Manual de Metodos de Fabricacion Metalmecanica

MANUAL DE METODOS DE FABRICACION METALMECANICA

Sergio A. Villanueua Pruneda Jorge Ramos Watanaue

rr.;:tl

AGT EDITOR, S.A.

CONTENIDO GENERAL

INTRODUCCION

9

Capítulo I.

EL DIBUJO TECNICO

17

Capítulo II.

TOLERANCIAS DIMENSIONALES

37

Capítulo III.

TOLERANCIAS DE FORMA Y DE POSICION

59

Capítulo IV.

MEDICION DE LOS DEFECTOS DE FORMA Y DE POSICION

79

Capítulo V.

RUGOSIDAD

89

Capítulo VI.

ANALISIS DE FABRICACION

103

Capítulo VII.

MAQUINAS, HERRAMIENTAS Y SUPERFICIES GENERABLES

115

Capítulo VIII. SUJECION DE PIEZAS MAQUINADAS

137

Capítulo IX.

SIMBOLOGIA DE SUJECION

187

Capítulo X.

ANALISIS DE FASE

203

Capítulo XI.

ANALISIS DE FASE PARA EL TEJO DE UN ENGRANE

219

Capítulo XII.

CARACTERISTICAS DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

243

APENDICE

259

7

INTRODUCCION

Debido a la necesidad existente en los departamentos de ingeniería en su sección de Métodos, se han agrupado en el presente manual diferentes documentos que han sido desarrollados con el fin de proporcionar información, que sirva como ayuda para la solución de problemas que cotidiana mente se presentan en la industria metalmecánica en su sección de maquinado. Los autores consideran este trabajo de utilidad para: - Estudiantes de ingeniería mecánica -- Estudia..'ltes de ingeniería industrial - Estudiantes de CECyT's -Dibujante y proyectistas en la rama metalmecánica - Ingenieros en manufactura y en proyecto Habrá algunos conceptos o recomendaciones que se mencionen reiteradamente en diferentes capítulos, esto se debe a que el presente agrupamiento es el resultado de varios documentos elabo rados a lo largo de siete años para la enseñanza de la disciplina de Métodos en el Laboratorio de Procesos de Manufactura de la ESIME -IPN -UPALM. La repetición de algunos conceptos básicos en varios capítulos se considera de utilidad, ya que facilita el estudio de los temas por separado así como la actualización permanente de cada uno de los mismos. El concepto Métodos.puede interpretarse desde el punto de vista estadounidense o europeo. La diferencia básica entre éstos, es que en el primero, el estudio se efectúa a partir de una línea de producción o de ensamble ya existente, en las cuales se busca mejorar la productividad por me dio del estudio de movimientos y tiempos (actividad fundamental de la ingeniería industrial). Por su parte, el concepto europeo busca el cumplimiento de las especificaciones proporciona da..'! por el departamento de proyecto, y el estudio se hace antes de que se inicie la fabricación del producto. En otras palabras, la ingeniería de Métodos en Estados Unidos consiste en afinar algo existente, mientras que en Europa se aplica para resolver las necesidades que la fabricación misma implica. La información contenida en este manual sigue los lineamientos observados para la ingeniería de Métodos en Europa. Muchos datos y conceptos mostrados en esta obra, se han ampliado y complementado por la experiencia profesional industrial de los autores. Se espera que la información aquí contenida ayude a la solución de los problemas del campo al que está destinado.

Definición métodos

de

Es una disciplina determinar:

que

ayuda

-Procesos - Maquinaria - Herramientas - Dispositivos de sujeción

a

11

- Dispositivos de control o medición - Tiempos de fabricación - Espacios de trabajo, y -Costo de fabricación de un producto, en función de: • • • •

Cantidad Formas Dimensiones Tolerancias dimensionales, de forma, de posición, de rugosidad

• Materiales • Tratamiento térmico, y • Recubrimientos superficiales con los cuales se desea obtener dicho producto

l. OBJETIVO El presente trabajo se ha elaborado con la finalidad de que los estudiantes de ingeniería mecánica que tienen interés en el proyecto y la manufactura en la rama metalmecánica, pueden ubicar y rela cionar a estas funciones con otros servicios que se desarrollan normalmente en la industria. El documento presenta brevemente las funciones que desempeñan los diferentes departamen tos técnicos de la empresa, los elementos tanto humanos como materiales que los integran y en forma más detallada, las funciones y la formación deseada de los ingenieros de proyectos y de métodos. Algunas otras actividades desarrolladas por los servicios de proyectos y métodos, no se han considerado por razones de simplificación, existiendo lógicamente un constante flujo de informa ción en muchos sentidos que aquí no se hacen notar. Sin embargo, se considera que el contenido de estas notas darán una primera idea de lo que son los departamentos de proyecto y de métodos.

2. GENERALIDADES El desarrollo de un bien técnico básicamente requiere de la existencia de una NECESIDAD. El Departamento de Proyectos tiene como objetivo principal realizar los estudios que lleven a la concepción del producto. En la industria estadounidense a este departamento se le conoce como ingeniería del producto. Para cumplir el objetivo anterior se recopila información, se hacen dibujos de proyecto, proto tipos, ensayos y correcciones, para poder finalmente obtener los dibujos técnicos definitivos que servirán de base para el Departamento de Métodos, el cual se encargará de observar las especificacio nes del dibujo con la finalidad de hacer el estudio para que la fabricación resulte lo más económica posible. Este estudio consiste en elegir el proceso, la maquinaria, los equipos, herramental y dispo sitivos que sean adecuados para la fabricación propiamente dicha. Posteriormente, los servicios de distribución se hacen cargo de hacer llegar el producto a los medios que lo requieran.

