Mec Procedimientos de Mecanizado

Titular capítulo

Índice

Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IX

1. Visión General del Módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.1. Objetivo de la programación de producción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Unidades y magnitudes empleadas en mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1. Unidades eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Aparatos de medida mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Normalización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Dibujo técnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6. Acotaciones “UNE 1.039” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7. Representación de vistas de piezas mecánicas “UNE 1.032” . . . . . . . . . 1.8. Normas de representación de elementos mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . 1.9. Escalas “UNE 1.026” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.10. Modelo de plano DIN A-4 “UNE 1.085” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas. Unidad Temática 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 3 13 18 26 27 28 30 32 40 41 43 45

2. Determinación de los equipos de trabajo . . . . . . . . .

51

2.1. Especificaciones técnicas de un plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Propiedades mecánicas de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Materiales del taller de metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Materiales férricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Tratamientos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1. Las temperaturas de los tratamientos térmicos . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Materiales no férricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Aleaciones de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8. Otros materiales empleados en las industrias mecánicas . . . . . . . . . . . . . 2.9. Ensayos de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52 53 54 54 63 67 69 72 74 75

© ITES-PARANINFO

V

Índice

VI

2.10. Formas comerciales de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11. Cálculo y coste de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

83 87 91

3. Determinación y análisis de los mecanizados . . . .

93

3.1. Orden de elección de las herramientas según el trabajo . . . . . . . . . . . . . 3.2. Herramientas de mano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Las herramientas de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1. Limas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2. Cortafríos y buriles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3. Sierras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4. Las roscas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.5. Escariadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Herramientas de máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1. Brocas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2. Conos Morse, conos ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3. Herramientas para torno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4. Plaquitas de metal duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.5. Herramientas para fresadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.6. Herramientas abrasivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5. Afilado de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6. Rendimiento de una herramienta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7. La refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.8. Los rozamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas. Unidad Temática 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

94 94 98 98 100 100 101 109 111 111 115 117 120 127 130 134 135 141 142 145 147

4. Determinación y análisis de los conformados . . . .

155

4.1. Fabricación y obtención de piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Clasificación de las máquinas del taller de metal por sus mecanizados . 4.2.1. Taladradoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2. Torno paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3. Fresadora universal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4. Talladora de engranajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5. Rectificadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Instalación de máquinas en el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Las máquinas de control numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1. El torno de control numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2. La fresadora de control numérico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Ajustes y tolerancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Verificación dimensional y geometría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Máquinas de soldar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.1. Soldadura de hilo continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.2. Soldadura oxiacetilénica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8. Neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas de torno paralelo. Unidad Temática 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas de fresadora. Unidad Temática 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas de control numérico “torno”. Unidad Temática 4 . . . . . . . . . . . . . . Prácticas de fresadora de control numérico. Unidad Temática 4 . . . . . . . . . . Prácticas de soldadura. Unidad Temática 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas de neumática. Unidad Temática 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

156 158 159 164 180 199 202 205 206 210 223 231 237 249 258 260 266 284 285 295 299 311 325 331

© ITES-PARANINFO

Índice

5. Determinación y análisis de otras operaciones . . .

343

Los procedimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Los procesos de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Proceso de mecanizado de una pieza mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Hoja de proceso de mecanizado de una cremallera . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Asignación de máquinas según los mecanizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5. Cálculo de los tiempos de mecanizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.1. Cálculo de tiempo del taladrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2. Cálculo de tiempos del torno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.3. Cálculo de tiempos de la fresadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.4. Cálculo de tiempos del rectificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.5. Cálculo de los tiempos de trabajo por cronometraje . . . . . . . . . . . 5.6. Costes del mecanizado de una pieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7. Mantenimiento de las máquinas del taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8. Normas de seguridad en el taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prácticas. Unidad Temática 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

344 344 345 346 353 353 354 354 357 358 359 360 362 365 368 369

6. Programación de la producción

....................

377

6.1. La empresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Calidad del producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

378 380 382

Breve diccionario técnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

387

Tablas de cálculo

401

© ITES-PARANINFO

........................................

VII

Titular capítulo

Prólogo

El presente libro está orientado a los alumnos que cursen los Ciclos de Mecanizado de Grado Medio, teniendo como principal objetivo transmitir los conocimientos técnicos y prácticos a través de las Unidades de Trabajo, las cuales se han desarrollado describiendo los elementos mecánicos y tecnológicos, herramientas y máquinas empleadas en los talleres de Fabricación Mecánica, acompañándolos de problemas y una serie de ejercicios prácticos que ayuden y refuercen los conocimientos teóricos. Dicho Ciclo agrupa varios conceptos tecnológicos, por ese motivo se han elaborado de forma que cada capítulo sea suficientemente informativo para que el alumno aprenda la técnica de la mecanización y fabricación de piezas, incluidas las herramientas y útiles empleados para ello. Las explicaciones de los temas se dan en forma sencilla y se refuerzan con problemas resueltos al final de cada explicación; también se facilitan tablas que le ayudan al alumno a identificar rápidamente la herramienta adecuada o el ángulo preciso para el trabajo a realizar. En el anexo se facilitan tablas de cálculo. Los problemas al final de cada capítulo conllevan a la comprensión de los temas. Al final de cada capítulo se describen las prácticas que el alumno deberá de realizar con el fin de aplicar los conocimientos teóricos y sus cálculos, descritos en el capítulo correspondiente, adiestrándose en el manejo de herramientas y máquinas del taller mecánico de una forma práctica. Este libro pretende explicar los conocimientos y las técnicas generales que debe de conocer un técnico de fabricación mecánica. Está desarrollado para despertar la inquietud y alcanzar los conocimientos básicos de aquellos que se inician o están interesados por la fabricación mecánica y el estudio de las máquinas herramientas. AGRADECIMIENTO A: Se expresa el agradecimiento a las empresas por su colaboración a la realización de esta obra. FERRETERÍA UNCETA, S.A. Por la cesión de los dibujos de herramientas. FRESADORAS MILKO. Por la cesión de dibujos de máquinas. TORNOS METOSA. Por la cesión de dibujos de máquinas. EQUINSE, S.A. Por la cesión de dibujos de máquinas.

© ITES-PARANINFO

IX

Capítulo

Visión general del módulo

Visión General del Módulo Introducción En este capítulo se pretende ver y estudiar los planos que se emplean en la mecanización de las piezas industriales, unidades de mecánica empleadas, con todas las normas adecuadas a las empresas del sector, teniendo en cuenta las partes más significativas desde el punto de vista tecnológico y ajustándose a las normas DIN.

Contenido • Unidades de medida en mecánica • Introducción a los planos de fabricación de piezas mecánicas • Estudio de la normalización de planos • Realización de ejercicios de estudio de planos

Objetivos X Conocer los aparatos de medir en el taller de mecánica X Adquirir una visión general de un plano del taller de mecánica X Estudiar la normalización de los planos del taller X Conocer la nomenclatura actual de los planos del taller de metal y su interpretación

Visión general del módulo

1.1 Objetivo de la programación de producción Sabemos que los talleres o empresas son muy complejos y que los forman muchas personas, máquinas, elementos de elaboración, los cuales cada uno tiene una especialidad y una función definida. Cada uno realiza un trabajo distinto dentro de la empresa, y el conjunto de esos trabajos es lo que obtiene el producto final de la empresa. Cuando llega un pedido a una empresa, es para realizar un trabajo determinado, trabajo que no lo hace solamente un operario, sino que en él intervienen una serie de personas, máquinas, administrativos, etc. Lo que nos lleva a tener que organizar y programar el trabajo de forma racional y correlativa; es decir, llevando un orden en la realización de las operaciones o fases de mecanización de piezas, pintado, embalado, transporte, etc. Imaginemos si en una empresa cada uno de los operarios realizase el trabajo de una forma individual sin tener en cuenta una programación de los mismos. Lo que ocurriría sería una descordinación del trabajo, y por supuesto esto provocaría tal desorden que la empresa no podría funcionar. En toda empresa tenemos que programar el producto a fabricar, teniendo en cuenta que hay que establecer siempre un método que sea operativo y de sentido común, por lo que hay que coordinar operarios, máquinas, materiales, y todo aquello que esté implicado directamente con la empresa. Diremos a grandes rasgos que en toda empresa debemos de programar: pedidos, producción, calidad y costes. Pedidos

Producción

Calidad

Costes

Análisis de la programación de producción: Si definimos lo que es producción, diremos que es el conjunto de actividades (en nuestro caso mecánicas) mediante las cuales se obtiene un producto, que se pone a disposición de los consumidores o de la sociedad, para satisfacer unas necesidades. Si hablamos de mecanización nos estamos refiriendo a talleres de características mecánicas, los cuales tienen una actividad dedicada a proyectos, cálculos, confección de planos, fabricación de piezas mecánicas, montajes mecánicos, etc. En todas estas actividades intervienen aparatos de medida, máquinas, elementos de control de calidad, y todo aquello necesario para la obtención de cualquier producto de tipo mecánico. Programar un producto es planificar y controlar, y eso es lo que se hace en cualquier empresa antes de crear un determinado artículo o producto. Cuando programamos la fabricación de un producto lo que estamos haciendo es planificando y controlando la producción de ese producto, que tiene como objetivo la coordinación de los medios, máquinas, materiales, especialistas, etc. Al mismo tiempo que definimos las necesidades que tenemos para la fabricación del producto, como formación, equipamiento, seguridad, etc. No cabe duda de que para conocer las empresas de mecanización, así como los productos que en ellas se obtienen y sus tipos de mecanizado, debemos de tener conocimientos de todos los elementos en ellos empleados, desde los aparatos de medida, planos del taller, máquinas empleadas y su manejo, sistemas de seguridad, etc.

2

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo A lo largo del desarrollo del temario de este libro iremos viendo y desarrollando estos conceptos. Medición y verificación: Medir es una operación mediante la cual determinamos una magnitud física, que comparada con un patrón obtenemos un resultado. Cuando tomamos una medida lo hacemos con instrumentos que están calibrados y con ellos tomamos unos valores, los cuales nos indican la magnitud física que hemos determinado. En las industrias y talleres de mecánica empleamos todo tipo de magnitudes físicas, las cuales debemos de conocer, pues tenemos que tener en cuenta que a la hora de fabricar piezas tenemos que tener intercambiabilidad y repuesto en todos los lugares, y esto se consigue unificando los criterios de medidas y las magnitudes físicas en las que se mueve la mecanización. Muy importante también es normalizar los métodos de medida, con el fin de que se mida con uniformidad y se establezcan los criterios de intercambiabilidad. En las plantas de fabricación medimos con instrumentos calibrados, que a su vez han sido contrastados o puestos a punto con un patrón. Verificar consiste en comprobar si una pieza, artículo, máquina, etc., cumple las condiciones establecidas para las cuales ha sido fabricado, manteniendo las condiciones de garantía. En fabricación mecánica tenemos tal diversidad de piezas y elementos mecánicos que se construyen y fabrican en todo tipo de máquinas, que la verificación es uno de los capítulos más importantes, el cual trataremos en un capítulo aparte.

1.2 Unidades y magnitudes empleadas en mecánica Fabricación mecánica es la fabricación de piezas y elementos de carácter mecánico en las cuales empleamos todo tipo de materiales, herramientas, tipos de fijación, como aceros, aleaciones, plásticos, maderas, tornillos, etc. Estos materiales, llamados materias primas, tienen propiedades y características propias, y nosotros tenemos que pesarlos, medirlos y conocer dichas características, pues tenemos que comunicarnos con otros talleres, empresas, almacenes y demás mundo técnico, y todos debemos comunicarnos en el mismo lenguaje. En las industrias siderometalúrgicas se emplean una serie de magnitudes físicas, matemáticas y mecánicas que responden al Sistema Internacional de Unidades (S.I.), las cuales son adoptadas en la fabricación de piezas mecánicas en los diversos talleres de fabricación e industrias del sector. Estas magnitudes están normalizadas y se definen a continuación, expresando sus unidades, múltiplos y submúltiplos. El metro: Es la unidad de medida de longitud, y es empleado en medir distancias convencionales, y basado en el Sistema Métrico Decimal. En la Conferencia Internacional de Pesas y Medidas de 1983, se definió como el trayecto recorrido por la luz en el vacío durante 1/299.792.458 segundos.

Múltiplos

Miriámetro .................. Kilómetro .................... Hectómetro.................. Decámetro...................

10.000 m 1.000 m 100 m 10 m

UNIDAD

METRO .....................

1m

Submúltiplos

Decímetro.................... Centímetro .................. Milímetro ....................

0,1 m 0,01 m 0,001 m

© ITES-PARANINFO

3

Visión general del módulo Unidades de medida en fabricación mecánica: En la fabricación de piezas mecánicas el metro se nos queda muy grande para medir longitudes, y adoptamos como unidad de medida el MILÍMETRO (milésima parte del metro). En los planos del taller sólo se indicará un número, que no irá precedido de indicativo alguno, ya que se entiende siempre que son milímetros. Los aparatos de medida para dimensionar las piezas del taller de metal van todos graduados en MILÍMETROS. En la tabla siguiente vemos los múltiplos y submúltiplos más empleados en mecánica. Múltiplos

Metro........................... 1.000 mm Decímetro.................... 100 mm Centímetro .................. 10 mm

UNIDAD

MILÍMETRO............

Submúltiplos

Décima ........................ 0,1 mm Centésima.................... 0,01 mm Milésima ..................... 0,001 mm

1 mm

Otra unidad poco empleada en el taller de metal es la PULGADA. Unidad de medida inglesa y que vale 25,4 mm, pero que debemos de conocer con el fin de manejar alguna medida que se nos puede presentar en los planos del taller en pulgadas, y a efectos de repuestos (tornillería). 1" = 25,4 mm

Si queremos pasar milímetros a pulgadas o viceversa tendremos que operar de la siguiente manera: • Para pasar pulgadas a milímetros debemos de multiplicar por ........... 25,4 • Para pasar de milímetros a pulgadas debemos de dividir por ............. 25,4 Generalmente las medidas dadas en pulgadas vienen expresadas en forma de fracción, con lo cual tenemos que operar con quebrados. Si queremos saber cuantos milímetros son 5/16” tendremos que multiplicar por 25,4. 5 25,4 × 5 127,50 25,4 × ------------ = -------------------------- = ------------------------- = 7,97 mm. 16 16 16

Ejemplo ¿Qué medidas en milímetros tiene la pieza del dibujo (figura 1.1) acotada en pulgadas? 2 3/8”

3 2 ---------- × 25,4 = 60,32 mm de largo; y 3/8 × 25,4 = 9,52 mm de ancho. 8

3/8”

Figura 1.1.

A continuación se da una tabla de equivalencias de pulgadas a milímetros de las medidas más usuales en el taller, con el fin de hacer una transformación rápida sin necesidad de realizar el quebrado. EQUIVALENCIAS DE PULGADAS MILÍMETROS PULGADAS

0”

0

4

1”

2”

3”

4”

5”

6”

7”

25,4

50,8

76,2

101,6

127

152,4

177,8

1/16

1,58

26,98

52,38

77,78

103,18

128,58

153,98

179,38

1/8

3,17

28,57

53,57

79,37

104,77

130,17

155,57

180,97

3/16

4,76

30,16

55,56

80,96

106,36

131,76

157,16

182,56

1/4

6,35

31,71

57,15

82,55

107,95

133,35

158,75

184,15

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo EQUIVALENCIAS DE PULGADAS MILÍMETROS PULGADAS

0”

1”

2”

3”

4”

5”

6”

7”

5/16

7,93

33,33

58,73

84,13

109,53

134,93

160,33

185,73

3/8

9,52

34,92

60,32

85,72

111,12

136,52

161,92

187,32

7/16

11,11

36,51

61,91

87,31

112,71

138,11

163,51

188,91

1/2

12,70

38,1

63,5

88,90

114,30

139,70

165,1

190,50

5/8

15,87

41,21

66,67

92,07

117,47

142,87

168,27

193,67

3/4

19,05

44,45

69,85

95,25

120,65

146,05

171,90

196,85

7/8

22,22

47,62

73,02

98,42

123,82

149,22

174,62

200,02

Peso: Es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos, se mide en kilopondios. El kilopondio se define como la fuerza con que atrae la Tierra a un cuerpo de 1 kilo de masa. En el taller de mecánica solemos tomar como unidad de peso el kilo. El peso de las máquinas y de los materiales del taller se expresa en kilos. Ver en la tabla los múltiplos y submúltiplos. Múltiplos

UNIDAD Submúltiplos

Tonelada...................... Quintal ........................ Miriagramo ................. KILO ..........................

1.000 100 10 1

kg kg kg kg

Hectogramo................. Decagramo .................. Gramo .........................

0,1 kg 0,01 kg 0,001 kg

Superficie: Se define como superficie al espacio que hay dentro de un cuadrado de 1 metro de lado (1 m2). En mecánica esta unidad se nos queda muy grande y generalmente tomamos el milímetro cuadrado (mm2).

Múltiplos

Kilómetro2................... 1.000.000 m2 Hectómetro2 ................ 10.000 m2 2 Decámetro ................. 100 m2

UNIDAD

Metro cuadrado...........

Submúltiplos

Decímetro2 .................. 0,01 m2 2 Centímetro ................. 0,0001 m2 2 Milímetro ................... 0,000001 m2

1 m2

Volumen: Se define como volumen el espacio ocupado por un cuerpo, sea sólido o líquido. En mecánica adoptamos como unidad el decímetro cúbico (dm³). Tenemos que el dm³ = litro. dm3 = litro

Generalmente para expresar el volumen en los líquidos lo haremos en litros (Depósitos de máquinas). Cuando tengamos que expresar el volumen de sólidos lo haremos en decímetros cúbicos (Materiales del taller).

© ITES-PARANINFO

5

Visión general del módulo

Múltiplos

Kilolitro....................... Hectolitro .................... Decalitro......................

1.000 l 100 l 10 l

UNIDAD

Litro ............................

1l

Submúltiplos

Decilitro ...................... Centilitro ..................... Mililitro.......................

0,1 l 0,01 l 0,001 l

Densidad: Es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo. Si dividimos la masa de un cuerpo por su volumen, nos dará una constante y a esa constante le llamamos densidad (figura 1.2). Se puede definir como lo que pesa 1 dm³ de un cuerpo.

M D = ----------V

Volumen

Masa

Figura 1.2.

Si cogemos un decímetro cúbico de cobre (Cu) como el de la figura y lo pesamos veremos que pesa 8,9 kg, y decimos que esa es su densidad (figura 1.3). 1 dm³ de cobre pesa 8,9 kilos dm3

Densidad del Cu = 8,9

Cu

Figura 1.3.

A continuación se da una tabla con las densidades de los elementos más comunes empleados en el taller de metal, con el fin de realizar los cálculos de pesos de materiales. DENSIDAD DE ALGUNOS MATERIALES Elemento

Densidad

Elemento

Densidad

Acero

7,85

Molibdeno

10,3

Aluminio

2,7

Níquel

8,9

Bronce

8,85

Plomo

11,25

Cinc

7,1

Vanadio

6,0

Cobalto

8,91

Wolframio

19,3

Cobre

8,9

Agua

1,0

Cromo

7,2

Aceite oliva

0,92

Estaño

7,3

Pirita

5,0

Fundición

7,25

Petróleo

0,78

Hierro

7,85

Gasolina

0,74

Latón

8,6

Aceite mineral

0,95

Magnesio

7,2

Diamante

3,6

Ejemplo ¿Cuánto pesará una barra de aluminio (Al) de 1 metro de longitud si tiene 25 mm entre caras?

6

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo

Calculamos su volumen. (25 × 25 × 1.000) / 1.000.000 = 0,625 dm³ Multiplicamos el volumen por su densidad y obtenemos el peso. 0,625 × 2,7 = 1,687 kilos.

Ejemplo ¿Cuánto pesará el depósito de un automóvil lleno de gasolina si su capacidad es de 60 litros? 60 × 0,740 = 44,4 kilos Calor: Es una forma de energía que se manifiesta pero que no vemos, aunque sí conocemos sus efectos. Si tenemos dos cuerpos de las mismas características en cuanto a su composición se refiere, pero de distintas masas, V y V’ a la misma temperatura (ver dibujo) diremos que el cuerpo de mayor volumen V tendrá más calor que el de menor volumen V’, aunque los dos están a la misma temperatura de 20 ºC (figura 1.4).

20 ºC V

La cantidad de calor que tiene un cuerpo se expresa en calorías. La unidad de calor es la caloría. Y su múltiplo es la kilocaloría, que tiene 1.000 c. Caloría: Se define como caloría la cantidad de calor necesario para elevar 1 ºC un gramo de agua, pasándola de 14,5 ºC a 15,5 ºC.

Mucho calor

Calor específico: Es la cantidad de calor que necesitamos para elevar 1 ºC de temperatura un gramo de masa de dicho cuerpo.

20 ºC V’

Si para elevar un gramo de cobre (Cu) 1 ºC de temperatura necesitamos 0,05 calorías, diremos que el calor específico del cobre es 0,05.

Poco calor

Las calorías que necesitamos para pasar un cuerpo de una temperatura de t a t’ grados nos la da la fórmula: Q = Cantidad de calor M = Masa del cuerpo t = Temperatura inicial t’= Temperatura final c = Calor específico

Figura 1.4.

Q = M × c (t − t’)

CALOR ESPECÍFICO DE ALGUNOS METALES Metal

Símbolo

C. Específico

Metal

Símbolo

C. Específico

Aluminio

Al

0,214

Latón

Cn + Zn

0,094

Cobre

Cu

0,095

Plata

Ag

0,057

Cinc

Zn

0,092

Agua

H2O

1,00

Estaño

Sn

0,056

Plomo

Pb

0,031

Níquel

Ni

0,106

Platino

Pt

0,031

Acero

Fe + C

0,118

Manganeso

Mn

0,243

Hierro

Fe

0,115

Oro

Au

0,032

Aire

78% N + 21% O

0,240

Oxígeno

O

0,219

Calcio

Ca

0,155

Mercurio

Hg

0,033

Cantidad de calor que necesitamos para elevar una masa líquida de t a t’: Cuando queremos elevar la temperatura de un líquido mezclándolo con otro de distinta temperatura, para templar piezas por ejemplo, debemos de aplicar la fórmula siguiente. Es muy importante adecuar la temperatura del líquido de enfriamiento al templado de piezas.

© ITES-PARANINFO

7

Visión general del módulo Siendo: Q = Cantidad de calor M y M’= Masas de los cuerpos en gramos C = Calor específico del cuerpo

M’ (t’ − t’’) x = ---------------------------M (t − t’)

t y t’= Temperatura inicial y final x = Para nivelar los dos cuerpos a la misma temperatura Problema ¨ ¿Qué cantidad de calor necesitamos para elevar la temperatura de una pieza de aluminio de la temperatura ambiente (20 ºC) hasta 300 ºC, si la pieza pesa 4 kilos? 4 kg × 1.000 = 4.000 gramos Aplicando la fórmula tendremos que Q = M × c (t – t’) = 4.000 × 0,214 (300 – 20) = 239.680 c. 239.680 / 1.000 = 239,68 kc

Equivalente mecánico: Llamamos equivalente mecánico al trabajo que puede producir una caloría. La transformación de trabajo mecánico en calor es una de las partes más importantes de la física-mecánica y su estudio corresponde a la termodinámica. Todas las máquinas generan calor durante su funcionamiento. Las equivalencias se presentan en el cuadro siguiente. EQUIVALENCIAS 1 1 1 1 1 1

100

0

Figura 1.5. Graduación de un termómetro.

caloría gramo = 0,427 kgm kgm = 2,34 calorías gramo caloría gramo = 4,19 julios julio = 0,24 calorías gramo caloría gramo = 4,19 × 107 ergio ergio = 0,24 × 107 calorías gramo

Temperatura: Cuando hablamos de temperatura, nos referimos al grado de calor que tiene un cuerpo. No hay que confundir calor con temperatura, pues el calor se mide en calorías, como hemos visto, y la temperatura se mide en grados con el aparato llamado termómetro. La escala termométrica de uso común es la CENTÍGRADA, la cual nos marca el 0 ºC en la congelación del agua y los 100 ºC en la ebullición del agua; luego se divide ese espacio en 100 partes, y cada una corresponde a 1 ºC. Ver figura 1.5. En la industria se emplea la escala Kelvin, cuyo 0 ºK equivale a los –273 ºC. Esta escala tiene la ventaja sobre las demás que no trabajamos con grados negativos cuando tenemos frío, como en el caso de las otras escalas. Por ejemplo para expresar 10 grados de frío en la escala Centígrada decimos que tiene una temperatura de –10 ºC, sin embargo en la escala Kelvin diremos que estamos a 263 ºK. Tenemos otras escalas termométricas, todas ellas graduadas de la misma forma; en la congelación del agua se le marca un trazo y en la ebullición otro, la diferencia entre estos trazos se divide en grados, y según la escala que sea tendremos la temperatura dada en grados en cada una de las escalas. GRADUACIÓN DE LAS ESCALAS TERMOMÉTRICAS

8

Congelación del agua

Ebullición del agua

Centígrada

0 ºC

100 ºC

Fahrenheit

32 ºF

212 ºF

Reamur

0 ºR

80 ºR

Kelvin

273 ºK

373 ºK

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Para pasar grados de unas escalas a otras tenemos que operar con las siguientes igualdades: C R F − 32 K − 273 ----------- = ---------- = ------------------ = ---------------------100 80 180 100

Problema ¨ Medimos la temperatura de un horno de temple con un termómetro graduado en la escala centígrada y éste nos marca 180 ºC. Queremos saber la temperatura que nos marcaría si la tomamos con termómetros graduados en las otras escalas.

En la escala Reamur nos marcaría R = (180 × 80) / 100 = 144 ºR. En la escala Fahrenheit nos marcaría (F – 32) 100 = 180 × 180, despejando F, tenemos que F = 35.600 / 100 y resolviendo queda que F = 356 ºF. En la escala Kelvin aplicando la fórmula tendremos 100 × 180 = 100 K – 27.300 y despejando K tendremos que K = (18.000 + 27.300) / 100 = 453 ºK.

Dilatación de los cuerpos: Los cuerpos por efecto del calor cogen temperatura y aumentan de tamaño, es lo que se llama dilatación. Debemos de tener claro el concepto de dilatación, pues en mecánica trabajamos con temperaturas a veces muy elevadas y debemos de valorar este concepto. Todas las máquinas que trabajan por arranque de viruta generan calor en las piezas mecanizadas, y si medimos en ese momento una cota determinada nos puede mentir, pues la pieza está dilatada por el aumento de temperatura. También debemos de contemplar los laboratorios de Metrología, que trabajan a temperatura de 20 ºC (es la temperatura normalizada de laboratorio de metrología). Se define la dilatación como la diferencia de tamaño que adquiere el cuerpo, cuando pasa de la temperatura inicial, a la temperatura final de calentamiento (figura 1.6).

Medida inicial Medida final

Figura 1.6. Dilatación de un cuerpo.

Si cogemos la barra del dibujo, de la cual conocemos su medida, la calentamos a una temperatura determinada, y tomamos la medida de su longitud, veremos que ésta ha aumentado. A esa diferencia de medida le llamamos dilatación. Comprobación de la dilatación de un metal: Para comprobar las dilataciones de los metales se coge por ejemplo un trozo de barra de acero calibrado, se apoya en un soporte por un extremo y por el otro se le pone un comparador de reloj, aplicamos calor en su base y veremos cómo la aguja del comparador se mueve de forma que va a más, es decir, aumenta de longitud y tamaño. Figura 1.7. Coeficiente de dilatación: Es el aumento de tamaño que experimentan las distintas unidades, de longitud, de superficie y de volumen, al elevar 1 ºC su temperatura.

Figura 1.7. Comprobación de la dilatación de un metal.

El coeficiente de dilatación lineal es lo que aumenta de longitud una pieza, y su unidad, es el aumento de la unidad de longitud de ese material al aumentar 1 ºC su temperatura, y se calcula por: Lt = Li (1 + K t)

Dilatación superficial es el aumento de tamaño que experimenta la unidad de superficie, y se calcula por: St = Si (1 + K’ t)

Dilatación cúbica es el aumento de volumen que experimenta un cuerpo al aumentar su temperatura. Vt = Vi (1 + K’’ t)

© ITES-PARANINFO

9

Visión general del módulo En la dilatación de los líquidos, debemos de tener en cuenta la dilatación de la vasija que contiene al líquido, pues al mismo tiempo que se calienta el líquido también se calienta la vasija que lo contiene, y por lo tanto también sufre dilatación haciéndose más grande, factor que debemos de tener en cuenta.

Dilatación del líquido

COEFICIENTES DE DILATACIÓN DE ALGUNOS CUERPOS Dilatación de la vasija

Elemento

D. Lineal

Siendo:

Acero

0,000012

Lt = Dilatación lineal

Hierro

0,000011

K = Coeficiente de dilatación

Fundición gris

0,000010

St= Dilatación superficial

Cobre

0,000017

t = Temperatura

Latón

0,00019

Vt= Dilatación cúbica

Aluminio

0,000022

l = Longitud inicial

Plata

0,000022

Cinc

0,000029

Problema ¨ Tenemos una regla de acero graduada en milímetros cuya longitud es de 2 metros. Y medimos con ella una longitud de 1.500 mm a 45 ºC. ¿Qué error de medida tenemos?

La temperatura de laboratorio es de 20 ºC, por lo que 45 ºC – 20 ºC = 25 ºC Aplicando la fórmula tenemos que Lt = Lo (1 + K × t); Lt = 2.000 (1 + 0,000012 × 25) = 2.000,6 mm. La regla a 45 ºC tiene una longitud de 2.000,6 mm, luego la medida de 1.500 mm tomada a esa temperatura de 45 ºC tendrá un error de: error = (1.500 × 0,6) / 2.000 = 0,45 mm de más.

Fuerza: Podemos definir la fuerza como la capacidad que aplicamos a los cuerpos para producir el movimiento.

P R B O A

Figura 1.8. Palanca

Si por ejemplo aplicamos una fuerza a una carretilla la trasladamos de sitio, o aplicando la fuerza a un contenedor de piezas lo subimos por un plano inclinado desplazando su peso, o simplemente aplicamos una fuerza para empujar el carro de la compra, etc. Para aplicar una fuerza a un cuerpo, tenemos que tener en cuenta el peso del cuerpo y un punto de apoyo. Una aplicación muy conocida de fuerzas es el caso de la palanca. La palanca: Es una barra sólida inflexible, la cual se apoya en un punto el cual llamamos punto de APOYO, y mediante una fuerza que se aplica en un extremo se vence otra fuerza llamada resistencia. Figura 1.8. Esta barra, aunque de una sencillez particular, tiene muchas aplicaciones en mecánica, como en el cierre y apertura de mordazas, levantamiento de pesos, prensas hidráulicas, e infinidad de elementos mecánicos, por lo que no podemos dejar su estudio. La palanca obedece a la ecuación cuyo enunciado dice: Potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo. Siendo P la potencia, R la resistencia y O el punto de apoyo. Tendremos que: P × OB = R × AO

10

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Las palancas pueden ser según tengamos situado el punto de apoyo: De 1º género cuando tenemos el punto de apoyo entre la resistencia y la potencia. De 2º género cuando el punto de apoyo lo tenemos situado al lado de la resistencia. De 3º género cuando el punto de apoyo lo tengamos situado al lado de la potencia. P

P A

O

A

B

O

P 1º Género

A B

B R

O

R

R 2º Género

3º Género

Figura 1.9. Tipos de palanca. P

Tenemos palancas de primer género en el taller cuando apretamos un tornillo con una llave, cuando apretamos o aflojamos un tornillo de banco o una mordaza en una máquina para sujetar una pieza, los volantes de las máquinas, etc.

650 kg

00

2.5

30

Problema ¨ ¿Qué fuerza tendremos que hacer para mover una máquina con una palanca, si la máquina pesa 650 kg y la palanca que empleamos tiene una longitud de 2,5 m situando el punto de apoyo a 30 cm de la máquina? Ver figura 1.10.

Figura 1.10. Problema.

Aplicamos la fórmula P × OB = R × AO Aplicando datos tenemos que P × 220 = 650 × 30 P

Despejando P = (650 × 30) / 220 = 88,6 kg

100

Problema ¨ Tenemos que transportar piezas del taller en una carretilla, las cuales

50

75 kg

pesan 75 kg. La distancia de la rueda a las asas es de 1,5 m y la caja donde se lleva el peso está a 0,50 m de la rueda. Figura 1.11.

Figura 1.11. Carretilla.

En este caso tenemos que tener en cuenta que el brazo de potencia es toda la longitud de la carretilla y el brazo de resistencia es la distancia desde la carga a la rueda. Aplicamos la fórmula P × OB = R × AO Aplicando datos tenemos que P × 150 = 75 × 50 Despejando tenemos que P = (75 × 50) / 150 = 25 kg

Trabajo: Se dice que se efectúa un trabajo cuando vencemos una resistencia mediante la acción de una fuerza a lo largo de un espacio. Su unidad es el kilográmetro. Kilográmetro: Es el resultado de multiplicar la fuerza ejercida para realizar un trabajo por el espacio recorrido. Se representa por “kgm”. T = Trabajo e = Espacio

T=F×e

F = Fuerza Si empujamos el cuerpo de la figura con una fuerza F de 10 kg, desplazándolo a lo largo del espacio e de 20 metros hasta A, decimos que hemos realizado un trabajo (ver figura 1.12). Si queremos saber el trabajo realizado aplicamos la fórmula y tendremos que el trabajo realizado es de T = 10 kg × 20 m = 200 kgm.

© ITES-PARANINFO

F

10

10’’

A

20

Figura 1.12. Trabajo.

11

Visión general del módulo UNIDADES C.G.S.

Giorgi

Terrestre

Fuerza

Dina

Newton

Kilogramo

Espacio

Centímetro

Metro

Metro

Trabajo

Ergio

Julio

Kilográmetro

Potencia: Cuando realizamos un trabajo en un tiempo determinado el cual podemos medir, hablamos de potencia. Y se puede definir como el trabajo realizado en la unidad de tiempo. La potencia de las máquinas se mide en caballos de vapor, y las fórmulas que aplicamos para calcularlo son: P = Potencia en C.V. P=T/t P = (F × e) / t T = Trabajo en kgm t = Tiempo en seg.

Ejemplo F

10’’

10

A

20 F

7’’

10

20

Figura 1.13. Potencia.

F

C

Tenemos un dibujo (figura 1.13) con dos trabajos a realizar, el A y el C. El A nos realiza un trabajo en el que se tarda 10’’ y el C realiza el mismo trabajo pero el tiempo en realizarlo es de 7’’. Si queremos saber quién es más potente, no tendremos nada más que aplicar las fórmulas y nos dará la potencia de cada uno de ellos. En el ejemplo A tendríamos que P = (F × e) / t; P = (10 × 20) / 10 = 20 C.V. En el ejemplo C tendríamos que P = (F × e) / t; P = (10 × 20) / 7 = 28,57 C.V. Como vemos, decimos que será más potente el que realiza el mismo trabajo en menor tiempo.

Presión: Es la unidad de fuerza ejercida sobre la unidad de superficie. Figura 1.14. Su unidad es la atmósfera, que se define como la fuerza ejercida de 1 kilo sobre 1 cm² de superficie y obedece a la fórmula. Siendo:

S

Figura 1.14. Presión.

A = Atmósfera F = Kilos S = cm²

Fuerza (kg) Presión = ----------------------------------------Superficie (cm2)

Si ejercemos una fuerza F = 1 kg sobre la superficie S = 1 cm², decimos que la presión ejercida es de 1 atmósfera. En el sistema inglés tenemos que 1 pascal = (1 newton / 1 metro²). 1 kilo 1 atm = -----------------1 cm2

newton Pascal = ---------------------metro2

UNIDAD DE PRESIÓN Sistema Técnico

Sistema Internacional

Atmósfera = kg / cm²

Pascal = newton / metro²

1 bar = 100.000 pascales 1 atmósfera = 0,980 bar

12

Equivalencias: 1 bar = 1.000.000 dinas/cm² 1 atmósfera = 1 kg/cm²

1 milibar = 100 pascales 1 bar = 1,03 atmósferas

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Problema ¨ ¿Qué fuerza necesitamos ejercer sobre una chapa cuadrada de acero suave de 100 mm de lado, si sabemos que a 5 atm de presión se dobla? P = F / S; despejando y aplicando datos, tenemos que F = 5 × 10 cm² = 500 kilos

Resumen de unidades empleadas en mecánica. UNIDADES MÁS EMPLEADAS EN EL TALLER DE METAL (S.I.) MAGNITUD

UNIDAD

SÍMBOLO

OBSERVACIONES

Ángulo

Radián

rd

1 vuelta = 6,28 radianes

Calor

Caloría

c

1 c = 4,186 J

Densidad

Kilogramo/decímetro

Fuerza

Newton

N

1 N = 105 dinas

Longitud

Metro

m

En el taller se toma el milímetro

Potencia

Vatio

w

1 kW=1.000 w; 1 C.V.=736 w; 1 w=julio/seg

Presión

Pascal

Pa

Pa = Newton/metro²; 1 Pa = 10-5 bares

Superficie

Metro cuadrado

m²

1 m² = 104 cm²

Temperatura

Grado Kelvin

Tiempo Trabajo Velocidad

Metro / segundo

Viscosidad

Grado Engler

Eº

Volumen

Metro cúbico

m³

kg/dm³

1 kg/dm³ = 10³ g/dm³

K

1 ºK = 1 ºC

Segundo

s

1 h = 60’ = 3.600’’

Julio

J

1 kgm = 9,8 J

m/s

1 m/s = 3,6 km/h; 1 km/h = 0,227 m/s En el taller se toma el dm³

1.2.1 Unidades eléctricas En este punto no pretendemos explicar las unidades eléctricas como si fuésemos de la especialidad eléctrica, pero ni que decir tiene que en mecánica las máquinas se mueven a través de motores eléctricos. Si además contemplamos las máquinas de electroerosión, control numérico, máquinas neumáticas que llevan válvulas eléctricas (electroneumática), así como otras máquinas que siendo meramente eléctricas son empleadas en mecánica, como son los equipos de soldadura eléctrica, etc., no nos queda más remedio que conocer básicamente las unidades eléctricas para poder leer las características de un motor o de una electroválvula neumática. Por lo que pasamos a definir unos conceptos básicos de electricidad. Circuito eléctrico: La corriente eléctrica en un conductor se establece cuando se produce un desplazamiento de cargas eléctricas por ese conductor. Para que esto sea posible este conductor tiene que formar parte de un circuito eléctrico. Un circuito eléctrico está formado por una serie de elementos conectados entre sí, de manera que se permita la circulación eléctrica entre ellos. Los componentes que forman un circuito eléctrico son: el generador, los receptores, los elementos de control, los elementos de protección, y los conductos que los unen entre sí. Ver circuito figura 1.15. Magnitudes eléctricas: Las magnitudes eléctricas que caracterizan un circuito eléctrico son: Intensidad de corriente: Es la cantidad de carga eléctrica que pasa por un conductor eléctrico en la unidad de tiempo. Figura 1.16.

Figura 1.15. Circuito eléctrico.

I

A

I

Figura 1.16. Intensidad de corriente.

Su unidad es el AMPERIO y se define como la cantidad de electricidad que recorre un circuito en la unidad de tiempo. Cantidad de corriente Intensidad = ---------------------------------------------------- ; Tiempo en segundos

© ITES-PARANINFO

Q I=— t

13

Visión general del módulo Siendo:

I = Amperios Q = Culombios t = Segundos Submúltiplos Amperio................. 1 Miliamperio ............ 0,001 Microamperio ......... 0,000001

Problema ¨ ¿Qué cantidad de electricidad se transportará durante una jornada de trabajo (8 horas) pasando una corriente de 3 A?

Despejando tendremos que: Q = I × t Aplicando datos nos queda Q = 3 × (8 × 3.600) = 86.400 culombios Diferencia de potencial: Cuando dos cuerpos cargados eléctricamente se unen mediante un conductor, se produce un desplazamiento de electrones (electricidad) del que tiene mayor carga al que tiene menor. Esta diferencia de carga se denomina diferencia de potencial. Se define como la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito, al trabajo necesario para transportar la unidad de carga eléctrica de uno a otro. Su unidad es el voltio y es igual 1 julio / 1 culombio. Figura 1.17. Julio Voltios = ----------------------------Culombio

V

Múltiplos y submúltiplos

Figura 1.17. Diferencia de potencial.

Megavoltio.............. Kilovoltio................ Voltio...................... Milivoltio................ Microvoltio.............

1.000.000 1.000 1 0,001 0,000001

Resistencia eléctrica: Está demostrado que hay materiales que conducen mejor que otros la corriente eléctrica. Se conoce con el nombre de buenos conductores aquellos materiales que oponen poca resistencia al paso de la corriente, y malos conductores aquellos materiales que oponen mucha resistencia al paso de la corriente. Por lo que podemos decir que resistencia eléctrica es la magnitud que indica la mayor o menor dificultad de un determinado tipo de material para dejarse atravesar por la corriente eléctrica. La unidad de resistencia eléctrica es el OHMIO y su símbolo (Ω). L R = Ω ------S

R = Resistencia L = Longitud en metros S = Sección en mm² Múltiplos y Submúltiplos Megaohmio............. Kilohmio................. Ohmio .................... Miliohmio............... Microhmio ..............

1.000.000 1.000 1 0,001 0,000001

La resistencia de un conductor depende del tipo de material, su longitud y su sección. Para calcular la resistencia que opone un material conductor al paso de la corriente, se deberá de tener en cuenta la resistividad de ese material.

14

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Resistividad de un material es la oposición que presenta cada uno de los materiales al ser atravesados por la corriente eléctrica cuya longitud sea de 1 m y su sección 1 mm². RESISTIVIDAD DE ALGUNOS METALES Metal

Símbolo

Resistividad

Ag

0,016

Estaño

Cobre

Cu

0,017

Oro

Au

0,023

Aluminio

Al

0,030

Hierro

Fe

0,120

Platino

Pt

0,095

Plomo

Pb

0,210

Cinc

Zn

0,060

Plata

Metal

Símbolo

Resistividad

Sn

0,12

Mercurio

Hg

0,957

Niquelina

Cu+Ni+Zn

0,41

Constantán

Cu+Ni

0,50

Nicrón

Ni+Cr

1,00

Problema ¨ En un taller tenemos una línea monofásica de 300 metros de longitud, siendo el diámetro del hilo de 3 mm y de Cu. Hallar la resistencia del conductor. Aplicando la fórmula tenemos que R = (Ω × L) / S y aplicando datos nos queda R = (0,017 × 300) / 3,14 × 1,5² = 0,721 ohmios. Problema ¨ Queremos saber qué longitud de hilo de hierro tenemos que tener para que su resistencia no pase de 300 Ω si su diámetro es de 2 mm. Despejando tenemos que L = (R × S) / Ω; L = (300 × 3,14) / 0,120 = 7.850 m.

Ley de Ohm: La ley de Ohm nos relaciona las tres unidades eléctricas, VOLTAJE, INTENSIDAD y RESISTENCIA. Si establecemos una diferencia de potencial entre los extremos de un conductor se producirá una corriente eléctrica cuya intensidad dependerá de la resistencia del conductor. Luego tendremos que: Voltaje Intensidad = ------------------------------Resistencia

Voltaje = Diferencia de potencial Resistencia = Ohmios Intensidad = Amperios Problema ¨ Tenemos una bombilla conectada a 220 V y medimos la intensidad dándonos 2,2 A.

¿Qué resistencia tiene? Aplicando la ley de Ohm, tenemos que R = V / I; R = 220 V / 2,2 A = 100 ohmios Problema ¨ Una máquina de taladrar eléctrica trabaja con una diferencia de potencial de 220 V y su resistencia es de 150 ohmios. ¿Qué corriente consume? Aplicando datos tenemos que I = 220 / 150 = 1,46 amperios

Energía. “Trabajo eléctrico”: la energía eléctrica suministrada a un circuito cualquiera, es igual al producto de la carga multiplicado por la diferencia de potencial al que está conectado. E=q×V

© ITES-PARANINFO

15

Visión general del módulo Si expresamos la carga en culombios y la diferencia de potencial en voltios obtenemos la energía eléctrica en julios. 1 julio es la energía gastada en 1 seg, en un conductor de resistencia de 1 ohmio por una corriente de 1 amperio. En la práctica se toma el KILOVATIO-HORA, que vale 360 vatios por segundo (3.600.000 julios). Ley de Joule: Al ser atravesados los conductores por la corriente eléctrica, ésta se transforma en calor y a este fenómeno se le conoce como efecto Joule. Por lo tanto al ser atravesado cualquier conductor por la energía eléctrica se produce una transformación de energía eléctrica en energía calorífica y el valor de esta energía es: E = q × V; E = I × V × t; E = R × I² × t Para calcular la cantidad de calor (calorías) que se genera en el conductor tendremos que: Q = 0,24 × R × I2 × t

Problema ¨ ¿Qué trabajo realizará un horno eléctrico, cuya potencia es de 1.200 w, si para calentar una herramienta de torno lo hemos tenido que tener encendido 2 horas?

T = w × t; T = 1.200 × 2 = 2.400 wh / 1.000 = 2,4 kW/h Problema ¨ ¿Qué tiempo estará conectado un calentador de 40 litros de agua, para calentarla de 20 ºC a 80 ºC, si su potencia es de 1.200 W y se conecta a 220 V.

Cantidad de calorías que necesitamos Q = 40 × 1.000 × 1 (80 – 20) = 2.400.000 cal = 2.400 kc. La resistencia óhmica será R = V2 / W; R = 2202 / 1.200 = 40,33 ohmios El tiempo lo calculamos t” = (Q × R) / (0,24 × V2); t = (2.400.000 × 40,33) / (0,24 × 2202) = 8.332” O lo que es lo mismo, 2,3 horas. Potencia eléctrica: El consumo de energía eléctrica de un conductor depende del tiempo que esté conectado a la diferencia de potencial, es decir el tiempo que circula la corriente por el receptor. Se define la potencia eléctrica de un receptor como la energía consumida por el mismo en la unidad del tiempo. Figura 1.18. P=E/t

Si expresamos la energía en julios y el tiempo en segundos, la unidad de potencia será el vatio. También se puede definir como la corriente eléctrica que lleva una intensidad de 1 A, y su d.d.p. es de 1 V. Potencia = Voltaje × Intensidad

V

A

MOTOR

Figura 1.18. Forma de medir la potencia.

16

Múltiplos y submúltiplos Megavatio............... Kilovatio................. Vatio ....................... Milivatio ................. Microvatio ..............

1.000.000 1.000 1 0,001 0,000.001

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Para medir la potencia de un motor eléctrico, medimos la diferencia de potencial y la intensidad, multiplicamos estos dos valores y nos da la potencia. Recordemos que su equivalente mecánico es 1 C.V. = 736 W. Problema ¨ Calcular qué potencia tendrá un destornillador eléctrico de 300 ohmios si trabaja a 220 V.

P = V² / R; aplicando datos tenemos que P = 220² / 300 = 162 vatios.

Ejemplo Un arco eléctrico por el que circula una corriente de 75 A bajo una tensión de 25 voltios tendrá una potencia de: P=V×I P = 75 × 25 = 1.875 vatios = 1.87 kW

UNIDADES ELÉCTRICAS MÁS EMPLEADAS EN EL TALLER MAGNITUD

UNIDAD

SÍMBOLO

OBSERVACIONES

Diferencia de potencial

Voltio

V

V = I x R; 1 kV = 1.000 V

Intensidad

Amperio

A

I=V/R

Resistencia

Ohmio

Ω

R=V/I

Potencia eléctrica

Vatio

w

w = I x V; 1 CV = 736 w; 1 kW = 1,36 CV

Energía eléctrica

kW/h

J

E = R x I² x t

Elementos eléctricos instalados en las máquinas del taller de metal: Con el fin de conocer y saber los elementos que forman parte de los motores eléctricos que hacen funcionar las máquinas del taller, se explican de forma básica los elementos eléctricos que incorporan, unos como elementos de seguridad hacia los motores y otros como elementos de seguridad hacia el operario que maneja la máquina. Rectificadores: Son aparatos eléctricos que convierten una corriente eléctrica alterna en una corriente eléctrica continua. Algunos motores eléctricos en las máquinas del taller funcionan con corriente continua. Estos aparatos eléctricos son muy empleados en las fuentes de alimentación que hacen funcionar las válvulas neumáticas (electroválvulas). Interruptores: Son elementos eléctricos de accionamiento y se emplean para hacer pasar la corriente o cortarla en un momento cuando nos interese. Figura 1.19. Se emplean para la puesta en marcha del alumbrado, motores y elementos eléctricos. Conmutadores: Estos elementos son capaces de hacer cambiar el paso de la corriente y desviarla al punto que nos interesa. Figura 1.20. Se emplean para accionar puntos de luz y máquinas desde varios sitios. Fusibles: Son elementos eléctricos que se instalan en el conductor de la corriente en serie y de menor sección que éste; tienen como misión cortar el fluido eléctrico cuando tenemos un exceso de corriente, protegiendo así la instalación eléctrica. Figura 1.21. Se instalan en la entrada de las acometidas eléctricas. Final de carrera eléctrico: Es un pulsador que en estado de reposo establece contacto permanentemente dejando pasar la corriente eléctrica (figura 1.22), y cuando es pisado por un carro u órgano de máquina el contacto es interrumpido cortando el paso de la corriente. Esquema

Figura 1.21.

© ITES-PARANINFO

Figura 1.19. Esquema de un interruptor.

Figura 1.20. Esquema de un conmutador.

Fusible

Figura 1.22. Final de carrera eléctrico.

17

Visión general del módulo Magnetotérmicos: Son dispositivos que cuando la línea recibe una sobrecarga y se calientan los conductores eléctricos, éste se dispara cortando el paso de la corriente eléctrica protegiendo así la instalación eléctrica de las máquinas. Son automáticos y se fundamentan en la dilatación de los metales.

1.3 Aparatos de medida mecánicos Son las herramientas e instrumentos que empleamos en el taller de mecánica para el control de las medidas y la comprobación de las piezas; estas herramientas están graduadas en milímetros. Recordemos que la unidad de medida adoptada en mecánica es el MILÍMETRO, y además pueden apreciar medidas como décimas, centésima, o milésimas según la precisión del aparato. En el taller de mecánica tenemos que medir las piezas que fabricamos con medidas muy precisas, teniendo que comprobar las mismas durante el proceso de fabricación varias veces, haciendo las correcciones oportunas según nos interese hasta terminar la pieza, por eso en el taller disponemos de aparatos de medida que debemos conocer y saber manejar A veces cuando las piezas están terminadas generalmente se comprueban las medidas en laboratorio; la técnica que estudia y realiza las mediciones del taller recibe el nombre de METROLOGÍA. Figura 1.23. Regla.

Regla: Es el aparato de medida más sencillo empleado en el taller de mecánica, es una barra de acero generalmente de acero inoxidable robusta y no flexible, graduada en milímetros, o ½ milímetros. Figura 1.23. Es muy empleada para tomar medidas y para el trazado de dibujos en piezas o superficies metálicas que posteriormente han de ser mecanizadas; otra aplicación inmediata es comprobar la medida de las piezas cortadas de sierra para luego ser metidas en máquina. El calibre o pie de rey: Es el aparato de medida más empleado en el taller, encargado de tomar medidas en milímetros y según la precisión de dicho calibre puede apreciar décimas o medias décimas. Figura 1.24. Está basado en una regla fija graduada en milímetros y una regla deslizante sobre la regla fija dividida en partes, llamado NONIO y según el número de divisiones que tenga el nonio, el calibre obtendrá su precisión. Las patas del calibre se emplean para medir exteriores, cilindros, piezas de geometría cuadrangular, piezas de geometría prismática, etc. Las orejas se emplean para medir interiores, diámetros de agujeros, ancho de chavetas, etc. La sonda del calibre mide profundidades, como la profundidad de una chaveta, la profundidad de un agujero ciego, etc. OREJAS SONDA

NONIO

REGLA

PATAS Formas de medir con el calibre

x x Exteriores

x Interiores

Profundidades

Figura 1.24. Pie de rey.

18

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Nonio del calibre: Cuando graduamos una regla en mm los trazos están muy juntos pero son visibles, si ahora la graduamos en medios milímetros los trazos están más juntos, perdiéndose casi la visibilidad de los mismos, pero si la graduamos en décimas de mm los trazos no son ya visibles (imposible de graduar). Entonces para poder apreciar medidas tan pequeñas como las décimas o centésimas de mm nos valemos del llamado NONIO. El nonio es una regla graduada de manera que tiene 1 mm repartido entre sus divisiones. De forma que un nonio será más preciso cuanto mayor número de divisiones tenga su regla. El funcionamiento es muy sencillo, desplazamos el nonio sobre la regla fija del aparato de medida (un pie de rey); si el 0 del nonio coincide con una división de la regla fija, tendremos medida exacta; si no coincide el 0 del nonio con una división de la regla, habrá una división del nonio a partir del 0 que coincida con una división de la regla, se cuentan las divisiones del nonio desde el 0 hasta la división que coincida y ésa será la medida en décimas, ½ décimas, etc., según el número de divisiones del nonio. Figura 1.25. Regla fija

0

0

5

5

Menor división de la regla

10

10

20

Regla móvil (nonio)

Nº de divisiones del nonio

Figura 1.25. Nonio del pie de rey.

Medida exacta, pues coincide el 0 del nonio con el 0 de la regla (0 milímetros) Figura 1.25. En la lectura del dibujo (figura 1.26) tenemos 73,4 mm, pues la raya que coincide es la 4 a partir del 0.

7

8

0

Menor división de la regla Precisión del calibre = ---------------------------------------------------------------Nº de divisiones del nonio

10

Figura 1.26. Medida del nonio.

Ejemplo ¿Qué precisión tendrá un calibre que su regla está graduada en mm y la regla del nonio que lleva tiene 10 divisiones? 1 Pre. = —— = 0,1 mm, es decir 1 décima de mm. 10 Si el nonio del calibre tuviese 20 divisiones, la precisión será: 1 Pre = —— = 0,05. Este calibre apreciaría 0,05 mm. 20

Sonda: La sonda, también llamada calibre de profundidades, es un aparato de precisión, especialmente diseñado para la toma de medidas de profundidad; es un elemento de control de calidad muy empleado en el taller (figura 1.27). Como todo aparato de precisión tiene una regla fija graduada en milímetros, y un nonio que es el que le da la precisión; este aparato está indicado en la toma de medidas de agujeros, profundidad de chavetas, profundidad de los alojamientos de la cabeza de los tornillos, etc. En la figura tenemos una sonda midiendo la profundidad de un taladro ciego.

© ITES-PARANINFO

Figura 1.27. Sonda.

19

Visión general del módulo Gramil: El gramil o también llamado MEDIDOR DE ALTURAS es un aparato empleado en el trazado y comprobación de piezas. Ver figura 1.28. Consta de una base en la que lleva acoplada una regla graduada en milímetros con un nonio, el cual nos da la precisión de medida. Se le puede poner una punta de trazar que generalmente suele ser de metal duro y emplearlo como trazador con el fin de marcar el perfil de las piezas, excesos de material para su mecanizado, centros de taladros, etc. También se le puede incorporar un comparador de reloj y tomar medidas en piezas terminadas comprobando así las cotas de los mecanizados con los planos, verificando así sus medidas.

Punta de trazar

Este aparato está considerado como un elemento de verificación y trabaja siempre sobre un mármol.

Figura 1.28. Gramil.

El tornillo micrométrico. “Fundamento”: Es un tornillo cuya rosca está construida con un paso muy fino de 0,5 mm, lo que quiere decir que por cada vuelta que damos al tornillo éste nos avanza 0,5 mm (desplazamiento longitudinal). Figura 1.29. Si hacemos girar el tornillo una vuelta completa, es decir 360º, avanzaremos 0,5 mm. Para saber la longitud que avanzará el tornillo cuando lo hacemos girar un ángulo determinado, se le monta un tambor graduado con un número de divisiones. Si a 360º o al avance de 0,5 mm le corresponde una vuelta completa de tambor, y si queremos saber cuanto nos avanza el tornillo cuando lo hacemos girar una parte de vuelta no tenemos nada más que ver las divisiones que hemos hecho girar dicho tornillo. Pálmer: El pálmer es un aparato de medida cuyo funcionamiento está basado en el tornillo micrométrico, y es un instrumento diseñado para tomar medidas con una precisión de 0,01 mm. La máxima longitud de medida que puede tomar es de 25 mm, por lo que para poder tener un abanico de medidas de 0 mm a 100 mm necesitaremos un juego de 4 aparatos, cuya lectura de cada aparato abarcará de 0 a 25, de 25 a 50, de 50 a 75 y de 75 a 100 mm.

5

0

Figura 1.29. Tornillo micrométrico.

5

Tiene forma de herradura con el fin de poder meter las piezas a comprobar entre sus patas. Figura 1.29.A.

0,5

Regla Nonio

Embrague

Figura 1.29.A. Pálmer.

5 45

40

Figura 1.30. Medida 7,91 mm.

Su regla fija es un cilindro graduado en ½ mm y el nonio es un tambor cilíndrico que gira alrededor de la regla (cilindro fijo) y está graduado en 50 partes. Dispone de una barra calibrada para ponerlo a 0. En la figura 1.30 se representa un pálmer con el detalle de su nonio tomando una medida cuya regla da 7,5 + el tambor que lee 41 centésimas = 7,91 mm. Al estar la regla graduada en ½ mm y tener el tambor (nonio) 50 divisiones su precisión será: 0,5 Precisión = ------------ = 0,01 (1 centésima de mm) 50 Para poder poner el pálmer a 0 y tenerlo calibrado dispone de una barra de calibración con la medida. Figura 1.31.

25,00

Figura 1.31. Barra de calibración.

20

Según la pieza a comprobar y medir, las patas de estos aparatos de medida pueden estar talladas de forma que puedan entrar en los alojamientos y ranuras de las piezas mecanizadas con el fin de poder tomar las medidas. Los tenemos de interiores, que miden profundidades, con patas especiales para medir roscas, con platillos que miden el espesor del diente de un engranaje, etc.

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Imicro: Aparato diseñado para la toma de medidas de interior. Como todos los aparatos que toman medidas de precisión están basados en el tornillo micrométrico, (llamado también micrómetro de interiores) dispone de un tambor graduado para la toma de medidas y capaz de leer milésimas de milímetro.

Figura 1.32. Imicro.

Este aparato tiene tres patas que se meten en el diámetro a verificar (figura 1.32). Accionando el embrague del imicro las patas se abren hasta hacer contacto con las paredes del agujero a medir, tomando en ese momento la lectura a través del nonio El embrague hace que la presión que ejercen la patas sobre la pieza a medir sea siempre la misma. Dada la precisión de estos aparatos generalmente son empleados en laboratorios de metrología, cuya temperatura es de 20 ºC. Para su puesta a 0 tiene un anillo patrón sobre el que se verifica la medida (ver figura 1.33). Como todos los aparatos de precisión el campo de lectura es muy limitado, pues los recorridos de las patas son pequeños, por lo que para tener un campo de lectura grande necesitamos varios aparatos, los cuales se suministran en juegos.

Figura 1.33. Anillo de puesta a punto.

Escuadra: Son elementos de medida para la comprobación de ángulos. Tenemos varios tipos de escuadras, que según las características y la precisión del trabajo a realizar escogeremos la más adecuada. Tipos de escuadras • Escuadras fijas • Falsas escuadras • Goniómetro

Escuadras fijas: Estos aparatos solamente son capaces de medir y comprobar ángulos de una graduación constante, son muy empleadas en la verificación de ángulos. Ver figuras 1.34.1 a la 1.34.5. La escuadra de solapa es empleada en el trazado de piezas, pues la solapa que incorpora se apoya en el canto de las piezas para garantizar el ángulo y el trazado de líneas perpendiculares. Figura 1.34.4.A.

Escuadra de 90º

Escuadra de 120º

Escuadra de 60º

Figura 1.34.1.

Figura 1.34.2.

Figura 1.34.3.

Solapa

Comprobando un ángulo

Figura 1.34.4.

Figura 1.34.5.

Falsa escuadra. La falsa escuadra está formada por dos reglas, las cuales se desplazan una dentro de otra de forma que pueden tomar cualquier ángulo, y una vez tomado el ángulo necesitado o propuesto podemos fijar las reglas en esa posición manteniendo dicho ángulo. Son muy prácticas, pues con una sola herramienta podemos tomar el valor de cualquier ángulo, la toma del valor correspondiente se hace con un goniómetro. Figura 1.35.

© ITES-PARANINFO

Figura 1.34.4.A. Trazando con una escuadra de solapa.

45º

Escuadra de solapa

135º

Figura 1.35. Falsa escuadra.

21

Visión general del módulo Lupa

Goniómetro: Es un aparato de medida empleado para medir ángulos, comprobación de conos, puesta a punto y mecanización de ángulos en las máquinas del taller. Consta de un círculo graduado en 360 grados sexagesimales llamado limbo, el cual tiene un dial giratorio sobre su eje de simetría, para poder tomar cualquier valor angular. Como cualquier aparato de medida tiene un nonio con un número determinado de divisiones, el cual nos da su precisión. Su lectura es muy sencilla e igual a la del pie de rey; el trazo del nonio más próximo al trazo del limbo nos indicará el número de grados, y el trazo del nonio que coincida con el trazo del limbo nos indicará los minutos. Figura 1.36.

Bloqueo

Esfera graduada

Figura 1.36. Goniómetro.

Regla fija 0

10

Nonio 20

30

El nonio del goniómetro (figura 1.37) obedece a la regla general. Siendo su precisión = Menor división de la regla / número de divisiones del nonio. Recordemos que en las operaciones con grados trabajamos en base 6 y que: 1º = 60’, y 1’ = 60’’.

40 50

5

1º = 60’ 1’ = 60’’

60

0 5

70

80 90

Figura 1.37. Nonio de goniómetro.

Suma de ángulos: Cuando tenemos que sumar ángulos lo haremos de la siguiente manera. Tenemos que sumar el valor de los ángulos A = 37º 55’ 48’’ y el valor del ángulo B = 28º 40’ 52’’. Los sumamos normalmente, cuyo resultado es: A + B = C; 37º 55’ 48’’ + 28º 40’ 52’’ = 65º 95’100’’ El resultado de la suma es 65º 95’100’’, pero como la suma está en base 6 tenemos que pasar segundos a minutos y minutos a grados. 100’’ – 60’’ = 40’’; (95’ + 1’) – 60’ = 36’; 65º + 1º = 66º Luego el resultado de la suma será C = 66º 36’ 40’’ Resta de ángulos: En la resta de ángulos procedemos de la misma forma que en la suma, por ejemplo restar los ángulos:

20,52 A

A = 37º 55’ 48’’ del B = 26º 34’ 30’’ 30

Se realiza la resta como una resta normal, pero teniendo en cuenta que trabajamos en base 6.

α

B 40

Figura 1.38.

C

El ángulo resultante de la resta será C = 37º 55’ 48’’ – 26º 34’ 30’’ = 11º 21’ 10’’ Comprobación con goniómetro. A qué ángulo (α) debemos de poner un goniómetro para verificar el ángulo de la pieza de la figura 1.38, y poder comprobar su mecanizado. Tenemos el triángulo rectángulo ABC que: El lado BA = 30 El lado BC = 40 – 20,52 = 19,48 Por lo tanto la tang del ángulo A es = BC / BA

A

El ángulo A = 19,48 / 30 = 0,6493 Si vemos el valor del ángulo tendremos 0,6493 = 32º 59’

B

C

Como sabemos que α = 180º – (90º + 32º 59’) = 57º 41’ Plantillas: Son herramientas fabricadas en chapa de acero las cuales tienen una geometría determinada, y en el taller las empleamos como herramienta patrón para la comprobación de piezas o elementos mecánicos. Estas plantillas se emplean durante el mecanizado de una pieza como puede ser el afilado de una herramienta para roscar en el torno (figura A), en el mecanizado de un arco o bola (figura B), plantilla para la comprobación de arcos exterior e interior identificación de roscas (figura C), las hay para todo tipo de roscas, métrica, Whitworth... en el afilado de brocas (figura D), etc.

D

Son muy útiles y las hay para muchas aplicaciones. Mármol: El mármol empleado en los talleres de mecánica son mesas de fundición gris estabilizada y tratada, cuya superficie está planeada y rasqueteada con el fin de garantizar una planitud total.

22

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Está construido de forma muy robusta y con unos nervios que lo soportan y al mismo tiempo evitan las deformaciones de su superficie por posibles dilataciones. Está considerado como un elemento mecánico de precisión, y es muy empleado en los talleres de mecanizado para el trazado de piezas que van a ser mecanizadas y la verificación de piezas que han sido terminadas. También es muy empleado en los laboratorios de metrología y metrotecnia. Normalmente los mármoles empleados en los talleres donde hay máquinas produciendo piezas suelen ser de fundición y de dimensiones pequeñas, pues éstos se utilizan para la comprobación de los mecanizados generalmente durante su proceso de mecanización, con aparatos de medida como calibres, comparadores de reloj, palpadores, escuadras fijas, etc. Los mármoles empleados en laboratorios son de granito y de dimensiones grandes; estos mármoles de granito son más delicados que los de fundición, pero tienen la ventaja de que el material es natural y no tienen deformaciones por dilataciones. En el laboratorio los empleamos para la verificación y control de todo tipo de piezas que han sido terminadas de mecanizar en máquina, verificando y comprobando excentricidades, distancias entre centros, perpendiculares, cotas y medidas, etc. En la figura 1.39 tenemos un mármol.

Figura 1.39. Mármol de mesa.

Estas mesas de verificación deben de estar perfectamente niveladas. Calas o bloques patrón: Las calas o también llamados bloques patrón, son unos bloques de geometría paralelepípeda cuyas caras están perfectamente pulidas a espejo y calibrados a una medida exacta con tolerancia milesimal. Estos bloques se emplean en el taller para la toma de medidas por comparación, siendo muy práctico su empleo en el mármol de verificación, muy empleados también en el laboratorio de metrología. Un juego de calas es un estuche en donde tenemos una serie de bloques con varias medidas de forma que podamos obtener cotas bien de forma independiente o juntando varios bloques cuya suma de medidas nos daría la medida o cota necesaria a valorar. En la figura 1.40 dibujo A se representa una cala, en el dibujo B tenemos varias calas juntas con el fin de obtener una medida a valorar que en este caso sería la suma de las calas A+B+C, en el dibujo C se está comprobando una escuadra con una cala en un mármol.

Dibujo A

Dibujo B

Dibujo C

Figura 1.40.

Comparador de reloj: El comparador de reloj es un aparato de verificación que por sus propios medios no da lecturas directas como por ejemplo el calibre, u otro aparato de medida, pero que como su palabra dice establece medidas muy precisas por comparación (centésimas y milésimas de milímetro, según tenga la escala graduada). Figura 1.41.1.

© ITES-PARANINFO

Figura 1.41.1. Reloj comparador.

23

Visión general del módulo Se fundamenta en la transmisión del movimiento rectilíneo en circular. Una barra palpadora toca la pieza o superficie a verificar, y los desplazamientos rectilíneos de dicha barra son transmitidos a una aguja que se desplaza circularmente alrededor de una esfera graduada en centésimas de milímetro, indicándonos así la medida. Medida que valoramos y con la cual operamos para verificar el elemento mecánico en cuestión. Para trabajar con el comparador de reloj necesitamos una base que lo sujete (figura 1.41.2) y estas bases suelen ser magnéticas con el fin de fijarlas a la parte de la máquina que nos interese; las bases tienen un brazo que se puede regular en longitud, y en uno de los extremos se fija el reloj. Es muy empleado en la verificación y control de piezas, así como imprescindible para la alineación de carros de máquina, mordazas, verificar perpendiculares, paralelismos, etc. En las máquinas cuando se colocan piezas para su mecanizado en ocasiones se hace imprescindible, pues con él fijamos la pieza a trabajar en perfectas condiciones de alineación y centrado.

Figura 1.41.2. Base magnética.

En la figura 1.42 se está comprobando la excentricidad de un eje con un comparador de reloj. Otra aplicación en la cual se utiliza es la verificación y control de ángulos. Forma de comprobar un ángulo con comparador de reloj. En la figura 1.43 tenemos una pieza que se ha mecanizado con un ángulo y queremos ver su valor, para ello lo comprobamos con un comparador de reloj. Tocamos en los dos puntos según la figura estableciendo una diferencia de medida que nos da la esfera del reloj (h), también sabemos el desplazamiento que hemos dado al comparador medido generalmente por el carro de la máquina y su nonio (l).

Figura 1.42. Comprobando un eje.

α

Tendremos que el ángulo tendrá un valor de tang α = (h / l) h

l

Figura 1.43. Calculando una inclinación.

Problema ¨ Queremos inclinar el carro de una rectificadora para rectificar un cilindro de 300 mm de largo con un ángulo de 1º 30’. Lo hacemos con un comparador de reloj y queremos saber qué diferencia de medida nos tiene que marcar el comparador en cada uno de los puntos.

Siendo α = 1º 30’ y L = 300 mm tenemos que: Tang α = sen α / cos α que despejando tendremos sen α = tang α × cos α; aplicando datos y resolviendo tenemos h = tang 1º 30’ × 300 = 7,85 mm. Diferencia de medida en el comparador. Errores de medida: Como hemos visto anteriormente, en el taller de mecánica manejamos aparatos de precisión para tomar las medidas de las piezas que en él se mecanizan. Cuando medimos una pieza del taller generalmente con un pie de rey o un pálmer, estamos tomando unas longitudes por comparación, pues esos aparatos de medida han sido graduados y puestos a 0 con otros aparatos de medida tomados como patrón. Estos elementos de medida se desgastan, se desajustan, y pierden precisión, así como los mismos operarios que los manejan no siempre miden de la misma forma y con la misma precisión. Otro factor que también debemos de tener en cuenta en la toma de medidas es la temperatura; la temperatura de laboratorio de metrología es de 20 ºC, y esa temperatura no se da casi nunca en el taller. Debido a todos estos factores existen los llamados errores de medida, los cuales los clasificamos en: • Errores sistemáticos • Errores absolutos • Errores relativos

24

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Errores sistemáticos: Son aquellos imputables al desgaste de los aparatos de medida por el uso y empleo, o también a su baja calidad y precisión. Pues un calibre que esté desgastado o incluso tenga una baja precisión siempre tomará las medidas con el mismo error. Por ejemplo un calibre que tenga un desgaste en sus patas de 0,05 mm independientemente de la longitud que mida, siempre tomará todas las medidas con el mismo error de 0,05 mm. Para evitar estos tipos de errores hay que verificar los aparatos de medida con cierta periodicidad y elegir un aparato con la precisión adecuada al tipo de medición a realizar. Errores absolutos: Son imputables al aparato de medida (generalmente por imprecisión) y le llamamos error absoluto porque conocemos la inexactitud de medida del aparato, generalmente siempre cometen el mismo error. Si queremos calcular el error absoluto de un aparato de medida tomamos varias medidas con el calibre a valorar y restamos la medida tomada de la verdadera cuyo valor conocemos. Eab = Ml - Mc

Eab = Error absoluto Ml = Medida leída con el calibre Mc = Medida conocida

Ejemplo Calcular el error absoluto de un calibre que mide una longitud de 100,4 mm si sabemos que la longitud real de la pieza medida es de 100 mm. Eab = 100,4 – 100 = 0,4 mm. Problema ¨ Calcular el error absoluto de un calibre “pie de rey” de 150 mm.

