se incorporan al sistema de fijación de la pieza debidamente referenciada. Las plantillas llevan incorporados unos casquillos guías para que la broca pueda encarar los agujeros de forma exacta sin que se produzcan desviaciones de la punta de la broca. En operaciones que llevan incorporado un escariado o un roscado posterior los casquillos guías son removibles y se cambian cuando se procede a escariar o roscar el agujero.

4.6. Afiladora de brocas En las industrias metalúrgicas que realizan muchos taladros, se dispone de máquinas especiales de afilado para afilar las brocas cuando el filo de corte se ha deteriorado. El afilado se puede realizar en una amoladora que tenga la piedra con grano fino pero la calidad de este afilado manual suele ser muy deficiente porque hay que ser bastante experto para conseguir los ángulos de corte adecuados. La mejor opción es disponer de afiladoras de brocas.


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TORNEADO


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1.- INTRODUCCIÓN. Se puede definir el mecanizado como la transformación de la geometría de una pieza, es decir, la pieza en bruto tiene una determinada geometría o forma y, una vez realizadas las operaciones de mecanizado, tiene otra. Una de las formas de mecanizar es por arranque de viruta: la máquina realiza determinados movimientos, de forma que una herramienta de corte realice una incisión en la pieza, arrancando material. En este tema, nos ocuparemos de una de las herramientas de mecanizado por arranque de viruta más empleadas: el torno. Llamamos Torno a una máquina de fabricación de piezas de revolución, de tal forma que, con la herramienta de corte fija se hace girar la pieza para realizar el arranque de viruta y las piezas obtenidas tienen secciones circulares a lo largo de un eje llamado de revolución.

Eje de revolución

A pesar de que existen bastantes clases de tornos, en este curso, se pretende dar a conocer el tipo más utilizado que es Torno Paralelo.

2.- TORNO PARALELO. El torno paralelo es una máquina que sólo tiene dos ejes de trabajo, (eje z y eje x) de forma que el carro principal desplaza las herramientas a lo largo de la pieza y produce torneados cilíndricos, y el carro transversal se desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza produciendo torneados planos. Con el primero, la operación se denomina cilindrado y con el carro transversal se realiza la operación denominada refrentado. Lleva montado un tercer carro, de accionamiento manual y giratorio, llamado Charriot, montado sobre el carro transversal, con el Charriot, inclinado a los grados necesarios es posible mecanizar conos.


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Lo característico de este tipo de torno es que se pueden realizar en el mismo todo tipo de tareas propias del torneado, como taladrado, cilindrado, mandrinado, refrentado, roscado, conos, ranurado, escariado, moleteado, etc; mediante diferentes tipos de herramientas y útiles de formas variadas que se pueden intercambiar. Aplicando el útil a la pieza que gira, se obtendrá la geometría deseada. Es esencial la preparación técnica y de destreza para e operador de un torno. En primer lugar, se requiere tener “mano” para mover los volantes de los carros con la destreza necesaria. En segundo lugar, hay que hacer trabajar a la máquina en las condiciones óptimas.

2.1. Movimientos. •

Movimiento de corte: se produce al penetrar la herramienta en la pieza que gira. Este movimiento se genera a partir de un motor eléctrico que transmite su giro al husillo principal mediante un sistema de poleas o engranajes. El husillo principal tiene acoplado a su extremo distintos sistemas de sujeción (platos de garras, pinzas, mandrinos auxiliares u otros), los cuales sujetan la pieza a mecanizar

•

Movimiento de avance: la herramienta va cambiando de posición y prolongando el corte, ya sea longitudinal o radialmente. En combinación con el giro transmitido al husillo, determina el espacio recorrido por la herramienta por cada vuelta que da la pieza. Este movimiento también puede no ser paralelo al eje, produciéndose así conos, si es oblicuo.

•

Profundidad de pasada: movimiento de la herramienta de corte que determina la profundidad de material arrancado en cada pasada. La cantidad de material factible de ser arrancada depende del perfil del útil de corte usado, el tipo de material mecanizado, la velocidad de corte, etc.

2.2. Estructura del torno paralelo En el torno paralelo, como en todas las máquinas herramienta, podemos diferenciar dos partes fundamentales: • •

Los elementos componentes: Que agrupa los principales elementos que constituyen la máquina. La cadena cinemática. que transmite el movimiento a la pieza o la cuchilla.

2.2.1. Elementos componentes El torno tiene cuatro componentes principales: TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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•

Bancada: es el cuerpo que soporta los demás elementos. En su parte superior lleva unas guías por las que se desplaza el cabezal móvil o contrapunto y el carro principal.

•

Cabezal fijo: contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de trabajo y las unidades de avance. Se compone del motor, el husillo, el selector de velocidad, el selector de unidad de avance y el selector de sentido de avance. Además sirve para soporte y rotación de la pieza de trabajo que se apoya en el husillo.

•

Cabezal móvil: también llamado contrapunto puede moverse y fijarse en diversas posiciones. La función primaria es apoyar el borde externo de la pieza de trabajo.

A) Cabezal móvil. El cabezal móvil o contracabezal (ver figura) descansa sobre las guías de la bancada y se puede desplazar manualmente a lo largo de ellas según la longitud de la pieza a mecanizar, llevado al punto deseado se bloquea su posición con la palanca (T6). Mediante el volante (T1) se puede avanzar o retroceder el contrapunto (T5) sobre el cuerpo del contracabezal (T3), este desplazamiento se puede bloquear impidiendo que retroceda con la palanca (T2). En este contracabezal la base (T4) y el cuerpo (T3) son piezas distintas fijadas una a otra mediante tornillos, que pueden ser aflojados y permitir un cierto desplazamiento transversal del cuerpo respecto a su base, esta operación se puede hacer para mecanizar conos de pequeño ángulo de inclinación. B) Carros portaherramientas, que son tres: 1. Carro principal, que produce los movimientos de avance en el sentido longitudinal de las guías del torno y profundidad de pasada en refrentado. 2. Carro transversal, que se desliza transversalmente sobre el carro principal, avanzando en la operación de refrentado, y determina la profundidad de pasada en cilindrado. 3. Carro orientable o superior, su base está apoyada sobre una plataforma giratoria orientable según una escala de grados sexagesimales, se emplea para el mecanizado de conos, o en operaciones especiales como algunas formas de roscado. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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El portaherramientas: su base está apoyada sobre una plataforma giratoria para orientarlo en cualquier dirección. En la imagen se puede ver en detalle el carro de un torno paralelo, el carro principal (4) está apoyado sobre las guías de la bancada y se mueve longitudinalmente por ellas. En la parte delantera esta el cuadro de mecanismos (5). El volante (5a) permite desplazarlo manualmente a derecha o izquierda, el embrague de roscar (5b) tiene dos posiciones desembragado o embragado en esta posición al carro se mueve longitudinalmente a velocidad constante por el husillo de roscar. El embrague de cilindrar (5c) tiene tres posiciones cilindrar, desembragado y refrentar, la velocidad de avance vendrá fijada por el husillo de cilindrar. En este panel de mandos se puede conectar uno u otro automático, pero no se puede modificar ni la velocidad de avance ni el sentido del movimiento que tendrá que fijarse en la caja de avances y transmitido al carro mediante el husillo de roscar o de cilindrar según corresponda. El carro transversal (3) está montado y ajustado a su guía en cola de milano sobre el carro longitudinal y se puede desplazar transversalmente, de forma manual con la manivela (3b) o en automático refrentando. Sobre el carro transversal está el carro orientable (2) este carro se puede girar sobre sí mismo un ángulo cuaquiera marcado en la escala (2b), mediante la manivela (2a) este carro se puede avanzar o retroceder. Sobre el carro orientable, esta la torreta portaherramientas (1) donde se monta la cuchilla. C) Cadena cinemática. La cadena cinemática genera, transmite y regula los movimientos de los elementos del torno, según las operaciones a realizar. Motor: normalmente eléctrico, que genera el movimiento y esfuerzo de mecanizado. Caja de velocidades: con la que se determina la velocidad y el sentido de giro del eje del torno (H4), partiendo del eje del motor que gira a velocidad constante. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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En la imagen se puede ver el cabezal de un torno, el eje principal sobre el que está montado el plato (H4), las palancas de la caja de velocidades e inversor de giro (H2) (H3) y (H5). Caja de avances: con la que se establecen las distintas velocidades de avance de los carros, partiendo del movimiento del eje del torno. Recuérdese que los avances en el torno son en milímetros de avance por revolución del plato del torno. En la imagen se puede ver en la parte posterior (H10), la caja de la lira, que conecta la parte posterior del eje del torno con la caja de avances (H6), la lira que no se ve en la imagen, determina la relación de transmisión entre el eje principal y la caja de avances mediante engranajes desmontables.

Ejes de avances: que transmiten el movimiento de avance de la caja de avances al carro principal, suelen ser dos: Eje de cilindrar (H8), ranurado para trasmitir un movimiento rotativo a los mecanismos del carro principal, este movimiento se emplea tanto para el desplazamiento longitudinal del carro principal, como para el transversal del carro transversal. Eje de roscar (H7), roscado en toda la longitud que puede estar en contacto con el carro, el embrague de roscar es una tuerca partida que abraza este eje cuando está embragado, los avances con este eje son más rápidos que con el de cilindrar, y se emplea como su nombre indica en las operaciones de roscado. En la imagen se puede ver un tercer eje (H9) con una palanca de empuñadura roja junto a la caja de avances, este tercer eje no existe en todos los modelos de torno y permite, mediante un conmutador, poner el motor eléctrico en marcha o invertir su sentido de giro, otra u otras dos palancas similares están en el carro principal, a uno u otro lado, que permiten girar este eje colocando en las tres posiciones giro a derecha, parado o izquierda. En los modelos de torno TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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que no disponen de este tercer eje, la puesta en marcha se hace mediante pulsadores eléctricos situados normalmente en la parte superior del cabezal. Cabezal móvil

Cadena cinemática

Carros portaherramientas Bancada

2.3. Equipo auxiliar. Existen elementos auxiliares, accesorios a la máquina, como sujetadores para la pieza de trabajo, soportes y portaherramientas. Los accesorios más comunes son:

Plato de sujeción de garras: sujeta la pieza de trabajo en el cabezal y transmite el movimiento. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Centros: soportan la pieza de trabajo en el cabezal y en la contrapunta.

Perro de arrastre: se fija en el plato de torno y en la pieza de trabajo y le transmite el movimiento a la pieza cuando está montada entre centros. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Soporte móvil o luneta móvil: se monta en el carro y permite soportar piezas de trabajo largas cerca del punto de corte.

3. OPERACIONES DE TORNEADO

3.1. Cilindrado Esta operación consiste en el mecanizado exterior al que se somete a las piezas para reducir su diámetro. Para poder efectuar esta operación, con el carro transversal se regula la profundidad de pasada y, por tanto, el diámetro del cilindro, y con el carro paralelo se regula la longitud del cilindro. El carro paralelo puede avanzar de forma automática de acuerdo al avance de trabajo deseado. En este procedimiento, el acabado superficial y la tolerancia que se obtenga puede ser un factor de gran relevancia. Para asegurar calidad al cilindrado el torno tiene que tener bien ajustada su alineación y concentricidad.


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3.2. Refrentado La operación de refrentado consiste en un mecanizado frontal y perpendicular al eje de las piezas que se realiza para producir un buen acoplamiento en el montaje posterior de las piezas torneadas. Esta operación también es conocida como fronteado. El problema que tiene el refrentado es que la velocidad de corte en el filo de la herramienta va disminuyendo a medida que avanza hacia el centro, lo que ralentiza la operación. Para mejorar este aspecto muchos tornos modernos incorporan variadores de velocidad en el cabezal de tal forma que se puede ir aumentando la velocidad de giro de la pieza.

3.3. Ranurado El ranurado consiste en mecanizar unas ranuras cilíndricas de anchura y profundidad variable en las piezas que se tornean, las cuales tienen muchas utilidades diferentes. Por ejemplo, para alojar una junta tórica, para salida de rosca, para arandelas de presión, etc. En este caso la herramienta tiene ya conformado el ancho de la ranura y actuando con el carro transversal se le da la profundidad deseada. Los canales de las poleas son un ejemplo claro de ranuras torneadas.

3.4. Roscado en el torno Hay dos sistemas de realizar roscados en los tornos, de un lado la tradicional que utilizan los tornos paralelos, mediante la Caja Norton, y de otra la que se realiza con los tornos CNC, donde los datos de la roscas van totalmente programados y ya no hace falta la caja Norton para realizarlo. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Para efectuar un roscado con herramienta hay que tener en cuenta lo siguiente: •

Las roscas pueden ser exteriores (tornillos) o bien interiores (tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse.

•

Conocer todos los parámetros de la rosca a realizar: sistema de rosca (Métrica, Whitworth, ..), altura o profundidad de la rosca o filete y paso de la rosca.

Generalmente en los tornos hay una serie de indicaciones sobre las posiciones de la Caja Norton, para que el operador pueda elegir el tipo de paso y la propia máquina ya sincroniza la velocidad de giro y la de avance para realizar la rosca correctamente

Cuando no exista el paso que se busca en las tablas que figuran en el cabezal del torno paralelo, habrá que utilizar un tren de ruedas de repuesto cuya relación entre ruedas conductoras y conducidas es:

Ruedas conductoras ---------------------------Ruedas conducidas

=

Pr -----------Pt

Siendo Pr el paso de rosca que se busca y Pt el paso del husillo del torno. Las reglas para resolver este tipo de problemas son: • • •

Tiene que haber el mismo número de ruedas conductoras que conducidas. No se puede duplicar ninguna de las ruedas en el resultado final, ya que se supone que solo hay una de cada. Los factores que salgan tanto en el numerador como en el denominador, tienen que corresponder a ruedas disponibles.


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•

La rueda de 127 diente solo se empleará cuando haya que hacer roscas Whitworth en torno métrico o viceversa.

Existen juegos de engranes intercambiables en los tornos horizontales, por ejemplo es común encontrar juegos con los siguientes engranes: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110, 120, 125, 127. Los husillos de roscar normalizados tienen los siguientes pasos: 4, 6, 12, 15, 24 en milímetros y 1/4 y 1/2 pulgadas.

3.4.1. Roscado en torno paralelo.

Supuesto que se pretenda fabricar un tornillo con cabeza hexagonal, partiremos de una barra prismática hexagonal en bruto.

Cilindraremos la parte a roscar, hasta la medida del diámetro nominal de la rosca.

Se ranurará, si es preciso, la punta del tornillo hasta la medida del diámetro interior del tornillo o diámetro del núcleo.

También, si es preciso, se ranurará la parte interior del tornillo, próxima a la cabeza.

