Procesos De Manufactura - Fresado De Engranajes De Dientes Rectos Usando El Cabezal

U.P.T.C. Facultad Seccional Duitama Escuela de Ingeniería Electromecánica

Procesos De Manufactura II

PRACTICA DE LABORATORIO 4 Fresado De Engranajes De Dientes Rectos Usando El Cabezal Divisor INTRODUCCIÓN Los engranajes se constituyen como uno de los elementos más usados en los mecanismos de transmisión de movimiento en la gran mayoría de las máquinas industriales. Por ese motivo es esencial para el estudiante que adquiera el conocimiento sobre uno de los métodos de fabricación de dichos elementos, el cual es el fresado, para tal proceso es necesario conocer y calcular las dimensiones de los engranajes y además instruirse en el uso tanto de la fresadora y sus herramientas de corte (fresas módulo y diametral pitch) como de un accesorio de esta, denominado cabezal divisor universal, el cual permite la división exacta de piezas circulares.

1. OBJETIVOS Adquirir habilidad en el proceso de fresado de engranajes de dientes rectos. Conocer e implementar el aparato divisor en el proceso de fresado de engranajes de dientes rectos.

2. GENERALIDADES 2.1. ENGRANES RECTOS Estos elementos mecánicos son una de las formas más simples de transferir movimiento y par rotacional, con ellos se evitan los deslizamientos y se pueden conseguir altas velocidades con una relativa alta transmisión de par entre ejes paralelos. Al conjunto de los 270



engranes se le conoce como engranaje, donde al engrane pequeño se le denomina piñón y al engrane grande, corona o engrane, como se ilustra la figura 1. Figura 1. Engranaje exterior o externo.

Fuente: Diseño de máquinas, Robert L Norton

Además de esta clase de engranajes encuentran los de piñón-cremallera, engranajes internos engranajes cónicos, engranajes helicoidales. Los cuales tienen sus características específicas pero no son objeto de esta práctica. 2.1.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS ENGRANAJES RECTOS Los engranajes de dientes rectos poseen características particulares con las que es posible su construcción, éstas se indican en la figura 2, siendo: Pc

Paso circular.

a

Altura de la cabezal del diente.

b

Altura del pie del diente.

h

Altura total del diente.

i

Espacio entre dientes.

De

Diámetro exterior.

Di

Diámetro interior.

D p

Diámetro primitivo. 271


e


Espesor del diente. Angulo de presión.

Figura 2. Características del engranaje.

A partir de estas características y calcular otras especificaciones para posterior construcción de engranajes, dichas especificaciones y con obtener en dos sistemas utilizados en la fabricación de engranajes como son: Sistema modular. Sistema por paso diametral (diametral pitch) Figura 3. Características del engranaje, punto de contacto.

2.1.2.1 Sistema modular . Este sistema se aplica a construcción de engranajes en en el sistema internacional de unidades o métrico, donde se define un parámetro muy importante 272



denominado módulo ( M ), ), el cual se obtiene de la relación entre el paso circular (

Pc )

y la

constante circunferencial circunferencial ( ) como se expresa la siguiente siguiente ecuación: ecuación:

M

Pc

(Ec. 1)

Pero el paso circular ( Pc ) se expresa como: D p

Pc

N

(Ec. 2)

Donde D p es el diámetro primitivo y N el número de dientes del engranaje donde M está en mm, entonces:

M

D p

(Ec. 3)

N

Las ecuaciones de cálculo normalizadas y esenciales para fabricación de un engranaje, además de las anteriores son las siguientes todas en función del módulo, generalmente están dadas en mm. Ángulo de presión ( ), los ángulos más comunes son 14. 5°, 20º y 25º. Altura de la cabezal del diente (a): a M (Ec. 4)

Altura del pie del diente (b): b

1.16M para

273

14.5º

(Ec. 5)


b


1.25M para

20º

(Ec. 6)

El ancho o espesor del diente (e)

e

M

(Ec. 7)

2

Longitud del diente ( L): Generalmente se usa un rango de valores y se escoge según éste L