DEPARTAMENTO DE METODOS ESTUDIO PARA LA FABRICACION

12

3. DEPARTAMENTO DE PROYECTO 3.1. Concepción satisfactor

del

Para que este departamento pueda funcionar y cumplir con su objetivo, es necesario que reúna cier tos componentes. Estos componentes son: Humanos y materiales. El Ingeniero de Proyecto, persona cuya función principal es la de definir mediante dibujos de proyecto, conjuntos de importancia o bien coordinar y supervisar el trabajo de otros ingenieros pro yectistas, así como a los Dibujantes de Proyecto que estarán encargados de definir conjuntos simples. Otro elemento humano necesario en este departamento es el Dibujante Detallista, cuya función es la de realizar propiamente los dibujos técnicos de definición del producto terminado. A esta acti vidad se le conoce como "el despiece". Este dibujante debe dominar la técnica de la acotación, y poseer conocimientos de los procesos de fabricación más importantes. Finalmente, el Dibujante de Ejecución es la persona que hará los dibujos de detalle o dibujos calcados que se necesiten en el departamento. Debe dominar principalmente la técnica de ejecución gráfica del dibujo. Como componentes materiales se clasifica la documentación técnica industrial, que es aquella en la que se puede encontrar información relativa a la mecánica, termodinámica, hidráulica, resis tencia de materiales, etc.; normas técnicas, documentos en los que están contenidos diferentes ele mentos, conjuntos o datos cuya normalización se ha llevado a cabo para facilitar su uso y hacerlos económicos; publicaciones técnicas, documentos encontrados principalmente en revistas de este género que mantienen informado y actualizado al lector de ellas de los últimos procesos, máquinas, herramientas o descubrimientos científicos que se hayan realizado y cuyas aplicaciones no han sido determinadas totalmente; equipo de dibujo, el necesario para expresar gráficamente, en docu mentos, las ideas concebidas o las especificaciones que definan al producto estudiado. Cuando el dibujo se torna difícil, lento y laborioso para detallar ciertos movimientos o piezas del elemento por estudiar es conveniente tener equipo para elaboración de maquetas; que es un material valioso de ayuda para hacer modelos .físicos que permiten definir o determinar comportamientos o formas de piezas complejas. El Ingeniero de Proyectos tendrá básicamente, como funciones, aplicar sus conocimientos en mecánica para poder: • Utilizar los movimientos principales de la cinemática aplicada. • Determinar los órganos necesarios para su realización material. • Aplicar los métodos de cálculo para que tales órganos resistan a los esfuerzos a que serán sometidos. • Ser capaz de elegir adecuadamente los materiales y los tratamientos que eventualmente se les apliquen. • Utilizar económicamente los medios de transformación de metales. • Aplicar correctamente las diferentes formas de energía a que recurre la industria. • Imaginar montajes de maquinado y control de piezas, que garanticen la seguridad y rapi dez de funcionamiento de los mismos. Además debe ... • Utilizar al máximo la documentación a su alcance (catálogos, formularios, revistas técni cas, normas). • Estar al día con los últimos procesos de maquinado. • Mantener una colaboración estrecha con el personal del Departamento de Métodos.

13

3.2. El Ingeniero de Proyecto requiere conocimiento de: MATEMATICAS

ESTATICA CINEMATICA DINAMICA

TECNOLOG lA DE LA CONSTRUCCION MECANICA

TERMODINAMICA HIDRAULICA AUTOMATIZACION

..,..

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

-i

TECNOLOGIA DE LAS FABRICACIONES MECANICAS

RESISTENCIA DE MATERIALES DIBUJOS DE DEFINICION Y ESPECIFICACIONES COMPLEMENTAR lAS

4. DEPARTAMENTO DE METODOS 4.1. Estudio de la fabricación Para que este departamento pueda funcionar y cumplir con su objetivo, es necesario que reuna cier tos componentes. Estos componentes son normalmente: Humanos y materiales. Dentro de los primeros queda clasificado el Ingeniero de métodos, persona cuya función prin cipal es la de determinar la manera en que la fabricación de un producto sea económica, respetando condiciones de funcionalidad y seguridad requeridas por el mismo o bien coordinar y supervisar el trabajo de otros ingenieros que persigan el mismo objetivo así como a los Preparadores del Trabajo, que son los encargados de preparar las máquinas para el lanzamiento de las series y en general los lugares de trabajo para este fin. Otros elementos humanos necesarios en este departamento son el Dibujante de Proyectos, cuya función es la de crear los montajes necesarios para la producción en serie, ya sean para sujetar a la pieza o a la herramienta, en las diferentes máquinas, y los Analistas, que son quienes buscan la ma nera de que la intervención de las diferentes máquinas, equipos y herramientas sea más provechosa y ecónomica al hacer la serie de piezas en cuestión. El trabajo de los analistas es auxiliado por los Tomadores de Tiempo; elementos humanos encargados de medir los tiempos reales para corregir o corroborar los tiempos estimados por los analistas. Como elementos materiales se clasifican los: Catálogos Industriales, que contienen las dimensiones, precios, aplicaciones y en general, caracterís ticas importantes de maquinaria, herramientas, equipo y accesorios que se utilizan para la transfor mación mecánica de la materia prima. Manuales de máquinas, información escrita concisa donde aparecen las características de funciona miento, mantenimiento, utilización, transporte y aplicaciones generales de una máquina o equipo determinado.

14

Fichas técnicas de máquinas, son los documentos técnicos que contienen: • Dimensiones máximas y mínimas de la pieza o herramienta que se pueda montar. • Dibujo isométrico de la máquina. • Gama de velocidades de rotación y de avance que puede tener la pieza o la herramienta. • Lista de accesorios que se pueden usar, con las dimensiones máximas y mínimas de la pieza o de la herramienta que puedan admitir. • Potencia disponible. Formularios y nomogramas técnicos. Los primeros son aquellos documentos en los que se pueden encontrar fórmulas de diferentes materias relacionadas con la disciplina de métodos que general mente se necesitan para respaldar el cálculo hecho para algún elemento o mecanismo usado para la producción en serie de alguna pieza. Los nomogramas técnicos que se deben poseer, son los que tienen generalmente en su bastidor las máquinas-herramienta o en manuales de las mismas, con ob jeto de hacer cálculos rápidos sobre ellos. Publicaciones técnicas. Documentos escritos por especialistas de alguna materia relacionada con mé todos, en donde se informa sobre resultados de investigaciones o estudios profundos llevados a cabo. Equipo de dibujo, el necesario para explicar gráficamente en documentos, las ideas concebidas o las especificaciones que definan al dispositivo de maquinado o de control estudiado, así como las se cuencias de fabricación definidas para el lanzamiento de una producción en serie. El L1gerüero de Métodos tendrá básicamente las siguientes funciones al recibir los dibujos y especificaciones del Departamento de Proyectos: bugerir modificaciones a las soluciones recibidas siempre y cuando NO ALTEREN el cumplimiento de la función de la pieza o del conjunto. • Discutir y elegir el método más económico y adecuado para realizar el producto. • Establecer las hojas de análisis de fabricación. • Escoger las máquinas que cumplan mejor con la fabricación. • Escoger las herramientas y el equipo necesario. • Prever tratamientos anteriores al maquinado (normalizado por ejemplo). • Establecer las condiciones de maquinado (avances, velocidades, profundidad de corte, número de pasadas). • Calcular los tiempos empleados en la fabricación. • Concebir montajes de maquinado rápidos y seguros. • Supervisar el correcto abastecimiento de los materiales. • Programar la fabricación de acuerdo con los plazos de tiempo concedidos.