Finalmente, se roscará el tornilllo, mecanizando el doble del valor calculado para la altura de rosca. Hay que recordar que lo que nos marca el nonio del carro transversal es reducción en diámetro.


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Para pasos superiores a 2 mm, se recomienda el mecanizado mediante “entrada en oblicuo, es decir, el desplazamiento de la herramienta no será radial, sino oblicuo. En este caso hay que tener en cuenta que la profundidad de mecanizado no será conforme a la altura de rosca, sino a la longitud del flanco.

3.5. Moleteado El moleteado es un proceso de conformado en frío del material mediante unas moletas que presionan la pieza mientras da vueltas. Dicha deformación produce un incremento del diámetro de partida de la pieza. El moleteado se realiza en piezas que se tengan que manipular a mano, que generalmente vayan roscadas para evitar su resbalamiento que tendrían en caso de que tuviesen la superficie lisa. El moleteado se realiza en los tornos con unas herramientas que se llaman moletas, de diferente paso y dibujo. Un ejemplo de moleteado es el que tienen las monedas de 50 céntimos de euro, aunque en este caso el moleteado es para que los invidentes puedan identificar mejor la moneda. El moleteado por deformación se puede ejecutar de dos maneras: Radialmente, cuando la longitud moleteada en la pieza coincide con el espesor de la moleta a utilizar. Longitudinalmente, cuando la longitud excede al espesor de la moleta. Para este segundo caso la moleta siempre ha de estar biselada en sus extremos.

3.6.- Torneado de conos Para tornear piezas cónicas con un torno paralelo, lo más frecuente es orientar el carro portátil. Seguidamente se explica la forma de averiguar el ángulo para realizar esa orientación correctamente. Partiremos de una pieza troncocónica como la que se ve en la figura anterior, ya que para las piezas sin truncar el razonamiento es mucho más sencillo, como se explicará más adelante.


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Definiremos:

Conicidad:

c =

D−d l

i =

R−r l

Inclinación:

como se puede observar con un simple razonamiento matemático, la inclinación es la mitad del valor de la conicidad. Por otra parte, el ángulo para orientar el carro, se calculará mediante:

α = arc tg i Es decir, cuando averiguamos i, obtenemos el valor de la tangente del ángulo que buscamos. Haciendo la operación inversa al cálculo de la tangente, es decir, el arco tangente, sabremos cuál es el valor del ángulo según el cual ha de orientarse el carro. También se puede dar como dato, la conicidad, por ejemplo: 1/50 En este caso, el cálculo se simplifica enormemente. En el caso de conos enteros no truncados, se considerará el diámetro menor igual a cero, siendo el resto de cálculos idénticos.


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3.7. Torneado esférico Hacer rotulas de forma manual en un torno paralelo presenta cierta dificultad para conseguir exactitud en la misma. En ese caso es recomendable disponer de una plantilla de la esfera e irla mecanizando de forma manual y acabarla con lima o rasqueta para darle el ajuste final. Se puede partir de un mecanizado de chaflanes con el torno, para ir, a bajas revoluciones y con ayuda de una lima, dando la forma esférica a la pieza. Se irá verificando periódicamente la forma con la plantilla o una galga.

3.8. Segado o Tronzado Se llama segado a la operación de torneado que se realiza cuando se trabaja con barra y al finalizar el mecanizado de la pieza correspondiente es necesario cortar la barra para separar la pieza de la misma. Para esta operación se utilizan herramientas muy estrechas con un saliente de acuerdo al diámetro que tenga la barra y permita con el carro transversal llegar al centro de la barra.

3.9. Chaflanado El chaflanado es una operación de torneado muy común que consiste en matar los cantos tanto exteriores como interiores para evitar cortes con los mismos y a su vez facilitar el trabajo y montaje posterior de las piezas. El chaflanado mas común suele ser el de 1mm por 45º. Este chaflán se hace atacando directamente los cantos con una herramienta adecuada.

3.10. Mecanizado de excéntricas Una excéntrica es una pieza que tiene dos o mas cilindros con distintos centros o ejes de simetría, tal y como ocurre con los cigueñales de motor, o los ejes de levas. Una excéntrica es un cuerpo de revolución y por tanto el mecanizado se realiza en un torno. Para mecanizar una excéntrica es necesario primero realizar los puntos de centraje de los diferentes ejes excéntricos en los extremos de la pieza que se fijara entre puntos. 3.11. Taladrado Muchas piezas que son torneadas requieren ser taladradas con brocas en el centro de sus ejes de rotación. Para esta tarea se utilizan brocas normales, que se sujetan en el contrapunto en un portabrocas o directamente en el alojamiento del contrapunto si el diámetro es grande. Las condiciones tecnológicas del taladrado son las normales de acuerdo a las características del material y tipo de broca que se utilice. Mención aparte merecen los procesos de taladrado profundo donde el proceso ya es muy diferente sobre todo la constitución de la broca que se utiliza. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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No todos los tornos pueden realizar todas estas operaciones que se indican, sino que eso depende del tipo de torno que se utilice y de los accesorios o equipamientos que tenga.

4. PARÁMETROS DE MECANIZADO Se ha hablado en apartados anteriores de términos como velocidad de corte, avance y profundidad de pasada. Estos parámetros determinarán las condiciones en las que se realizará el mecanizado. Es por tanto muy importante saber calcularlos para poder mecanizar correctamente.

4.1. Velocidad de corte Es obvio que no puede ser lo mismo mecanizar con tipo de cuchilla o herramienta que con otro más o menos duro, o resistente al rozamiento o a la temperatura. También es lógico razonar que la dureza del material a mecanizar es un factor importante a la hora de establecer las condiciones de trabajo. Así pues, con la experiencia, se han elaborado unas tablas tecnológicas (al final del tema) que nos permiten leer las velocidades de corte, los avances y las profundidades de pasada según la naturaleza de la herramienta y el material a mecanizar. Pero en estas tablas se habla de velocidades de corte y lo que se puede establecer en la máquina es la velocidad de giro, por tanto, necesitaremos establecer una relación matemática entre ambas. Nótese que la velocidad de corte se mide en m/min, es decir, se trata de una velocidad lineal. Para el caso, daría los mismo suponer que se está desplazando una cuchilla a determinada velocidad, sobre el material para cortarlo. Para razonar la relación matemática entre ambos tipos de velocidad, seguiremos el siguiente proceso: La longitud de una circunferencia, es el trayecto que hace la herramienta en una vuelta y viene dada por la expresión:

l = 2π r . Siendo “l” la longitud y r el radio de la circunferencia. El recorrido total de la herramienta será función de la mencionada longitud de circunferencia y del número de vueltas N que dé la pieza. Por tanto,

L = 2π r ⋅ N Por otra parte, TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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2r = φ Así que podemos expresar

L =π Nφ Como normalmente el diámetro de la pieza, estará expresado en mm, si queremos pasarlo a m, habrá que dividir la expresión entre 1000

L=

π Nφ 1000

Si consideramos que N es el número de vueltas que ha dado la pieza en un minuto y llamamos n a a esa velocidad de giro, podemos expresar la fórmula anterior como una velocidad lineal que será la velocidad a la que se traslada la herramienta por la superficie de la pieza, es decir, la velocidad de corte

Vc = En la expresión anterior:

π nφ 1000

Ø : diámetro de la pieza en mm. n : número de revoluciones (vueltas) que da la pieza en un minuto (rpm) Vc: velocidad de corte en m/min.

4.1.1. Cálculo de la velocidad Para poder calcular las revoluciones por minuto (r/min) a las cuales se debe ajustar el torno, hay que conocer el diámetro de la pieza y la velocidad de corte del material. Las r/min del torno cuando se trabaja en milímetros se calculan como sigue: Partiendo de la fórmula general de las velocidades de corte

despejamos n para averiguar la que trabajar:

Vc =


π nφ 1000

velocidad de giro a la cual tendremos CURSO: 2011-2012

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4.2.2. Ajuste de las velocidades del torno Los tornos de taller están diseñados para trabajar con el husillo a diversas velocidades y para mecanizar piezas de trabajo de diferentes diámetros y materiales. Estas velocidades se indican en rpm y se pueden cambiar por medio de cajas de engranajes, con un ajustador de velocidad variable y con poleas y correas (bandas) en los modelos antiguos. Al ajustar la velocidad del husillo, debe ser lo más cercana posible a la velocidad calculada. Si la acción de corte es satisfactoria se puede aumentar la velocidad de corte; si no es satisfactoria, o hay vibración o traqueteo de la pieza de trabajo, se reducirá la velocidad y aumentará el avance. En los tornos con cabezal de engranajes para cambiar las velocidades se mueven las palancas a la posición necesaria de acuerdo con la tabla de revoluciones por minuto que está en el cabezal. Cuando se cambien las posiciones de las palancas, se pondrá una mano en el plato y se girará despacio con la mano. Esto permitirá que las palancas acoplen los engranes sin choque entre ellos. Algunos tornos están equipados con cabezal de velocidad variable y se puede ajustar cualquier velocidad dentro de la gama establecida. La velocidad del husillo se puede graduar mientras funciona el torno, al girar una perilla de control de velocidad hasta que el cuadrante señale la velocidad deseada. Otro factor importante, sobre todo en trabajos que impliquen considerables reducciones de diámetro, es que al ir disminuyendo éste, baja la velocidad de corte. Es posible que haya que aumentar las rpm si se observan anomalías en el corte tras varias pasadas. La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a: • Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta. • Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado. • Calidad del mecanizado deficiente. La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a: • Formación de filo de aportación en la herramienta. • Efecto negativo sobre la evacuación de viruta. • Baja productividad. • Coste elevado del mecanizado. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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4.2. Avance del torno El avance de un torno se define como la distancia que avanza la herramienta de corte a lo largo de la pieza de trabajo por cada revolución del husillo. Por ejemplo, si el torno está graduado por un avance de 0,20 mm, la herramienta de corte avanzará a lo largo de la pieza de trabajo 0.20 mm por cada vuelta completa de la pieza. El avance de un torno paralelo depende de la velocidad del tornillo o varilla de avance. Además, se controla con los engranajes desplazables en la caja de engranes de cambio rápido. La velocidad de avance en el torno, se mide en mm/revolución y, en algunos casos en mm/min. Para estos casos, basta con multiplicar el avance en mm/rev. por n en rpm. Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en los tornos convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles. Efectos de la velocidad de avance: • Decisiva para la formación de viruta • Afecta al consumo de potencia • Contribuye a la tensión mecánica y térmica La elevada velocidad de avance da lugar a: • Buen control de viruta • Menor tiempo de corte • Menor desgaste de la herramienta • Riesgo más alto de rotura de la herramienta • Elevada rugosidad superficial del mecanizado. La velocidad de avance baja da lugar a: • Viruta más larga • Mejora de la calidad del mecanizado • Desgaste acelerado de la herramienta • Mayor duración del tiempo de mecanizado • Mayor coste del mecanizado

4.3 Potencia de corte La potencia de corte Pc necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina. Se expresa en kilovatios (kW).


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Esta fuerza específica de corte Fc, es una constante que se determina por el tipo de material que se está mecanizando, geometría de la herramienta, espesor de viruta, etc. Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor (ρ) que tiene en cuenta la eficiencia de la máquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está disponible en la herramienta puesta en el husillo.

∅ ⋅ p ⋅ f ⋅ Fc Pc = 60 ⋅ 10 6 ⋅ ρ Donde Pc es la potencia de corte (kW) P es la profundidad de pasada en mm Ø es el diámetro de la pieza (mm) f es la velocidad de avance (mm/min) Fc es la fuerza específica de corte (N/mm2) ρ es el rendimiento o la eficiencia de el máquina

4.3. Pasadas de desbaste y de acabado Siempre que sea posible, sólo se deben hacer dos cortes para dar el diámetro requerido: un corte de desbastado y otro de acabado. Dado que la finalidad del corte de desbastado es arrancar el material con rapidez y el acabado de superficie no es muy importante, se puede usar un avance basto. El corte de acabado se utiliza para el diámetro final requerido y producir un buen acabado de superficie; por lo tanto, se debe utilizar un avance fino. En ese sentido, el criterio del operador del torno es que el va a establecer las condiciones de mecanizado bajo las que se va a realizar el trabajo. En función de las circunstancias en que se realice el trabajo (material en bruto, potencia de la máquina, etc.) y del uso que se le vaya a dar a la pieza acabada, habrá varias posibilidades de ejecución: mayor o menor profundidad de corte, mayor o menor avance, etc. En las tablas que se adjuntan, puedes ver los diferentes valores de los parámetros que acabamos de explicar, en función del material a mecanizar y del material de la herramienta.

4.4. Tiempo de mecanizado Para calcular el tiempo de mecanizado, hay que tener en cuenta dos factores:


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•

El tiempo máquina, que se puede calcular con bastante precisión simplemente calculando el tiempo que tarda la herramienta en hacer una pasada a cada uno de los avances programados (desbaste y acabado) y multiplicar el resultado por el número de pasadas.

•

Los tiempos muertos. Son aquellos que se deben a colocación de la herramienta y la pieza en las condiciones de trabajo, a funcionamiento de la herramienta en vacío, etc. Estos tiempos sólo se podrán estimar. Algunos expertos han estimado su valor en aproximadamente entre un 20 % y un 30 % del tiempo máquina en producciones no unitarias, aunque se recomienda estudiar las condiciones reales para presupuestos ajustados.

4.5. Factores que influyen en las condiciones tecnológicas del torneado Diseño y limitaciones de la pieza: tamaño, tolerancias del torneado, tendencia a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial, etc. Operaciones de torneado a realizar: cilindrados exteriores o interiores, refrentados, ranurados, desbaste, acabados, optimización para realizar varias operaciones de forma simultánea, etc. Estabilidad y condiciones de mecanizado: cortes intermitentes, voladizo de la pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la máquina, etc. Disponibilidad y selección del tipo de torno: posibilidad de automatizar el mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc. Material de la pieza: dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra, fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc. Disponibilidad de herramientas: calidad de las herramientas, sistema de sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico. Aspectos económicos del mecanizado: optimización del mecanizado, duración de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado.

4.6. Herramientas para torno. Para el objetivo de este curso, distinguiremos dos tipos de herramientas: de acero rápido o extrarápido (10 % Co) y plaquitas de metal duro.


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4.6.1. Herramientas de aceros rápidos y extrarápidos

Han de tener la geometría que se ve en la figura. Los ángulos variarán según el material a mecanizar. Dichas variaciones en los ángulos se pueden apreciar en la siguiente figura.