1° - Cogemos calas de 25, 40 y 70 mm. 2° - Medimos las calas con el calibre a valorar anotando las medidas leídas. 3° - Aplicamos la fórmula restando las medidas leídas de las conocidas y el resultado será el error absoluto del calibre. Errores relativos: Este error es el que tiene un aparato de medida en una longitud determinada, que puede variar según la cota medida, y se calcula por: Erl = (Ml × Er) / 100

Erl = Error relativo Ml = Longitud medida Er = Error del aparato

Ejemplo Si sabemos que un calibre cada 100 mm medidos tenemos 0,4 mm de error, el error relativo en una medida de 80 mm será: Error (80 × 0,4) / 100 = 0,32 mm El error relativo lo podemos dar en %, o por unidad de longitud si se considera de interés.

Ejemplo Calcular el error relativo por unidad de longitud del ejemplo anterior. X = 0,4 / 100 = 0,004 mm. Es decir 0,004 mm cada milímetro leído.

© ITES-PARANINFO

25

Visión general del módulo También podemos calcular el error relativo dividiendo el absoluto por la magnitud leída conocida. Erl = Eab / Mc

Erl = (Mc − Ml) / Mc

Problema ¨ Calcular el error relativo de un calibre “pie de rey”.

1° - Cogemos calas de 25, 50 y 70 mm. 2° - Medimos las calas varias veces con el calibre a valorar anotando las medidas leídas en el cuadro siguiente: TOMA DE MEDIDAS

Cala de 25

Cala de 50

Cala de 70

1ª Medida tomada pie de rey 2ª Medida tomada pie de rey 3ª Medida tomada pie de rey

3° - Calculamos el error absoluto. 4° - Calculamos el error relativo de cada una de las medidas.

1.4 Normalización Un plano de taller es la representación gráfica de las piezas que tenemos que fabricar en donde se representan su tamaño, geometría, medidas y todos los datos necesarios para su mecanización y montaje. Pensemos que en una fábrica o taller intervienen en la fabricación y montaje de elementos mecánicos muchas máquinas y técnicos, cada una con sus particularidades, y los técnicos son especialistas en una materia determinada, como soldador, tornero, montador, electricista, etc. Si tenemos en cuenta también que lo que fabrica una empresa lo puede montar otra, o dicho de otra manera, la pieza que mecaniza un operario la verifica otro de otra empresa, y el que la monta no tiene por que ser el mismo, nos encontramos que si no tenemos un plano que nos dé la información y nos indique de qué pieza se trata, dónde va montada y qué características tiene, difícilmente podrán realizar su trabajo estos operarios. Dada la diversidad de intercambio de información que tenemos que tener, y los técnicos que tienen que leer esa información para poder ejecutar su trabajo en las condiciones óptimas, no nos queda más remedio que saber interpretar un plano para leerlo correctamente, no solamente en ámbito nacional, sino a nivel internacional. Normalización: Normalización es el conjunto de normas que se establecen para garantizar el repuesto, la calidad de los elementos fabricados y su seguridad de funcionamiento. Supongamos que los fabricantes de tornillería fabricasen tornillos cada uno de ellos con unos diámetros y un paso de rosca distintos, con los cuales se montan unas determinadas máquinas en distintos países o ciudades; cuando tuviésemos que reparar esa máquina y sustituir un tornillo por otro, no encontraríamos repuesto, pues cada uno fabrica un tornillo de medidas distintas. Para que podamos tener garantizado el repuesto es por lo que existen unas normas de fabricación a las cuales nos tendremos que ajustar y debemos de conocer. En el año 1917 la industria alemana empezó a normalizar los trabajos de los talleres mecánicos con las siglas DIN (Deustcher Industrie Normen), Normas de la Industria Alemana, en las cuales se recogen las características, medidas y calidad del material, etc., que una pieza debe de tener, las cuales se fueron extendiendo a otros países. En España tenemos las normas UNE, que significa “Una Norma Española”, y son las normas en donde se recogen las características de los productos de ámbito nacional, en nuestro caso siderometalúrgicos, las cuales son coincidentes con las normas internacionales.

26

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Las normas UNE se identifican por la palabra UNE y un número a continuación, el cual nos indica: • La primera cifra nos indica el comité que ha elaborado la norma y del cual depende. • La segunda cifra indica el número de norma. • La tercera cifra indica el año en que se ha editado la norma. • Si la norma lleva una R quiere decir que ha sido revisada.

Ejemplo En un plano vemos la indicación UNE 1. 037. 83; nos está indicando que los signos representados de mecanizado de las superficies de la pieza a trabajar están sujetos a dicha norma. La cual nos indica: • “UNE”. Una Norma Española. • “1”. Se refiere al comité del cual depende la norma. • “037”. Si buscamos esta norma nos explicará e indicará cómo tenemos que dibujar y representar los signos de mecanizado en el plano de la pieza a mecanizar, así como el grado de acabado de cada una de las superficies de la pieza. • “83”. Se refiere al año en que se editó la norma, en este caso en el año 1983. Normas de empresa: Son las normas que establece la empresa para su buen funcionamiento y son normas de régimen interior. Las redacta la empresa en función de sus necesidades y se suelen complementar o concordar con las normas de tipo nacional.

1.5 Dibujo técnico Dibujo técnico: Es la forma que tenemos de representar las piezas y elementos mecánicos siempre bajo normas UNE, con el fin de poder interpretar los planos del taller. A continuación se explican las normas fundamentales de representación de elementos mecánicos, para familiarizarse con dicho dibujo técnico y poder realizar las prácticas propuestas en este libro. Nota¨ Se indica la norma en cada apartado para poder ampliarla si se considera de

interés. Formato de los planos “UNE 1.026”: Se denomina formato de un plano al tamaño del papel donde están representadas, en dibujo técnico, las piezas que tenemos que fabricar (mecanizar) o los conjuntos que debemos de montar. Los planos están normalizados y se ajustan a estos tamaños y normas. FORMATOS DE PLANOS MÁS COMUNES Denominación

Medidas del papel (mm)

Margen de escritura

A0

841 x 1.189

10

A1

594 x 841

10

A2

420 x 594

10

A3

297 x 420

10

A4

210 x 297

5

A5

148 x 210

5

A6

105 x 148

5

Márgenes de escritura de un plano: Como hemos visto los planos están normalizados, con lo cual también quedan normalizados los márgenes de escritura, márgenes de archivo y espacio para la escritura del plano.

© ITES-PARANINFO

27

Visión general del módulo

Margen de archivo

Margen de escritura

En el dibujo se ven los márgenes a aplicar, que según el tamaño del plano (formato) deberá de tener un espacio u otro. Ver cuadro de medidas del papel y margen de escritura. Figura 1.44. Líneas en el dibujo técnico: En dibujo técnico no podemos representar las cosas o trabajos del taller como queramos, sino que los conceptos nos lo definen las líneas del dibujo, las cuales están normalizadas y debemos ajustarnos a las mismas.

Medidas de escritura Medidas del plano

Figura 1.44. Medidas de escritura.

A continuación damos un cuadro con las líneas que debemos emplear para la representación de planos y su significado. LÍNEAS DEL DIBUJO TÉCNICO

TIPO

LÍNEA

APLICACIÓN

Línea gruesa

Es la línea de mayor espesor del dibujo y se emplea para la representación de contornos de las piezas y sus partes.

Línea fina continua

Es la línea continua de menor espesor del dibujo y se emplea fundamentalmente para la representación de las cotas y medidas del plano.

Línea de trazo gruesa

Tiene un espesor intermedio entre la gruesa y fina y se emplea para la representación de cosas ocultas, es decir taladros, chavetas, etc.

Línea de trazo y punto

Es una línea interrumpida por un punto; se emplea para representar los ejes de simetría, centros de taladros, arcos de circunferencia, etc.

Línea fina a mano alzada

Es una línea fina hecha a mano sin regla ni compás y la empleamos para representar los cortes y secciones que por su medida no caben en los planos.

1.6 Acotaciones “UNE 1.039” Cifra de cota

Línea de cota

Flecha de cota 40

Línea auxiliar de cota

Figura 1.45.1. Líneas de cota.

Las cotas sirven para determinar las medidas del dibujo representado en el plano. La cota está formada por una línea (línea de cota) fina con dos flechas en los extremos que nos definen de qué punto a qué punto va la medida que se pone encima de la línea. Figura 1.45.1. La flecha de cota debe de ser estirada y lo más limpia posible con el fin de que se vea con claridad el punto desde el que se establece la medida. Las cotas deben de situarse en el plano de forma que sean fáciles de leer, fuera de los elementos del dibujo y no estar solapadas unas con otras ni cruzarse las líneas entre sí. Las líneas de cota se deben de sacar fuera del dibujo siempre que se pueda, y no poner medidas dentro del plano de la pieza. Generalmente no hace falta escribir todas las medidas que tenga una pieza, se escriben las medidas fundamentales y las de mayor relevancia; las medidas de tolerancia grande se deducen sumando y restando del resto de las medidas del plano; esto facilita la lectura del plano y evita errores. Clases de cotas: En dibujo técnico a la hora de poner las medidas de una pieza; es decir acotarla, debemos distinguir varios tipos de cotas: Cota funcional: Se denominan cotas funcionales a las principales cotas que debe de tener un plano, siendo las medidas principales y las de máxima exigencia que tiene que tener la pieza representada en el plano. Son cotas directas que no dependen de ninguna otra medida. También se les llama cotas principales. En el dibujo representado son las cotas F. Cota no funcional: Se denominan cotas no funcionales a las medidas que representamos en el plano de la pieza las cuales tienen una tolerancia muy amplia o representan las medidas de máxima tolerancia, y generalmente no tienen más exigencias que darnos las dimensiones del contorno de la pieza. En el dibujo representado son las cotas NF.

28

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo

F

NF

F

NF

F

F

F

A

Cota auxiliar: Se denominan cotas auxiliares a las medidas que tiene el plano de la pieza de tipo meramente informativo, pero que no tienen más importancia para el mecanizado de la misma. En el dibujo representado son las cotas A. Ver figura 1.45.2.

NF

A

Figura 1.45.2. Tipos de cotas.

Acotaciones de arcos y radios.

Los arcos los acotaremos al radio siempre que podamos de forma que tengamos una lectura clara y limpia del arco que tengamos que dimensionar (ver figura 1.46).

R

Cuando tengamos que acotar una circunferencia lo haremos si podemos al diámetro y fuera de la circunferencia; también podemos acotar el radio. Ø

Cuando tengamos que acotar dos circunferencias o arcos los acotaremos al exterior o al radio según tengamos el plano.

Ø Ø

Figura 1.46. Acotación de arcos y radios.

Acotación de ángulos. Los ángulos que tengamos que acotar lo haremos en grados (valor del ángulo), representando un arco y poniendo encima de la línea del arco el valor del ángulo. (figuras 1.47.1 a la 1.47.4). α

α

α

β

α

Acotación en ángulos

Figura 1.47.2.

Figura 1.47.3.

Figura 1.47.4.

5 5

Figura 1.47.1.

Acotación en serie: Este tipo de acotación es muy sencillo de realizar; tiene el inconveniente de acumular los errores de fabricación. Es un sistema de los más empleados en la fabricación de piezas convencionales, y piezas que no tengan la necesidad de mecanizados especiales, como la mecanización en control numérico. Ver figura 1.48.1.

15

Tipos de acotaciones: Dadas las circunstancias de las necesidades del taller que no siempre son las mismas, y la diversidad de piezas a mecanizar, nos vemos obligados a acotar las piezas según sus formas y complejidad del mecanizado, sin olvidarnos de qué tipo de máquina es la que va a intervenir en su mecanizado. 12

12

Figura 1.48.1. Acotación en serie.

Acotación combinada: Es la combinación de la acotación en serie y en paralelo; los planos que sus medidas están representadas así, tienden a simplificar líneas de cotas, sin faltarles medidas, pero tienen el inconveniente de que tenemos que sumar o restar medidas. Ver figura 1.49.1.

© ITES-PARANINFO

15 20 25

Acotación en paralelo: En este sistema de acotación todas las cotas (medidas) están en la misma dirección. Se emplea cuando necesitamos tomar una buena referencia; este procedimiento de acotación no acumula los errores de fabricación, pues todas las medidas parten de un mismo punto. Es uno de los sistemas más empleados para la acotación de medidas de las piezas que van a ser mecanizadas por control numérico (ver figura 1.48.2).

12

12

24 36

Figura 1.48.2. Acotación en paralelo.

29

Visión general del módulo

50Ø

30Ø 40Ø

15

5 5

Acotación progresiva: Es cuando se acotan las piezas a mecanizar desde un punto llamado punto 0 (punto 0 de programación). Este sistema es bueno para acotar las piezas que serán mecanizadas por control numérico. En el dibujo podemos ver un ejemplo de acotación progresiva (ver figura 1.49.2).

12

24 36

12

Figura 1.49.1. Acotación combinada.

24

36

Figura 1.49.2. Acotación progresiva.

x 1 2

3

y W

Figura 1.50. Acotación por coordenadas.

Acotación por coordenadas: Este sistema está basado en tomar los ejes de simetría de los distintos elementos a representar, y desde un punto llamado punto de partida W, poner las medidas correspondientes a las coordenadas de dichos ejes siempre desde el mismo punto (figura 1.50). Estas coordenadas son las medidas de cada uno de los elementos representados y reflejadas en un cuadro. Es un sistema muy empleado para la acotación de piezas que van a ser mecanizadas en C.N.C. Elementos

1

2

3

X

12

22

40

Y

30

12

20

Diámetros

6

12

7

1.7 Representación de vistas de piezas mecánicas “UNE 1.032” Es la representación gráfica de una pieza del taller o el conjunto de piezas que montadas debidamente y acopladas forman las máquinas. A esta representación gráfica le llamamos plano de la pieza, en donde deben de figurar todos los datos para su fabricación o mecanizado, como medidas, tolerancias, modelo de engranaje, etc. Perspectiva: Decimos que un plano de una pieza está en perspectiva cuando lo dibujamos o representamos tal como lo vemos físicamente, pero esos planos a nosotros no nos valen de mucho, pues generalmente no podemos ver los detalles de todas las caras de la pieza, por lo que no podremos apreciar los elementos mecánicos que lleva la pieza en las caras ocultas del plano, como agujeros roscados, chavetas, ranuras, etc. Estas vistas o planos generalmente no nos valen para mecanizar la pieza, pues hay cosas que no las podemos apreciar por no verlas, sólo se puede dimensionar y acotar la parte que se ve. En el dibujo técnico los planos que debemos de realizar son aquellos en los cuales tenemos que representar todo tipo de detalles, y en cada una de las caras de la pieza que tenemos que mecanizar, por lo que tendremos que dibujarla de varias posiciones, para poder apreciar todos los detalles al mismo tiempo que podamos dimensionarles. En la figura 1.51 vemos la perspectiva de un calzo.

Figura 1.51. Prisma.

30

Representación de vistas: Con el fin de poder representar todos los detalles de mecanizado de una pieza es necesario dibujarla de varias formas, siguiendo unas normas de dibujo y un orden lógico, las cuales nos dicen cómo tenemos que representarlas y el orden del dibujo.

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Partiendo de una perspectiva de un prisma rectangular, figura 1.52, vamos a identificar todas las vistas y representarlas.

Perspectiva del prisma

El orden a seguir para la representación de vistas de una pieza, es el que mostramos en el cuadro figura 1.53. En primer lugar se representará la planta, luego se levanta la pieza 90º y se representa el alzado, a continuación se gira la pieza a la derecha 90º y se representa la vista lateral.

Figura 1.52. Perspectiva de un prisma.

Vista de planta: Si ponemos un objeto o pieza encima de un folio, en nuestro caso el prisma, y lo vemos justamente desde su vertical, y representamos lo que vemos en el folio, decimos que es la vista de planta. Cuando representamos la vista de planta se procurará elegir la que mayor superficie tenga o que sea la más grande de la pieza, o la que más información técnica nos pueda mostrar. En el caso del calzo escogeríamos la representada en la figura 1.54. Vista de alzado: Una vez dibujada la vista de planta, si ahora levantamos la pieza 90º y la miramos de frente veremos otro perfil de la pieza que veíamos en planta, si lo representamos en el folio, tendremos otra vista de la pieza en cuestión donde podremos representar los detalles que no apreciábamos en dicho dibujo de planta. Este dibujo de alzado (figura 1.55) se situará en el plano encima del de planta haciendo coincidir los ejes de simetría de la pieza. En esta vista veremos la geometría de la pieza y podemos acotar las dimensiones que en la vista de planta no vemos. Vista lateral: Una vez representadas las vistas de planta y alzado, se procederá a representar la vista lateral, para ello se gira la pieza 90º hacia la derecha representando los detalles que en esa posición se vean en esa cara de la pieza. En el caso del calzo veríamos el largo de la pieza. Figura 1.56.

Alzado

V. lateral

Planta

Figura 1.53. Representación de vistas.

Las vistas laterales pueden ser a la derecha o a la izquierda según nos interese la representación de la pieza, llamándose vista lateral izquierda o vista lateral derecha según proceda. En este caso hemos girado la pieza a la derecha, luego sería vista lateral derecha.

Figura 1.54. Vista de planta.

Figura 1.55. Vista de alzado.

Figura 1.56. Vista lateral.

Representación en el plano: En el plano del taller las vistas del calzo que se ha propuesto como ejemplo, una vez representadas o dibujadas, quedarían en la posición que se muestran en el dibujo. Figura 1.57.

Alzado

Vista lateral

Planta

Figura 1.57. Vistas del prisma.

© ITES-PARANINFO

31

Visión general del módulo Una vez dibujadas las vistas se procederá a poner las cotas con sus medidas, símbolos de mecanizado y todos los detalles necesarios para la fabricación de la pieza representada, en este caso el calzo.

1.8 Normas de representación de elementos mecánicos Con el fin de poder representar todos los detalles de una pieza, hemos visto que tenemos que realizar varios planos, y aun así en muchas ocasiones no podemos dibujar todas las vistas que requiere, con lo cual se nos pueden pasar ciertos detalles o simplemente es difícil de representarlos; es por lo que entonces tenemos que recurrir a cortar la pieza (secciones), las cuales nos darán esa visión de los detalles que en principio no podemos observar pero que son necesarios para el mecanizado de la pieza y que además tenemos que acotarlos y dimensionarlos. Lógicamente tenemos que conocer las normas de representación de los elementos mecánicos. Se exponen a continuación. Representación de cortes y secciones: Cuando tenemos que representar una pieza en dibujo técnico, se da el caso de que aunque dibujemos la vista correspondiente para representar el trabajo (tipo de mecanizado) a realizar en la misma, no vemos lo que en el interior de ella hay, como agujeros, roscas, chavetas, etc. Entonces nos valemos de las secciones y cortes, los cuales nos permiten cortar la pieza de forma que podamos ver los detalles o tipo de mecanizado que en el centro de la pieza tenemos y además nos permite su acotación y dimensionado. En el dibujo representado en la vista de planta tenemos un agujero, pero no vemos su profundidad; mediante un corte en la vista de alzado podemos verlo y acotarlo, dimensionando la profundidad del mismo, así como el fondo que tiene. Este es el caso de la figura 1.58, que como se ve en el corte el fondo está cónico, lo cual indica que se ha taladrado con una broca, y en el caso de la figura 1.59 el fondo del taladro es plano, lo que nos indica que se ha realizado con una fresa.

Representación de agujeros ciegos. Figura 1.58 Figura 1.60. Representación de agujeros avellanados.

Figura 1.59.

En la figura 1.60 tenemos en la representación de la planta un agujero avellanado cuyo avellanado no podemos saber de qué tipo es, pues como se ve en los dibujos de planta se representan iguales, sin embargo si nos fijamos en el alzado y vemos el corte del agujero avellanado identificamos qué tipo de avellanado lleva, incluso podemos acotarlo en profundidad y diámetro. La sección de una pieza se representa por líneas finas continuas a 45º.

Figura 1.61. Representación de dos piezas seccionadas.

Figura 1.62. Representación de tres piezas.

32

Representación de varias piezas ajustadas entre sí: Si las piezas a cortar van ajustadas unas en otras, se representará el corte con línea fina a 45º y el rayado de cada una de las piezas irá opuesto uno al otro (ver figuras 1.61 y 1.62), de esta forma identificamos cada una de las piezas. Representación de detalles: Cuando necesitamos representar solamente un detalle en una vista de la pieza, no es necesario cortar toda la pieza, podemos cortar solamente la parte que nos interesa ver, y entonces lo hacemos mediante una línea fina a mano alzada que delimite el corte que realizamos y dentro del corte tengamos el detalle a ver. En la figura 1.63 se representa una chaveta, la cual podemos acotarla en longitud y profundidad. En la figura 1.64 se representa un agujero en un cilindro, el cual podemos acotar en profundidad y diámetro, también se representa un agujero pasante en un cilindro. Figura 1.65.

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo

Figura 1.63. Chaveta.

Figura 1.64. Agujero ciego.

Figura 1.65. Agujero pasante.

Representación de la sección de corte: Cuando tenemos que representar detalles de piezas cuya geometría es irregular y son difíciles de cortar por la mitad, podemos recurrir a cortarlas por los ejes de simetría de los detalles a representar, pero indicando por dónde se realiza el corte mediante una línea de trazo grueso e indicando la sección por donde hemos cortado la pieza en la vista correspondiente. Figura 1.66.

∅ L

Figura 1.65.1.

Representación de cortes en cilindros y tubos: Cuando tenemos que representar barras cilíndricas macizas que por alguna razón son muy largas, se representan cortándolas con las líneas de sección tal como se indica en el dibujo, aunque en dibujos simples esto no es necesario, pues la cota del diámetro (∅) ya nos indica que es una pieza redonda. Ver figura 1.65.1. Figura 1.65.2.

Los tubos que tienen dos diámetros se suelen representar de dos formas (ver figura 1.65.2 y figura 1.65.3), la más usual es representar los círculos en el centro del tubo, los cuales cuando se acotan nos indican la pared del mismo. Representación de piezas simétricas: Cuando tenemos que representar piezas que son simétricas, no hace falta que dibujemos toda la pieza, basta con dibujar solamente la mitad de ella, es el caso de la brida de la figura 1.67; esto simplifica el dibujo y además nos da limpieza en las acotaciones y símbolos de mecanizado. En el caso de piezas de torno que son cuerpos de revolución, figura 1.68, pasa lo mismo, tampoco es necesario cortar toda la pieza, generalmente se le hace un corte a 90º, pues la pieza es simétrica.

Figura 1.65.3.

A

B

Figura 1.66. Sección AB.

Figura 1.67. Brida.

Figura 1.68. Pieza cilíndrica sección 90º.

Representación de elementos ocultos: Las líneas gruesas de trazo se emplean para la representación de elementos mecánicos cuando no podemos o no nos interesa realizar secciones o cortes, y entonces no podemos ver ciertos detalles, como agujeros, aristas, roscas, etc. Para la representación de estos detalles sin necesidad de cortar la pieza es cuando empleamos líneas gruesas de trazo, con las cuales no solamente podemos representar detalles de mecanizado, sino que podemos acotar, como lo hacemos en los dibujos como por ejemplo el dibujo A (figura 1.69), el cual nos representa un agujero ciego, y el B (figura 1.70), que nos representa un agujero pasante.

L

Figura 1.69. Dibujo A.

Representación de roscas “UNE 1.108”: Los elementos de unión de piezas en el taller son las roscas y los tornillos y estos elementos requieren un tratamiento en profundidad, que se estudia en el capítulo 4º en el mecanizado de las roscas. En este capítulo, en el que estudiamos el dibujo técnico, vemos su simbolización, cómo se denominan, y representan en los planos del taller, con el fin de que cuando leamos un plano sepamos identificar el tipo de rosca que es y sus medidas. Cuando dibujamos un tornillo o una rosca que lleva una pieza en su mecanizado, es improcedente que se dibuje el perfil real (los dientes) del mecanizado de la rosca, y se simboliza representando el diámetro exterior del tornillo con una línea continua gruesa, y la rosca con línea continua fina, que representa el diámetro del fondo de la rosca; la diferencia de estos diámetros es la profundidad de rosca.

© ITES-PARANINFO

L

Figura 1.70. Dibujo B.

33

Visión general del módulo

d

Con el fin de que exista intercambiabilidad de piezas los tornillos y tuercas están normalizados por su cabeza, tipo de rosca, diámetro de la rosca y por su longitud.

a

b c

De no estar normalizados los tornillos no tendríamos un repuesto fiable y sería imposible realizar montajes o uniones de piezas. Las características que normalizan e identifican un tornillo son: • El tipo de cabeza. • El tipo de rosca. • Por sus aplicaciones. Representación de un tornillo y tuerca: Los tornillos se representan en el plano, como hemos visto, por su cabeza y por su longitud, teniendo en cuenta que la longitud roscada no tiene que ser toda la longitud del tornillo. La longitud roscada del tornillo será lr = c − b

Figura 1.71. Tornillo y tuerca.

En la figura 1.71 se representa un tornillo de cabeza hexagonal con sus cotas principales, siendo: a = Longitud de la cabeza. b = Longitud de la cabeza más la parte no roscada. c = Longitud total del tornillo. d = Diámetro exterior del tornillo. ELEMENTOS QUE CARACTERIZAN UN TORNILLO “UNE 17.051” Por el tipo de cabeza

34

Por la herramienta de apriete

Por su aplicación

Hexagonal

Son los tornillos más empleados, y Se mide la distancia entre caras se montan en la unión de todo tipo del hexágono y se aprieta con de piezas en el taller, la cabeza llave fija. generalmente se queda en la superficie de la pieza a sujetar.

Allen

Son tornillos empleados en Se mide la distancia entre caras donde generalmente tengamos del hexágono interior para la que embutir la cabeza con el fin llave de apriete. de que quede la superficie de la pieza lisa.

Redonda plana

Realizan menos fuerza de apriete Se mide el diámetro de la que los hexagonales y los de cabeza y se aprieta con destorcabeza allen; se montan en pienillador. zas generalmente pequeñas.

Cónica

Se montan en los alojamientos de La cabeza es cónica y se mide piezas que requieran que éstas el diámetro y la conicidad; se estén centradas. El alojamiento aprieta con destornillador. del tornillo hay que avellanarlo.

Hexagonal y cónica

La cabeza es hexagonal para Se suelen montar en aquellos sitios en donde tenemos que cenapretar con llave. trar las piezas a fijar o atornillar. Tiene un cono el cual centra la Son muy instalados en las ruedas pieza a fijar. de los automóviles.

Redonda esférica

Son tornillos que se utilizan en eleTiene forma de casquete esférimentos que generalmente se ve la co, se mide por su diámetro y cabeza del tornillo y se emplean se aprieta con destornillador. como embellecedores.

Cuadrada

Son empleados en máquinas. Se Tienen la cabeza tallada en montan en sitios un poco específorma de cuadrado y se aprieficos como “portaherramientas” y tan con llaves especiales de la sólo se pueden atornillar con su medida del tornillo. llave especial.

Hexagonal con salida de rosca

Son empleados en sitios donde necesitemos estanqueidad, pues Tienen la cabeza hexagonal y se montan con junta. La propia se les mecaniza salida de rosca. cabeza del tornillo hace el apriete en toda la superficie; no necesitan arandela.

Prisionero

Estos modelos de tornillos se No tiene cabeza, inserta un alo- emplean para fijar el desplazajamiento en su interior para miento y el giro de piezas. Genellave allen o destornillador. ralmente van completamente embutidos en la tuerca.

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo TIPOS DE TUERCAS MÁS EMPLEADAS Forma de la tuerca

Geometría

Aplicación

Hexagonal

Son tuercas hexagonales, son las más empleadas, se montan con arandela y se aprietan con una llave plana.

Cuadrada

No suelen tener grandes aplicaciones en elementos mecánicos. Se suelen montar en sitios de poca envergadura. Necesitan ser apretadas con una llave plana.

Tuerca ciega

Este modelo de tuerca se emplea para proteger la punta del tornillo.

Almenada

Se llama tuerca almenada porque como se ve en el dibujo tiene unas almenas las cuales nos permite frenar la tuerca mediante un pasador de aletas, evitando así que se afloje.

Estriada

Tuerca redonda que se aprieta a través de unas estrías con una llave especial. Nos garantiza que no se pueda desmontar sin la llave adecuada.

Redonda con agujeros

Es una tuerca redonda la cual tiene unos agujeros en los que se mete una barra calibrada para su apriete. Es bastante empleada.

Moleteada

Es una tuerca moleteada para montar y desmontar de forma rápida con la mano.

Con freno

Esta tuerca dispone de una arandela de plástico que se rosca en el tornillo al montarse evitando que se afloje.

Acotación de una rosca: Las roscas las acotaremos siempre por su diámetro exterior y en la indicación de la cota deberá figurar el tipo de rosca, si es métrica, Wihtworth, cuadrada, trapecial, etc., el diámetro exterior del tornillo y el paso, que en el caso de ser una rosca métrica se indicará en centésimas de milímetro, y en el caso de ser una rosca Whitworth se indicará en hilos por pulgada. Cuando la rosca está dentro de los pasos normalizados y comunes, no hace falta indicar el paso, bastará con indicar solamente el diámetro exterior del tornillo; si tenemos una rosca cuya cota dice solamente M14, ya se sabe que es una rosca métrica de paso 200. Si la rosca es a izquierdas tendremos que indicarlo en la acotación. En los dibujos tenemos la acotación de varias roscas. ACOTACIÓN DE LAS ROSCAS SEGÚN SU GEOMETRÍA Y PASO Rosca

Símbolo

Se pondrá en la cota

Métrica

M

El diámetro exterior del tornillo en mm y el paso en mm.

Whitworth

W

El diámetro exterior del tornillo en pulgadas y el paso en hilos por pulgada.

Sellers

S

El diámetro exterior del tornillo en pulgadas y el paso en hilos por pulgada.

Trapecial

Tr

El diámetro exterior del tornillo en mm y el paso en mm.

Redonda

Rd

El diámetro exterior en milímetros y el paso en pulgadas.

Ejemplo de acotación de una rosca (tornillo): Con el fin de identificar un tornillo por sus medidas y tipo de rosca, veamos el ejemplo del dibujo, el cual lo hemos acotado con dos medidas, veamos lo que significa cada una de ellas. Si lo tenemos

© ITES-PARANINFO

35

M8x125 w 7/8x11

Visión general del módulo

70

acotado solamente con M 8 × 125 × 70 significa que es un tornillo de rosca métrica de 8 mm de diámetro exterior × 1,25 mm de paso y cuya longitud es de 70 mm sin incluir la cabeza. Si la cota fuese solamente W 7/8” × 11 significará que es un tornillo de rosca Whitworth cuyo diámetro exterior viene expresado en pulgadas y es de 7/8” y cuyo paso es de 11 hilos por pulgada (ver tablas de roscas en capítulo 4). Figura 1.72.

Figura 1.72. Acotación de una rosca.

SIGNIFICADO DE LA COTA DE UN TORNILLO M

8

125

W

7/8

11

La letra indica tipo de rosca

70

1ª Cifra

2ª Cifra

3ª Cifra

Diámetro exterior del tornillo

Paso en mm, o hilos pulgadas

Longitud del tornillo sin cabeza

En el cajetín de datos del plano veremos DIN 960 M8 × 125 × 70. El DIN nos da las características, geometría y medidas de la cabeza del tornillo, en este caso es un tornillo de cabeza hexagonal de 13 mm entre caras (utilizaremos la llave plana de 13 mm para su apriete). Si el tornillo es de características Whitworth en el cajetín de datos se identificará con su DIN correspondiente según la geometría de la cabeza que nos interese y la medida. Figuras 1.73 y 1.74. 20x250

M14I

Figura 1.73. Tornillo.

Figura 1.75. Rosca a izquierdas.

16x200

Figura 1.74. Tuerca.

Si la rosca es a izquierdas hay que indicarlo en la cota con una I (ver figura 1.75); el tornillo representado en el dibujo tendrá una medida de rosca de 14 mm de diámetro exterior a la que le corresponde 2 mm de paso y además es a izquierdas Representación de elementos roscados: Cuando tenemos que representar elementos roscados que están uno dentro de otro, como un tubo dentro de otro tubo, o un tornillo dentro de un agujero roscado (ver figuras 1.76.1 a la 1.76.3), los representaremos de forma que las líneas que determinan la rosca coincidan entre el tornillo y la tuerca, siendo el diámetro exterior del tornillo el fondo de la rosca de la tuerca.

25

60

25

M 12

Figura 1.76.1. Espárrago.

36

Figura 1.76.2. Tornillo y tuerca.

Figura 1.76.3. Tubos roscados.

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo A

Representación de engranajes “UNE 1.074”: Si definimos un engranaje, decimos que es una rueda dentada con el fin de transmitir un movimiento circular evitando el patinamiento entre ejes. En la representación de un engranaje (figura 1.77) no hace falta dibujar los dientes, en el caso de la representación de un solo engranaje, los diámetros exterior e interior se dibujan con línea gruesa y la circunferencia primitiva con línea de eje de simetría; la diferencia entre el diámetro exterior e interior es la altura del diente. También podemos representar un engranaje cortado por la mitad, en este caso no se representan los dientes cortados.

B

Figura 1.77. Engranaje de diente recto.

En la representación de un conjunto de dos o más engranajes (figura 1.78) los diámetros exterior e interior se representan con línea gruesa, y la circunferencia primitiva se representa con línea de eje de simetría y tangentes. Los engranajes helicoidales (figura 1.79) se representarán igual que los de diente recto, pero con unas líneas de trazo fino inclinadas en donde se acotará la inclinación del diente. α Inclinación del diente. El conjunto de engranaje y cremallera (figura 1.80) se representa haciendo tangencia entre sus diámetros primitivos. La cremallera es un engranaje de infinito número de dientes.

Figura 1.78. Par de engranajes.

Los tornillos sinfín (figura 1.81) se representan haciendo tangencia la circunferencia primitiva del engranaje con el diámetro medio del tornillo.

α

Figura 1.79. Engranaje helicoidal.

Figura 1.80. Engranaje y cremallera.

Figura 1.81. Tornillo sinfín.

Representación de rodamientos “UNE 18.037”: Los rodamientos son elementos mecánicos que se montan para permitir la rotación a grandes velocidades entre soportes y ejes. Sus medidas están normalizadas y su representación en el dibujo técnico también. Aunque existen muchos modelos de rodamientos, básicamente por el montaje y la forma de trabajo de sus elementos podemos agruparlos en tres tipos.

Las pistas del rodamiento se representarán seccionadas y los elementos de rotación, bolas y rodillos, se representan sin cortes. Con el fin de conocer las medidas del rodamiento en los planos deberán de estar acotadas las medidas de los diámetros exterior (D) e interior (d) y el ancho (A). Ver figura 1.82.

© ITES-PARANINFO

A De bolas

A De rodillos

d’ D

d

D d

d D

TIPOS DE RODAMIENTOS • Los rodamientos de bolas • Los rodamientos de rodillos • Los rodamientos axiales

A Axial

Figura 1.82. Representación de rodamientos.

37

Visión general del módulo Representación de piezas normalizadas: Llamamos piezas normalizadas de unión a una serie de pequeñas piezas de tipo mecánico que se emplean en el ensamblado, unión y montaje de mecanismos. Nos referimos a pasadores, arandelas, tornillos, muelles, etc. Estas piezas que tienen intercambiabilidad, están normalizadas bajo las normas UNE y no se suelen representar en el plano del dibujo técnico por separado, solamente se representarán en los montajes. Estos elementos mecánicos se describen en el cajetín de datos del plano, y se hace referencia al elemento a montar y a la norma UNE, la cual normaliza la geometría del elemento, sus medidas y características técnicas del mismo. Esto nos facilita la labor del dibujo técnico, el inconveniente que presenta es conocer los elementos normalizados. Pasadores: Son elementos de unión generalmente empleados en garantizar el giro de piezas, las cuales van montadas unas sobre otras, como puedan ser ejes, poleas, engranajes, etc. Los tenemos de varias formas y medidas, las cuales satisfacen las necesidades de montaje necesarias.

∅

A título informativo se muestra una tabla con los pasadores más empleados y las medidas más comunes. L

En el dibujo de la figura 1.83 tenemos un pasador cilíndrico de un diámetro determinado y una longitud L. Suponiendo que el diámetro fuese = 6 mm y la longitud de 75 mm, en el cajetín de datos pondríamos: Si el pasador es cilíndrico escribiremos: Pasador UNE 17061 de 6 × 75.

Figura 1.83. Pasador cilíndrico.

Si el pasador es cónico escribiremos: Pasador UNE 17060 de 6 × 90. Si el pasador es abierto escogeríamos el más aproximado: Pasador UNE 17059 de 7,30 × 50. PASADORES MÁS EMPLEADOS EN EL MONTAJE DE PIEZAS MECÁNICAS Pasador cilíndrico

Pasador cónico

Pasador de aletas

Se denomina por su diámetro y longitud (hay dos longitudes). Pasador UNE 17061

Se denomina por su diámetro mayor y su longitud (hay dos longitudes). Pasador UNE 17060

Se denomina por su diámetro de cabeza, diámetro de patas y longitud. Pasador UNE 17059

Medidas más comunes

Medidas más comunes

Medidas más comunes

Diámetro

Longitud

Longitud

Diámetro

Longitud

Longitud

D. Cabeza

D. patas

Longitud

3

8

35

3

14

4

10

45

4

16

45

2

1,60

12

60

3,20

2,70

18

6

14

75

6

25

90

4

3,50

22

8

16

100

10

20

120

8

30

120

5

4,40

28

10

35

150

8

7,30

50

Representación de muelles UNE 1042: Los muelles son elementos mecánicos construidos generalmente con aceros especiales de forma que cuando trabajan se someten a grandes esfuerzos elásticos deformándose, y después del trabajo deben de recuperar su posición inicial (posición de reposo). Los muelles según su forma de construcción pueden trabajar a tracción o compresión. Se fabrican con unas medidas normalizadas y responden a la norma UNE 1042.

38

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo

Generalmente los muelles no se representan en los dibujos técnicos como elementos solos, se dibujan en los planos de montaje para ver su alojamiento y mecanismo. Se identifican en el cajetín de datos del plano según la norma UNE 1042 y las medidas del muelle. De = Diámetro exterior del muelle. Dm = Diámetro medio del muelle. P = Paso (distancia entre espiras). L = Longitud del muelle.

De Dm

Se denominan por su diámetro exterior, el diámetro del alambre con el que se fabrican y el paso. Ver figura 1.84.

P

L

Figura 1.84. Representación de un muelle.

Arandelas planas UNE 17066: Las arandelas son elementos mecánicos que se montan entre la cabeza del tornillo y la pieza mecánica a fijar; su misión aparte de distribuir el apriete es evitar que el tornillo se afloje durante su trabajo. Sus medidas y geometría están normalizadas y no hace falta dibujarlas en el plano. Se designan por el diámetro nominal del tornillo en el que se van a montar. Como cualquier elemento normalizado basta poner en el cajetín de datos del plano la norma que corresponde a la arandela y el diámetro nominal del tornillo en el que se va a emplear.

45º

Existen varios modelos de arandelas según necesidades (en la figura 1.85 se representa una arandela plana). d = Diámetro del agujero. D = Diámetro exterior de la arandela. G = Espesor de la arandela.

d

G

D

Chavetas UNE 17102:

Figura 1.85. Arandela plana.

Son piezas mecánicas encargados de garantizar el giro entre elementos mecánicos. Se ajustan generalmente en los ejes que montan engranajes, poleas, reductores, ruedas sinfín, etc. Están normalizadas y existen diversos tipos de chavetas que satisfacen las necesidades de los montajes de los distintos elementos mecánicos y maquinaria del taller de metal. Se designan por sus medidas ancho, alto y largo. Figuras 1.86.1 a la 1.86.3. En el plano se designará en el cajetín de datos por la norma UNE que la identifica y sus medidas.

h

h

a

h

a

a

En el dibujo se representan chavetas de varias geometrías.

Figura 1.86.1. Plana paralela.

h

L

L

Figura 1.86.2. Plana paralela redondeada.

L

Figura 1.86.3. Chaveta cónica.

Signos de mecanizado “UNE 1.037”: Cuando hablamos de signos de mecanizado nos referimos al acabado que presentan las piezas del taller después de un mecanizado. En las piezas según el grado de acabado que requieren para su uso y funcionamiento, se deberá emplear una herramienta u otra, así como distintas máquinas; si la importancia del trabajo a realizar no es de precisión, la pieza puede tener un grado de acabado más o menos basto, el cual no requiere un coste elevado, pues el proceso de mecanizado generalmente suele ser una sola operación, pero si la pieza requiere un grado de acabado fino (piezas de precisión), entonces tenemos que rectificar su superficie o incluso lapearla, lo cual

© ITES-PARANINFO

39

Visión general del módulo aumenta el coste de fabricación, pues son operaciones mecánicas que hay que realizar después del primer mecanizado con el fin de obtener dicha precisión. El grado de acabado de una superficie la representamos en los planos, con el fin de que se sepa qué proceso de mecanizado requiere esa superficie, e incluso el tipo de herramienta y avance de la máquina que va a intervenir en el acabado de la pieza. Se representa mediante una simbología normalizada, la cual la indicamos a continuación en la siguiente tabla. SÍMBOLOS PARA LA REPRESENTACIÓN DE SUPERFICIES DE MECANIZADOS Símbolo

Superficie a aplicar

Observaciones

Se emplea para la representación de uniformidad de la superficie en cualquier proceso de fabricación sin arranque de viruta. Se pone para representar uniformidad de la superficie con cualquier tipo de mecanizado por arranque de viruta. Representación de una superficie sin mecanizar o cómo ha quedado en el mecanizado anterior.

3

R

Se indicará con una R cuando es nece- Cuando indicamos R1 y R2 le estamos sario aplicar el tipo de rugosidad del indicando los límites de la rugosidad de acabado de la superficie. la superficie mínimo y máximo.

Niquelado

- Niquelado. En el trazo horizontal se anotarán las - Cromado. características del acabado especial o - Galvanizado. particular de la superficie. - Etc.

X

La anotación del número a la izquierda - = Mecanizado longitudinal. indica el material de sobremedida. Y la - T Mecanizado transversal. anotación de la letra que lleva en la dere- X Mecanizado cruzado. cha indica la dirección del mecanizado.

1.9 Escalas “UNE 1.026” Se llama escala a la relación que existe entre el tamaño de la pieza física y el tamaño del dibujo del plano. Cuando tenemos que levantar el plano de una pieza del taller, lo primero que nos planteamos es establecer el tamaño del dibujo en el que vamos a representar la pieza, para ello debemos de tener en cuenta los detalles que tenemos que representar, pues no siempre podemos dibujar un plano a escala natural, es decir al mismo tamaño que tiene la pieza física. Si tenemos que representar una pieza de un reloj tendremos que dibujarla más grande que el tamaño real de la pieza física; lo mismo ocurrirá si tenemos que representar en un plano una pieza de gran tamaño, no nos cogerá en el tamaño del papel por grande que éste sea. Con el fin de que los planos tengan tamaños adecuados y podamos representar en ellos todos aquellos elementos que nos interesa están las escalas. Las escalas se representan por un quebrado, de forma que cuando hablamos de escalas de tamaño natural decimos que la escala es de 1:1 (pues si una medida la multiplicamos y dividimos por el mismo número, la medida será la misma). Si el numerador es mayor que el denominador tendremos escalas de ampliación, y si el numerador es menor que el denominador tendremos escalas de reducción. Las medidas con las que se acota un plano no tienen nada que ver con la escala, una cota corresponde a una medida que aunque la representación gráfica en el papel sea pequeña o grande, la medida que tenga la pieza física será la que indique la cota.

40

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo Escala natural: Se dice que una escala es natural cuando el tamaño físico de la pieza representada coincide con el tamaño del dibujo del plano. Entonces la escala se dice que está 1: 1. Siempre que se pueda debemos dibujar los planos a escala natural. Figura 1.87. Escala de reducción: Se llama escala de reducción cuando el tamaño de la pieza representada en el plano es menor que el tamaño físico de la pieza mecanizada. Las escalas de reducción deben de tener el numerador más pequeño que el denominador, son escalas de reducción 1:2, 1:4, 2:3, 3:5. Esta escala se emplea para la representación de piezas de gran tamaño. Figura 1.88. Escala de ampliación: Se dice que una escala es de ampliación cuando el tamaño del dibujo de la pieza representada es mayor que el tamaño físico de la pieza. En las escalas de ampliación el numerador debe de ser mayor que el denominador. Son escalas de ampliación 2:1, 3:1, 3:2. Estas escalas se emplean para la representación de piezas de pequeñas dimensiones, o para la representación de detalles. Figura 1.89.

Tamaño de la pieza física

Tamaño del plano

Figura 1.87. Escala natural.

1.10 Modelo de plano DIN A-4 “UNE 1.085” El plano DIN A-4 es uno de los tamaños más comúnmente empleado en la representación de los planos del taller, tiene 210 × 297 mm y es una medida cómoda para representar pequeñas piezas del taller, es fácil de manejar y de archivar.

Tamaño de la pieza física

En este ejemplo representamos un calzo con las vistas correspondientes y sus medidas, así como el cajetín de datos, el cual se explica en el punto siguiente.

Tamaño del plano

Figura 1.88. Escala de reducción.

Tamaño de la pieza física

Tamaño del plano

Figura 1.89. Escala de ampliación.

© ITES-PARANINFO

41

Visión general del módulo

5

3

12

90º

5

12

11

3

42

8

19

8

8

19

8

70

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo El cajetín de datos (UNE 1.035): Es el espacio que hay en los planos en la parte inferior derecha y que está dividido en una serie de casilleros, los cuales tienen la misión de identificar los elementos y piezas dibujadas que entran a formar el plano, así como toda la información de los materiales (número de piezas que intervienen en el mecanismo, así como el material, medidas, nombre de la pieza, escala, etc.). Ejemplo de un cajetín de datos:

• En la columna Nº de piezas se pone el número de unidades iguales que lleva el montaje, o número de piezas a fabricar. • En la columna Denominación se escribe el nombre de la pieza y sus características. • En la columna Marca se pone el número de orden de las piezas representadas en el plano. • En la columna Medidas se ponen las medidas de la pieza. • En el espacio 1 firmará el que ha realizado el plano. • En el espacio 2 se pone el anagrama de la empresa (identificación de la empresa). • En el espacio 3 se pondrá el nombre de la pieza o conjunto representado. • El espacio 4 está reservado para poner la escala a la que se dibuja el plano.

1.1 ¿Cuántos milímetros de diámetro exterior tiene una rosca que está acotada en pulgadas y dice W 2 3/8’’?

1.2 Tomar medidas con un metro midiendo en metros, centímetros y milímetros. 1.3 Coger una pieza del taller y levantar un plano tomando las medidas con un calibre. 1.4 Calcular la precisión de un calibre cuya menor división de la regla es de 1 mm

Ejercicios

y el nonio está dividido en 50 partes.

1.5 Calcular la precisión de un pálmer cuyo cilindro está dividido en ½ mm y el tambor tiene 50 divisiones.

1.6 Suma 32º 36’ 58’’ + 25º 48’ 39’’ + 1º 44’ 38’’. 1.7 ¿Qué trabajo realizará una persona para transportar una silla de una habitación a otra, si la silla pesa 6 kg y la distancia es de 10 m?

1.8 ¿Qué fuerza se realizará en un cilindro, si su diámetro es de 50 mm, y la presión que en él se ejerce es de 20 atmósferas?

© ITES-PARANINFO

43

Visión general del módulo 1.9 Si en la habitación en la que trabajamos nos marca el termómetro una temperatura de 22 ºC. ¿A qué temperatura estaremos en las demás escalas termométricas?

1.10 Calcular qué voltaje deberemos aplicar a un equipo, si sabemos que su resistencia es de 250 ohmios y que pasa una corriente de 1,2 amperios.

1.11 ¿Qué trabajo eléctrico realiza una máquina de 1.500 W de potencia si está trabajando 10 horas?

1.12 Prepara un formato DIN A-4 que te servirá de modelo para realizar los planos de las piezas que luego mecanizarás etiquetándolo con tu nombre.

1.13 ¿Qué cantidad de calor necesitamos para elevar la temperatura de un trozo de acero suave de 350 gramos de 25 ºC a la temperatura de 350 ºC?

44

© ITES-PARANINFO

PRÁCTICAS UNIDAD TEMÁTICA

1

Visión general del módulo

46

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo

© ITES-PARANINFO

47

Visión general del módulo

48

© ITES-PARANINFO

Visión general del módulo

© ITES-PARANINFO

49

Visión general del módulo

17

5

12

40

10

12

10

6

5

9

7

25 6 55

50

© ITES-PARANINFO

Capítulo

Determinación de los equipos de trabajo

Determinación de los equipos de trabajo Introducción En esta Unidad Temática se pretende, partiendo de un plano del taller, ver y estudiar los materiales del taller con el fin de identificar sus características, formas y calidades industriales, así como ver sus aplicaciones, eligiendo e identificando el material adecuado en la fabricación de las distintas piezas del taller, buscando su mejor rendimiento en el funcionamiento de los componentes.

Contenido • Identificación de los materiales férricos y no férricos • Estudio de los materiales, sus características, propiedades y aplicaciones • Estudio de la normalización y formas comerciales • Realización de ejercicios para la identificación, aplicación y conocimiento de los mismos

Objetivos X Adquirir unos conocimientos de los materiales empleados y sus aplicaciones X Estudiar la normalización de los perfiles empleados en la fabricación de las piezas X Conocer la denominación y nomenclatura de los productos férricos y no férricos

Determinación de los equipos de trabajo

2.1 Especificaciones técnicas de un plano Cuando empezamos a trabajar en un taller o industria lo primero que nos preguntamos es qué es lo que hay que hacer y cómo, pues no solamente deberemos de obtener un producto (pieza), sino que además debe de estar fabricado en las mejores condiciones, tanto de precisión como de funcionalidad, sin dejarnos el aspecto económico, pues si una pieza la fabricamos muy bien pero a un coste excesivamente elevado no seremos competitivos. Si por otro lado la fabricamos de baja calidad, perderemos competitividad por bajo rendimiento del producto fabricado. Estudiando estos conceptos tenemos que partir generalmente de un plano, el cual nos define las medidas de la pieza, las tolerancias del mecanizado, es decir la precisión de acabado, el material que tenemos que utilizar para su mecanizado, y todos aquellos parámetros para la obtención del producto que queremos fabricar o mecanizar con la máxima garantía de calidad y funcionamiento. Para tener un concepto de las características de los materiales que se nos indica en un plano y poderlo interpretar con precisión no nos queda más remedio que conocer al menos en términos generales los materiales del taller, con el fin de poderlos identificar por sus propiedades y características.

∅20 10

40

∅30

∅50

Pieza en bruto; identificación del material: Supongamos que nos dan un plano para mecanizar la pieza del croquis figura 2.1.1, el cual tiene las medidas y además nos dicen el tipo de material con el que hay que fabricarla, y nos dan unas características técnicas que debe de tener dicho material de dureza, resistencia a la tracción, o simplemente tiene que templarse después del mecanizado, etc.

80

Figura 2.1.1. Pieza a mecanizar.

Lo primero que tenemos que determinar es el material que tenemos que elegir en bruto para su mecanizado, que será el más próximo al tamaño de la pieza, en cuanto a diámetro y longitud se refiere, pues cuanto menos viruta cortemos menos desperdicio de material tendremos, con lo cual economizamos la pieza en material y mecanizado. Lo segundo que hay que saber son las características del material que nos dicen que hay que emplear en su mecanizado, pues conociendo el tipo de material (acero, aluminio, cobre, etc.) estamos en condiciones de elegir las herramientas, los ángulos de corte y por supuesto el afilado de la herramienta, calcular las velocidades de corte, etc. Es por lo que no nos queda más remedio que saber qué materiales se emplean en el taller de metal, sus características, propiedades, aplicaciones, metales que entran en la composición de sus aleaciones. En tercer lugar deberemos de conocer las características técnicas de los materiales de taller, para elegir el material adecuado en base a su funcionalidad y las especificaciones que nos indican los planos. Por eso este capítulo lo vamos a dedicar a estudiar estos conceptos. Supongamos que tenemos que mecanizar la pieza del croquis, el cual nos da las medidas y la forma geométrica de la pieza, y se nos pide que la fabriquemos en acero

52

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo suave. Si conocemos las características del acero suave sabremos que es un acero semiduro y que las herramientas a emplear para cortar ese material deben de ser más duras que para cortar un acero suave normal. Lo mismo pasará cuando tengamos que taladrar, en este caso debemos de afilar la broca con el ángulo para materiales duros y ajustar las r.p.m. a la dureza del material. Como se ve es fundamental conocer los materiales y sus características. • Escoger las herramientas adecuadas para la mecanización de la pieza del croquis. • La pieza se mecanizará en acero suave.

2.2 Propiedades mecánicas de los materiales Cada material tiene unas características técnicas determinadas, las cuales debemos de conocer, pues a la hora de emplear un material sea o no metalúrgico para la fabricación tanto de piezas mecánicas, como de otro producto, si conocemos las características del producto a fabricar conociendo las características de los materiales existentes, estaremos en condiciones de elegir el material adecuado a cada fabricado, garantizando la calidad de la pieza a fabricar o el artículo a obtener. Por ejemplo, si necesitamos fabricar piezas sometidas a desgastes, no podemos emplear aceros suaves, tendremos que elegir aceros de temple para poder endurecer su superficie una vez mecanizada la pieza. Lo mismo pasará si tenemos que fabricar piezas que estén sometidas a agentes atmosféricos expuestos a oxidaciones, en este caso debemos elegir un acero inoxidable. Las propiedades más importantes de los materiales a tener en cuenta son: Dureza: Se define como la resistencia que opone un material a ser rallado o penetrado por otro más duro que él. La dureza se mide en un aparato llamado durómetro. Elasticidad: Se define como la propiedad que tiene un material de deformarse con la fuerza. Cuando aplicamos una fuerza a un material, ese material se deforma cambiando sus medidas exteriores, si cesamos la fuerza aplicada y el material no recobra su forma primitiva, decimos que hemos sobrepasado los límites de elasticidad de dicho material. Tenacidad: Es la fuerza que oponen los materiales a dejarse romper por golpes. Se dice que un material es tenaz, cuando aguanta los choques o golpes a los que se le somete, y se considera poco tenaz, cuando se rompe con facilidad por el choque o golpe. Esta característica está muy ligada a la elasticidad. Fragilidad: Se define la fragilidad como la facilidad que tiene un material de romperse con el golpe. Es la propiedad opuesta a la tenacidad. Cohesión: Son las fuerzas de atracción entre las moléculas que forman la materia de los materiales. Si cogemos dos piezas de acero con su superficie plana y pulida y las unimos, al separarlas tenemos que hacer una fuerza tremenda, se dice que sus superficies son adherentes. Plasticidad: Es la facilidad que tienen los cuerpos de llegar a deformarse con las fuerzas que les aplicamos sin llegar a romperse, manteniendo esa deformación permanente. Es el caso del martillazo dado a un metal y no romperse, pero manteniendo la deformación del golpe. Ductilidad: Es la facilidad que tienen los metales de dejarse estirar formando hilos (alambres). El hilo de cobre es muy conocido en las instalaciones eléctricas. Los metales más dúctiles son el platino, el oro, el cobre; se pueden obtener hilos de décimas de milímetro. Maleabilidad: Es la propiedad que tienen los metales de dejarse reducir a láminas muy finas. Facilidad que presentan para poderse moldear con el martillo.

© ITES-PARANINFO

53

Determinación de los equipos de trabajo Los metales más maleables son el oro (de una maleabilidad excepcional, se pueden obtener láminas de milésimas de mm), la plata, el cobre. Porosidad: Propiedad que presentan los cuerpos de permitir el paso de fluidos a través de ellos. Un cuerpo es muy poroso cuando deja pasar con facilidad los líquidos, en este caso se dice que el cuerpo es poco compacto. Un cuerpo se dice que es poco poroso cuando no es permeable a los líquidos y entonces se dice que el cuerpo es muy compacto. Magnetismo: Propiedad que tienen algunos minerales de atraer al hierro. Esta propiedad se le aplica a algunos aceros para hacer que atraigan al hierro, convirtiéndolos en imanes.

2.3 Materiales del taller de metal En el taller de metal se emplean una gran diversidad de materiales; generalmente los materiales empleados en las industrias siderometalúrgicas, no se emplean nunca en estado puro, pues casi ningún metal tiene unas propiedades lo suficientemente buenas como para emplearlo químicamente puro. Por eso los empleamos generalmente aleados, buscando las mejores propiedades de unos y de otros, obteniendo así características que nos satisfacen técnicamente, buscando la mejor funcionalidad de las piezas obtenidas con estos materiales. Esto requiere un estudio muy amplio de las aleaciones de los materiales existentes en el taller de metal, pero diremos en términos generales que los podemos agrupar en tres grandes grupos: • Materiales férricos (contienen básicamente hierro) • Materiales no férricos (aleaciones de otros metales) • Otros materiales no metálicos

2.4 Materiales férricos Se le da el nombre de materiales férricos, a todos aquellos materiales empleados en el taller de metal en que entra el hierro en su composición como elemento principal. Son los materiales más empleados en la fabricación de piezas, y según las características que en el taller se nos exija que deben de tener las piezas mecanizadas así deberemos de escoger el material apropiado. Ante la diversidad de materiales tan amplia que tenemos en el comercio, pasamos a estudiar sus características, propiedades y sus aleaciones. Siderurgia: Se conoce con el nombre de siderurgia a las operaciones mediante las cuales se obtiene el hierro, comprendiendo todo el proceso, desde la extracción del mineral de las minas, hasta los procedimientos que se utilizan para obtener los distintos tipos de aceros, los cuales empleamos para usos industriales. La siderurgia del acero es uno de los procesos más importantes y estudia la obtención de los materiales férricos, sus aleaciones y propiedades. Hierro: El hierro es un material de color grisáceo, dúctil y maleable que aleado con carbono forma los aceros. Químicamente puro es quebradizo y no tiene aplicaciones siderometalúrgicas. Sus características más importantes son: Símbolo químico: Fe. Punto de fusión: 1.530 ºC. Peso específico: 7,85. Los minerales más importantes de los cuales se obtiene son el mineral llamado magnetita (Fe3 O4) y el oligisto (Fe2 O3).

54

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Es uno de los materiales más abundante de la naturaleza, y uno de los más empleados en las industrias; se emplea siempre aleado con otros metales que le dan las propiedades adecuadas a las necesidades industriales requeridas. Es magnético y con el calor se ablanda y se hace muy plástico, propiedad que se aprovecha para la obtención de piezas por estampación. Se suele calentar entre 1.200 ºC y 1.400 ºC, se le da un golpe de prensa y toma la forma del molde pasando después a su mecanizado. Aleado con otros metales forma las llamadas ferroaleaciones. Obtención del hierro: El hierro, como producto principal siderometalúrgico, es importante que sepamos cómo se obtiene en los ALTOS HORNOS. El alto horno es una cuba de ladrillo refractario dispuesta de tal forma que metiendo en ella el mineral de hierro, carbón y fundente, y calentando estos materiales a 1.800 ºC se funden todos ellos en su interior. El mineral de hierro, más pesado que el fundente, baja al fondo del alto horno y el fundente, formando la escoria, flota en el hierro líquido sacándose del horno por la bigotera. El hierro que se extrae por la piquera es un producto llamado arrabio, que es hierro de primera fusión, de una calidad no industrial, pues contiene azufre, fósforo y otros elementos que lo hacen quebradizo, del cual luego mediante procesos de afinado, se obtienen los productos industriales, generalmente aceros. Preparación del mineral de hierro: El mineral de hierro tal como sale de la mina no podemos meterlo directamente en el horno, pues éste requiere un proceso de elaboración en el cual se prepara para facilitar la fusión dentro del alto horno; la preparación del mineral consiste en: 1. Mediante un proceso de lavado el mineral de hierro se separa de arenas y sustancias salinas que vienen con el mineral cuando se extrae de la mina. 2. Mediante un proceso de cribado se selecciona el mineral a tamaños iguales; los tamaños grandes pasan a ser triturados con el fin de unificar su tamaño, y facilitar la entrada en el horno, al mismo tiempo se facilita también la mezcla del carbón y el fundente. Cuando el mineral está muy triturado o en forma de polvo, se aglutina en trozos mayores los cuales irán al alto horno. A este proceso se le llama sinterización. 3. Se tuesta el mineral con el fin de convertirlo en óxido de hierro y quitarle el azufre que puedan contener las menas (producto nocivo). A este proceso se le llama calcinación. Alto horno: Una vez preparado el mineral de hierro y listo para meterlo en el alto horno para su fusión, éste lo mezclamos con materias reductoras, las cuales se combinan con el O del óxido de hierro dejando el hierro libre. Son los llamados coque metalúrgicos. Los agentes combustibles son los encargados de dar el calor al alto horno con el fin de fundir el material y separarlo de la escoria.

AL

ER

IN

M

El mineral junto con el carbón y el fundente mezclados se meten en el alto horno por la parte superior del mismo (tragante), los cuales van alcanzando distintas temperaturas hasta llegar al fondo del horno donde se funde el mineral (crisol), quedando el hierro en estado líquido en el fondo del horno.

CUBA

En el alto horno (figura 2.4.1) se producen una serie de reacciones químicas desde que el mineral entra por el tragante hasta que llega al crisol, cuyo fundamento es reducir el hierro que contiene el mineral. El carbón (coque) al quemarse arde liberando monóxido de carbono que se combina con los óxidos del mineral del hierro, liberando éste y obteniendo hierro. La reacción química básica de un alto horno es:

1.600 ºC TOBERA ARRABIO ESCORIA

Fe2 O3 + 3CO → 3CO3 + 2Fe2

© ITES-PARANINFO

Alto horno

Figura 2.4.1. Alto horno.

55

Determinación de los equipos de trabajo Las fases del alto horno más importantes son: Deshidratación: Es la parte en donde el mineral y los elementos que entran en el horno pierden su humedad y se secan. Reducción: Es la parte del alto horno en donde el mineral de hierro se reduce a través de las toberas de aire perdiendo así el oxígeno que contiene. Carburación: Es cuando el hierro empieza a fundirse a una temperatura entre los 1.200 ºC y los 1.700 ºC, combinándose con el carbono. Fusión: Es la parte del horno en donde se alcanzan los 1.800 ºC y en la que el hierro queda completamente fundido. Una vez que el crisol del alto horno se llena de hierro líquido éste se sangra por la piquera, el cual va a los hornos para la obtención de acero. Las escorias son las gangas de las menas aleadas con los fundentes (materiales que ayudan a que la escoria flote mejor y se separe del hierro) que flotan en la superficie del hierro por ser más viscosas, y las cuales se emplean para la obtención de otros productos como son cementos, abonos, materiales para construcción, etc. Acero: El acero es un producto siderúrgico, el más importante que entra dentro de la familia de los metales; es una aleación en la que entran como principales elementos el hierro y el carbono, cuyo contenido de carbono no suele pasar del 1,75 % para los llamados aceros suaves. Los productos siderúrgicos se clasifican en función del contenido de carbono que contienen recibiendo un nombre general. PRODUCTOS SIDERÚRGICOS • Llamamos hierro al producto que contiene menos del 0,2% de C. • Llamamos acero al que contiene entre el 0,2% y el 2% de C. • Fundiciones, al material que contiene entre el 2% y el 7% de C.

Según el contenido de carbono que tenga en la aleación puede ser un acero más o menos duro y cambiar sus propiedades mecánicas. Si solamente contiene hierro y carbono se llaman aceros ordinarios o aceros al carbono, también se les conoce con el nombre de aceros comunes; si contiene otros elementos, como cromo, vanadio, molibdeno, etc., reciben el nombre de aceros aleados o aceros especiales (estos metales entran en la composición de los aceros rápidos estudiados en otro punto). Los aceros pueden recibir tratamientos térmicos, los cuales cambian sus características y los hacen más duros o más tenaces según requieran las piezas a obtener en las industrias del sector, pues los tratamientos térmicos se los podemos dar a voluntad. Obtención del acero: Los aceros se obtienen en unos hornos especiales llamados convertidores, donde se echa el arrabio con otros materiales a los que mediante reacciones químicas se les quita las impurezas que no nos interesan, generalmente el fósforo y el azufre, controlando el contenido de carbono, dando así al acero la calidad estimada según los usos industtriales. Aceros Bessemer: Reciben este nombre los aceros obtenidos en un horno llamado convertidor Bessemer basado en la descarbonización del arrabio. El convertidor Bessemer es un horno basculante en el que se echa arrabio, y por unas toberas dispuestas al efecto se hace pasar aire a presión que al atravesar la masa de hierro, éste pierde las impurezas como el silicio y el carbono que tiene en demasía.

ACERO

Una vez terminado el proceso se vuelca el convertidor en unos moldes, obteniéndose así el acero. TOBERA

Convertidor Bessemer

Figura 2.4.2. Convertidor Bessemer.

56

En la figura 2.4.2 tenemos un convertidor Bessemer. Aceros al crisol: Los crisoles son unos hornos para la obtención de aceros de muy buena calidad, pues el acero no tiene contacto con las llamas que generan el calor del horno; el acero a obtener está metido en un depósito llamado crisol en el cual se puede controlar la calidad del acero durante su proceso de elaboración.

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo La alimentación del horno se realiza por gas-oil o carbón; el tiempo de elaboración suele ser más pequeño que en otros hornos. Se puede partir de chatarras y arrabio. En la figura 2.4.3 tenemos un horno de crisol y el crisol con el acero líquido. GASES

Crisol seccionado CRISOL

TOBERA Crisol

Horno

Figura 2.4.3.

Denominación de un acero: El acero es el elemento principalmente empleado en las industrias mecánicas, las cuales a partir de este material usado como materia prima, fabrican y mecanizan todo tipo de piezas, las cuales tienen que cumplir y satisfacer una serie de necesidades técnicas, que según sus aplicaciones y su funcionalidad, las propiedades y características de estos aceros son muy distintas, por lo que su composición también varía de unos a otros. Por este motivo y con el fin de poder elegir y adecuar el tipo de acero al tipo de trabajo a realizar, la industria dispone de una gran cantidad de aceros de muy diversas composiciones y aleaciones en las que intervienen diversos tipos de materiales según los elementos que lo componen y el % de carbono que entra a formar parte de su aleación; así variarán las características y propiedades, como las aplicaciones del acero obtenido. Las características y aplicaciones básicas de un acero las debe de conocer el operario con el fin de poder elegir y adecuar los materiales a los trabajos a realizar. Ante una disponibilidad tan amplia de aceros en principio puede ser complicado su selección y clasificación. Clasificación de los aceros: El Instituto del Hierro y el Acero (IHA) establece una clasificación de los aceros con letras y números en función de sus características y aplicaciones, así como de los elementos que entran a formar parte de su composición, las cuales están incluidas en las normas UNE (Una Norma Española) y de esta forma podremos conocer qué tipo de acero es del que estamos hablando o necesitamos para un determinado trabajo, así como saber pedirlo comercialmente. Los aceros se clasifican según la norma UNE 36010 por: • Series de aceros. • Grupos de aceros. • Por sus propiedades y sus aplicaciones. La serie de acero: La serie nos especifica una familia de aceros que según los componentes que entran en su aleación tienen unas propiedades y características para un determinado campo de aplicación industrial y a la cual pertenecen varios grupos de aceros. La serie de un acero se designa con un número. El grupo de acero: El grupo nos especifica las características técnicas de un acero en concreto, dándonos las propiedades técnicas de ese acero y matizando sus aplicaciones específicas. El grupo de un acero se designa con un número. Designación numérica de un acero: La clasificación numérica es la serie de números con que identificamos dicho acero y suele tener cuatro o cinco cifras según el tipo de acero, las cuales nos indican:

© ITES-PARANINFO

Grupo de Acero Serie de Aceros Nº .............

Grupo de Acero

Grupo de Acero

57

Determinación de los equipos de trabajo La 1ª cifra nos indica la serie a la que pertenece el acero. Es la cifra que le da el nombre a la aleación del acero. La 2ª cifra nos indica el grupo al que pertenece el acero, siendo el 0 el indicativo de que no hay ningún elemento predominante en la aleación. Las cifras siguientes nos indican las variaciones del acero dentro de un mismo grupo. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS (UNE 36010) SERIE Número

GRUPO

Características

Número 1

1

2

3

5

8

Aceros finos de construcción general

Aceros de usos especiales

Aceros resistentes a la oxidación y corrosión

Aceros de herramientas

Aceros para moldeo

Tipo de acero

APLICACIONES

Acero al carbono

2y3

Aleado gran resistencia

4

Aleado gran elasticidad

5y6

Aceros de cementación

Esta serie de aceros son los empleados en la construcción de obras de ingeniería.

7

Aceros de nitruración

1

Acero para mecanización

2

Acero para soldadura

Se emplea para tornillería, tuberías, obtención de perfiles.

3

Aceros magnéticos

Motores eléctricos, transformadores.

4

Aceros de dilatación térmica

Para construcción y unión de piezas sometidas a temperaturas.

5

Aceros resistentes a la fluencia

Para instalaciones químicas y materiales que tengan que resistir altas temperaturas.

1

Aceros inoxidables

Para cuchillería, elementos y herramientas sanitarias, depósitos resistentes a la corrosión, etc.

Aceros resistentes al calor

Para válvulas y elementos de motores de explosión y piezas inoxidables que alcancen temperaturas elevadas.

1

Acero al carbono para herramientas

Maquinaria industrial, maquinaria agrícola, piezas de grandes dimensiones.

2y3y4

Acero aleado para herramientas

Para piezas de maquinaria pesada y grandes dimensiones.

5

Aceros rápidos

Herramientas de corte para el trabajo de metales.

1

Aceros para moldeo

3

Aceros de baja radiación

4

Aceros para moldeo inoxidables

2y3

Piezas que tienen que ser obtenidas por fusión generalmente en moldes de arena. Esta serie de aceros se emplean para la obtención de piezas de geometrías complicadas que posteriormente pueden ser mecanizadas.

Aceros de construcción general: En términos generales se conoce con el nombre de aceros de construcción general a todos aquellos que se emplean para los trabajos ordinarios en las obras de ingeniería, tanto de construcción como para la obtención de piezas cuyas características mecánicas no sean estrictamente severas. En estos aceros al aumentar el contenido de carbono aumenta su dureza y se hacen más resistentes a los golpes y choques, pero también se hacen más frágiles al mismo tiempo que pierden soldabilidad. Con esta serie de aceros se obtienen por laminación elementos para construcciones metálicas, como puentes, grúas, torres, estructuras metálicas, etc., y piezas para maquinaria en general. Estos aceros deben de tener ciertas propiedades fundamentales, como buena resistencia a la tracción, ser tenaces y tener cierta resistencia a la fatiga y al alargamiento. Generalmente el contenido de carbono que entra en la composición de estos aceros no suelen pasar del 1%.