6 M ; 8 M ; 10 M ; 12 M ó 16 M

(Ec. 8)

Diámetro primitivo: D p

(Ec. 9)

MN

Diámetro exterior: De

M ( N

Di

D p

2)

(Ec. 10)

Diámetro interior: 2b

(Ec. 11)

Donde b es la altura del pie del diente. La International of

Standars organization ( ISO ISO)

recomienda módulos normalizados de uso

común (0.3; 0.4; 0.5; 0.8; 1; 1.25; 1.5; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20 y 25) todos dados en mm. Además sugiere la no utilización y los siguientes (3.25; 3.75 y 6.5) en mm.

274



Para la construcción de engranajes de dientes rectos por fresado se requeriría de una fresa para cada módulo y número de dientes, como esto es prácticamente imposible se consiguen juegos de ocho fresas para cada módulo, como los de la tabla 1 en la cual se expone un juego de fresas fresas para un módulo de 2. Tabla 1. Número de dientes para un juego de fresas según el módulo. Fresa Nº

1 2 3 4 5 6 7 8

Número de dientes dientes a construir construir

( N N )

12-13 14-16 17-20 21-25 26-34 35-54 55-134 135 en adelante

2.1.2.2 Sistema por paso diametral o diametral pitch. En este sistema la unidad de longitud es la pulgada, es muy utilizado en Estados Unidos y en países en que se use el sistema inglés de unidades. Aunque existen equivalencias entre los dos sistemas modular y diametral pitch los engranajes no son intercambiables entre sistemas, lo único que permanece igual en ambos sistemas es el ángulo de presión. Las ecuaciones de cálculo son: Paso diametral ( PD ), está dado en dientes por pulgada o

P D

N

1

D p

pulg

La conversión de sistema modular quedaría así:

275

(Ec. 12)

1

pulg

y se expresa así:



25.4

M

(Ec. 13)

mm

P D

Altura de la cabezal del diente (a): 1

a

(Ec. 14)

P D

Altura del pie del diente (b):

b

Para

14.5º ;

Para

20º ; b

1.157 157 P D

2.25 P D

(Ec. 15) (Ec. 16)

Ancho o espesor del diente (e):

e

(Ec. 17)

2 P D

Paso circular ( Pc ):

Pc

P D

(Ec. 18)

Diámetro exterior ( De ):

De

N

2

P D

276

(Ec. 19)



Diámetro primitivo ( D p ):

D p

N

(Ec 20)

P D

Diámetro interior ( Di ): Di

D P

(Ec 21)

2b

En el sistema diametral se usan juegos de ocho fresas para cada paso diametral al igual que en el sistema modular, pero con la variación que la numeración esta dada en sentido inverso como se ilustra en la tabla 2, donde se expone un juego de fresas para un paso diametral de 6 1 pulg

Tabla 2. Número de dientes para un juego de fresas según el paso diametral. Fresa Nº

1 2 3 4 5 6 7 8

La

International of Standars

Número de dientes dientes

( N N ) 135 en adelante 55-134 35-54 26-34 21-25 17-20 14-16 12-13

a construir

Organization

( ISO ISO) recomienda pasos diametrales

normalizados de uso común, estos son: 20, 16,12, 10,8, 6,5, 4,3, 2.5 2, 1.5, 1.25, 1 para tallado grueso y 20, 24,32, 48,64, 32, 80,96, 120 para tallado fino. 2.2 CABEZALL DIVISOR UNIVERSAL