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4.6.2. Plaquitas de metal duro


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Tienen formas normalizadas adecuadas al trabajo a realizar y especificaciones según ISO:

4.7. Mecanizado en seco y con refrigerante Hoy en día el torneado en seco es completamente viable. Hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita. Sin embargo, el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones, especialmente para taladrados, roscados y mandrinados para garantizar la evacuación de las virutas. Tampoco es recomendable tornear en seco materiales pastosos o demasiado blandos como el aluminio o el acero de bajo contenido en carbono ya que es muy probable que los filos de corte se embocen con el material que cortan, produciendo mal acabado superficial, dispersiones en las medidas de la pieza e incluso rotura de los filos de corte. En el caso de mecanizar materiales de viruta corta como la fundición gris la taladrina es beneficiosa como agente limpiador, evitando la formación de nubes de polvo tóxicas. La taladrina es imprescindible torneando materiales abrasivos tales como inoxidables, etc. En el torneado en seco la maquinaria debe estar preparada para absorber sin problemas el calor producido en la acción de corte. Para evitar sobrecalentamientos de husillos, etc. suelen incorporarse circuitos internos de refrigeración por aceite o aire. Salvo excepciones y a diferencia del fresado el torneado en seco no se ha generalizado pero ha servido para que las empresas se hayan cuestionado usar taladrina solo en las operaciones necesarias y con el caudal necesario.


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Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigerante.

5. TABLAS TECNOLÓGICAS En base a criterios técnicos y experiencias, se elaboran unas tablas tecnológicas en las cuales se pueden consultar los valores de los parámetros de corte en función del material a mecanizar y al tipo de herramienta a emplear. En las páginas finales de este tema se incluyen las tablas correspondientes al torneado.


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FRESADO


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1. GENERALIDADES Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. En las fresadoras tradicionales la pieza se desplaza en el espacio acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a otras más complejas.

1.1. Tipos de fresadoras Las fresadoras pueden clasificarse según varios aspectos, como la orientación del eje de giro o el número de ejes de operación. A continuación se indican las clasificaciones más usuales. Fresadoras según la orientación de la herramienta Dependiendo de la orientación del eje de giro de la herramienta de corte, se distinguen tres tipos de fresadoras: horizontales, verticales y universales. Una fresadora horizontal utiliza fresas cilíndricas que se montan sobre un eje horizontal accionado por el cabezal de la máquina y apoyado por un extremo sobre dicho cabezal y por el otro sobre un rodamiento situado en el puente deslizante llamado carnero. Esta máquina permite realizar principalmente trabajos de ranurado, con diferentes perfiles o formas de las ranuras. Cuando las operaciones a realizar lo permiten, principalmente al realizar varias ranuras paralelas, puede aumentarse la productividad montando en el eje portaherramientas varias fresas conjuntamente formando un tren de fresado. La profundidad máxima de una ranura está limitada por la diferencia entre el radio exterior de la fresa y el radio exterior de los casquillos de separación que la sujetan al eje portafresas.


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En una fresadora vertical, el eje del husillo está orientado verticalmente, perpendicular a la mesa de trabajo. Las fresas de corte se montan en el husillo y giran sobre su eje. En general, puede desplazarse verticalmente, bien el husillo, o bien la mesa, lo que permite profundizar el corte. Hay dos tipos de fresadoras verticales: las fresadoras de banco fijo o de bancada y las fresadoras de torreta o de consola. En una fresadora de torreta, el husillo permanece estacionario durante las operaciones de corte y la mesa se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. En las fresadoras de banco fijo, sin embargo, la mesa se mueve sólo perpendicularmente al husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelamente a su propio eje.

Una fresadora universal tiene un husillo principal para el acoplamiento de ejes portaherramientas horizontales y un cabezal que se acopla a dicho husillo y que convierte la máquina en una fresadora vertical. Su ámbito de aplicación está limitado principalmente por el costo y por el tamaño de las piezas que se pueden trabajar. En las fresadoras universales, al igual que en las horizontales, el puente es deslizante, conocido en el argot como carnero, puede desplazarse de delante a detrás y viceversa sobre unas guías. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Por su mayor versatilidad, las fresadoras más empleadas son las universales y este curso se va a centrar en su estudio. 1.3. Movimientos

Ejes de una fresadora


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Movimientos básicos del fresado

1.3.1. Movimientos de la herramienta El principal movimiento de la herramienta es el giro sobre su eje. En algunas fresadoras también es posible variar la inclinación de la herramienta o incluso prolongar su posición a lo largo de su eje de giro. En las fresadoras de puente móvil todos los movimientos los realiza la herramienta mientras la pieza permanece inmóvil.

1.3.2. Movimientos de la mesa La mesa de trabajo se puede desplazar de forma manual o automática con velocidades de avance de mecanizado o con velocidades de avance rápido en vacío. Para ello cuenta con una caja de avances expresados de mm/minuto, donde es posible seleccionar el avance de trabajo adecuado a las condiciones tecnológicas del mecanizado. •

Movimiento longitudinal: según el eje X, que corresponde habitualmente al movimiento de trabajo. Para facilitar la sujeción de las piezas la mesa está dotada de unas ranuras en forma de T para permitir la fijación de mordazas u otros elementos de sujeción de las piezas y además puede inclinarse para el tallado de ángulos. Esta mesa puede avanzar de forma automática de acuerdo con las condiciones de corte que permita el mecanizado.

•

Movimiento transversal: según el eje Y, que corresponde al desplazamiento transversal de la mesa de trabajo. Se utiliza básicamente para posicionar la herramienta de fresar en la posición correcta.


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•

Movimiento vertical: según el eje Z, que corresponde al desplazamiento vertical de la mesa de trabajo. Con el desplazamiento de este eje se establece la profundidad de corte del fresado.

•

Giro respecto a un eje longitudinal: según el grado de libertad U. Se obtiene con un cabezal divisor o con una mesa oscilante.

•

Giro respecto a un eje vertical: según el grado de libertad W. En algunas fresadoras se puede girar la mesa 45º a cada lado, en otras la mesa puede dar vueltas completas.

1.3.3. Movimiento relativo entre pieza y herramienta El movimiento relativo entre la pieza y la herramienta puede clasificarse en tres tipos básicos: •

El movimiento de corte es el que realiza la punta de la herramienta alrededor del eje del portaherramientas.

•

El movimiento de avance es el movimiento de aproximación de la herramienta desde la zona cortada a la zona sin cortar.

•

El movimiento de profundización, de perforación, o de profundidad de pasada es un tipo de movimiento de avance que se realiza para aumentar la profundidad del corte.

1.4. Estructura, componentes y características


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1.4.1. Estructura de una fresadora Los componentes principales de una fresadora son la base, el cuerpo, la consola, el carro, la mesa, el puente y el eje de la herramienta. La base permite un apoyo correcto de la fresadora en el suelo. El cuerpo o bastidor tiene forma de columna y se apoya sobre la base o ambas forman parte de la misma pieza. Habitualmente, la base y la columna son de fundición aleada y estabilizada. La columna tiene en la parte frontal unas guías templadas y rectificadas para el movimiento de la consola y unos mandos para el accionamiento y control de la máquina. La consola se desliza verticalmente sobre las guías del cuerpo y sirve de sujeción para la mesa. La mesa tiene una superficie ranurada sobre la que se sujeta la pieza a conformar. La mesa se apoya sobre dos carros que permiten el movimiento longitudinal y transversal de la mesa sobre la consola. El puente es una pieza apoyada en voladizo sobre el bastidor y en él se alojan unas lunetas donde se apoya el eje portaherramientas. En la parte superior del puente suele haber montado uno o varios tornillos de cáncamo para facilitar el transporte de la máquina. El portaherramientas o portafresas es el apoyo de la herramienta y le transmite el movimiento de rotación del mecanismo de accionamiento alojado en el interior del bastidor. Este eje suele ser de acero aleado al cromo-vanadio para herramientas.

1.4.2. Características técnicas de una fresadora Al seleccionar una fresadora para su adquisición y para realizar trabajos con ella, deben tenerse en cuenta varias características técnicas de la misma. El tamaño de las piezas a mecanizar está limitado por las dimensiones de la superficie de la mesa y los recorridos de los elementos móviles. Dependiendo de las operaciones a realizar, puede ser necesaria la posibilidad de controlar varios ejes a la vez, como los proporcionados por mesas giratorias o por cabezales divisores, o incluso controlar estos ejes de forma automática por CNC, por ejemplo para realizar contorneados. En función del material de la pieza, de las herramientas de corte y de las tolerancias de fabricación requeridas, es necesario utilizar velocidades de corte y de avance diferentes, lo cual puede hacer necesaria la posibilidad de operar con gamas de velocidades, con velocidades máximas y potencias suficientes para lograr flexibilidad en el sistema de producción. Los dispositivos electrónicos de control, desde la visualización de cotas hasta el control numérico, permiten aumentar la productividad y la precisión del proceso productivo. Además, una fresadora debe tener dispositivos de seguridad, como botones de parada de emergencia (coloquialmente conocidos como setas de emergencia), dispositivo de seguridad contra sobrecargas (que consiste; bien en un embrague automático que desacopla el movimiento de la herramienta cuando se alcanza un límite de fricción o se vence la acción de unos muelles; o bien en un sistema electrónico) y pantallas de protección contra la proyección de virutas o partes de la pieza o la herramienta de corte.


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Otro aspecto a tener en cuenta es el peso de la máquina, que influye en el transporte de la misma y las necesidades de cimentación de la nave para que las vibraciones estén controladas en niveles admisibles. Para un buen funcionamiento de la máquina se requiere que sus holguras e imperfecciones dimensionales estén controladas y no excedan de unas tolerancias determinadas, para lo cual se realizan inspecciones periódicas. Las guías de los componentes deslizantes, como los carros de mesa o el puente, habitualmente son trapezoidales o con forma de cola de milano por esta razón. Los husillos de accionamiento de los movimientos deslizantes son husillos de bolas sin juego para disminuir las fuerzas de rozamiento y así ralentizar el crecimiento de las holguras. 1.5. Accesorios principales

Existen varios accesorios que se instalan en las fresadoras para realizar operaciones de mecanizado diferentes o para una utilización con mayor rapidez, precisión y seguridad: •

Dispositivos de adición de ejes: cabezal multiangular (permite orientar el eje del portaherramientas), divisor universal con contrapunto y juego de engranes y mesa circular divisora.

•

Dispositivos para sujeción de piezas: plato universal de 3 garras con contraplato; contrapunto y lunetas; mordaza giratoria graduada; mordaza hidráulica.

•

Dispositivos para sujeción de herramientas: ejes porta-fresas largos y cortos, eje portapinzas y juego de pinzas.

•

Dispositivos para operaciones especiales: aparato de mortajar giratorio, cabezal de mandrinar.


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•

Dispositivos de control: visualización digital de cotas y palpadores de medida.

1.5.1. Sujeción de herramientas Las fresas pueden clasificarse según el mecanismo de sujeción al portaherramientas en fresas con mango cónico, fresas con mango cilíndrico y fresas para montar en árbol. Las fresas con mango cónico, a excepción de las fresas grandes, en general se montan al portaherramientas utilizando un mandril o un manguito adaptador intermedio, cuyo alojamiento tiene la misma conicidad que el mango de la fresa. Las conicidades utilizadas suelen ser las correspondientes a los conos ISO o a los conos Morse, existiendo también otros tipos menos utilizados en fresadoras como los conos Brown y Sharpe.

Las fresas con mango cilíndrico se fijan al portaherramienta utilizando mandriles con pinzas. Algunas fresas tienen un agujero en el mango y se fijan empleando mangos que se adaptan por un lado a la fresa mediante un roscado o utilizando un eje prisionero y por el otro lado disponen de un cono para montarse al husillo de la máquina. Las fresas para montaje sobre árbol tienen un agujero central para alojar el eje portaherramientas, cuyo diámetro está normalizado. Estas fresas disponen de un chavetero TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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para asegurar la rotación de la herramienta y evitar que patinen. Para posicionar axialmente estas fresas en el eje, se emplean unos casquillos separadores de anchuras normalizadas. Además, en caso de necesidad pueden montarse varias fresas simultáneamente en lo que se denomina un tren de fresas. Para el cambio manual de los ejes portafresas se recurre a sistemas clásicos de amarre con tirante roscado, pero cada vez es más utilizado el apriete neumático o hidraúlico debido a la rapidez con la que se realiza el cambio. Las fresadoras de control numérico incorporan un almacén de herramientas y disponen de un mecanismo que permite el cambio de herramientas de forma automática según las órdenes programadas. Para poder orientar la herramienta existen varios tipos de dispositivos, como el cabezal Huré, el cabezal Gambin o las platinas orientables.

1.5.2. Cabezal vertical universal El cabezal vertical universal Huré es un mecanismo que aumenta las prestaciones de una fresadora universal y es de aplicación para el fresado horizontal, vertical, radial en el plano vertical, angular (inclinado) en un plano vertical perpendicular a la mesa de la fresadora y oblicuo o angular en el plano horizontal. Este mecanismo es de gran aplicación en las fresadoras universales y no se utiliza en las fresadoras verticales. Consta de dos partes: la primera, con el árbol portaherramientas, se une con la otra parte del cabezal según una corredera circular inclinada 45º respecto a la horizontal, y la segunda se une mediante una corredera circular vertical con la parte frontal de la columna de la fresadora, donde se acopla al husillo principal de la máquina. El cabezal está dispuesto para incorporarle herramientas de fresar, brocas y escariadores mediante pinzas, portabrocas y otros elementos de sujeción de herramientas. La velocidad de giro del husillo de este accesorio es la misma que la del husillo principal de la fresadora. No son adecuados para las operaciones con herramientas grandes de planear.


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1.5.3. Sujeción de piezas Para conseguir una correcta fijación de las piezas en la mesa de trabajo de una fresadora se utilizan diversos dispositivos. El sistema de sujeción que se adopte debe permitir que la carga y la descarga de las piezas en la mesa de trabajo sean rápidas y precisas, garantizar la repetibilidad de las posiciones de las piezas y su amarre con una rigidez suficiente. Además, el sistema de sujeción empleado debe garantizar que la herramienta de corte pueda realizar los recorridos durante las operaciones de corte sin colisionar con ningún utillaje. Existen dos tipos principales de dispositivos de fijación: las bridas de apriete y las mordazas, siendo estas últimas las más usuales. Las mordazas empleadas pueden ser de base fija o de base giratoria. Las mordazas de base giratoria están montadas sobre un plato circular graduado. Mordazas pueden ser de accionamiento manual o de accionamiento hidráulico. Las mordazas hidráulicas permiten automatizar la apertura y el cierre de las mismas así como la presión de apriete. Las mesas circulares, los platos giratorios y los mecanismos divisores son elementos que se colocan entre la mesa de la máquina y la pieza para lograr orientar la pieza en ángulos medibles.