58

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo El azufre y el fósforo que tienen en pequeñas cantidades está considerado como impureza. En la siguiente tabla y a título informativo se exponen unos cuantos aceros de esta serie con el fin ver los elementos que entran a formar parte en su aleación, así como sus características y aplicaciones. ACEROS DE CONSTRUCCIÓN GENERAL (TEMPLE Y REVENIDO) (UNE 10083) Denominación numérica

COMPOSICIÓN en % C

S

Si

Ni

P

Mn

Cr

Mo

10504

0,47 0,55

0,045

0,40

0,40

0,040

0,60 0,90

0,40

0,10

10511

0,35 0,44

0,045

0,40

0,40

0,04

0,50 0,80

0,40

0,10

17025

0,42 0,50

0,20 0,40

0,40

-

0,035

0,50 0,80

0,40 0,60

-

-

18159

0,47 0,55

0,035

0,40

-

0,04

0,70 1,10

0,90 1,20

-

0,10 0,25

0,08

0,15 0,35

1,00

8,00 10,00

2,00

17,00 19,00

0,60

-

14570

0,04

V

Carpintería metálica, piezas del taller comunes. Es un acero de fácil soldadura. Ejes y elementos de máquina, tornillería de calidad. Se templa bien. Ejes de máquinas y piezas de bastante resistencia mecánica.

El acero 10511 puede contener Cr + Mo + Ni un 0,63% El acero 10504 puede contener Cr + Mo + Ni un 0,63%

Aceros para usos especiales: Cuando hablamos de aceros para usos especiales nos referimos a aceros cuya aleación y elementos que entran en su composición le dan ciertas propiedades necesarias que se exigen que tengan las piezas o elementos que se van a fabricar con ellos. Son aceros más enérgicos que los aceros de uso común. Esta serie de aceros pueden ser tratados térmicamente y mejorar así sus propiedades técnicas (ver tratamientos térmicos). Son empleados para la fabricación de tornillería de cierta dureza y resistencia mecánica, así como para obtener tuberías que deben soportar ciertas presiones y piezas de cierta responsabilidad mecánica. Aceros resistentes a la oxidación y corrosión: Son la serie de los llamados aceros inoxidables, es un grupo de aceros que se emplean para usos industriales, cuyas características de funcionalidad deban estar sometidas a los agentes atmosféricos, humedades, contacto con el agua, elementos corrosivos, así como depósitos para contener ácidos y ciertos elementos como productos químicos, etc., y no les deba afectar la corrosión. Este grupo de aceros ofrece una adecuada composición para que su resistencia mecánica sea la pedida en los usos industriales a los que se destina. Entran dentro del grupo de los aceros 10088 y su composición fundamental son el Cr y el Ni. Aplicaciones de los aceros inoxidables: Hoy día los aceros inoxidables se emplean en todos los campos industriales, desde los sectores de la alimentación, industrias químicas, médicas, etc. Sus aplicaciones más importantes son para la fabricación de depósitos de agua, cámaras frigoríficas industriales, material clínico e instrumentos quirúrgicos, pequeños electrodomésticos, material doméstico como cuberterías, cuchillería, etc. En la industria química se decantan por su empleo en la fabricación de depósitos y contenedores por su resistencia a la corrosión y sus propiedades mecánicas y técnicas. A continuación se expone una tabla con unos cuantos aceros inoxidables con el fin de ver a título informativo los elementos que entran a formar parte de un acero inoxidable.

© ITES-PARANINFO

59

Determinación de los equipos de trabajo ACEROS INOXIDABLES (UNE 10088) COMPOSICIÓN en %

Denominación numérica

C

S

Si

Ni

P

Mn

Cr

Mo

V

14105

0,08

0,15 0,35

1,50

-

0,04

1,50

16,00 18,00

0,20 0,60

-

14516

0,08

0,015

0,70

0,50 1,50

0,04

1,50

10,00 12,00

-

-

14520

0,025

0,015

0,50

-

0,04

0,50

16,00 18,00

-

-

14568

0,09

0,015

0,70

6,50 7,80

0,04

1,00

16,00 18,00

-

-

Piezas sometidas a corrosión a altas temperaturas.

14570

0,08

0,15 0,35

1,00

8,00 10,00

0,04

2,00

17,00 19,00

0,60

-

Ejes y bombas, instrumentación médica.

Elementos de máquinas, turbinas, válvulas, tuberías, bombas, etc. Piezas de máquinas, cuchillería y cuberterías.

Aceros para herramientas: Es un grupo de aceros que se emplea fundamentalmente para la fabricación de útiles y herramientas las cuales van a trabajar los materiales del taller por corte. Es un acero al carbono que según las características particulares del acero puede templar en aceite, agua o aire. Merecen mención especial los aceros dedicados a herramientas, puesto que los vamos a emplear en el mecanizado de piezas, y son los que insertamos en las máquinas como herramientas de corte, por lo que vemos una tabla de clasificación de este tipo de aceros. ACEROS PARA HERRAMIENTAS Tipo

Características

Al carbono

Son los aceros que no contienen otro elemento nada más que hierro y carbono; se emplean para herramientas que se pueden afilar y forjar, dándoles forma, para luego templarlas. No sirven para trabajar materiales duros, pues las velocidades de corte que soportan son pequeñas, pero tienen la ventaja de que con herramientas de forma pueden trabajar metales blandos, como los aluminios, cobres, latones, etc.

Rápidos

Son los aceros que contienen otros metales, como el Co y el W, que les dan propiedades especiales, son más caros que los aceros al carbono; este tipo de aceros soportan velocidades de corte y avance bastante altas, trabajan materiales más duros que los aceros al carbono, y pueden llegar a soportar unos 500 a 600 ºC sin destemplarse (no pierden su poder de corte). Son muy empleados en las máquinas de tornos y máquinas automáticas para el mecanizado de pequeñas series.

Aleados

Son los aceros empleados para herramientas de corte por golpe, como troqueles, que necesitan mucha tenacidad (resistencia al golpe) y dureza para que puedan cortar los materiales.

Especiales

Estos aceros considerados como especiales son los que forman los conglomerados metálicos, son enormemente duros pero son poco tenaces (frágiles), pues parten por choque con la pieza a mecanizar. Se emplean en forma de plaquitas de corte intercambiables, no son afilables, aguantan altas temperaturas de corte.

Aceros al carbono para herramientas: Son los aceros que no contienen otro elemento nada más que hierro y carbono; se emplean para herramientas de corte que se pueden forjar dándoles forma, afilándolas después de darles la forma adecuada para luego templarlas. No sirven para trabajar materiales duros, pues las velocidades de corte que soportan son pequeñas, pero tienen la ventaja de que con herramientas de forma pueden trabajar metales blandos, como los aluminios, cobres, latones, etc.

60

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Hoy día en el mecanizado de piezas se exigen cada vez velocidades de corte más grandes y tiempos de mecanizado más cortos, por lo tanto el empleo de este tipo de herramientas está limitado a materiales blandos. Aceros rápidos para herramientas: Se denominan aceros rápidos aquellos aceros aleados que además de la composición de Fe y C, contienen otros elementos que mejoran sus propiedades, generalmente las de corte, y se alean según necesidades técnicas. Estos aceros tienen la ventaja de que pueden trabajar cortando material a unas velocidades de corte bastante altas y aguantan temperaturas de hasta 500 ºC sin destemplarse, con lo cual son aceros que tienen una gran aplicación en la fabricación de herramientas de corte. Pueden entrar varios elementos en la aleación de estos aceros dándoles las propiedades requeridas para los distintos tipos de herramientas; los elementos que entran a formar parte en su composición son: • Cromo (Cr), que aumenta la resistencia a la oxidación del acero (herramienta) y aumenta la temperatura de corte. • Tungsteno (Tg), aumenta la dureza del acero y la resistencia al desgaste. • Molibdeno (Mo), le da al acero unas propiedades parecidas a las del tungsteno, pero más enérgicas. • Vanadio (V), aumenta la resistencia al desgaste y por lo tanto aumenta la duración del filo de la herramienta. • Cobalto (Co), este elemento se combina muy bien con el carbono, empleándose para los aceros de alto rendimiento. Los tratamientos térmicos que se les da a estos tipos de aceros son muy enérgicos y requieren un estudio aparte. Hay una gran diversidad de ellos y templan alrededor de los 1.200 ºC. Aceros rápidos al cobalto: Son aceros cuya cantidad de cobalto que entra a formar parte en su composición está comprendida entre un 5 y un 14%. Estos aceros son un poco especiales y se les conoce con el nombre de aceros al cobalto. Sus propiedades fundamentales son que soportan bien el calor y la erosión del corte; se pueden afilar con cierta comodidad dándole la forma y los ángulos requeridos a la herramienta que se necesita. Aceros aleados para herramientas: Son los aceros empleados para herramientas de corte por golpe, como son los punzones de troqueles, que necesitan mucha tenacidad (resistencia al golpe) y dureza para que puedan cortar los materiales mediante golpe sin romperse. ACEROS ALEADOS PARA HERRAMIENTAS (UNE 36018) Denominación numérica

COMPOSICIÓN en % C

S

Si

Ni

P

Mn

Cr

Mo

V

W

124XX

1,10 1,20

0,020

0,10 0,30

-

0,025

0,20 0,40

-

-

-

0,90 1,10

128XX

0,55 0,62

0,020

1,70 2,20

-

0,025

0,70 1,00

0,20 0,35

0,30 0,50

0,10 0,30

-

127XX

0,40 0,50

0,020

0,10 0,40

3,80 4,30

0,025

0,15 0,45

1,20 1,50

0,15 0,35

0,05 0,15

-

126XX

0,55 0,65

0,020

0,80 1,10

-

0,025

0,15 0,45

0,90 1,20

-

0,10 0,30

1,60 2,30

Aplicaciones

Útiles de corte, trabajos en frío, matrices, etc. Herramientas de máquinas. Herramientas de corte para materiales duros.

Aceros especiales para herramientas: Estos aceros considerados como especiales son los que forman los conglomerados metálicos; son enormemente duros pero son poco tenaces (frágiles), pues parten por choque con la pieza a mecanizar. Se emplean en forma de plaquitas de corte intercambiables, no son afilables, aguantan altas temperaturas de corte.

© ITES-PARANINFO

61

Determinación de los equipos de trabajo Aceros elásticos: En este grupo de aceros entran todos aquellos dedicados a la fabricación de muelles, resortes, ballestas y todos los elementos que deben de tener elasticidad, pues deben de tener una deformación al aplicarles una fuerza y una vez que cesa dicha fuerza deben de recuperar su estado original. Los más significativos son: ACEROS DE GRAN ELASTICIDAD (UNE 36015) Denominación numérica

COMPOSICIÓN en % C

S

Si

Ni

P

Mn

Cr

Mo

V

F 1410

0,72 0,85

0,035

0,15 0,40

-

0,035

-

-

-

-

F 1430

0,48 0,55

0,035

0,15 0,40

-

0,035

-

0,90 1,20

-

0,10 0,20

F 1431

0,52 0,59

0,035

0,15 0,40

-

0,035

-

0,60 0,90

-

-

F 1441

0,57 0,64

0,035

1,50 2,00

-

0,035

-

-

-

-

F 1442

0,57 0,64

0,035

1,70 2,20

-

0,035

-

0,25 0,40

-

-

F 1460

0,48 0,56

0,035

0,15 0,40

-

0,035

0,15 0,25

-

0,15 0,25

0,07 0,12

Aplicaciones

Para muelles, ballestas, cuerdas de piano, válvulas y piezas de automóvil que deban de tener cierta elasticidad.

Fundiciones: Son aleaciones de hiero y carbono, cuyo contenido de carbono está entre el 2 y el 6%; tienen propiedades particulares, y se emplean para grandes piezas, como bancadas de máquinas, soportes de elementos mecánicos, bloques de motores de coches, etc. También se emplean estos materiales para la obtención de piezas pequeñas que salen directamente de fundición y luego mediante un pequeño mecanizado se obtiene la pieza final, como bombas de agua, cajas de engranajes, etc. Hay varios tipos de fundiciones, según el contenido de carbono y sus aplicaciones, las más empleadas son: FUNDICIONES TIPO

CARACTERÍSTICAS • Su color de rotura es blanco

FUNDICIÓN BLANCA

• El carbono de su aleación está disuelto • Es más dura que la fundición gris • Se mecaniza mal, es dura

APLICACIONES • Se emplea para la obtención de piezas de 2ª fusión • También se emplea para obtener aceros

• Su color de rotura es gris • Es muy mecanizable • Tiene baja temperatura de fusión FUNDICIÓN GRIS

• Se emplea para bancadas de máquinas

• Es soldable

• Obtención de piezas de motores como los bloques.

• El carbono está en forma de láminas

• Para cerrajería artística

• Es la más empleada de todas

• También se emplea para la obtención de acero

• Cuando se mecaniza da polvo • Es muy dúctil y maleable FUNDICIÓN MALEABLE

• Una vez solidificadas las piezas se les da un tratamiento térmico • Es una de las más baratas de obtener

• Tiene una gran aplicación en la obtención de pequeñas piezas por moldeo • Objetos decorativos

• Es muy fusible

62

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Las fundiciones grises son las más empleadas por su facilidad de manejo y su fácil maquinabilidad, pues son bastante mecanizables dentro de unos límites; admiten el taladrado, roscado, se cortan bien con herramientas de poco ángulo de corte y la viruta que dan es polvo, no sacan viruta continua como el acero.

2.5 Tratamientos térmicos Se conoce con el nombre de tratamientos térmicos, a unos tratamientos que se les aplica generalmente a los aceros con el fin de mejorar sus propiedades técnicas. La diferencia de los aceros está en su composición, aleación y tipo de tratamiento que se le da, así como de los efectos que queremos conseguir en dicho acero. Aun siendo de la misma composición podemos variar sus propiedades mediante los tratamientos térmicos. Estos tratamientos lo que hacen es modificar la estructura de los granos que forman los aceros, y al modificar dichas estructuras lo que obtenemos son: • Aceros más duros y tenaces. • Facilidad de mecanizado en los materiales. • Obtener más resistencia al desgaste. Según los casos, el material o el trabajo que vaya a realizar la pieza que tratamos emplearemos un tipo de tratamiento u otro según nos interese. El tipo de tratamiento a dar a una pieza nos lo define el material del que está fabricada dicha pieza y las exigencias de trabajo para la cual se fabrica. Para ello debemos de conocer lo que es la estructura de un acero. Estructura de un acero: Estructura es la distribución en que se encuentran los componentes que forman el acero. Si cogemos una barra de acero, la rompemos y la observamos con un microscopio metalográfico, veremos que está formado por unos granos cuya estructura es cristalina, y que el orden, la forma y el tamaño obedece a los distintos tipos de materiales (aceros). A esos granos les llamamos redes cristalinas o estructura cristalina de un determinado material. Si cortamos un trozo de acero, lo pulimos y lo observamos al microscopio, lo que veremos son unos granos iguales a los de la figura. Ya hemos comentado que un acero es una aleación de hierro y carbono, y que éste está disuelto en el hierro, formando así los cristales de la aleación del acero. Si calentamos ese barra de material a una temperatura determinada y a continuación la enfriamos más o menos rápidamente, veremos que los tamaños de los granos y sus características se modifican. A estas modificaciones previstas y calculadas de antemano le llamamos tratamientos térmicos. Figura 2.5.1. Diagrama hierro – carbono: El diagrama hierro-carbono estudia la composición y formación de los aceros de forma que en la composición de los aceros entran a formarlos una serie de elementos que se llaman constituyentes. Estos elementos juegan un factor importante en los aceros y en los tratamientos térmicos que éstos reciben, pues sufren transformaciones, siendo capaces de modificarles y darles a los aceros propiedades particulares. Estas transformaciones están en función del contenido de carbono que tenga el acero y de la temperatura a la que se le someta. En el gráfico (figura 2.5.2) mostrado a título informativo y de forma general, se exponen las formaciones de los distintos componentes, los cuales más abajo se definen. Constituyentes de los aceros: Un acero, aun siendo de la misma composición y teniendo la misma proporción de carbono, no siempre tiene los mismos constituyentes, pues éstos varían según la temperatura de calentamiento y enfriamiento (puntos críticos de calentamiento y enfriamiento), pues según va variando la temperatura, y la

© ITES-PARANINFO

Figura 2.5.1. Estructura del acero. ºC 1.500 ºC

1.100 ºC

FERRITA

ESTADO LÍQUIDO

AUSTENITA AUSTENITA CEMENTITA LEDEBURITA

AUSTENITA Y FERRITA 700 ºC

FERRITA Y PERLITA PERLITA Y CEMENTITA 500 ºC

ACERO 0,5

FUNDICIÓN 1

2

3

4 % Carbono

Figura 2.5.2. Diagrama hierro-carbono.

63

Determinación de los equipos de trabajo velocidad de enfriamiento, aparecen y desaparecen nuevos constituyentes, los cuales le dan ciertas propiedades y características; si estos constituyentes los miramos al microscopio se puede apreciar que forman los granos y estructura de forma distinta. Se conoce con el nombre de constituyentes de los aceros a los tamaños de granos que entran en su composición, los más importantes se describen a continuación. Cementita: Es un carburo de hierro (C Fe3) cuyo contenido de carbono está entre el 6,67% y 93,33% de hierro. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros.

Figura 2.5.3. Ferrita.

Ferrita: Es el hierro casi puro (Fe) y puede contener otros elementos como impurezas, el fósforo y el azufre; es el más blando de todos los constituyentes. Es muy tenaz. En el dibujo podemos ver la estructura que presenta un acero conteniendo perlita, visto al microscopio metalográfico. Figura 2.5.3. Perlita: Es un constituyente que está formado por mezcla de hierro y carburos de hierro (cementita con un 13,5% y perlita con un 86%). Contiene un 0,9% de carbono y es el más resistente al desgaste. Figura 2.5.4.

Ferrita

Perlita Acero de 0,2% C

Figura 2.5.4. Perlita.

Cuando la formación es de ferrita y perlita, veríamos este tipo de estructura en un acero visto al microscopio; obsérvese que el carbono que contiene no pasa del 2%. Austenita: Es un constituyente que está en todos los aceros, pues su cantidad de carbono puede variar del 0,5% al 1,65%; dada esta circunstancia es un componente que se encuentra de forma variable, aunque todos los aceros tienen austenita en mayor o menor medida. Se obtiene generalmente enfriando rápidamente, es resistente al desgaste. Martensita: Es el constituyente típico de los aceros templados, se obtiene por enfriamiento rápido de los aceros cuando están calientes; su contenido de carbono es del 1%. Es una solución de ferrita y cementita. Después de la cementita está valorado como el constituyente más duro que entra en la composición de los aceros. Temple: El temple es uno de los principales tratamientos térmicos y lo que hace es disminuir y afinar el tamaño del grano de la aleación del acero, aumentando la dureza de las piezas del taller. Se basa en calentar una pieza a una temperatura entre 600 ºC y 800 ºC y luego enfriarla rápidamente, controlando el tiempo de calentamiento y de enfriamiento. Debemos de tener en cuenta que al aumentar la dureza disminuye la resiliencia, es decir la rotura por choque, las piezas se hacen más frágiles, pero también aumenta la resistencia al desgaste; este dato es muy interesante para piezas que deban de estar sometidas a grandes rozamientos o esfuerzos de desgaste. El templado de piezas es muy empleado en la matricería de corte. En el templado de las piezas debemos de tener en cuenta varios factores, como: FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TEMPLE La composición del acero a templar, su % de C La temperatura de calentamiento y el tiempo de calentamiento Las velocidades de enfriamiento y los líquidos a temple donde se enfría la pieza

Calentamiento: Calentar un acero para darle un tratamiento de temple no es cosa fácil, pues requiere un tiempo adecuado y deberá dejarse que el calor caliente toda la pieza, es decir que el corazón de la pieza tenga la misma temperatura que la superficie. Generalmente hay una fase de precalentamiento y luego una fase de calentamiento; cuando la pieza a templar requiere cierta importancia, se suelen emplear hornos de calentamiento, los cuales controlan el tiempo y la temperatura, pues van equipados con aparatos de relojería y pirometría. Enfriamiento: Una vez que la pieza la tenemos caliente a la temperatura calculada, se enfría hasta llegar a temperatura ambiente. Pero esto tiene también sus particularidades, puesto que de la velocidad de enfriamiento depende el tamaño de grano final que va a tener dicha pieza y su dureza adquirida.

64

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Si el enfriamiento es más rápido de lo establecido, los tamaños de los granos se hacen demasiado grandes, haciéndose la pieza templada muy frágil y quebradiza, al extremo de no poderla emplear para lo que ha sido diseñada. Si el enfriamiento es demasiado lento, los granos del material se quedan como están antes del calentamiento, no sirviendo el temple para nada, pues el material no adquiere las propiedades de dureza previstas en el tratamiento. Líquidos para templar: Como hemos expuesto anteriormente vemos que la parte de enfriar la pieza de forma adecuada es la parte fundamental de este tratamiento. Podemos enfriar las piezas en agua, es un líquido barato y además enérgico, pero presenta problemas de dar demasiada dureza por rapidez de enfriamiento, oxidación del acero, afinidad con el oxígeno, etc. También podemos emplear líquidos que ralenticen el enfriamiento, pero entonces tendremos el efecto contrario. Por ello y dada la importancia que tiene el poder enfriar una pieza a la velocidad adecuada, tenemos líquidos especiales a tal efecto, y según la necesidad de dar un grado de temple, así tendremos la composición del líquido adecuado a la velocidad de enfriamiento. Los fluidos más comunes son: LÍQUIDOS PARA TEMPLAR REFRIGERANTE

MATERIAL A TEMPLAR

Agua acidulada

Aceros al carbono

Aceites de colza

Aceros al carbono (herramientas)

Sales fundidas

Aceros rápidos

Aire caliente

Engranajes y levas

Enfriamiento por inmersión: Es uno de los sistemas más empleado en los talleres y empresas pequeñas. Consiste en un depósito el cual contiene el baño de inmersión con la composición adecuada, en el cual se va a meter la pieza una vez calentada. La pieza deberá de bañarse de forma que entre siempre en vertical, moviéndose en el baño de forma que no se caliente solo el líquido que hace contacto con la pieza, sino con todo el baño, adquiriendo éste una temperatura uniforme en toda la masa líquida. En el caso de que el baño sea un aceite, éste deberá de tener el punto de inflamación lo suficientemente alto para que no arda. La cesta donde se metan las piezas a templar debe de estar taladrada con el fin de que el líquido de temple moje las piezas lo más rápidamente posible y lo más uniforme (ver figura 2.5.5). Características generales del temple: • • • • • • •

Es el tratamiento más importante. Aumentará la dureza de toda la pieza de acero. Hace al acero más frágil. La temperatura de calentamiento está entre los 900 ºC y los 1.200 ºC. El enfriamiento es rápido. Si el temple es muy enérgico la pieza se agrieta. Los medios de enfriamiento son agua, aceite y sales.

Figura 2.5.5. Cesta para templar.

Horno de temple: Los hornos para calentar las piezas del taller y poderlas templar, revenir, etc., son cajas metálicas que en su interior llevan una pared de ladrillos de arcilla refractaria de un espesor considerado para evitar pérdidas de calor. Los más comunes tienen una resistencia eléctrica alrededor del horno, la cual alcanza la temperatura de temple que necesitamos. Llevan un reloj programable para poder determinar el tiempo de calentamiento y de enfriamiento que necesitamos emplear en el tratamiento térmico propuesto.

© ITES-PARANINFO

65

Determinación de los equipos de trabajo Pirómetro

Reloj Resistencia eléctrica

L. refractario

Pieza a calentar

Figura 2.5.6. Horno de temple.

Dispone de un pirómetro que nos da la temperatura alcanzada por el horno. Figura 2.5.6. Revenido: El revenido es un tratamiento que tiene como finalidad reducir las tensiones internas de los aceros después de un tratamiento enérgico, como es el temple; reduce las grietas que se puedan generar en el temple o al mecanizar la pieza por golpes, pues reduce su fragilidad. Generalmente es un tratamiento que se les da a los aceros después del temple y consiste en calentar el material a una temperatura relativamente baja y dejarlo enfriar muy lentamente. Es el caso de las piezas que templadas en el taller, para reducir su fragilidad y mecanizarlas mejor, las calentamos a unos 250 ºC y luego las dejamos enfriar muy lentamente entre cenizas. Características generales del revenido: • • • •

Es un tratamiento que se da después del temple. Se da este tratamiento para ablandar el acero. Elimina las tensiones internas. La temperatura de calentamiento está entre los 300 ºC, para los aceros al carbono, y los 500 ºC, para los aceros rápidos. • El enfriamiento puede ser al aire o en aceite. • Se suele aplicar a las herramientas. Recocido: El recocido es un tratamiento térmico que tiene como finalidad ablandar los materiales después de un proceso de elaboración generalmente en frío. Con el recocido los materiales se hacen más blandos, perdiendo la dureza y haciéndose más resistentes a la rotura por choque, por lo tanto se pueden moldear mejor, se hacen más maquinables. El sistema es calentar la pieza a temperaturas relativamente bajas, alrededor de los 400 ºC según materiales, y enfriarlos lentamente, con el fin de que el grano que forma su estructura se ablande y elimine sus tensiones internas. Características generales del recocido: • • • • •

Se emplea para ablandar los aceros. Se obtienen aceros muy mecanizables. Evita la acritud. La temperatura de calentamiento está entre 600 y 700 ºC. El enfriamiento es lento.

Normalizado: Tiene por objeto darle al acero un tratamiento con el fin de que las características del acero queden consideradas como normales. Es un tratamiento que se suele dar al acero después del temple. Es muy parecido al recocido, y se basa en calentar el acero a temperaturas bajas y dejarlo enfriar a temperatura ambiente. Características generales del normalizado: • • • • • •

Se da al acero para afinar su estructura. Elimina las tensiones internas. Generalmente se aplica a las piezas que han sido forjadas o laminadas. La temperatura de calentamiento está alrededor de los 500 ºC. El enfriamiento suele hacerse al aire. Sólo se aplica a los aceros al carbono.

Cementación: La cementación es un tratamiento dado a los aceros cuyo contenido de carbono no sobrepase el 0,2%, generalmente sólo se aplica a los aceros al carbono, y tiene por objeto endurecer la superficie del acero, permaneciendo el centro de la pieza con su estructura original.

66

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Este tratamiento se emplea para piezas que deban de soportar esfuerzos de rozamiento en sus superficies, aumentando así la resistencia al desgaste, y además como el interior de la pieza mantiene su estructura también soporta los golpes mejor. Se realiza calentando la pieza a la temperatura adecuada, generalmente a unos 800 ºC, y añadiendo sustancias cementantes que aportan carbono, las cuales se disuelven formando una capa en su superficie que al enfriar la pieza se cristalizan dándole dureza. Los productos cementantes pueden ser líquidos, sólidos y gaseosos; emplearemos el producto cementante adecuado en función del espesor que necesitemos dar a la superficie de la pieza a tratar y del trabajo que vaya a realizar después. Generalmente todos los productos cementantes son altamente tóxicos, debiendo extremar las precauciones en la práctica de este tratamiento. Después de la cementación se suele dar un tratamiento de temple. Características generales de la cementación: • • • • • •

Endurece la superficie. No le afecta al corazón de la pieza. Aumenta el carbono de la superficie. Su temperatura de calentamiento es alrededor de los 900 ºC. Se rocía la superficie con polvos de cementar (productos cementantes). El enfriamiento es rápido.

Nitruración: La nitruración es un tratamiento basado en endurecer la superficie del acero a tratar a niveles muy altos. Su fundamento es calentar la pieza alrededor de 500 ºC y cuando alcanza la temperatura se trata con una corriente de amoniaco, la cual reacciona en su superficie consiguiéndose así durezas muy elevadas. Este tipo de tratamiento requiere un estudio especial, pues hay que realizarlo en hornos especiales. Características generales: • • • • •

Endurece la superficie de la pieza. Aumenta el volumen de la pieza. Se emplean vapores de amoniaco. Las piezas a tratar pueden están sometidas a vapor entre 50 y 90 horas. Las piezas no requieren ningún otro tratamiento.

Cianuración: Es un tratamiento térmico que tiene por objeto endurecer la superficie de un acero mediante corrientes de nitrógeno, es muy práctico y se consiguen durezas superficiales muy buenas, aunque poco profundas, pues el tratamiento no tiene mucha penetración. La temperatura de calentamiento está entre los 800 ºC y los 900 ºC, y el baño suele ser a base de cianuros (elementos muy venenosos). Este tratamiento se da a los aceros que de alguna forma deban de tener el corazón blando (centro de la pieza) y la superficie muy dura. Características generales de la cianuración: • Es una variante de la cementación. • En su tratamiento se emplean sustancias sumamente tóxicas. • Es menos enérgico que la cementación.

2.5.1 Las temperaturas de los tratamientos térmicos Dada la importancia que tiene en un tratamiento térmico la temperatura y sus velocidades de calentamiento y de enfriamiento, debemos de tener muy claro estos conceptos, pues el éxito en un tratamiento térmico está en el control de las temperaturas.

© ITES-PARANINFO

67

Determinación de los equipos de trabajo Forma de medir las temperaturas: Cuando trabajamos con temperaturas bajas, (hasta 200 ºC) éstas las medimos con los termómetros conocidos por todos, pero cuando se trata de medir temperaturas altas, como es el caso del tratamiento de los aceros, los termómetros se nos quedan pequeños en su escala, y tenemos que emplear otros aparatos de medida cuya capacidad de control de temperaturas sea mayor, a estos aparatos les llamamos PIRÓMETROS. Estos aparatos son capaces de medir temperaturas que van generalmente desde los 200 ºC hasta los 3.500 ºC (los convencionales del taller). Hay diversos modelos en la industria, pero los más comunes están basados en la dilatación de metales (llamados termopares) o en la captación de energía radiante que emite la pieza calentada (llamados ópticos). Los pirómetros termopares se fundamentan en dos metales soldados de distinto coeficiente de dilatación, que al ser calentados, un equipo eléctrico establece sus diferencias de potencial y las lleva a una escala graduada en grados centígrados, la cual nos indica la temperatura alcanzada. Los pirómetros ópticos se basan en la intensidad luminosa que emite el foco de calor y por comparación lo lleva a una escala, la cual nos indica la temperatura alcanzada. Estos equipos van incorporados en los hornos o muflas de temple, para el tratamiento de los aceros. Velocidad de enfriamiento: Es el calor que pierde una pieza calentada a la temperatura de tratamiento térmico (Tc), hasta que llega a alcanzar la temperatura ambiente (Tf), medida en ºC / minuto. Dada la importancia que tiene el enfriamiento de las piezas después de los tratamientos térmicos es necesario calcular su tiempo de enfriamiento, pues debemos de tener en cuenta que un enfriamiento muy rápido o inadecuado, puede fisurar la pieza o dejarla demasiado dura, lo cual haría que pierda tenacidad, y esto lo hacemos mediante: Tc – Tf Ve = ---------------------t

Siendo: Ve = Velocidad de enfriamiento Tc = Temperatura de calentamiento Tf = Temperatura final t = Tiempo en segundos Mezcla de masas líquidas: En los tratamientos térmicos como hemos visto se pueden mezclar diversos líquidos para el enfriamiento de las piezas, líquidos que cada uno le aporta propiedades durante el enfriamiento, y conseguir velocidades de enfriamiento adecuadas a las características del temple que queremos proporcionar, así como también debemos de saber cómo se cede calor de un cuerpo a otro y cómo se alcanzan las temperaturas de equilibrio. Las fórmulas abajo indicadas nos ayudan a calcular este tipo de baños de enfriamiento a través de los calores específicos de las masas líquidas. 1º Cuando mezclamos dos masas líquidas o cuerpos de igual calor específico a distintas temperaturas, se ceden calor el uno al otro, y la temperatura de equilibrio la obtenemos mediante: (M × t) + (M’ × t’) Te = -------------------------------------------M + M’

68

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Siendo: Te M M’ t t’

= Temperatura de equilibrio = Masa del 1º cuerpo = Masa del 2º cuerpo = Temperatura del 1º cuerpo = Temperatura del 2º cuerpo

Problema ¨ Tenemos 5 litros de aceite de temple a 300 ºC y necesitamos rebajar su temperatura a 220 ºC. ¿Qué cantidad de aceite necesitamos aportar a temperatura ambiente (20 ºC) para conseguir dicha temperatura? Siendo M el aceite a aportar la despejamos de la fórmula general. Te (M + M’) = (M × t) + (M’ × t’) TeM + TeM’ = Mt + M’t’ TeM – Mt = M’t’ – TeM’ 220M – 20M = (5 × 300) – (220 × 5) 200M = 400 M = 400 / 200 = 2 litros sería la cantidad a añadir de aceite.

2º Cuando mezclamos dos masas de distinto calor específico entonces la fórmula que debemos emplear para calcular la temperatura de equilibrio será: (c × M × t) + (c’ × M’ × t’) Te = ------------------------------------------------------------(c × M) + (c’ × M’)

Siendo: c = Calor específico del primer cuerpo c’ = Calor específico del segundo cuerpo

2.6 Materiales no férricos Llamamos materiales no férricos a aquellos materiales que bien los encontramos de forma simple, o aleados con otros metales sin que entre a formar parte en su aleación el hierro. Muchos elementos no férricos son de mucha importancia en las industrias siderometalúrgicas, pues ésta los emplea de forma muy variada, generalmente aleados entre sí, con el fin de obtener materiales de unas características determinadas (según necesidades industriales), satisfaciendo técnicamente las características de los artículos o productos que dicha industria necesita. Los más importantes son: Aluminio: El aluminio es un material de color grisáceo, buen conductor del calor y de la electricidad, es muy abundante en la naturaleza; sus características más interesantes para los talleres siderometalúrgicos son: símbolo químico: Al. Punto de fusión: 660 ºC. Peso específico: 2,7. El mineral del que se obtiene es la bauxita. Las aplicaciones más importantes son en carpintería metálica por su resistencia a la corrosión, su belleza, su fácil manejabilidad, pues es dúctil y maleable, por lo que se trabaja con relativa facilidad. Es muy mecanizable y soldable. También se utiliza en aleaciones con el hierro para obtener los duroaluminios, empleados en construcciones aeronáuticas y en piezas de fácil mecanización y que deban de ser ligeras en peso.

© ITES-PARANINFO

69

Determinación de los equipos de trabajo Azufre: Es sólido, de color amarillo, mal conductor del calor y de la electricidad. Su símbolo químico es S. Su densidad es 2,03, y su punto de fusión está en los 114 ºC. En los aceros está considerado como impureza, y por lo tanto debe de estar en su composición por debajo del 0,05%. Aunque en algunos aceros aumenta su maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son muy poco soldables (presentan problemas de fisuras). Cinc: El cinc es un elemento que pertenece al segundo grupo del sistema periódico, su símbolo químico es Zn. Su punto de fusión es de 419 ºC y su peso específico es de 7,14, su resistencia a la tracción es de 13-16 kg/mm², es de color blanco azulado, y su mineral más importante es la blenda. Es un metal que en contacto con el aire forma una película en su superficie de carbonato básico que protege el interior del material, particularidad que se aprovecha para revestir otros metales de fácil oxidación. Es dúctil y maleable, obteniéndose láminas finas en la industria. Se emplea en aleaciones con otros metales, como con el cobre, para obtener los latones (aleaciones de gran interés en los talleres del metal). A 150 ºC se hace dúctil y maleable, pudiéndose trabajar con facilidad. Cobalto: Es un metal que se obtiene de la esmaltina o cobaltina, es blanco brillante y entra a formar parte en las aleaciones de los aceros rápidos (aceros de corte) y aceros inoxidables (para usos industriales como cámaras frigoríficas, cuberterías, material clínico, etc.). Sus características más importantes son su punto de fusión a los 1.495 ºC, su densidad es de 8,7 y su símbolo químico es Co. En las aleaciones de aceros de corte con contenido alto de cobalto, aumenta la durabilidad del corte. Cobre: El cobre es un metal de color es rojizo, es muy buen conductor de la electricidad y del calor, se obtiene por electrólisis, se oxida formando una capa llamada cardenillo (muy tóxica), tiene muchas aplicaciones industriales, aunque casi nunca se emplea puro, se suele emplear aleado con otros metales que le dan resistencia y tenacidad, así como dureza. Sus características más importantes son: Símbolo químico Cu. Temperatura de fusión 1.085 ºC. Peso específico 8,9; tiene una resistencia a la tracción de 20-25 kg/mm². El mineral del que se obtiene es la calcopirita. Aleado con el estaño forma los bronces, materiales de mucha aplicación industrial, pues los bronces son materiales de fácil mecanización, y muy empleados para casquillos, cojinetes y piezas que deban resistir rozamientos importantes, son muy resistentes al desgaste. Aleado con el cinc forma los latones, aleaciones que también tienen muchas aplicaciones industriales. Los latones son materiales agrios pero de fácil mecanización, muy empleados para piezas que tengan que estar sometidas a rozamientos. Cromo: Es un metal blanco muy brillante cuyo símbolo químico es Cr. Su punto de fusión está en los 1.600 ºC y su densidad es 7. Forma parte en las aleaciones de los aceros inoxidables y en los aceros duros. Una de las aplicaciones que tiene es proteger de la oxidación y darle belleza a otros materiales, dándoles un baño de cromo en su superficie (cromado). También entra a formar parte en las aleaciones de resistencias eléctricas. Estaño: Su color es blanco grisáceo, su símbolo químico es Sn, y su temperatura de fusión es a los 232 ºC. Su peso específico es 7,28. Tiene una resistencia a la tracción de unos 8 kg/mm². Es muy resistente a los agentes atmosféricos, resistiendo con facilidad la oxidación, propiedad que se aprovecha para la obtención de láminas para envolver alimentos. El mineral del cual se extrae es la casiterita. Es un elemento muy empleado en soldaduras blandas, por su baja temperatura de fusión. También interviene en numerosas aleaciones con otros metales, una de las más empleadas es aleado con el cobre con el cual forma los bronces, muy utilizados para la fabricación de numerosas piezas mecánicas, como cojinetes, casquillos, etc.

70

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo También se emplea para revestir metales que se oxiden con los agentes atmosféricos, como el acero. Forma parte en las aleaciones de los metales antifricción. Fósforo: Es un elemento sólido insoluble en agua, de color blanco, su símbolo químico es P, su punto de fusión son 44 ºC y su densidad 1,44. En las aleaciones de los aceros está considerado como impureza. Los aceros con alto contenido en fósforo son poco soldables. Molibdeno: Es un metal de color blanco brillante y de un punto de fusión alto, 2.300 ºC, particularidad que se aprovecha para que entre a formar parte en la aleación de los aceros rápidos, aumentando su dureza y elevando el poder de corte con la temperatura. Su símbolo químico es Mo y su densidad 10,25. Su principal aplicación es en la formación y aleaciones de aceros especiales, aumentando la dureza y la tenacidad. Níquel: El níquel es un elemento químico de símbolo Ni, de color blanco brillante, cuyo punto de fusión está en los 1.455 ºC. Su peso específico es de 8,8. Su resistencia a la tracción está alrededor de los 50 kg/mm². Es dúctil, maleable y ferromagnético; una de las propiedades más importantes es que resiste los agentes atmosféricos. Es muy empleado en las aleaciones con otros metales para formar los aceros inoxidables; se emplea en todo tipo de industrias, desde laboratorios químicos, instrumentación médica, hasta en las industrias siderometalúrgicas para la construcción de depósitos que tengan que contener elementos corrosivos, decoración de paredes, etc. También se emplea en baños galvánicos para obtener piezas niqueladas, evitando así la oxidación de las piezas. Plomo: Es un elemento de color gris azulado mate, su símbolo químico es Pb, su punto de fusión está en 327 ºC. Es uno de los materiales que más pesa, pues su peso específico es de 11,34. Sus vapores son muy tóxicos. El mineral más importante para su obtención es la galena. Es mal conductor del calor y la electricidad, sin embargo es poco dúctil y muy maleable, tiene la propiedad de oxidarse superficialmente pero la capa de oxidación superficial hace que no penetre en el interior del material, propiedad que se empleaba para la instalación de cañerías de conducción de agua. Es muy empleado en aleaciones con otros materiales para darles tenacidad, también se emplea en soldaduras blandas. En la preparación de pinturas antioxidantes, en las aleaciones de los materiales antifricción, etc. Silicio: No se encuentra libre en la naturaleza, pero se obtiene a través de las arenas y cuarzos. Su símbolo químico es Si, su densidad 2,3, y su temperatura de fusión está en los 1.475 ºC. Entra a formar parte de los aceros aleados especialmente en la formación de los aceros elásticos (muelles y resortes). Las empresas siderometalúrgicas lo emplean para la fabricación de muelas de esmeril, lijas, etc. Vanadio: El vanadio es un metal blando y dúctil que entra en la composición de los aceros rápidos y los llamados de metal duro, pues forma carburos. En los aceros que lo contienen aumenta la dureza de su superficie en el temple. Su símbolo químico es V. Wolframio: No se encuentra libre, se obtiene del mineral llamado wolframita, es duro y de un elevado punto de fusión, 3.400 ºC. Fundamentalmente se emplea en las aleaciones de los aceros duros, y en la fabricación de aceros especiales; también entra a formar los llamados carburos metálicos. Su símbolo químico es W y su densidad 19,2. Cuadro comparativo de las características de los materiales del taller: Con el fin de tener una visión general y comparativa de las características técnicas más significativas de los materiales que más empleamos en el taller tenemos el cuadro siguiente:

© ITES-PARANINFO

71

Determinación de los equipos de trabajo CARACTERÍSTICAS COMPARATIVAS DE LOS MATERIALES DEL TALLER ELEMENTO Acero Aluminio Bronce

Símbolo químico

Punto de fusión ºC

Dureza Brinell

Fe+C+....

1.500

200

50

Fabricación de piezas

Al

658

35

16

Carpintería metálica

150

70

Cojinetes

48

Revestimientos de piezas

150

25

Aleaciones de aceros

25

Conductor eléctrico

Cu+Sn

920

Cinc

Zn

420

Cobalto

Co

1.495

Cobre

Cu

1.080

75

Cromo

Cr

1.800

1.000

Estaño

Sn

232

18

Fundición

Fe+C

1.300

200

Hierro

Fe

1.535

60

Latón

Cu+Zn

900

100

Resistencia Tra. kg/mm²

Aplicaciones más comunes

Aleaciones inoxidables 2,5

Soldaduras blandas Piezas de moldeo

25 Piezas de decoración y cojinetes

Magnesio

Mg

1.240

35

Molibdeno

Mo

2.625

200

Níquel

Ni

1.452

170

45

Plomo

Pb

327

7

1,5

Vanadio

V

1.720

Wolframio

W

3.400

Aleaciones inoxidables Aleaciones de aceros

700

110

Aleaciones de aceros

2.7 Aleaciones de materiales Como hemos visto, los materiales que empleamos en el taller por sus características difícilmente se pueden emplear en estado puro, sin embargo aleados con otros materiales se obtienen propiedades y características que sí que satisfacen las necesidades técnicas que la industria exige. Es por lo que vamos a ver las aleaciones más importantes empleadas en la mecanización de piezas y construcciones metálicas. Bronces: Son aleaciones fundamentalmente formadas por el cobre y estaño en las que predomina el cobre como elemento fundamental, aunque pueden tener otros metales, como el cinc, fósforo y plomo. Estas aleaciones tienen las características de ser fáciles de mecanizar, resistir grandes rozamientos al desgaste, y generalmente moldean bien; en el cuadro siguiente vemos sus características y aplicaciones más significativas. BRONCES Características

72

Aplicaciones

Bronces fucustán: Aleación cuyo contenido está comprendido entre el 88% y el 90% de Cu y el 12% y el 10% de Sn. Son aleaciones duras y tenaces.

• Mecanización de engranajes. • Fabricación de piezas de cierta calidad mecánica. • Accesorios para maquinaria. • Para piezas que deban resistir grandes esfuerzos.

Bronce fosforoso: Cuyo contenido de fósforo está entre el 0,3 y el 0,5%. Son los llamados bronces ordinarios. Mejora la resistencia al desgaste y la mecánica.

• Mecanización de engranajes. • Casquillos. • Piezas de decoración.

Bronces de campanas: Que tienen un 18 a 22% de Sn. Son duros y resisten la deformación en frío.

• Se emplean para la fundición de campanas. • También se mecanizan casquillos y cojinetes. • En láminas se emplean para decoración.

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo BRONCES Características

Aplicaciones

Bronces de aluminio: Que pueden contener hasta un 12% de Al.

• Son resistentes a la corrosión. • Se trabajan con facilidad. • Se obtienen piezas de decoración.

Bronces especiales: Son aleaciones que contienen otros elementos, como berilio y cinc, los cuales le dan propiedades especiales, como: Resistencia a la corrosión, conductibilidad eléctrica, elasticidad, etc.

• Se obtienen conductores eléctricos. • Elementos de maquinaria eléctrica. • Engranajes de relojería por su resistencia a la corrosión.

Latones: Son aleaciones de cobre y cinc, en las que predomina el cobre como elemento principal, aunque también pueden contener otros elementos, como el plomo. Sus aplicaciones son muy variadas, desde la fabricación de casquillos hasta piezas de decoración, pasando por piezas de bisutería, pule muy bien, dándole un aspecto de belleza a las piezas de decoración. LATONES Aleación

Aplicaciones

Latones de forja: Son aleaciones en que el contenido de Zn está comprendido entre el 35 y el 40% y también contienen pequeñas cantidades de plomo (1 al 4%). Latones de alta resistencia: Generalmente contienen entre un 25 y un 35% de Zn y además contienen otros elementos, como Fe (0,5 a 1,2%), Al (1,2 a 5%) y Mn (0,4 a 3%). Latones especiales: Se consideran latones especiales a los que contienen en su aleación Fe y Mn. En estas aleaciones el Cu está entre el 70 y el 90%.

• Fabricación de engranajes, piezas de relojería; por su fácil mecanización se utilizan para trabajos de torno de grandes series. • Fabricación de piezas que deban batirse a mano, como objetos decorativos. • Obtención de perfiles laminados y calibrados. • Piezas sometidas a grandes desgastes y rozamientos. • Fabricación de piezas que deban estar sometidas a la corrosión. • Piezas de aplicaciones marinas, como bombas de agua, etc. • Se emplean para soldaduras blandas, como hierro, cobres y latones.

Aleaciones del aluminio: El aluminio es un metal blando y muy ligero que casi no se puede emplear en estado puro por su baja resistencia mecánica; la industria lo emplea aleado con otros metales para obtener piezas con la resistencia y propiedades que la industria necesita. Generalmente las aleaciones del Al se llaman aleaciones ligeras por su poco peso y sus grandes aplicaciones están en las industrias de aviación, industrias automovilísticas, carpintería metálica, etc. Las aleaciones más comunes del aluminio suelen contener metales como el Cu, Si, Zn, Mg. En la tabla se reflejan algunos de los más interesantes; se pone el contenido en % de los elementos más importantes que entran en su composición. ALEACIONES DEL ALUMINO Características

Aplicaciones

L-211 Falcu 10 (contenido de Cu 10%)

Para cables y culatas de motores; es de fácil mecanización.

L-231 Fualmag 10 (Cu 0,2%, Mg 10%)

Piezas que tengan contacto con el agua del mar. Obtención de piezas de alta resistencia mecánica.

L-257 Fualsimag (Mg 0,6%, Si 9%)

Para la obtención de piezas resistentes a la corrosión.

© ITES-PARANINFO

73

Determinación de los equipos de trabajo Otras aleaciones de interés: En las industrias mecánicas se emplean todo tipo de aleaciones, unas con más aplicaciones y otras con menos; podríamos tratar en un capítulo aparte sólo las aleaciones, pero por mencionar algunas de interés y más empleadas tenemos las: Aleaciones de metal antifricción: Empleadas especialmente en automoción para los cojinetes de bielas, que por su forma de trabajo, son aleaciones que deben de tener unas características específicas, deben de tener un componente duro en la aleación, que les dé la resistencia adecuada al desgaste, y un componente blando que les dé el acoplamiento al eje que se ajusta. Los principales componentes en estas aleaciones son el plomo, estaño, cobre, cadmio. Estas aleaciones deben de resistir también elevadas temperaturas de funcionamiento.

2.8 Otros materiales empleados en las industrias mecánicas Las industrias siderometalúrgicas emplean otros tipos de materiales dedicados a la fabricación de piezas que por su composición química no están consideradas como piezas metálicas, puesto que no tienen en sus aleaciones elementos metálicos, es el caso de los plásticos, muy empleados para la fabricación de casquillos, engranajes silenciosos, o piezas que tengan que resistir pequeños esfuerzos mecánicos pero tengan que soportar ácidos corrosivos, detergentes, etc. Materiales plásticos: Generalmente son productos derivados del petróleo o resinas que se obtienen por procedimientos químicos, los cuales calentados en moldes apropiados y con forma definida se obtienen diversidad de piezas que son empleadas en las industrias siderometalúrgicas. Hoy día hay una gama muy amplia de plásticos que son mecanizables, de los cuales se fabrican piezas de unas características muy particulares, como: engranajes, los cuales son muy silenciosos, casquillos que estén sometidos a ácidos (lejías) y otras piezas de características mecánicas; son muy empleadas en aparatos electrodomésticos. Propiedades: Las propiedades más importantes que tienen son: • • • • • •

Son aislantes. Se pueden obtener grandes series de piezas muy económicas. En ocasiones satisfacen las cualidades técnicas de las piezas mecánicas. Su densidad es muy baja (entre 1 y 1,7). Admiten colorantes para la identificación de piezas. No se oxidan.

Los plásticos los podemos clasificar en dos grandes grupos, los plásticos llamados de uso doméstico (termoplásticos) y los plásticos de uso industrial (termoestables). Hay una gran gama de plásticos muy amplia, y como muestra tenemos los Poliestirenos, que no son solubles en alcohol, empleados como aislantes en las cámaras frigoríficas, para la protección de instalaciones de tuberías, etc. Los cloruros de polivinilo, llamados PVC, empleados en la fabricación de tuberías e instalaciones de saneamiento. El poliéster, que son los plásticos formados por varios ésteres, empleados para la fabricación de fibras artificiales. El nilón, que se fabrica con resinas poliamídicas y se obtienen hilos y fibras muy resistentes; la industria mecánica lo emplea en barras de diversos diámetros y con él mecaniza engranajes y casquillos para elementos mecánicos. Termoplásticos: Generalmente son los llamados de uso doméstico, fáciles de inyectar y económicos en su elaboración, se emplean para todo tipo de envases, y sus características más importantes son: • Se obtienen a través de resinas sintéticas. • Se funden con el calor.

74

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo • Se solidifican con el frío. • Si se calientan de nuevo se vuelven a fundir. • Se utilizan generalmente para depósitos y piezas de poca responsabilidad mecánica. • Son con los que se fabrican las piezas de juguetería. Termoestables: Son los utilizados para la obtención de piezas de cierta responsabilidad mecánica, como para mecanizar casquillos, engranajes de poca resistencia, y piezas de molde de difícil mecanización. Son más duros que los termoplásticos y más caros de elaboración. Sus características más importantes son: • • • • •

Se suelen obtener de resinas sintéticas. Se funden con el calor para la obtención de piezas. Se solidifican calentando más. Una vez solidificadas las piezas ya no se pueden fundir de nuevo. Una de sus grandes aplicaciones es para la obtención de componentes eléctricos.

Ensayos a los que se someten los plásticos: Como todos los materiales los plásticos también deben de conocerse sus características, y por lo tanto también se ensayan; las características que más nos importan son: Temperatura de fluencia: Es la temperatura que se requiere para poder moldear un plástico debidamente. Resistencia al choque: Es la resistencia del plástico obtenido al impacto. Resistencia a la tracción: Es la resistencia que opone a ser roto por estiramiento, dándonos así la extensibilidad del mismo. Resistencia al agua: Nos indica la sensibilidad del plástico al agua (absorción). Temperatura de deformación: Nos indica la temperatura que aguanta un plástico sin deformarse.

2.9 Ensayos de materiales Cuando fabricamos un producto mecánico, debemos elegir el material con el cual lo vamos a construir en función de sus propiedades, es decir si necesitamos una pieza que debe de estar sometida a la corrosión de ácidos, no podemos fabricarla con un acero común, debemos de fabricarla con un material resistente a esas condiciones de trabajo a la cual la vamos a someter. Aquí es donde entramos a ensayar un material para ver sus características antes de fabricar un determinado producto con él, de tal forma que a priori sepamos qué propiedades tiene y si va a satisfacer las características de la pieza que tenemos que fabricar, como su rendimiento, su desgaste, dureza, etc. Cuando ensayamos un material, lo que hacemos es averiguar unas determinadas propiedades en base a unas condiciones de trabajo; si cumple las condiciones de trabajo previstas decimos que el material base es válido, si no las cumple hacemos las correcciones oportunas para conseguir esas condiciones de trabajo que tiene que soportar, podemos enriquecer su aleación, endurecerlo, o elegir otro tipo de material. En todo caso debemos de conocer las propiedades mecánicas de los materiales empleados en el taller; para ello empleamos los ensayos de materiales, que pueden ser: LOS ENSAYOS PUEDEN SER: • Ensayos no destructivos • Ensayos destructivos

Ensayos no destructivos: Son aquellos en los que se pueden hacer ciertas comprobaciones averiguando alguna de las características de la pieza mecanizada sin necesidad de destruir la pieza; son muy útiles porque podemos verificar piezas una a

© ITES-PARANINFO

75

Determinación de los equipos de trabajo una o por muestreo. Tienen una gran aplicación, como comprobar la dureza, ver la composición metálica o aleada, pero están limitados a proporcionarnos cierta información, por lo tanto los deberemos aplicar sólo en determinados trabajos. Dentro de los ensayos no destructivos los que más aplicación tienen son:

• • • •

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS Ensayo de dureza Ensayo microscópico Ensayos por ultrasonidos Ensayos por líquidos penetrantes

Ensayo de dureza: Sirve para medir la dureza de los materiales empleados en la fabricación de piezas mecánicas; se realiza con una máquina llamada durómetro, y consiste en hacer penetrar un punzón de diamante en la pieza a ensayar o medir, consiguiendo medir así durezas muy altas. Para medir la dureza de piezas de tipo medio el sistema es hacer penetrar una bola de acero duro en el material a valorar y medir la huella de penetración. Hay varios métodos y sistemas, pero todos ellos están basados en lo mismo, los ensayos de dureza se definen a continuación: Método Rockwell: Este sistema emplea dos tipos de penetradores para medir la dureza, el llamado Rockwell C, cuyo penetrador es un cono de diamante tallado a 120º de conicidad, el cual se apoya en la pieza a medir y se le aplica una fuerza de 150 kg; el diamante se clava en la pieza, a continuación se retira la fuerza de 150 kg dejando solamente una fuerza de 10 kg. El material recupera parte de la penetración que ha realizado el diamante (recordemos la plasticidad de los materiales) y se mide en una escala la huella permanente, dándonos el grado de dureza. P H 120 º

Sistema Rockwell B: Este método consiste en hacer penetrar una bola de acero duro de 1/16” de diámetro en el material a ensayar con un peso de 100 kg. Lo que se mide es el diámetro de la huella de penetración. Figura 2.9.1. H = Huella elástica (recupera) h’ = Huella permanente h’’ = Penetración total

h’ h”

H = h’ – h’’ Figura 2.9.1. Punta de diamante.

P

D

Bola de acero extraduro

Método Brinell: Este método consiste en hacer penetrar en el material a ensayar una bola de acero duro que puede ser de varios diámetros, según la dureza del material a medir, aplicándole una carga que varía según el diámetro del penetrador y la dureza del material a comprobar midiendo luego con un microscopio el diámetro del casquete esférico dejado en el material por el penetrador.

Casquete esférico

h d

Figura 2.9.2. Bola de acero.

76

Rockwell C. Cono de diamante tallado a 120º con aplicación de un peso de 150 kg empleado para medir durezas de materiales muy duros. Rockwell B. Bola de 1/16’’ de diámetro con aplicación de un perso de 100 kg empleado para medir durezas de materiales de tipo medio o blandos.

CARACTERÍSTICAS DEL MÉTODO BRINELL Para materiales duros

La carga de la bola será de 3.000 kg

Para materiales medios

La carga de la bola será de 1.000 kg

Para materiales blandos

La carga de la bola será de 500 kg

Los diámetros de la bola a emplear son de 10 mm, 5 mm, y 2,5 mm. Figura 2.9.2.

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo La fórmula que determina la dureza del material ensayado es: 2×P H = -----------------------------------------------------π × D (D – (D – d)½)

Siendo: H = Dureza Brinell P = Carga a aplicar en la bola D = Diámetro de la bola d = Diámetro de la huella h = Altura del casquete esférico Método Vickers: En este método el penetrador es una pirámide cuadrangular de diamante tallada a 136º. Figura 2.9.3. La huella realizada en el material ensayado es una pirámide cuadrangular, cuya altura será mayor cuanto más blando sea el material a ensayar. Este método se emplea para comprobar durezas en materiales que ya son muy duros, o que hayan recibido tratamientos térmicos de dureza. Se mide en un microscopio, determinando así la dureza del mismo. La fórmula que determina la dureza es:

P 136º

h

Siendo: H = Dureza Vickers P = Carga a aplicar al penetrador S = Superficie de la huella

Superficie de la huella

P H = ---------S

S

Figura 2.9.3. Método Vickers.

Con el fin de poder ver la dureza de un material y establecer su comparación con los métodos más comunes de medición, se da una tabla con los valores de dureza y su equivalente a la resistencia a la tracción. TABLA DE DUREZAS BRINELL Bola de 10 mm con 3.000 kg de carga

ROCKWELL

Diámetro de la huella

Dureza HB

HRC. Cono diamante

HRB. Bola de acero duro

2,30 2,35 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60 2,70 2,80 2,90 3,00 3,10 3,20 3,30 3,40 3,50 3,60 3,70 3,80 3,90 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00

712 682 653 627 601 578 555 514 477 444 415 388 363 341 321 302 285 269 255 241 229 202 179 159 143

66 64 62 60 58 57 55 52 49 46 44 41 38 36 34 32 30 28 25 23 21 15 8 2 -

120 119 117 115 114 112 110 109 108 107 105 104 102 100 98 94 89 84 79

© ITES-PARANINFO

VICKERS

Resistencia a la tracción en kg/mm²

960 885 820 765 717 675 633 567 515 472 437 404 375 350 327 305 287 270 256 241 229 202 279 159 143

246 235 227 218 208 200 193 177 164 154 144 133 124 116 109 103 98 92 88 84 80 70 63 56 51

77

Determinación de los equipos de trabajo Ensayos microscópicos: Los ensayos microscópicos están indicados en la identificación de los materiales del taller, composición de los mismos, así como para detectar las características obtenidas después de un tratamiento térmico. También podemos comprobar la rugosidad de la superficie de la pieza mecanizada. Se fundamentan en observar a través de un microscopio metalográfico la pieza a comprobar, identificando así el tipo de material, su composición, características, etc. Los microscopios metalográficos suelen tener entre 20 y 100 aumentos. Ensayos por ultrasonidos: Los ultrasonidos son ondas sónicas que trabajan a una frecuencia superior a los 20.000 Hz. Estas ondas se aplican en el taller de metal en la verificación de piezas de gran tamaño o piezas en las cuales interesa detectar porosidades, oquedades, fisuras internas, que después de un proceso de trabajo, como tratamientos térmicos, soldaduras, piezas obtenidas por moldeo, etc., pueden aparecer. El fundamento se basa en un emisor que emite una serie de ondas por unidad de superficie, las cuales atraviesan la pieza a comprobar; si las ondas cuando atraviesan la pieza a comprobar no encuentran ninguna anomalía (poros, fisuras, etc.) continúan su trayectoria de forma rectilínea y si el mismo número de ondas emitidas por el emisor son recibidas por el receptor. La pieza a ensayar es buena. Si las ondas durante su trayectoria encuentran un poro, parte de las ondas son reflejadas por las paredes del poro, las cuales no llegarán a ser recibidas por el receptor. La pieza tiene un poro. Ver figura 2.9.4.

Emisor

Receptor Pieza

Figura 2.9.4. Comprobando un poro con ultrasonidos.

De la calidad del aparato y del proceso de la información que éste nos dé, podemos saber la profundidad a la que se encuentra el poro en el material a ensayar y el tamaño del mismo. Ensayos por líquidos penetrantes: Este tipo de ensayo está indicado para la comprobación de fisuras, poros y grietas en piezas y materiales que durante su manipulación y tratamiento pueden aparecer. No detectan poros internos, solamente detectan problemas superficiales. Está fundamentado en el empleo de líquidos que son capaces de penetrar en las fisuras de los materiales del taller. Son baratos de emplear y no requieren llevar las piezas al laboratorio. Son muy empleados en los trabajos de soldadura, tratamientos de temple y revenido, etc. Su manejo es muy sencillo, se limpia la superficie a verificar, y una vez limpia de polvo y aceites, etc., se rocía la superficie a verificar con un líquido penetrante el cual al cabo de unos minutos penetra en las fisuras y poros si los hubiere. Figura 2.9.5 y figura 2.9.6.

Figura 2.9.5. Fisura de una soldadura.

Figura 2.9.6. Fisura por tratamiento térmico.

Una vez pasado el tiempo estimado de penetración se rocía la superficie con otro líquido, llamado revelador, el cual pasado un tiempo de revelación y limpia la pieza, mostrará las fisuras del color del líquido (generalmente rojo) si las hubiere. En los dibujos representados hay una pieza que ha sido soldada y se ha sometido a ensayo de líquido penetrante y muestra una fisura. El eje representado de la figura 2.9.6 ha sido sometido a tratamiento de temple y después sometido a ensayo de líquido penetrante, el cual muestra una fisura a lo largo del cilindro. Ensayos destructivos: Son aquellos ensayos que mediante la rotura o destrucción de la pieza a ensayar obtenemos la información adecuada. Por lo general nos dan más información que los ensayos no destructivos, pues podemos valorar más en profundidad las características de los materiales empleados en la fabricación de piezas. Este tipo de ensayo se realiza generalmente en laboratorio, y no suele estar al alcance del técnico de taller.

78

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Dentro de los ensayos destructivos tenemos: ENSAYOS DESTRUCTIVOS • • • • • •

Ensayo de tracción Ensayo de resiliencia Ensayo de compresión Ensayo de cizallamiento Ensayo de flexión Plegado

Ensayo de tracción: Es uno de los ensayos mecánicos más importante y tiene por objeto determinar la resistencia de un determinado material a la deformación llegando a la rotura del material sometido a esfuerzos de tracción.

∅

F

∅

El sistema consiste en romper una pieza llamada probeta de unas medidas exactas y normalizadas, obtenida del mismo tipo de material que el que se quiere ensayar, al cual se le aplican unas fuerzas en los extremos de forma que se estira el material hasta llegar a la rotura, estudiando su deformación plástica y su alargamiento, al mismo tiempo que averiguamos la carga de rotura. Figura 2.9.7.

F

L

Figura 2.9.7. Probeta normalizada obtenida del material a ensayar.

Periodo elástico: Es la deformación que sufre el material con las fuerzas aplicadas, pero que al cesar la fuerza, la deformación también cesa y el material recupera su estado primitivo. Si observamos el diagrama de cargas y deformaciones veremos que es el periodo A. Periodo elástico plástico: Es el periodo en que la fuerza de estiramiento provoca una deformación, y aunque la fuerza cese la deformación permanece. Obsérvese el diagrama de cargas y deformaciones y veremos que es el periodo B.

S

Sr

Alargamiento: Es el alargamiento sufrido por el material (probeta) cuando ha sido sometido al esfuerzo de tracción en el momento de la rotura. Figura 2.9.8.

F

Lf

Figura 2.9.8. Rotura de la probeta.

Se mide por la diferencia de distancia entre las marcas realizadas antes del ensayo, y se da en %. Lf – L A = --------------------- 100 L

Carga de rotura: Es la máxima carga que soporta el material en el momento de la rotura y se mide en kg/mm². Si observamos la gráfica de rotura veremos que es el momento R.

© ITES-PARANINFO

79

Determinación de los equipos de trabajo La carga de rotura obedece a la fórmula: Fm Cr = -------------S

Siendo: Cr = Carga de rotura Fm = Fuerza máxima S = Sección Diagrama de cargas y deformaciones: Es la gráfica donde representamos las cargas que se le van aplicando a la probeta, y los alargamientos que se van produciendo, con las deformaciones correspondientes que va sufriendo el material que se ensaya, y nos ayuda a ver lo que ocurre en los periodos llamados elástico y plástico (deformación del material sin llegar a romperse). Cuando a la probeta le seguiremos aplicando cargas hasta que ésta llega a romperse, que en la gráfica se representa como el momento R, entonces se miden la cargas que se han aplicado en kg/mm², y los alargamiento los medimos en %. Figura 2.9.9.

R

Cargas kg/mm2

F

A

B

Alargamiento %

Figura 2.9.9. Gráfica de la carga de rotura.

Ensayo de resiliencia: Este ensayo nos determina la fragilidad de los materiales al golpe, es decir su resistencia al choque, y consiste en romper de un golpe seco una probeta hecha del mismo tipo de material que el que queremos ensayar, el cual nos determinará la fragilidad del mismo. Péndulo

La máquina con la cual se realiza el ensayo se llama péndulo CHARPY (figura 2.9.10). Es una máquina que dispone de un péndulo, el cual mediante un mecanismo se deja caer libremente sobre el centro de la probeta apoyada en un soporte de la máquina que la sitúa de forma que cuando el péndulo cae, le dé justamente en el centro de la probeta.

P

Las probetas tiene unas medidas normalizadas y su sección es cuadrangular, llevan una ranura tallada para facilitar su rotura.

H h

Muesca de la Probeta a probeta romper

Figura 2.9.10. Péndulo Charpy.

80

Lo que mide la máquina es el trabajo residual, la máquina lleva una regla graduada y nos da la altura alcanzada por el péndulo después de la rotura. Trabajo potencial del péndulo: Es el trabajo realizado por la caída del péndulo en el momento del impacto. Trabajo residual del péndulo: Cuando el péndulo choca con la probeta ésta se rompe por el impacto; según la resistencia opuesta por el golpe la probeta absorbe una energía y frena al péndulo, pero éste sigue la trayectoria ascendente “h”, midiéndose la altura alcanzada por el mismo.

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Trabajo absorbido por la probeta: Es la diferencia entre el trabajo realizado por el péndulo en su caída y el trabajo absorbido por la probeta en su rotura. Ta = Tp – Tr

Tr = P – h

Probeta de resiliencia con su entalladura para facilitar la rotura en el golpe.

Una vez calculados estos datos, lo que se obtiene es la resiliencia del material ensayado, la cual la damos en kgm/cm² mediante la aplicación de la fórmula: Ta R = -----------S

Siendo: R = Resiliencia en kgm/cm² T = Trabajo en kgm S = Sección de la probeta en cm² P = Peso del péndulo en kg Ta = Trabajo absorbido en kgm Tr = Trabajo residual Ensayo de compresión: Es el ensayo que mide la resistencia que opone un cuerpo a ser comprimido; es decir, nos mide la disminución de volumen que experimenta un determinado material cuando lo sometemos a fuerzas opuestas, las cuales actúan hacia su centro comprimiendo el material. Si cuando cesa la fuerza que se aplica, el material recupera su estado inicial, se dice que ese material es elástico; si cuando cesa la fuerza el material sufre una deformación permanente (disminución de volumen), se dice que ese material es poco elástico. Las deformaciones permanentes se dan en el centro del material ensayado, dándole a éste forma de cuba. Figura 2.9.11. Es uno de los ensayos muy aplicados a materiales que deban de trabajar a esfuerzos de tracción o compresión.

P

P

L

∅

∅

R

Figura 2.9.11. Compresión.

La fórmula que nos define este tipo de ensayo es: P=K×S

Siendo: P = Fuerza a aplicar L = Diferencia de medida antes y después del ensayo R = Resistencia a la fuerza K = Coeficiente de carga S = Sección Ensayo de cizallamiento: Es la resistencia que opone un cuerpo al ser cortado perpendicularmente a su eje. El ensayo consiste en cortar un trozo del material que se quiere ensayar, y estudiar la deformación causada por el cizallamiento de las cuchillas que lo cortan. Este tipo de ensayo es muy útil cuando tenemos que saber las características de un material que va a ser trabajado con matricería de corte (obtención de piezas por golpe de prensa, mediante el corte del material), pues estudia la deformación causada en el

© ITES-PARANINFO

81

Determinación de los equipos de trabajo material trabajado por el esfuerzo de corte del mismo, y nos da los datos para saber qué tipo de punzón o elementos de corte necesitamos aplicar; con estos datos podemos construir las matrices con los aceros adecuados, incluso darle a los aceros de corte los tratamientos térmicos adecuados.

P

En las figuras 2.9.12 y 2.9.13 vemos unos ejemplos de aplicación del estudio de cizallamiento, en el caso de la fijación y montaje de chapas remachadas, así como elementos mecánicos fijados por tornillería. Ambos tipos de montaje están sometidos a esfuerzos de cizallamiento.

R

Figura 2.9.12. Ensayo de cizallamiento.

F

F

F’

F’

K = Coeficiente F = Fuerza S = Superficie

F α = K -----------S

Ensayo de flexión: Es el ensayo que determina el peso que puede soportar un determinado material, sin que llegue a deformarlo. Este tipo de ensayo se realiza aplicando peso en el centro de una barra apoyada en los extremos, hasta que la deformación del material ensayado pasa de ser elástica a ser permanente. Un ensayo muy útil cuando queremos determinar la carga que puede soportar una viga de acero, muy aplicado en construcciones metálicas.

Figura 2.9.13. Remache y tornillo sometidos a esfuerzos de cizallamiento.

La fórmula que nos determina este ensayo es: P = Peso a soportar L = Distancias entre los puntos de apoyo Mf = Momento de deformación

P×L Mf = ----------------4

P=0

L P=x Zona sometida a esfuerzos de compresión

L

Zona sometida a esfuerzos de tracción

Figura 2.9.14. Ensayo de flexión.

Ensayo de plegado: El ensayo de plegado consiste en doblar una probeta (construida con el material que queremos ensayar) hasta que aparezcan grietas o fisuras, midiéndose el ángulo en el momento de aparecer las grietas. Podemos doblar la chapa a ensayar (probeta) dándole un ángulo determinado o con doblado total, llegando a juntarse las dos caras de la probeta ensayada. Este tipo de ensayo nos da la acritud de los distintos materiales, y como consecuencia la propiedad de poderlos trabajar mejor o peor, acertando en la mecanización de la fabricación de piezas por deformación del material mediante prensa. Por ejemplo, la obtención de piezas de menaje de cocina. El ensayo consiste en colocar una pieza del material a ensayar entre dos de la pieza; ésta se doblará a medida que la fuerza aplicada sea mayor, hasta aparecer fisuras en los rodillos de un diámetro conocido de antemano, y aplicar una fuerza con otro rodillo más pequeño en el centro de la parte exterior del material; en ese momento cesa la fuerza y se estudian las fisuras aparecidas y el ángulo alcanzado.

82

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Los rodillos que se emplean en este tipo de ensayo están normalizados, y se ajustan a unas medidas. Los A deberán ser de 25 mm de diámetro para el plegado de chapas de h menor de 12 mm y de 50 mm para el plegado de chapas de más de 12 mm de espesor. Ver figuras 2.9.15 y 2.9.16.

F h d

La distancia entre rodillos L debe de ser:

B A

L = d + 3h

A α

D

2.10 Formas comerciales de los materiales

L

Figura 2.9.15. Ensayo de plegado.