4.2. El ingeniero de métodos requiere conocimientos de: MATEMATICAS

TECNOLOGIA DE MATERIALES

ORGANIZACION Y SIMPLIFICACION DEL TRABAJO

OPERACION DE MAQUINAS

TECNOLOG lA DE FABRICACIONES MECANICAS HOJAS DE PROCESO ANALISIS DE FABRICACION TIEMPOS ESTANDAR ANALISIS DE FASE PROYECTO DE DISPOSITIVOS

MAQUINAS HERRAMIENTA

15

Capítulo I

EL DIBUJO TECNICO

CONTENIDO

l. Vistas principales 2. Cortes 3. Secciones 4. Rayados 5. Reglas para ejecución de dibujos 6. Propiedades gráficas de las cotas 7. Escalas Bibliografía

l. VISTAS PRINCIPALES

8

1.1.Posiciones relativas Cuarido se representa una pieza por medio de sus diferentes vistas, primero se escoge una a la que se le conoce con el nombre de vista fron tal, para este caso, la que se obtiene mirando a la pieza según la dirección indicada por la flecha A.

1.2.Nombre de las vistas Usualmente las piezas se observan en direccio nes que forman con la vista frontal ángulos de 90° o múltiplos del mismo. Las vistas obtenidas según estas direcciones (se les llaman en general ortogonales) tienen los nombres específicos siguientes: VF VS VLD VLI VI VP

Vista frontal Vista superior Vista lateral derecha Vista lateral izquierda Vista inferior Vista posterior

B

BEJEJB G

Aunque nunca se escribe el nombre de las vis tas, éste está determinado por la posición rela tiva de cada una de ellas con respecto a la vista frontal. La posición de las vistas de la pieza estudiada, es la que se obtiene según el sistema A, ameri cano o del tercer cuadrante, que se denota por el símbolo ·adjunto colocado en el cuadro de referencias del dibujo.

Sistema A

19

Puede usarse también el sistema E, europeo o del primer cuadrante denotándolo por un sím bolo inverso al anterior en cuyo caso la vista B pasa al lugar de la E y viceversa, y la C al lugar de la D y viceversa.

1.3. Método trazado

de

Para representar con vistas ortogonales la pieza estudiada, se procede como sigue: - Hacer análisis funcional Investigar la función que desempeña la pieza en estudio así como el.papel de cada uno de los elementos geométricos que la componen. Para lo anterior es menester consultar el plano del conjunto al que pertenece la pieza.

-Realizar los trazos iniciales Después del examen analítico de las formas de

la pieza, inscribir en un rectángulo cada una de

las vistas elegidas y trazar simultáneamente en ellas los diferentes elementos geométricos que la componen, usando para estos trazos prelimi nares un lápiz duro de preferencia (4H 6 5H).

2 0

D GtJ Sistema E

[]]

BJ -Dibujar Definir los trazos preliminares comenzando por repasar las líneas de eje, después las líneas grue sas (contornos y aristas visibles), las líneas inte rrumpidas (contornos y aristas ocultos), y por último las líneas finas (de referencia y de cota).

BJ

Para repasar las líneas se reeomienda el orden siguiente: • Arcos de círculo • Líneas horizontales • Líneas verticales • Líneas inclinadas Para el dibujo a tinta este orden reviste particular importancia.

1.4. Vista frontal Es la más importante, debido a que de la atinada elección de ella dependerá el número de vistas que serán necesarias para definir sin ambigüedad a la pieza en cuestión. De lo anterior se deduce que el número de vistas principales que se necesitan para defmir una pieza o un conjunto va a depender de la complejidad de las formas del mismo pues habrá ocasiones en que, aparte de algunas vistas principales, será menester mostrar otro tipo de vistas o como a me nudo sucede dibujar secciones y/o cortes. - Criterios para elegir la vista frontal Los juicios dados a continuación no siempre se cumplen todos al seleccionar una vista frontal, pues la mayoría de las veces sólo sirven como una guía y se le atribuye una mayor importancia a aquél que mejores resultados conceda. Para elegir la vista frontal de un conjunto o pieza que se va a dibujar se tienen los criterios si guientes.

21

Mostrar: • • • •

La mayor información El menor número de líneas ocultas La posición de trabajo La vista que mejor identificación inmediata proporcione.

1.5. Vistasparticulares Vistas auxiliares Con objeto de simplificar la representación de piezas complejas, se usan algunas veces vistas no ortogonales que son resultado de observa ciones según una dirección particular, que se denota con una flecha y una letra mayúscula.

-Vistas interrumpidas Cuando se tienen piezas muy largas y de sec ción uniforme pueden representarse dibujando sólo sus partes cortas no uniformes aproximán dolas entre sí y limitándolas por medio de líneas continuas finas, trazadas a mano alzada.

Otro caso en el que se usa este tipo de vistas es cuando se desea evitar una representación de formada difícil de trazar y sin interés particular para la lectura.

-Vistas simétricas Las piezas simétricas pueden representarse con la mitad o la cuarta parte de su vista si se usan sus planos de simetría, marcándolos en sus ex tremos con dos rayitas normales a ellos.

2 2

VISTA

A

-8

-Vistas de planos secantes LaS formas planas que cortan a un cilindro, se indican trazando sobre la vista de la superficie plana dos diagonales con línea continua fina.