Mordaza


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Mesa de trabajo giratoria

Además, hay otros dispositivos que facilitan el apoyo como ranuras en V para fijar redondos o placas angulares para realizar chaflanes y utillajes de diseño especial. Al fijar una pieza larga con un mecanismo divisor pueden utilizarse un contrapunto y lunetas. Para la fijación de las piezas y los dispositivos que se utilizan, las mesas disponen de unas ranuras en forma de T en las cuales se introducen los tornillos que fijan los utillajes y dispositivos utilizados. También es posible utilizar dispositivos magnéticos que utilizan imanes.


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1.5.4. Mecanismo divisor Un mecanismo divisor es un accesorio de las máquinas fresadoras y de otras máquinas herramientas como taladradoras y mandrinadoras. Este dispositivo se fija sobre la mesa de la máquina y permite realizar operaciones espaciadas angularmente respecto a un eje de la pieza a mecanizar. Se utiliza para la elaboración de engranajes, prismas, escariadores, ejes ranurados, etc. La pieza a mecanizar se acopla al eje de trabajo del divisor, entre el punto del divisor y un contrapunto. Al fresar piezas esbeltas se utilizan también lunetas o apoyos de altura regulable para que las deformaciones no sean excesivas. El divisor directo incorpora un disco o platillo con varias circunferencias concéntricas, en cada una de las cuales hay un número diferente de agujeros espaciados regularmente. En uno de estos agujeros se posiciona un pasador que gira solidariamente con la manivela del eje de mando. Si el divisor está automatizado, la división se realiza de forma automática, utilizando un disco apropiado para cada caso. Este sistema se emplea en mecanizar grandes cantidades de ejes ranurados por ejemplo. La relación de transmisión entre el eje de mando y el eje de trabajo depende del tipo de mecanismo divisor que se utilice. Hay tres tipos de mecanismos divisores: divisor directo, divisor semiuniversal y divisor universal. Un divisor directo tiene un árbol que, por un extremo tiene una punta cónica para centrar el eje la pieza, y por el otro se acciona directamente por la manivela. Algunos de estos divisores, en lugar de tener discos intercambiables con agujeros circunferenciales, tienen ranuras periféricas y el pasador de retención se sitúa perpendicularmente al eje de mando.


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Un divisor semiuniversal se utiliza básicamente para mecanizar ejes y engranajes de muchos dientes cuando es posible establecer una relación exacta entre el movimiento de giro de la pieza y el giro de la palanca sobre el platillo de agujeros. Para que ello sea posible, este tipo de divisor incorpora un mecanismo interior de tornillo sin fin y rueda helicoidal cuya relación de transmisión (i) usualmente es de 40:1 ó 60:1, así como varios discos intercambiables. En estos casos, la manivela de mando debe dar 40 ó 60 vueltas para completar una vuelta en el eje de trabajo del divisor. Para girar el eje de trabajo una fracción de vuelta de valor determinado debe calcularse previamente el giro que ha de realizar la manivela. Por ejemplo, para el tallado de un piñón de 20 dientes, la manivela debe girar 40/20 = 2 vueltas para avanzar de un diente al siguiente. Si se desea tallar un engranaje de 33 dientes, la solución es 40/33 = 1+7/33, con lo cual hay que instalar un platillo que tenga 33 agujeros y habrá que dar un giro a la manivela de una vuelta completa más 7 agujeros del platillo de 33 agujeros.

El divisor universal es de constitución parecida al divisor semiuniversal y se diferencia de este último en que incorpora un tren exterior de engranajes intercambiables que permite realizar la división diferencial y tallar engranajes helicoidales cuando se establece una relación de giro del plato divisor con el avance de la mesa de la fresadora. La división diferencial se utiliza cuando el engranaje que se desea tallar tiene un número de dientes que no es posible hacerlo de forma directa con los platillos disponibles porque no se dispone del número de agujeros que puedan conseguir un cociente exacto entre el giro del eje del divisor y el de la manivela del platillo.


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Para el mecanizado de grandes producciones de ejes ranurados o escariadores, existen mecanismos divisores automáticos con discos ranurados según el número de estrías de los ejes. Estos discos agilizan el trabajo de forma considerable. El tallado de engranajes con estos mecanismos apenas se utiliza en la actualidad porque existen máquinas para el tallado de engranajes que consiguen mayores niveles de calidad y productividad. Algunas fresadoras modernas de control numérico (CNC) disponen de mesas giratorias o cabezales orientables para que las piezas puedan ser mecanizadas por diferentes planos y ángulos de aproximación, lo cual hace innecesario utilizar el mecanismo divisor en estas máquinas.

2. HERRAMIENTAS Se denomina fresa a una herramienta circular, de corte múltiple, usada en máquinas fresadoras para el mecanizado de piezas. Los dientes cortantes de las fresas pueden ser rectilíneos o helicoidales, y de perfil recto o formando un ángulo determinado. Las fresas para mecanizados de grandes series, y materiales duros, llevan incorporadas plaquetas de metal duro, o de metalcerámica que se fijan mediante tornillos de apriete sobre los discos de las fresas. El número de dientes de una fresa depende de su diámetro, de la cantidad de viruta que debe arrancar, de la dureza del material y del tipo de fresa. •

Fresas cilíndricas: Su mango es cilíndrico y se cogen a la máquina mediante pinzas especiales de apriete de acuerdo al diámetro que tenga el mango. Su forma de trabajar es parecido a la broca, pero con un poder de corte mayor y que no hacen agujeros sino que mecanizan ranuras, chaveteros, avellanados, etc. Las más empleadas de este tipo de brocas tienen 2 ó 4 labios. Una variante de estas fresas son las que tienen forma de T y son empleadas para el mecanizado de ranuras y chaveteros. Un ejemplo de fresas cilíndricas especiales son las que usan los dentistas para atacar las caries dentales y hacer los alojamientos para los empastes.


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Fresas circulares: Estas fresas tienen forma de disco con un agujero central que se acopla al eje portafresas, que le imprime el movimiento circular que tienen, suelen ser de acero rápido y la forma de los dientes les permite que sean capaces de cortar de forma frontal y lateral al mismo tiempo. Su poder de corte es mayor que el de las cilíndricas, porque tienen muchos más dientes y es más fuerte su sujeción en el eje portafresas. Cuando el filo está deteriorado pueden ser afiladas en máquinas especiales de afilar fresas.

•

Fresas circulares de perfil constante: Son fresas circulares cuyos dientes están tallados con una geometría especial, tales como radios o las más importantes con el perfil de los dientes de los diferentes tipos de engranaje que se pueden mecanizar en las fresas. Las fresas de engranajes están normalizadas de acuerdo con el Módulo que tengan. El tallado de engranajes con fresadoras universales y plato divisor ya se utiliza muy poco, porque son mucho más productivas y exactas el tallado de engranajes con fresas madres, que se utilizan en otro tipo de máquina.


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Fresas de plato: Las fresas de plato son las fresas más populares en las fresadoras porque se emplean en las tareas de cubicaje de las piezas cúbicas, es decir la mecanización y planeado de las caras que componen las piezas cúbicas. Estas piezas a veces son de grandes dimensiones y tienen grandes superficies que tienen que ser planeadas. Para mecanizar estas piezas de gran tamaño se utilizan fresadoras con cabezal vertical, a las cuales se les acopla una fresa de plato tan grande como sea posible para mecanizar la pieza deseada de una sola pasada. Estas fresas de plato son de plaquetas de metal duro porque permiten su reposición de una forma rápida y porque pueden trabajar a velocidades de corte elevadas.

Las calidades de las plaquitas son las mismas que las referidas en el tema de torneado.

3. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL FRESADO •

Asegurar una buena rigidez de la máquina y que tenga la potencia suficiente para poder utilizar las herramientas más convenientes.

•

Utilizar el menor voladizo de la herramienta con el husillo que sea posible.

•

Adecuar el número de dientes, labios o plaquitas de las fresas procurando que no haya demasiados filos trabajando simultáneamente.

•

Seleccionar el avance de trabajo por diente más adecuado de acuerdo con las características del mecanizado como el material de la pieza, las características de la fresa, la calidad y precisión de la pieza y la evacuación de la viruta.


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Utilizar fresado en concordancia.

•

Utilizar plaquitas de geometría positiva siempre que sea posible.

•

Utilizar el diámetro de fresa de planear adecuado de acuerdo con la anchura de la pieza.

•

Utilizar refrigerante sólo si es necesario, el fresado se realiza mejor sin refrigerante cuando se utilizan plaquitas de metal duro

4. PROBLEMAS EN EL FRESADO Durante el fresado pueden aparecer una serie de problemas que dificultan la calidad de las operaciones de fresado. Los problemas más habituales son los siguientes: Vibraciones excesivas. Las vibraciones en el fresado afectan principalmente a la consecución de las tolerancias del mecanizado. Las vibraciones pueden ser ocasionadas por: • • • • •

Pieza de constitución débil y flexible Herramienta con voladizo excesivo Avance de la mesa irregular Fijación débil e inadecuada de la pieza en la mesa de trabajo Fresado en escuadra con husillo débil

Calidad superficial del mecanizado incorrecta. Entre las causas que pueden provocar este problema destacan las siguientes: • • • • •

Avance de trabajo excesivo Vibraciones de la herramienta, la pieza o la máquina Formación de filo de aportación en la herramienta por velocidad de corte lenta Sentido de corte hacia atrás Rotura de bordes de la pieza por avance excesivo, o paso de la fresa muy alto

Rotura prematura de las plaquitas de metal duro. Entre las causas que originan una rotura prematura de las plaquitas de metal duro destacan las siguientes: • • •

Avance por diente excesivo Diámetro de la fresa demasiado grande Geometría de la plaquita inadecuada


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5. PARÁMETROS DE CORTE PARA EL FRESADO Cuando se procede a realizar un fresado es conveniente elegir la forma de avance de la mesa de trabajo porque existen dos métodos diferentes denominados fresado en concordancia y fresado en oposición. El fresado en concordancia es el medio convencional más usado, en este caso el espesor de la viruta y la presión de corte aumentan según avanza la herramienta. Este método produce vibraciones en la máquina y una peor calidad superficial del mecanizado, pero es el método más favorable para la máquina porque requiere menos potencia. En el fresado en oposición el avance de contacto del diente de la fresa es el máximo cuando toma contacto con la herramienta. Cuando la fresa se retira de la pieza, el espesor de la viruta es menor y por tanto la presión de trabajo es menor, produciendo así un mejor acabado superficial del mecanizado. Este método de fresado requiere máquinas de mayor potencia y rigidez. Los parámetros tecnológicos fundamentales que hay que considerar en el proceso de fresado son los siguientes: • • • • • • • • • • • •

Elección del tipo de fresa más adecuado Elección del tipo de fresado (convencional, en oposición o frontal) Sistema de fijación de la pieza Velocidad de corte (Vc) de la herramienta expresada de metros/minuto Diámetro exterior de la fresa u otra herramienta Revoluciones por minuto (rpm) del husillo portafresas Avance en mm/rev, de cada diente de la fresa Avance en mm/rev de la fresa Profundidad de pasada Anchura de corte Esfuerzos de corte Tipo de fresadora y accesorios adecuados

Fresado en concordancia TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

Fresado en oposición CURSO: 2011-2012

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5.1. Velocidad de corte Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la fresa u otra herramienta que se utilice en el fresado. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado de depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de fresa que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta.

Vc =

π ⋅ n ⋅φ 1000

(m / min)

Donde: n = velocidad de giro de la herramienta en r.p.m. ∅ = diámetro de la fresa en mm. Despejando n, se calculará la velocidad de giro a la que hay que programar la máquina. La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal. La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a: • • •

Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta. Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado. Calidad del mecanizado deficiente.

La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a: • • • •

Formación de filo de aportación en la herramienta. Efecto negativo sobre la evacuación de viruta. Baja productividad. Coste elevado del mecanizado.


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5.2. Velocidad de avance El avance o velocidad de avance en el fresado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance y el radio de la punta de la herramienta de corte son los dos factores más importantes de los cuales depende la rugosidad de la superficie obtenida en el fresado. Cada fresa puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (an). Este rango depende fundamentalmente de número de dientes de la fresa, del tamaño de cada diente y de la profundidad de corte, además del tipo de material de la pieza y de la calidad y el tipo de plaquita de corte. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en las tablas adjuntas. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una herramienta de fresado. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta. Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las fresadoras convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles, mientras que las fresadoras de control numérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la máquina. Efectos de la velocidad de avance • • •

Decisiva para la formación de viruta Afecta al consumo de potencia Contribuye a la tensión mecánica y térmica

La elevada velocidad de avance da lugar a: • • • • •

Buen control de viruta Menor tiempo de corte Menor desgaste de la herramienta Riesgo más alto de rotura de la herramienta Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

La velocidad de avance baja da lugar a: • • • • •

Viruta más larga Mejora de la calidad del mecanizado Desgaste acelerado de la herramienta Mayor duración del tiempo de mecanizado Mayor coste del mecanizado


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5.3. Profundidad de corte o de pasada La profundidad de corte o profundidad de pasada (p) es la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta. Habitualmente se expresa en milímetros (mm). El anchura de corte (s), expresado en mm, es la anchura de la parte de la pieza implicada en el corte. Estos parámetros hay que tenerlos en cuenta por la influencia que tiene en el cálculo de la sección de viruta y consecuentemente en la fuerza de corte necesaria para poder realizar el mecanizado. La profundidad de pasada se establece a priori y depende principalmente de las creces de material a mecanizar, del grado de precisión dimensional a conseguir, de la potencia de la máquina y de la relación con respecto al avance seleccionado y de parámetros propios de la plaquita de corte como su tamaño, el radio de la punta y su perfil.

6. OPERACIONES DE FRESADO Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la calidad y exactitud de las operaciones realizadas. El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos de avance programados de la mesa de trabajo en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza. Las herramientas de fresar se caracterizan por su diámetro exterior, el número de dientes, el paso de los dientes (distancia entre dos dientes consecutivos) y el sistema de fijación de la fresa en la máquina. En las fresadoras universales utilizando los accesorios adecuados o en las fresadoras de control numérico se puede realizar la siguiente relación de fresados: •

Planeado. La aplicación más frecuente de fresado es el planeado, que tiene por objetivo conseguir superficies planas. Para el planeado se utilizan generalmente fresas de planear de plaquitas intercambiables de metal duro, existiendo una gama muy variada de diámetros de estas fresas y del número de plaquitas que monta cada fresa. Los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción el uso de plaquitas redondas o con ángulos de 45º como alternativa.