Dada la gran diversidad de trabajos a realizar en los talleres y fábricas, los materiales los encontramos de varias formas y medidas, esto nos facilita el mecanizado de las piezas y nos da economía, pues elegir un diámetro o un perfil adecuado al tipo de mecanizado nos evita grandes desbastes y pérdidas de material convertido en viruta, al mismo tiempo que economizamos en tiempos de mecanizado y herramientas, por lo tanto es muy importante saber elegir el material adecuado a cada tipo de trabajo para hacernos más competitivos. Los perfiles y las medidas de los mismos los encontramos en los almacenes en forma de:

Figura 2.9.16. Plegado total.

• Perfiles laminados • Perfiles calibrados

Perfiles laminados: Se llaman así a los perfiles y barras obtenidas en los trenes de laminar pero con alguna imperfección; suelen tener medidas con tolerancias muy amplias, y son más baratos que los calibrados. Nos valen para muchos trabajos del taller siempre y cuando requieran piezas de poca resistencia mecánica.

Redondo: Este perfil es de sección circular; se designa por su diámetro; es uno de los perfiles más empleados para las máquinas de torno y los trabajos de torneado, en el comercio lo encontramos en infinidad de calidades de aceros y otros materiales. Figura 2.10.2. Cuadrangular: Perfil de sección cuadrangular, se designa por la medida de su lado, pues al tener lados iguales solamente hará falta dar la medida de uno de sus lados. Es un perfil empleado en las máquinas que trabajan cuerpos prismáticos, como es el caso de las fresadoras. Muy empleado para trabajos de mecanización de cremalleras, matricería, etc. Figura 2.10.3.

© ITES-PARANINFO

Figura 2.10.1. Pletina.

∅

Pletina: Este perfil es uno de los más empleados; se conoce con el nombre de perfil rectangular o pletina cuando tiene un lado más ancho que otro; su sección es rectangular. Se designa el ancho × grueso. Si decimos pletina de 50 × 10 nos referimos a una barra de sección rectangular de 50 mm de ancha (b) por 10 mm de gruesa (a). Se denomina pletina cuando el espesor del perfil está comprendido entre 10 y 100 mm. Se le denomina llanta cuando su espesor está comprendido entre 100 mm y 150 mm. Figura 2.10.1.

b

Figura 2.10.2. Redondo.

l

Perfiles más usados para el mecanizado de piezas en las máquinas del taller: Suelen ser perfiles calibrados, que se suministran en barras comerciales de 6 metros de longitud; en el mercado los encontramos en infinidad de medidas y calidades, con el fin de adaptarlos a las necesidades del taller, y como hemos comentado anteriormente este tipo de material nos ahorra tiempos de mecanizado y desgastes de herramienta, al poder elegirlos a la medida más próxima al trabajo a realizar; se fabrican en casi todas las aleaciones de acero, aluminios, bronces y latones.

a

Perfiles calibrados: Son los perfiles que están calibrados a una medida determinada; este tipo de material es más caro que los laminados, pero nos da la garantía de que las medidas de dichos materiales están garantizadas, y se emplean para la mecanización de piezas comunes con buena resistencia mecánica.

Figura 2.10.3. Perfil cuadrangular.

83

a

Determinación de los equipos de trabajo

Figura 2.10.4. Perfil hexagonal.

Hexagonal: Perfil de sección hexagonal, se designa por la distancia entre caras; el lado del hexágono es igual al radio de la circunferencia que lo inscribe. Es un material que su gran aplicación entre otras está en la mecanización de tuercas. Figura 2.10.4. Con el fin de facilitarnos de una forma rápida el cálculo del peso de los perfiles más empleados en el taller de metal, a continuación se exponen unas tablas con los perfiles y medidas más empleados en material de acero. MEDIDAS MÁS EMPLEADAS DE MATERIAL EN ACEROS Redondo (diámetro)

Cuadrado Medida del lado

Hexagonal Distancia entre caras

Rectangular Ancho x Grueso

mm

kg/m

mm

kg/m

mm

kg/m

mm

kg/m

5

0,18

5

0,20

5

0,170

10 x 4

0,314

10

0,62

10

0,79

10

0,680

15 x 4

0,471

15

1,39

15

1,77

15

1,530

20 x 6

1,099

20

2,47

20

3,14

20

2,519

20 x 8

1,413

25

3,85

25

4,91

25

4,249

20 x 10

1,570

30

5,55

30

7,07

30

6,118

24 x 4

0,754

35

7,55

35

9,72

35

8,327

24 x 6

1,130

40

9,86

40

12,56

40

10,877

24 x 8

1,507

45

12,48

45

15,90

45

13,766

30 x 8

1,884

50

15,41

50

19,63

50

16,995

30 x 10

2,355

55

18,65

55

23,75

55

20,564

40 x 6

1,884

60

22,20

60

28,26

60

24,474

40 x 8

2,512

70

30,21

70

38,47

70

33,312

60 x 6

2,826

80

39,46

80

50,24

80

43,509

80 x 10

6,280

Perfiles para construcciones metálicas: Son perfiles con una geometría particular, generalmente de acero duro y de fácil soldabilidad, los cuales están estudiados y diseñados para realizar trabajos dedicados a satisfacer las demandas de la ingeniería, que según sus necesidades ésta los emplea en construcción de estructuras metálicas, puentes, construcción de edificios, grúas, etc. Perfil angular: Este tipo de perfil se designa como perfil angular; se mide por la longitud de sus alas a × b y por su espesor e. Se dice que es de lados iguales cuando las medidas a y b de sus lados son de la misma longitud, y se dice que es un perfil de alas desiguales cuando las medidas a y b son distintas, como en el caso de la figura 2.10.5. Es uno de los perfiles más empleado en los talleres mecánicos de construcción, calderería, carpintería metálica, etc. Perfil en te (T): Este tipo de perfil se designa con el nombre de perfil en T por su forma con la letra T y puede tener la base (b) igual a la altura (a), o ser de distintas medidas. El espesor (e) está en función de la longitud de b y a. Supongamos que las medidas de b y a tienen 40 mm. El perfil se designa de forma que diremos perfil en T 40 × 40. Figura 2.10.6. Perfil en I: Este perfil se le llama perfil en I o también llamado perfil de doble T por el parecido que tiene con las letras mayúsculas. Se designa por las medidas de b y a, que como los demás perfiles pueden o no tener la misma medida o ser de distintos espesores. Si decimos perfil en I o doble T 100 × 100, nos referimos a un perfil cuya geometría es una I y que tiene 100 mm de base por 100 mm de altura. Figura 2.10.7. Perfil en U: Es un perfil cuya geometría es parecida a una U. Suele ser de acero duro y de fácil soldabilidad, pues tiene grandes aplicaciones en estructuras, donde las fijaciones con otros elementos suele ser mediante la soldadura.

84

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo Se le designa por el ancho de sus alas (b) y la distancia entre sus alas (a); el espesor puede estar en función del tamaño y longitud de sus alas. Figura 2.10.8.

b

b

Figura 2.10.5. Perfil angular.

a

a

a

a

Cuando pedimos un perfil en U tendremos que dar la medida del ala b y su ancho a, de forma que si pedimos por ejemplo un perfil en U 80 × 45 nos referimos a un perfil en U, cuyas alas miden 45 mm y su ancho es de 80 mm. El espesor está en función de la distancien entre alas.

b

Figura 2.10.6. Perfil en T.

b

Figura 2.10.7. Perfil en I.

Figura 2.10.8. Perfil en U.

Con el fin de conocer las medidas y los pesos de los perfiles más comunes empleados en la industria se expone una tabla con los datos más empleados en material de acero. MEDIDAS Y PESOS DE LOS PERFILES DE CONSTRUCCIÓN MÁS COMUNES PERFIL EN L Medida axb

PERFIL EN I

e

Peso kg/m

Medida axb

20 x 20

3

0,88

20 x 20

4

25 x 25

PERFIL EN U

e

Peso kg/m

Medida axb

80 x 42

3,9

5,70

1,14

100 z 50

4,5

4

1,46

120 x 58

25 x 25

6

2,10

30 x 30

3

30 x 30

PERFIL EN T

e

Peso kg/m

Medida axb

e

Peso kg/m

30 x 15

4

1,74

30 x 30

4

1,77

8,30

40 x 20

5

2,57

35 x 35

4,5

2,33

5,1

11,20

40 x 35

5

4,87

40 x 40

5

2,96

140 x 66

5,7

14,40

50 x 25

5

3,86

45 x 45

4,5

3,67

1,36

160 x 74

6,3

17,90

50 x 38

5

5,60

50 x 50

6

4,44

4

1,78

180 x 82

6,9

21,90

60 x 30

6

5,10

60 x 60

7

6,23

30 x 30

6

2,56

200 x 90

7,5

26,20

65 x 42

5,5

7,10

70 x 70

8

8,32

40 x 40

4

2,42

220 x 98

8,1

31,20

70 x 40

6

6,70

80 x 80

9

10,7

40 x 40

6

3,52

240 x 106

8,7

36,20

80 x 45

6

8,64

100 x 100

11

16,4

45 x 45

4

2,74

260 x 113

9,4

41,90

100 x 50

6

10,08

120 x 120

13

23,2

45 x 45

6

4,00

280 x 119

10,1

47,80

120 x 55

7

13,05

45 x 45

8

5,20

300 x 125

10,8

54,20

140 x 60

7

16,00

50 x 50

4

3,06

320 x 131

11,5

61,00

160 x 65

7,5

18,80

50 x 50

6

4,47

340 x 137

12,2

68,00

180 x 70

8

22,00

60 x 60

6

5,42

360 x 143

13

76,10

60 x 60

8

7,10

380 x 149

13,7

84,00

70 x 70

6

4,00

400 x 155

14,4

92,40

70 x 70

9

5,20

80 x 80

6

3,06

80 x 80

8

4,47

100 x 100

8

5,82

100 x 100

10

5,42

© ITES-PARANINFO

85

Determinación de los equipos de trabajo Perfiles para carpintería metálica: Son los empleados en la cerrajería convencional y en la construcción de ventanales, rejas, estanterías, armarios metálicos, mobiliario de uso común, etc. Son los perfiles llamados de uso doméstico; generalmente son tubos de diversas medidas y de poco espesor, pues se suelen emplear para elementos que soporten poco peso y tengan poca resistencia mecánica. Estos perfiles sueldan bien y se mecanizan con bastante facilidad; dada la cantidad de mobiliario y artículos que se fabrican con estos tipos de perfiles, en el mercado los encontramos de todos tamaños y medidas. e h

h

e

b

Figura 2.10.9. Perfiles tubulares.

Tubo de geometría cuadrangular: Es un tubo cuadrado; se designa por el valor del lado (h) y el espesor (e) de la pared del tubo. Si decimos tubo cuadrado de 20 × 1, nos referimos a un tubo de 20 mm de lado por 1 mm de espesor de pared. Ver figura 2.10.9. Es uno de los perfiles más empleados en mobiliario metálico, fabricación de estanterías, sillas, etc. Tubo de geometría rectangular: Es un perfil cuya geometría es un tubo rectangular. Muy empleado en la fabricación de mobiliario metálico, soportes, etc. Se designa por el largo (h) y el ancho (b) y su espesor de pared (e). Si pedimos un tubo de 40 × 20 × 1,5, nos referimos a un tubo que tiene 40 mm de ancho por 20 de alto y 1,5 mm de pared.

e

b

Figura 2.10.10. Perfil tubular.

Tubo de geometría redonda: Tubo redondo, empleado para infinidad de trabajos de carpintería metálica, no debemos de confundir estos perfiles con los de mecanizado. Se designan por el diámetro en milímetros y el espesor del tubo. Tubo de diámetro 25 × 1,5, nos referimos a un tubo redondo de 25 mm de diámetro por 1,5 mm de pared. Figura 2.10.10. A continuación se da una tabla con las medidas más empleadas con el fin de poder elegir de forma rápida el producto adecuado al trabajo a realizar. Se da el peso por metro lineal, el cual conociendo el precio de mercado podemos valorar el coste del perfil. MEDIDAS DE PERFIL TUBULAR MÁS EMPLEADO Tubo cuadrangular

Tubo rectangular

Tubo redondo

Medida

kg/m

Medida

kg/m

Medida

kg/m

10 x 10 x 1

0,320

16 x 10 x 1

0,384

6x1

0,123

12 x 12 x 1

0,384

20 x 10 x 1

0,504

8x1

0,173

16 x 16 x 1

0,489

30 x 10 x 1

0,640

10 x 1

0,223

20 x 20 x 1

0,640

30 x 10 x 1,5

0,984

12 x 1

0,290

30 x 30 x 1

0,960

30 x 20 x 1

0,816

14 x 1

0,350

30 x 30 x 1,5

1,572

30 x 20 x 1,5

1,212

16 x 1

0,400

40 x 40 x 1

1,310

30 x 20 x 2

1,616

20 x 1

0,489

40 x 40 x 1,5

1,960

40 x 15 x 1

0,920

25 x 1

0,635

40 x 40 x 2

2,590

40 x 15 x 1,5

1,438

30 x 1

0,760

50 x 50 x 1,5

2,448

40 x 20 x 1

0,960

40 x 1

0,990

50 x 50 x 2

3,248

40 x 20 x 1,5

1,438

60 x 1

1,500

60 x 60 x 2

3,790

40 x 20 x 2

1,888

20 x 1,5

0,740

40 x 30 x 1,5

1,692

35 x 1,5

1,350

40 x 30 x 2

2,240

40 x 1,5

1,480

50 x 40 x 1,5

2,256

60 x 1,5

2,250

Chapas: Se considera chapa a un producto laminado cuyo espesor no pasa de los 2,5 mm, que puede ser obtenida a través de productos férricos, como las de acero suave, generalmente empleada para trabajos de cerrajería y muebles metálicos, electrodomésticos, carrocerías del automóvil, etc. Las chapas de aceros inoxidables empleadas en la fabricación de mostradores, fregaderos, depósitos para contener productos

86

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo químicos, material quirúrgico, etc. Y las obtenidas de productos no férricos, como las de aluminio, latón, utilizadas generalmente para decoración, forrado de paredes, muebles de cocina, etc. En matricería de corte se emplea la chapa en bobinas de pequeño ancho, llamadas flejes; éstas entran directamente guiadas en la matriz de corte. A continuación damos una tabla con las medidas y espesores más comunes. MEDIDAS Y PESOS DE CHAPAS DE ACERO MÁS EMPLEADAS Espesor en mm

Peso en kg/m²

Medidas de fabricación

Medidas de fabricación

Medidas de fabricación

0,40

3,20

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

0,50

4,00

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

0,60

4,80

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

0,80

6,40

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

1,00

8,00

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

1,25

10,00

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

1,50

12,00

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

1,70

13,60

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

2,00

12,00

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

2,50

20,00

1.500 x 750

2.000 x 1.000

2.500 x 1.250

2.11 Cálculo y coste de materiales Un tema importante del taller de mecánica es saber comprar el material necesario para la fabricación de las piezas. El material generalmente se vende a peso y las barras se suministran en medidas comerciales de 6 metros de longitud. Por lo que a la hora de calcular la cantidad de material que debemos de obtener, tendremos que ser prudentes, si compramos poco material nos quedaremos cortos (no terminaremos las piezas) y si compramos más cantidad de la que necesitamos, tendremos recortes sobrantes que hemos pagado pero se nos quedan en el almacén. Por lo que debemos de saber calcular el material necesario, su peso y coste. La forma de calcular el peso de un material es calculando su volumen en dm³ y multiplicarlo por su peso específico, el cual debemos de conocer. Si además conocemos el precio del mismo, estaremos en condiciones de saber lo que nos cuesta ese material en el comercio. Peso en kilos = dm3 × Pe

Cálculo de las secciones y volúmenes de los materiales empleados en el taller: Para calcular tanto los pesos, el volumen, costes de materiales, etc., necesitamos conocer la sección y volumen de la geometría de los perfiles empleados en el taller, y por lo tanto recordamos los más empleados. Cuadrado regular: Es la figura geométrica de lados iguales y su sección se calcula multiplicando sus lados. Figura 2.11.1.

S

a

S = b × a = I2

b

Figura 2.11.1. Cuadrado.

© ITES-PARANINFO

87

Determinación de los equipos de trabajo Problema ¨ Calcular la superficie ocupada por un cuadrado de 68 mm de lado

S = 68 × 68 = 4.624 mm²

Rectángulo: El rectángulo es un cuadrado de lados desiguales cuyos ángulos tienen 90º. Su superficie se calcula multiplicando la base por la altura. Figura 2.11.2.

a

S

S=b×a

b

Figura 2.11.2. Rectángulo.

Problema ¨ Calcular el peso de una barra de aluminio rectangular de 50 × 25 mm y 3 metros de larga.

Calculamos la superficie del rectángulo: S = 50 × 25 = 1.250 mm² Calculamos el volumen de la barra: V = (50 × 25 × 3.000) / 1.000.000 = 3,75 dm³ Calculamos el peso: Peso = 3,75 × 2,7 (Pe) = 10,125 kilos

Superficie del trapecio: Podemos definir el trapecio como una figura de geometría cuadrangular la cual tiene siempre dos lados paralelos y los otros dos no. La superficie del trapecio se calcula multiplicando la suma de sus bases por la altura y dividiendo por dos. Figura 2.11.3. b’ S

a

(b + b’) × a S = -------------------------------2

b

Figura 2.11.3. Trapecio.

Hexágono regular: Para calcular la superficie del hexágono regular lo descomponemos en triángulos iguales, calculando la superficie de uno de ellos y multiplicando por el número de triángulos. Figura 2.11.4.

S a

B × a × Nº de lados S = ----------------------------------------------------2

b

Figura 2.11.4. Hexágono.

Esfera: La esfera es una bola y la podemos definir como un cuerpo sólido encerrado por una superficie esférica. Llamamos volumen de la esfera a la capacidad de su contenido. Figura 2.11.5. Calculamos su superficie y volumen por:

88

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo

S = 4 π R2

R

4 × π × R3 V = ----------------------------3 Figura 2.11.5. Esfera.

Cubo: El cubo, llamado también hexaedro regular, es una figura geométrica que tiene 6 caras iguales y la superficie es igual a la suma de la superficie de cada una de sus caras. Y el volumen es igual al lado elevado al cubo. Figura 2.11.6.

l

Sc = l² St = l² × 6 V = l³ Sc = Superficie de la cara St = Superficie total

l

Figura 2.11.6. Cubo.

Prisma cuadrangular: Un prisma es un cuerpo geométrico que tiene por bases dos polígonos que pueden ser o no regulares y por caras laterales paralelogramos. La superficie del prisma es la suma de la superficie de cada una de las caras que lo forman. El volumen se calcula multiplicando el área de la base del polígono que lo forma por su altura. Figura 2.11.7.

h

l

Superficie de la base: Sb = l × l Superficie de la cara: Sc = l × h La superficie total St St = (l² × 2) + (h × l × 4) V = l² × h

l

Figura 2.11.7. Prisma cuadrangular.

Problema ¨ Calcular el área y el volumen de una barra de acero de sección cua-

drangular de lado 50 mm y de longitud 1 metro. S = l2; S = 50 × 50 = 2.500 mm2 V = 2.500 × 1.000 = 2.500.000 mm3 = 2,5 dm3

Prisma hexagonal: Es una figura geométrica de base hexagonal. Este tipo de barra es muy empleada en el taller de metal. Figura 2.11.8. La S. de la base se calcula igual que la del hexágono regular.

V = Sb × longitud R

Figura 2.11.8. Prisma hexagonal.

© ITES-PARANINFO

89

Determinación de los equipos de trabajo Cilindro: El cilindro es un cuerpo geométrico redondo que tiene por bases dos círculos y por pared un plano rectangular circular. Su volumen es el espacio ocupado por dicho cilindro, y se calcula multiplicando el área del círculo por su altura. Muy empleados estos cuerpos en mecánica. Figura 2.11.9.

h

S = (π × R2 × 2) + (2 π R) V = π × R2 × h R

Figura 2.11.9. Cilindro.

Problema ¨ Queremos saber el precio de una barra de acero de 1.000 mm de longitud y 30 mm de diámetro, sabiendo que el kilo nos cuesta a 2,25 euros.

V = π × R2 × l; V = 3,14 × 152 × 1.000 = 706.500 mm3 V en dm3 será = 706.500 : 1.000.000 = 0,7065 dm3 El peso de la barra será = 0,7065 × 7,085 = 5,54 kilos Coste = 5,54 × 2,25 = 12,47 euros

Tubo redondo: Los tubos son muy empleados tanto en mecanizados como en estructuras, construcción de muebles, estanterías, etc. La sección y el volumen lo calculamos a través de las fórmulas. Figura 2.11.10.

e S

R r

S = (π × R2) – (π × r2) R r

V = S × longitud del tubo

Figura 2.11.10. Tubo.

Problema ¨ Calcular el espesor y la sección de la pared de un tubo de acero, de diámetro exterior 80 mm y de diámetro interior 60 mm.

El espesor del tubo es e = (D – d) / 2 e = (80 – 60) / 2 = 10 mm Calculamos la sección S = (π × R²) – (π × r²) Aplicando datos tendremos que S = (3,14 × 40²) – (3,14 × 30²) S = 5.024 – 2.826 = 2.198 mm²

Tubo cuadrangular: Este tipo de perfil, como sabemos, es empleado en el taller, sus cálculos son: Fig. 2.11.11.

90

© ITES-PARANINFO

Determinación de los equipos de trabajo

S = (a × b) – (a’– b’) V=S×l a = Medida exterior del tubo b = M. interior del tubo l = Longitud l L

Figura 2.11.11. Tubo cuadrangular.

Problema ¨ Queremos conocer el precio del material, y el número de barras que necesitamos comprar, para mecanizar una serie de 1.000 piezas de sección cuadrangular, cuyas medidas en bruto son: lado 25 mm y longitud 125 mm, de aluminio. Teniendo en cuenta que el precio del kg de Al se puede comprar a 5,5 euros.

Las piezas se cortarán en sierra cuyo ancho de hoja es de 3 mm. Tenemos que tener en cuenta que las barras se suministran de 6.000 mm de longitud; teniendo en cuenta que en cada corte perdemos 3 mm por el ancho de la sierra, será: Nº de barras = (1.000 × (125 + 3 )) / 6.000 = 21,33 barras. Se comprarán 22 barras (25 × 25 × 6.000) Volumen del material = --------------------------------------------- = 3,75 1.000.000 3,75 dm³ cada barra Peso del material = 3,75 × 2,7 = 10,13 kg cada barra × 22 = 222,86 kg en total Coste del material = 222,86 kg × 5,5 = 1.225,73 euros.

2.1 Identificar de una serie de materiales propuestos por el profesor (Al, Cu, Fe, latón, etc.) cada uno de ellos dando las características más significativas y razonándolas.

2.2 Calcular el peso y coste de una barra comercial de sección cuadrangular de latón

125

25

Ejercicios

de 25 mm entre caras.

2.3 Establecer las diferencias fundamentales entre templado y cementación. 2.4 Razona por qué debemos calentar una pieza de acero para templarla. 2.5 Un pasador de acero se calienta a 900 ºC para templarlo, y lo enfriamos hasta llegar a una temperatura de 100 ºC en 25 seg. ¿A qué velocidad lo hemos enfriado?

2.6 Explica qué tipo de acero emplearías para el mecanizado de un eje roscado que deba de soportar la corrosión, y por qué escogerías ese tipo de material.

2.7 Pulir la superficie de una pieza de aluminio y otra de acero suave y medir su dureza con el durómetro, estableciendo así los grados de dureza de dichas piezas.

2.8 ¿Qué es la resiliencia y por qué se mide?

© ITES-PARANINFO

91

Capítulo

Determinación y análisis de los mecanizados

Determinación y análisis de los mecanizados Introducción En esta Unidad Temática se pretende conocer y estudiar las herramientas del taller, así como sus características y aplicaciones a cada máquina, estudiando su geometría y formas de trabajar, rendimientos de las mismas, formas comerciales y su normalización.

Contenido • Clasificación de las herramientas del taller • Estudio de las herramientas de corte y su normalización • Aplicaciones de su geometría y aplicaciones • Preparación, afilado y montaje en máquina

Objetivos X Adquirir una visión general de lo que son las herramientas del taller X Estudiar su normalización y formas comerciales X Aprender a montarlas y manejarlas, teniendo en cuenta su r.p.m., Vc., etc.

Determinación y análisis de los mecanizados

3.1 Orden de elección de las herramientas según el trabajo Cuando hablamos de herramientas, nos referimos a las herramientas empleadas en el taller de metal, pues dada la diversidad de tipos y modelos de herramientas para usos industriales haríamos el capítulo interminable y realmente las que nos interesa estudiar son las de carácter mecánico, empleadas en los talleres de mecanizado y en las máquinas que vamos a estudiar. Todos los trabajos realizados en los talleres se realizan a base de cortar los materiales, tallándolos de una forma u otra; por lo tanto, casi todas las herramientas están enfocadas al corte de los metales y materiales del taller, pues aunque algunas herramientas no cortan sí que deforman el material que hay que trabajar con ellas (los martillos, por ejemplo). Dada la diversidad de los modelos y su forma de empleo, no nos queda más remedio que realizar un estudio de qué herramienta y cómo hay que manejarla en cada momento de la fase de cada trabajo a realizar. Las que requieren un estudio lo más preciso posible y en profundidad son las llamadas herramientas de corte, pues de ellas depende la calidad del trabajo y en muchas ocasiones la economía de las piezas obtenidas, por lo tanto la competitividad de un taller. Por lo tanto, antes de empezar un determinado trabajo del taller, nos tenemos que preguntar qué es lo que vamos a obtener, y con qué grado de acabado y precisión, una vez teniendo claro este concepto, estaremos en condiciones de saber adecuar la herramienta necesaria para garantizar el trabajo y con la calidad deseada. Otra cosa a tener en cuenta es que cada máquina del taller inserta unas determinadas herramientas en cuanto a forma de la herramienta, geometría del filo, ángulos de corte, dureza de la misma, etc. Comentamos que cada máquina tiene por sus características de trabajo unos determinados modelos de herramientas, pero a su vez dentro de la misma máquina, según el trabajo a realizar, también deberemos saber qué tipo de herramienta emplear, por lo que se ve claramente que no nos queda más remedio que hablar de herramientas con el fin de conocerlas lo mejor posible.

3.2 Herramientas de mano Se consideran herramientas de mano, todas aquellas que de una forma u otra son manejadas con la mano; por lo tanto, sus formas y sus características responden a todos aquellos trabajos que se realizan en el taller de forma manual. A pesar de que hoy día hay infinidad de máquinas que facilitan la labor del trabajo manual al operario evitando la fatiga de éste y mejorando la calidad del mismo, seguimos teniendo que realizar numerosos trabajos de forma manual, por lo que no nos queda más remedio que aquellas herramientas empleadas de forma manual y de uso diario tenerlas que mencionar con el fin de que tengamos un concepto claro de ellas y sepamos manejarlas en las mejores condiciones. Tenemos un grupo de herramientas, que aunque no se les da importancia por lo sencillas que son, sí que se van a describir, pues se deben de conocer sus características y aplicaciones; no cabe duda de que del buen uso y manejo de estas herramientas depende la buena calidad de los trabajos de taller. Tornillo de banco: El tornillo de banco es un elemento mecánico sujeto a la mesa o banco de trabajo mediante tornillos, y se emplea para coger o sujetar las piezas o bien que tenemos que trabajar a mano o realizar alguna operación mecánica en ellas. Es de acero forjado, sus mordazas se abren a través de un husillo roscado el cual se acciona mediante una palanca con la cual realizamos la fuerza de apriete de las piezas a coger.

94

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Las mordazas están estriadas para que no resbalen las piezas que sujetamos con ellas. Es esencial disponer de un tornillo de banco en los talleres mecánicos para la realización de operaciones mecánicas como mecanización de roscas con machos y terrajas, sujetar piezas para el limado, eliminar rebabas después del mecanizado de máquina, etc. Existen muchos modelos de tornillos de banco y según las características del trabajo a realizar así escogeremos el más adecuado. La envergadura de un tornillo de banco nos la da la longitud de sus mordazas. Estos elementos deben de conservarse en buenas condiciones de trabajo, pues si descuidamos su mantenimiento las mordazas se deforman y pierden el paralelismo, el tornillo no aprieta lo suficiente, etc. Para mantenerlo en buen estado de funcionamiento debemos de engrasarlo y limpiarlo de virutas periódicamente, si no queremos tener problemas a la hora de sujetar piezas para trabajarlas. Ver figura 3.2.1.

Figura 3.2.1. Tornillo de banco con base giratoria.

Destornillador: Es una herramienta de mano muy empleada en el taller de metal. Hay dos tipos fundamentales de destornilladores. Ver figuras 3.2.2 y 3.2.3. • Los destornilladores de boca plana. • Los destornilladores de estrella (llamados también destornilladores de boca Phillips). Los destornilladores llamados de boca plana son empleados para tornillería ranurada en su cabeza (ver figura). Este modelo de destornillador debe de tener la boca con un plano igual al ancho de la ranura del tornillo, y cuando su boca se daña se deben afilar teniendo en cuenta el ancho del tornillo a trabajar. Los destornilladores de boca de estrella, conocidos también por el nombre de destornilladores Phillips, son empleados para la tornillería cuya cabeza del tornillo lleva una geometría estriada.

Figura 3.2.2. Destornillador de boca plana.

Figura 3.2.3. Destornillador de boca Phillips.

Hay otros modelos de destornilladores empleados para trabajos más específicos, como son los destornilladores de llave Allen, los cuales llevan una llave Allen; los destornilladores de vaso llevan una llave de vaso de una medida determinada, etc. Llaves Allen: Se llama llaves Allen a unas barras hexagonales dobladas a 90º empleadas para apretar y aflojar tornillos cuya cabeza tiene un hexágono interior conocidos con el nombre de tornillos de cabeza Allen (ver capítulo 1º). Este tipo de herramienta es muy empleada en las máquinas para el montaje y desmontaje de elementos los cuales llevan este tipo de tornillo, que queda embutido en las piezas mecánicas como se ve en la figura 3.2.4. Martillo: Es una herramienta de acero templado y de una forma estudiada para realizar los trabajos del taller de mecánica; su cabeza consta de dos partes, una redonda y abombada pulida con la que generalmente se golpean las piezas para la realización de trabajos de calaje de piezas, pasadores, chavetas, enderezar, etc. La otra parte de la cabeza tiene forma de bola para la realización de trabajos de remachado, conformar chapa, etc.

© ITES-PARANINFO

Figura 3.2.4. Llave Allen.

95

Determinación y análisis de los mecanizados Hay varios modelos de martillos, los llamados de bola y los de peña. Ver figura 3.2.5.

Cabeza

Bola

Martillo de bola

Peña

Martillo de peña

Figura 3.2.5.

Mazas: Son martillos cuya cabeza está formada por piezas de plástico (nylon). Figura 3.2.6. Estos martillos se emplean para golpear piezas que no deben de dañarse con el golpe ni dejar marcas, pues al ser el material de la maza más blando que el material que se golpea, se daña la maza del martillo en vez del material a golpear. Son empleados en el ajuste de piezas y en el desmontaje y montaje de piezas delicadas, como pueden ser engranajes, rodamientos, etc.

Figura 3.2.6. Martillo de plástico.

60º

Cabeza

Cuerpo

Figura 3.2.7. Granete.

Punta

Granete: Es una herramienta empleada en el trazado y marcado de piezas; el cuerpo del granete está moleteado para que no se escape de la mano, aunque éstas estén aceitadas. La punta está afilada a 60º y templada. El granete es una herramienta simple pero muy empleada en trabajos de ajuste, figura 3.2.7, pues tiene muchas aplicaciones, como: • • • • • •

Figura 3.2.8. Punto de granete.

Marcar puntos de referencia (figura 3.2.8). Marcar centros de ejes de simetría. Definir y marcar contornos de piezas, dibujos, etc. Marcar los centros de los taladros. Sirve de guía a las brocas en el mecanizado de taladros. Marcar los centros en donde se apoya la punta del compás.

Granete centrador: Cuando tenemos que marcar el centro en piezas cilíndricas con un granete, las tenemos que trazar antes con el gramil en un calzo y mármol de trazado. Una vez trazado el eje de simetría procedemos a marcar el centro con el granete. Esta operación la evitamos empleando un granete centrador, el cual está alojado en un cono que se mete dentro de la pieza cilíndrica a marcar y centra la pieza marcando con toda comodidad el centro de la misma. Ver figura 3.2.9.

Figura 3.2.9. Granete centrador y centro marcado.

Botador: Son herramientas similares al granete pero de aplicaciones distintas. Fabricadas con acero duro, generalmente templados, el cuerpo lo tienen moleteado para garantizar que no se nos resbale de las manos durante el trabajo, la punta la tie-

96

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados nen plana o redondeada según modelos y aplicaciones, son muy empleados en el taller para la extracción y colocación de pasadores, ejes, chavetas, clavijas, etc. También se suelen emplear para retacar remaches o tornillos. Aunque es una herramienta sencilla es muy empleada en el desmontaje y montaje de elementos mecánicos en el taller de metal. Ver figura 3.2.10. Cabeza

Cuerpo

Punta

Figura 3.2.10. Botador.

Figura 3.2.10.a. Sacando un eje.

15

º

Punta de trazar: Es una herramienta empleada para el trazado y marcado de líneas de referencia, la punta está afilada a 15º y es de metal duro, con el fin de que raye el material a marcar dejando así una huella que no se borre durante el mecanizado de la pieza, sirviéndonos ésta de referencia. Figura 3.2.11.

Figura 3.2.11. Punta de trazar.

Las puntas de trazar son utilizadas en los gramiles para comprobar el exceso de material de una pieza en bruto, trazar ejes de simetría, centros de taladros, etc. (ver gramil). Compás: Es una herramienta que se utiliza para el trazado de arcos, nos sirve también para tomar medidas, para trazar puntos equidistantes, etc. Es de acero templado, pues tiene que rayar la pieza que trazamos; sus patas están afiladas a 15º, y su abertura la tomamos con una regla del taller o un calibre. Es una de las herramientas más empleadas en el trazado de todo tipo de piezas en el taller. Figura 3.2.12.

Figura 3.2.12. Forma de apoyar la pata del compás.

Otros modelos de compases: Dada la cantidad y diversidad de trabajos a realizar en el taller también disponemos de otros modelos de compases que nos facilitan la toma de medidas; estos compases no nos valen para el trazado de piezas, pues las patas o puntas del compás están dobladas hacia fuera, “compás de interiores”, o dobladas hacia dentro, “compás de exteriores” (figuras 3.2.13 y 3.2.14), y nos valen para tomar medidas por comparación. Son empleados para comprobar medidas de interiores o exteriores, y según el modelo o tipo de piezas a comprobar escogeremos compases de interiores o exteriores.

Figura 3.2.13. Compás de interiores.

Las aplicaciones más comunes con estos modelos de compases son: • Ver el paralelismo de barras calibradas. • Comprobar el paralelismo de guías. • Comprobar el espesor de piezas en bruto antes de meterlas en máquina, para ver si dan la medida. • Comprobar medidas de series de piezas por comparación, etc.

© ITES-PARANINFO

Figura 3.2.14. Compás de exteriores.

97

Determinación y análisis de los mecanizados

3.3 Las herramientas de corte Se conoce con el nombre de herramientas de corte, a todas aquellas herramientas destinadas a tallar, fabricar o mecanizar los trabajos del taller de mecánica. Su fundamento es cortar los materiales del taller, habitualmente metales o aleaciones metálicas empleadas en la fabricación de piezas mecánicas. Pueden cortar de diversas maneras, sacando pequeñas virutas, como es el caso de las limas, sierras, muelas, etc. (son las llamadas herramientas de mano), o sacando virutas de gran sección y largas, es el caso de las herramientas que van insertadas en las máquinas y que por sus características requieren un tratamiento especial. Las herramientas del taller, generalmente las manuales, son de acero duro y templado, aceros comunes para herramientas (los llamados aceros al carbono), y las herramientas que van insertadas en las máquinas son de acero rápido (aceros aleados para herramientas). Distinguimos dos grandes tipos de herramientas de corte, las que son empleadas o manejadas a mano, y las que se insertan en las máquinas. HERRAMIENTAS • Herramientas de corte de mano • Herramientas de corte para máquina

3.3.1 Limas Son herramientas de acero templado que llevan tallados unos dientes, los cuales al rozar una superficie metálica son capaces de arrancar viruta cortando así el material y consiguiendo su talla. Ver figura 3.3.1.1. Las limas se diferencian unas de otras por sus características, que son:

• • • •

NOS DEFINE UNA LIMA La forma El tamaño El grado de corte El picado de los dientes

L

Espiga

Cuerpo

Punta

Figura 3.3.1.1. Partes de la lima.

Formas que pueden tener las limas: Por la diversidad de trabajo que se puede realizar con ellas, las limas las encontramos en el comercio de varias formas; la forma nos la define la sección de la lima. Para cada tipo de trabajo tenemos que emplear la lima adecuada en forma, tamaño y picado de dientes. GEOMETRÍA DE LAS LIMAS

Plana

98

Cuadrada

Triangular

Redonda

Rómbica

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados El tamaño: El tamaño de la lima nos lo define su longitud medida en pulgadas (1” = 25,4 mm). La longitud de la lima “L” se considera desde donde empieza el picado de los dientes hasta la punta de la lima, no considerándose la espiga como longitud de la lima, pues la espiga es donde se inserta el mango. TAMAÑO DE LAS LIMAS • La lima más pequeña suele medir 3” • La lima más grande mide 14”

Las limas más empleadas para trabajos de desbaste son las de 8”, pues es el tamaño adecuado de manejo, y las más empleadas para trabajos de acabado y pulido son las de 6”. El grado de corte: El grado de corte de una lima nos lo define el número de dientes que tiene tallada la lima por cm² o por pulgada², a menor número de dientes la viruta es más gruesa y la lima corta más, pero la superficie queda más basta; cuando queremos pulir una superficie, deberemos escoger una lima de mucho número de dientes por cm², sacará mayor número de virutas, pero al ser la viruta más pequeña la superficie quedará más fina. En el cuadro siguiente vemos el número de dientes por pulgada cuadrada que tiene una lima según el trabajo a realizar. TIPO

Nº de dientes pulgada²

Basta

52

Semibasta

60

Entrefina

77

Fina

103

Extrafina

128

El picado de los dientes: Es la forma en que están tallados los dientes y según el trabajo a realizar es decir a limar, debemos escoger la forma del tallado de los dientes (picado); aquí mostramos varias forma de picado. En la figura 3.3.1.2 se muestran limas con diferente tipo de picado.

PICADO DE LAS LIMAS Picado Sencillo recto Picado recto a 75º

Picado cruzado

Picado recto

Picado cruzado Picado Fresado

Tipos de picados. Picado fresado

Figura 3.3.1.2. Diferentes tipos de picado.

Ángulos del diente: Como herramienta de corte que es, responde a los ángulos de corte de cualquier herramienta, aunque sea para trabajar a mano. Figura 3.3.1.3. ÁNGULOS DE CORTE DE LA LIMA • Siendo beta ángulo de desprendimiento β • Siendo alfa ángulo de punta α • Siendo ro ángulo de incidencia ρ

© ITES-PARANINFO

β

α

ρ

Figura 3.3.1.3. Diente de lima.

99

Determinación y análisis de los mecanizados Cuando limamos una pieza hacemos avanzar la lima hacia delante apretando con la mano sobre la lima, haciendo fuerza de tal forma que el diente se clava en el material cortándolo, pero en el retroceso no debemos hacer fuerza con la lima sobre el material a cortar, pues los dientes de ésta se rompen, perdiendo poder de corte.

3.3.2 Cortafríos y buriles Filo

Cuerpo

Cabeza

Son herramientas de corte por golpe y se emplean para cortar remaches, tornillos, limpiar cordones de soldadura, etc. Tienen el cuerpo de acero suave con el fin de que cuando reciben el golpe no se partan y el filo de acero duro templado y afilado con un ángulo de 55º. Ver figuras 3.3.2.1 y 3.3.2.2.

Figura 3.3.2.1. Cincel.

55º

Figura 3.3.2.2. Buril.

La cabeza tiene forma cónica, pues al recibir el golpe del martillo saca rebabas, las cuales deben de eliminarse en la muela para evitar accidentes, pues durante el trabajo se pueden desprender partículas metálicas y dañarnos. Ver la cabeza con rebabas en la figura 3.3.2.3.

3.3.3 Sierras Son las herramientas que se encargan del corte de los materiales del taller. Pueden ser:

Figura 3.3.2.3. Cabeza de cortafríos.

TIPOS DE SIERRAS • De máquina • De mano

Sierras de máquina: Son las máquinas que se encargan del corte de los materiales del taller, preparando así las piezas que luego serán mecanizadas en las respectivas máquinas, como tornos, fresadoras, etc. Estas máquinas son muy simples y no tienen mecanismos complicados, pero sí hay que hacer constar que la parte más importante de la máquina es la hoja de sierra, que es la que realiza el trabajo de corte. Las máquinas más empleadas en el corte de materiales suelen ser de cinta, cuya hoja de corte es una cinta de acero rápido templada y cuyos dientes están tallados con un ángulo y triscados de forma que sean capaces de cortar los materiales del taller, por lo que los ángulos de corte corresponden a los ángulos de cualquier herramienta de corte.

N

El ángulo de desprendimiento es el ángulo α, cuyo valor para el corte de los aceros está comprendido entre 5º y 7º y el de punta del diente es el β, cuyo valor está comprendido entre 45º y 55º. Ver figuras 3.3.3.1 y 3.3.3.2.

Figura 3.3.3.1. Sentido de corte.

Estos ángulos varían para el corte de materiales blandos, como los aluminios y los cobres y latones.

S

α β

Figura 3.3.3.2. Ángulos de los dientes.

100

Se conoce con el nombre de triscado de los dientes al ángulo (t) que se les da a los dientes respecto la perpendicular de la sierra con el fin de ensanchar el corte (e’) y evitar que la sierra durante el corte (penetración de la misma en el material) se quede agarrada al material cortado. Esta particularidad evita el agarrotamiento de la sierra y permite una mejor refrigeración, pues hace que el refrigerante o aceite de corte bañe perfectamente la sierra y el material a cortar disipando el calor generado por el rozamiento. El grado de corte de una sierra es el número de dientes (N) que entran en una pulgada (25,4 mm). A mayor dureza de material tendremos que elegir una sierra de mayor número de dientes (mayor grado de corte) y a menos dureza de material a cortar el grado de corte será menor; es decir, menor número de dientes por pulgada.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados El sentido de corte de los dientes de una sierra debe de ser el representado en la figura; es decir, deberán de montarse los dientes en dirección de la flecha (S). Si se montan en sentido contrario se romperán al hacer presión sobre la pieza a cortar. Sierras de mano: Las sierras de mano obedecen al mismo criterio que las sierras de máquina. e

e t

e’

e’

Triscado de los dientes

Desahogo de la sierra

Figura 3.3.3.3. Corte de la sierra.

Las sierras de mano son las empleadas en el taller cuando tenemos que realizar cortes de pequeñas piezas o elementos que en un banco de trabajo podemos realizar para hacer reparaciones o preparar material; es el caso de tener que cortar tornillos, chavetas, varilla calibrada de pequeño diámetro, etc. Ver figura 3.3.3.3. Arco de sierra de mano: El arco de sierra para trabajar a mano cortando materiales es la herramienta que soporta y tensa la hoja de sierra.

Figura 3.3.3.4. Arco de sierra de mano.

Consta de un arco con un mango para poderlo coger con la mano y realizar la fuerza necesaria para el corte (ver figura 3.3.3.4) dispone de un tornillo que sujeta la sierra por un extremo, pudiendo tensarla adecuadamente al tipo de trabajo a realizar. Para cortar materiales duros se deberá de escoger hojas de sierra de acero rápido y de diente fino, y para el corte de materiales blandos se podrá elegir una hoja de acero al carbono y de diente grande.

Hojas de sierras de máquina y de mano.

3.3.4 Las roscas Mecanizado de roscas a mano: Este tipo de trabajo es una de las operaciones típicas del taller de metal, pues la tornillería es uno de los elementos mecánicos más empleados en el taller y la mecanización y reparación de rosca (tornillos y tuercas) son un trabajo común que requiere su estudio. Para mecanizar una rosca en un banco de trabajo con las herramientas de mano adecuadas lo primero que tenemos que hacer es conocer las roscas y sus características, modelos, etc. Veamos las características de una rosca y sus partes en la figura 3.3.4.1:

Paso

De

Flanco

P. medio del flanco

Di

Base

Vértice

Dm

Fondo Altura del filete

Figura 3.3.4.1. Partes de una rosca.

Características de una rosca: Las características fundamentales que nos definen e identifican una rosca son: Filete de rosca: Llamamos filete de rosca a cada uno de los dientes que forman la rosca, los cuales están definidos por la geometría de la rosca que pueden ser de geometría triangular, cuadrada, trapecial, redonda.

© ITES-PARANINFO

101

Determinación y análisis de los mecanizados Flanco: Los flancos de la rosca son los laterales del diente de la rosca y son las caras sobre las cuales se apoyan el tornillo y tuerca realizando el apriete.

De Dm Di

Vértice: Llamamos vértice de rosca a la parte superior del diente de rosca; la geometría del vértice según el tipo y modelo de rosca puede ser plana, redonda. Fondo de rosca: Es la parte más profunda del diente de la rosca y sobre el fondo de la rosca se mide el diámetro del núcleo de la rosca. Vano de la rosca: Es la parte de material que tenemos que cortar para el mecanizado de la rosca. Es el espacio entre diente y diente. Paso de rosca: Es la distancia que hay entre diente y diente y es lo que avanza un tornillo o tuerca por vuelta completa.

Figura 3.3.4.2. Diámetros de una rosca.

Diámetros de una rosca: En un tornillo distinguimos varios diámetros, los cuales se representan en la figura 3.3.4.2. Diámetro exterior de la rosca: Es el diámetro exterior del tornillo, que va de vértice a vértice de diente de rosca y es por donde se mide la rosca. Diámetro medio: Es el diámetro que pasa por el centro del diente de la rosca y se emplea para verificar la rosca. Diámetro del fondo: Es el diámetro que va de fondo a fondo de diente. Rosca métrica: Está basada en el sistema métrico, “Sistema Internacional S. I.”; es una de las roscas más empleadas en la unión de piezas de mecánica; al tener juego en los vértices de la rosca admite el engrase. Ver figura 3.3.4.3. • • • • • •

H P

Geometría del filete de rosca métrica.

La geometría del filete de la rosca es un triángulo de lados iguales (equilátero). El fondo de la rosca es redondeado y la cresta de la rosca truncada. El ángulo que forma su filete es de 60º. El lado del triángulo es igual al paso. Existe juego en los vértices de la rosca entre el fondo y la cresta. Su diámetro exterior y el paso se miden en milímetros, de forma que el paso es lo que avanza el tornillo o tuerca por vuelta completa.

Tuerca

Di

Tornillo

Dm De

M

H

h

n

P

Juego

Figura 3.3.4.3. Rosca métrica, “tornillo y tuerca”.

En la siguiente tabla tenemos las fórmulas para calcular los datos de las roscas métricas y los diámetros y pasos más empleados, es la llamada “serie normal”.

ROSCA MÉTRICA

102

Fórmulas

Diámetro exterior

Paso

Altura rosca

P = Paso n = Juego en el vértice n = H / 16 H = Altura del triángulo H = 0,649 x P M = Profundidad rosca

3

0,50

0,34

4

0,70

0,486

5

0,80

0,556

6

1,00

0,695

8

1,25

0,868

10

1,50

1,042

Fórmulas M = 0,7 x P Dm = Diámetro medio Dm = De – 0,7 x P Di = Diámetro interior Di = De – 2M

Diámetro exterior

Paso

Altura rosca

12

1,75

1,215

14

2,00

1,389

16

2,00

1,389

20

2,50

1,736

24

3,00

2,084

30

3,50

2,42

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Problema ¨ ¿Qué altura tendrá el filete de una rosca métrica de M16? Como el tornillo se acota por el diámetro exterior, quiere decir que tiene 16 mm de diámetro y le corresponde a ese diámetro 2 mm de paso. Aplicando la fórmula tendremos que M = 0,7 × P; luego será M = 0,7 × 2 = 1,4 mm

Rosca métrica de paso fino: En mecánica y en algunas ocasiones los pasos de la rosca de la serie normal se nos quedan grandes, y necesitamos roscas que aun teniendo el mismo diámetro de tornillo el paso es más pequeño. Los cálculos para obtener los datos de la rosca son los mismos que los de paso común. Los pasos finos más empleados los tenemos en la siguiente tabla. ROSCA MÉTRICA DE PASO FINO Diámetro exterior 3 4 5 6 8 10 12 14 16 20 24 30

Altura rosca 0,24 0,35 0,35 0,52 0,70 0,70 1,04 1,04 1,04 1,04 1,38 1,38

Paso 0,35 0,50 0,50 0,75 1,00 1,00 1,50 1,50 1,50 1,50 2,00 2,00

Diámetro de fondo 2,51 3,30 4,30 5,50 6,60 8,60 9,90 11,90 13,90 17,90 21,20 27,20

Rosca Whitworth: Es una rosca basada en el sistema inglés. Para calcular su paso tenemos que dividir la pulgada por el número de hilos que tiene la rosca por pulgada. Ver geometría de la rosca en la figura 3.3.4.4. Sus características son: Tuerca

Tornillo

Di Dm

De

H

M

P

h

El fondo de la rosca es redondeado. Los vértices de rosca también están redondeados. No tiene juego en los vértices. El ángulo de rosca es de 55º. La geometría del diente es un triángulo isósceles. El lado menor del triángulo es igual al paso. El diámetro exterior de la rosca se mide en pulgadas. El paso se mide en hilos por pulgada.

r

• • • • • • • •

Figura 3.3.4.4. Geometría de la rosca Whitworth.

Con el fin de poder calcular los datos de una rosca Whitworth, en la siguiente tabla se dan las fórmulas y los diámetros y pasos más empleados. ROSCA WHITWORTH Fórmulas

Diámetro exterior

Paso Nº hilos

Diámetro en mm

P = Paso h = Altura del triángulo h=H/6 H = Altura del triángulo H = 0,96 x P M = Profundidad de la rosca M = 0,64 x P r = Radio r = 0,137 x p

1/8 3/16 ¼ 5/16 3/8 7/16 1/2 5/8 3/4 7/8 1

40 24 20 18 16 14 12 11 10 9 8

3,17 4,76 6,35 7,93 9,52 11,1 12,7 15,8 19,0 22,2 25,4

© ITES-PARANINFO

103

Determinación y análisis de los mecanizados Problema ¨ Tenemos que mecanizar una rosca en el torno de 1 ¼’’ × 12. Calcular el diámetro exterior al que tenemos que mecanizar el cilindro, el paso y la profundidad que tenemos que dar al carro transversal para el mecanizado de dicha rosca.

1 ¼ × 25,4 = 31,75 mm será el diámetro exterior del cilindro. 25,4 / 12 = 2,11 mm será el paso que tiene la rosca. Altura de la rosca M = 0,64 × 2,11 = 1,35 mm.

Igual que la rosca métrica, el sistema de roscas Whitworth también dispone de pasos finos. Los más empleados se dan en la tabla siguiente.

d

D

ROSCA WHITWORTH DE PASO FINO

Figura 3.3.4.5. Tubería para instalaciones de agua.

Diámetro exterior

Paso Nº hilos

Diámetro en mm

Paso en mm

¼

26

6,35

0,97

5/16

22

7,93

1,15

3/8

20

9,52

1,27

7/16

18

11,1

1,41

1/2

16

12,7

1,58

5/8

14

15,8

1,81

3/4

12

19,0

2,11

7/8

11

22,2

2,30

1

10

25,4

2,54

1¼

9

31,7

2,82

1½

8

38,1

3,17

Las roscas para tuberías: Las tuberías empleadas en las instalaciones para conducción de líquidos van roscadas y llevan un paso fino; este tipo de rosca se designa por el diámetro interior del tubo, dándose el paso de la rosca en hilos por pulgada. Son roscas de geometría Whitworth. Siendo (d) el diámetro interior del tubo en pulgadas y (D) el diámetro exterior del tubo. Ver figura 3.3.4.5. ROSCA WHITWORTH PARA TUBERÍAS Diámetro interior

Paso Nº hilos

Diámetro interior en mm

Diámetro exterior en mm

1/8

28

3,17

9,7

1/4

19

6,30

13,1

3/8

19

9,5

16,6

½

14

12,7

20,9

¾

14

19

26,4

1

11

25,4

33,2

1¼

11

31,7

41,9

1½

11

38,7

47,8

2

11

50,8

59,6

2 1/2

11

63,5

75,1

P M

60º T

Figura 3.3.4.6. Dientes de rosca Sellers.

104

Rosca Sellers: Es una rosca de geometría triangular; tiene el mismo ángulo que la rosca métrica, pues el filete de la rosca tiene 60º y el triángulo que forma es de lados iguales. Ver figura 3.3.4.6. También recibe el nombre de rosca americana por el país en donde más se emplea. Está muy introducida en las industrias automovilísticas.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Las características de esta rosca son: • • • •

Los vértices de las crestas y el fondo de la rosca están truncados. No tiene juego en los vértices; la tuerca y tornillo ajustan totalmente. El diámetro exterior de la rosca se mide en pulgadas. El paso de la rosca se mide en hilos por pulgada.

Los diámetros y pasos empleados más comunes son los de la tabla siguiente. ROSCA SELLERS Fórmulas

Siendo: M = 0,65 x paso T = (M + 2T) / 8 M + 2T = 0,866 x P

Diámetro exterior

Paso en hilos

Diámetro mm

¼

20

6,35

5/16

18

7,93

3/8

16

9,52

7/16

14

11,1

½

13

12,7

9/16

12

14,2

5/8

11

15,8

3/4

10

15,7

7/8

9

18,5

1

8

25,4

1 1/8

7

28,5

1¼

7

31,7

1 1/2

6

38,1

Rosca trapecial: La rosca trapecial recibe ese nombre porque la geometría de su filete es un trapecio. Es una rosca muy empleada en órganos de máquinas que tengan ejes roscados los cuales deban de soportar grandes esfuerzos, como arrastrar carros de máquina, prensas, etc. También se emplea para la transformación de movimientos circulares en rectilíneos. Este modelo de rosca tiene juego en los vértices de los filetes, como se ve en la figura 3.3.4.7. El ángulo que forman los lados del trapecio puede ser de 29º o de 30º.

Tuerca

h

H

a

a

h’

P

α

P Tornillo

α

Figura 3.3.4.7. Rosca trapecial.

ROSCA TRAPECIAL ACME α = 29º Se mide en pulgadas a = 0,5 x p + 0,25 b = 0,37 x P – 0,13 H = 0,5 x p H=a–H e = 0,37 x p

© ITES-PARANINFO

DIN α = 30º Se mide en milímetros a = 0,5 x P + h´ p = 0,63 x P – 0,53 x h´ h´= 0,25

105

Determinación y análisis de los mecanizados Problema ¨ Calcular los datos de una rosca ACME si queremos que el diámetro de la rosca sea 40 mm y el paso de 6 mm. P

h

a

e

b

α

X L

Diámetro exterior = 40 mm Paso = 6 mm Altura de la rosca a = 0,5 × p + 0,25 a = 0,5 × 6 + 0,25 = 3,25 mm Ancho del fondo de la rosca b = (0,37 × p) – 0,13 b = (0,37 × 6) – 0,13 = 3,00 mm Juego h = a – H h = 3,25 – 3 = 0,25 mm Longitud del diente e = 0,37 × p e = 0,37 × 6 = 2,22 mm Si queremos calcular la cota x, tendremos que: α = 29 / 2 = 14,5º tang α = x / a x = tang 14,5º × 3,25 = 0,84 L = 2x + e L = (2 × 0,84) + 2,22 = 3,9 Los diámetros y pasos más empleados se dan en la tabla siguiente. ROSCA TRAPECIAL DIN α = 30º Diámetro exterior

Paso

Altura del diente (a)

Ancho del fondo (b)

12

3

1,75

0,98

14

4

2,25

1,35

16

4

2,25

1,35

18

4

2,25

1,35

20

4

2,25

1,35

24

5

2,75

1,72

28

5

2,75

1,72

30

6

3,25

2,09

36

6

3,25

2,09

Otros tipos de roscas de interés: En ocasiones en mecánica por características de funcionamiento también se emplean roscas cuyos dientes tienen otra geometría que no es triangular. Estas roscas se mecanizan igual que las demás, la única variante es que tenemos que afilar la herramienta con la geometría del diente de la rosca que deseamos mecanizar. Ver la tabla con los filetes de rosca de forma especial. OTROS TIPOS DE ROSCAS

106

M

Es una rosca que tiene aplicaciones donde el tornillo tiene que realizar grandes esfuerzos. Muy parecida a la trapecial.

L

P

ROSCA CUADRADA

L = M (largo del diente) P

Se emplea en materiales ferroviarios, y para aquellos trabajos que presentan grandes desgastes en la cresta.

r

M

ROSCA REDONDA

30º

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Machos de roscar y terrajas: Estas herramientas, llamadas machos y terrajas, son empleadas en el mecanizado de roscas generalmente realizadas a mano. Los llamados machos de roscar son para el mecanizado de tuercas o agujeros roscados, y las terrajas son para el mecanizado de tornillos o espárragos. Machos de roscar: Los machos de roscar a mano son los encargados de realizar roscas de cualquier medida en agujeros previamente taladrados a una medida calculada en función del tipo y tamaño de la rosca a realizar. Son juegos de tres piezas (ver figura 3.3.4.8) que con ayuda de un bandeador los hacemos girar dentro del agujero para mecanizar así la tuerca. Las características y partes de un macho de roscar las vemos en la figura 3.3.4.9. Los ángulos de corte de un macho de roscar son los de cualquier herramienta de corte; en el dibujo se ve un diente de macho de roscar con sus ángulos.

Nº 2. Macho roscado medio Nº 3. Macho acabado

Figura 3.3.4.8. Juego de machos.

Diámetro de garganta

Longitud de la entrada Alma

Nº 1. Macho prerroscado

Longitud de la ranura

Diámetro del mango

Longitud del cuadradillo

Punta de centrado interior o exterior

Centrado exterior por facetas o interior Longitud de rosca Longitud de garganta

Longitud del mango

Cuadradillo

Longitud total

Figura 3.3.4.9. Características de un macho de roscar. Prerroscado

Cuando mecanizamos un agujero roscado, debemos de hacer pasar el juego de machos en un orden, el cual se ve en el cuadro siguiente; podemos apreciar que el primer macho inicia y guía la rosca, el segundo macho desbasta la rosca y el tercero la pule y la calibra. Figura 3.3.4.10. JUEGO DE MACHOS • El 1º macho guía e inicia la rosca • El 2º macho desbasta la rosca • El 3º macho pule y calibra la rosca

Roscado medio Acabado

Figura 3.3.4.10. Orden de roscado.

Los machos llevan una mecha cuadrara con el fin de poderlos coger haciéndolos girar con un portamachos o bandeador con el fin de garantizar que el macho no patine durante su trabajo. Otro aspecto que debemos de tener en cuenta es calcular el diámetro del agujero antes de mecanizar la rosca; para ello debemos de tener en cuenta el diámetro nominal de la rosca y el paso de la misma, datos con los cuales calcularemos el diámetro de la broca a emplear para el taladrado previo al roscado. Generalmente cuando tenemos que mecanizar un agujero roscado empleando machos de roscar la fórmula a aplicar para el cálculo del diámetro de la broca suele ser: Db = Dn – p. Cuando necesitamos mecanizar roscas cortadas con cuchilla, como es el caso del torno, aplicaremos la fórmula Db = Dn – (0,7 × p × 2). Ver estudio de las roscas en el capítulo 4, “Roscado en el torno”. Siendo: Db = Diámetro de broca Dn = Diámetro nominal p = Paso de la rosca

© ITES-PARANINFO

107

Determinación y análisis de los mecanizados Ejemplo 1º Queremos roscar una tuerca de M 12 × 175. ¿A qué diámetro debemos de taladrar para luego pasar el macho? Para rosca de altura hasta el 75% aplicamos la fórmula: Db = Dn – p; Db = 12 – 1,75 = 10,25 mm. Para rosca de altura total aplicamos la fórmula: Db = Dn – (0,7 × p × 2); Db = 12 – (0,7 × 1,75 × 2) = 9,55 mm. 2º Queremos roscar una tuerca de W 1/2 × 12 hilos. ¿A qué diámetro debemos de taladrar para luego pasar el macho? • Pasamos las pulgadas a milímetros 1/2 × 25,4 = 12,7 mm diámetro nominal. • Obtenemos el paso en mm 25,4 / 12 = 2,11 mm de paso. • Aplicamos la fórmula Db = 12,7 – 2,11 = 10,59 mm diámetro de la broca.

El bandeador de machos: Es la herramienta empleada en hacer girar el macho correspondiente; es de acero y tiene unos brazos de palanca por donde se hace la fuerza para que el macho gire al mismo tiempo que corta el material mecanizando así la rosca. Lleva unas mordazas en la parte central por donde se sujeta el macho. Figura 3.3.4.11.

Figura 3.3.4.11. Bandeador para machos.

Terrajas de roscar: Las terrajas son herramientas de corte que se emplean para el roscado de espárragos y tornillos; los espárragos a roscar deben de estar calibrados al diámetro exterior del tornillo y deben de tener una entrada δ para facilitar la entrada de la terraja (ver figuras 3.3.4.12 y 3.3.4.13). Estas herramientas se montan en un portaterrajas o bandeador de terrajas, figura 3.3.4.14, el cual les da el movimiento de rotación para el roscado. Los ángulos de corte que tienen las terrajas son los mismos que cualquier herramienta de corte. Desprendimiento δ

Incidencia α β

Superficie de desprendimiento

α Ángulo de incidencia α Ángulo de punta β

Figura 3.3.4.12. Terraja y diente.

δ

Figura 3.3.4.13. Entrada δ entre 20º y 25º.

108

Figura 3.3.4.14. Portaterrajas.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados JUEGO DE MACHOS Y TERRAJAS MÁS COMUNES Rosca métrica

Rosca Whitworth

Diámetro exterior en mm

Paso en mm

Diámetro exterior en pulgadas

Paso h por 1”

M4

0,70

3/16

24

M5

0,80

1/4

20

M6

1,00

3/4

20

M8

1,25

5/16

18

M10

1,50

3/8

16

M12

1,75

1/2

12

M14

2,00

M16

2,00

5/8

11

3.3.5 Escariadores El escariador es una de las herramientas del taller más precisas, pues es capaz de pulir y calibrar agujeros a un diámetro completamente exacto (H7. Ver tolerancias); está considerada como una herramienta de gran precisión Es una herramienta cilíndrica o cónica según el trabajo a desempeñar, de acero rápido, con dientes tallados sobre su núcleo los cuales pueden estar tallados de forma recta o helicoidal, afilados, rectificados a un diámetro exacto, y templados con el fin de que corten los materiales de los agujeros a calibrar. El escariador no sirve para taladrar, solamente se emplea para pulir y rectificar agujeros que previamente han de ser taladrados. La broca a emplear para el taladrado previo debe de ser calculada, y estará en función de la cantidad de material que el escariador pueda cortar durante su trabajo. Los espesores máximos que puede cortar un escariador según su diámetro están calculados y no podemos exceder estos máximos de material, pues romperíamos sus dientes durante el trabajo. Diámetro nominal

Exceso de material

Hasta 6 mm

0,1

De 6 a 15 mm

0,2

De 15 a 25 mm

0,3

De 25 a 50 mm

De 0,45 a 0,50 ∅ A

El escariador debe de penetrar en el agujero a mecanizar siempre girando en el sentido de corte de sus dientes (a la derecha) y debe de salir en el mismo sentido, si invertimos a la salida del escariador el sentido de giro romperemos los dientes del mismo. Cálculo del agujero para el escariado: Como hemos comentado anteriormente, el escariador no debe ni puede cortar más material que el que debe, y para ello debemos de calcular el diámetro de la broca con la cual tendremos que mecanizar el agujero previo al escariado. Ver figura 3.3.5.1.

B∅

Figura 3.3.5.1. Agujero previo.

Este cálculo nos lo da la fórmula: B = 0,99 × A – 0,2

Siendo: B = Diámetro a mecanizar antes del escariado A = Diámetro del escariador a utilizar

© ITES-PARANINFO

109

Determinación y análisis de los mecanizados Ejemplo Tenemos que escariar un agujero a 20 mm de diámetro y queremos saber a qué diámetro tenemos que taladrar para pasarle después del taladrado el escariador de 20 mm. Aplicando la fórmula tenemos que: B = 0,99 × 20 - 0,2 = 19,6 mm. Diámetro de broca a escoger previo al escariado. Tipos de escariadores: Dada la diversidad de trabajo a realizar en los talleres, existen diversos modelos de escariadores en función de los trabajos a realizar, los más empleados son los cilíndricos y los cónicos. TIPOS DE ESCARIADORES • Escariadores cilíndricos • Escariadores conicos

Escariadores cilíndricos. Son unos de los más empleados, y éstos calibran y pulen agujeros de caras paralelas; son cónicos en la punta con el fin de que entren en el agujero a escariar y garanticen la perpendicularidad del escariado, es lo que llamamos entrada del escariador. Figura 3.3.5.2.

d I2

I1

Figura 3.3.5.2. Escariador cilíndrico.

Escariadores cónicos. Estos escariadores son empleados para el calibrado y pulido de pasadores cónicos. Tienen la generatriz del cono normalizada y se miden por su diámetro mayor.

d3 d2

I2

d5 I1

Figura 3.3.5.3. Escariador cónico.

ρ

45º

β α

Figura 3.3.5.4. Ángulos del escariador.

Estos escariadores a medida que penetran en la pieza hacen mayor el diámetro del agujero, siendo d2 el diámetro mínimo en el escariador cónico. Figura 3.3.5.3 Ángulos de corte del escariador: Como herramienta de corte que es, tiene los mismos ángulos que cualquier herramienta de corte para el tallado de metales. Son herramientas muy precisas y delicadas, y se deben de trabajar dándoles muy poco avance, y hacerlos avanzar siempre en el mismo sentido de giro, tanto para penetrar en el agujero como para sacarlos, pues si los sacamos dándoles el sentido de giro a izquierdas la misma viruta rompe los dientes del escariador. En la figura 3.3.5.4 vemos los dientes de un escariador y sus ángulos. ρ = Ángulo de desprendimiento. β = Ángulo de punta. α = Ángulo de incidencia. Entrada del escariador: Los escariadores tienen la punta cónica con el fin de facilitar la entrada en el agujero que tienen que pulir y calibrar, por lo tanto para calibrar el agujero debemos de hacer pasar toda la parte cortante del escariador, no solamente la punta del mismo.

G

90

º

D

α

Figura 3.3.5.5. Entrada del escariador.

110

Cuando realizamos trabajos con este modelo de escariador hemos de tener en cuenta el taladrado previo al escariado y la profundidad del escariado para hacer coincidir el diámetro mayor (d3) del pasador con el agujero escariado.

Otro detalle que debemos de tener en cuenta cuando trabajamos con escariadores es la perpendicularidad del mismo; éste debe de entrar perpendicular al eje de simetría del agujero a mecanizar, si no fuese así estaríamos calibrando un agujero con la inclinación del desvío del escariador respecto al eje de simetría del agujero. Ver figura 3.3.5.5. G = Longitud cónica de la punta D = Diámetro del escariador d = Diámetro de entrada en la punta

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados

3.4 Herramientas de máquina Son herramientas de corte diseñadas y afiladas para cada una de las máquinas en las cuales se van a emplear, pues las máquinas de taller por la diversidad de trabajos que tienen que realizar, requieren herramientas cuyas formas, ángulos y diseño son específicas a cada modelo de máquina en particular, aunque haya algunos tipos de herramientas que por su forma de trabajo tengan la posibilidad de que se puedan emplear en varias máquinas (caso de las brocas). Las herramientas más empleadas se definen en los grupos siguientes:

• • • •

GRUPOS DE HERRAMIENTAS Herramientas para el taladrado Herramientas para el torneado Herramientas para el fresado Herramientas para el rectificado

3.4.1 Brocas Son herramientas de acero rápido empleadas en la mecanización de taladros, de tal forma dispuestas y afiladas que son capaces de cortar los materiales del taller mecanizando agujeros en las piezas a trabajar a altas velocidades, dejándolos a un diámetro determinado según la medida de la broca. En la broca distinguimos tres partes: el mango, por donde se sujeta la broca a la máquina que puede ser cilíndrico o cónico, y donde van insertadas las medidas y sus características. Ver figura 3.4.1.1. Mango cónico morse Garganta

Longitud del filo Longitud de la hélice Longitud total

Garganta

Lengüeta de expulsión

Longitud del cono Longitud de la garganta

Figura 3.4.1.1. Partes de una broca.

El cuerpo, tallado en forma de hélice con el fin de que la viruta que corta su punta pueda salir al exterior expulsándola del agujero que está cortando. La punta, que está afilada adecuadamente con los ángulos precisos con arreglo a la dureza del material a cortar. Tipos de brocas: Las brocas, por la variedad de trabajos que pueden realizar, las encontramos de varios diámetros y longitudes, así como disponibles con diversos tipos de mangos según su diámetro con el fin de que puedan ser fijadas en las máquinas en las cuales se va a trabajar con ellas. Ver figura 3.4.1.2.

Figura 3.4.1.2. Broca de mango cilíndrico.

BROCAS SEGÚN EL MANGO • Las brocas de 1 a 13 mm de diámetro tienen el mango cilíndrico para ser cogidas mediante portabrocas. • Las brocas a partir de 13 mm de diámetro en adelante tienen el mango cónico, “cono morse”.

Velocidad de corte de las brocas: Se llama velocidad de corte de una broca a la capacidad de corte que tiene.

© ITES-PARANINFO

111

Determinación y análisis de los mecanizados La velocidad de corte se da en metros por minuto y estará en función de la dureza del material a trabajar, y nos la calcula la fórmula: π×D×N Vc = ----------------------------1.000

Siendo: Vc = Velocidad de corte en m/m D = Diámetro de la broca con la que trabajamos N = Número de revoluciones La máquina de taladrar imprime el movimiento de rotación a la broca de forma que ésta penetra en el material cortándolo. Si la broca lleva muchas revoluciones durante su trabajo la calentamos mucho por rozamiento, pudiendo llegar a deteriorarla, incluso a quemarla. Si por el contrario le damos pocas revoluciones decimos que la broca trabaja por debajo de sus posibilidades, no obteniendo el rendimiento requerido. Por lo tanto, para que una broca trabaje correctamente debemos de calcular las revoluciones a las que debe de girar para realizar su trabajo. Las revoluciones las calculamos partiendo de la fórmula de la velocidad de corte despejando N. Vc × 1.000 N = ---------------------------π×D

Ejemplo Calcular el número de r.p.m. al que debemos de hacer girar a una broca de 12 mm de diámetro si vamos a trabajar aluminio. Sabiendo que el aluminio debe de trabajar a una Vc de 80 m/m. 80 × 1.000 N = ----------------------------- = 2.123 r.p.m. 3,14 × 12

Sección de corte de una broca: La broca cuando penetra en el material lo hace con dos labios o filos de corte, por lo que saca dos virutas y su sección es el ancho de la viruta cortada, siendo: D×a S = -----------------4

Problema ¨ ¿Qué sección de viruta obtendrá una broca de 16 mm de diámetro si está penetrando 30 mm por minuto a 125 r.p.m.?

a = 30 / 125 = 0,24 mm/rev. S = (16 × 0,24) / 4 = 0,96 mm2

Ángulos y filos de la broca: Las brocas son herramientas de geometría cilíndrica afiladas de tal forma que cuando reciben el movimiento de rotación, éstas sean capaces de cortar el material para realizar el trabajo propuesto.