2. CORl'ES Con objeto de facilitar la comprensión de las formas de un cuerpo, se le corta generalmente por sus ejes principales o perpendicularmente a éstos, con lo que se logra reemplazar la línea de contornos o de aristas ocultas por visibles. Un corte representa la parte cortada por el plano de corte (sección) y lo que está detrás del mismo. Se conoce una vista cortada por el rayado que se le hace a la superficie que atravesó el plano de corte. Este rayado nunca debe ni cruzar una línea gruesa ni terminar en una lÚ1ea oculta. El trazo del plano de corte se representa por una línea mixta fina en cuyos extremos lleva un pequeño segmento de línea gruesa. El sentido de observación de la parte cortada se indica mediante flechas que apuntan al centro de los segmentos ya mencionados que se identifican con las primeras letras mayúsculas del alfabeto colocadas siempre al exterior de las flechas y en posición vertical. La vista con corte lleva las mismas letras que el plano de corte correspondiente, colocadas ge neralmente arriba de ella. Los cortes, dependiendo de la dirección o forma de su trazo pueden ser de varios tipos.

CORTE A·A

2.1. Corte por un plano ..

A COI?TE A·A

2.2. Corte por planos concurrentes Uno de los planos se toma como referencia para abatir el otro hasta hacerlo coplanar con el primero.

COI?TE A-A

2.3. Corte por planos paralelos Presenta de manera clara y precisa mucha infor mación en una sola vista, sin necesidad de efec tuar varios cortes. 23

CORTé

2 4

2.4. Corte por sucesivos

planos

2.5. Medio corte Utilizado cuando se desea tener información en una sola vista tanto del exterior como del interior de la pieza representada.

2.6. Corte local Se limita mediante una línea continua fina, tra zada a mano alzada, con objeto de hacer visibles zonas pequeñas de interés.

2.7. Corte de refuerzos o nervaduras Con objeto de diferenciar piezas macizas de piezas con nervaduras, estas últimas nunca se cortan por un plano paralelo a su mayor super ficie.

A-A

ME DIO CORTE A-A

CORTE B-8

2.8. Piezas que no se cortan Aquellas piezas macizas que cortadas no den más información que sin cortar, tales como: Arboles, bolas, brazos de ruedas dentadas o volantes, cuñas, remaches, tornillos, arandelas, tuercas, etc.

1

2.9. Representación de elementos anteriores al plano de corte Se dibujan con línea mixta fina. CORTE A-A

3. SECCIONES Una sección representa solamente la superficie situada sobre el plano de corte.

3.1. Secciones giradas Se utilizan especialmente cuando se representan piezas cuya sección transversal es uniforme o cuando se tiene poco espacio para dibujar. Su contorno se dibuja con línea fina.

Generalmente se suprime la identificación y la designación del plano de corte a menos que se trate de secciones asimétricas en las que se con servan los extremos gruesos del trazo de corte y las flechas que indican el sentido de obser vación.

25

3.2. Secciones desplazadas A diferencia de las anteriores éstas se dibujan en el exterior de las vistas y su contorno se dibuja con línea gruesa.

SECCIO N

A·A

SECCION

B·B

SECCION

c-e

SECCION

o-o

4. RAYADOS

Se utilizan para identificar las superficies de los cortes o secciones practicados en una pieza. Se reali zan con líneas contínuas finas cuya separación, aunque debe ser uniforme, depende del tamaño de la superficie por rayar.

Para el caso de rayado de superficies amplias, puede reducirse a una franja de rayas cortas situadas en el interior del contorno de la vista cortada.

Contrariamente cuando el espesor de la pieza es pequeño se acostumbra ennegrecer por com pleto las superficies cortadas, dejando siempre espacio en blanco entre dos secciones contiguas.

Para diferenciar las piezas de un conjunto cor tado, los rayados tienen separaciones e incli naciones distintas en cada una de las partes que componen el conjunto. Aunque puede repetirse la misma separación e inclinación para piezas muy alejadas entre sí.

26

Otro caso en el que se repiten los rayados es para diferentes partes de la sección de una mis ma pieza. 4.1. Convenciones general

de

rayados

para

uso

Difícilmente puede tenerse un rayado para todos y cada uno de los materiales que existen, por lo que en todos los casos debe especificarse el material en forma normalizada preferentemente en el cuadro de referencias del dibujo. -No obstante se ha decidido, de manera meramente convencional, adoptar los rayados siguientes para ciertas familias de materiales, usando línea continua fina.

Metales antifricción y todos los metales moldeados sobre otra pieza

Metales ligeros como aluminio y magnesio y sus aleaciones

Cobre y aleaciones de cobre

Metales y aleaciones ferrosas en general

Madera en corte longitudinal

Madera en corte transversal

Materiales plásticos, aislantes y empaques

Vidrio

-

27

5. REGLAS PARA EJECUCION DE DIBUJOS 5.1. Dependiendo del uso que se le vaya a dar a un dibujo, es la manera de realizarlo La búsqueda de soluciones se hace por medio de croquis. Un dibujo de proyecto, se hace con trazos finos y precisos a lápiz. Un dibujo definitivo debe ser claramente realizado sobre papel albanene a lápiz o a tinta depen diendo del uso que se le vaya a dar. Se recomienda el albanene debido a su resistencia, y a la facilidad para obtener de él copias heliográficas.

5.2. Los dibujos de conjunto representan a éstos en su posición normal de trabajo El dibujo de cada uno de los componentes del conjunto se hace, generalmente, en la misma posición que en él tienen. Aunque si la parte está inclinada se acostumbra dibujarla en posición horizontal o verti al con objeto de facilitar su representación.

' 5.3. No deben dibujarse vistas superfluas o innecesarias

--

Espesor:

J.

1

1

... 3

(/)2

...

5.4. Deben evitarse trazos inútiles Cuando debe rayarse una superficie moleteada muy grande es suficiente con hacerlo solamen te sobre una pequeña parte de ella. Al emplear piezas normalizadas se evita el dibu jo usando una nomenclatura. Ejemplos:

22

Tomillo MS x 1.25 - 35

35 28

1

'

1

Tanto los cuerpos sencillos de revolución, como las piezas planas y delgadas, pueden re presentarse con una sola vista.

e

Cuña cuadrada 5 x 5 x 16

En la vista superior se han omitido voluntaria mente algunas líneas que no afectan la com prensión del conjunto.