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•

Fresado en escuadra. El fresado en escuadra es una variante del planeado que consiste en dejar escalones perpendiculares en la pieza que se mecaniza. Para ello se utilizan plaquitas cuadradas o rómbicas situadas en el portaherramientas de forma adecuada.

•

Cubicaje. La operación de cubicaje es muy común en fresadoras verticales u horizontales y consiste en preparar los tarugos de metal u otro material como mármol o granito en las dimensiones cúbicas adecuadas para operaciones posteriores. Este fresado también se realiza con fresas de planear de plaquitas intercambiables.

•

Corte. Una de las operaciones iniciales de mecanizado que hay que realizar consiste muchas veces en cortar las piezas a la longitud determinada partiendo de barras y perfiles comerciales de una longitud mayor. Para el corte industrial de piezas se utilizan indistintamente sierras de cinta o fresadoras equipadas con fresas cilíndricas de corte. Lo significativo de las fresas de corte es que pueden ser de acero rápido o de metal duro. Se caracterizan por ser muy delgadas (del orden de 3 mm aunque puede variar), tener un diámetro grande y un dentado muy fino. Se utilizan fresas de disco relativamente poco espesor (de 0,5 a 6 mm) y hasta 300 mm de diámetro con las superficies laterales retranqueadas para evitar el rozamiento de estas con la pieza.

•

Ranurado recto. Para el fresado de ranuras rectas se utilizan generalmente fresas cilíndricas con la anchura de la ranura y, a menudo, se montan varias fresas en el eje portafresas permitiendo aumentar la productividad de mecanizado. Al montaje de varias fresas cilíndricas se le denomina tren de fresas o fresas compuestas. Las fresas cilíndricas se caracterizan por tener tres aristas de corte: la frontal y las dos laterales. En la mayoría de aplicaciones se utilizan fresas de acero rápido ya que las de metal duro son muy caras y por lo tanto solo se emplean en producciones muy grandes.

•

Ranurado de forma. Se utilizan fresas de la forma adecuada a la ranura, que puede ser en forma de T, de cola de milano, etc.

•

Ranurado de chaveteros. Se utilizan fresas cilíndricas con mango, conocidas en el argot como bailarinas, con las que se puede avanzar el corte tanto en dirección perpendicular a su eje como paralela a este.

•

Copiado. Para el fresado en copiado se utilizan fresas con plaquitas de perfil redondo a fin de poder realizar operaciones de mecanizado en orografías y perfiles de caras cambiantes. Existen dos tipos de fresas de copiar: las de perfil de media bola y las de canto redondo o tóricas.

•

Fresado de cavidades. En este tipo de operaciones es recomendable realizar un taladro previo y a partir del mismo y con fresas adecuadas abordar el mecanizado de la cavidad teniendo en cuenta que los radios de la cavidad deben ser al menos un 15% superior al radio de la fresa.


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•

Torno-fresado. Este tipo de mecanizado utiliza la interpolación circular en fresadoras de control numérico y sirve tanto para el torneado de agujeros de precisión como para el torneado exterior. El proceso combina la rotación de la pieza y de la herramienta de fresar siendo posible conseguir una superficie de revolución. Esta superficie puede ser concéntrica respecto a la línea central de rotación de la pieza. Si se desplaza la fresa hacia arriba o hacia abajo coordinadamente con el giro de la pieza pueden obtenerse geometrías excéntricas, como el de una leva, o incluso el de un árbol de levas o un cigüeñal. Con el desplazamiento axial es posible alcanzar la longitud requerida.

•

Fresado de roscas. El fresado de roscas requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad: la rotación de la pieza respecto al eje de la hélice de la rosca y la traslación de la pieza en la dirección de dicho eje. El perfil de los filos de corte de la fresa deben ser adecuados al tipo de rosca que se mecanice.

•

Fresado frontal. Consiste en el fresado que se realiza con fresas helicoidales cilíndricas que atacan frontalmente la operación de fresado. En las fresadoras de control numérico se utilizan cada vez más fresas de metal duro totalmente integrales que permiten trabajar a velocidades muy altas.

•

Fresado de engranajes. El fresado de engranajes apenas se realiza ya en fresadoras universales mediante el plato divisor, sino que se hacen en máquinas especiales llamadas talladoras de engranajes y con el uso de fresas especiales del módulo de diente adecuado.

•

Taladrado, escariado y mandrinado. Estas operaciones se realizan habitualmente en las fresadoras de control numérico dotadas de un almacén de herramientas y utilizando las herramientas adecuadas para cada caso.

•

Mortajado. Consiste en mecanizar chaveteros en los agujeros, para lo cual se utilizan brochadoras o bien un accesorio especial que se acopla al cabezal de las fresadoras universales y transforma el movimiento de rotación en un movimiento vertical alternativo.

•

Fresado en rampa. Es un tipo de fresado habitual en el mecanizado de moldes que se realiza con fresadoras copiadoras o con fresadoras de control numérico.

6.1. Fresado en seco y con refrigerante En la actualidad el fresado en seco de ciertos materiales es completamente viable cuando se utilizan herramientas de metal duro, por eso hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita. La inquietud por la eficiencia en el uso de refrigerantes de corte se despertó durante los años 1990, cuando estudios realizados en empresas de fabricación de componentes para automoción en Alemania pusieron de relieve el coste elevado del ciclo de vida del refrigerante, especialmente en su TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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reciclado. Sin embargo, el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones, especialmente para taladrados, roscados y mandrilados para garantizar la evacuación de las virutas, especialmente si se utilizan fresas de acero rápido. Tampoco es recomendable fresar en seco materiales pastosos o demasiado blandos como el aluminio o el acero de bajo contenido en carbono ya que es muy probable que los filos de corte se embocen con el material que cortan, formándose un filo de aportación que causa imperfecciones en el acabado superficial, dispersiones en las medidas de la pieza e incluso roturas de los filos de corte. En el caso de mecanizar materiales poco dúctiles que tienden a formar viruta corta, como la fundición gris, la taladrina es beneficiosa como agente limpiador, evitando la formación de nubes tóxicas de aerosoles. La taladrina es imprescindible al fresar materiales abrasivos como el acero inoxidable. En el fresado en seco la maquinaria debe estar preparada para absorber sin problemas el calor producido en la acción de corte. Para evitar excesos de temperatura por el sobrecalentamiento de husillos, herramientas y otros elementos, suelen incorporarse circuitos internos de refrigeración por aceite o aire. Salvo excepciones, el fresado en seco se ha generalizado y ha servido para que las empresas se hayan cuestionado usar taladrina únicamente en las operaciones necesarias y con el caudal necesario. Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigerante.

Fuente: Wikipedia.


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Mecanizado por abrasión


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 1.- ABRASIVOS. Se definen como: Herramientas de corte, con múltiples aristas. Se componen de granos (elementos cortantes) unidos entre sí por un producto sólido llamado aglomerante.

1.1.- TIPOS DE ABRASIVOS. Genéricamente los abrasivos se dividen en dos tipos: A)- Abrasivos naturales que son: el cuarzo, el esmeril, el corindón normal y el diamante. B)- Abrasivos artificiales: el corindón artificial, el borazón (o nitruro de boro) y el carburo de silicio (entre otros). El corindón artificial se compone de óxido de aluminio (Al2O3) y se obtiene del mineral llamado bauxita por fusión en horno eléctrico a unos 2000ºC. Es apropiado para el trabajo sobre materiales tenaces, como aceros templados de gran resistencia y fundición maleable. Tiene un color desde pardo brillante hasta rosa claro. El carburo de silicio es más duro que el corindón, pero menos tenaz, esto lo hace apropiado para trabajos sobre materiales quebradizos: fundición dura, porcelana, vidrio, etc. Tiene color desde negro brillante hasta verde. El diamante siendo al material más duro según la escala de Mohs, se empleará para trabajos sobre materiales extremadamente duros particularmente en afilados y rectificados finos de herramientas de carburos metálicos. La dureza según la escala de Mohs de los abrasivos se representa según la siguiente escala: borazón y carburo de Silicio corindón diamante

esmeril cuarzo

7

8

9

10

2.- MUELAS. Son los aglomerados más o menos resistentes de forma circular constituidos por granos de abrasivo unidos por un aglutinante. Una muela se caracteriza por: -

la composición de su abrasivo; el tamaño del grano; el aglutinante; el grado o dureza; la estructura; la forma. Fig.1


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2.1.- COMPOSICIÓN DEL ABRASIVO. En el apartado 1.1. se explican los distintos tipos de abrasivo.

2.2.- TAMAÑO DEL GRANO. El tamaño del grano se determina por un número que corresponde al número de hilos por pulgada lineal que tiene el tamiz empleado en su clasificación (Ver figura 2). Fig.2

2.3.- AGLUTINANTE. Tiene como objeto el mantener unidos los distintos granos abrasivos. El tipo de aglutinante determina esencialmente las propiedades de las muelas. Las ligas, aglomerantes o aglutinantes generalmente empleados, se pueden clasificar en varios grupos: -

-

Cementados: compuestos por cementos minerales. Se utilizan para esmerilado en seco. Al silicato: poseen gran potencia esmeriladora y son apropiados para esmerilado en plano. Elásticos o resinoides: compuestos por elementos resinosos, flexibles, apropiados para muelas delgadas que puedan estar sometidas a presiones o cargas repentinas, impactos y fuertes velocidades de trabajo, ya que son poco sensibles a presiones y choques. De caucho: más flexibles que los resinoides, se emplean para soportar fuertes y repentinos aumentos de carga. Muy utilizados en muelas de tronzar. Vitrificados: de composición cerámica, muy porosos, de gran poder abrasivo e insensibles a temperaturas extremas, pero sensibles a impactos y a saltos térmicos debido a la mala disipación de calor del material.

De los aglomerantes enumerados los más empleados son los elásticos y los vitrificados. Existe un tipo de aglomerantes metálicos cuyo uso es prácticamente exclusivo en la muelas de diamante.


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2.4.- GRADO O DUREZA. Se define el grado o dureza de una muela a la mayor o menor tenacidad con que retiene los granos de abrasivo en función de la fuerza de adherencia. En la práctica se habla de muelas blandas o duras. Blandas serán aquellas que durante el trabajo pierden sus granos con cierta facilidad y duras serán aquellas que los retienen. Una muela es apropiada para un trabajo determinado, cuando su grado es el necesario y suficiente para que la superficie abrasiva no se ponga brillante al trabajar (superficie embotada).

2.5.- ESTRUCTURA. Puede ser cerrada, abierta o porosa, según los granos estén dispuestos de forma compacta (cerrada), con espacios libre entre ellos (abierta) o con grandes cavernas en la masa de la muela (porosa). (Ver figura 3). Las muelas de estructura cerrada se emplean en trabajos de acabado fino y rectificado de precisión; las de estructura abierta para trabajos de desbaste y las de estructura porosa cuando hay peligro de sobrecalentamiento.


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 2.6.- FORMA. Varía en función del uso y las formas normalizadas de las muelas, son las que se reflejan en la figura 4. Fig. 4

2.7.- ESPECIFICACIONES DE LAS MUELAS. Las muelas, según sus características tendrán una especificación que consta de siete símbolos en el orden siguiente: 0 – Tipo de abrasivo, propio del fabricante. (Facultativo) 1 – Naturaleza del abrasivo. 2 – Grosor o tamaño del grano. 3 – Grado de dureza. 4 – Estructura. (Facultativo) TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO 5 – Naturaleza del aglomerante. 6 – Tipo de aglomerante, propio del fabricante. (Facultativo)

Los símbolos o códigos utilizados para las especificaciones no facultativas serán: -

Naturaleza del abrasivo.- Se designará A para abrasivos aluminosos (corindón), B para carburos y BC para nitruros.

-

Grosor del grano.- Designado por números, con la siguiente distribución: Grueso Mediano Fino Muy fino

-

-

D, E, F, G. H, I, J, K. L, M, N, O. P, Q, R, S. T, U, V, W, X, Y, Z.

Estructura.- Siendo facultativo del fabricante, generalmente este símbolo recibe la siguiente nomenclatura: Compacta Media Porosa Muy porosa

-

8, 10, 12, 14, 16, 20 y 24. 30, 36, 46, 54 y 60. 70, 80, 90, 100, 120, 150 y 180. 220, 240, 280, 320, 400, 500 y 600.

Grado de dureza.- De más blando a más duro, designado por las letras del alfabeto: Muy blando Blando Medio Duro Muy duro

-

-

-

0, 1, 2, 3. 4, 5, 6, 7. 8, 9, 10, 11. 12, 13, 14.

Naturaleza del aglomerante.- Según lo descrito en apartado 2.3.: V S R RF B E Mg

= Vitrificado cerámico = Silicato = Caucho = Caucho con armadura de tejido incorporada = Resina sintética = Goma laca = Magnesio


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2.8.- 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 m/s en las muelas vitrificadas. No se debe sobrepasar la velocidad indicada ya que la fuerza centrífuga haría estallar la muela con grave peligro para el operador. Con ayuda de la tabla siguiente se puede calcular la velocidad tangencial de las diferentes muelas y con ayuda del ábaco anexo, se puede relacionar ésta con la velocidad de giro de la muela (r.p.m.).

2.9.- MONTAJE DE LAS MUELAS. En la siguiente figura se indica esquemáticamente diferentes ejemplos de montaje de las muelas, así como diferentes operaciones de comprobación y ajuste del montaje.

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Las muelas abrasivas son uno de los elementos más peligrosos de un taller mecánico, por varias razones: 1ª. Al tener múltiples filos de corte, en caso de accidente el corte no es limpio, hay arranque de tejido. 2ª. En una herida por abrasión pueden haber penetrado granos de abrasivo y provocar infecciones e incluso el tétanos que es una enfermedad grave, a veces mortal. 3ª. El mal estado o la instalación incorrecta de una muela puede dar lugar a que ésta estalle y los fragmentos, debido a fuerza centrífuga, se convierten en auténticos proyectiles. En este último sentido hay que ser especialmente cuidadosos a la hora de sustituir una muela abrasiva. Se deberán seguir los siguientes pasos: 1. Comprobar que la muela nueva es adecuada a la máquina en la que se pretende montar. Se observará que se acople bien al eje de giro de la máquina y que la velocidad de giro indicada por el fabricante es igual o mayor que la de la máquina. 2. Antes de aceptar la muela, se comprobará visualmente que no tiene ninguna grieta ni cualquier otra imperfección. 3. Se tendrá especial cuidado en el transporte y almacenaje para que la muela no se golpee. 4. Al desmontar la juela gastada, se observarán las operaciones a realizar, ya que serán las mismas que habrá que aplicar al montaje de la muela nueva. 5. Antes de montar la muela, se volverá a hacer una inspección visual de la misma para verificar que no tiene ningún defecto externo visible. Suspendiendo la muela de un cable por el agujero central, se le dará un TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO LIGERO golpe con un objeto contundente y se estará atento al sonido que se produzca: si es metálicoacampanado, la muela estará bien, si suena hueco-mate, se rechazará la muela por probable defecto interno. 6. Para el montaje de la muela, se utilizarán los accesorios proporcionados por el fabricante, no los de la muela sustituida, aunque aparentemente estén en buenas condiciones. 7. Se fijará la muela a la máquina con firmeza, pero sin que el apriete excesivo pueda dañar la muela. 8. Se colocarán los elementos de protección. 9. Saliéndose de trayectoria tangente a la muela, se pondrá la máquina en marcha y se dejará girar en vacío durante al menos un minuto. Finalizado este tiempo, se desconectará la máquina y se dejará que la muela cese de girar por sí misma. No se frenará. 10. Una vez haya parado, se desmontan las defensas, se le da un último apriete de fijación y tras montar de nuevo las protecciones, se puede afilar la muela o directamente trabajar con ella.