112

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Como todas las herramientas de corte, deben de afilarse a unos ángulos determinados, en función de la dureza del material a cortar. En términos generales tenemos que tener en cuenta que a mayor dureza del material, el ángulo de punta debe de ser mayor, y a menor dureza el ángulo de la punta será menor. Cuando la punta de la broca tiene un ángulo muy pequeño la broca corta más, pero es menos robusto, con lo que también se desafila con más facilidad, llegando incluso a romperse. Si el ángulo es muy grande la penetración será mas costosa, pero el ángulo es más robusto y el afilado dura más. Para materiales blandos tendremos que afilar con ángulos pequeños y para materiales duros con ángulos de más valor. Lo mismo pasará con las revoluciones, a mayor diámetro a mecanizar menor r.p.m. y a menor diámetro a trabajar mayor serán las revoluciones a darle a la máquina. Ver las partes de una broca en la figura 3.4.1.3. A continuación se da una tabla con los avances y ángulos más indicados para trabajar distintos materiales, según su dureza y su velocidad de corte.

Superficie de incidencia

Anchura de la faja

ϕ c Arista de corte

Superficie de Anchura del labio desprendimiento

Figura 3.4.1.3. Partes de una broca.

DATOS PARA TRABAJAR CON BROCAS DE ACERO RÁPIDO Avances según Ø de broca en (mm/rev) 1-5 6-12 13-25

MATERIAL A TRABAJAR

Dureza Brinell

Resistencia a la tracción kg/mm²

Vc m/m

Incidencia

Punta

Acero suave

140

45

20 a 40

0,10

0,20

0,30

4º a 6º

120º

Acero semiduro

250

60

25 a 32

0,10

0,18

0,25

4º a 6º

135º

Acero duro

210

85

20 a 28

0,08

0,15

0,20

4º a 6º

140º

Acero aleado

290

105

12 a 20

0,06

0,10

0,15

3º a 5º

140º

Acero inoxidable

285

98

8 a 10

0,04

0,08

0,10

5º a 7º

130º

Fundición gris

180

25

15 a 30

0,15

0,025

0,35

4º a 6º

130º

30 a 70

0,12

0,28

6º a 8º

120º

Cobre

Ángulos de la broca

Bronce

105

40 a 70

0,10

0,30

6º a 8º

118º

Latón

100

50 a 80

0,10

0,30

6º a 8º

118º

Aluminio y aleaciones

25

40 a 60

8º a 10º

115º

Volumen de viruta obtenido por una broca: El rendimiento de una broca se mide por el trabajo que realiza; es decir, por la cantidad de viruta que es capaz de cortar sin que se deterioren sus filos en un tiempo determinado, y la medimos en dm³. Si queremos saber el volumen de viruta en cada uno de los taladros a realizar, calcularemos el volumen del cilindro del agujero que ésta realiza, siendo Vv = (π×D×L)/1.000.000 = dm3. Vv = Volumen del agujero a mecanizar. D = Diámetro de la broca. L = Longitud del agujero. Veámoslo con un ejemplo: Problema ¨ Tenemos que mecanizar unas piezas con agujeros de 20 mm de diámetro con una profundidad de 100 mm y para ello utilizamos una broca de acero rápido. Queremos saber la cantidad de viruta que sacará en 1 hora de trabajo.

1º Calculamos las r.p.m. que debe de llevar la broca para mecanizar ese tipo de material, así como su avance, siendo Vc = 20 m/m, y a = 0,20 mm/rev. Despejando de la Vc tenemos que N = (Vc × 1.000) / (π × D); aplicando datos nos queda: N = (20 × 1.000) / (3,14 × 20) = 318 r.p.m. 2º El volumen de viruta a cortar por taladro es V = π × r² × h; aplicando datos tenemos: V = (3,14 × 10² × 100) / 1.000.000 = 0,0314 dm³. Tiempo en mecanizar un agujero t = l / a × N; t = 100 / (0,20 × 210) = 2’ 22’’ por agujero. 3º En 1 hora mecanizará 3.600 / 142 = 25 piezas, luego la viruta obtenida en ese periodo de tiempo será: Viruta = 25 × 0,0314 = 0,785 dm³.

© ITES-PARANINFO

113

Determinación y análisis de los mecanizados Defectos del taladrado: Las brocas, como hemos indicado anteriormente, son herramientas de corte, y como tales para realizar su trabajo tienen que estar en perfectas condiciones no sólo de afilado, sino de corte; es decir, se deben adecuar las condiciones de corte a los distintos materiales a taladrar. Por lo tanto, lo primero que tenemos que tener en cuenta a la hora de realizar trabajos con brocas, es conocer el material que vamos a trabajar, pues en base a este dato, podemos adecuar las revoluciones a dar a la máquina, los ángulos de afilado de la broca y el avance de penetración. Respecto al afilado de la broca: • El esfuerzo de penetración es demasiado grande, hay que realizar mucha fuerza y la broca corta mal. En este caso la broca está mal afilada, el ángulo de corte es muy grande. Afilar adecuadamente la broca. • El agujero sale más grande que el diámetro de la broca. La broca está mal afilada, tiene los labios desiguales, afilarla bien. • Una viruta sale más larga que la otra. Un labio es más largo que otro. Afilar bien para que corte con los dos labios iguales. • La broca patina y no corta el material, se calienta y se quema el filo. La broca es de material blando, elegir una broca de un material más duro, o bajar revoluciones, cambiar avance. Desviación admisible de una broca: Las brocas cuando se fabrican se comprueban a concentricidad, con un valor admisible del 90% (límite de error 10%) y se calcula mediante la fórmula: D×π×δ Ea = ---------------------------360º

Siendo: Ea = Error admisible D = Diámetro de la broca δ = 3º para diámetros de 1 a 100 mm δ = 4º para diámetros de 100 mm La tolerancia de concentricidad se calcula por Tc (siendo L la longitud del agujero). (0,03 + 0,01) L Tc = -------------------------------------D

En los cortes de las brocas las tolerancias admitidas son sobre el 10%, calculadas por: Teniendo en cuenta que para diámetros de 1 a 100 mm δ = 3º y α = 20 y para diámetros de más de 100 mm δ = 4º y α = 8º Avance

Lt

L

l

D × π × δ × tang α + 0,005 Dab = ------------------------------------------------------------------360º

D

Figura 3.4.1.4. Profundidad de taladro.

114

Longitud del taladro: En el taladrado deberemos de tener en cuenta la entrada de la broca, pues la punta es cónica porque tiene el ángulo de punta, por lo tanto la longitud total del taladrado se considera el espesor de la pieza más la longitud del ángulo de la punta. (Lt = L + l). Siendo l = 1/3 del diámetro de la broca. Ver la figura 3.4.1.4.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Brocas especiales: Se consideran brocas especiales aquellas que son capaces de realizar dos o más operaciones al mismo tiempo, como son las brocas bidiametrales, capaces de mecanizar el avellanado (alojamiento de la cabeza del tornillo) al mismo tiempo que cortan el agujero del tornillo. Estas brocas tienen dos diámetros, el del tornillo y el de la cabeza del tornillo, por lo que al penetrar en el material, cuando han taladrado el agujero del diámetro exterior del tornillo, realizan el diámetro de la cabeza del mismo. Son muy empleadas en los trabajos de ensambles de piezas por tornillería, pues ahorran las operaciones de cambio de herramientas y de posicionamiento de pieza. Véanse los dos diámetros que presenta la broca de la figura 3.4.1.5.

90º

L1

Figura 3.4.1.5. Broca bidiametral.

Brocas de centrar. También llamadas brocas de punto. Son brocas consideradas especiales, y son empleadas en la mecanización de centros y para mecanizar taladros a 60º.

D

60º

Estas brocas tienen entre el diámetro menor y el mayor el ángulo de 60º. Ver figura 3.4.1.6.

d

Cuando tenemos que mecanizar piezas largas o de mucho peso en el torno, es necesario hacerles un taladro a 60º llamado punto, para que éstas se puedan apoyar en el punto del torno cuyo ángulo también es de 60º, ajustándose así el punto taladrado con la broca y el punto del torno, evitando así el descentramiento de la pieza durante su mecanizado.

Estas brocas están normalizadas en diámetros y ángulo. Figura 3.4.1.6. Broca de centrar. Brocas de centrar UNE 16126 Diámetro d

Diámetro D

1

2,5

1,6

4

2,5

6,3

4

10

Avellanadores: Son herramientas consideradas como brocas, las cuales tienen un ángulo que puede ser de 60º, 75º, 90º, etc., y se emplean para avellanar los alojamientos de los taladros en los cuales se inserta la cabeza de un tornillo. Los avellanadores tienen los ángulos de corte respecto a una broca y también se emplean para eliminar las rebabas de los taladros mecanizados. Ver figuras 3.4.1.7 y 3.4.1.8.

Figura 3.4.1.7. Avellanador de 75º.

Figura 3.4.1.8. Alojamiento de tornillo avellanado.

3.4.2 Conos Morse, conos ISO Los conos “MORSE” e “ISO” son herramientas de máquina (accesorios) que se emplean para la fijación y colocación de otras herramientas en las máquinas del taller, como brocas de mango cónico, portabrocas para la fijación de brocas de mango cilíndrico, platos de cuchillas, etc. Son de colocación rápida y son muy empleados. Conos Morse: Son unos útiles capaces de fijar y sujetar herramientas a las máquinas para poder trabajar con ellas. Todas las máquinas (taladradoras, contrapunto del

© ITES-PARANINFO

115

D

d

Determinación y análisis de los mecanizados

L

Figura 3.4.2.1. Medidas del cono Morse.

Figura 3.4.2.2. Cono Morse.

torno, etc.) llevan en los husillos unos alojamientos cónicos llamados conos Morse en los cuales se alojan las herramientas con las que trabajamos; estos alojamientos están normalizados en conicidad y longitud, con el fin de que las herramientas que en ellos se alojen sean intercambiables en cualquier máquina. Ver figura 3.4.2.1. Cuando las brocas expuestas anteriormente tienen diámetro cilíndrico (hasta 12 mm) se montan sobre el portabrocas, pero a partir de 12 mm hay que montarlas sobre conos Morse, pues éstas el mango que llevan es cónico, con el ángulo del cono Morse como hemos visto en la figura de la broca. Los conos Morse están normalizados, son de acero duro y templado y se les denomina por números. MEDIDAS DE LOS CONOS MORSE

Figura 3.4.2.3. Espiga cono Morse.

Figura 3.4.2.4. Cono Morse reductor.

Husillo de la máquina de taladrar

Cono Morse

Diámetro de la broca

Medidas de los conos Morse D

d

L

Nº 1

De 14 a 15 mm

12,06

9,7

56

Nº 2

De 16 a 23 mm

17,78

14,90

67

Nº 3

De 24 a 32 mm

23,82

20,20

84

Nº 4

De 33 a 50 mm

31,26

26,50

107

Nº 5

De 51 a 80 mm

44,39

38,20

135

Nº 6

De 81 a 100 mm

63,34

54,60

188

Espigas Morse: Se emplean especialmente para la fijación de portabrocas; la parte larga del cono Morse se inserta en el husillo del eje de la máquina de taladrar, y en el cono pequeño se inserta el portabrocas el cual coge brocas de mango cilíndrico. Ver figura 3.4.2.3.

Cono Morse

En la figura 3.4.2.5 se puede ver el montaje de una broca cónica mediante un cono Morse en el eje de la máquina de taladrar.

Broca de mango cónico

Figura 3.4.2.5. Broca con conos Morse

En la figura 3.4.2.6 vemos un portabrocas fijado al eje de una taladradora mediante una espiga del tipo Morse. Obsérvese las partes cónicas de la espiga Morse. Cono Morse reductor: Son elementos que llevan como se ve en el dibujo dos conos, uno exterior que se aloja en la máquina y uno interior que a su vez aloja otro cono Morse de otra medida, generalmente más pequeño. Se emplea para reducir los tamaños de los conos Morse. Figura 3.4.2.4.

Eje de la máquina de taladrar

Conos ISO: Tienen las mismas aplicaciones que los conos Morse, fijar herramientas y accesorios en los ejes de las máquinas, pero la conicidad es mayor que en los conos MORSE, también son más robustos; éstos son más empleados en las máquinas fresadoras, mandrinadoras, etc.; disponen de unos anclajes que evitan el patinamiento de la herramienta por el esfuerzo de corte, y su fijación a la máquina se realiza mediante el cono ISO que ajusta en el cono del eje de la máquina y un husillo que rosca en la parte superior del cono ISO (ver figura 3.4.2.7 con las medidas). Las medidas más comunes son ISO 30, 40 y 50.

Espiga Morse Portabrocas

Figura. 3.4.2.6. Portabrocas con su cono Morse. I1

g

d8

d1

I2

Sus medidas están normalizadas y estos conos se denominan por el diámetro exterior del cono.

f

Figura 3.4.2.7. Medidas de un cono ISO.

116

Figura 3.4.2.8. Distintos modelos de conos ISO.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados

3.4.3 Herramientas para torno El torno es una máquina en la que se mecanizan trabajos, generalmente cuerpos de revolución, el cual por sus características y forma de trabajar requiere unas herramientas específicas para sus mecanizados, de manera que requieren un estudio especial. Las herramientas de este tipo de máquinas, también llamadas cuchillas de corte, existen de varios tipos de materiales, desde las de acero rápido que son afiladas por los propios operarios dándoles la forma y filo adecuado al trabajo a realizar, las de plaquita de metal duro que van soldadas a un mango de acero suave (admiten afilados en muelas especiales), y las de metal duro que por su dureza no admiten afilados, pues tienen forma y ángulos constantes. Hoy, modernamente, estas herramientas están estudiadas y perfeccionadas para valorar su poder de corte y su rendimiento a altas velocidades de trabajo, por lo que están normalizadas y generalmente suelen ser de plaquita intercambiable (metal duro), de forma que no se contempla el afilado de las mismas, simplemente nos limitaremos a cambiar la placa de corte en el portaherramientas, la cual ya viene afilada, evitando así los afilados y las pérdidas de tiempo en los mecanizados. Este tipo de herramienta es muy empleada en las máquinas de control numérico. Herramientas de acero rápido: También llamadas herramientas de cobalto. Son herramientas que satisfacen cierta parte de los trabajos del taller, como son el mecanizado de materiales blandos y de dureza media; se encuentran en el comercio en barras de varias geometrías y tamaños, teniendo que afilarlas en forma y ángulo de corte según el tipo de trabajo que vayamos a realizar. Las encontramos en forma de barra de una longitud determinada, y la ventaja que tienen es que admiten muchos afilados (prácticamente ¾ de la longitud de la barra). Son económicas en comparación con otras herramientas, el inconveniente que plantean es que cada vez que necesitamos afilar una herramienta de este tipo perdemos los puntos de máquina, por lo tanto no son muy operativas para las máquinas de control numérico. Pero son muy empleadas en los tornos paralelos convencionales, para el mecanizado de todo tipo de piezas. Para trabajar con ellas requieren portaherramientas específicos, y una vez afiladas y preparadas se montan en el portaherramientas adecuado a la forma de la geometría de la cuchilla, los cuales se fijan a máquina. Cuando requieren un afilado nuevo, solamente hace falta sacar la cuchilla de dicho portaherramientas, afilarla y volverla a montar. Ver portaherramientas en las figuras 3.4.3.1 y 3.4.3.2. Son muy empleadas para trabajar materiales blandos (latones, bronces, aluminios, etc.), que necesitan herramientas afiladas de forma especial, y para el mecanizado de piezas generalmente pequeñas de geometrías especiales.

Figura 3.4.3.1. Portaherramientas de cilindrar.

Figura 3.4.3.2. Portaherramientas de cortar.

HERRAMIENTAS DE COBALTO MÁS EMPLEADAS Medidas más comunes

Geometría

Aplicaciones según su geometría

Cuadrada

Se emplea para cilindrar, mecanización de desbastes, roscado.

4 6 8 10

Trapecial

Son muy empleadas para cortar, pues tienen un ángulo constante, sólo hace falta afilarlas frontalmente; también se emplean para el roscado de geometría cuadrada.

10 x 2,5 x 125 13 x 2,5 x 100 19 x 3,5 x 125 20 x 5 x 160

Redonda

Se emplean para el mecanizado de interiores, afiladas a los ángulos adecuados.

4 x 80 4 x 100 6 x 100 8 x 100 10 x 100

x x x x

4 x 100 6 x 100 8 x 100 10 x 160

Estas herramientas las podemos encontrar con el 10%, 14% y 19% de cobalto

Geometría de las herramientas: En toda herramienta de corte hay que considerar dos elementos fundamentales, las superficies de corte por donde resbala la viru-

© ITES-PARANINFO

117

Determinación y análisis de los mecanizados ta y los ángulos que debe de tener, los cuales varían en función del tipo de material que tienen que cortar. Por lo tanto, en toda herramienta debemos de tener en cuenta: A TENER EN CUENTA: • Las superficies de corte • Los ángulos de corte

Las superficies de corte: Son las caras de la herramienta dispuestas y afiladas de forma que faciliten el trabajo de la cuchilla; tienen contacto con la pieza a trabajar, y están sometidas a rozamientos elevados durante el corte, los cuales generan calor llegando a destemplar la herramienta. Dº + Cº = 90º

D

Aº + Cº + Dº = 180º

Las superficies de corte forman con la pieza a mecanizar los ángulos de corte de la herramienta y generalmente suman 90º. Figura 3.4.3.3.

C

Superficie de desprendimiento: Es la superficie de la herramienta sobre la cual se desliza la viruta cortada durante el mecanizado de la pieza. Figura 3.4.3.4. Superficie de incidencia: Es la superficie de la herramienta que interfiere con la superficie de la pieza que se está mecanizando, es una de las superficies más importantes.

D

A C

Superficie secundaria: Es la superficie de la herramienta que define el ángulo de desahogo.

Figura 3.4.3.3. Superficies y ángulos de corte.

Los ángulos de las herramientas: El ángulo nos da la robustez del filo de la herramienta y es la parte más precisa de una herramienta, los ángulos más importantes son: Ángulo de incidencia: Es el ángulo formado por la superficie de corte de la herramienta y la superficie de incidencia (A), representado en la figura 3.4.3.3.A por α. El ángulo de incidencia depende de la tenacidad de la herramienta, es uno de los más importantes y su valor está entre los 3º para trabajar materiales duros y los 12º para materiales muy blandos, y en términos generales podemos decir que:

β α

• A menor dureza del material a trabajar, mayor será el ángulo de incidencia. • A mayor dureza del material a trabajar, menor será el ángulo de incidencia.

Figura 3.4.3.3.A. Ángulos de las herramientas.

Ángulo de desprendimiento: Es el formado por la superficie de desprendimiento y la perpendicular a la superficie de corte (D); es el ángulo que hace que se deslice la viruta por la superficie de desprendimiento. Se muestra en la figura 3.4.3.3.A por β. Es uno de los ángulos que más importancia tiene y debe de tener los grados adecuados al tipo de material a cortar, pues condiciona la superficie de desprendimiento, por donde se desliza la viruta cortada; esta superficie está sometida al calentamiento por el roce de la viruta cuando se corta el material, llegando incluso a ponerse al rojo. También sufre la erosión de la superficie por el esfuerzo que realiza la viruta sobre dicha superficie, llegando a desgastarla y como consecuencia de la erosión llega a deformar dicha superficie formando un vacío de material que recibe el nombre de cráter. Ver figura 3.4.3.4.

Figura 3.4.3.4. Superficie de desprendimiento.

β

En términos generales este ángulo deberá ser menor cuanto mayor dureza tenga el material a trabajar, y mayor cuanto más blando sea el material a trabajar.

α

Figura 3.4.3.5. Ángulo de desprendimiento negativo.

118

Ángulo de desprendimiento negativo: Se le da el nombre de ángulo negativo, cuando el ángulo de desprendimiento en vez de ser positivo es negativo. Este tipo de ángulo va bien para cuando tenemos que trabajar materiales muy duros, pues la punta de la herramienta es más robusta y aguantan más corte de material; también se puede aumentar la velocidad de corte, pero tiene el inconveniente de que necesitamos más potencia de motor. Los ángulos negativos β están comprendidos entre 8º y 10º. Figura 3.4.3.5. Ángulo de punta: Es el formado por la punta de la herramienta definido por la arista de desprendimiento y la de incidencia (D). Si el valor del ángulo de la punta de la

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados herramienta es pequeño (figura 3.4.3.6), la punta de la herramienta se clavará mejor en la pieza, pero la punta será más débil con lo que el deterioro de la herramienta es mayor.

D

Si el valor del ángulo de la punta es muy grande (figura 3.4.3.7), la herramienta será más robusta, pero también se clavará menos en el material a cortar y por lo tanto necesita mayor esfuerzo de corte.

Figura 3.4.3.6. Ángulo de punta débil.

La robustez y el valor del ángulo de punta estará en función de la dureza del material a cortar. Ángulo de desahogo: Es el formado por la arista de la pieza a trabajar y la arista secundaria de la herramienta (C).

D

Valores de los ángulos para las herramientas en términos generales: Los materiales que se mecanizan o trabajan en el taller generalmente suelen ser siempre los mismos, y para facilitar el afilado de las herramientas y saber escoger el ángulo adecuado a cada material que más comúnmente se trabaja se facilita la tabla siguiente:

Figura 3.4.3.7. Ángulo de punta robusto.

VALORES DE LOS ÁNGULOS PARA LAS HERRAMIENTAS DE TORNO Ángulo incidencia

Ángulo desprendimiento

Para aceros rápidos

Plaquita de M.D. soldada

Plaquita de metal duro intercambiable

Para aceros rápidos

Plaquita de M.D. soldada

Plaquita de metal duro intercambiable

Acero suave

8º-10º

7º-9º

6º-8º

12º-20º

8º-16º

6º-12º

Acero semiduro

7º-9º

6º-8º

5º-7º

10º-15º

4º-8º

4º-8º

Acero duro

6º-8º

6º-8º

5º-7º

10º-15º

4º-8º

4º-8º

Material a trabajar

Acero aleado

4º-6º

5º-7º

5º-7º

8º-14º

5º-10º

3º-7º

Fundiciones

8º-10º

8º-10º

5º-7º

12º-15º

5º-10º

3º-7º

Bronces

10º

10º

8º-10º

15º-20º

10º-12º

10º-12º

Latones

10º

10º

8º-10º

15º-20º

10º-12º

10º-12º

Aluminio

12º

12º

10º-12º

20º

15º-20º

15º-20º

Plásticos

15º

15º

13º-15º

25º

20º-25º

20º-25º

Posicionamiento de la herramienta: La herramienta deberá de estar fijada a la máquina en su portaherramientas correspondiente, pero siempre deberá estar situada en el eje de simetría de la pieza a mecanizar, con el fin de garantizar el corte. Ver figura 3.4.3.8. Si está por debajo del eje de simetría de la pieza, la viruta que corta tiende a amontonarse en la superficie de desprendimiento, pues la herramienta se clava demasiado levantando la pieza, con lo que se produce un calentamiento por mal corte de la herramienta y una fuerza excesiva en la punta pudiendo llegar a partirse.

A B

Figura 3.4.3.8. Posición de la herramienta.

Si la herramienta está por encima del eje de simetría, la punta no se clava bien en la pieza y más que cortar lo que hace es rozar la superficie de incidencia con la pieza a trabajar, teniendo un rozamiento excesivo aumentando la temperatura de la herramienta llegando a destemplar la punta de la misma si es una herramienta de acero rápido y chillando y metiendo ruido si es una placa de metal duro. Observar las cotas A y B. Fuerzas en las herramientas de torno: Cuando trabajamos un material del taller, lo que hacemos es cortarlo con la herramienta, la cual hemos preparado buscando el material adecuado a la misma, dándole la forma y afilándola con los ángulos precisos. Pero a toda herramienta la sometemos a unas fuerzas de corte (figura 3.4.3.9) y si dichas fuerzas no las hemos calculado bien, lo que suele pasar en el mejor de los casos, es que la herramienta vibra porque no puede cortar lo que se le pide, dejando unos acabados malos y realizando un trabajo molesto por ruidos indebidos, o se rompe por exceso de carga. Lo que quiere decir que si estos datos los conocemos estaremos en condiciones de darle a las herramientas la robustez adecuada y garantizar así el buen funcionamiento de las mismas.

© ITES-PARANINFO

R P

a

Figura 3.4.3.9. Fuerzas de corte.

119

Determinación y análisis de los mecanizados Las fuerzas a las que se somete una herramienta son:

Fuerza sobre la superficie de desprendimiento a Deterioro de la punta

Figura 3.4.3.10. Fuerzas que deterioran los filos de corte.

R = Resultante R² = a² + p² P = Fuerza de penetración a = Fuerza de avance Las fuerzas ejercidas sobre la superficie de desprendimiento y la de ataque (ver figura 3.4.3.10) son las que más deterioran la punta de la herramienta durante su trabajo. Las virutas en las herramientas de torno: La viruta es el exceso de material que tiene una pieza en bruto y que cortamos cuando la mecanizamos, y si la analizamos podemos averiguar varias cosas, como son el estado del filo de la herramienta, si los ángulos están bien afilados o no, así como su grado de acabado, etc. Al hablar de virutas podemos distinguir dos clases, las llamadas virutas continuas (tienden a desestimarse), que son las obtenidas por herramientas generalmente afilables; es decir, las fabricadas con aceros rápidos, que nosotros afilamos dándole forma y ángulos. Y las virutas discontinuas, las cuales tienden a mejorar los acabados pero que tienen sus problemas; las vemos a continuación. La viruta continua: Cuando las revoluciones y la velocidad de corte son elevadas la viruta sale al rojo, cerca de los 500 ºC o más, y si al operario le roza como ya ha pasado en ocasiones por la velocidad de salida, ésta le puede producir quemaduras y cortes (aspecto muy temido por los torneros). Otro problema que nos plantea la viruta continua es que cuando las virutas son muy largas se enrollan en la pieza y en la herramienta, rayando dicha pieza y produciendo interferencias en el avance de la herramienta; también dañan la superficie de desprendimiento de la herramienta por su roce continuo; al ser muy larga ésta, no deja de rozar con la cuchilla y termina haciéndole un cráter en la arista de corte necesitando disponer de un gancho para eliminarlas, con su correspondiente riesgo de corte. Otra desventaja que presentan es el poder de recuperación del aceite de corte, pues al ser virutas largas se enrollan y ocupan mucho volumen. Como podemos ver, este tipo de virutas son incómodas y se tiende a no emplear herramientas que obtengan este tipo de virutas.

e

l

Figura 3.4.3.11. Rompevirutas.

La viruta discontinua: Llamamos viruta discontinua cuando obtenemos viruta muy corta, de 3 a 5 mm de longitud, lo cual se consigue con los llamados rompevirutas. Ver un rompevirutas en las figuras 3.4.3.11 y 3.4.3.12. Se obtienen por herramientas de metal duro no afilables, pues estas herramientas llevan el afilado con su rompevirutas, y cuando la herramienta se deteriora o se gasta el filo, ésta se sustituye por una herramienta nueva. La ventaja que tienen sobre las continuas es que no se enrollan en las piezas dando mejor acabado, se evitan accidentes por corte de las mismas. Los rompevirutas no son ni más ni menos que un rebaje que se le hace a la herramienta a continuación del filo, con el fin de que cuando la viruta sale desprendida choque con este rebaje y por la misma fuerza que lleva, ésta se rompa en trozos pequeños, con lo que estas virutas troceadas caen en la bandeja de la máquina, evitando los posibles cortes y los enrollamientos en las piezas.

Figura 3.4.3.12. Distintos tipos de rompevirutas.

Otra ventaja que presentan es que si tenemos que recuperar el aceite de corte, al ser virutas más pequeñas (ocupan menos volumen) las podemos centrifugar mejor y recuperamos con más facilidad el aceite empleado en el corte de los materiales. El inconveniente que presentan es que necesitan más potencia en la máquina para su corte, aumentando el consumo de potencia de la máquina, y si no se fijan bien al portaherramientas vibran; también el inconveniente de que son más caras (los rompevirutas generalmente son aplicables a las herramientas plaquitas de metal duro).

3.4.4 Plaquitas de metal duro Plaquitas de metal duro soldadas: Son herramientas más duras que las de acero rápido, y se emplean para trabajar materiales que por su dureza y características los

120

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados aceros rápidos no los pueden cortar, o queremos conseguir velocidades de corte más elevadas. Estos modelos de herramientas son placas de metal duro que se sueldan a un mango de acero suave con el fin de darles el soporte adecuado y poderlas fijar así en la máquina, dándoles la robustez adecuada y evitando al mismo tiempo las vibraciones del trabajo. Son más difíciles de afilar que las de acero rápido, pues requieren muelas especiales, admiten pocos afilados; cuando la plaquita se gasta, la herramienta se pierde, es decir no se puede volver a soldar una placa nueva en el mango (el mango o soporte de la placa se gasta con el afilado, no pudiéndose recuperar). Existen varios tipos de geometrías de plaquitas, así como varios tamaños de mangos, los cuales tendremos que adaptar a la máquina según el tipo de trabajo a mecanizar. En la figura 3.4.4.1 se representan varias formas de herramientas. Están normalizadas según normas DIN en tamaños y formas; a continuación se da una tabla con los modelos y tamaños más comunes con el fin de poder elegir la más adecuada en función del trabajo a realizar.

De cilindrar

Neutra

De interior

Figura 3.4.4.1.

HERRAMIENTAS DE PLAQUITAS SOLDADAS PARA TORNO

Herramienta para grandes desbastes DIN 4972

Herramienta para desbastar DIN 4980

Herramienta neutra para cilindrar DIN 4975

Herramienta para roscar DIN 4982

Herramienta para cortar DIN 4980

Herramienta para roscar interior DIN 4983

MEDIDAS DE LAS HERRAMIENTAS MÁS COMUNES PARA LAS TORRES DE TORNOS 10 12 16 20 25

X X X X X

10 12 16 20 25

10 12 16 20 25

X X X X X

10 12 16 20 25

16 20 25 32 40

X X X X X

10 12 16 20 25

10 12 16 20 25

X X X X X

10 12 16 20 25

12 X 8 16 X 10 20 X 10 25 X 16 32 X 20

10 12 16 20 25

X X X X X

10 12 16 20 25

Dada la gran cantidad de materiales a trabajar en el taller, así como diversas aleaciones de características distintas, las herramientas de metal duro soldadas se clasifican según los materiales a cortar por una letra y un color, y según su dureza por una letra seguida de una cifra, la cual nos indica la dureza de la placa soldada. De esta manera podemos elegir la herramienta adecuada a cada tipo de trabajo, obteniendo así las mejores velocidades de corte y el máximo rendimiento de la herramienta. La tabla siguiente nos da la referencia de las calidades de las herramientas de metal duro soldadas con el fin de poder elegir según el material a mecanizar la más adecuada. CLASIFICACIÓN DE LOS METALES DUROS SOLDADOS (CALIDADES) SÍMBOLO LETRA (Color)

TRABAJOS A REALIZAR

CALIDAD

Esta calidad está indicada para trabajar aceros, aceros fundidos, aceros inoxidables, fundición maleable. Donde sea necesario conseguir velocidades altas pero con avances pequeños. Indicada para desbastes discontinuos, corte, o mecanizado de piezas que estén sometidas a golpes.

P01

Calidad adecuada para trabajar aceros aleados y fundiciones aleadas de fácil mecanización, también mecaniza bien los aceros inoxidables de alta aleación. EmpleAMARILLO ada para grandes desbastes con velocidades de corte más bien medias y altas con una pasada alta.

M10

P AZUL

M

© ITES-PARANINFO

CARACTERÍSTICAS GENERALES

P10 P20 P30 P40

M20

La denominación va del número más bajo, la P01, M10, K01, al número más alto, P40, M30, K40. Siendo los números más bajos los que admiten mayor velocidad de corte, y de mayor resistencia al desgaste. Siendo los números más altos los que puede llevar mayor avance y los de mayor tenacidad.

M30

121

Determinación y análisis de los mecanizados CLASIFICACIÓN DE LOS METALES DUROS SOLDADOS (CALIDADES) SÍMBOLO LETRA (Color)

TRABAJOS A REALIZAR

K

Esta calidad está adecuada a los materiales de fundiciones duras y aceros duros o endurecidos, aceros templados, metales no férricos, aluminios, plásticos y maderas.

ROJO

CALIDAD

Tiene una buena resistencia de filo al desgaste.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

K01 K10 K20 K30 K40

Plaquitas de metal duro intercambiables: Son las herramientas de corte más duras que tenemos, pues son conglomerados metálicos que requieren un estudio especial; estas herramientas traen la geometría, es decir las superficies y los ángulos, definidos de fábrica, y adecuados a cada tipo de material a trabajar, de forma que sólo tenemos que montarlas en sus portaherramientas específicos, y trabajar con ellas. Una vez gastado el filo, no podemos afilarlas, debiendo sustituir la plaquita por otra nueva. Estas herramientas trabajan a velocidades de corte muy elevadas, dando rendimientos muy buenos en el trabajo. Tienen la ventaja de que no tenemos que afilarlas y la sustitución de la misma se realiza de forma muy rápida, no perdiendo tiempo en el desmontaje, afilado y montaje de una herramienta de acero rápido. Son las herramientas que insertan las máquinas de gran producción, como son las máquinas de control numérico, aunque actualmente dada la robustez de las máquinas de taller se emplean prácticamente para casi todo tipo de trabajo. Composición: Son herramientas de corte derivadas de los productos pluvimetalúrgicos; estos productos no son aleaciones como el resto de los aceros aleados para herramientas, se obtienen de un proceso metalúrgico en el que interviene la mezcla de polvo de partículas metálicas las cuales se incrustan unas dentro de otras y mediante un tratamiento de prensado y sinterización se obtiene una pastilla, sumamente dura y lo suficientemente tenaz para que durante su trabajo y manipulación no se rompa por el golpe, así como los golpes a que pueda estar sometida durante su trabajo y manipulación. Aunque debemos de considerar esta tenacidad, pues un material cuanto más duro es, también se hace mas frágil. Geometría de una placa de metal duro y su denominación: Dada la gama tan grande de geometrías, y la cantidad de medidas existentes que abarquen todo tipo de trabajos, estas placas están sometidas a las normas I.S.O. y ésta las denomina con una serie de letras y números los cuales tienen un significado que vemos a continuación.

122

H

Hexagonal

A

3º

A

0,005 - 0,025

W

Con agujero avellanado una cara

O

Octogonal

B

5º

F

0,005 - 0,025

T

Con agujero avellanado una cara

P

Pentagonal

C

7º

C

0,013 - 0,025

Q

C

Rómbica 80º

D

15º

H

0,013 - 0,025

U

Con agujero avellanado a dos caras

T

Triangular

E

20º

E

0,025 - 0,025

B

Con agujero cilíndrico

V

Rómbica 35º

F

25º

G

0,025 - 0,13

H

Con agujero avellanado una cara

F

Rómbica 50º

G

30º

J

0,005 - 0,025

C

Con agujero cilíndrico avellanado

E

Rómbica 75º

N

0º

K

0,013 - 0,025

J

Con agujero cilíndrico avellanado dos caras

11º

L

Rectangular

P

B

Paralelogramo 82º

O

L

0,025 - 0,025

A

Con agujero sin avellanar

M

0,08 - 0,13

M

K

Con agujero rompevirutas a una cara

Paralelogramo 55º

N

0,08 -0,025

G

Con agujero rompevirutas a dos caras

S

Cuadrada

U

0,13 - 0,13

N

Sin agujero y sin rompevirutas

R

Redonda

R

Sin agujero y con rompevirutas

1ª Cifra

2ª Cifra

3ª Cifra

4ª Cifra Indica la calidad de la placa y el rompevirutas

4ª letra Tipo de fijación al portaherramientas

Indica el radio en la punta de la placa

2ª letra 3ª letra Ángulo Tolerancia en radio incidencia y espesor

Indica el espesor de la placa

1ª letra Indica la geometría

Indica la longitud de la arista de corte

SIGNIFICADO DE LA SIMBOLIZACIÓN DE PLAQUITAS DE METAL DURO

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados De tal forma que si ahora tenemos una placa cuya geometría y símbolo vemos en la figura 3.4.4.2 y queremos saber qué características y medidas tiene, no tenemos nada más que ver lo que nos dice el símbolo TNMG 160408 8F 60º r

TNMG 160408 8F

d l

s

Figura 3.4.4.2. Plaquita de geometría triangular

T N M G 16 04 08 8F

Significa que es una placa de geometría triangular. Que el ángulo de incidencia es de 0º. Es la tolerancia de fabricación, en este caso es de ± 0,05. Que la fijación en el portaherramientas es por tornillo. Es la medida de la arista de corte, en este caso es de 16 mm. Es el espesor de la placa, en este caso sería de 4. Es el radio de la punta de la herramienta; será de 0,8 mm. Son datos dados por el fabricante referidos a la calidad de la placa (indica qué tipo de material puede cortar).

Portaherramientas de metal duro: Dada la dureza de este tipo de herramienta de corte que no admite afilados, requiere un portaherramientas específico en donde se inserta la placa para su posicionamiento y fijación de la misma, de forma que se pueda trabajar con ella en condiciones. Este tipo de útil está estudiado de forma que no solamente soporte la placa como herramientas de corte, sino que evite vibraciones y que su forma sea la adecuada a cada tipo de trabajo, dando lugar a un intercambio de placa sin perder los puntos de máquina o sin tener que ajustar la medida de la herramienta a los programas de máquina establecidos de antemano. Denominación: Dada la cantidad de trabajos a realizar y la variedad de formas de los portaherramientas, tenemos que saberlos definir y denominar según el tipo de geometría de placa que inserte y del tipo de trabajo para el que se emplee, pues a veces nos encontramos con tener que equipar una máquina para realizar un determinado trabajo y debemos de conocerlos. Portaherramientas de exteriores para torno: Son aquellos que fijan e insertan placas para realizar trabajos de mecanizado, los cuales se realizan en la superficie de las piezas, por eso se llaman portaherramientas de exterior; están diseñados específicamente para este tipo de máquinas. Dada la variedad de ellos que podemos encontrar para los distintos tipos de trabajos, están designados por las normas ISO, de forma que su designación tiene una serie de letras y números, los cuales vamos a ver qué significan. SIMBOLIZACIÓN DE LOS PORTAHERRAMIENTAS DE METAL DURO 1ª letra indica sistema fijación de la placa

C

Fijación mediante lengüeta

© ITES-PARANINFO

2ª letra indica la forma de la placa que monta

3ª indica tipo portaherramienta según ángulo

4ª letra ángulo de incidencia

C

Rómbica 60º

A

90º

C

7º

D

Rómbica 55º

B

75º

E

20º

S

Cuadrada

D

45º

N

0º

5ª letra indica el sentido de corte R

Sentido de corte a derechas

6ª y 7ª tamaño mango

8ª indica la longitud del mango

8

8

D

60

10

10

E

70

12

12

F

80

9ª cifra Indica la longitud de la arista de corte de la placa en mm

123

Determinación y análisis de los mecanizados SIMBOLIZACIÓN DE LOS PORTAHERRAMIENTAS DE METAL DURO 1ª letra indica sistema fijación de la placa Fijación mediante tornillo

S

M

P

2ª letra indica la forma de la placa que monta

Fijación mediante lengüeta y tirante

3ª indica tipo portaherramienta según ángulo

T

Triangular

E

60º

V

Rómbica 35º

F

90º

W

Hexagonal

G

90º

R

Redonda

H

107º

J

93º

K

75º

L

95º

N

63º

Q

15º

Fijación mediante leva

4ª letra ángulo de incidencia P

5ª letra indica el sentido de corte

11º

L

N

Sentido de corte a izquierdas

6ª y 7ª tamaño mango

8ª indica la longitud del mango

16

16

H

100

20

20

K

125

25

25

M

150

32

32

N

160

40

40

P

170

50

50

R

200

S

300

T

350

Sentido de corte neutro

9ª cifra

Indica la longitud de la arista de corte de la placa en mm

U

Veamos un ejemplo de denominación de un portaherramientas. Tenemos un portaherramientas cuya denominación es: P C L N R 25 × 25 M 12

Veamos lo que significan cada una de las letras: • La 1ª letra indica el tipo de fijación de la placa (en este caso como es P indicaría fijación por leva). • La 2ª letra indica la geometría de la placa que inserta (en este caso como es C sería una placa rómbica de 60º). • La 3ª letra indica el ángulo del portaherramientas (en este caso la L será de 95º respecto a la arista de la pieza). • La 4ª letra indica el ángulo de desprendimiento de la placa (en este caso como lleva la letra N sería 0º). • La 5ª letra indica el sentido de trabajo del portaherramientas (como lleva una letra R sería a derechas). • A continuación se indica la medida del mango del portaherramientas (será un cuadrado de 25 × 25 mm). f

• La letra que a continuación se marca indica la longitud del mango (como lleva una M la longitud del mango será de 150 mm). 32º

l 93º

Figura 3.4.4.3. SDJCR.

30’ 72º

Figura 3.4.4.4. SVVBN.

124

SDJCR: Portaherramientas de cilindrar a derechas con un ángulo de 93º con el fin de poder sacar la herramienta refrentando. Figura 3.4.4.3. SVVBN: Herramienta de torno con un ángulo de 35º en la punta con el fin de que no destalone en el mecanizado de perfiles con radios y conos, por lo tanto es una herramienta ideal para realizar copiados, o trabajar en máquinas de control numérico con perfiles (perfilado de piezas). Figura 3.4.4.4.

f 30’ I2 72º

• La cifra que lleva a continuación nos indicaría la arista de corte de la placa que monta (en este caso sería de 12 mm).

Portaherramientas de interior para torno: Son los útiles que se emplean para el mecanizado de interiores, como cajeados, cilindrado interior, mecanizado de conos interiores, roscado de tuercas, etc. Tienen una denominación específica que difiere de los de exterior, y que también están bajo las normas ISO, las cuales los designa de la siguiente forma.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados SIMBOLIZACIÓN DE LOS PORTAHERRAMIENTAS DE METAL DURO PARA INTERIORES

C

S

E

A

2ª 3ª indica la Diámetro longitud del barra mango

Mango de metal duro

Mango de acero Mango metal duro con refrigeración

08

F

80

10

H

100

12

K

125

16

M

150

20

Q

180

25

R

200

32

S

250

40

T

300

50

U

350

Mango acero con refrigeración

4ª Indica sistema fijación

M

P

S

Por lengüeta y tirante

6ª Tipo portaherramientas

5ª Geometría de la placa C

Rómbica 55º

D

Rómbica 80º

S

Cuadrada

F

90º

K

75º

L

95º

Q

107º

U

93º

C

7º

E

20º

Z

Mediante leva T

Triangular

V

Rómbica 35º

Mediante tornillo W

8ª Indica sentido de corte

7ª Ángulo incidencia

Hexagonal

N

0º

P

11º

R

A derechas

L

A izquierdas

9ª cifra Indica la longitud de la arista de corte de la placa en mm

1ª letra indica el material del mango

Tenemos un portaherramientas de interior, figura 3.4.4.5, que dice: S 32 U P C L N R 12

95º

Veamos qué significa su símbolo:

f

• La 1ª letra significa el material del mango. En este caso es de acero. • La cifra que se expresa a continuación nos indica el diámetro del mango (en este caso sería de 32 mm). • La letra siguiente indica la longitud del mango (como lleva la U tiene una longitud de 350 mm).

95º

Figura 3.4.4.5. Portaherramientas de interior.

Las cinco letras siguientes indican lo mismo que en el portaherramientas de exterior. • La 1ª letra indica el tipo de fijación de la placa (en este caso como es P indicaría fijación por leva). • La 2ª letra indica la geometría de la placa que inserta (en este caso como es C sería una placa rómbica). • La 3ª letra indica el ángulo del portaherramientas (en este caso la L sería de 95º). • La 4ª letra indica el ángulo de desprendimiento de la placa (en este caso como lleva la letra N sería 0º). • La 5ª letra indica el sentido de trabajo del portaherramientas (como lleva una letra R sería a derechas). • La última cifra nos indica la medida de la arista de corte de la placa (será de 12 mm). GEOMETRÍA DE LOS PORTAHERRAMIENTAS MÁS EMPLEADOS PARA EL MECANIZADO DE EXTERIORES CON LA PLAQUITA QUE PUEDEN INSERTAR Los portaherramientas aquí reflejados suelen ser los más empleados en los trabajos de torno más comunes, se indican los que montan la plaquita mediante tornillo por ser los más prácticos; los mismos portaherramientas los podemos encontrar que montan las mismas geometrías de plaquita pero la fijación se hace por lengüeta o leva. Denominación

Aplicaciones

SCLC en R o L

Portaherramientas de cilindrar a derechas con un ángulo de 95º. Bueno para refrentar y cilindrar y para grandes desbastes.

Geometría

Placa que inserta r

95º d

95º 80º

b

© ITES-PARANINFO

l

7º s

CCMT

125

Determinación y análisis de los mecanizados GEOMETRÍA DE LOS PORTAHERRAMIENTAS MÁS EMPLEADOS PARA EL MECANIZADO DE EXTERIORES CON LA PLAQUITA QUE PUEDEN INSERTAR Los portaherramientas aquí reflejados suelen ser los más empleados en los trabajos de torno más comunes, se indican los que montan la plaquita mediante tornillo por ser los más prácticos; los mismos portaherramientas los podemos encontrar que montan las mismas geometrías de plaquita pero la fijación se hace por lengüeta o leva. Denominación

Aplicaciones

SDJC en R o L

Portaherramientas de cilindrar a derechas con un ángulo de 45º. Bueno para cilindrar y para grandes desbastes. Es adecuado para refrentar.

Geometría

Placa que inserta 32º

93º

r d b l

85º

Portaherramientas que puede cilindrar tanto a derechas como a izquierdas; se puede emplear para perfilar contornos en máquinas de CNC que no tengan ángulos a 90º.

SDNCN

SSSC en R o L

Portaherramientas de ángulo respecto a la perpendicular de la pieza de 45º; se emplea fundamentalmente para grandes desbastes.

7º

30’ 62º

30’ 62º

a

DCMT b

r a 45º

45º

d

7º

If

l

SCMT

b

SVJB en R o L

Portaherramientas empleado para el perfilado de piezas. Mecanización de arcos. Empleado para el perfilado en las máquinas de CNC.

52º

93º

a

r

b

7º l

72º

Portaherramientas neutro, muy empleado para el mecanizado en las máquinas de CNC para perfilar y acabar piezas.

SVVBN

30’

s

30’ 72º

d 35º

VCMT b

GEOMETRÍA DE LOS PORTAHERRAMIENTAS MÁS EMPLEADOS PARA EL MECANIZADO DE INTERIORES CON LA PLAQUITA QUE INSERTAN Denominación

Aplicaciones

SCLC en R o L

Portaherramientas para mecanizados de interior; mecaniza caras a escuadra de 90º; puede refrentar. Empleada para diámetros grandes.

SDUC en R o L

SSKC en R o L

126

Portaherramientas para mecanizados de interior; mecaniza caras a escuadra de 90º; puede refrentar. Diámetros pequeños. Portaherramientas para mecanizados de interior; indicado para agujeros pasantes. Grandes desbastes.

Geometría

Placa que inserta r

95º d f

7º

l

s

95º

d

93º

l 7º

f

d

75º f

s

7º l

s

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados

3.4.5 Herramientas para fresadora La fresadora universal, como hemos visto anteriormente, es una máquina que trabaja cuerpos prismáticos, es la máquina más versátil por la diversidad de trabajos que en ella se pueden realizar, desde piezas de matricería, engranajes, cremalleras, chavetas, etc., hasta ajustes que no sean cuerpos de revolución. Por este motivo merece un estudio un poco especial el tipo de herramientas que en ella se pueden colocar, pues la realización de un buen trabajo depende en la mayoría de las ocasiones de insertar la herramienta adecuada. Lo primero que debemos hacer es estudiar el tipo de trabajo a realizar en dicha máquina, con el fin de elegir las herramientas adecuadas al mismo; veamos las más comunes. Herramientas cilíndricas (fresas cilíndricas): Reciben este nombre porque su mango es cilíndrico y se cogen a la máquina mediante un portabrocas o pinzas especiales, las cuales garantizan que no patinen durante el trabajo a realizar. Las encontramos para todo tipo de trabajo; de geometría cilíndrica, son parecidas a las brocas, pero con un poder de corte mayor, están afiladas de forma que los cortes que generan son planos, teniendo varios labios de corte de tal manera que por cada revolución que dan, cortan varias veces, según el número de filos que tenga (labios); las más empleadas son las de 2 y 4 labios. Las fresas en forma de T son empleadas para el mecanizado de ranuras en T. Fresas con ángulo para el mecanizado de diversos tipos de ranuras con el ángulo de la fresa. También las encontramos con el filo de forma para contornear dándole a la pieza a trabajar la forma del filo de la fresa. Con la punta redondeada, etc. (ver figuras 3.4.5.1 a la 3.4.5.3).

45º

Figura 3.4.5.1. Fresa cilíndrica de dos labios.

d

D

45º

h

B

L ∅

Figura 3.4.5.2. Fresa en T de mango cilíndrico.

Figura 3.4.5.3. Fresas de formas.

Este tipo de herramienta, llamada fresa cilíndrica, admite una buena velocidad de corte y se emplea para mecanizar chaveteros, agujeros con el fondo plano, cajeados, alojamientos escalonados, etc. Son de acero rápido, están calibradas a un diámetro determinado y no admiten afilados; cuando se dañan los filos se sustituye la fresa por otra nueva. Herramientas circulares (fresas de tres cortes): Son discos de acero rápido a los cuales se les talla un número de dientes afilados de tal forma que son capaces de cortar frontal y lateralmente al mismo tiempo. Ver figuras 3.4.5.4 a la 3.4.5.6.

d

D

d

h

Figura 3.4.5.4. Fresa de planear.

D

D

Figura 3.4.5.5. Fresa de ranurar.

h

Figura 3.4.5.6. Fresa para ángulos.

Su poder de corte es mayor que el de las cilíndricas, pues al llevar mayor número de dientes, en una revolución cortan mayor número de veces. Este tipo de fresa va alojada en un árbol portafresas, el cual le imprime el movimiento de rotación.

© ITES-PARANINFO

127

Determinación y análisis de los mecanizados Soportan mayor avance que las cilíndricas y el volumen de viruta a obtener es bastante mayor. Cuando su filo está deteriorado o gastado se pueden afilar en máquinas especiales de afilado de herramientas. Herramientas de forma (fresas de perfil constante): Son herramientas cuyos dientes están tallados con una geometría especial y de una medida determinada, de forma que cuando cortan el material dejan la geometría del diente en la pieza que se mecaniza. Son fresas especiales y cuando se deterioran o estropean sus filos generalmente no admiten afilados. En la figura 3.4.5.7 se muestran fresas para el mecanizado de arcos exterior e interior. R

R

d

D

d

D

h

h

Figura 3.4.5.7. Fresas para el mecanizado de radios.

Herramientas de módulo (fresas de módulo): Son herramientas que están consideradas de forma especial y son las herramientas cuya geometría del perfil de diente es constante, por lo que pertenecen a la gama de fresas de diente de forma. La geometría del diente es especial y se emplean exclusivamente para el mecanizado de cremalleras y engranajes, las cuales tienen la forma (módulo) del diente del engranaje a mecanizar, dándole al tallado la forma y perfil adecuado al diente. Figura 3.4.5.8.

d

h

D

Cuando tenemos que construir un engranaje lo primero que tenemos que calcular es el Pc = Paso circular, que es la distancia entre dos puntos de dos dientes consecutivos medidos sobre la circunferencia primitiva. Siendo la longitud de la circunferencia primitiva L = π × dp, también podemos decir que L = Pc × Z; la relación Pc / π es constante para un mismo tamaño de diente y es lo que llamamos MÓDULO.

Figura 3.4.5.8. Fresas de módulo.

En base a esta fórmula podemos tener engranajes con infinitos módulos, lo que daría lugar a tener infinito número de tamaños de dientes. Para limitar el número de herramientas (fresas) en los talleres en el tallado de dientes se agrupan las fresas por módulos según el número de dientes a tallar, de tal forma que según el número de dientes del engranaje a mecanizar escogeremos la fresa adecuada en módulo y en número (ver la tabla). ELECCIÓN DE LA FRESA DE MÓDULO SEGÚN EL NÚMERO DE DIENTES A TALLAR Nº de fresa

1

2

3

4

5

6

7

8

Nº de dientes a tallar

12 a 13

14 a 16

17 a 20

21 a 25

26 a 34

35 a 54

55 a 134

135 a infinito. Cremalleras

Fresas madre: Son herramientas que se emplean para el mecanizado de engranajes. La ventaja que tienen sobre las fresas llamadas de disco, es que mecanizan todos los dientes del engranaje cortándolos al mismo tiempo (tallado por generación), por lo que el engranaje tallado da uniformidad de corte, evitando los posibles errores del tallado con una fresa de disco, que hay que cortar el engranaje diente a diente.

D d

L

Figura 3.4.5.9. Fresa madre.

128

Estas herramientas se emplean en las fresadoras universales, pero su gran aplicación está en las fresadoras talladoras de engranajes. El inconveniente que tienen es que son más caras de adquisición que las fresas de disco, pero su rendimiento está garantizado. En la figura 3.4.5.9 se ve una fresa madre.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Portaherramientas para fresadora (platos para fresadora): Uno de los trabajos más populares en las máquinas de fresar es la mecanización y planeado de grandes superficies, como matrices o placas planas sobre las cuales luego se realizan otros trabajos. Estas piezas por tener grandes superficies necesitan herramientas especiales, las cuales se colocan en el aparato vertical de la máquina, y son capaces de dar pasadas abarcando una gran superficie y profundidad de corte, limpiando y preparando piezas de dimensiones considerables. En la figura 3.4.5.10 se ve un plato de planear, el cual inserta placas de metal duro cuadradas, cuya posición son a 45º capaz de dar pasadas del diámetro del plato D, mecanizando así en poco tiempo grandes superficies. También se representa la placa que inserta. d

H 45º

SCMW

Plaquita que inserta.

D

Figura 3.4.5.10. Plato de fresadora.

β

Los ángulos en las fresas: Los ángulos de una fresa son los mismos que los de cualquier herramienta de corte. α + ß + ρ = 90º

ρ

δ

El ángulo de incidencia es el más importante de la fresa y es el formado por la arista A del diente y la superficie de la pieza, y se designa con la letra α, y puede valer entre 5º y 15º. El ángulo de desprendimiento es el formado por la arista de corte y la superficie por donde resbala la viruta y se le designa por la letra ß; puede valer entre 0º y 35º. Ver los ángulos en la figura 3.4.5.11.

α

A

Figura 3.4.5.11. Ángulos de una fresa.

Fuerza de corte en las fresas: Las herramientas de fresadora tienen muchos dientes de corte, como vemos en el dibujo de la herramienta “fresa”, pero la fuerza de corte en este tipo de herramienta la podemos definir como la fuerza que ejerce un diente de dicha herramienta para cortar el material que está trabajando. Si la fuerza de corte es muy elevada podemos romper los dientes de la fresa, y si por el contrario es muy pequeña, se dice que estamos trabajando con poco rendimiento de la herramienta. En la figura 3.4.5.12 tenemos que la Fp es la fuerza perpendicular al diente y Ft es la fuerza tangencial, la resultante de estas fuerzas es R = Fc. La fuerza de corte de la herramienta nos la condiciona la dureza del material que tenemos que trabajar y la sección de corte y se calcula por:

ad Ft R

Fp

a

Figura 3.4.5.12. Fuerzas de corte en la fresa.

Fc = K × S

Siendo: Fc = Fuerza de corte K = Dureza del material en kg/mm² S = Sección de viruta

© ITES-PARANINFO

129

Determinación y análisis de los mecanizados

3.4.6 Herramientas abrasivas Se conoce con el nombre de herramientas abrasivas a todas aquellas herramientas que trabajan por abrasión; es decir, desgastando la superficie de la pieza por rozamiento de los granos que forman la herramienta (muela). Son herramientas con las cuales se obtiene un grado de acabado de alta precisión, encontrándolas en el mercado para cualquier tipo de trabajo, desde el desbaste hasta el acabado más fino que podamos encontrar (“lapeado”). Muelas: Una muela básicamente está formada por granos de un material abrasivo y un cemento que aglutina o pega los granos, con el fin de que durante su trabajo éstos se mantengan en perfecto estado de erosión. Los materiales más empleados para la fabricación de muelas generalmente son naturales, de una dureza próxima a la del diamante, aunque también encontramos materiales artificiales para la formación de muelas. Los granos de las muelas se clasifican por tamaños en un tamiz normalizado, y por durezas. Una muela será más fina y dejará un mejor acabado cuanto más pequeños tenga los granos que la forman, y dejará un acabado más basto cuanto más grandes sean los granos que la forman. Para desbastar debemos de elegir muelas de granos gruesos. Para acabados debemos de elegir muelas de granos finos. Los materiales más empleados en la fabricación de muelas son: CLASIFICACIÓN Materiales en la fabricación de muelas

Nº de tamiz

Tipo de muela

Alundum

4-10

Muy basta

Sílice

11-24

Basta

Cuarzo

25-65

Media

Diamante

66-135

Fina

Corindón

136-270

Muy fina

Carburo de silicio

271-600

Superfina

Las muelas, todas ellas trabajan a velocidades muy elevadas, entre 30 y 35 m/sg. Pues la viruta que obtienen no es larga ni de gran sección, son virutas pequeñas y de sección minúscula. En la figura 3.4.6.1 vemos el montaje de una muela con su casquillo.

Figura 3.4.6.1. Montaje de una muela.

Cuanto más vivas estén las aristas de los granos que forman una muela más poder de corte tendrá ésta, y el rozamiento será menor; si una muela roza mucho sobre la superficie de una pieza y no corta, ésta se calienta y se quema, pudiendo destemplar la superficie de la pieza o herramienta en el caso de afilado de las mismas. Por lo que debemos de procurar que los granos de las muelas estén siempre con aristas vivas; cuando sus granos se redondean y la muela no corta, se debe de rectificar, con el fin de eliminar los granos con aristas redondas y que aparezcan granos con aristas vivas. Los trabajos más comunes realizados con este tipo de herramienta son: • Limpiar superficies de materiales que requieren ser mecanizados. • Rectificar superficies de piezas que previamente han sido mecanizadas en otras máquinas, dándoles un acabado final de buena calidad. • Pulimentar superficies que han de ser ajustadas en otras piezas (lapeados). • Cortar materiales por abrasión. • Muy importante en el trabajo del afilado de herramientas, donde las encontramos de varias formas y tamaños.

130

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Rectificado y limpieza de las muelas: Las muelas durante su trabajo se desgastan y se deforman, también se suelen embozar perdiendo su poder de corte abrillantando la pieza por rozamiento. Estos problemas se resuelven rectificando la muela con un diamante o útiles de rectificado. Cuando rectificamos una muela lo que hace el diamante es desprender los granos que se han quedado romos (redondos) y dejar paso a los granos con aristas vivas, así como eliminar las virutas pegadas a los granos o metidas entre los poros de la muela (embozamiento), al mismo tiempo que elimina la deformación de la misma si la hubiere dejándola concéntrica y plana. En la figura 3.4.6.2 vemos el empleo del rectificador de muelas.

Figura 3.4.6.2. Rectificador.

Aglutinantes: Los aglutinantes son los cementos con los que se pegan o unen los granos que forman las muelas; éstos deben de ser lo suficientemente fuertes para mantener los granos pegados y que no se desprendan durante su trabajo, pero también deben de dejar que un grano se desprenda de la muela cuando éste no corte y deje paso al siguiente con aristas vivas con el fin de que la muela siga cortando; un grano que ha perdido sus aristas de corte calienta la pieza y no corta; en el caso del afilado de una herramienta lo que hace es que la destempla. Los aglutinantes suelen ser cementos metálicos, gomas o resinas que según las características de la muela o el trabajo que ésta desempeñe así será el tipo de aglutinante. Estructura de una muela: Las muelas, como hemos dicho, están formadas por granos de abrasivos y un cemento que une dichos granos, dejando entre ambos una porosidad, la cual sirve de refrigerante de los granos y para que esas porosidades se llenen de taladrinas o refrigerantes, dando mayor rendimiento a la muela y evitando las quemaduras de los materiales por el roce de la misma.

Figura 3.4.6.3. Estructura de una muela.

La relación entre los granos y el aglomerante que forma la muela se conoce por su estructura (figura 3.4.6.3) y ésta estará en función del tipo de trabajo a realizar; la estructura de una muela puede ser cerrada o abierta. El grado de estructura de una muela será cerrada, normal o abierta según el contenido de granos de abrasivo que entren a formar la muela. ESTRUCTURAS MÁS COMUNES Tipo

Número

Estructura cerrada

1-2-3-4

Estructura normal

5-6-7-8

Estructura abierta

9-10-11-12

La estructura de una muela se obtiene mediante la fórmula:

Volumen del abrasivo Es = ----------------------------------------------------Vol. total de la muela

Dureza de las muelas: No todos los trabajos podemos realizarlos con el mismo tipo de grano ni con la misma dureza, pues cada trabajo requiere un determinado tipo de grano, tamaño y dureza. Sabemos que cuando tenemos que trabajar (rectificar) una pieza de un material duro, la muela debe de ser de un abrasivo blando y de grano pequeño; y viceversa, un material blando generalmente se trabaja con una muela de abrasivo duro y grano grueso. Las muelas se clasifican por su dureza utilizando las letras primeras del alfabeto para determinar las más blandas y las últimas letras del alfabeto para determinar las más duras. Ver cuadro.

© ITES-PARANINFO

131

Determinación y análisis de los mecanizados CLASIFICACIÓN DE LAS MUELAS SEGÚN SU DUREZA DUREZA Muy blanda

LETRA

TIPO DE TRABAJO

E–F–G

Empleada para grandes desbastes

Blanda

H–I–J–K

Media

L–M–N–O

Para trabajar materiales de dureza media

Dura

P–Q–R–S

Para trabajar materiales blandos

Muy dura

T–U–V

Extra dura

X–Y–Z

Para trabajar materiales duros

Simbolización de una muela: Las muelas las encontramos de muchas formas y medidas, así como formas, diámetros, modelo de máquina en la que se montan, tamaños de grano y tipo de aglomerante, y en función del tipo de trabajo que tengamos que realizar con ellas deberemos escoger la muela más adecuada. En base a la cantidad de trabajos que podemos realizar con las muelas, no nos queda más remedio que saberlas pedir comercialmente, pues su simbolización está normalizada.

Ejemplo Tenemos una muela que dice: 250 × 20 × 25 A 70 – O 7 S

20

25

A

70

O

7

Ancho de la muela

Diámetro del agujero de la muela

Indica el tipo de abrasivo

Indica el número de granos

Indica el grado de dureza

Nos da la estructura de la muela

S Nos indica el tipo de aglutinante

250 Diámetro exterior de la la muela

Veamos lo que significa:

Tendríamos una muela de 250 mm de diámetro exterior, 20 mm de ancho y se alojaría en un eje de 25 mm de diámetro, tal como figuran las medidas en la figura 3.4.6.4. Muela más bien de grano fino (66 a 135) y de dureza media (O). Es una muela indicada para el afilado de herramientas, brocas y cuchillas de torno. ∅25 ∅250

Muela

Casquillo

20

Velocidad periférica: Todas las muelas deben de girar a unas determinadas revoluciones calculadas de antemano, pues no por llevar más revoluciones la muela va a cortar más ni su rendimiento va a mejorar, así como por emplear una muela más blanda aunque parezca que corta mejor su rendimiento va a ser mayor. La velocidad periférica (Vp) se mide en metros por segundo, y obedece a la misma fórmula que calcula la Vc de cualquier herramienta de corte, siendo las velocidades más aconsejables las que figuran en el cuadro.

Figura 3.4.6.4. Medidas de una muela. π×D×N Vp = ------------------------------60 × 1.000

132

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados VELOCIDADES ACONSEJABLES Tipo de aglomerante

Velocidad en m/seg

Aglomerantes metálicos

18

Aglomerantes de resina

26

Aglomerantes orgánicos

75

Problema ¨ Calcular la velocidad periférica a la que trabaja una muela que lleva 2000 r.p.m. si su diámetro exterior es de 250 mm.

3,14 × 250 × 2.000 Vp = ------------------------------------------------ = 26,16 60 × 1.000

Rendimiento de una muela: El rendimiento de una muela está en función del trabajo que tenga que realizar, pero en términos generales dependerá de las pasadas que realicemos y del refrigerante empleado. Pasadas: En su mayor parte lo define el tamaño del grano y del acabado que queramos obtener, cuanto más fino el acabado la pasada será menor, y las últimas pasadas serán de carga 0 mm. Las pasadas recomendadas según el tamaño del grano son 0,05 mm para los desbastes y 0,02 para los acabados, siendo la última pasada 0 mm. Refrigerante: El refrigerante juega un factor importante en el empleo de las muelas durante su trabajo, pues disipan el calor generado por el roce con los materiales a rectificar, manteniendo los granos que forman la muela en buenas condiciones de corte; los refrigerantes resuelven ciertos problemas como: • • • •

Evitar la rotura de la muela por calentamiento. Aumentar el rendimiento de la muela. Evitar la deformación del material trabajado por calentamiento. Evitar el embozamiento de la muela por arrastre de las virutas.

Los refrigerantes más empleados en el rectificado son las taladrinas, emulsiones de petróleo y ácido carbónico.

Muela cilíndrica

Muela de vaso

Muela de doble vaso

Muela de copa

Muela cónica

Muela de doble cono

Nota¨ Ver capítulo 3, punto 3.7. Refrigerante.

Formas comerciales: Dada la cantidad de trabajos a realizar con las muelas, empleándose en diversidad de máquinas, en el comercio las encontramos de todos tamaños y formas, siendo las más empleadas o usuales las representadas en la figura 3.4.6.5. En matricería se emplean diversidad de tamaños y medidas de muelas pequeñas, para retocar piezas, quitar rebabas, rectificar elementos mecánicos y rectificado a mano de moldes y matrices. Este tipo de muelas suelen ser empleadas en rotalines. En la figura 3.4.6.6 se exponen las más empleadas.

Muela con los cantos redondeados

Figura 3.4.6.6. Muelas para rotalines.

© ITES-PARANINFO

Figura 3.4.6.5. Tipos de muelas por su forma.

133

Determinación y análisis de los mecanizados Precauciones a tener en cuenta en el montaje de las muelas: Las muelas por su trabajo y velocidad de rotación que llevan son elementos peligrosos y debemos de tener en cuenta una serie de normas a la hora de trabajar con ellas con el fin de evitar los accidentes (suelen ser graves y difíciles de curar). Si una muela se rompe durante su trabajo, bien sea en una afiladora manual, una máquina radial, o máquina de rectificar, lo que suele pasar si no se cuidan los elementos de seguridad es que la muela al romperse los trozos salen despedidos como si fueran proyectiles, y no solamente dañan al operario que en ese momento está manipulando la máquina, sino que pueden dañar a algún compañero del taller. A la hora de trabajar, montar y manipular muelas debemos de tener en cuenta: • Que la muela a montar esté en perfecto estado, no presente fisuras (a veces no se ven a simple vista) ni daños en la misma por el almacenamiento, así como golpes, humedad, etc. • Montarlas siempre con las arandelas adecuadas y de su medida. • Apretar bien las tuercas del montaje según el tipo de muela, no dejarla floja, torcida, o poner una muela en un eje que no es de su medida. • Una vez montada la muela en la máquina correspondiente, sea afiladora o máquina de rectificar, poner la máquina en marcha despacio tanteando la muela por si estuviese rota. • Trabajar siempre frontalmente con la muela, no ejercer más presión con las herramientas de la que se precise; se suelen romper por exceso de presión y calentamiento. • Cuando se trabaje afilando herramientas en una afiladora protegerse los ojos poniéndose gafas, y no quitar los elementos de seguridad a la afiladora. • En las máquinas rectificadoras no prescindir nunca de los elementos de seguridad de la máquina.

3.5 Afilado de herramientas Las herramientas son siempre caras y en ocasiones difíciles de obtener, por lo que debemos de aprovecharlas y sacarles el máximo rendimiento, sobre todo cuando tenemos que mecanizar trabajos de ciertas geometrías en las cuales tenemos afilados especiales, como en el caso de las cuchillas de torno. En el taller disponemos de muchas herramientas tanto manuales como de corte que durante su trabajo se deterioran y estropean sus filos, como son granetes, cortafríos, brocas, cuchillas de torno, fresas, etc., las cuales cuando se desgastan, se deterioran o se rompen como consecuencia del trabajo realizado, tenemos que recuperarlas para seguir utilizándolas para nuevos trabajos. Figura 3.5.1. Electroafiladora de sobremesa.

La recuperación generalmente se realiza mediante afilados con muelas adecuadas a la herramienta a recuperar que en ocasiones pueden ser de forma especial, como es el caso de afilados de fresas. En el afilado de herramientas debemos de tener en cuenta la forma de la muela, el tipo de grano, la dureza de la muela, etc. En el caso de los afilados de las herramientas a mano en las electroafiladoras de sobremesa se afilarán de forma frontal a la muela, nunca en el lateral de la misma. Figura 3.5.2.

Muela

Una de las máquinas más empleadas para estos tipos de afilados son las electroafiladoras de sobremesa, representada en la figura 3.5.1. Elementos de protección a tener en cuenta en el afilado de herramientas: Soporte Herramienta

Figura 3.5.2. Forma de afilar las herramientas.

134

Siempre que manejamos muelas, y es el caso de los afilados de herramientas, tenemos que tener en cuenta unas medidas básicas de seguridad, pues los riesgos de accidentes son de quemaduras en las manos, virutas de material que saltan y nos pueden dañar los ojos, etc.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Dada la peligrosidad que ofrece el afilado de herramientas, siempre que realicemos este trabajo deberemos de emplear: • Guantes para la protección de las manos. • Gafas para la protección de los ojos. • Las electroafiladoras de sobremesa deben disponer de pantallas de protección para evitar que salten virutas tanto de la muela como de la herramienta que se está afilando. • Se deberá disponer de un depósito de agua para poder enfriar la herramienta que se está afilando, evitando así que el operario se pueda quemar al mismo tiempo que evitamos que la herramienta se destemple por el exceso de calor que adquiere durante el afilado por el rozamiento de la muela. Defectos del afilado de herramientas: Cuando rectificamos o afilamos herramientas los defectos a tener en cuenta son: • Calentamiento de la herramienta sobre la muela, por lo que tenemos que ejercer una presión de la herramienta sobre la muela muy suave, dando varias pasadas si es necesario en vez de una pasada grande. • Enfriar la herramienta durante el afilado de vez en cuando con el fin de disipar el calor generado por el roce con la muela y evitar el calor no deseado. • Trabajar y posicionar la herramienta en el frente de la muela, nunca en los laterales. • Mantener la arista de la muela en perfecto estado, no redondeada. Verificación del afilado de una herramienta: Una vez afilada y rehabilitada la herramienta tenemos que verificar su afilado para ver si cumple las características para la que ha sido afilada y recuperada; estas verificaciones están en torno a: • Comprobación de los ángulos del afilado. • Comprobación de las superficies de la herramienta. • Comprobación de las grietas producidas por el calentamiento en el afilado de la herramienta, pues cuando se afila una herramienta si la presión de la misma contra la muela es demasiado grande ésta tiende a calentarse por rozamiento con los granos de la muela y por tanto suele destemplarse, perdiendo su dureza. • Calidad del filo. • Comprobación de la soldadura de la plaquita en el caso del afilado de herramientas soldadas de torno o brocas con metal duro.