Arandela (l)l2 - (l)7 - Espesor 1.2

Nota: Para efectos de ensamble, la asimetría de los elementos de la matriz de corte, evita montajes equivocados.

Perno (l)16-40 Chaflán 2 x 45° Ambos extremos f612

En la parte inferior de la matriz de corte repre sentada, se han logrado definir claramente y en una sola vista, todos los detalles de concep ción por medio del corte A-A, mostrando toda la información con línea gruesa continua.

-

IJ)

40 29

6. PROPIEDADES GRAFICAS DE LAS COTAS Cuando una pieza tiene varios agujeros de for mas distintas, éstos pueden representarse con ayuda de símbolos, que en este caso se mues tran una sola vez en el corte A-A.

6.1 Objetivo de la acotación

COR\E

A-A

Indicar las dimensiones de las formas de una pieza con mayor exactitud que si se obtuvieran a escala.

6.2. Proceso para acotación Si se desea acotar la longitud de un cilindro: A. Trazar con línea continua fina (pluma de 0.18 mm) las líneas de referencia (de 8 mm de longitud), después la línea de cota (a 7 mm del contorno de la vista), de modo que la línea de referencia sobrepase de 1 a 2 mm a la línea de cota.

B. Limitar la línea de cota por una flecha en cada extremo (pluma 0.35 mm) El ángulo de la flecha debe tener entre 30 y 45°

C. Anotar la cota en el centro y ligeramente arriba de la línea con una altura de cifras de 3 a4 mm. 30

+------1

..

25

o

.I.n.,.

6.3. Posición de las cifras de las cotas Debe evitarse en lo posible anotar cifras dentro de la zona rayada, pues quedan en una posición difícil de leer.

-,....

2

6.4. Acotaciones particulares Cuando se tiene poco espacio para colocar va rias cotas, éstas pueden indicarse:

- Sobre la prolongación de la línea de cota, preferentemente a la derecha. - Sustituyendo dos flechas encontradas por un punto de ::::::: 0.5 mm de diámetro.

-

-

....

7¡

14

r

• • 34

-

16

En el caso de un arco cuyo centro está fuera de los límites del dibujo, se i,pdica la cota del radio por medio de una línea quebrada que termina sobre la línea que contiene al centro.

Cuando se tiene intersecciones de construcción se prolongan de 1 a 2 mm tanto las líneas de construcción como las de referencia.

35

Las piezas simétricas pueden acotarse en su me dia vista, prolongando la línea de cota ::::::: 4 mm después del eje de simetría.

31

-

"

Si se necesita acotar una pieza curva puede usar se la acotación en paralelo (Y 1 , Y 2 , Y 3 , ••• etc.)

'

o con cotas superpuestas (X 1 , X 2 , X 3 , ••• etc.) indicando con cero el origen de estas úl timas.

-;: >-

:>!. >:

'

x.

..

') ( -¡,¡,)(3

X4

e

o +-----l x

Otra manera de simplificar la acotación es ha ciendo uso de un sistema de coordenadas, cuyo origen se especifica en un punto de fácil refe rencia para la pieza, anotando sobre una tabla adjunta a la vista, las cotas necesarias. A

rt> 4 X ro y

Para acotar elementos equidistantes simplifi cando la acotación, se indica la cota total, la cota a repetir, el número de elementos equidis tantes y su dimensión. La cota total o una de las cotas a repetir debe encerrarse entre paréntesis por ser redundante.

Con objeto de hacer más evidente la cota de un elemento geométrico pueden trazarse líneas de referencia oblicuas.

3 2

B

e o

E

6 10 3 S 115 22 42 6

8 36 28 40 8

1o

.)( 6 = ( 60)

tO

::P

-e. l

"" ,

-

-

1---

....J.

-.;;;,:

t--

Las figuras muestran la acotación de una cuer da 1, de un arco 2 y de un ángulo 3.

R\4

Cuando se necesita cambiar el valor de alguna cota en un dibujo, sin modificar los trazos, pue de cambiarse subrayándolo para indicar que está fuera de escala.

1 50

La indicación de un recubrimiento superficial o un tratamiento térmico local se hace trazando ficie que los deba tener, no olvidando propor cionar sus especificaciones completas como notas sobre el mismo dibujo o en un documen to anexo.

-

---

.... -·-

-·-·l/> 90

Cuando se tiene que acotar varios diámetros en una pieza pueden usarse flechas incomple tas para definirlos mejor.

El valor de los ángulos puede especificarse se gún 1 ó 2, aunque en 2 la lectura es más fácil.

-

Cobriz.ado

3a6 >6a10 >10a 18 >18a3C >30a!50 >!50a80 1>80a12120a >180a >2!50 a 180 2!50 31!5 ± 125

± 160

±180

± 260

Í285

± 150 ± 175 ±

200

±

Í195

±

±

315

± 360 ±

270

±

400

±145

Í125

230

> 31!5 a

230

405

±

445

IT de la tabla en ¡.tm.

BIBLIOG RAFIA Norma Internacional de Tolerancias y Ajustes ISOR 286/1963. Norma Mexicana de Tolerancias y Ajustes NOM Z23/1973. Gammes d'usinage et analyses de phases. J. KARR, Dunod, París, 1970. Guide du dessinateur industrie!. A. Chavalier, Hachette, Par!s, 1969.

57

Capítulo III TOLERANCIAS DE FORMA Y DE POSICION

CONTENIDO

l. Objetivo

2. Consideraciones fundamentales 3. Tipos de tolerancia 4. Las tolerancias de forma 5. Las tolerancias de posición 6. Tolerancia de alabeo 7. Conclusiones Bibliografía

l. OBJETIVO En la información técnica aquí presentada se aborda la explicación del tema de tolerancias de forma y de posición.

2. CONSIDERACIONES FUNDAMENTALES El dibujo técnico es el lenguaje gráfico de la ingeniería. Cuando se dibuja respetando normas inter nacionales, se obtiene una forma de comunicación mundial, cada vez más efectiva, para lograr una interpretación homogénea y correcta del producto representado, así como una disciplina muy valio sa para el estudio de mejoramiento o de creación de nuevos productos.