3. MAQUINAS PARA EL MECANIZADO POR ABRASIVOS. Las esmeriladoras: Son máquinas muy sencillas, compuestas casi exclusivamente por las muelas y un motor que las acciona. Pueden ser fijas y portátiles. Las fijas se emplean para desbarbar o para dar formas rudimentarias para piezas sin presión y las portátiles se emplean exclusivamente para desbarbar. Las afiladoras: Son similares a las esmeriladoras, pero dotadas de una mesa montada sobre un pedestal y que desliza por unas guías verticales de éste. Las rectificadoras: Son máquinas de alta precisión empleadas para rectificar a las medidas exactas piezas mecanizadas con otras máquinas herramientas. Tienen como características especiales que las diferencian de otras máquinas herramientas lo siguiente: 1. Una gran desproporción entre el tamaño de la pieza que se mecaniza y la máquina debido a la necesidad de evitar totalmente las vibraciones que impedirían obtener la precisión que se exige. 2. Esfuerzos de corte son muy inferiores a otras máquinas y por eso sus órganos de movimiento se calculan para resistir las altas velocidades a que se somete y no a presiones de corte. 3.

La

muela

gira

a

la

velocidad

de

cualquier

otra

máquina.

Suele

superar

las

10.000

r.p.m.

Las acabadoras: Permiten obtener una elevada precisión, superior a la obtenida con otras máquinas a las que tienen que superar en los acabados, con rugosidades inferiores a 1 micra. Comunican a la superficie un acabado espectacular. Hay dos tipos: Acabadoras propiamente dichas, suprimen las rugosidades que puedan quedar en el rectificado. Son las lapeadoras y superacabadoras. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Máquinas abrillantadoras, solamente dan brillo como son las pulidoras. En general, en el uso de cualquier máquina de mecanizado por abrasión, con viene observar las normas que se reflejan en la siguiente tabla.

Cosas que hay que hacer Acarréense y almacénense siempre las ruedas con mucho cuidado. Examínese convenientemente cada rueda, con el fin de determinar posibles daños. Compárese la velocidad máxima de la rueda con la de la máquina en la que se va a utilizar. Cuídese de que las pestañas para montar la rueda sean iguales y del mismo diámetro. Móntese siempre la rueda con las arandelas de cartón que facilita el fabricante. Cuídese siempre de que el soporte de trabajo quede por encima del centro de la rueda y a no más de 3 mm de ella. Utícese siempre una guarda que cubra al menos la mitad de la muela. Antes de empezar el trabajo, si es posible, hágase girar la rueda a su velocidad máxima al menos durante un minuto. Üsense siempre gafas u otro dispositivo para proteger los ojos y mascarilla cuando se afilen herramientas cementadas. Córtese el refrigerante antes de parar la máquina para evitar acumulaciones y desequilibrios.

Cosas que deben evitarse No usar nunca una rueda que haya sufrido caídas o golpes. No forzar la rueda ni cambiar el orificio del portarruedas. No exceder la velocidad máxima de funcionamiento de la rueda. No usar nunca pestañas si su superficie de rozamiento no está perfectamente lisa y previamente limpia. No apretar demasiado la tuerca al montar la rueda. No se puede amolar con las caras laterales de la muela a no ser que se trate de una muela destinada a este fin. No arrancar la máquina hasta que no se haya colocado la guarda y comprobado todo el montaje. No forzar la pieza que se vaya a amolar contra la rueda de forma que se “atragante” la máquina. No permanecer delante de la rueda al arrancar la máquina. No utilizar las muelas sobre materiales para los que no sean aptas.

4. TABLAS A continuación se dan algunos valores tabulados que pueden orientar al técnico en la elección tanto de la herramienta como de las condiciones de corte. Muelas para el rectificado interior, exterior y plano (Aglomerante cerámico) Exterior

Interior

Plano

Material a rectificar

Abrasivo

Grano

Grado

Grano

Grado

Grano

Grado

Acero no templado 40 a 70 kg/mm²

A

46 - 60

M

46 - 60

J–M

26 - 46

K

Acero templado

A

46 - 60

L–K

46 - 60

H–L

30 - 46

I–J

Acero rápido templado

A–B

46 - 60

I–K

30 - 46

G–J

Metal duro

BC

60 - 80

H

50 - 60

G–H

Fundición

A–B

46 - 60

I–J

30 - 46

I–J

Aleaciones ligeras

B

46 - 60

I*

20 - 46

I*

36 - 80

H–K

* Muela con aglomerante de baquelita


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TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO PROFESOR: JUAN MANUEL BERNAL LOZANO Muelas para el afilado de útiles (Aglomerante cerámico) Material de los útiles

Muelas planas

Muelas de vaso o plato

Abrasivo

Grano

Grado

Abrasivo

Grano

Grado

Acero de útiles

A

46 – 80

L–M

A

24 – 46

L

Acero rápido

A

46 – 80

K–M

A

24 – 46

K

Metal Duro

BC

60 – 120

G–J

BC

36

J–K

D

50 – 100 *

Metálico

BC

80

I–J

* Grosor de los granos de diamante en micras

Velocidades tangenciales para rectificados (en m/s) Tipo de rectificado

Material Acero

Fundición

Metal duro

Aleación de Zn

Exterior

30

25

8

35

Interior

25

25

8

20

Plano

25

20

8

25

Para amoladoras con velocidad de giro constante, se trabajará a velocidades tangenciales de entre 20 y 30 m/s.


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electroerosión


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La electroerosión es un proceso de fabricación, también conocido como Mecanizado por Descarga Eléctrica o EDM (Por su nombre en inglés, Electrical Discharge Machining). El proceso de electroerosión consiste en la generación de un arco eléctrico entre una pieza y un electrodo en un medio dieléctrico para arrancar partículas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo.

Ambos, pieza y electrodo, deben ser conductores, para que pueda establecerse el arco eléctrico que provoque el arranque de material. Básicamente tiene dos variantes: 1. El proceso que utiliza el electrodo de forma, conocido como Ram EDM, donde el término ram quiere decir en inglés "ariete" y es ilustrativo del "choque" del electrodo contra la pieza o viceversa (pieza contra el electrodo). También se conoce este proceso como electroerosión por penetración. 2. La que utiliza el electrodo de hilo metálico o alambre fino, WEDM (donde las siglas describen en inglés Wire Electrical Discharge Machining). También se conoce este proceso como electroerosión por hilo.

1. PROCESO DE ELECTROEROSIÓN CON ELECTRODO DE FORMA Durante el proceso de electroerosión la pieza y el electrodo se sitúan muy cercanos entre si, dejando un hueco que oscila entre 0,01 y 0,05 mm, por el que circula un líquido dieléctrico (normalmente aceite de baja conductividad). Al aplicar una diferencia de tensión continua y TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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pulsante entre ambos, se crea un campo eléctrico intenso que provoca el paulatino aumento de la temperatura, hasta que el dieléctrico se vaporiza. Al desaparecer el aislamiento del dieléctrico salta la chispa, incrementándose la temperatura hasta los 20000 °C, vaporizándose una pequeña canti dad de material de la pieza y el electrodo formando una burbuja que hace de puente entre ambas. Al anularse el pulso de la fuente eléctrica, el puente se rompe separando las partículas del metal en forma gaseosa de la superficie original. Estos residuos se solidifican al contacto con el dieléctrico y son finalmente arrastrados por la corriente junto con las partículas del electrodo. Dependiendo de la máquina y ajustes en el proceso, es posible que el ciclo completo se repita miles de veces por segundo. También es posible cambiar la polaridad entre el electrodo y la pieza. El resultado deseado del proceso es la erosión uniforme de la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el proceso el electrodo se desgasta, por eso es necesario desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante. En caso que el desgaste sea severo, el electrodo es reemplazado. Si se quiere un acabado preciso (tolerancia de forma +-0.05 mm es preciso la utilización de 2 electrodos). La rugosidad superficial (vdi) que se obtiene en un proceso de electroerosión por penetración puede establecerse previamente, dentro de unos límites, al programar la máquina. Esta rugosidad puede variar entre 48 vdi (acabado muy rugoso ) y 0 vdi (acabado sin rugosidad pero imposible de conseguir, un 26 vdi es un acabado casi perfecto). Las tasas de arranque de material con electrodo de forma son del orden de 2 cm3/h.


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1.1. El electrodo de forma El electrodo es comúnmente hecho de grafito pues este, por tener una elevada temperatura de vaporización, es más resistente al desgaste. Puede ser trabajado en una fresadora específica con el fin de crear ya sea un electrodo macho o un electrodo hembra, lo que significa que el electrodo tendrá la forma opuesta a la forma deseada y resultante en la pieza de trabajo. Es buena práctica tener un electrodo de erosión en bruto y uno que consuma en forma fina y final, mas esto puede ser determinado por las dimensiones y características de la pieza a ser lograda. Los electrodos pueden ser manufacturados en forma que múltiples formas pertenezcan al mismo pedazo de grafito. También el cobre es un material predilecto para la fabricación de electrodos precisos, por su característica conductividad, aunque por ser un metal suave su desgaste es más rápido. El electrodo de cobre es ideal para la elaboración de hoyos o agujeros redondos y profundos. Comúnmente estos electrodos se encuentran de diámetros con tamaños milimétricos en incrementos de medio milímetro y longitudes variadas. Este proceso en particular es muy utilizado para antes del proceso de electroerosión con hilo, para producir el agujero inicial donde pase el hilo a través de un grosor de material que es inconveniente al taladro convencional. Si deseamos un buen acabado en el objeto a erosionar , sea cual sea el material en que se construya el electrodo este debe ser repasado a mano después ser mecanizado en la fresadora o torno debido a las marcas que las herramientas de corte utilizadas en estas maquinas producen pequeñas marcas en los electrodos.

1.2. Ventajas del proceso de electroerosión con electrodo de forma 

Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de mecanizado, el torneado y el taladrado, resulta aplicable para materiales frágiles.


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

Se pueden producir agujeros muy inclinados en superficies curvas sin problemas de deslizamiento. Así como de elevada relación de aspecto (cociente entre la longitud y el diámetro), es decir, con pequeño diámetro y gran profundidad imposibles con un taladro convencional.



Al ser un proceso esencialmente térmico, se puede trabajar cualquier material mientras sea conductor.



Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas, desde ±0,025 hasta ±0,127 mm.



Es un proceso de fabricación único para lograr complejas configuraciones que son imposibles de otra forma.



Ahorran en ocasiones la realización de un acabado rugoso en la pieza por medio de ataques de ácido, pasándose a denominar "Acabado de Electroerosión". No es un acabado quizás tan perfecto como el que se obtendría con el ataque de ácido pero por costes y plazos resulta satisfactorio en la mayoría de las ocasiones.

1.3. Inconvenientes en el proceso de electroerosión con electrodo de forma 

Tras el proceso suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga. Tiene más resistencia a la fatiga una pieza acabada por arranque de viruta (fresadora, torno, planificadora...) que una pieza acabada por penetración eléctrica (electroerosión).



El grafito es un material frágil, por lo que la manipulación de los electrodos debe ser muy cuidadosa.



Los electrodos, generalmente, requieren ser manufacturados, por ejemplo, mecanizados en una fresadora que sirva para trabajar grafito.



La rugosidad que deja en la superficie puede ser muy elevada en función del tipo de aplicación y la reducción de ésta utilizando intensidades menores requiere mucho tiempo y en ocasiones se pueden producir defectos indeseados como formación de carbonillas o manchas.



El acabado superficial rugoso no es perfecto resultando más rugoso sobre las caras planas que sobre las paredes verticales por efecto de las chispas esporádicas que se producen al evacuar los restos de material.


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1.4. Aplicaciones del proceso de electroerosión con electrodo de forma A modo de ejemplo se puede citar el agujereado de las boquillas de los inyectores en la industria automotriz, así como en la fabricación de moldes y matrices para procesos de moldeo o deformación plástica.

2. PROCESO DE ELECTROEROSIÓN CON HILO Es un desarrollo del proceso anteriormente descrito, nacido en los años de la década de los 70, y por consiguiente, más moderno que el anterior, que sustituye el electrodo por un hilo conductor; además, este proceso tiene mejor movilidad. Las tasas de arranque de material con hilo rondan los 350 cm3/h. La calidad, material y diámetro del hilo, en conjunción al voltaje y amperaje aplicado, son factores que influyen directamente la velocidad con que una pieza pueda ser trabajada. También, el grosor y material de la pieza dictan ajustes para el cumplimiento del corte. El acabado deseado en el proceso también es un factor de consideración que afecta el tiempo de ciclo de manufactura, pues el acabado que este proceso deja en la pieza puede ser mejorado cuanto más pases semi-repetitivos de corte sobre la misma superficie son ejecutados.


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2.1. Hilo conductor El hilo metálico puede ser fabricado de latón o de zinc (y molibdeno, en caso de máquinas de hilo recirculante). En prácticas de protección al medio ambiente, después del uso y descarte del hilo empleado y sus residuos, el material del hilo, ya sea en forma de hilo o éste pulverizado, es acumulado separadamente con el fin de ser reciclado. Existen varios diámetros en el mercado, incluyendo 0.010” (0,25mm) y 0.012” (0,30mm). Generalmente el hilo se vende en rollos y por peso, más que por su longitud. La tensión del hilo es importante para producir un corte efectivo, y por consiguiente una mejor parte; la sobretensión del hilo resulta en que este se rompa cuando no sea deseado. Mas la ruptura del hilo es común durante el proceso, y también es necesaria. En unos talleres, los encendedores comunes se utilizan como una forma práctica de cortar el hilo. Inicialmente, la posición de una cabeza superior y una cabeza inferior por las cuales pasa el hilo están en un alineamiento vertical y concéntrico una a la otra; el hilo en uso se encuentra entre estos dos componentes mecánicos.