3.6 Rendimiento de una herramienta Cuando trabajamos con una herramienta, generalmente lo que hace ésta es cortar el material para el mecanizado de la pieza o tallado de la misma, y decimos que una herramienta es de mejor o peor calidad en función de su rendimiento; es decir, del trabajo que realiza, o en otros términos de la cantidad de viruta que es capaz de sacar o cortar antes de que se estropee su filo o poder de corte. En términos generales y buscando una definición, diremos que el rendimiento de una herramienta es el volumen de viruta que es capaz de obtener dicha herramienta entre dos afilados consecutivos, medida en cm³. Si en una herramienta permanece su filo en perfecto estado de corte, ésta obtendrá mayor número de piezas que otra que haya que afilarla con más frecuencia. Debemos de tener en cuenta que el afilado de una herramienta es una operación que supone quitarla de la máquina, afilarla y volverla a montar en la máquina, con el consiguiente paro de producción, pues en las operaciones de desmontaje, afilado y montaje de la herramienta, la máquina la tenemos parada, es decir no está obteniendo piezas. Por lo tanto debemos de valorar el poder de corte de cualquier útil para obtener su rentabilidad. Para poder valorar el rendimiento de una herramienta tenemos que conocer algunos parámetros de las mismas.

© ITES-PARANINFO

135

Determinación y análisis de los mecanizados Avance: Se denomina avance, a la velocidad con que se desplaza la herramienta sobre la pieza cortando el material (es el espesor de viruta que saca la herramienta) y se da en mm por vuelta completa, bien de herramienta o de pieza, según sea la herramienta o la pieza la que gire.

a

a Mucho avance

En términos generales y para cualquier máquina, a mayor avance de la herramienta el acabado de la superficie de la pieza queda con más rugosidad (peor calidad de acabado), pero al avanzar muy deprisa acortamos los tiempos del mecanizado.

Poco avance

Figura 3.6.1.

A menor avance la superficie de la pieza queda con menos rugosidad (más fina, mejor acabado), pero alargamos los tiempos del mecanizado. En los dibujos 3.6.1 se representan dos tipos de avance con la rugosidad de la superficie. Los avances de mecanizado deben de ser estudiados antes de comenzar el mecanizado, pues del avance también depende la duración de la herramienta con la que se trabaja. Ver las tablas de avances indicadas para cada máquina y herramienta según los materiales a trabajar. Avance en la taladradora: En la taladradora se denomina avance a la penetración que lleva la broca cortando material y se da en milímetros por revolución. Para determinar el avance de trabajo de una broca tenemos que tener en cuenta la dureza del material a trabajar y la calidad de la broca que vamos a emplear. Avance en el torno: En el torno el avance se lo damos al carro longitudinal o transversal, de forma que hacemos que la herramienta lleve una velocidad uniforme y continua con el fin de obtener superficies de trabajo lo más pulidas posible. El avance se da en milímetros por revolución o más común en milímetros por minuto de trabajo. Avance en la fresadora: En la fresadora, al trabajar con herramientas con varios dientes, por cada vuelta que da la herramienta ésta realizará tantos cortes como dientes tiene, por lo tanto el avance en la fresadora se puede dar por diente (ad) o por minuto de trabajo (am); también lo podemos dar por revolución (ar). Ver figura 3.6.2.

ad

a

El sistema más común es dar los avances por minuto de trabajo, siendo: ad = Avance por diente ar = Avance por vuelta completa de herramienta, teniendo que ar = ad × n am = Avance por minuto de trabajo de la herramienta am = ar × n × N n = Número de dientes de la fresa N = Número de r.p.m. de la fresa

Figura 3.6.2. Avance de la fresadora.

Pasada: Es la profundidad de corte, es decir el ancho de la viruta que saca la herramienta durante el corte. L P

a

M

Figura 3.6.3. Sección de viruta.

p a

Sección de viruta: Si cogemos la viruta que está obteniendo una herramienta (figura 3.6.3) y la dimensionamos ancho por grueso, obtenemos su sección en mm². Por lo tanto, definimos como sección de viruta el producto del avance (a) por la pasada (p). Se calcula por: S=a×p

Sección de viruta en la taladradora: Cuando la broca penetra en el material los labios sacan una viruta cuya sección está en función de la fuerza de penetración y de las revoluciones por minuto. La sección de viruta en la taladradora se calcula por: S=D×a

Siendo: S = Sección en mm² D = Diámetro de la broca a = Avance por revolución

136

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Problema ¨ ¿Qué sección de viruta corta una broca que trabaja a 500 r.p.m. si su diámetro es de 12 mm y en un minuto de trabajo ha penetrado en el material 25 mm?

Si en 500 r.p.m. ha penetrado 25 por revolución lleva un avance de 25 / 500 = 0,05 mm. S = 12 × 0,05 = 0,6 mm²

Sección de viruta en el torno: En el torno obtenemos la sección de viruta obtenida multiplicando la profundidad de pasada que lleva la cuchilla por el avance. S=p×a

Debemos de tener en cuenta que si el avance es muy grande, la pieza queda como roscada, y la sección es algo menor que la calculada en la fórmula anterior. S = Sección en mm² p = Profundidad de pasada av = Avance por revolución

p av

p

Figura 3.6.4. Sección de viruta en el torno.

Problema ¨ ¿Qué sección de viruta corta una herramienta de torno cuya pasada es

de 4 mm y el avance del carro es de 0,15 mm por r.p.m.? S = 4 × 0,15 = 0,6 mm²

Sección de viruta en la fresadora: En la fresadora la sección de viruta se da por diente, de forma que diremos que es igual al avance del diente por el ancho de la fresa. En la fresadora la herramienta se va clavando a medida que ésta avanza, por lo que la sección de viruta se calcula a la salida del diente de la pieza a trabajar. S = Sección en mm² p = Profundidad de pasada af = Avance por revolución S = p × af

Problema ¨ ¿Qué sección corta por diente una fresa que está trabajando a 300 r.p.m. y durante un minuto ha avanzado 80 mm de longitud, siendo el ancho de la fresa 10 mm y teniendo 12 dientes? 80 : 300 = 0,2666 mm avanza por r.p.m. 0,2666 : 12 = 0,022 mm avanza por diente y r.p.m. S = 10 × 0,022 = 0,222 mm²

Volumen de viruta obtenida por una herramienta: El volumen de viruta obtenido por una herramienta es la cantidad de viruta medida en cm³ que esa herramienta es capaz de obtener o cortar desde que su filo de corte es nuevo hasta que se desgasta o se deteriora. Se dice que una herramienta tiene el filo desgastado o deteriorado, cuando la herramienta vibra más de lo común, cuando se calienta por exceso de rozamiento (el filo está redondeado por desgaste y no corta), cuando las superficies mecanizadas presentan un acabo de mala calidad, cuando la máquina requiere más potencia de la normal para el mecanizado de la pieza, etc. Cuando nos presenta problemas de corte hay que afilarla o sustituirla por otra. En términos generales podemos calcular el rendimiento de una herramienta por: Q = a × p × Vc × t

© ITES-PARANINFO

137

Determinación y análisis de los mecanizados Siendo: Q = Cantidad de viruta en cm³ Vc = Velocidad de corte en m/m p = Pasada t = Tiempo en minutos que dura el afilado de la herramienta En función de la cantidad de viruta que una herramienta es capaz de obtener (número de piezas a mecanizar) diremos que esta herramienta rinde más que la otra o es de mejor calidad. Problema ¨ ¿Qué volumen de viruta cortará el torno que trabaja cortando una sección de viruta de 0,6 mm2 si trabaja a 800 r.p.m. durante 30´ de trabajo? Trabajando a 800 r.p.m. y con un avance de 0,15 mm/v, tendremos que en 1 minuto la herramienta avanzará: 800 × 0,15 = 120 mm/m. 120 × 30 = 3.600 El volumen de viruta cortado será: 3.600 × 0,6 = 2.160 mm³

Caudal específico de viruta: Decimos que caudal específico de una herramienta es la relación que existe entre la cantidad de viruta que obtiene la herramienta dada en cm³ en la unidad de tiempo y la potencia de la máquina en la cual trabaja. Q Qe = -----------P

Siendo: Qe = Caudal específico Q = Cantidad de viruta cortada en cm³ P = Potencia de la máquina en C.V. También podemos definir este concepto como la cantidad de material cortado por minuto y por C.V. de potencia de la máquina.

Ejemplo Calcular la potencia de una máquina que lleva 0,3 mm de avance y 5 mm de pasada con una velocidad de corte de 25 m/m, si se obtienen 28 cm³ de viruta. P = (0,3 × 5 × 25) / 28 = 1,34 C.V.

Esbeltez del corte: No solamente tenemos que trabajar las piezas del taller, sino que también hay que tener en cuenta la precisión y presentación adecuadas; si los avances son muy grandes, la superficie de la pieza no queda fina, sino rugosa, por lo que se deduce que no debemos dar avances excesivamente grandes; si es necesario desbastar mucho material, lo que se hace es dar unas pasadas de desbaste donde el avance es grande y luego dar una pasada de acabado con menos avance, garantizando de esta forma un buen acabado y una buena presentación. Podemos definir esbeltez de corte como la presentación de la pieza sin rugosidad en la superficie mecanizada, y se estima por: E=p/a

138

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados En todo mecanizado en la esbeltez de corte (acabado de la pieza) tenemos que tener en cuenta varios factores que influyen en el mismo, y que nos mejoran el acabado y por lo tanto la esbeltez de la pieza mecanizada, como son: LA ESBELTEZ DE CORTE NOS LA DEFINE • • • • •

El refrigerante a emplear durante el corte El afilado de la herramienta y su radio en punta El ángulo de desprendimiento, por donde resbala la viruta Las revoluciones a dar a la pieza El avance

Velocidades de corte de las herramientas: Uno de los parámetros que nos indican el poder de corte de una herramienta, diciéndonos si ésta corta mucho o poco, es la llamada velocidad de corte. La velocidad de corte es un dato que lo empleamos para comparar el rendimiento de una herramienta con otra y valorar así sus características técnicas, indicándonos qué tipo de material puede trabajar. Velocidad de corte es la cantidad de metros por minuto que recorre una herramienta (metros de viruta cortada en un minuto). Se define como la cantidad de metros de viruta que es capaz de cortar una herramienta durante un minuto de trabajo, sin que ésta de deteriore o se desgaste. La velocidad de corte se da en metros/minuto y se calcula mediante la fórmula: π×D×N V = ----------------------------1.000

La velocidad de corte generalmente es conocida en función de la dureza del material a trabajar, y lo que tenemos que calcular son las revoluciones a las que tenemos que hacer girar la pieza en el caso del torno, o las herramientas en el caso de taladradoras y fresadoras. Para ello despejamos las revoluciones N de la fórmula general. Siendo: V = Velocidad de corte en m/m D = Diámetro de la pieza a trabajar o de la herramienta N = Número de revoluciones Problema ¨ ¿Qué cantidad de viruta cortará un torno durante 1 hora de trabajo mecanizando piezas de aluminio cuyo diámetro hay que rebajar de 60 mm a 56 mm con un avance de 0,25 mm/rev., trabajando a 1.500 r.p.m.?

Calculamos la sección de viruta: S = a × ρ; S = ((60 – 56) / 2) × 0,25 = 0,5 mm²/r.p.m. Calculamos la velocidad de corte: Vc = (π × D × N) / 1.000; Vc = (3,14 × 60 × 1.500) / 1.000 = 282,6 m/m Calculamos el volumen de viruta obtenida por minuto: Vv = S × Vc; Vv = 0,5 × 282,6 = 141,3 cm³ En una hora tendremos que Vv = (S × Vc) 60; Vv = (0,5 × 282,6) 60 = 8.478 cm³ Si queremos saber el peso del material cortado lo multiplicamos por el peso específico del material que trabajamos y tendremos que en el caso del aluminio Pe = 2,7: P = (8.478 / 1.000) 2,7 = 22,89 kg

© ITES-PARANINFO

139

Determinación y análisis de los mecanizados REVOLUCIONES EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORTE Y DEL DIÁMETRO DE LA PIEZA A TRABAJAR Diámetro de la pieza

25

30

35

40

50

60

80

100

125

150

175

200

300

400

10

796

955

1.115

1.274

1.592

1.911

2.548

3.185

3.981

4.777

5.573

6.369

9.554

12.739

15

531

637

743

849

1.062

1.274

1.699

2.123

2.654

3.185

3.715

4.246

6.369

8.493

20

398

478

557

637

796

955

1.274

1.592

1.990

2.389

2.787

3.185

4.777

6.369

25

318

382

446

510

637

764

1.019

1.274

1.592

1.911

2.229

2.548

3.822

5.096

30

265

318

372

425

531

637

849

1.062

1.327

1.592

1.858

2.123

3.255

4.246

35

227

273

318

364

455

546

728

910

1.137

1.227

1.592

1.820

2.730

3.640

40

199

239

279

318

398

478

637

796

995

1.194

1.393

1.592

2.389

3.185

45

177

212

248

283

354

425

566

708

885

1.062

1.238

1.415

2.123

2.831

50

159

191

223

255

318

382

510

637

796

955

1.115

1.274

1.911

2.548

55

145

174

203

232

290

347

463

579

724

869

1.013

1.158

1.737

2.316

60

133

159

186

212

265

318

425

531

663

796

929

1.062

1.592

2.123

65

122

147

171

196

245

294

392

490

612

735

857

980

1.470

1.960

70

114

136

159

182

227

273

364

455

569

682

796

910

1.365

1.820

75

106

127

149

170

212

255

340

425

531

637

743

849

1.274

1.699

80

100

119

139

159

199

239

318

398

498

597

697

796

1.194

1.592

85

94

112

131

150

187

225

300

375

468

562

656

749

1.124

1.499

90

88

106

124

142

177

212

283

354

442

531

619

708

1.062

1.415

100

80

96

111

127

159

191

255

318

398

478

557

637

955

1.274

125

64

76

89

102

127

153

204

255

318

382

446

510

764

1.019

150

53

64

74

85

106

127

170

212

265

318

372

425

637

849

175

45

55

64

73

91

109

146

580

227

273

318

364

546

728

200

40

48

56

64

80

96

127

406

199

239

279

318

478

637

Velocidad de corte en m/min

Ejemplo Tenemos que mecanizar una pieza de 45 mm de diámetro, cuyo material nos da que hay que trabajarlo con una velocidad de corte de 60 m/m. Buscar en la tabla a qué revoluciones debemos de poner la máquina. Llevamos los datos a las columnas correspondientes y en la casilla que se corten será el valor calculado, que en este caso serán 425 r.p.m.

Factores que determinan la elección de la velocidad de corte: Los factores que debemos de tener en cuenta para conseguir una velocidad de corte adecuada y de menor coste de producción, sabiendo que las herramientas son caras y que cada vez que afilamos o sustituimos una herramienta tenemos un paro de máquina, a la hora de mecanizar piezas con herramientas de corte se debe de pensar en: • La dureza y tipo de material a trabajar nos ayudarán a elegir la herramienta, de acero rápido, de plaquita soldada, placa intercambiable, etc. • El tipo de trabajo que vamos a realizar, si es cilindrar, cortar, roscar, mecanizar interiores, etc. • Si conviene refrigeración y qué tipo de aceite de corte o refrigerante, etc. Se escogerá en función del tipo de herramienta y material a cortar. • Qué sección de viruta necesitamos cortar. Si la sección a cortar es pequeña con una pasada terminamos el corte, pero si necesitamos dar varias pasadas a lo mejor merece la pena poner una herramienta de mayor arista de corte.

140

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados La velocidad de corte pequeña aumenta la duración del afilado y de la herramienta, pero también alarga los tiempos del mecanizado. Una velocidad de corte grande disminuye la duración de los afilados y de la herramienta, por lo tanto tampoco es muy rentable. La velocidad de corte adecuada la llamamos velocidad económica de corte y es la que permite obtener el mayor rendimiento de la herramienta; es decir, que saque la mayor cantidad de viruta con el menos desgaste posible. Velocidad económica de corte: Teniendo en cuenta estos factores y los costes de producción, así como los gastos generales del mecanizado de una serie de piezas, y midiendo la viruta obtenida en dm³, está demostrado que la velocidad económica de corte teniendo en cuenta el mínimo desgaste de la herramienta es: Vp = 4 / 3 Vmd

y

Vp = Velocidad práctica Vmd = Velocidad del mínimo desgaste El gráfico de la figura 3.6.5 nos muestra la velocidad económica de corte; si en el eje X aumentamos mucho la velocidad de corte sacaremos mucha viruta, como se ve en el eje Y, pero disminuimos la duración de la herramienta. No es recomendable realizar muchos afilados o sustituir la herramienta varias veces en un trabajo determinado.

Q = dm3

Siendo:

0 1

2 3 4 5 Vc = m/m

6

x

Figura 3.6.5. Gráfica de la V. E. de corte.

3.7 La refrigeración Cuando mecanizamos una pieza en una máquina, generalmente lo hacemos cortando con una herramienta el material sobrante de la misma; como hemos visto anteriormente, las herramientas están dispuestas para realizar ese corte en las mejores condiciones y de forma que la cuchilla dure lo más posible (geometría de la punta, dureza de la herramienta, etc.). Esto genera unos rozamientos del filo de la herramienta con la superficie de la pieza a mecanizar, el cual se traduce en calor, por lo que se deteriora rápidamente el filo de la herramienta, al extremo de que llega a destemplarse y por lo tanto la tenemos que afilar o sustituir durante el mecanizado varias veces aumentando así el coste de producción. Para que esto no suceda o por lo menos atenuarlo, tenemos los refrigerantes o los llamados aceites de corte, cuya finalidad es la de refrigerar la cuchilla y pieza durante el mecanizado de la misma, eliminando el calor producido y facilitando el rozamiento entre pieza y herramienta, consiguiendo así alargar la duración de la herramienta y disminuir los costes de producción. El calor generado durante el corte: Cuando cortamos material especialmente duro con una herramienta el roce con la pieza es tan grande que la punta del filo de la herramienta llega a ponerse al rojo, y tenemos que tener en cuenta que los aceros con el aumento de la temperatura disminuyen su dureza, de tal forma que los aceros rápidos pueden trabajar hasta los 400 ºC sin perder su poder de corte (los aceros aleados pueden llegar hasta los 800 ºC). Pasada esta temperatura disminuyen su poder de corte llegando a perder su temple deteriorando el filo de corte. La gran función del refrigerante es disipar el calor generado durante el corte para que no aumente la temperatura, evitando así que se destemple la herramienta y como consecuencia se aumente la duración del poder de corte. Características de un lubricante: Los lubricantes son generalmente aceites minerales o vegetales (también llamados aceites de corte), los cuales tienen una viscosidad de entre 2º y 4º Engler, a los cuales se les añade productos químicos con el fin de mejorar sus propiedades para que cumplan satisfactoriamente el trabajo que tienen que realizar.

© ITES-PARANINFO

141

Determinación y análisis de los mecanizados Los aceites de corte son aceites minerales solubles en agua (taladrinas), los cuales con los aditivos adecuados realizan satisfactoriamente la refrigeración del corte de las herramientas. Aditivos de un lubricante: Se conoce con el nombre de aditivos a todos los elementos que se le añaden al lubricante, los cuales mejoran sus características y sus propiedades, como: • Alto calor específico. • Elevada conductibilidad térmica, con el fin de que disipen rápidamente el calor generado en el corte por rozamiento. • Índice bajo de viscosidad (muy fluidos); deben de circular rápidamente por la viruta generada y caer rápidamente al depósito de la máquina. • Ser antioxidantes, con el fin de proteger las piezas de la oxidación. • Ser antiespumante, con fin de que durante la refrigeración, al ser batido, no forme espuma. • Untuosidad, que se encarguen de aumentar la adherencia entre pieza y filo. • Punto alto de inflamación. Si hablamos de las ventajas de un lubricante, diremos que deben de cumplir satisfactoriamente los siguientes apartados: • Disminuir el rozamiento de la herramienta y la pieza a trabajar. • Disipar lo más rápidamente el calor generado por el corte. • Evitar las dilataciones de la pieza por exceso de calor. • Arrastrar las virutas del corte de la herramienta. • Aumentar la velocidad de corte.

3.8 Los rozamientos F

P

Figura 3.8.1. Rozamientos.

Figura 3.8.2.A.

R

Las piezas y órganos de las máquinas del taller están ajustadas y acopladas entre sí, de forma que durante su funcionamiento se deslizan unas sobre otras, rozando sus superficies; éste es el caso de los ajustes, colas de milano, guías de máquina, etc.; este rozamiento en mecánica tenemos que valorarlo, pues en muchas ocasiones de él depende el buen funcionamiento de una máquina. El rozamiento (figura 3.8.1) de elementos mecánicos está en función del peso que tengan que soportar y la fuerza que tengan que ejercer. El rozamiento de una pieza será más grande cuanto más áspera o peor acabada esté la superficie de contacto; es decir, cuanto más rugosidad tenga, y será más suave su rozamiento cuanto más pulida y menos rugosidad tenga su superficie. Por otro lado, una pieza que tiene un gran rozamiento durante su trabajo se desgasta muy rápidamente; es decir, pierde medida, con lo cual aparece la holgura entre sus ajustes y se requiere su sustitución por otra pieza nueva de mayor medida. Este desgaste por rozamiento hace que las máquinas se hagan ruidosas, sus piezas cojan holgura, pierdan precisión. Un desgaste prematuro de piezas encarece el mantenimiento de los elementos mecánicos y de las máquinas en general.

Figura 3.8.2.B.

142

La figura 3.8.2.A demuestra una superficie bien acabada, tiene poco desgaste, su ajuste es bueno, y también la precisión. La figura 3.8.2.B tiene una superficie muy rugosa, tendrá un desgaste rápido (pérdida de medida), se hará un funcionamiento ruidoso, y tendrá holgura su ajuste.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados El rozamiento de un ajuste en términos generales depende: LOS ROZAMIENTOS DEPENDEN • Del material de fabricación de sus piezas • Del grado de acabado de sus superficies • Del aceite de engrase a emplear

Aceites de engrase: Para suavizar el rozamiento entre elementos mecánicos tenemos los aceites de engrase y lubricantes, los cuales hacen que la resultante R en los rozamientos sea lo más baja posible. Son los encargados de suavizar los rozamientos entre los órganos de las máquinas y de alargar la vida de su funcionamiento, pues evitan el desgaste prematuro de las piezas mecánicas. El aceite de engrase lo que hace es dejar una película entre las caras de las piezas sometidas a engrase de forma que ésta disminuya la fricción o rozamiento durante el trabajo. Los aceites de engrase deben de tener un punto de inflamación alto, suele estar alrededor de los 250 ºC. Deben de ser buenos disipadores del calor. Han de tener una buena adherencia. Esta cualidad es una de las más valorables en un aceite de engrase. La densidad de los aceites está por debajo de 1, se toma a 15 ºC de temperatura, y se expresa en gramos/decímetro cúbico (gr/dm³). Se considera un buen aceite de engrase aquel que cumple las siguientes funciones: • • • • • •

Suavizar los rozamientos entre piezas. Reducir los esfuerzos del rozamiento. Facilitar el movimiento entre piezas ajustadas. Alargar el desgaste entre piezas. Disipar el calor generado por el rozamiento, evitando así el gripado entre piezas. Mantener la temperatura de funcionamiento en unos límites razonables (refrigeración de elementos mecánicos).

Viscosidad de un aceite: Se conoce con el nombre de viscosidad a la resistencia que opone un aceite a circular por el tubo que lo conduce. Esta resistencia es debida al rozamiento de las partículas que constituyen el aceite. Se dice que un líquido, y en nuestro caso un aceite, tiene un índice bajo de viscosidad o es poco viscoso (muy fluido) cuando circula con facilidad, y tiene un índice alto de viscosidad o es muy viscoso (poco fluido) cuando circula con dificultad por el interior de la tubería. En los aceites que empleamos en las industrias mecánicas es importante tener en cuenta su viscosidad, pues de ello depende una buena refrigeración o engrase. En los aceites de corte (Taladrinas) deben ser muy poco viscosos, y los aceites de engrase deben ser más viscosos. La viscosidad de un aceite se determina con un aparato llamado VISCOSÍMETRO y se mide en grados "Engler". El Viscosímetro: Es un aparato que consta de un depósito al baño María, en el cual se deposita el líquido a determinar su fluidez; este depósito tiene un orificio de salida cuyo paso podemos regular a voluntad. Incorpora un sistema de calefacción con el fin de poder calentar el agua, que a su vez calienta el líquido a valorar si fuese necesario. Figura 3.8.2.C

Agua Líquido a valorar Llave de caudal

Caudalímetro

Lo que se mide es el tiempo en segundos que tarda en vaciarse el aceite del depósito a valorar a temperatura de 20 ºC y se determina por: Figura 3.8.2.C. Viscosímetro. Tiempo en vaciarse el líquido a determinar Eº = --------------------------------------------------------------------------------------------------------Tiempo en vaciarse el agua

© ITES-PARANINFO

143

Determinación y análisis de los mecanizados Los aditivos de los aceites: Los aceites de engrase según el empleo y uso que se les da, incorporan una serie de elementos que mejoran sus propiedades de funcionalidad. Los aditivos que se incorporan a los aceites evitan su degradación por el uso alargando el poder de engrase, protegen la superficie de las piezas a engrasar de los agentes atmosféricos evitando el contacto con el oxígeno del aire (oxidación de las piezas del taller y del almacén). Añaden las características específicas al aceite que en cada caso necesitan según el tipo de empleo y engrase. Los aditivos más comunes son: Antioxidantes: Estos aditivos evitan que el aceite se enrancie con el tiempo y además también evitan la oxidación de los elementos que engrasan. Anticongelantes: Son elementos químicos que se les añade, los cuales bajan el punto de congelación del aceite en cuestión, por lo que éstos mantienen el engrase en perfectas condiciones con temperaturas por debajo de los 0 ºC. Antiespumantes: Cuando tenemos que bañar cajas de cambios de máquinas como es el caso de los tornos, máquinas de C.N., etc., tenemos que llenar depósitos con una cantidad considerable de aceite y éste está constantemente en movimiento; si no se le añade un aditivo que evite la formación de espuma, tendríamos grandes cantidades de espuma (burbujas de aire) y la bomba de engrase fallaría porque nos cogería aire en vez de aceite. Detergentes: La misión de los aditivos detergentes es mantener limpios los órganos que este aceite baña o engrasa. Colorantes: Con el fin de distinguir un tipo de aceite de otro, por ejemplo un aceite de engrase y un aceite de corte, o distinguirlo para un uso determinado, se les añade colorantes con el fin de conocer su aplicación, su composición, etc. Untuosidad: Cuando necesitamos elevar el índice de untuosidad de un aceite lo que se hace es aumentar mediante aditivos la untuosidad del mismo, haciéndolo más pegajoso, con lo cual se hace más resistente la capa de engrase; en otros términos, se aumenta el índice de viscosidad. Como hay muchos tipos de aceites, éstos se denominan por las siglas S.A.E. y a continuación una cifra la cual indica el grado de fluidez. Los más empleados los vemos en la siguiente tabla. DENOMINACIÓN DE ACEITES S.A.E.

10

Muy fluido

S.A.E.

20

Fluido

S.A.E.

30

Semifluido

S.A.E.

40

Semidenso

S.A.E.

50

Denso

S.A.E.

60

Semiespeso

S.A.E.

70

Espeso

Engrasadores para aceite: Como hemos visto anteriormente, las máquinas están sometidas a esfuerzos y trabajos en ocasiones muy enérgicos generalmente por los rozamientos de las piezas que las componen, y para suavizar estos rozamientos alargando la vida de las piezas mecánicas que las componen debemos de engrasar sus componentes. Para ello disponemos de los llamados engrasadores, de los cuales hay montones de modelos en el mercado, pero básicamente todos funcionan de la misma forma.

Figura 3.8.3. Engrasador para aceite.

144

El engrasador de aceite es un elemento mecánico que dispone de un orificio por el cual se mete la punta de la aceitera escondiendo una bola que cierra el orifico de engrase, y mediante la presión de la aceitera se introduce el aceite al elemento mecánico; una vez engrasado o llenado de aceite se retira la aceitera y la bola cierra el orificio de engrase por la presión del muelle, manteniéndolo cerrado, guardándolo así del polvo y la suciedad. Ver figura 3.8.3.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados Grasas: Las grasas son elementos de engrase pero tienen un empleo diferente de los aceites, se emplean en donde no se pueden usar los aceites y la ventaja que tienen sobre éstos es que la duración de engrase es mucho mayor que con el aceite, y soportan más presión que éstos; sin embargo, se enrancian con más facilidad que los aceites. Son mezclas de aceites minerales, jabones, agua, las cuales en condiciones normales están solidificadas, etc. Los elementos más comunes que entran a formar parte de las grasas son: grafito, talco, siliconas, mica. Engrasadores para grasas: Los engrasadores para grasa generalmente son un depósito (cuerpo), el cual está roscado en el elemento mecánico o máquina a engrasar, y éste dispone de una tapadera que está roscada al cuerpo; si depósito y tapadera los llenamos de grasa, cuando roscamos la tapadera sobre el cuerpo disminuimos el volumen del engrasador por el avance de la rosca, empujando la grasa por el orificio hacia el órgano mecánico a engrasar. Ver figura 3.8.4.

3.1 ¿Cómo se denomina una lima técnicamente? 3.2 Tenemos que mecanizar un agujero roscado a M 6 x 100. ¿Qué diámetro de

Figura 3.8.4. Engrasador para grasa.

Ejercicios

broca emplearemos para el taladrado?

3.3 ¿Por qué los juegos de machos para roscar a mano tienen tres piezas? 3.4 Tenemos que calibrar un agujero a 8 mm de diámetro. ¿Qué broca debemos emplear para el taladrado previo y pasar el escariador?

3.5 Calcular las revoluciones a dar a una broca que va a mecanizar aluminio y tiene 12 mm de diámetro.

3.6 Tenemos que mecanizar taladrando una serie de piezas de acero suave, con brocas de 8 y 16 mm de diámetro. Queremos saber el avance que tenemos que dar a la máquina, las revoluciones a poner, así como los ángulos que tenemos que dar a la broca cuando la afilemos.

3.7 Razona, por qué la herramienta de tornear debe de estar justo en el eje de simetría de la pieza.

3.8 Tenemos un portaherramientas cuya denominación es MVJN 20 x 20 M 12 y monta una plaquita cuya denominación es VNMA 150404. Decir qué tipo de portaherramientas es y qué características tiene la plaquita que monta.

3.9 Tenemos que tallar un engranaje de 85 dientes y M = 2. Decir qué tipo de fresa tendremos que elegir y por qué.

3.10 ¿Cómo pedimos una muela comercialmente? 3.11 ¿Qué tiempo estará cortando una herramienta si el volumen de viruta obtenido es de 250 cm³, el avance que lleva 0,15 mm, la profundidad de pasada 3 mm, y la Vc 80 m/m?

© ITES-PARANINFO

145

PRÁCTICAS UNIDAD TEMÁTICA

3

Determinación y análisis de los mecanizados

∅12

10 10

25

30 20

∅10

25

∅10

20

A

20

30

20

10

B

148

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados

14

80

M10

37 25

80

© ITES-PARANINFO

6

149

Determinación y análisis de los mecanizados

A 35

35 15

25

w 1/2

M10

35

70

6

20

45º

15

10 B

16

4

SECCIÓN AB

150

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados

M 10

M 10

90

30

W 1/2

W 1/2

30

30

© ITES-PARANINFO

90

30

151

Determinación y análisis de los mecanizados

HÉLICE

ANCHO HÉLICE A. PUNTA

6/2

6/2

A. INCIDENCIA

DECIR EL VALOR DE LOS ÁNGULOS QUE NECESITARÍAMOS DAR A LA BROCA SI EL MATERIAL A TALADRAR FUESE: Incidencia

Punta

Acero duro Aluminio Bronce

152

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los mecanizados

ρ

B

α

β

A

DECIR EL VALOR DE LOS ÁNGULOS QUE NECESITARÍAMOS DAR A LA CUCHILLA SI EL MATERIAL A CORTAR FUESE: α

β

δ

Acero duro Aluminio Bronce

© ITES-PARANINFO

153

60º

Determinación y análisis de los mecanizados

C

A B

154

© ITES-PARANINFO

Capítulo

Determinación y análisis de los conformados

Determinación y análisis de los conformados Introducción En esta Unidad Temática se pretende ver y estudiar la forma de mecanizar piezas con las distintas máquinas del taller, precisar cada máquina a los distintos tipos de fabricados, así como saber, manejar y disponer de los útiles adecuados en la fabricación de las piezas, teniendo en cuenta las tolerancias de fabricación, comprobando y verificando la validez de las piezas obtenidas.

Contenido • • • •

Clasificación de las máquinas del taller Estudio de la calidad del mecanizado Manejo de las máquinas del taller Verificación de piezas mecanizadas

Objetivos X Adquirir una visión general de la tecnología de los mecanizados X Conocer el manejo de las máquinas del taller de metal X Aprender a comprobar y verificar las piezas obtenidas en el taller de metal

Determinación y análisis de los conformados

4.1 Fabricación y obtención de piezas En las industrias siderometalúrgicas se obtienen y fabrican todo tipo de piezas, tanto para usos industriales, agrícolas, material ferroviario, piezas para automoción, electrodomésticos, etc. Las piezas de tipo mecánico se pueden obtener de muy diversas maneras y formas, desde un simple golpe de prensa, que nos daría una pieza terminada, hasta pasando por un proceso de fabricación en los que intervienen varias máquinas, y su proceso desde que tenemos el material en bruto hasta que la pieza está terminada puede ser de lo más complejo. Por lo tanto, en los talleres de metal se dispone de muchos métodos de fabricación y dependiendo del tamaño de la pieza a obtener, su empleo y sus aplicaciones así se escogerá el método de fabricación más adecuado. Por todo esto y a título informativo clasificamos la forma de obtener piezas por su forma de fabricación. Clasificación de la obtención de piezas por su forma de fabricación: Sabiendo que tenemos un número tan elevado de tipos y modelos de piezas a obtener y sus variadísimas características y aplicaciones, clasificamos el método de obtención de piezas en términos generales de la siguiente manera: • • • •

Piezas obtenidas por moldeo Piezas obtenidas por estampación Piezas obtenidas por matricería de corte Piezas obtenidas por corte de material

Piezas obtenidas por moldeo: Se llaman así las piezas obtenidas con material fundido en un molde. El procedimiento se realiza mediante un molde que suele ser de arena (arcilla) al cual interiormente se le da la forma de la pieza que queremos obtener, se llena el molde de material fundido y éste ocupa todos los espacios del molde, el cual cuando se solidifica y enfría se saca del molde que le ha dado forma quedando así la pieza obtenida, a la que posteriormente se le suele dar una operación de pulido o mecanizar. Mediante este procedimiento se obtienen piezas generalmente de grandes dimensiones, como bancadas de máquina, soportes, culatas y bloques de motores, etc., aunque también se emplea para la obtención de piezas de pequeñas dimensiones cuyo acabado superficial no requiere gran precisión. Electrodos

Metal fundido

Figura 4.1.1. Horno eléctrico. Cuchara

Molde

Las arenas o arcillas que se emplean para hacer los moldes son arenas especiales para este fin, las cuales tienen que ser tratadas antes de construir el molde, pues deben de soportar las temperaturas de fusión del material con el que se va a rellenar, así como ser lo suficientemente compactas y finas según el acabado superficial que queramos obtener. Las arenas se amasan con aglomerantes y la construcción del molde se realiza por presión compactando así el material del mismo. En un horno (figura 4.1.1) se funde el material del cual queremos obtener la pieza que vamos a moldear y mediante una cuchara de colada se vierte el material líquido en el molde por la parte llamada bebedero, hasta que éste se llena, dejando que se enfríe el material, luego se desmoldea y se obtiene así la pieza requerida. Cuando tenemos que obtener piezas cuyo material funde a una temperatura baja, como puede ser el aluminio, los moldes (figura 4.1.2) para la obtención de piezas con este tipo de material se fabrican con resinas, escayolas, cementos y otros materiales más fáciles de trabajar que las arcillas.

Pieza

Figura 4.1.2. Molde.

156

Primeramente se fabrica el modelo de la pieza a obtener de un material fácil de trabajar, como madera, cemento, escayola, etc. Este modelo de pieza es el que nos servirá para la fabricación del molde de arena.

Las piezas así obtenidas requieren un proceso de mecanizado para la eliminación de rebabas y algunas partes de las piezas requieren un mecanizado, por lo que la

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados parte del molde de la zona que luego se mecanizará está sobredimensionada, con el fin de que tenga sobrante de material para el mecanizado final. Ver figura 4.1.3. Piezas obtenidas por estampación: Son las piezas obtenidas por golpe de prensa. Este procedimiento se basa en calentar el acero a una temperatura de unos 1.100 ºC a 1.300 ºC y mediante golpe de prensa darle la forma de la pieza que se quiere obtener.

Figura 4.1.3. Pieza desmoldeada.

Basándonos en las propiedades que tiene el acero de que al aumentar la temperatura se vuelve plástico y blando, y se puede moldear con facilidad, el procedimiento aprovecha esta propiedad, por lo que un trozo de acero calculado previamente a las dimensiones que tiene que tener la pieza que se va a obtener, se calienta a temperatura de moldeo en un horno o fragua, se pone en un molde preparado al respecto y mediante golpes de prensa éste toma la forma del molde que es la pieza que necesitamos obtener. De esta manera se fabrican multitud de piezas, como cigüeñales, ejes de máquina, bielas, engranajes, etc., las cuales una vez que toman la forma que deben de tener, se mecanizan dándoles las medidas y acabados precisos para sus montajes y funcionamiento. Se ablanda el material calentándolo a temperatura de plasticidad

Se moldea mediante prensa hasta darle la forma

Se mecaniza la pieza en máquina hasta su acabado final

Este sistema de obtención de piezas agiliza mucho los mecanizados en máquinas, pues generalmente el mecanizado de la pieza es mínimo, pues la pieza obtenida por estampación está sobredimensionada de forma mínima, con el fin de obtener la menor viruta posible acortando los tiempos de mecanizado y ahorrando tiempos de máquina y material que no queda convertido en viruta.

Obtención de piezas por matricería de corte: Este método está basado en obtener piezas de chapa generalmente de pequeño espesor cuya geometría y forma están definidas de antemano. Por este procedimiento se obtienen grandes series de piezas cuyas tolerancias no suelen ser muy exigentes, pero las piezas tal como salen de la prensa sirven para su montaje. Para la fabricación de piezas por este procedimiento necesitamos un troquel, el cual dispone de las cuchillas y punzones de corte y doblado, de tal forma montadas que cuando éste lo instalamos en una prensa sea capaz de cortar y doblar la geometría de la pieza que queremos obtener. Mediante un solo golpe de prensa, la pieza se corta de una banda o bobina de material, la cual la hacemos pasar por el troquel. Hay que hacer observar que la fabricación del troquel puede ser costosa y cara, pero al cortar grandes series de piezas (un troquel puede cortar por cada golpe de prensa 2, 4, 6... piezas por cada golpe) se abaratan los costes de producción, abaratando el precio de la pieza obtenida y haciendo que la obtención de piezas por este procedimiento sea competitivo en el mercado. Se fabrica el troquel con los punzones de corte

Se monta en prensa y mediante golpe de prensa se obtiene la pieza

Las piezas así obtenidas van directamente a montaje

Piezas obtenidas por corte del material: Este tipo de proceso de obtención de piezas es el que se realiza partiendo de un trozo de material en bruto en frío y mediante máquinas ir cortando el sobrante de material, dándole forma hasta conseguir la pieza requerida. Es uno de los procedimientos más empleados para la obtención de piezas consideradas como pequeñas, y en su mecanización intervienen todo tipo de máquinas y herramientas de corte.

© ITES-PARANINFO

157

Determinación y análisis de los conformados De esta forma se fabrican y mecanizan todo tipo de piezas que deben ir ajustadas entre sí, como casquillos, piezas cónicas, levas, elementos roscados, etc. Se conoce con el nombre de mecanizado con arranque de viruta, a todas aquellas piezas que para su fabricación o tallado necesitamos cortar material. Los talleres o industrias que se dedican a la obtención de piezas, generalmente lo hacen partiendo de un material en bruto que está sobredimensionado, y mediante útiles y herramientas de corte con las máquinas adecuadas, van tallando el material sobrante hasta darle forma a la pieza que tenemos que fabricar, la cual una vez terminada con las medidas adecuadas servirá para montaje, como repuesto, etc. Como en los talleres mecánicos se fabrican piezas con materiales como son los aceros, fundiciones, bronces, y aleaciones de metales que pueden llegar a ser muy duras, las herramientas y cuchillas encargadas de cortar estos materiales, así como las máquinas que insertan estas herramientas, requieren un estudio detallado. En este capítulo nos encargamos de estudiar las máquinas y herramientas así como sus posibilidades y características de trabajo.

4.2 Clasificación de las máquinas del taller de metal por sus mecanizados Dada la diversidad de máquinas empleadas en el taller de metal, no nos queda más remedio que clasificarlas con el fin de poder definir el tipo de mecanizado de cada una de ellas, cómo trabajan y qué comportamiento y características tienen. Todas las máquinas se basan en cortar material de una forma u otra, unas emplean herramientas que obtienen virutas largas y gruesas, con grandes motores y potencia elevada; otras cortan el material de forma que la viruta que obtienen es minúscula, este tipo de máquinas se emplean para la preparación de material (sierras) y acabados de piezas (rectificadoras), y otras cortan el material por cizallamiento sin desprendimiento de virutas. Con el fin de tener una visión general de los tipos de máquinas empleadas en las industrias del mecanizado, veamos el cuadro siguiente, donde se clasifican de forma general, y a continuación las definiremos por sus aplicaciones, tipo de trabajo a realizar, rendimiento, etc. Sierras. Preparación de materiales

Taladradoras. Mecanizado de agujeros Por corte de material (arranque de viruta)

Tornos. Mecani. fundamentalmente cuerpos de revolución

De cinta De disco De sobremesa De columna Paralelos De C.N.C. Universales

MÁQUINAS DEL TALLER DE METAL

Fresadoras. Mecanizan piezas de geometría prismática

Talladoras de engranajes De C.N.C. Planeadoras

Corte por abrasión

Rectificadoras. Generalmente mecanizan acabados

Universales Sin centros

158

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

4.2.1 Taladradoras Es la máquina encargada de mecanizar los agujeros de las piezas del taller, es una de las máquinas más sencillas de manejo. Tiene dos movimientos, el de rotación, que lo lleva la herramienta (broca), y el de penetración o avance, que lo imprime el mismo eje de la máquina, llamado eje Z. Tiene una mesa ranurada en T con el fin de apoyar y fijar las piezas a mecanizar. Dispone de una gama de velocidades de rotación con el fin de adecuar las revoluciones al diámetro de broca y dureza del material a trabajar.. Las taladradoras las clasificamos por su capacidad de trabajo, diámetro de broca a emplear y envergadura en varios tipos según el cuadro siguiente: TIPOS DE TALADRADORAS • Taladradoras portátiles • Taladradoras de sobremesa • Taladradoras de columna

Taladradoras portátiles: Son máquinas muy versátiles pues se pueden transportar y su manejo es muy cómodo en aquellos trabajos que necesitamos realizar a pie de obra sin la posibilidad de llevar las piezas a mecanizar o taladrar al taller. Tienen el inconveniente de que el esfuerzo de corte no es muy grande y la capacidad de taladrado está limitada a diámetros pequeños, generalmente sólo admiten brocas hasta 13 mm. Figura 4.2.1.1.

Figura 4.2.1.1. Taladradora portátil.

Hay muchas marcas en el mercado que satisfacen las necesidades técnicas de este tipo de trabajo. Taladradora de sobremesa: Las taladradoras de sobremesa, como su nombre indica, generalmente se colocan encima de una mesa o banco de trabajo, son pequeñas y se emplean para el mecanizado de piezas pequeñas con agujeros de pequeño diámetro (de 1 a 13 mm); suelen llevar muchas revoluciones, y el cambio de revoluciones se suele hacer mediante cono de poleas. Este modelo de máquina también las podemos clasificar por el número de revoluciones que pueden alcanzar. En la figura 4.2.1.2 vemos una taladradora de sobremesa. Taladradoras de columna: Las taladradoras de columna (figura 4.2.1.3) son máquinas grandes fijadas al suelo, y se emplean para el mecanizado de taladros de gran diámetro y de mucha profundidad; llevan menos revoluciones que las de sobremesa, y su transmisión se realiza por caja de cambios de engranajes en vez de poleas como las taladradoras de sobremesa; también se emplean para funciones de roscado con macho, así como para realizar agujeros mandrinados con un útil llamado mandrino.

Figura 4.2.1.2. Taladradora de sobremesa.

Las partes básicas de una taladradora: Las partes que componen una máquina de taladrar son: PARTES DE LA TALADRADORA • • • •

La bancada El cabezal El cono de poleas o caja de velocidades (cinemática) El husillo vertical

La bancada: Es el armazón, la parte que soporta la máquina; consta de una base o pie la cual se apoya en la mesa de trabajo (taladradora de sobremesa) o en el suelo (taladradora de columna); es de fundición y sobre ella están dispuestos los demás elementos. Aloja una columna sobre la cual va fijado el cabezal con la caja de velocidades y la mesa de la máquina. La mesa de la máquina es giratoria con el fin de que pueda coger los ángulos adecuados cuando los mecanizados lo precisen.

© ITES-PARANINFO

Figura 4.2.1.3. Taladradora de columna.

159

Determinación y análisis de los conformados El cabezal: Es la parte de la máquina que aloja la caja de velocidades y el mecanismo de avance del husillo con el mecanismo de rotación. El husillo es el que recibe el movimiento de rotación y aloja el portabrocas, en el cual fijamos la broca con la cual realizamos el corte del agujero a mecanizar. Nonio de la máquina: Las taladradoras disponen de un nonio con el fin de ver la profundidad del mecanizado de los trabajos a realizar en ella; obedece a la fórmula general de cualquier nonio de máquina. Siendo su precisión la longitud del Dp del engranaje dividido por el número de divisiones del nonio que monta la máquina. Ver figura 4.2.1.4. Figura 4.2.1.4. Mecanismo del nonio. Longitud del diámetro primitivo Precisión = ------------------------------------------------------------------------------Número de divisiones del nonio

Problema ¨ En una taladradora de columna tenemos que mecanizar piezas con una profundidad de taladro de 30,80 mm. El nonio que monta la máquina tiene 100 divisiones y un piñón que mueve la cremallera del árbol de M = 1,5 y Z = 30. Calcular las divisiones a avanzar para profundizar el agujero a la medida pedida.

Siendo: Dp = Diámetro primitivo Ldp = Longitud del diámetro primitivo tenemos que: Dp = Z × M; Dp = 1,5 × 30 = 45 mm Ldp = 2 × π × R; Ldp = 2 × 3,14 × (45/2) = 141,3 mm La precisión del nonio será: Precisión = 141,3 /100 = 1,41 mm avanza por división 30,8 / 1,41 = 21,8 divisiones tendremos que avanzar el nonio. Transmisión. Las correas: Las correas son los elementos que transmiten las revoluciones del eje del motor al eje de la máquina (husillo). Pueden ser planas o trapeciales y deben de estar lo suficientemente tensas para que la máquina no patine durante su trabajo. Las correas no se construyen de cualquier forma, están sujetas a unas normas que satisfacen las necesidades de empleo y funcionamiento. Las correas están fabricadas con cuero, goma, algodón, etc. Correa Polea a

Correa plana: La correa plana casi no se emplea hoy día, pero tiene sus aplicaciones para la transmisión de árboles muy distantes, por lo que la exponemos nada más que a título informativo. Ver figura 4.2.1.5. La sección de la correa plana es

S=a×b

b

Figura 4.2.1.5. Sección de la correa plana.

El diámetro primitivo de la correa trapecial es el eje central de la correa, ver figura 4.2.1.6.

Correa

b

l

Figura 4.2.1.6. Sección de una correa trapecial.

160

La sección de la correa se calcula por la sección del trapecio (figura 4.2.1.7).

De

Dp

a h

b

Correa trapecial: Son las más empleadas en la transmisión de movimiento, pues se ajustan mejor que las planas y por su geometría trapecial tienen más adherencia que las planas; también son más caras.

a

(B + b) a S = -----------------------2 Figura 4.2.1.7. Sección trapecial.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Tensión de la correa: Si una correa está floja patina desgastando el cono al cual transmite el movimiento de rotación, y además la broca en este caso no da el rendimiento adecuado al taladrado. Si por el contrario está demasiado tensa puede romper los árboles de transmisión o por lo menos desgastarlos prematuramente. La tensión de una correa se calcula por la potencia a transmitir, siendo ésta: 75 × N = F × Vt 75 × N F = -------------------Vt

Siendo: F = Fuerza a transmitir en kg N = Número de revoluciones por m Vt = Velocidad tangencial α

Cálculo de la longitud de la correa: Las longitudes de las correas se calculan a los diámetros medios teniendo en cuenta que:

C

A

Dp = De – h (ver figura 4.2.1.8). Teniendo en cuenta los diámetros mayor y menor en los cuales se inserta la correa tendremos que: π×D×α CS = ---------------------------360º

S

α E F

N M

α

O H

I

J D

α

B

G d

L

Figura 4.2.1.8. Longitud de la correa.

Lc = (AC + CS + SF +BE + EF) 2; sabiendo que AC = (π D) / 4 tendremos que el arco CS será igual a SF según el triángulo MNO tendremos que SF = NO y NO = cos α × MO, pero como MO = L tendremos que SF = cos α × L. Aplicando estos valores a Lc tendremos que: π×D π×D×α π×D π×D×α Lc = --------------- + -------------------------- + cos α × L + ----------------- – ---------------------------- 2 4 360º 4 360º

[

]

Problema ¨ Tenemos que sustituir la correa que transmite las revoluciones de una polea a otra (ver dibujo). Queremos saber la longitud de la correa a colocar si los diámetros de las poleas son D = 200 mm, d = 125 mm, siendo la distancia entre ejes L = 300 mm. El cálculo despreciando el ángulo de inclinación de la correa en las poleas es:

R = D / 2; R = 200 / 2 = 100 mm r = d / 2; r = 125 / 2 = 62,5 mm 2πR+2πr Lc = -------------------------------------------- + 2 L 2 R r

L

(2 × 3,14 ×100) + (2 × 3,14 × 62,5) Lc = ---------------------------------------------------------------------------------------------------- + (2 × 300) = 1.110,25 mm 2

© ITES-PARANINFO

161

Determinación y análisis de los conformados Cono de poleas de la máquina: La máquina dispone de un cono de poleas con varios diámetros, los cuales según alojemos la correa en un diámetro u otro, tomarán un determinado número de revoluciones que deberán ser los adecuados al tipo de trabajo que tengamos que realizar, en este caso taladrar.

D D D D

d d d

Llamamos poleas conductoras al cono de poleas que lleva el eje del motor, y poleas conducidas las que reciben las rotaciones del eje del motor, que es el eje donde se fija la broca. Figura 4.2.1.9.

d

Poleas conducidas

Poleas conductoras

Figura 4.2.1.9.

Se llama relación de transmisión la relación que existe entre los distintos diámetros de las poleas conductora y conducida y el número de r.p.m. a que giran. Siendo: Rel = Relación de transmisión N = R.p.m. del conductor N = R.p.m. del conducido Rel = N / n

Problema ¨ ¿Qué relación de transmisión lleva una taladradora si el eje conductor lleva 1.000 r.p.m. y el conducido gira a 800 r.p.m.? Aplicando datos tenemos que Rel = 1.000 / 800 = 1,25

Conociendo los diámetros y el número de revoluciones del eje conductor, podemos calcular las revoluciones del eje conducido (portabrocas). Para ello aplicamos la fórmula siguiente. Siendo: D = Diámetro del eje conductor d = Diámetro del eje conducido N = R.p.m. del eje conductor n = R.p.m. del eje conducido

A

C

B

B

C

A

M

Figura 4.2.1.9.A. Cono de poleas.

Portabrocas

Figura 4.2.1.10. Transmisión por engranajes.

162

D n ------------- = ------------d N

Problema ¨ Tenemos representados en el dibujo los conos de poleas de una taladradora, cuyos diámetros son A = 100 mm, B = 150 mm, C = 200 mm. Sabiendo que el motor lleva 3.000 r.p.m., calcular la gama de revoluciones en cada una de las poleas conducidas. Figura 4.2.1.9.A.

D×N=d×n A con C tenemos que 3.000 × 100 = n × 200 n = (3.000 × 100) / 200 = 1.600 r.p.m. B con B llevará las misma revoluciones que el motor, pues los diámetros son los mismos. C con A tendremos 3.000 × 200 = n × 100, despejando n = (3.000 × 200) / 100 = 6.000 r.p.m.

Transmisión de las revoluciones por caja de engranajes: Cuando las taladradoras necesitan realizar grandes esfuerzos de corte y avances elevados, como en el caso del taladrado y mecanizado de grandes piezas y brocas de diámetro grande, éstas montan la caja de revoluciones por engranajes; se evita el patinamiento de la correa y garantizan el trabajo a realizar. Estas cajas de engranajes (figura 4.2.1.10) las montan generalmente las taladradoras de columna, que son las máquinas encargadas de realizar mayores esfuerzos de trabajo que las taladradoras de sobremesa. El cambio de revoluciones se realiza mediante palancas.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Los cálculos a realizar para obtener la gama de revoluciones son los mismos que para las poleas, sustituyendo los diámetros de la polea por el número de dientes de los engranajes atacados entre sí. Siendo: Z = Dientes del engranaje conductor z = Dientes del engranaje conducido N = Revoluciones del engranaje conductor n = Revoluciones del engranaje conducido Z z ------------- = ------------n N

Ejemplo Calcular las revoluciones que lleva una taladradora de columna si hacemos engranar la rueda conductora del motor de 80 dientes y que gira a 1.500 r.p.m. con la rueda del eje de la máquina de 120 dientes. Para transmitir el movimiento entre conductora y conducida sólo tenemos una rueda intermedia. Aplicamos la fórmula Z × N = z × n. Poniendo datos tenemos que 80 × 1.500 = 120 × n Despejamos n = (80 × 1.500) / 120 = 1.000 r.p.m. Cuando la caja de velocidades es por engranajes y tenemos varias ruedas conductoras y conducidas, tendremos que las r.p.m. se calculan por: Conductoras × N = Conducidas × n

Problema ¨ Si en la caja de revoluciones de la taladradora anterior engranamos las ruedas del motor A con B y la rueda de C con D siendo el número de dientes de cada rueda A = 60, B = 110, C = 80 y D = 130, y siendo las rueda B y C solidarias por ir montadas en el mismo eje. ¿Qué r.p.m. tendríamos en el eje de la máquina?

Aplicando la fórmula de conductoras y conducidas: 60 × 80 × 1.500

---------------------------------------------- = 504 r.p.m.

110 × 130

Cono del portabrocas

El portabrocas: Está considerado como un accesorio de la máquina, y es el mecanismo que fija o sujeta la broca con la cual vamos a cortar el material a taladrar; generalmente se acciona con la mano con el fin de efectuar los cambios de broca rápidamente. Va fijado a la máquina con una espiga o cono Morse según el tamaño del portabrocas a instalar. Los portabrocas más comunes pueden coger brocas de hasta 13 mm de diámetro; a partir de 14 mm de diámetro las brocas son de mango cónico, y éstas se fijan directamente al eje de la máquina. En la figura 4.2.1.11 se ve un portabrocas seccionado con el fin de que se vea su mecanismo, y conos Morse (figuras 4.2.1.12 y 4.2.1.13), los cuales fijan el portabrocas a la máquina. Figura 4.2.1.11. Portabrocas seccionado. Figura 4.2.1.12. Espiga Morse para el portabrocas.

© ITES-PARANINFO

Figura 4.2.1.13. Cono Morse reductor.

163

Determinación y análisis de los conformados Los portabrocas y los conos Morse se aflojan y se quitan del husillo de la máquina mediante una cuña cónica (ver figura 4.2.1.14) preparada al respecto, la cual se mete en el alojamiento del husillo de la máquina y se hace que el cono o portabrocas se desclave garantizando que éstos no se dañen. Operaciones de taladrado: Se conoce con el nombre de operación de taladrado a la operación de mecanizar agujeros. Para realizar este trabajo debemos de tener un orden lógico de operaciones: 1º - Fijar la pieza a taladrar en la mesa de la máquina mediante una mordaza si la pieza es de pequeñas dimensiones, o bien sujetarla con tornillos si la pieza es grande.

Figura 4.2.1.14. Cuña.

I

3º - Seleccionar las r.p.m. a dar a la broca en función del diámetro de la broca y de la calidad del acero de la misma (acero al carbono, acero rápido, metal duro, etc.). Se deberá de tener en cuenta la dureza del material a trabajar. 4º - Realizar el taladro con el avance adecuado, refrigerando la broca si procede. (figura 4.2.1.15).

L

2º - Montar la broca en el portabrocas del diámetro adecuado al agujero que se quiere mecanizar.

La longitud total del taladrado se define por:

Lt

Avance

Lt = L + l

D

Figura 4.2.1.15. Longitud de taladrado.

Taladrado de agujeros grandes: Cuando tenemos que mecanizar taladros de diámetros muy grandes, no se pueden taladrar directamente con la broca del diámetro final, pues al filo de la misma le costaría mucho trabajo penetrar en el material aumentando mucho el esfuerzo de corte. El sistema es taladrar primero con una broca de menor diámetro de forma que el agujero realizado sirva de guía a la broca de mayor diámetro. Ver figura 4.2.1.16. El diámetro de la broca a emplear para mecanizar el primer agujero debe de ser aproximadamente 1/4 del diámetro de la broca para mecanizar el diámetro final. D=D/4

d

Figura 4.2.1.16. Taladrado con guía.

Cortado de arandelas en la taladradora: Uno de los trabajos que se realizan en la máquina de taladrar es el corte de arandelas. Para ello se emplea un útil que le llamamos mandrino (figura 4.2.1.17) con una cuchilla afilada regulable en medida para obtener el diámetro de arandela pedido, de forma que éste se monta en el portabrocas de la máquina de taladrar y mediante un taladro guía se le hace avanzar hasta el corte de la arandela.

4.2.2 Torno paralelo Los tornos paralelos son las máquinas encargadas del mecanizado de piezas cuya geometría son cuerpos de revolución, aunque con accesorios pueden trabajar todo tipo de piezas. Estas máquinas tienen el eje principal que imprime el movimiento de rotación a las piezas a mecanizar, al cual en un extremo se le fija un plato de garras que a su vez sirve para fijar o sujetar la pieza que se va a trabajar. Figura 4.2.1.17. Mandrino y arandela cortada.

Las herramientas van fijadas en una torre mediante tornillería, y son las encargadas de cortar o tallar el material a mecanizar; son las que reciben el movimiento de traslación a través de los carros de la máquina, desplazándose por todo el plano de trabajo de la pieza. EN EL TORNO • El movimiento de rotación lo recibe la pieza • El movimiento de traslación lo reciben las herramientas

164

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados El torno (figura 4.2.2.1) es una máquina que trabaja en el plano, pues sólo tiene dos ejes de trabajo, el carro que desplaza las herramientas a lo largo de la pieza, llamado carro longitudinal, o eje Z, y el carro que desplaza las herramientas perpendicularmente al eje de simetría de la pieza, llamado carro transversal o eje X. Lleva un tercer carro, llamado Charriot, montado sobre el carro transversal, el cual mediante un tambor graduado en 360º puede girar y tomar ángulos; este carro es el encargado de la mecanización de conos. La bancada está construida de fundición gris estabilizada y sobre ella se apoyan todas las piezas que componen la máquina. Tiene nervios que evitan la deformación de la bancada por dilataciones.

Figura 4.2.2.1. Torno paralelo.

Las guías (figura 4.2.2.2) sobre las que se apoyan y deslizan los carros son prismáticas y están mecanizadas en la propia bancada con un acabado de rectificado. Características de un torno: Este modelo de máquina lo tenemos desde el de pequeñas dimensiones, llamado torno de sobremesa, para la mecanización de piezas de pequeño tamaño, hasta máquinas de unas grandes dimensiones para la mecanización de piezas que tienen que ser manipuladas con grúa. Ante esta diversidad de modelos y tamaños de máquinas que podemos encontrar, no nos queda más que definirlas para saber de qué tipo y tamaño de máquina así como de qué prestaciones estamos hablando, y esto lo hacemos conociendo sus características.

Figura 4.2.2.2. Guías de un torno paralelo.

Las características de una máquina nos las dan la envergadura de la máquina y sus posibilidades de trabajo para las cuales ha sido diseñada y fabricada. Las características fundamentales de un torno nos las definen: • La distancia entre puntos. Es la máxima longitud de pieza que se puede mecanizar. • Altura de puntos. Es el diámetro máximo que en él se puede trabajar sin contar el escote. • Número de velocidades. Es la gama de revoluciones que tiene esa máquina. • Caja de avances. Son los distintos pasos de avance para cilindrar y roscar que se pueden tener con un juego de ruedas. • Número de cono Morse que tiene el eje y el contrapunto. • Potencia del motor. • Características de manejo. Es la posición de los mandos para su manejo. • Carrera del carro orientable. Es la máxima longitud que puede mecanizar el carro orientable en el mecanizado de conos.

Eje conductor Pieza a trabajar

Figura 4.2.2.3. Tren de engranajes.

Cadena cinemática: La cadena cinemática de una máquina es la que estudia los movimientos de dicha máquina, y en el torno distinguimos tres tipos de movimientos: • Transmisión del movimiento del eje principal. • Transmisión de los carros de la máquina. • Transmisión de los movimientos de la caja de avances. Transmisión del movimiento del eje principal: Es el que imprime el movimiento de rotación a la pieza a mecanizar. Cuando el motor M de la máquina se pone en marcha manda las revoluciones a una caja de cambios de engranajes, en la cual mediante un sistema de palancas se pueden seleccionar las revoluciones deseadas, de forma que la pieza a mecanizar lleve las revoluciones adecuadas a la dureza del material y tipo de herramienta con la que se va a trabajar. Generalmente las cajas de cambios constan de tres ejes, el motriz o conductor que recibe el movimiento directamente del motor el cual lleva siempre las mismas revoluciones, el eje intermedio con un tren de engranajes que según engranen con los otros ejes modifican sus revoluciones, y el eje conducido el cual recibe las revoluciones finales y le imprime el movimiento de rotación al plato del torno el cual fija la pieza a mecanizar. Figura 4.2.2.3. Delantal de la máquina: Es la parte donde van alojados los mecanismos de accionamiento de los carros, así como los automáticos de los avances y el sistema de embrague para el roscado.

Figura 4.2.2.4. Sistema de palancas.

Figura 4.2.2.5. Delantal.

Es una de las partes más importantes de la máquina.

© ITES-PARANINFO

165

Determinación y análisis de los conformados Los tambores de los husillos que desplazan los carros van graduados en milímetros y llevan un nonio para conseguir la precisión en la pasada. Solamente se pueden automatizar el carro transversal y el longitudinal, el charriot para el mecanizado de los conos se maneja a mano. En la figura 4.2.2.5 se ve un delantal de un torno Nonio de los carros: Los carros del torno, como los de cualquier máquina, se desplazan haciéndoles girar mediante un volante el cual va fijo en el husillo del carro correspondiente (longitudinal, transversal, Charriot) y éstos incorporan un tambor graduado (figura 4.2.2.6) que es el nonio del carro correspondiente, mediante el cual se obtiene la precisión de pasada que la herramienta va a dar a la pieza que se mecaniza, y como consecuencia se obtiene la precisión de la pieza a mecanizar.

P

Figura 4.2.2.6. Nonio de máquina.

Para obtener la precisión del nonio del carro de una máquina se aplica la fórmula de la precisión del tambor que incorpora, la cual la tenemos en el cuadro. Para ello tenemos que saber el paso del husillo del carro, el cual lo averiguamos o bien midiéndolo, que no siempre se puede medir por la protección del mismo, o poniendo el nonio a 0 y dando una pasada a la pieza la cual medimos; a continuación damos una vuelta completa al nonio y damos otra pasada a la pieza volviendo a medir; la diferencia de medidas dividido por 2 será la profundidad de pasada, que a su vez será el paso del husillo del carro correspondiente. Paso del husillo del carro Precisión del tambor = -----------------------------------------------------------------Nº de divisiones del tambor

Problema ¨ Tenemos que hacer avanzar el carro transversal de un torno 2,48 mm, sabiendo que el paso del husillo es de 4 mm y el tambor está graduado en 50 divisiones. ¿Cuántas vueltas y divisiones tenemos que hacer girar el tambor para desplazar el carro dicha medida? Aplicamos la fórmula y tenemos Pt = 4 / 50 = 0,08 mm nos avanza por división. (precisión del tambor.) Tendremos que hacer avanzar el tambor 2,48 / 0,08 = 31 divisiones.

Problema ¨ Tenemos que hacer avanzar el carro transversal de un torno 6,75 mm.

Si el tambor graduado del carro transversal tiene 80 divisiones y el paso del husillo es de 4 mm. ¿Cuántas divisiones tendremos que hacer avanzar el carro? Pt = 4 / 80 = 0,05 mm es la precisión del tambor por división 6,75 / 0,05 = 136 divisiones a correr 135 / 80 = 1 vuelta y 55 divisiones.

Caja de avances: Es el mecanismo compuesto de una caja de engranajes de diversos diámetros y número de dientes, los cuales admiten una gama de posiciones capaces de obtener los pasos de avance que transmiten a la barra de cilindrar para el mecanizado en automático del cilindrado y refrentado. Figura 4.2.2.7. También dispone de un mecanismo que transmite los pasos al husillo patrón de roscar, obteniéndose así los pasos de las roscas métrica, Wihtworth, etc., a mecanizar.

Figura 4.2.2.7. Caja de avances.

166

Plato de garras: Plato de garras es el elemento mecánico encargado de sujetar las piezas que se van a mecanizar en el torno y va sujeto al husillo o eje principal de la máquina mediante un cuello roscado, de forma que queda solidario al husillo de la máquina. Cuando gira el husillo de la máquina, gira también el plato, imprimiéndole así el movimiento de rotación a la pieza a mecanizar.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados El plato de garras dispone de tres patas o garras, las cuales se cierran o abren concéntricamente al eje de la máquina de tal forma que son capaces de sujetar perfectamente las piezas de geometría cilíndrica para su mecanizado. Estas patas o garras son accionadas por una llave (llave de plato) que hace girar una espiral, la cual desplaza las garras. Ver figura 4.2.2.8. Dispone de dos juegos de garras, unas llamadas de exteriores que sujetan piezas cuyo mecanizado se realiza por la parte exterior de la pieza, y otro juego llamado de interior para sujetar piezas huecas (sujeción por el interior de la pieza) cuyo mecanizado se realiza por el interior de la pieza. También se dispone de platos de cuatro garras con el fin de poder fijar piezas de geometría cuadrada, y platos de garras independientes, las cuales cierran o abren sus garras de forma independiente, pudiéndose sujetar y mecanizar piezas de geometrías irregulares. Estos platos como consecuencia del trabajo que realizan y por la ubicación en la máquina se suelen ensuciar y además reciben directamente la viruta cortada por las herramientas, especialmente en los mecanizados de interiores, viruta que si no se limpia entorpece el funcionamiento de cierre y apertura de las mordazas, descentrando las piezas que sujetamos en el mismo para su mecanizado. Por lo tanto, requieren un mantenimiento de limpieza y engrase con relativa frecuencia. Para realizar una limpieza y puesta a punto del plato se debe de desmontar, limpiando la espiral y las guías de las mordazas.

Figura 4.2.2.8. Plato de garras y de garras independientes.

Sujeción de piezas en un plato de garras independientes: El plato de garras independientes tiene la ventaja de que podemos coger piezas de geometría irregular o incluso prismática, pues tienen la ventaja como hemos comentado de que podemos abrir y cerrar las garras de forma unitaria e independiente unas de otras. Para sujetar una pieza en este modelo de plato procederemos al trazado del eje de simetría del mecanizado de la pieza y auxiliándonos del punto montado en el contrapunto del torno podemos sujetar y centrar piezas de diversa geometría. En la figura 4.2.2.9 tenemos un plato sujetando y centrando una pieza de geometría prismática. Portaherramientas: Son los elementos en donde se colocan las herramientas que van a cortar la pieza que tenemos que mecanizar. El portaherramientas va fijado encima del carro orientable y las cuchillas o herramientas se fijan a él mediante tornillos; como tenemos una gran variedad de trabajos que podemos realizar en el torno, y las herramientas a fijar en ellos son muy variadas, también tenemos una gran variedad de modelos de portaherramientas y según la geometría y el tamaño de la misma escogeremos el adecuado a la herramienta que tenemos que emplear. Los portaherramientas más comunes son los llamados de posicionamiento rápido, pues éstos pueden regularse en altura (eje de simetría de la máquina) y son los más prácticos. En las figuras 4.2.2.10 a la 4.2.2.10.B, se muestran un portaherramientas de posicionamiento rápido y un portaherramientas para herramientas de exterior y para herramientas de interior.

Figura 4.2.2.9. Centrado de una pieza irregular.

Figura 4.2.2.10. Torres portaherramientas.

Contrapunto: Está situado al final de la bancada y consta de un soporte que se apoya en las guías de la bancada, se desplaza manualmente a lo largo de las guías de la bancada del torno y se fija a la misma mediante un tornillo que lo aprieta a la bancada. Dispone de un tubo llamado caña que se desplaza a lo largo del contrapunto manualmente, y en el extremo del tubo lleva mecanizado interiormente un cono Morse en el que se fijan las herramientas con las que podemos trabajar, como son: El punto cónico para la fijación de piezas, portabrocas, brocas de mango cónico, etc. En las figuras 4.2.2.11 y 12 se muestra un contrapunto y el detalle del cono Morse.

Figura 4.2.2.10.A. Portaherramientas de interior.

Por el otro extremo va fijado a un volante que mediante una rosca, generalmente de geometría cuadrada, hace que se desplace la caña en el eje longitudinal de la máquina. Sus aplicaciones fundamentales son: • Sujetar las piezas entre puntos para su mecanizado. • Centrar herramientas en la máquina.

© ITES-PARANINFO

Figura 4.2.2.10.B. Portaherramientas para brocas.

167

Determinación y análisis de los conformados • Mecanizar taladros (montando el portabrocas). • Montar brocas con mango cónico. • Guiar machos de roscar. Tipos de trabajos a realizar en el torno: Es una máquina que como hemos dicho anteriormente mecaniza fundamentalmente cuerpos de revolución, y las operaciones que básicamente realiza las resumimos en:

Figura 4.2.2.11. Contrapunto.

Figura 4.2.2.12. Detalle del cono Morse del contrapunto.