277



Éste es un mecanismo accesorio de la fresadora, el cual permite generar divisiones exactas en las piezas a fresar. En el caso de tallado de engranajes para obtener el número de ranuras exacto de dimensiones idénticas, que es lo que realmente se necesita de un engranaje. El cabezal divisor está provisto esencialmente de: 1. Un sistema de transmisión de giros que generalmente este tornillo sinfín y corona, el cual tiene 40 o 60 dientes, como se observa la figura 4. 2. Mordazas, donde se someta la pieza a fresar por divisiones. 3. Platos divisores, esos discos de acero los cuales tienen varias series de agujeros distribuidos uniformemente en circunferencias concéntricas, estos discos comúnmente tienen orificios por ambas caras y pueden venir dispuestos de la siguiente forma: Cara A: 16, 18,20, 23,29, 33,39, 43,49 agujeros. Cara B: 15, 17, 19,21, 27, 31, 37, 41,47 agujeros. Los discos se ilustran en la figura 5. 4. Manivela, es el dispositivo que permite hacer el giro exacto sobre los discos perforados, además se pueden localizar sobre alguno de los agujeros mediante un perro retráctil para facilitar la operación de conteo. 5. Compás, sirve para encerrar una selección del plato divisor cuando se requieren fracciones de vuelta. Figura 4. Sistema de transmisión de movimiento del cabezal divisor universal.

278



Figura 5. Plato divisor.

Para calcular el número de dientes se cuentan con varios métodos de división a saber: División directa. División indirecta. División angular. División diferencial.

279



La división indirecta comúnmente se utiliza para fresado de engranajes rectos con números de dientes de amplio uso, la cual se describe a continuación, las demás se dejan para la investigación por parte practicante. 2.2.1 División indirecta . Para obtener el número de vueltas que se debe dar a la manivela se considera el número de dientes que posee la corona de transmisión que puede ser 40 o 60 dientes y el número de divisiones a obtener, luego se aplica la siguiente ecuación, así: N c

N m

(Ec. 22)

N e

Donde N m es el número de vueltas que se debe dar a la manivela, que tiene la corona de transmisión y

N e

N c

el número de dientes

el número de divisiones o dientes del engranaje

construir. Para calcular el número de vueltas de la manivela pueden suceder tres casos:

1. Cuando

N m

el número entero: Por ejemplo, si se desean tallar 10 dientes, con número

de 40 dientes en la corona, se tiene:

N m

40 10

4 vueltas

Entonces se gira la manivela cuatro vueltas, una vez hecho un diente para elaborar el siguiente. 2. Cuando

N m

es fraccionario: Por ejemplo, se desean tallar 100 dientes, con 40 dientes

en la corona, se tiene:

N m

40

2

100

5

280

vuelta



Para tal caso se multiplica y divide por el fraccionario, por un mismo número, así: 2

4

8

5

4

20

Con el número obtenido en el denominador se escoge el número de agujeros en una de las circunferencias del plato divisor, éste número quiere decir que se utiliza el plato que contiene las circunferencias de 20 agujeros y con el compás se encierran 8 agujeros, entonces se talla cada diente después de mover el perno retráctil de la manivela, cada 8 agujeros. 3. Cuando

N m

es un fraccionario mixto: Por ejemplo se desean tallar 30 dientes con 40

dientes en la corona, entonces:

N m

40

4

30

3

1

1 3

vuelta

Éste indica que se debe dar la manivela una vuelta empieza partiendo de cualquier agujero, para la fracción restante se trata igual que en el caso de fracciones de vuelta así: 1 13

13

3 13

39

Lo cual sugiere usar la circunferencia de 39 orificios y el compás debe abarcar una zona de 13 de sus agujeros, entonces una vez se gira la manivela una vuelta, se adiciona una fracción de vuelta de 13 agujeros y así para los dientes sucesivos. 2.3 REQUISITOS PRELIMINARES Conocimiento sobre el proceso de fresado. 281



Manejo del cabezal divisor. 2.4 PRECAUCIONES Usar ropa adecuada, gafas de seguridad, etc. 2.5 AUTOEXAMEN

“di ametral pitch” de cualquier engranaje rectos? a. ¿Qué significado tiene módulo y el “diametral

b. ¿Cuáles son los ángulos de presión más utilizados en el tallado de engranajes rectos? c. ¿Cuál es el objetivo del cabezal divisor? d. ¿En que consiste el método división indirecta?