2.2. Máquinas de electroerosión con hilo A diferencia de las máquinas de electroerosión con electrodo de forma a las que la polaridad aplicada puede ser invertida, la polaridad en el proceso de electroerosión con hilo es constante, o sea que la "mesa" o marco donde las piezas son montadas para ser trabajadas es tierra; esto significa que es de polaridad negativa. El hilo, por consiguiente, es el componente mecánico al que la carga positiva es dirigida. Todas las máquinas reciben un hilo a modo que éste se tensione en forma vertical (axial "Z"), para producir cortes y movimientos en axiales "X" e "Y". Mas en su mayoría, las máquinas de electroerosión con hilo tienen la capacidad de mover sus componentes para ajustar el hilo vertical y producir un ángulo limitado de corte (axiales "U" y "V").


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2.3. Corte interno y externo En el corte interno el hilo, sujeto por sus extremos comenzando por un agujero previamente taladrado y mediante un movimiento de vaivén, como el de una sierra, va socavando la pieza hasta obtener la geometría deseada. En el corte externo el hilo puede empezar el movimiento desde el exterior del perímetro de la pieza hasta entablar el arco; continúa su movimiento hasta que consigue la periferia deseada.

2.4. Ventajas del proceso de electroerosión con hilo 

No precisa el mecanizado previo del electrodo.



Es un proceso de alta precisión.



Complejas formas pueden ser logradas.



Resultados constantes.



Dependiendo de la capacidad de la máquina, el trabajo con alambre puede incluir angularidad variable controlada o geometría independiente (cuarto eje).



Se puede mecanizar materiales previamente templados y así evitar las deformaciones producidas en el caso de hacer este tratamiento térmico después de terminada la pieza.

2.5. Artículos y artefactos auxiliares 

Imanes. Por razón de que la pieza debe ser de un material conductor de electricidad, como lo es el acero, y muchas variedades de éste son magnéticos, el empleo de imanes resulta de lo más práctico. Hay imanes especialmente diseñados con el propósito de preparar las piezas para ser trabajadas.



Artefactos específicos. Por razón que la geometría de algunas piezas es complicada y el trabajo de corte necesario sobre éstas pueda ser posicionado en forma dificultosa, son requeridos artefactos específicamente manufacturados con el fin de sujetar las piezas durante el proceso y, por lo general, deben ser hechos de acero inoxidable.



Motor rotacional. Si la máquina no tiene la capacidad de movimiento en el cuarto axial, y el corte a la pieza lo requiere, un motor rotacional independiente puede ser añadido con el fin de voltear la pieza.


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En el siglo XXI se puede producir un proceso parecido al de torneado a alta velocidad utilizando el hilo para configuraciones caprichosas, dimensiones difíciles y acabados satisfactorios.

3. EL CICLO Cuando una de estas dos formas de proceso es escogida a ser aplicada, se debe buscar como finalidad que el ciclo de manufactura sea lo más breve posible (reducción de tiempo de ciclo), que el acabado en la pieza tenga la aspereza y calidad deseada, y que la precisión en dimensiones y tolerancias geométricas sean las planeadas, todo esto incluido con las prácticas generales y aceptadas en la buena manufactura, fabricación y producción. La plantación de un ciclo inteligente y, cuando sea posible, una preparación de múltiples piezas en orden y montadas con el fin de ser trabajadas en ciclos que requieran atención mínima, son dos formas que contribuyen al ahorro de tiempo y recursos. Obviamente, la protección y seguridad del operador es lo más importante y, por consiguiente, contribuye también a la prosperidad y ahorro.

4. PRECAUCIONES Y CONSIDERACIONES PREVENTIVAS El uso de corriente eléctrica, agua y alto voltaje presentan un peligro de electrocución. Es factible que chispas salten fuera del contenedor. Derrames durante el llenado y vaciado de tanque o el uso de líquido a presión. Siempre se debe observar precauciones y consideraciones preventivas, y regulaciones dictadas por las buenas prácticas, por instructivos y manuales de las máquinas y demás equipo, y por el taller o fábrica de trabajo donde el proceso de electroerosión sea practicado.

Referencias: -

www.es.wikipedia.org www.tecnun.es


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ROSCAS


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1.- SISTEMAS DE ROSCAS. Existen varios tipos de roscas en función fundamentalemente de su perfil y de su utilización. En este curso sólo veremos de todas ellas, dos: la Métrica que es la recomendada por las normas internacionales y el sistema utilizado en España y la Whitworth ya que es la utilizada en los países de influencia británica y, por tanto es posible que un técnico en su ejercicio profesional tenga que realizar operaciones con este perfil de rosca. En general, para los sistemas de roscas existen normas cuyos datos están tabulados y se pueden encontrar en la mayoría de los prontuarios técnicos. Aunque para cada diámetro de rosca hay un paso normalizado (en algún caso dos), puede darse el caso de que se tengan que ejecutar elementos roscados que no estén normalizados, de ahí la importancia de conocer la deducción de los diferentes parámetros y su aplicación a los cálculos.

2.- ROSCA MÉTRICA. Como ya se ha dicho es la rosca que recomienda el sistema internacional y la utilizada por la mayoría de los países. El perfil teórico de esta rosca no tiene la misma forma en sus crestas que en sus fondos, lo que hace necesario definir cuatro diámetros para este sistema de roscas.


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La rosca se genera a partir de un triángulo equilátero (fig. a) al cual se le divide la altura H en 8 partes iguales cada una con valor H/8. El octavo más cercano a la base, se divide a su vez en dos partes cada una con valor H/16. El octavo más cercano al vértice se elimina con lo que el triángulo queda truncado. A su vez, se redondea el fondo de la rosca con un radio r = H/16 siendo el arco resultante tangente a los flancos de la rosca (fig. b). El perfil obtenido es el Perfil Teórico de la Rosca Métrica. En la figura c se aprecia ese perfil y se define hr que es la altura o profundidad de rosca y es la distancia desde la cota de la cresta del hilo de rosca hasta el fondo redondeado. En la figura d, se decompone el triángulo equilátero generador del perfil es dos mitades de forma que la altura de ese triángulo valdrá:

p ⋅ tg 60 º 2

H= que se puede expresar como

H=

tg 60º ⋅p 2

p es el Paso de rosca que se define como la distancia entre un punto de un hilo de rosca hasta el punto homólogo del hilo contiguo.

Eliminando las partes truncadas:

hr = H −

H H 13 − = H 8 16 16

y sustituyendo H por su valor en función del paso

hr =

13 tg 60º 13tg 60º ⋅ ⋅p= ⋅ p = 0,7036 p ` 16 2 32


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Para calcular el fondo de rosca fr:

fr =

Altura de rosca (hr):

hr = 0,7036 p

Fondo de rosca (fr):

fr =

H tg 60 º = ⋅p 16 32

tg 60º 3 p= p 32 32

Diversas modificaciones de las normas, han formulado finalmente estos valores como

hr = 0,695 p

y

fr = 0,063 p

Estos valores se han incorporado a las tablas de roscas normalizadas. Caso de fabricar conjuntos con roscas y pasos no normalizados, se puede seguir el perfil teórico cuidando, lógicamente de realizar tornillo y tuerca con el mismo sistema. TECNOLOGÍA BÁSICA PARA MECANIZADO

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Para calcular conjuntos, formularemos: Tornillo: Diámetro exterior: Ø ext. = Øn es decir, es el diámetro que define la rosca. Diámetro interior: Ø int. = Øn – 2 hr Tuerca: Diámetro interior: Ø int. = Øn + 2fr Diámetro exterior: Ø ext. = Ø int. – 2hr Algunos valores normalizados para roscas métricas.

Denominación

Paso (mm)

Paso fino (mm)

M3

0,50

0,25

M4

0,70

0,35

M5

0,80

0,50

M6

1,00

0,5

M8

1,25

0,75

M10

1,50

0,75

M12

1,75

1,00

M14

2,00

1,00

M16

2,00

1,25

M18

2,50

1,25

M20

2,50

1,50

M22

3,00

1,50

M24

3,00

1,50

M27

3,50

2,00

M30

3,50

2,00


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Existe una aproximación muy empleada para no tener que hacer cálculos más complejos en talleres de fabricación mecánica que es calcular el diámetro de la broca con la que se ha de hacer el agujero para roscar una determinada métrica: Se dice que el diámetro de la broca a utilizar es:

∅br. = ∅ n − paso Donde: Øbr. : diámetro de la broca Es aproximación es aplicable hasta cierto punto, ya que el diámetro más ajustado es aquel que se obtiene a partir del cálculo del diámetro exterior de la tuerca. Vemos dos ejemplos: Para M30, el paso es de 3,50 mm. Según la aproximación el diámetro de la broca sería Øbr = 30 – 3,50 = 26,50 mm Si calculamos el diámetro exterior de la tuerca por las fórmulas expuestas, nos da

fr =

tg 60º ⋅ p = 0,189 mm ⇒ 2 fr =0,378 mm 32

hr = 0,7036 p = 0,7036 ⋅ 3,50 = 2,462 mm ⇒ 2hr = 4,925 mm Para la tuerca: Ø int. = Øn + 2fr = 30 + 0,378 = 30,378 mm Ø ext. = Ø int. – 2hr = 30,378 – 4,925 = 25,453 mm En teoría, con una broca de 25,50 mm habría suficiente.

Para M8, el paso es de 1,25 mm. Con la aproximación: Øbr = 8 – 1,25 = 6,75 mm Por cálculo, el diámetro exterior de la tuerca sería 6,376 mm, por tanto la broca a emplear sería normalmente la de 6,50 mm.


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Como se ve en los ejemplos anteriores el empleo de la aproximación será más o menos adecuado en función del tamaño de la métrica (mayor diámetro, más diferencia) y del juego que se pueda tolerar en la rosca.

3.- ROSCA WHITWORTH Esta rosca, es la que se emplea en el Reino Unido y los países de su área de influencia. Su perfil teórico así como sus parámetros se explican en el documento Whitworth. El perfil de esta rosca es más simple que el de la métrica ya que si se traza un eje por el centro del flanco de la rosca, la parte del perfil que queda por encima del eje es igual a la que queda por debajo, es decir que el tornillo y la tuerca roscan “a tope”, no existe fondo de rosca. Esto hace que sólo haya que calcular dos diámetros, ya que el exterior de la tuerca coincide en medida con el interior del tornillo y viceversa. La diferencia entre diámetro interior y exterior de un mismo elemento (tornillo o tuerca) es la altura/profundidad de rosca (hr). Para calcular el diámetro de la broca con el que hay que hacer el taladro a roscar, se redondeará por exceso el valor del diámetro exterior de la tuerca a la medida del diámetro de broca más próximo. El problema más habitual que plantea este sistema de rosca es de las unidades en que se expresan sus parámetros, que son del sistema inglés. Para poder analizar estos parámetros se debe tener en cuenta la equivalencia entre las unidades del sistema inglés y del sistema internacional (sistema métrico decimal). Como referencia básica: Una pulgada = 25,4 milímetros 1” = 25,4 mm Habrá que hacer las oportunas conversiones ya que el instrumental y la maquinaria que se emplean en España, tienen sus escalas en mm. Otra cuestión que plantea problemas es el hecho de que en muchos casos, en lugar de asignar un paso “real” a las roscas Whitworth, se les asigna un número de “hilos por pulgada”. Es decir, el concepto de paso como una distancia entre puntos homólogos de hilos consecutivos, se torna en la cantidad de hilos que, por sus dimensiones caben en una pulgada. Ej.: Si dan una determinada rosca Whitworth que tiene un “paso” de 10 hilos/pulgada, hemos de interpretar que en la distancia de una pulgada habrá diez hilos de rosca. Para saber el paso “real” con el que se debe operar, habrá que hacer las siguientes operaciones:

como

10 hilos de rosca son a 1” 1 hilo de rosca es a x


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resolviendo:

x=

1 ⋅ 1" 1 = " 10 10

es decir que el paso “real” en pulgadas resulta el número inverso de los hilos/pulgada. Una vez establecido el paso “real” en pulgadas, el resultado se multiplica por 25,4 y se obtiene el paso “real” en mm. El perfil de la rosca Whitworth, se generta a partir de un triángulo isósceles como el de la figura, con un ángulo en el vértice superior de 55º. La altura H de ese triángulo, se divide en 6 partes iguales.

Trazando circunferencias de radio r = 0,137 p tangentes a las líneas que definen los truncamientos y a los flancos de la rosca, se obtiene el perfil.


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Para calcular los parámetros de esta rosca, se realizan las siguientes operaciones: 1º. Del triángulo de la página anterior, se deriva que:

tg 62,5º =

tg 62,5º H ⇒H = ⋅p p/2 2

2º. Sustrayendo las sextas partes truncadas de la altura H:

hr = H −

H H 4 2 − = H = H 6 6 6 3

3º. Sustituyendo H por su expresión en función de p y haciendo operaciones:

hr =

2 tg 62,5º ⋅ ⋅ p = 0,6402 ⋅ p 3 2


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Observando la figura, se ve que, al ajustar la cresta de la rosca con el fondo, no hay fondo de rosca libre y por tanto los diámetros coinciden según las cotas. La diferencia entre uno y otro será lógicamente 2 hr. En la tabla de la página siguiente, se pueden ver los valores normalizados para el paso de algunas roscas Whitworth. Téngase en cuenta siempre, que los valores de los pasos son en HILOS POR PULGADA y que por tanto habrá que hacer la conversión, primero para averiguar la longitud del paso en pulgadas y luego para trasladar esa longitud a su equivalente en mm.


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Denominación

Paso Paso fino Denominación (hilos/pulg.) (hilos/pulg.)

BSW 1/16” BSW 1/8” BSW 1/4” BSW 3/8” BSW 1/2” BSW 3/4” BSW 1” BSW 1 ¼” BSW 1 ½” BSW 1 ¾” BSW 2” BSW 2 ¼” BSW 2 ½” BSW 2 ¾” BSW 3”

60 40 20 16 12 10 8 7 6 5 4½ 4 4 3½ 3½

BSF 1/4” BSW 3/8” BSW 1/2” BSW 5/8” BSW 3/4” BSW 7/8” BSW 1” BSW 1 ¼” BSW 1 ½” BSW 1 ¾” BSW 2” BSW 2 ¼” BSW 2 ½” BSW 2 ¾” BSW 3”

26 20 16 14 12 11 10 9 8 7 7 6 6 6 5

4.- OPERACIONES DE ROSCADO Para tallar una rosca existen diferentes métodos delos cuales los más utilizados son el roscado a mano y el roscado en torno. Dada la relativa sencillez de ambos procesos, no se suele recurrir a otros métodos como pueda ser el fresado.