• • • • • •

TRABAJOS DEL TORNO Cilindradro Refrentado Mecanizado de conos Mecanizado de roscas Mecanizado de espirales Mecanizado de radios

Cilindrado: Es la operación que se realiza en el torno y corresponde como su palabra indica a la mecanización de cilindros; se realiza desplazando el carro longitudinal a lo largo del eje Z (ver figura 4.2.2.13). z

Figura 4.2.2.13. Cilindrado al aire.

Es la operación más sencilla y convencional que realiza esta máquina; el delantal del torno lleva un dispositivo para poder realizar esta operación en automático. Cuando las piezas a mecanizar son largas, se cilindra entre puntos, arrastrando la pieza con perro y con el plato. Cuando las piezas a trabajar son de pequeña longitud se fijan al plato y se mecanizan al aire como expone la figura. Según la herramienta que nos interese montar, podemos cilindrar de derecha a izquierda o viceversa, con lo cual deberemos de tener en cuenta la geometría del filo de la herramienta. En la figura 4.2.2.14 se expone la forma de cilindrar con herramientas de derechas, izquierdas, neutra. Como se ve podemos elegir la herramienta que más nos conviene para realizar el cilindrado. La herramienta llamada neutra puede trabajar en los dos sentidos, como se aprecia en el dibujo.

Cilindrado a derechas

Mecanizado de cilindros entre puntos: Cuando tenemos que cilindrar piezas que son muy largas, no se pueden colocar al aire, solamente cogidas con el plato del torno, pues éstas se escapan del plato con el esfuerzo de empuje de la cuchilla, debemos de cogerlas con el plato y apoyarlas con el contrapunto. Para ello tenemos que mecanizar un punto en la pieza con una broca especial, llamada broca de punto, la cual tiene el ángulo del cono del contrapunto, que son 60º. Ver figura cilindrado entre puntos, 4.2.2.17. Esta operación se realiza en el mismo torno colocando un portabrocas en el contrapunto y haciendo penetrar la broca unos milímetros en el material, tal como se ve en la figura 4.2.2.15.

Cilindrado a izquierdas Pieza Punto D

d p

Cilindrado con herramienta neutra

L

a

Figura 4.2.2.14.

Cuchilla

Figura 4.2.2.17. Mecanizado entre puntos.

168

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Refrentado: Se conoce con el nombre de refrentar a la operación del mecanizado de las caras frontales de la pieza, perpendiculares al eje Z (al carro longitudinal). Estas operaciones se realizan desplazando el carro transversal X atacando la cuchilla frontalmente a la pieza (figura 4.2.2.18), y el desplazamiento del carro se realiza hasta el centro de la pieza, pues al ser un cuerpo de revolución solamente hace falta llegar hasta el eje de simetría de la pieza.

Figura 4.2.2.15. Mecanizado del punto.

La herramienta para el refrentado debe de estar situada perfectamente a la altura del punto. Operación de moleteado: En mecánica en muchas ocasiones tenemos que manipular piezas con las manos, y si éstas tienen la superficie lisa, tienen tendencia a escaparse o se nos resbalan; una superficie lisa y pulida presenta un agarre de difícil sujeción, dificultando su manipulación.

Figura 4.2.2.16. Punto rotativo.

La operación de moleteado tiene como fin el evitar esa dificultad; es decir, que no se nos resbalen las piezas de las manos incluso teniéndolas aceitadas, pudiendo garantizar la manipulación de las mismas. También es una operación que se realiza en las piezas con objeto de decorarlas o embellecerlas.

x

Es un trabajo realizado por presión con una herramienta llamada moleta de acero duro, la cual está estriada y cuyas estrías se clavan en la pieza a trabajar (moletear), dejando la pieza con un relieve el cual garantiza que la manipulación de piezas con la mano sea buena; también podemos emplear el moleteado como decoración. En la figura 4.2.2.19 tenemos el paso de la moleta y moletas de varios pasos.

Figura 4.2.2.18. Refrentado.

Por ser una operación realizada por presión, cuando tenemos que moletear la superficie de una pieza, será la primera operación que se realiza en la superficie de la pieza a trabajar.

p

A la pieza que vamos a trabajar se le debe de dejar menor diámetro del que debe de tener una vez pasada la moleta, para compensar la deformación del material.

α

Las moletas trabajan clavándose e hinchando la superficie de la pieza a mecanizar, por lo tanto aumentan el diámetro de la pieza por la deformación del material.

El diámetro que debe de tener la pieza antes de la operación del moleteado está en función del paso de la moleta a emplear y lo calculamos por la fórmula: D = Diámetro a dejar antes de moletear d = Diámetro final de la pieza P = Paso de la moleta D = d – (P / 2)

Figura 4.2.2.19. Perfil de la moleta y ruedas de moletas.

Problema ¨ Tenemos que moletear un cilindro con una moleta de paso 1,5 mm, y cuyo diámetro final tiene que ser de 50 mm. ¿A qué diámetro debemos de tornear el cilindro para pasarle la moleta y que nos quede a 50 mm exactos? Figura 4.2.2.20. Aplicamos la fórmula y tendremos que D = 50 – (1,5 / 2) = 49,25 mm

Mecanizado de conos: El torno es el encargado de mecanizar conos en cuerpos de revolución, operación que en esta máquina se puede realizar de varias formas. Cuando mecanizamos un cono generalmente tenemos que calcular sus medidas, como son los diámetros del mismo, su longitud y el ángulo que tiene.

Figura 4.2.2.20. Pieza moleteada.

Si definimos un cono diremos que es un volumen limitado por una superficie cónica, el cual tenemos que conocer con el fin de poderlo calcular y preparar la máquina para su mecanizado. Ver medidas de un cono en la figura 4.2.2.21.

B α

C d

D

A

Las características de un cono son: Diámetro mayor D = d + 2BA Diámetro menor d = D – 2BA, siendo BA = sen α × BC Longitud del cono L = AC, siendo AC = BC × cos α α = Ángulo

© ITES-PARANINFO

L

Figura 4.2.2.21. Medidas de un cono.

169

Determinación y análisis de los conformados Mecanizado de conos con el Charriot: Llamamos charriot al carro orientable del torno. Figura 4.2.2.22. Este tipo de mecanizado de conos se emplea para piezas relativamente pequeñas, pues el recorrido del carro orientable no suele ser de carreras muy grande. Figura 4.2.2.22. Carro orientable.

El charriot lleva un semicírculo graduado en grados, el cual se puede girar un ángulo determinado, y como lleva las herramientas montadas encima del carro, cuando la cuchilla se desplaza por la longitud de la pieza a mecanizar, ésta describe la trayectoria de la generatriz del cono mecanizando éste. Ver figura 4.2.2.23. Si se conoce el ángulo α se inclina el carro α / 2 y a continuación se mecaniza el cono. Si no se conoce el ángulo ß y se conocen los diámetros mayor y menor del cono, así como su longitud, se calcula la tag del ángulo ß según la fórmula:

Pieza α β

αβ 2 Carro graduado

Figura 4.2.2.23. Carro orientable.

Problema ¨ Tenemos que mecanizar un cono cuyo diámetro mayor ha de tener 45 mm y el diámetro menor 35 mm. Si su longitud es de 62 mm, ¿cuántos grados tendremos que girar el charriot para mecanizar dicho cono? Aplicamos la fórmula y tendremos que tang ß = (45 – 35) / (2 × 62) = 4º 36´

Mecanizado de conos con el contrapunto: Cuando el recorrido del carro charriot no nos da la longitud del cono a mecanizar por falta de recorrido, empleamos el mecanizado de conos mediante el contrapunto. Figura 4.2.2.24.

0 M

D–d Tang β = --------------------2×L

0

Figura 4.2.2.24. Desplazamiento del contrapunto.

Por lo tanto, este sistema se emplea para la fabricación de conos de piezas largas, y el sistema consiste en descentrar el contrapunto del eje de simetría del torno un valor (M) determinado y calculado de antemano, luego mecanizamos la pieza entre puntos. Figura 4.2.2.25. El desplazamiento del contrapunto está en función de los diámetros del cono y de su longitud y se calcula por: D–d M = ------------------2

Pieza

Contrapunto

M

D

Cabezal

d L

Figura 4.2.2.25. Mecanizado de un cono con el contrapunto.

Problema ¨ Tenemos que mecanizar un cono de 558 mm de longitud, siendo la diferencia de diámetros de 4 mm. ¿Cuántos mm tendremos que desplazar el contrapunto? Tenemos que M = 5 / 2 = 2,5 mm

170

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Cálculo de la inclinación de un cono con comparador de reloj: Si queremos verificar el ángulo de un cono, o simplemente verificar si el carro orientable del torno está puesto con la inclinación correcta para el mecanizado de conos, procedemos de la siguiente manera. Mecanizamos el cono y situamos un comparador de reloj en el carro longitudinal. Palpamos con el comparador en el punto C del cono poniendo el reloj comparador a 0, y desplazamos el carro longitudinal un recorrido hasta llegar al punto A, desplazamiento longitudinal que conocemos a través del nonio del carro longitudinal. Tomamos la lectura que nos da el comparador en el punto A, el cual nos indicará la diferencia de media del punto C al punto A, ver figura 4.2.2.26. Ahora no nos queda nada más que calcular el ángulo α. Para calcular el ángulo α podemos aplicar la fórmula: Tang α = Sen α / Cos α L A

α

B C

Figura 4.2.2.26. Comprobación de un cono con comparador.

Problema ¨ Estamos mecanizando un cono como el de la figura, y queremos comprobar si el ángulo α corresponde a la medida del plano.

Seguimos el procedimiento y palpamos en el punto C; al desplazar el carro longitudinal al punto A nos da una longitud de 50 mm y la diferencia de medida del punto C al A la tomamos en el comparador y nos da 6,14 mm. Aplicamos la fórmula y tenemos que: Tang α = 6,14 / 50 = 7º es el valor de α

Mecanizado de roscas en el torno: Este tipo de trabajo es una de las operaciones a realizar en esta máquina; está preparada y adaptada para mecanizar roscas de cualquier tipo en las piezas del taller de metal. Es una de las operaciones más complejas de mecanizado, pues interviene el movimiento de los dos carros, el transversal, que le da la profundidad de pasada a la rosca, y el longitudinal, que corta la longitud de rosca. Cálculo de parámetros para el roscado en el torno: Lo primero que tenemos que calcular es la profundidad de la rosca, es decir el desplazamiento que deberemos darle al carro transversal, eje (X), para profundizar la rosca. En segundo lugar deberemos de saber el paso que tiene la rosca (lo que avanza el tornillo o tuerca por vuelta completa), pues ese será el avance que deberá de llevar el carro longitudinal por cada vuelta que dé la pieza. La profundidad de la rosca se calcula en función de qué tipo de rosca queremos mecanizar, por lo tanto veamos los diámetros que tiene una rosca. Mecanizado de la rosca: Una vez conocidas las características de la rosca que queremos mecanizar, lo primero que tenemos que hacer es calcular los datos de la misma para su mecanizado.

© ITES-PARANINFO

171

Determinación y análisis de los conformados

Figura 4.2.2.27. Roscado.

Los datos que debemos de calcular son: • Diámetro exterior que debe de tener el cilindro donde vamos a mecanizar la rosca. • Profundidad que tenemos que dar al carro transversal para que el filete de la rosca quede en su justa profundidad y medida. • Darle el avance adecuado al carro longitudinal para que durante su recorrido lo haga llevando el paso de la rosca que tenemos que realizar. • La herramienta debe de entrar a cortar el material unos 5 milímetros antes del comienzo de la rosca. Figura 4.2.2.27. Los datos del diámetro exterior de la rosca y la profundidad de la misma los calculamos por las fórmulas de las características de las roscas que hemos visto en los puntos anteriores. El avance a dar al carro longitudinal, que es el paso que tiene la rosca, lo podemos conseguir mediante la caja de avances del torno; si ello no fuese posible por no disponer de dicho paso, tendríamos que calcularlo insertando las ruedas (engranajes) adecuadas en la lira del torno según vemos a continuación. Problema ¨ Se desea roscar una pieza de acero suave en el torno, cuyas medidas son de M 25 × 200 de 80 mm de longitud. Calcular los datos necesarios para su mecanizado. Ver figura 4.2.2.28. • Diámetro exterior del tornillo = 25. • Paso = 2 mm. • Profundidad de la rosca M = 0,7 × 2 = 1,4. Medida que tiene que profundizar el carro transversal para el mecanizado de la rosca. • La herramienta hay que afilarla a 60º por ser una rosca de geometría métrica. • La longitud de roscado es de 80 mm, pero hay que tener en cuenta la entrada de la cuchilla en la pieza para el comienzo del roscado que generalmente se le dan 5 mm. En la salida de la rosca se le darán también 3 mm para que la cuchilla termine el corte de la rosca. Por lo tanto, el desplazamiento de la herramienta por pasada será de 80 + 5 + 3 = 88 mm. • Una vez terminada la pasada de corte, la herramienta se retirará unos 2 mm fuera del diámetro exterior de la rosca para que en el retorno no roce la superficie de la rosca mecanizada. Si rozase cortaría la cresta de los dientes ya mecanizados. • Si mecanizamos la rosca con una herramienta de acero rápido al 11% de cobalto la velocidad de corte será de unos 40 m/min. Por lo tanto, las revoluciones del roscado serán:

N = (Vc × 1.000) / (π × D). Aplicando datos tendremos que: N = (40 × 1.000) / (3,14 × 25) = 509 r.p.m. Siendo a el sentido de corte de la herramienta, y P la profundidad de cada pasada, para el mecanizado de roscas a derechas, para el mecanizado de roscas a izquierdas el sentido de corte es el de la flecha b:

d

P

M

e

a b

Figura 4.2.2.28. Datos para mecanizar una rosca.

172

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Problema ¨ Queremos mecanizar un tornillo de rosca métrica cuyas medidas son 30 × 300. Deseamos saber los datos para su mecanizado.

Diámetro nominal = 30 mm Paso = 3 mm Profundidad de la rosca M = 0,7 × P M = 0,7 × 3 = 2,10 mm Diámetro del núcleo Di = De – (0,7 × P × 2) Di = 30 – (0,7 × 3 × 2) = 25,72 mm Diámetro medio de la rosca Dm = De – (0,65 × P) Dm = 30 – (0,7 × 3) = 27,9 mm Posicionamiento de la herramienta de roscar. En el roscado de piezas a cuchilla tenemos que tener muy en cuenta la colocación de la herramienta perpendicularmente al eje de simetría de la pieza, con el fin de que el corte de material durante el mecanizado del diente de la rosca sea perpendicular a su eje de simetría. Si la herramienta la posicionamos inclinada aunque el ángulo sea muy pequeño, la rosca se mecanizará con el diente en ángulo, y por lo tanto no roscará en la tuerca, o en el mejor de los casos si rosca lo hará de forma que el contacto del diente del tornillo o tuerca no sea bueno y por lo tanto no tendrá la fuerza de apriete adecuada y el desgaste de la rosca será prematuro. Para posicionar la herramienta disponemos de las plantillas de rosca y en la figura 4.2.2.27A se indica la colocación de la herramienta para el roscado de tornillo (roscado exterior), y en la figura 4.2.2.27B se indica la colocación de la herramienta para el roscado de una tuerca (roscado interior).

Figura 4.2.2.27.A.

Figura 4.2.2.27.B.

Retorno del carro longitudinal en el roscado. En el mecanizado de las roscas tenemos que tener en cuenta el avance y el retroceso del carro longitudinal. Cuando hacemos avanzar el carro cortando material, éste avanza al paso de la rosca (por cada vuelta que da el plato el carro avanza el paso de la rosca), una vez que llegamos al final de la rosca, tenemos que retornar el carro al inicio de la rosca para comenzar una nueva pasada. Esto lo haremos tantas veces como pasadas demos a la rosca hasta su acabado. Si retornamos el carro dando contramarcha con el paso de la rosca, y la rosca a mecanizar es muy larga, se alarga mucho el tiempo de mecanizado. Para retornar el carro longitudinal evitando los tiempos muertos hay varios procedimientos: 1º Si la rosca a mecanizar es del mismo paso que el paso del husillo patrón, girará el husillo patrón lo mismo que la rosca a mecanizar, por lo tanto cuando la herramienta llegue al final de la rosca se desembraga la palanca del roscado y se lleva el carro a mano al inicio de la rosca, embragando para dar la pasada siguiente. El carro tomará siempre el paso de la rosca. 2º Si la rosca a mecanizar tiene un paso que es submúltiplo del paso del husillo patrón, entonces la pieza girará un número exacto de vueltas mientras el husillo patrón da una vuelta. En este caso se puede desembragar la palanca del roscado, llevar el carro a mano al principio de la rosca y embragar el carro de nuevo en el husillo patrón, pues la herramienta cojerá el paso.

© ITES-PARANINFO

173

Determinación y análisis de los conformados

0 1 8

2

7

3

6

4

5

Figura 4.2.2.28.A. Dial retorno del carro.

Conductora

Intermedia

Conducida

Figura 4.2.2.29. Ruedas de la lira.

3º Si los pasos a construir son dispares con el paso del husillo patrón y no reúnen las condiciones anteriores, entonces disponemos del dial de longitudes del carro longitudinal. Éste es un aparato que lo hacemos engranar con el husillo patrón y gira junto con él, dispone de unas señales o trazos las cuales haciéndolas coincidir con el movimiento del husillo patrón podemos embragar al carro en dichas señales sin perder el paso de la rosca que se está mecanizando. Figura 4.2.2.28.A. De esta forma podemos retornar el carro a mano hasta el principio de la rosca. Este dispositivo se fundamenta en un tornillo sinfín que engrana con el husillo patrón del torno, el cual le imprime un movimiento de rotación, el engranaje sinfín está unido a un dial con unas marcas, las cuales nos indican el momento de embragar el carro longitudinal. Forma de calcular las ruedas de la lira para pasos de rosca: La lira del torno es un útil dispuesto de tal forma que transmite el movimiento mediante trenes de engranajes del cabezal de la máquina a los ejes de roscar y cilindrar a través de la caja Norton de la máquina. La caja Norton es capaz de conseguir mediante cambio de palancas y de forma rápida, una serie de pasos y avances (los más convencionales) predeterminados y fijos con cada tren de ruedas montado en la lira. En la figura 4.2.2.29 se muestran las ruedas de una lira. Cuando tenemos que construir pasos de roscas, avances, espirales, etc., de unas medidas que no las contempla la caja Norton, podemos calcular los engranajes que necesitamos montar en dicha lira, consiguiendo así mecanizar el paso propuesto; para ello deberemos de aplicar las fórmulas siguientes según los casos que se nos presenten: 1º Caso: El husillo de la máquina y el paso a calcular están en la misma medida, mm o pulgadas. Paso a construir Ruedas conductoras ------------------------------------------------ = -------------------------------------------------Paso husillo patrón Ruedas conducidas

Problema ¨ Calcular las ruedas a poner en la lira del torno para mecanizar un paso de 3 mm siendo el paso del husillo de 6 mm.

3

30 conductora

60

15

----------- = --------------------------------------------- o también --------------- = -------------, etc.

6

60 conducida

120

30

Problema ¨ Calcular las ruedas a poner en la lira del torno para mecanizar una rosca de 12 hilos por pulgada siendo el paso del husillo de 1/4 de pulgada.

1/12

4

40 conductora

20

1/4

12

120 conducida

60

------------------- = ------------ = ------------------------------------------------ = ------------, etc.

2º Caso: El husillo patrón y el paso a construir tienen distintas unidades de medida. Uno está en milímetros y el otro en pulgadas. Podemos reducir los mm a pulgadas multiplicando por 5/127. Podemos reducir las pulgadas a milímetros multiplicando por 127/5. 5 -------------127

174

127 -------------5

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Luego procederemos a calcular las ruedas con la fórmula general, pero dispondremos de una rueda de 127 dientes por ser éste un número primo. Problema ¨ Calcular las ruedas a montar en la lira del torno para mecanizar un paso de 12 hilos por pulgada, siendo el paso del husillo de 6 mm.

Pasamos el paso a construir que está en pulgadas a milímetros y tenemos: 1

127

127

12

5

60

---------- × ------------ = ------------

Aplicamos la fórmula general y tenemos que: 127

6

360

60 × 6

60 × 60

60 × 120

Conductoras

60

1

127

127 × 1

127 × 10

127 × 20

Conducidas

------------ : -------- = ---------------- = ------------------------ = ------------------------ = ---------------------------- = ----------------------------------

3º Caso: Cuando no disponemos de la rueda de 127 dientes o no disponemos de las ruedas calculadas. En este caso procedemos a calcular las ruedas a montar por el método de las fracciones continuas, hasta conseguir las ruedas que nos interesen. Este método consiste en calcular matemáticamente por cocientes una serie de quebrados los cuales serán las ruedas conductoras y conducidas. Se aplica la fórmula general. A (paso a construir) Conductoras ---------------------------------------------------------------------- = ---------------------------------B (paso del husillo del torno) Conducidas

Se dividen según el esquema abajo representado y se obtienen las reducidas, que son los quebrados que nos darán las ruedas a montar. Cocientes

C1

C2

A

B

Restos

r1

r2

C3

C4

C5

C6

C

D

E

F

r3

r4

0

Siendo los numeradores y denominadores: N1 = C1 N2 = C2 (N1 + 1) N3 = C3 (N2 + N1) N4 = C4 (N3 + N2) ................................ Nn

D1 =1 D2 = C2 (D1) D3 = C3 (D2 + D1) D4 = C4 (D3 + D2) ................................ Dn

N1 N2 N3 N4 Nn Conductoras Siendo ------------ = ------------ = ------------ = ------------ = ------------ = ------------------------------------------D1 D2 D3 D4 Dn Conducidas

Ejemplo Descomponer en fracciones 67/60 obteniendo las reducidas y las posibles ruedas a montar en la lira. Dividimos el numerador 67 entre el denominador 60 anotando los restos según la tabla. Cocientes Restos

© ITES-PARANINFO

1

8

1

1

3

67

60

7

4

3

1

7

4

3

1

0

175

Determinación y análisis de los conformados

Las reducidas serán: 1

8×1+1

1×9+1

1 × 10 + 9

3 × 19 + 10

1

8×1

1×8+1

1×9+8

3 × 17 + 9

--------- = --------------------------- = --------------------------- = --------------------------------- = ----------------------------------

Que operando tendremos las fracciones siguientes: 1

9

10

19

67

Conductoras

1

8

9

17

60

Conducidas

------------ = ------------ = --------------- = --------------- = --------------- = ------------------------------------------

Una vez obtenidas las fracciones cualquiera de ellas nos valdría, sólo tenemos que operar con ellas hasta obtener las ruedas deseadas.

Mecanizado de un tornillo de varias entradas: Cuando necesitamos que un carro de una máquina o un husillo se desplace longitudes grandes con poco movimiento rotacional, entonces es cuando tenemos la posibilidad de acoplar un tornillo de varias entradas, lo que hacemos con un tornillo de estas características es que el paso del tornillo por vuelta lo multiplicamos por el número de entradas. P = paso de una entrada, P´= paso de dos entradas, P´´ = paso de tres entradas. Figura 4.2.2.30. El cálculo lo hacemos de la misma forma que si fuese un tornillo convencional (de una sola entrada). Una vez calculado, procedemos a su mecanización y lo hacemos de la siguiente forma: P” P’ P 180º

∅

180º 2 entradas

Figura 4.2.2.30. Tornillo de varias entradas. 120º

120º

1.º Calculamos las ruedas a poner en la lira y las montamos. 2.º La circunferencia del engranaje conductor de la lira se dividirá en tantas partes como entradas tengamos que mecanizar en el tornillo.

120º 3 entradas

360º / número de entradas. 90º

90º

90º

90º

4 entradas

Figura 4.2.2.31. Entradas del tornillo.

3.º Mecanizamos la primera entrada, y para mecanizar la segunda entrada y sucesivas, se hará girar a mano la rueda de la lira conductora, un número de grados equivalente a las divisiones realizadas en función del número de entradas (ver el dibujo 4.2.2.31). Para mecanizar dos entradas se girará 180º, para tres entradas 120º, para cuatro entradas 90º, etc.

M

Roscado cónico: El roscado cónico se realiza igual que el roscado convencional, pero las piezas a roscar se cogen entre puntos desplazando el contrapunto como si se tratase de la mecanización de un cono, siendo “M” el valor del desplazamiento del contrapunto y “a” el sentido de corte de la herramienta. Ver figura 4.2.2.32. a

Figura 4.2.2.32. Mecanizado de un cono con el contrapunto.

176

Los pasos de rosca a mecanizar se calculan de igual forma que un paso de rosca normal. Para calcular el desplazamiento del contrapunto aplicar las fórmulas del mecanizado de conos. Aunque no tiene grandes aplicaciones este tipo de roscado, sí que se emplea en la mecanización de roscas destinadas a grifería, en tuberías de conducciones de agua, conducciones de gases a presión, etc.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Mecanizado de espirales: Una espiral es una rosca tallada en un disco plano, generalmente de perfil cuadrangular, y mecanizada con el carro transversal (eje X). Se trabaja como una rosca normal, dando pasadas con la herramienta cortando material hasta conseguir la profundidad calculada. Ver figura 4.2.2.33. Para mecanizar una espiral debemos de calcular las ruedas a poner en la lira del torno, pues según los pasos que queremos obtener, deberemos de colocar previo cálculo, distintos juegos de ruedas en la lira de la máquina. Para realizar este tipo de cálculo también tenemos que conocer el paso del husillo del carro transversal de la máquina; éste se consigue poniendo el nonio del carro a 0 y haciéndolo girar varias vueltas llegando también a 0, y midiendo lo que éste ha avanzado en mm. La fórmula que aplicaremos será: Ph = A / Vu

Siendo: Ph = Paso del husillo A = Avance en mm Vu = Número de vueltas dadas al carro transversal P = Paso a construir El cálculo de las ruedas a poner en la lira del torno lo hacemos por:

P Conductoras ----------- = -----------------------------------Ph Conducidas

P h

∅

Figura 4.2.2.33. Mecanizado de una espiral.

El tren de ruedas a montar en la lira es el mismo que para el roscado, siendo la conductora la que va en el cabezal de la máquina, y la conducida la que arrastra el husillo de roscar. Problema ¨ Calcular las ruedas a poner en la lira del torno para el mecanizado de una espiral de paso 5 mm siendo el paso del husillo transversal de la máquina de 4 mm.

Como conocemos el paso del husillo, aplicamos la fórmula y nos queda: 5

50 conductora

100

4

40 conducida

80

------------ = -------------------------------------------- = ---------------- = etc.

Mecanizado de excéntricas. Se conoce con el nombre de excéntrica a la pieza que tiene dos o más cilindros con distintos centros o ejes de simetría los cuales son paralelos, como por ejemplo el cigüeñal de un coche o un árbol de levas.

© ITES-PARANINFO

177

Determinación y análisis de los conformados Una excéntrica es un cuerpo de revolución y por lo tanto el mecanizado de las mismas se realiza en el torno. Figura 4.2.2.34. Cuando fabricamos una excéntrica lo que hacemos es mecanizar dos o más cilindros (cilindrar), los cuales están en distintos ejes de simetría a una determinada medida y además paralelos.

Figura 4.2.2.34. Excéntrica.

D

Lo primero a realizar para mecanizar una excéntrica es trazar los puntos donde se cortan los ejes de simetría que nos definen el centro de la circunferencia de los cilindros correspondientes. Figura 4.2.2.35. Con una broca de punto mecanizamos los alojamientos de los puntos en donde luego apoyaremos el punto rotativo del contrapunto, pues este tipo de piezas hay que mecanizarlos entre puntos.

Figura 4.2.2.35. Marcado de los centros.

Cogiendo la pieza con un perro de arrastre y poniéndola entre puntos, procederemos a mecanizar cada una de las excéntricas, hasta alcanzar las medidas que tengamos en el plano.

∅16

4 4 3

8

3 4

10

10

∅24

Mecanizado de radios: Es una de las operaciones más difíciles de realizar en este tipo de máquina, pues cuando mecanizamos una pieza de un perfil con curvas cóncavas o convexas, necesitamos manejar los dos carros a la vez, desplazando manualmente el carro longitudinal y el carro transversal; en este tipo de trabajos la calidad del mismo depende de la habilidad operatoria que tenga el operario. Hoy día este tipo de trabajos quedan reservados a las máquinas de control numérico.

6,5

Figura 4.2.2.36. Mecanizado de radios.

No obstante, si necesitamos mecanizar una pieza a mano en un torno paralelo, como la de la figura (4.2.2.36) por ejemplo, con las curvas que tiene, lo primero sería hacernos una plantilla con el perfil de la pieza, con el fin de ir probando el corte del material sobrante a medida que vayamos manejando los dos carros a mano. El acabado de un perfil cóncavo o convexo en un torno paralelo convencional, generalmente se termina a lima o rasqueta, después se lija para el acabado final quitando las estrías de la lima o rasqueta. Potencia del torno: El torno, como hemos visto, es una máquina que trabaja cortando material, y la potencia de esta máquina se determina por los factores de corte que intervienen en el mecanizado de piezas, como son la dureza del material a cortar, el tipo de herramienta que inserte, la sección de viruta, el rendimiento de la máquina, etc. Para obtener la potencia que necesitamos en un torno podemos aplicar la fórmula general de la potencia necesaria de una máquina de corte. Fc × Vc C.V. = ------------------------------60 × 75 × μ

Siendo: C.V. = Potencia Fc = Fuerza de corte Vc = Velocidad de corte µ = Rendimiento de la máquina

178

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Problema ¨ Calcular la potencia que lleva el motor de un torno que está trabajando un material de 180 kg/mm2, con una velocidad de corte de 35 m/m, siendo el avance de 0,4 mm/rev, y la profundidad de pasada de 4 mm. Siendo el rendimiento de la máquina del 88%.

Sabemos que la Fc = K × a × p, por lo que sustituyendo y aplicando datos nos queda que: K × a × p × Vc 180 × 0,4 × 4 × 35 C.V. = -------------------------------------------- = -------------------------------------------------------- = 2,54 CV 60 × 75 × µ 60 × 75 × 0,88

Verificación del torno: Para que una máquina trabaje en perfectas condiciones, y el torno es una de ellas, debe de estar verificada; es decir, estar bien nivelada, no tener holgura los carros, los nonios de la máquina que midan bien (no mientan en sus recorridos), etc. En definitiva, es comprobar que los órganos y elementos de la máquina estén en perfectas condiciones de funcionamiento. Para ello comprobamos los mecanismos de la máquina de la siguiente forma. Nivelación: Es una operación de las más importantes y se refiere a nivelar la bancada; para ello se utilizará un nivel de precisión. Descentramiento del punto del cabezal: Esta operación se realiza con un comparador de reloj montado sobre el punto del cabezal y haciendo girar el plato a mano, comprobando con el comparador el descentramiento en más y en menos, y si existiera descentramiento a corregir. Descentramiento del eje principal: Esta operación se realiza con un mandril rectificado de unos 300 mm de longitud el cual se coloca en el cono del eje, se monta un comparador de reloj en el carro longitudinal y se desplaza el carro comprobando en todos los puntos su descentramiento si existiera. Esta operación se hace a mano girando el plato. Comprobación de la redondez de las piezas (ovalización): Para comprobar la excentricidad de las piezas mecanizadas en el torno se cilindra una pieza a un diámetro un poco grande, de unos 80 a 100 mm. Se pone un comparador de reloj en la parte cilindrada y se comprueba a mano la excentricidad del cilindrado. Figura 4.2.2.37. La excentricidad puede obedecer a las vibraciones de la máquina durante el trabajo. Paralelismo del plato con el carro transversal: Se pone el palpador del comparador de reloj sobre el plato, y la base del reloj sobre la superficie del carro transversal; a continuación se desplaza el carro transversal a toda la longitud del diámetro del plato. El comparado debe de mostrar el paralelismo en todo el recorrido del plato.

Figura 4.2.2.37. Comprobación de la ovalización.

Comprobación de la altura entre puntos: Se coloca el mandril utilizado para ver el descentramiento del eje principal entre puntos, y se desplaza el reloj comparador sobre la superficie y por toda la longitud del mandril. Se palpa en la parte del cabezal y en la parte del contrapunto; debe de dar la misma lectura en los dos extremos, si no fuese así corregir las alturas. Horizontalidad del contrapunto: Esta comprobación se realiza mecanizando con el carro longitudinal; es decir, dando una pasada a un cilindro de unos 300 mm de longitud, se toman las medidas de los extremos del cilindro con un pálmer, lo más próximo al plato y lo más próximo al contrapunto; las lecturas deben de coincidir, si no fuese así corregir el contrapunto. Comprobación del charriot o carro orientable: Esta verificación se realiza cogiendo una pieza entre puntos, se pone el charriot a 0º y se monta en el mismo un reloj comparador poniéndolo a 0; se desplaza todo el recorrido del mismo, teniendo que dar 0. Verificación de los tambores de los carros o nonios: La precisión de los nonios que van montados sobre los carros se obtiene por la fórmula de la precisión del nonio. “Ver nonio del torno”.

© ITES-PARANINFO

179

Determinación y análisis de los conformados Para comprobarlo se torneará una pieza dándole varias pasadas con el nonio, después de cada pasada, procedemos a tomar la medida con un pálmer, comprobando si coincide con la profundidad de pasada dada con el nonio. Esto se realizará con todos los carros de la máquina.

4.2.3 Fresadora universal La fresadora es la máquina encargada de mecanizar cuerpos de geometría prismática; a diferencia del torno, que trabaja en el plano, la fresadora trabaja en el espacio. En esta máquina son las herramientas las que reciben el movimiento de rotación y la pieza recibe el movimiento de translación a través de los carros.

MOVIMIENTOS DE LA FRESADORA • El movimiento de rotación lo reciben las herramientas • El movimiento de translación lo recibe la pieza

Esta máquina tiene tres carros o ejes. El eje o carro longitudinal, llamado también eje X, el cual se desplaza a lo largo de la máquina, es el carro de mayor recorrido, y en su mesa se fijan las piezas a trabajar, generalmente a través de una mordaza o con elementos de fijación; este carro puede tomar una determinada inclinación mediante su graduación para el tallado de ángulos. El carro transversal o eje Y, cuyo desplazamiento es perpendicular al eje X, se corta con el carro longitudinal a 90º, y está apoyado y fijado sobre el carro longitudinal. El carro vertical, llamado eje Z, es el eje que sirve para penetrar la herramienta en el material a trabajar (profundidad de corte).

EJES DE LA MÁQUINA • Eje longitudinal, es el que se desplaza a lo largo de la máquina; se conoce con el nombre de eje X. En él se fijan las piezas a trabajar • Eje transversal, es el que se desplaza en sentido transversal a la máquina y se le conoce con el nombre de eje Y • Eje vertical, es el que desplaza la pieza verticalmente, haciendo que las herramientas den la profundidad de pasada. Se le llama eje Z

Las herramientas de corte que se utilizan en este modelo de máquina van fijadas en el eje portaherramientas, que suele ser un cono ISO en el cual se fijan las pinzas o elementos de sujeción de herramientas como portabrocas, platos, etc. Dada la versatilidad de trabajos a realizar en esta máquina, las herramientas que emplea son muy variadas, utilizando desde fresas cilíndricas, brocas, a discos de corte con varios dientes, los cuales permiten una velocidad de trabajo muy importante, pues casi todas las herramientas empleadas en los trabajos de estas máquinas tienen varios cortes, con lo cual la capacidad de trabajo es muy importante. El movimiento de rotación lo recibe la herramienta a través del husillo portaherramientas, el cual recibe las revoluciones de la caja de cambios de la máquina. Como los materiales a mecanizar tienen distintas durezas y las herramientas a emplear son muy diversas, estos modelos de máquinas tienen una gama muy amplia de velocidades, aunque no suelen alcanzar revoluciones muy elevadas.

Figura 4.2.3.1. Fresadora universal.

180

Los carros se pueden desplazar de forma manual, comandados por el operario, y de forma automática a través de la caja de avances, en la cual se puede seleccionar el avance adecuado a la herramienta de trabajo. Este sistema es el más empleado, pues da a los trabajos uniformidad y un buen acabado de la pieza mecanizada. Ver máquina en la figura 4.2.3.1.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Características de una fresadora: Las fresadoras, lo mismo que cualquier máquina por sus posibilidades de trabajo, las tenemos de muy diversos tamaños y prestaciones, desde las más pequeñas, llamadas de sobremesa, para trabajos de pequeña envergadura, hasta las que mecanizan piezas de dimensiones muy grandes. Con el fin de saber qué tipo y modelo de máquina tenemos o debemos manejar y para poderlas identificar hablamos de sus características. Las características fundamentales de una fresadora universal son: Las carreras de los carros: Son las máximas longitudes que éstos se pueden desplazar, y en función de la carrera tendremos los tamaños de las piezas que podemos trabajar en ellas. Diámetro del eje portafresas: Es el diámetro del eje portafresas y en un función del tamaño colocaremos herramientas de mayor o menor envergadura y como consecuencia de mayor poder de corte. Este diámetro debe de conocerse para saber qué tipo de herramienta se tiene que insertar en él. La potencia del motor: Nos da la capacidad de trabajo de la máquina. La caja de avances: Es la gama de avances con que podemos desplazar los carros en automático. Cuanto mayor sea la gama de avances que tengamos, mejor adaptaremos los cálculos de las velocidades de corte. La mesa de la fresadora: Es el carro longitudinal sobre el cual se montan y apoyan los elementos de trabajo y las piezas a mecanizar. Está construido de fundición y lleva mecanizadas unas ranuras (guías) longitudinales en forma de T con el fin de fijar mediante tornillería, mordazas, aparatos divisores y piezas que se sujetan para su mecanizado mediante bridas. Este carro (figura 4.2.3.2) soporta la pieza a mecanizar, que cuando es de pequeñas dimensiones se suele coger en una mordaza, la cual está atornillada en las guías de la mesa; cuando las piezas a trabajar son de grandes dimensiones se cogen directamente a la mesa mediante bridas, de esta forma cuando desplazamos la mesa también se desplazan las piezas a mecanizar. Los desplazamientos de la mesa se los podemos dar de forma manual o automáticamente a través de la caja de avances.

Figura 4.2.3.2. Mesa de fresadora con sus guías.

Mordazas: Son elementos para coger las piezas y dada la fuerza que realiza la herramienta durante el arranque de viruta debemos de montar mordazas hidráulicas, cuyo accionamiento de apertura y cierre es manual pero el apriete se realiza hidráulicamente, con lo que garantizamos que las piezas queden fuertemente fijadas durante su mecanizado. Figura 4.2.3.3. Bridas de fijación: Son unos prismas de acero que tienen tallados unos escalones a diversas alturas con el fin de poder fijar piezas de diversos tamaños; mediante unos tornillos que se introducen en las guías del carro de la máquina se aprietan las piezas a sujetar. Ver dibujos de bridas en la figura 4.2.3.4.

Figura 4.2.3.3. Mordaza hidráulica.

Tienen la ventaja sobre las mordazas de que podemos coger piezas de mayor tamaño y además de geometrías irregulares.

Figura 4.2.3.4. Fijación de las piezas a trabajar mediante bridas.

Cinemática de la fresadora: La cadena cinemática de la fresadora estudia los movimientos de dicha máquina; en la fresadora distinguimos dos tipos de movimientos, como hemos visto en el punto anterior.

© ITES-PARANINFO

181

Determinación y análisis de los conformados Movimiento de rotación: Son las revoluciones a las que gira el eje de la máquina; como las herramientas van en este eje, son las revoluciones a las que podemos hacer girar las herramientas. La máquina lleva una caja de cambios con una gama de velocidades no muy alta, generalmente comprendida entre 50 y 1.500 r.p.m. Pensemos que las herramientas que se insertan en la fresadora no suelen trabajar con velocidades de rotación elevadas. Movimiento de translación: Son los movimientos de los carros de la máquina; comprende los motores que mueven los carros para trabajar con avances automáticos; lleva una caja de avances los cuales los podemos seleccionar por medio de cambio manual; para seleccionar un avance debemos de parar la máquina. Los carros los podemos hacer avanzar de forma rápida para el posicionamiento de la pieza, y de forma lenta mecanizando la pieza a la velocidad de corte. Caja de cambios: Llamada también caja de velocidades. Es la caja que contiene los trenes de engranajes que haciéndolos engranar unos con otros consiguen las distintas revoluciones a dar al eje de la máquina, la cual lleva la herramienta, y por consiguiente serán las revoluciones que tiene que llevar la herramienta con la cual se está trabajando. El cambio de revoluciones se realiza mediante palancas. Caja de avances: Es la caja de cambios mediante la cual se seleccionan los distintos avances de los carros con el fin de desplazarlos de forma automática, consiguiendo así las velocidades de corte adecuadas al material a trabajar. Es una de las partes más importantes de la máquina, pues cuanto más amplia sea la gama de velocidades podremos ajustar mejor la velocidad de corte. A máquina

Al portabrocas

Figura 4.2.3.5. Cabezal de una fresadora.

Cabezal de la fresadora: Es el llamado aparato vertical. Es el cabezal que se monta en el eje principal y mediante engranajes cónicos que se cortan a 90º hace que el eje principal de la máquina pueda trabajar disponiendo las herramientas perpendicularmente a la mesa. Es uno de los elementos más empleados en las fresadoras. Figura 4.2.3.5. El cabezal está dispuesto para acoplarle un portapinzas al cual se le fija la pinza del diámetro a la fresa con la cual queremos trabajar; estos elementos suelen trabajar con fresas cilíndricas, cogidas mediante un portabrocas o pinzas especiales. Eje portafresas: Es el eje de la máquina en donde se montan las herramientas para trabajar en las llamadas fresas. Este eje recibe el movimiento de rotación de la caja de cambios de la máquina y las herramientas se montan en él fijándolas mediante una chaveta, garantizando así que no patinen durante el trabajo. Ver figura 4.2.3.6.

Eje portafresas montado en la máquina

Figura 4.2.3.6. Eje portafresas.

Trabajos en la fresadora: La fresadora, como hemos visto, trabaja en el espacio, por lo que mecaniza todo tipo de piezas cuya geometría sea irregular y por lo general prismática; los más comunes son: TRABAJOS DE LA FRESADORA • • • • • •

182

Planeado de superficies Trabajos de taladrado Mecanizado de engranajes Mecanizado de cremalleras Mecanizado de matrices Etc.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Planeado y mecanizado de superficies: Es uno de los trabajos más comunes en la fresadora, especialmente en la matricería. Se realiza fijando la pieza a mecanizar en una mordaza o sobre la misma mesa de la máquina a través de bridas. Se monta un plato de planear en el eje portaherramientas, el cual mecanizará la superficie de la pieza desbastándola y con una pasada de acabado pule la superficie de la pieza dejándola terminada; sobre esta superficie mecanizada a posteriori se realizan otros tipos de mecanizados, como taladrar, roscar, realización de cajeados, etc. En estas máquinas son muy empleados los platos de cuchillas de plaquitas de metal duro intercambiables; estas herramientas dan unos avances muy elevados y el grado de acabado también suele ser muy bueno, por lo que tiene su importancia conocerlos. En la figura 4.2.3.7 se muestra un plato de cuchillas con la plaquita que inserta, que en este caso es de geometría rectangular con ángulos positivos, y su denominación es ADLX.

α

a

β

O L

e

Fresa

Figura 4.2.3.7. Plato de cuchillas y plaquita de metal duro. Pieza

Son muy empleadas las herramientas de tres cortes, como la de la figura, que muestra el mecanizado de una pieza en la que se representa el avance y la profundidad de pasada. Figura 4.2.3.8.

e

p D

a

L

a = Sentido del avance e = Espesor de viruta que corta p = Profundidad de pasada D = Diámetro de la fresa

Figura 4.2.3.8. Avance de la fresa.

Mecanizado de piezas con herramientas de forma: La fresadora, como hemos visto en el punto anterior, mecaniza todo tipo de superficies tanto planas como cilíndricas o de geometrías irregulares, es por esto que las herramientas a emplear son de muy variadas formas, diámetros y maneras de trabajar (figuras 4.2.3.9 y 10); vamos a exponer algunos de los trabajos más significativos. Ángulo = 45º, 60º o 90º

Pieza

Ángulo = 60º

Figura 4.2.3.9. Fresas frontales y fresa para guías.

Pieza

Figura 4.2.3.10. Fresa para el mecanizado de ángulos.

Mecanizado de cortes y ranurado: Cuando tenemos que mecanizar ranuras de un ancho relativamente pequeño o realizar cortes en una pieza, empleamos las herramientas llamadas de cortar. Estas herramientas son fresas de disco de un ancho pequeño (entre 3 y 8 mm son las más comunes) y solamente cortan por la parte frontal de la fresa, realizando cortes o ranuras en las piezas a trabajar muy profundas; calibran el ancho de los mecanizados y se montan en el árbol portafresas de la máquina.

© ITES-PARANINFO

183

Determinación y análisis de los conformados Mediante un accesorio también las podemos montar en el aparato vertical. Este tipo de fresas trabajan a velocidades de corte muy pequeñas y generalmente necesitan aceite de corte durante su trabajo, pues están sometidas a rozamientos en las paredes de la ranura que cortan. Se fabrican en diversos diámetros y pasos de dientes (t) según la dureza del material a cortar. Ver figura 4.2.3.11.

t

Paso (t)

Figura 4.2.3.11. Fresas de cortar.

Mecanizado con herramientas cilíndricas: Son herramientas muy semejantes a las brocas, cuyos labios de corte y sus ángulos están tallados en un cilindro de un diámetro determinado, por eso reciben el nombre de herramientas cilíndricas. Son herramientas de lo más empleado, generalmente cortan tangencialmente; es decir, por los laterales, aunque también tienen corte frontal. Este modelo de herramienta la encontramos con varios labios de corte, siendo las de dos labios empleadas para el corte frontal y lateral y las de 4 y 6 labios para corte lateral. Con estas herramientas no se suelen realizar grandes desbastes, son más bien herramientas para trabajos más delicados que los desbastes y suelen ser empleadas para cortar ranuras, mecanizar cajas, chavetas, etc. Ver figura 4.2.3.12. Figura 4.2.3.12. Mecanizado de ranuras con fresas cilíndricas.

Mecanizado de chavetas: Es un trabajo típico a realizar en la fresadora, el mecanizado de ranuras en piezas cilíndricas para el montaje de chavetas, como es el caso de los ejes de los motores que llevan alojados engranajes, poleas, tornillos sinfín, etc. Se fija en la mesa de la fresadora un plato de garras con el cual sujetamos la pieza en la cual se va a fresar la ranura de la chaveta, y con una fresa de disco se procederá al mecanizado. También podemos emplear fresas cilíndricas de varios labios y del diámetro del ancho de la ranura a mecanizar. Figura 4.2.3.13.

Figura 4.2.3.13. Mecanizado de una chaveta con fresa cilíndrica.

Taladrado en la fresadora: Como en una taladradora, se pueden mecanizar agujeros, empleando brocas normales, o fresas de dos labios. Cuando tenemos que realizar operaciones de taladrado en una fresadora, debemos de utilizar el aparato vertical, al cual se le acopla un portabrocas normal. El portabrocas sujeta la broca; si fijamos la pieza en la mesa de la máquina, y centramos la broca con los carros de la máquina al eje donde debemos realizar el agujero, sólo tendremos que dar el movimiento de avance a la broca con el carro vertical. Con el nonio del carro vertical mediremos la profundidad del agujero. Si necesitamos realizar un agujero con el fondo plano, debemos de emplear una fresa de dos cortes, o dos labios (ver figura); estas herramientas son capaces de cortar al centro del material y deben de ir sujetas con pinzas tal como vemos en las figuras 4.2.3.14 y 15.

Figura 4.2.3.14. Fresa cilíndrica de dos labios.

184

Figura 4.2.3.15. Pinza cogiendo una fresa cilíndrica.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Mandrinado: Es la realización de operaciones en el interior de la pieza que se trabaja en la fresadora, bien sean mecanizados de cajeados rectangulares o cilíndricos, así como alojamientos de retenes, conos, etc. Para este tipo de trabajo debemos emplear el aparato vertical de la máquina y según sea el trabajo a realizar emplearemos un tipo de herramienta u otro, como son los cabezales de mandrinar. Ver figuras 4.2.3.16 y 17.

Figura 4.2.3.17. Mandrinado con cabezal.

Figura 4.2.3.18. Engranaje.

G

Diente de un engranaje: Los dientes de un engranaje son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la potencia (figura 4.2.3.19); las partes fundamentales del diente son las siguientes:

co

Engranajes: Los engranajes son las piezas mecánicas que se encuentran presentes en casi todos los mecanismos, son los que transmiten los movimientos circulares y la potencia entre ejes, trabajando por empuje garantizando así que no haya patinamiento. Para fabricar un engranaje debemos de conocer cómo funciona y su cálculo, el cual vemos a continuación. En la figura 4.2.3.18 se representa un engranaje.

Ld

Cabeza Pie

an

Mecanizado de engranajes: Es uno de los trabajos más realizados en las máquinas de fresar; la herramienta que se emplea es una fresa de disco tallada con el módulo del engranaje que se quiere mecanizar; según el número de dientes a mecanizar escogeremos la fresa (ver herramienta en el capítulo IV de herramientas). Para este tipo de trabajo debemos emplear un accesorio llamado aparato divisor, que se encarga de realizar las divisiones en el disco de metal en el cual vamos a tallar los dientes.

Fl

Figura 4.2.3.16. Mandrinando un agujero.

Figura 4.2.3.19. Diente de un engranaje.

Pie del diente es la parte del diente comprendida entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva. Cabeza del diente es la parte del diente comprendida entre la circunferencia exterior y la circunferencia primitiva. Flanco es la cara interior del diente. La cara del rozamiento. Altura del diente es la distancia comprendida entre la circunferencia exterior y la circunferencia interior. Se designa por (h). Espesor del diente es la parte más gruesa medida sobre la circunferencia primitiva.

Dp

Di De

Figura 4.2.3.20. Diámetros de un engranaje.

Largo del diente es la longitud que tiene el diente del engranaje. Se designa por (Ld).

Circunferencia interior: Es la circunferencia que limita el pie del diente, llamada diámetro interior (Di). Ver figura 4.2.3.21.

© ITES-PARANINFO

erior

Dedendum

D. ex t

D. primitivo

h r erio

Circunferencia primitiva: Es la circunferencia sobre la que se hacen las tangencias de los engranajes cuando sus dientes engranan, llamada diámetro primitivo (Dp).

t D. in

Circunferencia exterior: Es la circunferencia que limita la parte exterior del disco donde se tallan los dientes del engranaje, llamado diámetro exterior del engranaje (De). Figura 4.2.3.20.

Adendum

Pc

Partes de un engranaje: Los engranajes son piezas que no funcionan como elemento único, trabajan siempre con otros, y sus elementos más importantes son:

Figura 4.2.3.21. Circunferencias de un engranaje.

185

Determinación y análisis de los conformados Número de dientes: Es la cantidad de dientes que tiene tallados en su diámetro exterior (Z). Módulo: Es la relación que hay entre la circunferencia primitiva y el número de dientes (M). Paso circular: Es la distancia que hay de diente a diente (Pc). Adendum: Es la altura de la cabeza del diente, en los engranajes de diente normal vale 1 × M. Dedendum: Es la altura del pie del diente y en los engranajes de diente normal vale 1,25 × M. Hay dos tipos de engranajes, los llamados de diente normal, y los de diente corto, cuya altura de diente es más pequeña que el considerado de diente normal, pues las medidas del adendum y del dedendum varían, siendo los valores de cada uno de ellos y su altura según la tabla. TIPOS DE DIENTES DE UN ENGRANAJE

Adendum Dedendum Altura del diente

Diente normal

Diente corto

1

0,75

1,25

1

h = 2,25 x M

h = 1,75 x M

Ángulo de presión: Es el ángulo que forman las líneas perpendiculares de la circunferencia primitiva de los dientes del engranaje (figura 4.2.3.22) y permanece constante durante el empuje de los dientes (α), suele valer 20º.

α

Dp

A

Dp

Sentido de giro

A‘

Punto de contacto

Figura 4.2.3.22. Ángulo de presión. P

Ld

e

Potencia a transmitir de un engranaje: La potencia a transmitir de un engranaje está en función del tamaño del diente y de la presión que puede soportar el diente, y viene dada por las fórmulas de la flexión (flexión del diente). Ver figura 4.2.3.23. En la potencia intervienen varios factores, como la velocidad tangencial del diámetro primitivo, y el espesor del diente en su pie, así como la longitud del diente Ld. Y se calcula por:

h

P × Vt CV = ----------------------75

Figura 4.2.3.23. Potencia del diente.

Siendo: CV = Potencia a transmitir P = Presión sobre el diente Vt = Velocidad tangencial e = Espesor del diente en el pie h = Altura del diente Relación de transmisión: Todos los engranajes giran a unas determinadas revoluciones, y se conoce con el nombre de relación de transmisión, al cociente de dividir el

186

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados número de r.p.m. del engranaje conductor por las revoluciones que transmite al engranaje conducido. Se aplica a la transmisión de un par de engranajes, un tren de ruedas, o una caja de engranajes con varios elementos, es el caso de las cajas de cambios de las máquinas del taller, como el torno, fresadora, taladradora, etc. Los cálculos se realizan sobre el número de dientes, o el diámetro primitivo de los engranajes. Z n ------------------ = -----------------z N

o también

Dp n ------------------ = -----------------dp N

Z = Número de dientes del mayor Dp = Diámetro primitivo del mayor z = Número de dientes del menor dp = Diámetro primitivo del menor Rt = Relación de transmisión r.p.m. conductor Rt = ------------------------------------------r.p.m. conducido

Ejemplo ¿Cuál es la relación de transmisión de un engranaje de 127 dientes que transmite el movimiento a un engranaje de 90 dientes? Aplicamos la relación de transmisión y tendremos: 127 Rt = ——— = 1,41 90 Lo que quiere decir que mientras el engranaje que transmite el movimiento (Z = 127) da 1 vuelta el engranaje que recibe el movimiento (Z = 90) da 1,41 vueltas.

Problema ¨ ¿A qué número de revoluciones girará un engranaje conducido de z = 40 que engrana con un conductor de Z = 82 si éste va a 150 r.p.m.? Z × N = z × n, despejando n tendremos que n = (Z × N) / z; aplicando datos nos queda n = (82 × 150) : 40 = 307,5 r.p.m. Siendo Rt = 150 : 307,5 = 0,487, lo que quiere decir que mientras el engranaje conducido da una vuelta el engranaje conductor da 0,487 vueltas.

Cálculo de un engranaje: Como vemos, un engranaje tiene varios datos que tenemos que conocer y que son fundamentales para su funcionamiento, por lo tanto antes de mecanizarlo tendremos que calcular todos sus datos para dárselos a la máquina durante su fabricación. Diámetro primitivo: Dp = Z × M Diámetro exterior: De = (Z + 2) M Módulo: M = Dp / Z Altura del diente: h = 2,25 × M Número de dientes: Z = Dp / M Paso circular: Pc = π × M Longitud del diente: Ld = 10 × M Nota¨ Cuando las medidas de un engranaje nos vienen en pulgadas tenemos que traducirlas a milímetros, y entonces hablamos de:

Circular PICH, que es el diámetro primitivo del engranaje en pulgadas. Tenemos que hallar el módulo por la fórmula: M = (Dp × 25,4) / Z

© ITES-PARANINFO

187

Determinación y análisis de los conformados Cálculo de un par de engranajes: Los engranajes, como hemos dicho anteriormente, son elementos mecánicos destinados a la transmisión de movimientos circulares, garantizando la transmisión íntegra, sin patinamientos, pues trabajan por el empuje entre dientes. Por lo que un engranaje por sí solo no realiza ningún trabajo, siempre tiene que funcionar con otros. Ver figura 4.2.3.24. Las fórmulas que nos calculan un par de engranajes son: Distancia entre centros: L = (Dp + dp) / 2 Longitud total: Lt = (Dp + dp) + (2M) Relación de transmisión: Rt = N × Z = n × z L Lt

Figura 4.2.3.24. Par de engranajes.

Relación de transmisión de una caja de cambios con varios engranajes: Rt = Dp1 × conductoras = Dp2 × conducidas o Rt = (r.p.m. × ruedas conducidas = r.p.m. × ruedas conductoras). Problema ¨ Calcular los datos de los engranajes de la figura para su mecanizado siendo M = 2, Z = 50, y z = 30 respectivamente. Dp de la rueda mayor = 50 × 2 = 100 mm

De = Dp + 2M = 100 + 4 = 104 mm dp de la rueda menor = 30 × 2 = 60 mm de = dp + 2M = 60 + 4 = 64 mm L = (100 + 60) / 2 = 80 mm Lt = (100 + 60) + (2 × 2) = 164 h = 2,25 × M = 4,50 mm Ld = 10 × M = 20 mm

Problema ¨ Calcular un par de engranajes de diente recto y el número de revoluciones del piñón si la rueda gira a 1.100 r.p.m. y cuyos datos son: Z = 102, z = 65, M = 2.

Datos para mecanizar la rueda: Diámetro primitivo: Dp = Z × M; Dp = 102 × 2 = 204 mm Diámetro exterior: De = Dp + 2M; De = 204 + (2 × 2) = 208 mm Fresa a emplear: M = 2 y Nº 7 Datos para el piñón: Diámetro primitivo: dp = z × M; dp = 65 × 2 = 130 mm Diámetro exterior: de = dp + 2M; de = 130 + (2 × 2) = 134 mm Fresa a emplear: M = 2 y Nº 7 Datos comunes a la rueda y el piñón: Ángulo de presión = 20º Longitud del diente: L = 10 × M; L = 10 × 2 = 20 mm Altura del diente: h = 2,25 × M; h = 2,25 × 2 = 4,5 mm Paso circular: Pc = p × M; Pc = 3,14 × 2 = 6,28 Distancia entre centros: L = (Dp + dp) / 2; L = (204 + 130) / 2 = 167 mm Revoluciones del piñón: R.p.m. × Z = r.p.m. × z; r.p.m. = (1.100 × 102) / 65 = 1.726 Relación de transmisión: 1100 / 1726 = 0,637

Elección de la fresa adecuada al tallado del diente: Los dientes de un engranaje suelen tener un perfil de envolvente y la fresa para el tallado del diente por tener este tipo de perfil, difiere según el número de dientes (a menor número de dientes el

188

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados ángulo del paso circular es más abierto, y a mayor número de dientes el ángulo es más cerrado), por lo que según el Nº de dientes a tallar escogeremos la fresa adecuada. Viendo la tabla de herramientas de módulo del capítulo anterior, veremos que la fresa adecuada será para el engranaje de Z = 50 la número 6, que talla de 35 a 54 dientes, y para el engranaje de z = 30 escogeremos la número 5, que talla dientes entre 26 a 34. Ver tabla de fresas de módulo (3.4.4). Engranajes helicoidales: Este modelo de engranajes se diferencia de los rectos en que sus dientes están tallados en forma de hélice; éste es el motivo por el cual reciben el nombre de engranajes helicoidales, pues para su tallado necesitamos calcular la hélice que le va a dar forma al diente del engranaje. Figura 4.2.3.25.

Pn Pc

Tienen ventajas e inconvenientes sobre los engranajes de diente recto, las cuales se exponen en la siguiente tabla. Figura 4.2.3.25. Dientes helicoidales. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS ENGRANAJES HELICOIDALES Ventajas del engranaje helicoidal • Transmiten más potencia que los de diente recto. • Pueden transmitir más velocidad. • Son más silenciosos que los de diente recto, pues el movimiento lo transmiten por deslizamiento. • Pueden transmitir movimientos entre árboles que se cortan.

Inconvenientes del engranaje helicoidal • Se suelen desgastar más que los rectos. • Son más caros de fabricar. • Necesitan generalmente más engrase que los rectos.

El paso circunferencial: Se mide como en los engranajes rectos, sobre la circunferencia primitiva de diente a diente. Pc (ver dibujo). El paso normal: Es el medido perpendicularmente sobre el diente. Pn (ver dibujo). El paso helicoidal: Es el formado por el diente y el eje del engranaje. Ph. Los cálculos son los mismos que en los engranajes rectos, pero teniendo en cuenta el paso circunferencial y el paso de la hélice del diente del engranaje. Figura 4.2.3.26.

Pc

Paso normal: Pn = Pc × cos ß Paso circunferencial: Pc = (π × Dp) / cos ß Módulo normal: Mn = Mc × cos ß Módulo circunferencial: Mc = Mn / cos ß Paso de la hélice: Ph = (Mn × Z × π)/sen β Diámetro primitivo: Dp = (H × tan ß) / π Diámetro exterior: De = ((Mn × Z) / cos ß) + 2 Mn Altura del diente: h = π × M Longitud del diente: L = 10 × Mn

β Pn

Fórmulas a tener en cuenta para su cálculo.

Figura 4.2.3.26. Engranaje helicoidal.

Problema ¨ Calcular los datos para mecanizar un engranaje helicoidal de M = 2, Z = 50, y cos ß = 30.

Pc = (π × Mn) / cos 30º = (3,14 × 2) / cos 30º = 7,251 Pn = Pc × cos ß = 7,251 × cos 30º = 6,279 Ph = (Mn × Z × π) / sen 30º = (2 × 50 × 3,14) / sen 30º = 628 Dp = (H × tan ß)/ π = (628 × tan 30º) / 3,14 = 115,47 De = ((Mn × Z) / cos 30º) + 2Mn = (2 × 50) / sen 30º) + 2 × 2 = 117,47 L = 10 Mn = 10 × 2 = 20

© ITES-PARANINFO

189

Determinación y análisis de los conformados

22º

Figura 4.2.3.27. Ángulo del engranaje.

Problema ¨ Queremos tallar un engranaje de diente helicoidal de M = 2, Z = 80, y α = 22º. Ver figura 4.2.3.27. Calculamos el diámetro primitivo: Dp = (M × Z) / cos α; Dp = (2 × 80) / 0,9271 = 172,56 mm. Calculamos el diámetro exterior: De = Dp + 2M; De = 172,56 + (2 × 2) = 176,56 Calculamos el paso normal: Pn = π × M; Pn = 3,14 × 2 = 6,28 mm Calculamos el paso circular: Pc = (π × M) / cos α; Pc = (3,14 × 2) / 0,9271 = 6,773 Altura del diente: h = 2,25 × M; h = 2,25 × 2 = 4,50 mm La longitud del diente es: L = 10 × M; L = 10 × 2 = 20 mm Escogeremos para su tallado la fresa de M = 2 y la número 7, cuyo perfil nos permite el tallado de engranajes cuyos dientes están comprendidos entre 57 y 134. El cálculo del paso helicoidal es: Ph = (π × Dp) / tg α; Ph = (3,14 × 172,56) / 0,4040 = 1.341

Fresado de dientes helicoidales: El tallado de dientes helicoidales se realiza de la misma manera que los engranajes de diente recto, con la particularidad de que el sentido de rotación helicoidal que debemos de imprimir al engranaje durante el corte del diente lo realizaremos poniendo un tren de engranajes en la lira del aparato divisor que engrane con el husillo de la mesa de la máquina, haciendo que el movimiento rotacional del aparato divisor avance junto con el movimiento longitudinal de avance del carro de la mesa. La relación del tren de engranajes colocado en la lira debe de estar calculado de forma que una vuelta del husillo de la mesa sea igual al paso. Para calcular esta relación tenemos que: Paso de la hélice a construir ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- = Paso del husillo de la máquina × Constante divisor

(Ph) Ruedas conducidas ---------------------------------------------------------------------------- = (Phm × Ca) Ruedas conductoras

Siendo: Phm = Paso del husillo de la máquina Ph = Paso de la hélice a construir Ca = Constante del divisor (los divisores convencionales tienen la constante Ca = 40)

Problema ¨ Calcular el tren de ruedas a poner en la lira de un aparato divisor para mecanizar una hélice de paso = 216 (Ph = 216), siendo el paso del husillo de la máquina de 4 mm.

Siendo la constante del aparato divisor Ca = 40 Aplicamos la fórmula general y tenemos que: 216

216

216 : 4 = 54 conducidas

----------------------- = ----------------- = ------------------------------------------------------------------

40 × 4 160 160 : 4 = 40 conductoras Si no tenemos las ruedas calculadas, podemos descomponer la fracción en otros juegos de ruedas disponibles.

190

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Nota¨ Cuando queremos tallar ranuras helicoidales, como escariadores, brocas, ejes estriados, etc., el proceso a seguir es el mismo que en el tallado de engranajes helicoidales; la fórmula para calcular el tren de ruedas a poner en la lira del aparato divisor que comunique el movimiento con el husillo del carro de la máquina, es la misma que para el tallado de los engranajes helicoidales.

Elección de la fresa para el tallado de dientes helicoidales: El tallado de dientes helicoidales es más complejo que el tallado de dientes rectos, pues tenemos que tener en cuenta el ángulo de la hélice durante su tallado. Generalmente hoy día se tallan en fresadoras con fresa madre, pues son fresadoras preparadas para ello, pero en fresadoras convencionales con aparato divisor normal, también se pueden tallar si tenemos en cuenta un pequeño cálculo con el fin de poder elegir la fresa de módulo adecuadamente. Para ello tendremos que calcular los dientes teóricos Zt a tallar siendo Z el número de dientes reales a tallar, α el ángulo del engranaje y K un coeficiente respecto al ángulo α. K = 1 / cos3 α

Z Zt = ---------------------cos3 α

Problema ¨ ¿Qué fresa de módulo necesitamos elegir para tallar un engranaje de diente helicoidal cuyo número de dientes es Z = 50 y cuyo ángulo es de 40º?

Zt = Z (1 / cos³ α); aplicando datos tendremos que Zt = 50 (1 / 0,7660³) = 111,24 dientes teóricos; escogeríamos la fresa Nº 7 que puede tallar dientes de 55 a 134.

h’’ h’

Pc H

Mecanizado de cremalleras: Las cremalleras son elementos que junto con un engranaje son capaces de convertir el movimiento circular de éste en un movimiento rectilíneo; se mecanizan directamente sobre el carro longitudinal o transversal, haciéndose las divisiones de los dientes con el nonio del carro correspondiente. La herramienta para su mecanizado es una fresa de módulo correspondiente al módulo del engranaje con el que engrana, y como la cremallera está considerada como un engranaje de infinito número de dientes (ver figura 4.2.3.28) se deberá montar en el árbol portafresas la fresa del mismo módulo que el del engranaje, pero por el número de dientes a tallar escogeremos la del Nº 8. El paso circular de la cremallera es el mismo que el del engranaje Pc = π × M. La altura del diente es la distancia medida desde la superficie del diente hasta el fondo del mismo y vale H = 2,25 × M, siendo h´ = M y h´´ = 1,25 × M.

Figura 4.2.3.28. Mecanizado de cremalleras.

Problema ¨ Calcular los datos para mecanizar la cremallera de la figura 4.2.3.29 de 100 mm de larga y de módulo 2.

Pc = π × M = 3,14 × 2 = 6,28 mm, distancia entre dientes Z = L / Pc = 100 / 6,28 = 15, es el número de dientes que tendrá la cremallera Ld = 10 M = 10 × 2 = 20 mm, es el ancho del diente El número de fresa a elegir para su tallado será la de módulo Nº 2 y por el número de dientes a tallar será la Nº 8.

© ITES-PARANINFO

Figura 4.2.3.29. Engranaje y su cremallera.

191

Determinación y análisis de los conformados Cremalleras helicoidales: En el tallado de cremalleras helicoidales debemos de tener en cuenta el ángulo del diente, y por lo tanto tendremos que girar el carro de la mesa o la mordaza, según proceda, el ángulo de dicho diente. Engranajes cónicos: Son engranajes cuyos dientes están construidos de forma cónica, y se emplean para transmitir movimientos entre ejes que por sus características de trabajo se cortan a un ángulo determinado (ver figura 4.2.3.30). Las características de un engranaje cónico son las mismas que las de un engranaje de diente normal; este tipo de engranaje puede transmitir más potencia que el engranaje de diente recto, y sus dientes pueden ser: ENGRANAJES CÓNICOS • Rectos • Inclinados • En espiral ε

ε ángulo recto

Diámetro exterior: En estos engranajes el diámetro exterior se toma en la parte mayor del diente, como se ve en la figura. Diámetro primitivo: El diámetro primitivo, como en los engranajes rectos, es la circunferencia de tangencia, y se toma la mayor. Módulo: Como el módulo tiene varias medidas por ser cónico, se tomará siempre la medida mayor.

ε

Como hemos comentado, este modelo de engranaje transmite movimiento entre árboles o ejes que se cortan a un ángulo determinado y se nos pueden dar varios casos que vemos en la tabla, con las fórmulas para su cálculo.

ε ángulo agudo α’

ε

α β

γ

ε Di De

ε ángulo obtuso Figura 4.2.3.31.A. Ángulo de transmisión.

Dp

Figura 4.2.3.30. Engranajes cónicos.

POSIBILIDADES DEL ÁNGULO DE TRANSMISIÓN ε Ángulo recto

ε Ángulo agudo

ε Ángulo obtuso

Tang α = Z / z Tang α = sen ε / (Z/z) cos ε Tang α = sen (180 – ε) / (z/Z) – cos (180 – ε) Tang α´= z / Z Tang α´= sen ε / (z/Z) cos ε Tang α´ = sen (180 – ε) / (Z/z) – cos (180 – ε) M = De / (Z + 2 cos α) Tan γ = (2 sen α) / Z Tan γ = (2 sen α) / Z Tan γ = (2 sen α) / Z G = Dp / 2 sen α

Problema ¨ Calcular las dimensiones que tenemos que dar al engranaje cónico de la figura 4.2.3.31, el cual vamos a mecanizar, siendo sus datos M = 2,5, Z = 60, α = 45º.

192

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados En los engranajes cónicos las circunferencias tanto exterior como la primitiva se miden por la parte exterior del mismo; es decir, por su mayor diámetro. El ángulo α es el formado por el eje de simetría y la generatriz del cono del diámetro primitivo. Dp = Z × M; Dp = 2,25 × 60 = 135 De

De = Dp + (2M cos α); De = 135 + (2 × 2,25 × cos 45º) = 138,5

Di Dp

Pc = π × M; Pc = 3,14 × 2,25 = 7,06 Tang γ = (2 sen α) / Z; Tang γ = (2 × 0,7071) / 60 = 0,02357 = 1º 21´ Di = Dp – (2,5 M cos γ); Di = 135 – (2,5 × 2,5 × cos γ) = 130,58 h = 2,25 × M; h = 2,25 × 2,5 = 5,4

Figura 4.2.3.31. Piñon cónico.

L = 10 × M; L = 10 × 2,5 = 25 Ángulo a inclinar el aparato divisor: A = 45º + 1º 41´ = 46º 41´ El cálculo del aparato divisor para el cálculo de los dientes será: K

40

20

20 espacios a correr

Z

60

30

30 plato a elegir

---------------- = ---------------- = ---------------- = -----------------------------------------------------------------

Posición de la fresa para el tallado del diente cónico: Cuando tallamos un engranaje de diente cónico hemos de tener en cuenta que la fresa que corta el vano del diente debe de posicionarse de forma que la trayectoria del corte sea por el fondo del diente; es decir, por el diámetro interior del engranaje (ver figura 4.2.3.32). Elección de la fresa para el tallado de dientes cónicos rectos: Como hemos visto, el engranaje cónico tiene un diente que su geometría es cónica y la elección de la fresa para su tallado está en función del número de dientes a tallar y el ángulo de corte de los engranajes.

Fresa

Diámetro interior Engranaje

Figura 4.2.3.32. Posición del engranaje para su tallado.