2.1. Definición técnico

dibujo

Es aquel documento que contiene las formas, dimensiones, tolerancias, acabados, tratamientos tér micos y materiales que forman la o las piezas que en él se representan.

3. TIPOS DE TOLERANCIAS A continuación se tiene un dibujo en el cual se ha tomado en cuenta la normalización actual, par ticularmente en lo concerniente a los estados de superficie y las tolerancias de forma y de posición. l. :t41

t.,

11,1

MAitHOL I'IIIQ!IINIIDO

61

Analizando progresivamente las inscripciones colocadas sobre el dibujo del mármol maquinado se tiene:

R 3,2.

r::-

1" Las indicaciones dadas pertenecen a tolerancias dimensionales, de forma, de posición y de rugosi dad, respectivamente. Las tolerancias son generalmente indicadas sobre un dibujo técnico para especificar: 3.1.

Tolerancia dimensional

Una dimensión lineal. 1

62

1

Tolerancia

=

Dimensión Máxima -Dimensión Mínima.

La explicación detallada de este tema está desarrollada en el capftulo anterior de este manual.

En el ejemplo anterior, la dimensión 45±0.5, tiene por tolerancia: 45.5 mm - 44.5 mm = 1mm 3.2. Tolerancia de forma. Una indicación sobre la forma de las superficies, en este caso, planicidad. Característica

a controlar: Planicidad

IOio.oo51

_ Tolerancia

3.3. Tolerancia de posición. Una indicación de la posición entre dos elementos, en este caso, perpen dicularidad. Característica a Perpendicularidad

controlar:

j_Ljo·%o!

A

j

+-

Elemento de referencia

t Tolerancia

3.4. Tolerancia de rugosidad. Una indicación sobre el estado de superficie, en este caso, de una superficie de verificación. Tolerancia a controlar: + R3 ,2 r-Característica Rugosidad

1

V

VE

Función de la superficie por controlar, verificación.

3.5. Tolerancia angular. Una posición angular.

Tolerancia

= Angulo Máximo -

Angulo Mínimo.

63

3.6. Unidades empleadas

Tolerancia

Unidad

Dimensional Forma Posición

Milímetro Milímetro Milímetro

Angular

Grado Minuto Segundo

Rugosidad

Micrómetros

Símbolo mm mm mm o

'

"

*

pm

*También conocidos como micras o micrones.

3.7. Tolerancias de forma y de posición La superficie F de un paralelepípedo puede estar afectada por tres tipos de tolerancia. • Una tolerancia de forma "a" que limite el defecto de planicidad. • Una tolerancia de paralelismo "b" entre las superficies F y R. • Una tolerancia dimensional "e" que defina las distancias mínimas y má ximas entre F y R.

Definició n La indicación de una tolerancia de forma o de posición sobre una superficie, define en general, una zona de tolerancia más restringida que la zona de tolerancia dimensional y situada en el interior de ella

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r..:

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..

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... ·.· .·.: .. .·.. ; :

1-

: t=

Not a • Las tolerancias "a" y "b" no afec tan directamente una dimensión de la pieza. • El empleo simultáneo de tres tole rancias "a", "b" y "e", no tienen sentido a menos que: a< b "

'C

.

•::J

z

Ilustración

(J

.E

· ;

Defecto de forma (o de posición si está referido a otro elemento)

'Q)

o

Cl)

C

.o... &l E "o'

Origen

o

l

-Calidad de la máquina -Mala fijación de la pieza o herramienta -Deformación de la pieza y /o de la herra· mienta durante el trabajo

u

., _

C l) Cl)

e

(Periódica)

"o'

Rugosidad (Periódica)

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4

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Cl)

5

Grietas Marcas Picaduras Surcos Etcétera (No periódicas)

de

()

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"

"' 'C

"E'

: :J

en

-Estado de superficie de la herramienta -Vibración de alta frecuencia de la pieza

w"'

e

.o"..'.

frecuencia de la pieza y/o de la herramienta

y/o de la herramienta

Cl

·e

2

-Trazo geométrico de la herramienta (Avance)

3

"

-Vibración de baja

Ondulación

Superficie real

1a5

92

-Heterogeneidad del material -Accidentes de manipulación

obtenida

- Defectos de tercer orden: Caracterizan la rugosidad de la superficie. Los defectos de tercer orden son defec tos constituidos por crestas o valles. Los defectos de cuarto orden son defec tos no pertódicos constituidos por arran camientos, fracturas, etc.

Escala

3.1. Criterios geométrico

s

del

en pm

estado

t

Estos criterios relacionan los defectos geométricos del segundo al cuarto orden. El estudio se limita a los criterios más usados en la industria. La unidad de medición para estos criterios es el micrómetro (J.Lm) 1J.Lm = 0.001 mm= 40 J.Lpulg. 1J.Lpulg = 0.025 J.Lm == 0.000 025 m

3.1.1. Criterios físicos - Profundidad media de la ondulación W Es el promedio de las distancias cresta-valle de las desviaciones de segundo orden. w W¡+ ...Wn

cuando n;;;;. 3

n

- Profundidad media de rugosidad R Es el promedio de las distancias cresta-valle de las desviaciones de tercer y cuarto orden. R R 1 +. · .+Rn n

cuando n;;;;. 8

Prácticamente se puede trazar la línea envolvente inferior que pase por la mayoría de los valles. La profundidad media de rugosidad R es el promedio de las distancias entre las envolventes superior e inferior. Profundidad máxima de rugosidad Rm áx Es la distancia máxima entre un valle y una cresta adyacentes, cuando se ha localizado a aque lla que presenta la mayor desviación de tercer y cuarto orden.