4.1.- ROSCADO A MANO Para roscar a mano tornillos se emplean terrajas o cojinetes de roscar (comunmente se llama terrajas a todos los tipos). Se elegirá la medida de la terraja y haciendo coincidir el eje de giro con el eje del cilindro a roscar, se hara girar la terraja, de forma que cada avance conlleve un pequeño retroceso en el giro para poder romper la viruta. Todo el proceso ha de hacerse con sumo cuidado y siempre lubricando bien la herramienta.


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Para roscar tuercas o taladros, se procede del mismo modo que para los tornillos, con la variante de que hay que emplear tres machos para hacer la rosca. Primero se hará el trabajo con el macho 1 (el número de orden de macho estará grabado en el cuerpo del mismo o se indicará por una, dos o tres franjas), que “abrirá camino” para que sucesivamente el 2 y el 3 conformen la rosca completamente. Esto se hace así para evitar realizar todo el esfuerzo de corte con un mismo macho y este se rompa por torsión.

4.2.- ROSCADO EN TORNO El roscado en torno, se trató en el tema específico de torneado. Como introducción cabe señalar que los tornos paralelos habitualmente llevan inscritas las posiciones de palanca que corresponden a los diferentes pasos de rosca, tanto métrica como Whitworth. Así pues, se preparará la máquina en función del paso y se realizarán las pasadas necesarias hasta completar el valor 2 hr de profundidad.


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ENGRANAJES


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Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren. La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.

1. TIPOS DE ENGRANAJES. La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Ejes paralelos • Cilíndricos de dientes rectos • Cilíndricos de dientes helicoidales • Doble helicoidales

Ejes perpendiculares • Helicoidales cruzados • Cónicos de dientes rectos • Cónicos de dientes helicoidales • Cónicos hipoides • De rueda y tornillo sin fin


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Por aplicaciones especiales se pueden citar • Planetarios • Interiores • De cremallera

Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar • Transmisión simple • Transmisión con engranaje loco • Transmisión compuesta. Tren de engranajes

Transmisión mediante cadena o polea dentada • Mecanismo piñón cadena • Polea dentada

2. CARACTERÍSTICAS QUE DEFINEN UN ENGRANAJE DE DIENTES RECTOS Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende de la velocidad de giro que tengan. Diente de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje que pasa por el centro del mismo. •

Módulo: el módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes. En los países anglosajones se emplea otra característica llamada Diametral Pitch (que viene a ser el “paso diametral”), que es inversamente proporcional al módulo. El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que engranen tienen que tener el mismo módulo.


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Circunferencia primitiva: es la circunferencia a lo largo de la cual engranan los dientes. Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.

•

Paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y un vano consecutivos.

•

Espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro primitivo.

•

Número de dientes: es el número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como Z. Es fundamental para calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando el ángulo de presión es de 25º.

•

Diámetro exterior: es el diámetro de la circunferencia que limita la parte exterior del engranaje.

•

Diámetro interior: es el diámetro de la circunferencia que limita el pie del diente.

•

Pie del diente: también se conoce con el nombre de Dedendum. Es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva.

•

Cabeza del diente: también se conoce con el nombre de Adendum. Es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el diámetro primitivo.

•

Flanco: es la cara interior del diente, es su zona de rozamiento.

•

Altura del diente: es la suma de la altura de la cabeza (Adendum) más la altura del pie (Dedendum).

•

Ángulo de presión: el que forma la línea de acción con la tangente a la circunferencia de paso, ψ (20º ó 25º son los ángulos normalizados).

•

Largo del diente: es la longitud que tiene el diente del engranaje

•

Distancia entre centro de dos engranajes: es la distancia que hay entre los centros de las circunferencias de los engranajes.

•

Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:


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o Velocidad lenta:

o Velocidad normal:

o Velocidad elevada:


1 Rt = 10

1 1 → 7 6 1 1 Rt = → 4 2 Rt =

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Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal y los de diente corto cuya altura es más pequeña que el considerado como diente normal. En los engranajes de diente corto, la cabeza del diente vale ( 0,75 M), y la altura del pie del diente vale (M ) siendo el valor de la altura total del diente (1,75 M ).

3. FÓRMULAS CONSTRUCTIVAS DE LOS ENGRANAJES RECTOS Diámetro primitivo:

Dp = Z ⋅ M

Módulo:

M =

Paso circular:

Pc = π ⋅ M

Número de dientes:

Z=

Diámetro exterior:

De = D p + 2 M

Grueso del diente:

S=

Pc ⋅ 19 40

Hueco del diente:

W=

Pc ⋅ 21 40

Diámetro interior:

Di = D p − 2,5M

Pie del diente:

1,25M


Dp Z Pc = S + W

Dp M

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Cabeza del diente:

M

Altura del diente:

2,25M Dp + d p

Distancia entre centros:

Ecuación general de transmisión:

2

N ⋅Z = n⋅ z

Para que dos engranajes puedan acoplarse es preciso que las dos ruedas posean el mismo módulo y éstos están normalizados, de forma que solamente se fabrican engranajes que tienen los módulos reflejados en la siguiente tabla:

Módulos Módulos pequeños normales

Módulos grandes

1; 1,25; 1,5 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8 10; 11; 16; 20; 25; 32; 40; 50 Los aquí citados han de entenderse como los módulos normalizados, pero no quiere decir que no se construyan módulos menores, por ejemplo en la industria relojera, o mayores, como en la industria naval. En la práctica, no se toman curvas arbitrarias para formar el perfil de los dientes pues daría infinidad de tipos. Solamente se emplean aquellas formas resultantes de una generación geométrica sencilla y fácil de ejecutar técnicamente. Estas curvas son las llamadas cíclicas y dependiendo de si la línea de engrane entre las dos ruedas es un círculo o una recta se llaman cicloide o evolvente. La cicloide es la curva engendrada por un punto situado sobre una circunferencia que gira sobre una recta sin deslizarse. Si en vez de girar sobre una recta lo hace sobre otra circunferencia, por el exterior, la curva engendrada se denomina epicicloide o cicloide oblonga, y si lo hace por el interior se le da el nombre de hipocicloide o cicloide prolongada. Las cicloides presentan interesantes propiedades relacionadas con fenómenos físicos naturales.


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Según que la superficie de los flancos de los dientes esté generada por una u otra forma de curvas cíclicas, se puede dar en este caso el: Dentado cicloidal: en el que el perfil de la cabeza del diente está engendrado por una epicicloide, mientras que el del pie lo está por una hipocicloide.

La evolvente es la curva que puede considerarse como descrita por uno de los extremos de un hilo arrollado al principio sobre una curva a la cual está fijo por el otro extremo y que al desenrollarse permanece siempre tenso . De la observación se puede deducir que la evolvente puede considerarse una cicloide que gira.


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Según que la superficie de los flancos de los dientes esté generada por una u otra forma de curvas cíclicas, se puede dar en este caso el: Dentado evolvente: en el que el perfil del diente está generado por una evolvente, tanto el de la cabeza del diente como el pie. Al ser éste un perfil más sencillo, el tallado de los dientes se efectúa con herramientas más simples y por tanto es más económico, pero tiene la desventaja de que no es posible confeccionar ruedas de pocos dientes, dado que se producen penetraciones de la cabeza de una rueda en el pie de la contrarrueda.

4. TALLADO DE ENGRANAJES DE DIENTES RECTOS Un método bastante común para el tallado de engranajes rectos es mediante fresadora. Para mecanizar la forma de los dientes, se utilizan fresas de disco, del módulo deseado. Las fresas de disco módulo, se destinan para tallar dientes de ruedas dentadas por el método de copiar. La esencia del método consiste en que con el útil cortante se tallan sucesiva o simultáneamente los huecos de la rueda y el perfil del útil debe corresponder exactamente al contorno de estos huecos. Los dientes se tallan en máquinas especiales y también en fresadoras horizontales o universales por medio de un cabezal divisor. En el último caso, después de fresar un hueco entre los dientes de la rueda dentada, se gira la pieza a 1/z de vuelta (z es el número de dientes de la rueda que se talla).


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Otros métodos para tallar engranajes son los siguientes: En la talla por generación el útil consiste en un peine cuyos dientes cortantes labran la pieza merced a un movimiento alternativo de traslación paralelo al eje de la pieza. Como ésta gira al mismo tiempo, el movimiento relativo de la herramienta y el de la rueda que se labra es semejante al de un engranaje de piñón y cremallera. En otros casos el útil es una mortajadora y sus dientes cortantes van ahondando más y más las entredientes de la pieza a medida que el eje de ésta y el de la herramienta se van acercando. Los dientes, por perfecta que haya sido su talla, nunca están exentos de estrías, asperezas y deformaciones. Por lo demás, aunque fueran perfectos, sufrirían deformaciones al ser templados. Es consiguientemente imprescindible someterlos a ulteriores operaciones de rectificación. Los procedimientos corrientemente aplicados con dicho fin son: el esmerilado con muelas especiales, muy finas, a las cuales, tallándolas con diamantes, se ha conferido el perfil exacto del entrediente; el lapeado, que es un esmerilado con un abrasivo tan finísimo que se llegan a respetar tolerancias del orden de la milésima de milímetro; el bruñido, consistente en montar la ruedas y piñones en su posición de trabajo hasta que se consume el desgaste de sus asperezas. Los engranajes perfectamente tallados y rectificados no disipan por fricción más del 1% o, a lo sumo, 2% de la energía mecánica transmitida.


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5. ENGRANAJES DE DIENTES HELICOIDALES

Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.


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Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos. Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la hélice que forma, siendo considerada la hélice como el avance de una vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice deriva el ángulo β que forma el dentado con el eje axial. Este ángulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión, los datos orientativos de este ángulo son los siguientes: • • •

Velocidad lenta: β = (5º - 10º) Velocidad normal: β = (15º - 25º) Velocidad elevada: β = 30º

Las relaciones de transmisión que se aconsejan son más o menos parecidas a las de los engranajes rectos.


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6. FÓRMULAS CONSTRUCTIVAS DE LOS ENGRANAJES HELICOIDALES

Los demás datos como adendum, dedendum y distancia entre centros, tiene el mismo sistema de cálculo que en los engranajes de dientes rectos. El tallado de los engranajes helicoidales con fresadora es bastante complejo ya que hay que asociar el movimiento de avance de la herramienta con un movimiento circular para poder tallar la hélice.


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7. ENGRANAJES CÓNICOS Los engranajes cónicos tienen forma de tronco de cono y permiten transmitir movimiento entre ejes que se cortan. Sus datos de cálculo se encuentran en prontuarios específicos de mecanizado.

7.1. Engranajes cónicos de dientes rectos Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo pues puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45, 60, 70, etc, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan más ruido que los engranajes cónicos helicoidales. En la actualidad se usan muy poco.

7.2. Engranaje cónico helicoidal Se utilizan para reducir la velocidad en un eje de 90°. La diferencia con el cónico recto es que posee una mayor superficie de contacto. Es de un funcionamiento relativamente silencioso. Además pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. Los datos constructivos de estos engranajes se encuentran en prontuarios técnicos de mecanizado. Se mecanizan en fresadoras especiales.


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7.3. Engranaje cónico hipoide Un engranaje hipoide es un grupo de engranajes cónicos helicoidales formados por un piñón reductor de pocos dientes y una rueda de muchos dientes, que se instala principalmente en los vehículos industriales que tienen la tracción en los ejes traseros. Tiene la ventaja de ser muy adecuado para las carrocerías de tipo bajo, ganando así mucha estabilidad el vehículo. Por otra parte la disposición helicoidal del dentado permite un mayor contacto de los dientes del piñón con los de la corona, obteniéndose mayor robustez en la transmisión. Su mecanizado es muy complicado y se utilizan para ello máquinas talladoras especiales.


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8. TORNILLO SIN FIN Y CORONA Es un mecanismo diseñado para transmitir grandes esfuerzos, que también se utiliza como reductor de velocidad aumentando la potencia de transmisión.

Generalmente trabaja en ejes que se cruzan a 90º. Tiene la desventaja de que su sentido de giro no es reversible, sobre todo en grandes relaciones de transmisión, y de consumir en rozamiento una parte importante de la potencia. En las construcciones de mayor calidad la corona está fabricada de bronce y el tornillo sin fin, de acero templado con el fin de reducir el rozamiento. Si este mecanismo transmite grandes esfuerzos es necesario que esté muy bien lubricado para matizar los desgastes por fricción. El número de entradas de un tornillo sin fin suele ser de una a ocho. Los datos de cálculo de estos engranajes están en prontuarios de mecanizado. El tornillo sin fin puede mecanizarse mediante tornos, fresas bicónicas o fresas centrales. La corona, por su parte, requiere fresas normales o fresas madre.

9. ENGRANAJES PLANETARIOS Los engranajes planetarios, interiores o anulares son variaciones del engranaje recto en los que los dientes están tallados en la parte interior de un anillo o de una rueda con reborde, en vez de en el exterior. Los engranajes interiores suelen ser impulsados por un piñón, (también llamado piñón Sol, que es un engranaje pequeño con pocos dientes). Este tipo de engrane mantiene el sentido de la velocidad angular. El tallado de estos engranajes se realiza mediante talladoras mortajadoras de generación.


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10. MECANISMO DE CREMALLERA El mecanismo de cremallera aplicado a los engranajes lo constituyen una barra con dientes la cual es considerada como un engranaje de diámetro infinito y un engranaje de diente recto de menor diámetro, y sirve para transformar un movimiento de rotación del piñón en un movimiento lineal de la cremallera. Quizás la cremallera más conocida sea la que equipan los tornos para el desplazamiento del carro longitudinal.

11. ENGRANAJE LOCO O INTERMEDIO En un engrane simple de un par de ruedas dentadas, el eje impulsor que se llama eje motor tiene un sentido de giro contrario al que tiene el eje conducido. Muchas veces, en las máquinas, esto no es conveniente, porque es necesario que los dos ejes giren en el mismo sentido. Para conseguir este objetivo se intercalan entre los dos engranajes un tercer engranaje que gira libre en un eje, y que lo único que hace es invertir el sentido de giro del eje conducido, porque la relación de transmisión no se altera en absoluto. Esta rueda intermedia hace las veces de motora y conducida y por lo tanto no altera la relación de transmisión. Un ejemplo de rueda o piñón intermedio lo constituye el mecanismo de marcha atrás de los vehículos impulsados por motores de combustión interna, también montan engranajes locos los trenes de laminación de acero. Los piñones planetarios de los mecanismos diferenciales también actúan como engranajes locos intermedios.


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Referencias: -

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www.es.wikipedia.org www.portaleso.com www.electronicaestudio.com


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Mecanizado básico

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