3. MATERIALES Y EQUIPOS Tabla 1. Equipos. Cantidad

Elemento

Observación

1 1 1

Fresadora universal Cabezal divisor universal Fresa para tallado de engranajes Torno Buril Calibrador pie de rey Mandril porta fresas

FU 250 1000 Provisto de discos perforados

Cantidad

Elemento

Observación

1

Pieza cilíndrica de acero

SAE 1020 ó Aluminio

1 1 1

Para cilindrado Para dentado recto

Tabla 2. Materiales.

282



4. PROCEDIMIENTO 1) Calcule las características del engrane construir según las indicaciones del profesor. 2) Por medio del torno cilindre la pieza hasta obtener el diámetro exterior del engranaje y la longitud del diente. Luego cilindre el resto de la pieza a un diámetro menor que puede corresponder a diámetro del eje donde se ubicará el engrane. Este servirá para la sujeción de la rueda a la mordaza del cabezal divisor. Lo anterior se ilustra la figura 6. 3) Monte en las mordazas del cabezal divisor la pieza ya torneada y verificadas sus medidas por medio del calibrador. Sujétela fuertemente como se ilustra la figura 6. La pieza debe quedar estrictamente centrada. 4) Seleccione y monte la fresa, esta debe elegirse de acuerdo al número de dientes a construir y al módulo o paso diametral del engrane. Ubíquela sobre el eje de la pieza como se observa la figura 7. 5) Seleccione la velocidad de avance de la mesa y la velocidad angular de la fresa sin olvidar ajustar los topes de detención de avance del automático.

Figura 6. Montaje de la pieza en el cabezal divisor de la fresadora.

283



Figura 7. Montaje de la fresa.

6) Calcule las vueltas del cabezal divisor, adapte el plato perforado necesario. Ubique el compás y la manivela en la posición inicial de fresado. 7) Fije la profundidad de corte fuera de la pieza como se ilustra la figura 8 e inicie el corte de la primera ranura manualmente (la profundidad de corte está exagerada en la figura) 8) Corte la totalidad de la ranura hasta la profundidad total del diente con el automático de la fresadora, si es necesario se pueden hacer varias pasadas. Mida las dimensiones del diente con el calibrador y rectifique la pieza si es necesario.

Figura 8. Ajuste de la profundidad corte.

284



9) Gire la pieza por medio de la manivela y el compás del cabezal divisor, según las vueltas calculadas. Para cortar la ranura siguiente inicie nuevamente el proceso de corte hasta terminarla completamente. 10) Repita los pasos 6, 7, y 8 hasta tallar todos los dientes previstos.

5. CARACTERISTICAS A OBTENER Presente la pieza mecanizada al profesor titular de la asignatura, adjuntando el plano técnico de la misma.

6. CUESTIONARIO 1. ¿Por qué razón no son intercambiables los engrane los construidos por paso diametral y los construidos por sistema modular?, justifique su respuesta. 2. Si se hubiese que construir un engrane que contenga 71 dientes ¿cuál sería el procedimiento a seguir?, explíquelo. 3. ¿Existe otro proceso para construcción de engranajes que no involucre la fresadora?, si existe o existen, explíquelos. 4. ¿Qué es la involuta de un engranaje?, explique para qué sirve. 5. ¿Qué tratamiento térmico se usa para los engranajes?, ¿por qué?

BIBLIOGRAFIA AMSTEAD, B. BEGEMAN M. H. OSTWALD, P. Procesos de Manufactura. México : Compañía Editorial Continental. p749 a 765.

285



BLACK, Stewart C. Principios de Ingeniería Ingeniería de Manufactura. México :

Compañía

Editorial Mexicana. p 434 a 451. CRUZ, J. RICO, J. A. SCHARER, U. Ingeniería de Manufactura. México. Compañía Editorial Continental. p 278 a 280. DOYLE Lawrence E. Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. México. Prentice Hall. p 884 a 904. GERLING, Heinrich. Alrededor de las Máquinas-Herramientas. México : Ed. Reverté, p 185 a 209. MODULOS DE prácticas básicas de máquinas y herramientas. SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA. Bogotá.

286

Procesos De Manufactura - Fresado De Engranajes De Dientes Rectos Usando El Cabezal

Recommend Documents