-

- Paso de la ondulación Aw Es el promedio de las distancias cresta-cresta de las desviaciones de segundo orden: cuando n ;;;;. 3 Awl + ... Aw +Awn - Paso medio de Rugosidad AR

n

Es el promedio de las distancias cresta-cresta de las desviaciones de tercer y cuarto orden.

n

cuando n;;;;. 8

El paso promedio de rugosidad es función del avance por revolución de la herramienta o de la pieza. 93

3.1.2. Criterios estadísticos Para estudiar estos criterios se establece un registro gráfico. La curva se obtiene tomando como referencia un sistema "xy" de coordenadas rectangulares: • sobre el eje ox, las abscisas "x" medidas según la longitud de evaluación. • sobre el eje oy, las ordenadas "y" correspondientes entre el perfil medido y el eje ox. Profundidad Rp

de

Escalas en

J' m

,j

ltud de evaluaciÓn

.,

aplanamiento

Es el promedio aritmético de todas las distancias "y" definidas en el párrafo anterior.

Rp

=

1

y

dx

Yo + ·• • + Yn Rp ----

Escalas n

n

Rp representa la ordenada de una línea media tal, que la suma de las superficies S1 situadas en un mismo lado de ella, y la suma de las superficies S2 situadas del otro lado, son iguales.

p•

., y

Desviación media aritmética Ra con respecto a la línea media. Se traslada el eje x de manera que se confunda exactamente con la línea me 100; 10 dientes. - Profundidad de corte 5 mm. - Avance por diente az = 0.2 mm. - Ancho de fresado 80 mm. -Material, acero R = 50 daN/mm 2

•

Calcular la fuerza de corte máxima, la fuerza radial, y las fuerzas de levantamiento y empuje. Fuerza de corte:

Fe

=

KRS

S= ex b Siendo

2az =

=

DV

2 x0.2 100

P(D-P)

v 5 (1oo- 5)

0.087 mm. 4 X 50 X 0.087 X 80

=

1392 daN

Fuerza radial:

1392 x 0.4 = 556.8 daN

La fuerza resultante F será: Fe

1392

F =--

1501 daN

cosa

El ángulo {j tendrá el siguiente valor: cos {j

5 45 -10r0 -=--=

100 2

50

0.9

157

{3 = 25.84° cp = {3 - a = 25.84- 22

3.84°

La fuerza de levantamiento será: 1501 sen 3.84°

Fv = F sen cp Fv

100.5 daN

La fuerza de empuje: FH

=

F cos cp

FH

=

1498 daN

=

1501 cos 3.84°

6. 3. Caso del

taladrado La fuerza de corte Fe que cada filo cortante ejerce sobre la pieza, se calcula con la relación: Fe = KSR

K se tomará igual a 4 como el caso del fresado: a D S=-x2 2 Siendo

a

=

avance por revolución de la broca.

D

=

diámetro de la broca.

El momento que ejerce la broca tiene el valor: Figura Vlll.22

Las fuerzas Fa tienen la misma magnitud y sentido opuesto, de manera que se anulan mutuamente. Las fuerzas de empuje vertical F., tienen el mismo valor y se les considera actuando sobre el eje de la broca con una intensidad:

158

Si se considera que F = Fe , Entonces: Ejemplo No. 6.

Determinar el momento y el empuje vertical que produce la penetración de una broca de 12 mm de diámetro con un avance de 0.15 mm por revolución de la broca. El material tiene una resistencia a la ruptura de 60 daN/mm 2 ; a = 120° Fe

KSR 0 15 12 S = x = " x = 0.45 mm 2 2 2 2 2 4

Mb

D 12 648 mm daN = 0.648 m Fe x-= daN 2108 x-= 2

X

0.45

60 = 108 daN

Fe

a

X

Fa = Fe sen-= 2 Fv

108 sen 60° = 93.5 daN

2Fa = 187 daN

7. POSICIONAMIENTO Y FIJACION DE LA PIEZA Al abordar el problema de la sujeción de una pieza, es conveniente distinguir dos aspectos. l.Asegurar que las piezas a maquinar, puedan colocarse en la misma posición sobre la máqui na. Esto es, el posicionamiento debe ser repetitivo. 2. Asegurar la inmovilización de la pieza en el dispositivo, sin provocar deformaciones que afectan la precisión.

Tanto el posicionamiento como la inmovilización siguen las reglas y recomendaciones cons tructivas que dependen del tipo de pieza. En general se hablará de piezas prismáticas cuando predominen las superficies planas, y de pie zas cilíndricas cuando sean superficies de revolución las predominantes. Las piezas mixtas tendrán tanto superficies planas como de revolución. 7.1. Posicionamiento Puede considerarse que el posicionar una pieza en una máquina, consiste en mantenerla fija dentro de un sistema de referencia tridimensional. El primer paso será entonces, relacionar a cada tipo de máquina, con un sistema ortogonal de tres ejes X, Y, Z. Por facilidad, estos sistemas de referencia se asociarán a los órganos portapieza de las máquinas-herramienta más comunes. (Ver Figura VIII.23).

159

y

a- Torno paralelo

b - Fresadora de cabezal horizontal

z

e- Taladro de columna

d - Cepillo de codo

160

Figura V 111.23

Si se logra proveer a la pieza de los apo yos necesarios para mantenerla posicio nada en el referencial X, Y, Z, se puede pensar que se ha logrado su posiciona miento en la máquina. Independiente mente de la forma y el tamaño de la pieza, las posibilidades de que pueda moverse en el espacio se reducen a la descomposición del movimiento sobre los tres ejes; con tres posibilidades de translación (Tx, TY y Tz) y tres posibi lidades de rotación (Rx, Ry y Rz ), como se muestra en la Figura VIII.24. Se dice entonces que toda pieza tiene seis grados de libertad en el espacio.

y

Figura V 111.24

Rz

z

X

El posicionamiento consistirá en apoyar a la pieza de manera tal, que no tenga posibilidad de desplazarse según Tx, Ty y Tz, ni de girar como Rx, Ry y Rz. Al lograr esto, se dice que se están eliminando los seis grados de libertad de la pieza.

7.1.1. Caso de prismáticas

piezas

Suponiendo que pueden materializarse los planos P 1 , P2 y P3 , la pieza M se con sideraría posicionada en el referencial X, Y, Z, al apoyarla contra P 1 , Pz y P3. Figura VIII.25.

'.t

. RY TI

Figura Vlll.25

Al apoyar la pieza sobre los puntos 1, 2 y 3, se obtiene el mismo efecto que con P 1 de la Figura VIII.25, con esto se elimi nan las posibilidades de rotación Rx y Rz además de la translación TY • Sin embargo permanece con libertad en Tx, Tz y Ry.

Figura V 111.26

161

Es importante observar que tres puntos de apoyo, anulan a igual número de grados de libertad.

Al agregar los puntos de apoyo 4 y 5, se obtiene el efecto similar al del plano P2 , eliminando de este modo los grados de libertad Ry y Tx .

.,

El último grado de libertad que queda por eliminar es Tz • Figura Vlll.27

El punto de apoyo 6, que haría la fun ción del plano P3 , permite eliminar la translación sobre el eje x. De este modo, se han requerido seis puntos de apoyo, distribuidos como en la Figura VIII.28, para eliminar los seis grados de libertad de la pieza.

Figura Vlll.28

Este sistema de posicionamiento, llamado "plano-línea-punto", se conoce también como "principio de KELVIN de posicionamiento isostático".

Es evidente que el peso de la pieza, las fuerzas de apriete que aseguran su inmo vilización, y las fuerzas originadas du rante el corte, hacen imposible que la pieza se pueda apoyar sobre puntos o superficies pequeñas. Una solución aceptable consiste en pre ver superficies que den suficiente apoyo a la pieza para evitar así deformaciones locales debidas a la presión de contacto (Figura VIII.29).

Figura V 111.29

162

Pueden tomarse de base los siguientes valores de presión de contacto: P = 8 a 10 daN/mm 2 cuando se quiere evitar toda deformación. p = 20 a 25 daN/mm 2 cuando se acep tan deformaciones pequeñas.

Figura Vlll.30

A medida que las tolerancias admitidas en el maquinado de la pieza aumentan, el principio de apoyos puntuales "plano línea-punto" puede irse transformando en apoyos superficiales hiperestáticos (Figuras VIII.30 y VIII.31). La posibi lidad de que las piezas ocupen siempre la misma posición en el dispositivo, dis minuye con las soluciones de las Figuras VIII.30 y VIII.31.

Figura V 111.31

X 7.1.2. Caso de cilíndricas

piezas

Los puntos de apoyo 1, 2, 3 y 4 elimi nan cuatro grados de libertad: Tz, TY , Rz, Ry. El apoyo 5 elimina Tx • La pieza tiene todavía posibilidad de girar alrededor de su eje de revolución.

Figura V 111.32

La eliminación del 6° grado de libertad se puede lograr por adherencia, al aplicar una fuerza de apriete como en el caso de sujeción en mandril de tres mordazas (Figura VIII.33).

163

Puede considerarse en este caso que la mordaza A efectúa la función de los pun tos 1y 2, y la mordaza B la de los puntos 3 y 4, mientras que la cara del mandril, haría la función del tope 5 y la mordaza e aseguraría la eliminación de rotación sobre X. Figura V 111.33

Una segunda posibilidad se tiene al utili zar un mandril de tres mordazas y un punto de centrado en el cabezal móvil. Las mordazas A y B corresponden a los apoyos 1 y 3 (las mordazas hacen poco contacto con la pieza). El punto de cen trado D efectúa la función de 2, 4 y 5. Finalmente e elimina la rotación en X al apretar sobre la pieza.

D .........

Figura Vlll.34

Una tercera posibilidad se tiene al utili zar mandril de tres mordazas y luneta fija. Las mordazas A y B corresponden a 1y 3, los apoyos D y E de la luneta, a 2 y4 y la mordaza e realiza el apriete que eli mina la rotación y translación sobre X. El apoyo F asegura que la pieza se man tenga en contacto con D y E.

Figura V 111.35

El montaje de fresado de la Figura VIII.36 ilustra la utilización de dos apoyos en "Ve", que corresponden a los puntos 1, 2, 3 y 4 y una escuadra tope equivalente al punto 5. La fijación sola mente está indicada con las acciones F dirigidas contra los apoyos en "Ve".

164

Figura V 111.36

Cuando la pieza de revolución tiene alguna forma asimétrica, se puede aprovechar esta cir cunstancia para eliminar el 6° grado de libertad por obstáculo, en lugar de la adherencia explicada anteriormente (Ver Figura VIII.37). 8

4

Figura Vll1.37

7.1.3. Elementos constructivos de apoyo para el posicionamiento a) Superficies extensas: Las superficies extensas de apoyo pueden ser las correspondientes al órgano porta-pieza de la má quina: mesa de la fresadora, cepillo o mandriladora; plato ranurado para torno. También puede corresponder a la superficie.principal de apoyo del dispositivo de sujeción.

165

b) Superficies reducidas: 0Bd

8d

S

S

d3

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28

3.4. Refrentado de referencia 3.5. Cilindrado diámetro de cabeza 3.6. Elaboración de chaflanes del diámetro de cabeza 3.7. Taladrado de centro 3.8. Taladrado pasado

de

agujero

3.9. Barrenado pasado

de

agujero

3.10. Elaboración interior

de

chaflán

221

ANALISIS DE FASE 3.1. Refrentado de partida NOMBRE Y No. DE LA PIEZA

ENGRIJNE ER.-1

1

/Q :

F -;E--

fl-

i?,Hrao·Q;.-

a-

1

MATERIAL

/li.U/11 10

CROQUIS DE LA PIEZA V

= VELOCIDAD DE CORTE m/min

a

=AVANCE

POR

DIENTE

POR

VUELTA.

POR CARRERA EN mm N

= VELOCIDAD r.p.m.

P

= PROFUNDIDAD DE PASADA mm =AVANCE mm/min

A L

= LONGITUD DE PASADA mm

Tt

=TIEMPO TECNOLOGICO

Te

= TIEMPO DE CORTE

Ttm= TIEMPO TECNOMANUAL Tm =TIEMPO MANUAL To

=TIEMPO "OCULTO''

T

=TIEMPO DE PREPARACION

TIEMPO TOTAL= Tp + n PZAS. (Tt + Te + Tm TIEMPOS EN CENTESIMOS DE HORA

+ Ttm) TIEMPOS

OPERACIONES.

TRABAJO.

ELEMENTOS DE

Ó

41

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PIFl.A.

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MOVIMIENTOS.

CODIFICADOS

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ELEMENTOS

PIEZA TRABAJO. CODIFICADOS

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ELEMENTOS

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