Para tallar engranajes que se cortan a 90º la fresa a escoger será según la fórmula: Fe = Z × 1,41 Siendo Fe = Número de fresa a elegir Z = Número de dientes a tallar Constante = 1,41 Problema ¨ Queremos tallar un engranaje cónico de diente recto que se corta perpendicularmente entre sí. Siendo el número de dientes a tallar Z = 32, elegir el número de fresa para su tallado.

Fe = 32 × 1,41 = 45,12 Elegimos la fresa Nº 6, que talla de 35 a 54 dientes.

Tornillo sinfín: Es uno de los mecanismos diseñados para transmitir grandes esfuerzos, y como reductores de velocidad aumentando la potencia de transmisión. Se basa en un tornillo con un perfil de rosca que encaja con los dientes de un engranaje, recibiendo el tornillo el movimiento de rotación el cual lo transmite al engranaje, reduciendo la velocidad de rotación del engranaje y aumentando la potencia de transmisión del engranaje; generalmente trabajan en ejes que se cortan a 90º. Estos mecanismos deben de ir muy bien engrasados, pues el esfuerzo de transmisión suele ser grande.

© ITES-PARANINFO

193

Determinación y análisis de los conformados P e c b

a

l α

Figura 4.2.3.33. Dientes del tornillo sinfín.

Los tornillos sinfín (figura del perfil del diente 4.2.3.33) se consideran como engranajes cuyo número de dientes son el número de entradas del tornillo; éstos pueden girar en ambos sentidos, a derechas e izquierdas; a diferencia con los engranajes cuyo ángulo de presión es de 20º, éstos suelen tener un ángulo de presión comprendido entre los 30º y 40º. Estos tornillos se construyen en aceros duros o materiales que sean resistentes a los desgastes, como los bronces. En el engranaje los dientes pueden ser rectos o con la forma del tornillo, con el fin de que acople mejor; estos engranajes también se construyen de bronces o materiales resistentes al desgaste. Los engranajes no pueden transmitir rotación al tornillo. Cálculos y características del tornillo: Diámetro primitivo del tornillo es el diámetro que pasa por el centro del filete y hace tangencia con el diámetro primitivo del engranaje y vale entre 10 y 12 veces el módulo. Dp = 12 × M.

dp’

Ver medidas del tornillo sinfín en la figura 4.2.3.34. El diámetro exterior es el diámetro que le tenemos que dejar cuando mecanizamos el cilindro a torno, y sobre el cual tallamos la hélice de rosca. Det = Dp + 2 M

h

Paso del tornillo es la distancia que hay de diente a diente y se considera como un paso de rosca.

H

Anchura del vano es el espacio entre diente y diente, e = 2,11 × M. D

dp

de

P= π×M Cabeza es la distancia del diámetro primitivo al diámetro exterior, b = M. Ancho del fondo, llamado también holgura del tornillo con el engranaje, es la medida que tiene el fondo, lo denominamos con la letra c y vale, c = de 0,6 a 0,9 × M.

L

Figura 4.2.3.34. Tornillo sinfín.

Altura del filete de rosca es la profundidad que tenemos que darle a la cuchilla para su mecanizado y vale a = 2,167 × M. La longitud del tornillo (zona roscada del tornillo) se calcula por Lt = p × 6. L es el ancho del diente de rosca medido sobre el diámetro primitivo y vale M. Cálculo y características del engranaje del tornillo sinfín: Las características fundamentales a efectos de los cálculos que podamos realizar son: Módulo, que es la relación entre el diámetro primitivo y el número de dientes. M = dp / M. Diámetro exterior es el mayor, el que tenemos que calcular para dejar el disco mecanizado a torno con el fin de tallar sobre él los dientes. D = dp + 2M. Diámetro primitivo, que es el que hace tangencia con el diámetro medio del tornillo (diámetro primitivo del tornillo). dp = Z × M. La longitud del diente es el ancho que tiene que tener el engranaje y vale L = 2,39 (p + 6). La altura del diente, que se calcula por h = 2,25 × M. La distancia entre centros (medida que debemos de conocer para realizar el montaje) es la suma de los diámetros primitivos dividida por 2. H = ((dp´+ dp) / 2) + h Otros elementos de transmisión. “Cadenas de transmisión”: Son elementos de transmisión que se emplean para transmitir movimientos circulares entre árboles que están distantes entre sí. A diferencia de los engranajes, el movimiento de rotación se transmite mediante una cadena de una longitud determinada compuesta por rodillos, los cuales son los que engranan entre los dientes de las ruedas dentadas, llamadas “coronas”.

194

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Tienen la ventaja de que no necesitamos ruedas intermedias para transmitir el movimiento, basta montar una cadena de una longitud suficiente para transmitir el movimiento entre conductora y conducida. Generalmente necesitan una corona intermedia que actúa como elemento tensor de la cadena. Tienen los mismos diámetros que los engranajes. Hay varios modelos de cadenas que según necesidades podemos elegir para realizar los montajes de las distintas máquinas, las más comunes son: MODELOS DE CADENAS • De rodillos equidistantes • De rodillos gemelos α

De rodillos equidistantes: Se llaman cadenas de rodillos equidistantes porque el paso P es el hueco entre rodillos de diámetro D, y es constante. Entre diente y diente solamente engrana un rodillo. Figura 4.2.3.35.

P

P

P

El ángulo α es la distancia entre dientes de la corona.

D

El paso P es la distancia que hay entre los rodillos que forman la cadena. α = (180º / Z) El diámetro primitivo es igual a: Dp = Paso P / sen α El paso P = 2 α (medido sobre el Dp). De rodillos gemelos: Se llaman cadenas de rodillos gemelos porque en este caso engranan dos rodillos en cada diente de la corona, y el paso P es el hueco entre rodillos, existiendo un espacio M entre rodillos. Figura 4.2.3.36.

Di Dp De

Figura 4.2.3.35. Cadena de rodillos equidistantes.

α

β α

D

P

M

P

Siendo el ángulo ß = 180º / Z Tang α = (sen ß) / (cos ß + M), siendo M la distancia entre bulones. Dp = P / sen α Aparato divisor: Cuando se nos plantea tener que hacer divisiones con cierta exactitud disponemos de un aparato llamado divisor, que es el aparato encargado de dividir la circunferencia en un número exacto de divisiones, aplicaciones que las encontramos en el mecanizado de ejes estriados, divisiones hexagonales, tallado de escariadores y en el mecanizado de engranajes, que son discos circulares en los que se tallan los dientes, y estos aparatos son los indicados para hacer la división exacta entre dientes.

Di Dp De

Figura 4.2.3.36. Cadena de rodillos gemelos.

Consta de un mecanismo de engranajes y de un plato de agujeros, que según las divisiones a realizar aplicaremos las fórmulas expuestas y realizaremos las divisiones que necesitemos con precisión; existen varios modelos los cuales vemos a continuación: 1º - Aparato divisor sencillo: Plato simple. Son discos con un determinado número de agujeros en círculos concéntricos, de forma que una vuelta completa del disco corresponde a una vuelta completa de la pieza, y si las divisiones a realizar coinciden con el número de agujeros, o es múltiplo del número de agujeros del plato, el sistema es sencillo, se aplica directamente la fórmula. En la siguiente tabla se reflejan los platos con los círculos de agujeros convencionales. Nº de agujeros del plato Espacios a correr = --------------------------------------------------------Divisiones a realizar

© ITES-PARANINFO

195

Determinación y análisis de los conformados PLATOS CON LOS DISCOS DE AGUJEROS CONVENCIONALES Plato Nº 1

Cara A

15

16

17

18

19

20

Cara B

17

21

25

31

37

43

Plato Nº 2

Cara A

19

23

25

33

39

45

Cara B

21

23

27

29

31

33

Plato Nº 3

Cara A

20

24

29

35

41

47

Cara B

37

39

41

43

47

49

Problema ¨ ¿Qué plato de agujeros escogeremos y cuántos espacios tendremos que correr para tallar un hexágono regular en un cilindro? Aplicamos la fórmula y tenemos que: Nº agujeros 24 ------------------------------------- = --------------- = 4 espacios a correr Divisiones 6 Escogemos un plato con un número múltiplo de 6. Plato Nº 3 por la cara A de 24 agujeros.

2º - Aparato divisor de sinfín: Si las divisiones no coinciden con los números de agujeros del plato se empleará el llamado aparato divisor de sinfín. Este aparato tiene una relación de división constante, llamada constante del aparato (Ca), que es el cociente de dividir el número de dientes de la rueda por el número de dientes de la entrada del sinfín, y que en la mayoría de los aparatos suele ser 40.

Figura 4.2.3.37. Aparato divisor de sinfín.

Y entonces tendremos que el número de vueltas que hay que dar para que la rueda dé una vuelta completa, llamando constante Ca, es el Nº de vueltas a dar al sinfín para que la rueda dé una vuelta completa. En la figura 4.2.3.37 tenemos un aparato divisor de sinfín. Z (Nº de dientes de la rueda) Ca = ------------------------------------------------------------------------ = 40 D (Nº de entradas del sinfín)

Por lo que a este número le llamamos constante del aparato divisor y generalmente en la mayoría de los aparatos vale 40, entonces diremos que la constante Ca = 40. Para calcular el número de vueltas a dar al plato y el número de espacios a correr, para hacer las divisiones por ejemplo del tallado de los dientes de un engranaje, tendremos que aplicar la siguiente fórmula: (Constante del aparato) Agujeros a correr ------------------------------------------------------------------------- = ------------------------------------------------------------------ = 40 (Número de divisiones a hacer) Plato de agujeros a elegir

Problema ¨ Calcular el plato con el número de agujeros a emplear, y el número de espacios a correr para mecanizar un engranaje de Z = 33, siendo la constante del divisor 40. Aplicamos la fórmula y tendremos que: Ca 40 7 --------------- = --------------- = 1 --------------Dh 33 33 Es decir, daríamos una vuelta completa al plato y correríamos 7 espacios en el plato de 33 agujeros. Por lo que escogeríamos el plato Nº 2 por la cara A.

196

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Problema ¨ Calcular las divisiones a realizar y plato de agujeros a poner en el divisor de una fresadora para mecanizar un pentágono regular. El pentágono, como tiene 5 caras, aplicaremos la fórmula general y tenemos que: Constante Ca 40 --------------------------------------- = ------------- = 8 D. a hacer 5 Como las caras a tallar son 5 y es un número múltiplo de 40 tendríamos que en cualquier plato de agujeros daremos 8 vueltas completas.

3º - Divisiones por el método diferencial: En los aparatos divisores cuando no encontramos el plato de agujeros que nos interesa para hacer las divisiones, emplearemos el llamado método diferencial. Ver figura 4.2.3.38. Éste consiste en poner un engranaje en el sinfín del aparato divisor, y otro en el plato de agujeros al mismo tiempo que hacemos la división. El método es el siguiente. Se aplica la fórmula general: Ca (constante del aparato) ---------------------------------------------------------------------------------Dh (número de divisiones a hacer)

Engranajes lira

Sinfín

Plato

Si el plato que nos da no lo podemos elegir por no disponer de él, se escogerá un número por exceso o por defecto, y entonces aplicamos la siguiente fórmula: Ca (Ne – Dh) Rueda a colocar en el eje Rueda conductora ---------------------------------- = -------------------------------------------------------------- = ------------------------------------------Nf Rueda a colocar en sinfín Rueda conducida

Plato agujeros

Figura 4.2.3.38. Divisor diferencial.

Siendo: Ca = Constante aparato divisor Ne = Número por exceso Nf = Número por defecto Dh = Divisiones a realizar

Ejemplo Tenemos que mecanizar un engranaje de Z = 47 dientes, y la constante del aparato divisor que disponemos es de Ca = 40. No tenemos plato de 47 agujeros. Ca 40 40 espacios a correr -------------- = -------------- = --------------------------------------------------Dh 47 Plato de 47 agujeros

Aplicamos la fórmula general: Ca (Ne – Dh) 40 (50 – 47) 120 ---------------------------------------------------------------------- = ---------------Nf 50

120 60 rueda de Z = 60 en el eje ---------------- = ---------------------------------------------------------------------------50 25 rueda de Z = 25 en el sinfín

© ITES-PARANINFO

197

Determinación y análisis de los conformados

Como no tenemos plato de 47 agujeros, elegimos uno de 50. Y aplicamos la fórmula siguiente. Funcionamiento del divisor: 60 10 ------------ = 2 -----------25 25

Serían 2 vueltas y 25 espacios a correr en el plato de 50 agujeros.

Husillo

Carro de la máquina

Tambor

Figura 4.2.3.39. Avance del carro de una máquina.

División lineal en la fresadora: Cuando tenemos que realizar divisiones longitudinales en alguna pieza del taller, no nos vale el empleo del aparato divisor; para realizar divisiones a lo largo de una pieza tenemos que emplear el nonio del carro de la fresadora igual que en el torno empleamos el nonio del carro transversal para dar la profundidad de pasada exacta. Ver figura 4.2.3.39. En este caso tenemos que aplicar la fórmula de la precisión del nonio, teniendo en cuenta el paso del husillo del carro de la fresadora con el cual se vayan a realizar las divisiones. Sabiendo que una vuelta completa del tambor graduado (nonio) que monta el carro correspondiente corresponde al paso del husillo de dicho carro, tendremos que la precisión de cada división será: Paso del husillo del carro Pc = ------------------------------------------------------------------Nº de divisiones del tambor

Problema ¨ Queremos hacer trazos en una barra rectificada cada 5 milímetros exactos. Calcular lo que tendremos que hacer avanzar el carro de la máquina en cada trazo si el paso del husillo es de 4 mm y el tambor tiene 80 divisiones. 4 Pre = -------------------- = 0,05 mm avanzará el carro por división 80 Av = 5 : 0,05 = 100 divisiones hay que hacer avanzar el carro para lograr las divisiones pedidas de 5 mm.

Problema ¨ Tenemos que tallar una cremallera de módulo = 2,5. Figura 4.2.3.40. P

Figura 4.2.3.40.

Queremos calcular las divisiones que tendremos que hacer avanzar el carro longitudinal para tallar cada uno de los dientes de la cremallera: Calculamos el paso de la cremallera: P=π×M P = 3,14 × 2,5 = 7,85 mm Av = 7,85 : 0,05 = 157 divisiones hay que hacer avanzar el carro para tallar cada uno de los dientes.

Potencia de corte de la fresadora: La fresadora emplea herramientas con varios dientes (varios filos), y su poder de corte es muy elevado, pues siempre tiene la herramienta algún diente cortando material. Su potencia está en función de la resistencia que opone el material a ser cortado, la cual viene expresada por la fórmula F = K × S, teniendo en cuenta que la sección S = Profundidad de pasada por el ancho de la fresa, y la velocidad de corte dada en m/m. Podemos definir la potencia de corte

198

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados como el trabajo realizado por la fresa en una pasada o en un tiempo determinado, y la obtenemos por: F × Vc CV = -----------------------60 × 75

K × a × p × Vc CV = -------------------------------------60 × 75

K = Constante en kg/mm² a = Avance en mm p = Pasada am = Avance por minuto Con el fin de tener una visión general de las características de los materiales a cortar, tenemos una tabla la cual nos facilita el cálculo de la potencia de corte de los materiales. Material a cortar

Dureza HB

kg/mm²

Vc m/m

Valor K

Acero suave

110 a 135

40 a 60

18 a 24

140

Acero semiduro

240 a 260

60 a 80

15 a 20

180

Acero duro

200 a 220

100 a 120

12 a 18

270

Fundición gris

220 a 300

20 a 25

14 a 18

90

Bronces y latones

70 a 80

30 a 35

50 a 80

80

Aluminio y aleaciones

80 a 100

40 a 60

200 a 220

50

Problema ¨ Calcular la potencia absorbida en el fresado de una pieza de acero suave, cuya sección de corte es de 1,2 mm².

Tomamos datos de la tabla y vemos que el acero suave tiene un valor de K = 140 y para la Vc tomamos un valor medio de 20 m/m. Aplicando la fórmula tenemos que CV = (K × S × Vc) / 4.500 Dando datos queda CV = (140 × 1,2 × 20) / 4.500 = 0,74

4.2.4 Talladora de engranajes Las talladoras de engranajes son máquinas diseñadas y preparadas para tallar los dientes de los engranajes de cualquier tipo, tanto engranajes de dientes rectos como helicoidales. Son máquinas de producción, pues sus posibilidades de trabajo y su disposición es para tallar grandes series de engranajes. Estas máquinas no emplean fresas de módulo convencionales, sino que montan unas fresas llamadas fresas madre, las cuales están talladas de forma que puedan cortar varios dientes al mismo tiempo según sea el tamaño de la rueda o engranaje a tallar; estas fresas se montan en el eje portafresas de la máquina con una inclinación igual al ángulo de tallado de la fresa (ver figura 4.2.4.1). Las fresas han de tener el mismo módulo del tallado del engranaje. Las características a tener en cuenta en la fresa para el tallado son:

Figura 4.2.4.1. Fresa madre.

• El ángulo de presión, que suele ser de 20º. • El número de entradas de la fresa. • El ángulo del tallado de los dientes modulares.

© ITES-PARANINFO

199

Determinación y análisis de los conformados Las talladoras de engranajes están basadas en hacer girar el disco de metal en el cual se tallan los dientes sobre un eje que le imprime el movimiento de rotación perpendicularmente al eje de la fresa madre del módulo correspondiente, al mismo tiempo que la fresa corta los dientes y lleva el movimiento de avance. Las más empleadas son las talladoras llamadas por generación. Relación de transmisión: La fresa madre está considerada como un tornillo sinfín, y se monta en el eje portafresas y éste le imprime el movimiento de rotación para el corte del material, y deberá de llevar tantas revoluciones como número de dientes tenga el engranaje a tallar por cada vuelta que éste dé. A esta relación le llamamos relación de transmisión. Esta relación generalmente va implícita en la máquina de tallado. El sentido de rotación del engranaje y la fresa se ve en la figura 4.2.4.2.

Fresa z

Ne × K i = -----------------------Z

Z

Engranaje

Figura 4.2.4.2. Relación de transmisión.

Siendo: Ne = Número de entradas de la fresa K = Constante de la máquina (divisor) Z = Número de dientes a tallar

Ejemplo Si tenemos que tallar una rueda de Z = 100, las r.p.m. a que hay que hacer girar la fresa madre serán 100 r.p.m. por cada vuelta que dé el engranaje.

A

D C

B

Liras de la máquina: Para relacionar las revoluciones que debe de llevar la fresa madre en combinación con el disco del engranaje a tallar, la máquina dispone de una lira para poder colocar las ruedas (engranajes) y combinar dicha relación (las máquinas de tallado disponen de un juego de ruedas para su colocación y relación correspondiente de tallado). Ver la disposición de las ruedas de la lira en el dibujo 4.2.4.3. Si necesitamos calcular las ruedas de la lira para el tallado de engranajes rectos aplicaremos la fórmula siguiente: Constante máquina = Conductoras A × C ------------------------------------------------------------------------------------------------------------Dientes a tallar = Conducidas D × B

Figura 4.2.4.3. Ruedas de la lira.

Para el tallado de engranajes con diente helicoidal dispone de otra lira que le imprime el movimiento rotacional al disco a tallar, obteniendo así el paso de la hélice que tenga dicho diente del engranaje en cuestión. Si necesitamos calcular las ruedas de la segunda lira para tallar un paso helicoidal tendremos que aplicar la fórmula siguiente: N

z×K

Conductoras

n

Z

Conducidas

----------- = --------------------- = --------------------------------------

Siendo N y z revoluciones y dientes de la fresa madre respectivamente. N y Z revoluciones y dientes de la rueda a tallar. K es la constante de la máquina. Problema ¨ Calcular las ruedas a poner en la lira de la máquina para tallar un engranaje de Z = 63, siendo la constante de la máquina K = 30.

K Z

30 63

60 126

20 42

40 84

Conductoras Conducidas

-------------- = -------------- = -------------- = -------------- = -------------- = ------------------------------------------

200

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Problema ¨ Calcular un tren de cuatro ruedas a poner en la lira para el tallado de un engranaje de Z = 110, siendo la constante K = 30.

K

30

5×6

50 × 60

Conductoras

Z

110

11 × 10

110 × 100

Conducidas

------------ = ------------ = ------------------------------ = ------------------------------ = -------------------------------------------------

Ángulo de inclinación de la fresa: Las fresas madre están talladas con un ángulo de inclinación. Para el tallado de engranajes de diente recto, este ángulo es el que tenemos que darle al eje portafresas de la máquina con el fin de que durante el avance de corte sea perpendicular al eje del disco que se está tallando (el ángulo de tallado lo marca el fabricante de la fresa en la misma). α = al ángulo de tallado de la fresa. Para el tallado de engranajes helicoidales debemos de darle un ángulo al eje portafresas que será la suma del ángulo del tallado de la fresa madre que empleemos más el ángulo de la hélice del engranaje helicoidal a tallar. ρ = α + β (ángulo de la hélice del engranaje a tallar). En el cuadro siguiente tenemos a título informativo la inclinación a dar a la fresa según el tallado del diente a mecanizar y en las figuras 4.2.4.4 y 4.2.4.5 se muestra la inclinación de la fresa respecto al engranaje.

α

Fresa

α

Engranaje

Figura 4.2.4.4. Tallado de dientes rectos.

α ÁNGULO DE LA FRESA Tallado de dientes rectos

Tallado de dientes helicoidales

La inclinación de la fresa madre debe de ser el ángulo de la fresa α

La inclinación de la fresa madre debe de ser

ρ β

ρ=α+β

El ángulo α de la inclinación de la fresa cuando no lo conocemos tanto para tallar engranajes rectos como helicoidales lo podemos calcular según la fórmula siguiente:

Figura 4.2.4.5. Tallado de diente helicoidal.

M×Z Sen α = ---------------------------------D – (2,5 M)

Siendo: D = Diámetro exterior de la fresa Z = Número de entradas de la fresa M = Módulo a tallar Verificación de la fresadora: Hemos visto que la fresadora es una máquina de precisión, y dada la cantidad de trabajos que en ella se pueden realizar, es una máquina de las que más necesita un buen mantenimiento y ajuste en sus ejes y carros. Nivelación: Es una de las operaciones más importantes, y se refiere a nivelar la bancada y los carros; para ello se empleará un nivel de precisión. El nivel se sitúa en el centro del carro longitudinal, y se nivela mediante tornillería en los tacos antivibratorios. Alineación de los carros de la máquina: Comprobar con un comparador de reloj la alineación de los carros y el paralelismo de los mismos. Ajustar las chavetas si procede. Descentramiento del eje portafresas: Se hace contacto con un comparador de reloj en el eje portafresas y la base se pega a la mesa de la máquina, con la mano se da vueltas al eje y se ve su descentramiento, el cual corregiremos si está fuera de tolerancia. Comprobación de la altura de puntos del aparato divisor y del contrapunto: Se coloca un mandril entre puntos y se fija un reloj comparador en la columna de la máquina; palpando el mandril, se corre el carro longitudinalmente con el reloj pal-

© ITES-PARANINFO

201

Determinación y análisis de los conformados pando la superficie del mandril; veremos la diferencia de medidas en un extremo y otro, y por lo tanto la diferencia de altura entre ambos. Comprobación de los tambores nonios de los carros: Se comprobará la precisión del nonio de cada tambor que va montado en los carros respectivos, verificando su avance en función de las divisiones que tenga cada uno. Se darán varias pasadas a una pieza comprobando sus medidas. Aparato vertical de la máquina: Verificar la graduación del punto 0º del aparato vertical respecto a la mesa de la máquina; corregir si hubiere diferencias. Luneta del árbol portafresas: Verificar la luneta que sujeta el árbol portafresas; si hubiese holgura sustituir el casquillo de bronce por otro nuevo.

4.2.5 Rectificadoras Son máquinas que están diseñadas y preparadas para realizar acabados en las piezas que previamente han sido trabajadas en otras máquinas. Estas máquinas consiguen el máximo grado de acabado y precisión en las piezas mecánicas, dejando su superficie perfectamente definida en medidas y tolerancias. Los elementos mecánicos que componen dichas máquinas son generalmente de una envergadura muy robusta, trabajan con abrasivos (muelas) y con pasadas muy pequeñas. Los movimientos de translación lo generan los carros de la máquina, y los de rotación las muelas que incorporan. El grado de acabado lo define el tamaño del grano de la muela que se monte en la máquina, que estará en función del tipo de material a rectificar y la calidad de acabado a conseguir. Las rectificadoras pueden ser: TIPOS DE RECTIFICADORAS • • • •

Rectificadoras planeadoras Rectificadoras sin centros Rectificadoras universales Rectificadoras especiales

Rectificadoras planeadoras: Son las máquinas de rectificar más sencillas de manejar, pues no tienen nada más que un carro longitudinal, el cual le da el movimiento de translación a la pieza, y la muela, que lleva el movimiento de rotación. Se emplean para el rectificado de superficies planas, generalmente mecanizadas en otras máquinas del taller, como tornos, fresadoras, limadoras, etc. Las piezas más comunes a rectificar son matrices, calzos, ajustes con superficies planas, etc. En las figuras 4.2.5.1 y 4.2.5.2 se muestran piezas rectificándose con muelas de vaso.

L

Figura 4.2.5.1. Rectificadora planeadora.

L

Figura 4.2.5.3. Rectificado tangencial.

202

Figura 4.2.5.2. Rectificando una pieza con una muela de vaso.

Las llamadas rectificadoras tangenciales son rectificadoras que en vez de emplear o utilizar la muelas de vaso, como se ve en la figura arriba representada, emplean muelas normales (figura 4.2.5.3) y trabajan con el canto de la muela dando varias pasadas a la superficie de la pieza hasta terminar su rectificado.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Fijación de las piezas en la rectificadora planeadora: En este modelo de máquinas dedicadas a rectificar superficies planas, las piezas se fijan para su rectificado en una mesa magnética. Esta mesa tiene unos imanes que mediante una palanca los podemos activar o desactivar según nos interese. Cuando fijamos la pieza en su superficie activamos el imán y la pieza nos queda sujeta pudiendo rectificarla y cuando hemos terminado el trabajo lo desactivamos dejando la pieza suelta. La mesa magnética debe de estar sujeta con tornillería al carro de la máquina debidamente nivelada y centrada con comparador de reloj, con el fin de garantizar el paralelismo de los rectificados. En la figura 4.2.5.4 tenemos una mesa magnética. Rectificadoras sin centros: Son aquellas máquinas encargadas de rectificar piezas de geometría cilíndrica y generalmente piezas de pequeñas dimensiones, como bulones, casquillos, pasadores, etc. Este modelo de máquina está diseñada para trabajar grandes series de piezas; se llaman sin centros porque las piezas a rectificar reciben el movimiento de rotación a través de las muelas que la máquina incorpora, dejando las piezas a rectificar al aire. Los movimientos fundamentales de estas máquinas son los de rotación de las muelas, teniendo en cuenta que las dos muelas giran en el mismo sentido, dándole el movimiento de rotación a la pieza la muela de arrastre, la cual está inclinada un determinado ángulo; el avance de la pieza hasta su diámetro final lo da el ángulo de inclinación de la muela de arrastre, que suele valer de 1º a 5º, según la dureza del material a rectificar y el diámetro de la pieza. La pieza a rectificar gira en sentido contrario a las muelas (ver figura 4.2.5.6).

Figura 4.2.5.4. Mesa magnética. Muela abrasiva Muela de arrastre α

Figura 4.2.5.5. Rectificadora sin centros.

α = Vale de 1º a 5º Pieza

Muela

Figura 4.2.5.6. Posición de trabajo de las muelas. Figura 4.2.5.7. Sentido de rotación de la muela y de la pieza.

Rectificadoras universales: Reciben el nombre de rectificadoras universales porque son las máquinas que más capacidad de trabajo tienen, mecanizando cuerpos de revolución; estas máquinas pueden rectificar piezas de exterior e interior, así como conos, cigüeñales, árboles de levas, camisas, interiores de cilindros, etc. D

l

Figura 4.2.5.8. Rectificado exterior de un cilindro.

En los rectificados de interior (figura 4.2.5.9) está aconsejado emplear una muela de diámetro aproximadamente a los 3/4 del diámetro del agujero a rectificar. Siendo d = 3 D/4.

© ITES-PARANINFO

D

Generalmente tienen variadores de velocidad para poder variar la velocidad de rotación del eje o pieza a rectificar en función de su dureza o características. El movimiento de rotación de la muela y de la pieza a rectificar son contrarios, (figura 4.2.5.7) y el de translación del carro longitudinal se realiza mediante mecanismo hidráulico, pudiéndose regular con mucha fiabilidad el movimiento de avance y retorno de la pieza a trabajar.

e

d

Son las máquinas dentro de las rectificadoras que más envergadura y robustez presentan; el movimiento de translación lo reciben las piezas a rectificar a través del carro de la máquina, que generalmente tiene los movimientos de avance y retorno automáticos, y el movimiento de rotación lo reciben las muelas con las cuales se realiza el trabajo, sean de exterior o interior.

Muela Pieza

e

Figura 4.2.5.9. Rectificado interior.

203

Determinación y análisis de los conformados Las pasadas: La profundidad de pasada a dar en una rectificadora es a nivel de micras, aunque siempre depende de la dureza y tipo de material a trabajar, así como del tipo de muela a emplear y de su dureza y tipo de grano y aglomerante. En términos generales y según el cuadro podemos decir que las pasadas (p) deberán ser del orden de:

p = de 0,1 a 0,2 para los desbates bastos p = de 0,05 a 0,01 para los desbastes finos p = de 0,005 para semiacabado p = 0 para las pasadas de acabado

En general se deberán dar de 4 a 5 pasadas con p = 0 para el acabado final. Esto depende de la calidad del acabado que queramos conseguir.

Mesa

P

Husillo

Nonio

Cuando hablamos de rectificadoras especiales nos referimos a las máquinas que rectifican ciertas geometrías mecánicas, como son los dientes de los engranajes, perfiles de roscas, y piezas mecánicas que no se pueden trabajar en las otras máquinas. Estos modelos de máquinas suelen ser de sobremesa y de pequeña envergadura y generalmente se emplean en el laboratorio de metrología para el rectificado de calibres tampón. La precisión de la rectificadora: La rectificadora, por dar pasadas muy pequeñas los carros, tiene que avanzar muy poco y la precisión de pasada a nivel de milésimas de milímetro se consigue mediante un mecanismo de nonio con tornillo sinfín, el cual se muestra en la figura 4.2.5.10.

Z

P Avance = -------------------N×Z

Figura 4.2.5.10. Mecanismo del nonio.

Siendo: P = Paso del husillo N = Número de divisiones del tambor Z = Número de dientes de la rueda del sinfín Problema ¨ ¿Cuánto haremos avanzar por división a un nonio de una rectificadora que tiene 50 divisiones y el paso del husillo es de 6 mm teniendo el engranaje del sinfín 40 dientes?

Aplicamos la fórmula y nos da: 6 Avance = --------------------------- = 0,003 mm 40 × 50

Avance de la pieza a rectificar: Los avances de la pieza a rectificar están en función del desbaste o acabado de la pieza, cuanto más avance lleve la muela el acabado será más basto; por el contrario, si el avance es muy lento corremos el riesgo de quemar la superficie de la pieza a rectificar por calentamiento. Los avances más comunes para cuando trabajamos con muelas tangenciales nunca deben de pasar de: • Para el desbaste 1/2 del ancho de la muela. • Para los semiacabados 1/4 del ancho de la muela. • Para los acabados 1/6 del ancho de la muela. Potencia de corte de la rectificadora: El rozamiento de la muela con la pieza a trabajar realiza un esfuerzo de corte igual que en cualquier máquina del taller, y por lo tanto la potencia necesaria que ha de tener la máquina está en función de la resisten-

204

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados cia que oponga el material a ser cortado por los granos abrasivos, la velocidad periférica de la muela y el rendimiento del motor de la rectificadora. Fc × V C.V. = ------------------------75 × r

Siendo: C.V. = Potencia que se necesita Fc = Fuerza de corte V = Velocidad periférica de la muela en m/m R = Rendimiento del motor de la máquina

4.3 Instalación de máquinas en el taller Instalación de una máquina y su puesta a punto: Cuando recibimos una máquina, sea un torno, fresadora, rectificadora, etc., tenemos que instalarla y ponerla a punto para trabajar con ella. Lo primero que tenemos que hacer es buscarle la ubicación en el taller, por lo que tenemos que ver el espacio que necesitamos para situarla, como son los márgenes de seguridad, pasillos por donde anda el operario, tener en cuenta su alrededor, puede salpicar viruta, aceite, o si tiene por ejemplo alimentador de barras, como es el caso de los tornos, etc. Una vez que tenemos el sitio adecuado a su ubicación debemos instalarle soportes antivibratorios y de nivelación con el fin de eliminar las vibraciones que de su funcionamiento se deriven, y poderla nivelar de una forma rápida y fiable. Tengamos en cuenta que una máquina que durante su trabajo tenga vibraciones por las rotaciones o el corte de las herramientas dará trabajos de mala calidad, como pueden ser piezas ovaladas, mala superficie de acabado, variaciones de medida, etc. Y si no está perfectamente nivelada sabemos que trabajará mal y los carros soportarán más peso en un punto que en otro.

Máquina

De esto se deduce que la ubicación, instalación y puesta a punto de una máquina es más serio de lo que en principio parece y merece la pena que estudiemos su instalación antes de ponernos a trabajar con ella. Soportes antivibratorios y de nivelación: Son elementos diseñados al respecto de forma que soportan el peso de la máquina, absorbiendo las vibraciones que en ella se puedan producir durante el trabajo. Además tienen, como se ve en la figura 4.3.1, unas tuercas de forma que se pueda nivelar la máquina de una forma rápida y fiable.

Figura 4.3.1. Soportes de fijación.

Estos soportes se ponen en las patas o bancada de la máquina, la cual suele traer los agujeros o soportes para la instalación de los mismos. Se ponen en cada extremo de la máquina de forma que el peso de ésta se reparte por todos los soportes instalados. Estos soportes suelen estar fabricados de caucho endurecido resistente a los aceites, taladrinas y elementos corrosivos comunes del taller de metal. Tienen un pequeño vacío en el interior el cual hace de ventosa fijándose en el suelo. Soportan determinados pesos según la envergadura de la máquina a fijar. Otra forma de fijar las máquinas es mediante pernos de anclaje al suelo del taller (figura 4.3.2). Este sistema tiene el inconveniente de que hay que meter el perno en el cemento del suelo. Nivelación de la máquina: Para nivelar la máquina se escogerá un nivel de precisión; suelen ser empleados los niveles digitales, con una precisión de más-menos

© ITES-PARANINFO

Figura 4.3.2. Anclaje de una máquina mediante pernos.

205

Determinación y análisis de los conformados 0,01 mm, y se nivelará con los tornillos de nivelación de los soportes de fijación de la máquina; se deberá nivelar transversal y longitudinalmente; una vez nivelada se fijan definitivamente las tuercas quedando la máquina definitivamente instalada. Conexiones eléctricas: Para las acometidas eléctricas se deberán tener en cuenta las especificaciones de la casa fabricante, las normas de seguridad eléctricas específicas para máquinas, y no olvidarse nunca de la instalación de la toma de tierra. La instalación eléctrica corresponde a un técnico generalmente de la casa fabricante, el cual tendrá en cuenta todas las normas de seguridad, así como hará una prueba de funcionamiento de los propios elementos de seguridad que incorpore la máquina, como puedan ser magnetotérmicos, diferenciales, relés, etc. Puesta en marcha de la máquina: Se realizará llenando los depósitos del aceite adecuado que ésta lleve, teniendo en cuenta las especificaciones del tipo de aceite según el fabricante, engrasando guías, carros, etc. Se pondrá en marcha en vacío de forma que se prueben los distintos motores, el funcionamiento de los carros con sus automáticos. Una vez probada en vacío se procederá al mecanizado de una pieza en la cual se comprobarán las medidas y la precisión de los nonios de la máquina.

4.4 Las máquinas de control numérico Las máquinas de control numérico son las máquinas que trabajan por coordenadas, a las cuales se les incorpora un ordenador, y mediante una programación específica y concreta que el ordenador procesa, éste es capaz de poner en marcha la máquina, mover los carros, dar el avance a las herramientas, revoluciones, etc., de forma automática, sin que el operario mueva ningún carro durante el mecanizado de la pieza, siendo el ordenador el que comanda la máquina. Pertenecen a la gama de las llamadas máquinas automáticas, pues en definitiva no es manejada por un operario de forma convencional, aunque sí que tiene que realizar la programación de la máquina y pieza a trabajar. Aunque es difícil hablar de ventajas e inconvenientes, pues sabido es por todos que cuando aumentamos la producción y la precisión disminuimos costes y somos más competitivos, pero si hablamos de ellas por comparar algunas, las comentamos en el cuadro siguiente: MÁQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO

–x

–z

w

+z

Ventajas de una máquina de control numérico

Inconvenientes de una máquina de control numérico

1. Mecanizan series muy grandes abaratando costes. 2. Son más rápidas de mecanizado que las máquinas convencionales, especialmente en trabajos complejos, como roscas, esferas, etc. 3. Pueden modificar las velocidades de avance y rotación del eje durante el mecanizado sin tener que parar la máquina. 4. Dan mayor precisión de mecanizado respecto a las máquinas convencionales. 5. Esto tiene la ventaja de que los mecanizados; es decir, las piezas que se mecanicen, salgan todas exactamente iguales. 6. Eliminan tiempos muertos.

1. Alto coste de implantación. Más caras que las convencionales; trabajan con motores paso a paso. 2. Necesitan personal cualificado, pues requieren aprender una programación específica y concreta. 3. En términos generales requieren cálculos matemáticos. 4. Alto coste de equipamiento de herramientas, pues trabajan con herramienta de metal duro por su alto número de revoluciones.

+x

Figura 4.4.1. Eje de coordenadas del torno.

206

Eje de coordenadas: Se conoce con el nombre de eje de coordenadas a los ejes de abscisas y ordenadas en donde se representan las medidas que debemos de contemplar para el mecanizado de piezas por control numérico. Los desplazamientos de

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados los carros, como hemos comentado anteriormente, estarán en función de las medidas que tengamos en la pieza a trabajar, y se asentarán en los ejes mediante las coordenadas correspondientes a cada carro. Coordenadas de la máquina de control numérico: Conocemos como coordenadas de máquina a cada uno de los ejes de la misma; es decir, a cada carro le corresponde un eje, designándose éstos por letras (coordenadas) de forma que según el modelo de máquina y sus características pueden variar las letras, aunque generalmente son las mismas para todas. Cuando hablamos de desplazamientos de carros lo haremos mediante coordenadas, de tal forma que si decimos X100, el carro X se desplazará 100 milímetros; si decimos Z–5, el carro Z se desplazará 5 milímetros en negativo.

+z

–x

w

+y

+x

–y –z

Figura 4.4.2. Eje de coordenadas de la fresadora.

Las coordenadas de los carros pueden ser en negativo o en positivo, según tengamos que desplazar el carro a la derecha o a la izquierda, alejándolo del eje de la máquina o acercándolo. La dirección es el sentido de desplazamiento de un carro a través de su coordenada, y este desplazamiento nos lo da el signo que la coordenada lleve. Por ejemplo, si en un torno tenemos que la coordenada asentada en el carro transversal es de signo positivo (+) indica que el desplazamiento de dicho carro se realizará alejándose del eje de simetría de la máquina y si el signo en negativo (–) indica que el desplazamiento del carro es acercándose al eje de la máquina. Veamos algunos ejemplos: • X50. El carro transversal se aleja 50 mm del eje longitudinal de la máquina • X–50. El carro transversal se acerca 50 mm al eje longitudinal de la máquina • Z100. El carro longitudinal se aleja del plato 100 mm • Z–100. El carro longitudinal se acerca al plato 100 mm Para la fresadora tenemos el ejemplo siguiente: Recordemos que la fresadora tiene tres ejes. • X50. El carro longitudinal se desplaza a la derecha 50 mm • X–50. El carro longitudinal se desplaza hacia la izquierda 50 mm • Y50. El carro transversal se desplaza hacia la bancada de la máquina • Y–50. El carro transversal se desplaza alejándose de la bancada de la máquina • Z50. La herramienta se aleja de la pieza levantando el carro 50 mm • Z–50. La herramienta se acerca a la pieza o penetra en ella 50 mm Funciones: Son las órdenes que se le dan al ordenador, las cuales tienen un significado y según las mismas cuando la máquina lee dichas órdenes, éstas se ejecutan según su aplicación y significado. En este capítulo se pretende conocer las funciones principales de programación con el fin de familiarizarse con ellas, y llegar a programar piezas sencillas que más tarde se mecanizarán, llegando así a conocer las bases del funcionamiento de una máquina de control numérico, diferenciando y analizando las características y prestaciones entre una máquina convencional y una máquina de C.N.C. Funciones principales: Son aquellas funciones que necesitamos necesariamente para que la máquina trabaje, como son todas aquellas que le indican a la máquina los movimientos de los carros, las revoluciones a las que tiene que trabajar, los avances que debe de llevar, etc. Las fundamentales son: G00. Movimiento de los carros a velocidad rápida. G01. Movimiento de los carros a velocidad de corte. G02. Interpolación circular en sentido horario. G03. Interpolación circular en sentido antihorario. G70. Programación de cotas en pulgadas. G71. Programación de cotas en milímetros.

© ITES-PARANINFO

207

Determinación y análisis de los conformados G90. Programación en absoluto. G91. Programación en incremental. G94. Avance F en mm/m. G95. Avance F en mm/vuelta. G97. Revoluciones del cabezal/minuto. Funciones auxiliares: Son aquellas funciones que nos ayudan a mejorar los programas y se establecen según necesidades de programación. Son funciones auxiliares: M00. Interrupción del programa. M02. Final de programa. M03. Indica que el cabezal de la máquina debe de girar a derechas. M04. Indica que el cabezal de la máquina debe de girar a izquierdas. M05. Parada del cabezal. M30. Final del programa con retorno al principio del mismo. Letras con significado de interés: Son aquellas letras que nos dan un significado y que precedidas de un número nos indican avances, r.p.m., bloques, herramienta de trabajo, etc. N. Número de bloque o línea. F. Es la letra en donde se inserta la velocidad de avance. S. Es la letra en donde se insertan las revoluciones. T. Es la letra en donde se inserta la herramienta con la que se va a trabajar. El programa de control numérico: Se llama programación de C.N. a una serie de instrucciones que se le dan al ordenador de la máquina para que cuando éste las lea, las ejecute literalmente, dándole a los carros de la máquina y al eje de la misma, los movimientos oportunos de tal forma que sea capaz de mecanizar o realizar el trabajo propuesto por complejo que sea. Un programa de C.N. contiene todas las instrucciones e información que se necesitan para poder mecanizar una pieza y consta de: • Número de programa. • Registros de control numérico. • Información de final de programa. Número de programa es la designación numérica que tiene un programa; es decir, él número con que se archiva el programa, bien en máquina, en cinta, en disco, etc. Actualmente hay controladores numéricos que admiten texto para dar el título a un programa. La palabra es una letra seguida de números las cuales tienen un significado concreto, también se llaman órdenes; por ejemplo, son palabras: G00. Es una palabra que significa que el carro se tiene que desplazar a velocidad rápida. G71. Es una palabra que significa que las cotas dadas a la máquina están en milímetros. Línea de trabajo o registros de C.N.: Forman una línea de trabajo o registro la sucesión de palabras que están asentadas a lo largo de la línea de trabajo; cada bloque o línea puede tener varias palabras de distinto significado; es decir, implican una orden. Ejemplo de una línea de trabajo: N100 G90 F100 T0101 S3000 M03

Significado de las palabras de la línea ejemplo: N100 ........ Bloque número 100 G90........... La programación está en absoluto F100.......... La velocidad de corte es de 100

208

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados T0101......... La herramienta con la que se trabaja es la 1 S3000......... Las revoluciones que lleva la máquina son 3.000 M03............ El sentido de giro del cabezal es a derechas. El programa de control numérico: Si todas estas instrucciones, palabras y funciones las ordenamos de forma que el procesador numérico sea capaz de leerlas y ejecutarlas de forma que a nosotros nos interese, decimos que tenemos un programa de control numérico. Podemos decir que es el conjunto de instrucciones, medidas y proceso lógico de mecanizado de una pieza, escritas según el lenguaje del procesador numérico. Como ejemplo podemos ver el escrito en el cuadro. PROGRAMA DE CONTROL NUMÉRICO N00 G54 T02.02 S1000 M03 N10 G01 G00 X100 N20 F100 N30 Z-50.5 N40 X00 Z00 N50 M30

Las formas de programación: Hay varios modelos de programación, que según tengamos que mecanizar un tipo de pieza u otro elegiremos el más adecuado; los sistemas convencionales son: Programación en incremental: Es una programación muy sencilla de generar, pues en todo momento sabemos dónde tenemos la herramienta, pero tiene el inconveniente de que si nos equivocamos en una coordenada las líneas siguientes debemos de corregirlas, pues todas ellas tendrán valores desplazados. • • • •

Se programa con la función G 91. Todo punto que se acota es el punto de partida de la herramienta. Las cotas se computan como cotas lineales. Si modificamos la posición de un punto todos los demás puntos deberán ser variados. • Es un método poco empleado pero muy fácil y cómodo de programar.

Ejemplo

N10 G91 programación en incremental. N20 X10 Z-5 del punto 0 al punto A. N30 X0 Z-10 del punto A al B. N40 X15 Z-20 del punto B al C.

25

C A

B

10

Iniciando la programación en el punto 0 del perfil representado, y escribiendo un programa en incremental que nos lleve la herramienta hasta el punto C, pasando por los puntos A y B (figura 4.4.3) tendremos el siguiente programa.

20

10

5

0

Figura 4.4.3. Programación en incremental.

Programación en absoluto: Este método de programación es uno de los más usados; todas las cotas parten de un mismo punto y tiene el inconveniente de tener que sumar las medidas de la pieza en el eje Z. Tiene la ventaja de que si modificamos un punto del programa el resto del mismo permanece inalterable. • Se programa con la función G 90. • El punto de partida de cotas suele ser el eje de simetría de la pieza. • Las cotas del eje X se digitalizan al diámetro, y no llevan signo.

© ITES-PARANINFO

209

Determinación y análisis de los conformados Ejemplo

25

C A

10

B

20

10

5

0

Figura 4.4.4. Programación en absoluto.

Retroceso G00 Avance G01

Iniciando la programación en el punto 0 del perfil representado (figura 4.4.4) y escribiendo un programa en absoluto que nos lleve la herramienta hasta el punto C, pasando por los puntos A y B tendremos el siguiente programa. N10 G90 programación en absoluto. N20 X20 Z-5 del 0 al punto A. N30 X20 Z-15 del punto A al B. N40 X50 Z-35 del punto B al C.

Movimiento de los carros en una máquina de control numérico: Los carros de una máquina de control numérico se mueven mediante las funciones que digitalizamos en las coordenadas de la máquina. G 00. Es la palabra que ordena a la máquina que el desplazamiento del carro sea velocidad rápida, velocidad de posicionamiento, con lo cual no toma la velocidad de corte. Función empleada para el retroceso de carros o desplazamientos de herramientas a puntos de seguridad sin que la herramienta corte.

Desplazamiento del carro

G 01. Es la palabra que ordena a la máquina que el desplazamiento del carro sea a la velocidad de corte digitalizada en F, palabra empleada para los movimientos de corte de la herramienta.

4.4.1 El torno de control numérico Es una máquina que trabaja por coordenadas; recordemos que el torno tiene dos ejes y que trabaja en el plano, al carro transversal se le denomina como eje X, y al longitudinal como eje Z. Incorpora un ordenador el cual es capaz de leer un programa específico, desplazando los carros según las cotas asentadas en el programa; puede trabajar con los dos carros al mismo tiempo, particularidad que se emplea para el mecanizado de piezas complejas, como el mecanizado de conos y curvas cóncavas y convexas. Torno de Control Numérico

Tiene la ventaja sobre los tornos paralelos (tornos convencionales) de que puede variar las revoluciones sin parar la máquina, así como modificar los avances durante el mecanizado de la pieza sin parar, sin tener que realizar cambios mecánicos parando la máquina. Otra ventaja que tiene es que podemos seleccionar la herramienta de trabajo según el tipo de herramienta que necesitemos posicionándola la misma máquina si la programamos a priori, sin necesidad de mover la torre a mano para buscar una herramienta determinada. Antes de cualquier mecanizado debemos de calcular todos los datos referentes al mismo, como avances, revoluciones, conos, curvas, pasos de rosca, etc. También seleccionar las herramientas con las cuales vamos a trabajar, pues todos los datos tenemos que meterlos en el programa que realizaremos para el mecanizado de la pieza, por lo que en principio deberemos de conocer el lenguaje de programación. Es la máquina ideal para trabajar grandes series. Los puntos 0 del torno: Llamamos puntos 0 máquina, a los puntos desde donde comenzamos a medir las carreras útiles de trabajo de los carros. Estos puntos de inicio y final nos definen las carreras de los carros, en este caso del torno, y las máximas longitudes y diámetros a trabajar en dicha máquina. Estos puntos debemos de conocerlos y tenerlos muy en cuenta a la hora de programar y trabajar piezas, no podemos realizar trabajos de mayores dimensiones que las establecidas por la carrera que nos dé la máquina.

210

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

D

P

L

X2

X1

Estos puntos también los conoce el ordenador de la máquina y si programamos desplazamientos más largos de los que se puede realizar, el ordenador nos emite una alarma y no ejecuta el programa. En la figura 4.4.1.1 podemos ver los puntos 0 de un torno de C.N.

W Z1

Z2 Z C

Figura 4.4.1.1. Puntos del torno.

El punto 0 pieza: Sabemos que el torno trabaja cuerpos de revolución, por lo tanto las piezas en él mecanizadas son simétricas. Cuando hacemos un programa para el mecanizado de una pieza determinada, tenemos que empezar la programación desde un punto, y desde ese punto comenzaremos el desplazamiento de la herramienta por toda la pieza hasta su mecanizado. A ese punto desde donde iniciamos la programación del mecanizado de la pieza le llamamos punto 0 de pieza o punto 0 de programación. Este punto generalmente en el mecanizado de piezas de revolución se suele situar en el eje de simetría de la pieza. También se suele situar en el eje del plato del torno. Ver figura 4.4.1.2. A este punto se le denomina por W (no está normalizado). +x +x –z

w +z

–z

w

+z

–x –x

Figura 4.4.1.2. Punto 0 en la pieza. Punto 0 en el plato.

Cuando situamos el punto 0 en el eje de simetría de la pieza la programación en el eje Z se hará en negativo, y cuando lo situamos en el eje del plato del torno la programación del eje Z se hará en positivo. El punto de partida de la herramienta (punto 0 herramienta): Cuando empezamos a trabajar; es decir, a cortar material, la herramienta la tenemos que posicionar en un punto determinado (H) desde el cual inicia los recorridos; a este punto (H) lo llamamos punto 0 de partida de herramienta, y debemos de buscar un punto en una parte de la máquina que nos permite quitar o poner la pieza en el plato del torno con facilidad sin que la pieza al manipularla tropiece con la herramienta. Para piezas de pequeña envergadura y de pequeño diámetro, un punto cómodo de posicionar la herramienta, y tenerlo como punto de partida, es situarla a 5 mm del eje X y a 5 mm del eje Z de la arista de la pieza, tal como indica la figura 4.4.1.3. Ese punto 0 de herramienta lo establece el programador donde le interesa, y puede tener el valor que le acomode en función de la envergadura de la pieza a trabajar.

© ITES-PARANINFO

o

H P

W

Figura 4.4.1.3. Punto de partida de la herramienta.

211

Determinación y análisis de los conformados Mecanizado de un cilindro: Vamos a mecanizar el cilindro de la figura realizando un programa de control numérico; la herramienta parte del punto W, que como hemos visto anteriormente le llamamos punto 0 de programación. Desde ese punto W haremos el programa para mecanizar el perfil de la pieza pasando por las aristas de la pieza hasta llegar al punto A. Realizamos un programa en incremental y otro en absoluto. El desplazamiento de los carros lo hacemos a velocidad rápida con G00, pues en este caso sólo nos interesa ver qué coordenadas tenemos que programar y cómo, para que la herramienta se desplace obteniendo el perfil de la pieza. Observemos que la herramienta está a 1 mm de la arista de la pieza; ver la figura 4.4.1.4.

20

30

∅15

∅25

∅35 15

o

w

1

Figura 4.4.1.4. Programa en incremental.

N10 G91.................. N20 G00 X0 Z0....... N30 X 7,5 N40 Z-31 N50 X5 N60 Z-20 N70 X5 N80 Z-15................. N90 Z66 .................. N100 X-17,5 ...........

Programa en incremental Punto W

Llegada al punto A Retorno de la herramienta Herramienta al punto W

Programa en absoluto N10 G90 .................. N20 G00 X0 Z0........ N30 X15 N40 Z-31 N50 X25 N60 Z-51 N70 X35 N80 Z-76 ................. N90 Z00 ................... N100 X00.................

Programación en absoluto Punto de partida W

Llegada al punto A Retorno de la herramienta Herramienta al punto W

Interpolación en el torno de control numérico: Las máquinas de control numérico tienen la ventaja de que pueden mover varios carros al mismo tiempo y cuando hablamos de interpolación, nos referimos a mover dos o más carros al mismo tiempo mediante la programación oportuna. Las interpolaciones pueden ser: Lineales. Desplazamiento de carros en línea recta. Circulares. Movimiento de carros describiendo círculos (arcos).

∅50

B

A

50

Figura 4.4.1.5. Interpolación lineal.

Interpolación lineal: Es el movimiento de dos o más carros al mismo tiempo, describiendo una trayectoria rectilínea (ver figura 4.4.1.5); en el caso de figura la herramienta se desplazará del punto A al punto B y describe una línea recta con una inclinación respecto al eje de simetría de la pieza. Para conseguir que el desplazamiento de los carros se realice al mismo tiempo tenemos que programar los desplazamientos de sus coordenadas respectivas en la misma línea de trabajo. Ejemplo de programación para el desplazamiento de la herramienta del punto A al B: N 100 G01 X50 Z50 F80 En este caso el carro X y el Z se moverán al mismo tiempo, hasta alcanzar las cotas digitalizadas en cada uno de los ejes (50 mm para el eje longitudinal Z, y 25 mm se desplazará la cuchilla desde A al punto B en el eje X), a una velocidad de corte de 80.

212

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Esta particularidad es la que se aprovecha para la generación y mecanización de conos, o mecanizados con un ángulo determinado sobre el eje de simetría de la pieza. Lógicamente hay que tener en cuenta los desbastes antes de perfilar el cono.

En la mecanización de arcos la herramienta parte de un punto, llamado punto de inicio del arco, y tenemos que hacerla llegar al punto donde termina el arco, llamado punto final del arco. Estos puntos se definen mediante las coordenadas respectivas (X y Z).

Desbaste α

x

d

D

Interpolación circular: Es el desplazamiento de dos o más carros al mismo tiempo describiendo una trayectoria circular, particularidad que se emplea para el mecanizado de arcos tanto cóncavos como convexos; en estas interpolaciones tenemos que emplear las palabras G02 y G03 que predisponen la máquina a trazar las trayectorias circulares.

L=Z

Figura 4.4.1.6. Desbaste del cono.

Cuando trazamos un arco lo hacemos desde un punto llamado centro, y ese punto se lo tenemos que indicar al ordenador de la máquina de control numérico. La forma de indicarle al ordenador dónde tenemos el centro del arco que queremos describir, es indicándole en coordenadas la distancia del punto de inicio del arco al centro.

G0 G0 2 3

Las letras empleadas para asentar estas coordenadas son I y K. Las coordenadas I, K pueden ser negativas o positivas. Coordenada I equivalente a la X. Coordenada K equivalente a la coordenada Z. Algunas máquinas admiten el valor del radio en R.

R

Figura 4.4.1.7. Interpolación circular.

G 02. Palabra que se aplica para la generación de curvas en sentido horario. Hay que indicarle a la máquina el punto de llegada de la herramienta y el radio de la curva a generar. G 03. Palabra empleada para la generación de curvas en sentido antihorario. Hay que indicarle a la máquina el punto de llegada de la herramienta y el radio. Hay que escribir las coordenadas del desplazamiento de los carros, así como el centro del arco en la misma línea de trabajo. Programación de arcos de 90º: Cuando los arcos a mecanizar son de 90º, como el de la figura, la línea de trabajo para que la trayectoria de la herramienta sea de A a B (figura 4.4.1.8) será:

12

B

Programación en incremental:

A

0

N100 G03 X12 Z-12 R12. Con indicación del radio. N100 G03 X12 Z-12 I0 K-12. Con coordenadas I, K. Programación en absoluto: N100 G03 X24 Z-12 R12. Con indicación del radio. N100 G03 X24 Z-12 I0 K-12. Con coordenadas I, K.

Figura 4.4.1.8. Mecanizado de arcos de 90º.

Programación de arcos distintos de 90º: Si el mecanizado del arco no es un cuadrante completo, como es el caso siguiente, tendremos que calcular las coordenadas del arco BC para asentarlas en el programa. Veamos el programa para mecanizar el arco AC pasando por B. Ver figura 4.4.1.9.

B

La herramienta parte del punto A de coordenadas X = 0 y Z = 0 y tiene que alcanzar el punto C de coordenadas (en absoluto) X = 16 y Z = 12 + 8,994 = 20,994.

© ITES-PARANINFO

∅ 16

OC = 12 CN = 16 : 2 = 8, valor a asentar en la coordenada X ON = ON ² = OC² – CN²; resolviendo tenemos que ON = 8,994, valor a asentar en Z AN = 12 + 8,944 = 20,944

12

3

Cálculo del triángulo ONC a realizar:

G0

C

A N

0

Figura 4.4.1.9. Mecanizado de una semibola.

213

Determinación y análisis de los conformados Siendo las coordenadas del punto de partida A al centro del círculo I = 0, K = –12. Procedemos a escribir la línea de trabajo, que puede ser asentando el radio, o las coordenadas I y K. N.... G90 N..... G03 X16 Z-20,944 R12, indicándole el radio con R N.... G90 N.... G03 X16 Z-20,944 I0 Z-12, indicándole el radio con coordenadas I, K Programación y mecanización de dos arcos tangentes: Cuando tenemos que mecanizar dos arcos tangentes, tendremos que calcular el punto de tangencia de los arcos, pues el punto donde termina el arco mecanizado con G02, es el punto donde comienza el mecanizado del arco con G03. Al ser dos arcos a mecanizar tendremos que escribir dos líneas de trabajo, una que realice un arco, y otra con todos los datos del arco tangente al primero. 4 W 30

∅

0

Como ejemplo, tenemos que mecanizar la pieza de la figura del croquis (figura 4.4.1.10), cuyos cálculos los tenemos en la figura 4.4.1.11, en la cual la herramienta tiene que describir una trayectoria circular de WE con un diámetro de 30 mm y en el punto E comienza la trayectoria para describir el arco EM con un radio de 4 mm. Dibujamos las circunferencias tangentes y calculamos los datos que nos interesan para la programación.

Figura 4.4.1.10. Mecanizado de arcos tangentes.

k = 15

I K

A

M

D B

I

S C

F I

E

N

W

K

K

H I

Figura 4.4.1.11. Cálculos de arcos tangentes.

Cálculos a realizar: Tenemos el triángulo ABC: BC = 12,5 CA = 15 + 4 = 19 BC² = 19² – 12,5² = 14,30 El triángulo ACB semejante al AED AC

AB

CB

---------------- = ---------------- = ---------------- = ;

AE

AD

19

AB

12,5

---------------- = ---------------- = ----------------

ED

15

AD

ED

AD = (15 × 12,5) / 19 = 9,86 DB = 12,5 – 9,86 = 2,64 ED² = 15² – 9,86² = 11,30 HD = 15 – 9,86 = 5,14 SN = 4 – 2,64 = 1,36 Datos para el arco WE: X = AD y Z = R + ED Datos para el arco EM: X = DB y Z = R + BC + 4 N..... G02 X19,72 Z26,30 I0 K15........ Línea para el mecanizado del arco WE en absoluto N..... G03 X5,28 Z33,3 I 2,64 K3........ Línea para el mecanizado del arco EM en absoluto

214

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Mecanizado a torno de una pieza combinada: A título de ejemplo vamos a realizar un programa para mecanizar por control numérico la pieza del croquis; sólo hacemos el programa del seguimiento del perfil; por lo tanto, la programación de la pieza seguirá una trayectoria que es el perfil; de la pieza desde el punto W al último punto de la pieza. Debemos de tener en cuenta que la cuchilla parte en este caso del punto W; por lo tanto, la herramienta la tendremos en ese punto al iniciar el perfilado de la pieza. Figura 4.4.1.12.

∅40

∅30

18 N o

W

A 25

10

15

10

10 5

Figura 4.4.1.12. Mecanizado de conos y radios.

El programa se escribe en absoluto: Recordemos que cuando la programación se hace en absoluto las cotas de los radios (carro transversal) se digitalizan al diámetro y no llevan signo, y las longitudes o recorridos en el eje Z (carro longitudinal) partirán siempre desde el punto W, con lo cual se irán sumando. El mecanizado se realiza desplazando la cuchilla por debajo del eje de simetría. Como el arco no es un cuadrante completo tendremos que calcular los datos a asentar en la línea que nos va a ejecutar el arco, así como las coordenadas a poner en I y K. Cálculos: Tenemos el triángulo ONA ON = 5 NA = 18 OA² = NA² – ON²; OA = 17,291 WO = 18 – 5 = 13 Programa: N010 G90........................ Programa en incremental N020 G00 X0 Z0............ Partimos del punto W en el eje Z N030 G02 X34,583 Z-13 R18 N040 G01 X40 Z-18 N050 Z-28 N060 X30 Z-38 N070 Z-53 N080 X40 Z-63 N090 Z-88 N100 Z00 .............. Retorno de la herramienta N110 X 00.............. Herramienta al punto W Orden lógico a seguir para el mecanizado de piezas por control numérico: En toda fabricación o mecanizado de piezas debemos de llevar un orden o proceso de trabajo a seguir, que en cualquier máquina convencional puede llegar a ser complicado, pero en el caso de las máquinas de control numérico dada la rapidez y la precisión con que se trabaja puede llegar a ser muy complicado si no se tienen en cuenta ciertos parámetros, como la generación del programa, decalaje de las herramientas, compensación de las mismas, cálculos matemáticos de puntos de llegada de la herramienta, etc. Un orden habitual y práctico es el siguiente: 1º - Diseñar la pieza a mecanizar y el proceso de las operaciones a seguir. 2º - Calcular todos los parámetros, como r.p.m., avances, curvas, conos, etc.

© ITES-PARANINFO

215

Determinación y análisis de los conformados 3º - Elegir las herramientas adecuadas al tipo de mecanizado, como herramienta de cilindrar, cortar, roscar, etc. 4º - Realizar el programa. 5º - Meter el programa al ordenador de la máquina. 6º - Simular el mecanizado para la corrección de errores si los hubiere. 7º - Montar las herramientas y compensarlas. 8º - Mecanizar la pieza. 9º - Verificar la pieza, medidas y acabados. 10º- Mecanizar la serie pedida. Los ciclos fijos del torno de control numérico: Como hemos visto en la programación convencional, los programas se pueden alargar mucho y digitalizar muchas líneas de trabajo para la mecanización de una pieza, con lo cual resultan programas largos e incómodos, que a la hora de teclearlos en el ordenador de la máquina se prestan a tener errores de traspaso de datos, saturación de memoria, etc. Los ciclos fijos son instrucciones que en una sola línea de trabajo establecen todos los parámetros que se necesitan para la realización de una fase del mecanizado, como cilindrar, refrentar, roscar, etc. Todos los ciclos fijos requieren unos cálculos (espesor del material a quitar, pasada que queremos dar, r.p.m. para el acabado, etc.) que debemos realizar antes de la confección del programa con el fin de asentar estos datos en los parámetros adecuados. Dada la diversidad de máquinas existentes, nos encontraremos que algunas disponen de ciclos fijos específicos, y lo que se pretende en este capítulo es conocer la existencia de los mismos. A continuación se da una tabla con los ciclos fijos del torno más comunes y su aplicación. CICLOS FIJOS DEL TORNO FUNCIÓN

APLICACIÓN

G66

Ciclo fijo de seguimiento de perfil

Empleado para mecanizar piezas que tengan perfiles complicados de programar, realiza el desbaste de la pieza a base de dar pasadas. La trayectoria de la herramienta recorre el perfil de la pieza. Fácil de programar, muy cómodo y práctico.

G68

Ciclo fijo de desbaste transversal

Es un ciclo empleado cuando tenemos que realizar grandes desbasten en el eje Z. La trayectoria de la herramienta sale a G00 y entra cortando material a G01 tomando el valor de F.

G69

Ciclo fijo de desbaste longitudinal

Se emplea para cuando tenemos que desbastar material en el eje X. El funcionamiento de este ciclo es igual que el G68.

G81

Ciclo fijo de torneado de perfil

Este ciclo se emplea para cuando tenemos que mecanizar piezas generalmente con superficies de geometría recta (cilindro y cono). Realiza el desbaste de la pieza y la última pasada perfila la geometría de la pieza.

G83

Ciclo fijo de taladrado

Ciclo empleado para el taladrado de piezas en el torno. Penetra la herramienta una medida determinada y saca la broca con el fin de desahogarla de viruta, luego vuelve a taladrar la cota predeterminada hasta que alcanza la cota final de taladrado.

Ciclo fijo de torneado de perfil

Este ciclo se emplea para cuando tenemos que mecanizar piezas generalmente con superficies de geometría con curvas (cilindro y radio). Realiza el desbaste de la pieza y la última pasada perfila la geometría de la pieza

G88

Ciclo fijo de ranurado transversal

Se emplea este ciclo para el mecanizado de ranuras o cajeados realizados en la superficie longitudinal de la pieza (eje Z). La herramienta entra en la pieza a velocidad de corte G01 y se desplaza a velocidad de G00.

G86

Ciclo fijo de mecanizado de roscas

Ciclo específico para el mecanizado de roscas. Se digitalizan todos los parámentos en una línea y la máquina coge el paso dando una pasada de corte y regresa al punto de partida sin invertir el sentido de giro del cabezal.

G84

216

DEFINICIÓN

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Ciclo fijo de cilindrado: Es una de las operaciones más empleadas en el torno, pues todos los mecanizados llevan operaciones de desbaste antes del perfilado de la pieza, con lo cual es uno de los ciclos fijos más empleados. Este ciclo realiza el desbaste de la pieza en una sola línea de programación, trabaja desplazando la herramienta cortando material en el eje Z a velocidad de corte con G01; una vez alcanzada la longitud del punto de cilindrado retorna la herramienta al punto de comienzo con velocidad G00, profundiza pasada en el eje X y repite el desbaste, realizándose esta operación tantas veces como número de pasadas haya establecido el programador hasta alcanzar la profundidad de corte total. Dando la última pasada de acabado y terminando el cilindrado. Tenemos que tener en cuenta calcular la pasada de acabado en profundidad de corte, avance y r.p.m. La función empleada en el mecanizado con este ciclo depende de los controladores (ordenadores), generalmente es la G68. Algunas máquinas tienen la G84. Datos a tener en cuenta en el ciclo fijo de cilindrado:

S. D. d. P. W.

Es la profundidad de corte que dará la cuchilla en cada pasada (subdivisión de corte). Es el espesor de material a quitar en la última pasada para el afinado. Diámetro mayor de la pieza. Diámetro menor de la pieza. Punto de partida de la herramienta. Punto 0 pieza de programación.

B G01

C 5

∅d A H

H.

W ∅D

En este ciclo es muy importante saber la pasada a dar, el espesor que tenemos que guardar para la última pasada, o pasada de acabado, y el perfil de la pieza a mecanizar, como son las longitudes y diámetros inicial y final. En la figura 4.4.1.13 tenemos una pieza en la que se representan las distintas pasadas a dar y la diferencia de diámetros, que serán e = (D – d).

D-d -------2

Son los datos que el programador tiene que calcular y tener en cuenta para escribirlos en la línea de programación del ciclo, como la profundidad de corte, las r.p.m., el avance según el tipo de material a cortar, etc., de forma que cuando el control los lea no emita ningún error, y nos garantice el proceso y las medidas a obtener en la pieza mecanizada.

G00 P

Figura 4.4.1.13. Ciclo fijo de cilindrado.

Ejemplo de mecanizado de cilindrado con ciclo fijo:

A

B C

∅50

W

5 1

∅100

25

Tenemos que desbastar la pieza del croquis (figura 4.4.1.14) cuyo diámetro en bruto tiene 100 mm y hay que dejarlo en un diámetro de 50 mm con una longitud de 70 mm y lo hacemos con ciclo fijo de desbaste; el punto 0 pieza lo tomamos en el eje de simetría W y el programa se escribe en absoluto. El perfil de desbaste es ABC. La pasada de acabado la establecemos en 1 mm.

1 70

Figura 4.4.1.14. Ejemplo de cilindrado por ciclo fijo.

El material a quitar será (100 – 50) / 2 = 25 mm; es lo que penetrará en total la herramienta.

© ITES-PARANINFO

217

Determinación y análisis de los conformados La herramienta que montamos nos quita en cada pasada una profundidad de 5 mm, por lo que tendremos que dar 25 / 5 = 5 pasadas. Queremos que la última pasada nos acabe la pieza puliendo la superficie mecanizada, por lo que dejamos en esa pasada que la herramienta nos corte sólo 1 mm de profundidad. El número de pasadas a dar será de 4 de desbaste de 5 mm de profundidad, 1 de desbaste de 4 mm de profundidad y 1 de acabado de 1 mm de profundidad. Total, 6 pasadas. Programa: N00 G90 N10 G94 G97 F ..... M03 T...... S..... N20 G00 X105 Z5. Punto de partida de la herramienta N30 ........ Línea del ciclo fijo según máquina en la que se establece el punto de partida de la herramienta, el punto de llegada, la profundidad de corte por pasada y la sobremedida para el acabado. N40 M30 N50 G01 X50 Z-00.............. Punto A N60 G01 X50 Z-70.............. Punto B N70 G01 X100 Z-70............ Punto C Ciclo fijo de refrentado: Este ciclo tiene la particularidad de que nos refrenta las piezas a mecanizar quitando el material sobrante desplazando la herramienta en el eje X (carro transversal). La herramienta realiza el corte avanzando frontalmente en la pieza con G01 al avance programado y el retorno de la herramienta lo realiza con G00 a velocidad rápida. Este tipo de mecanizado tiene más aplicación en el desbaste de piezas por la cara de refrentado que en el refrentado de piezas propiamente dicho, aunque también lo empleamos para refrentar. Es un ciclo muy empleado en la mecanización de piezas de gran diámetro, pues casi todas las piezas que habitualmente se mecanizan necesitan un refrentado para limpiar la cara perpendicular al eje de simetría longitudinal de la pieza. Estructura del programa: Este ciclo trabaja como el del desbaste, y un orden lógico de trabajo es el siguiente:

C

G00 1

A

B

G01

2

∅80

W

∅30

31

3 P

Figura 4.4.1.15. Ciclo de refrentado.

218

a) Se escribe el tipo de programación, si es en incremental o en absoluto. b) Se establecen las condiciones de máquina. c) Se pone la herramienta en su punto de partida. Recordemos el margen de seguridad que debe de tener. d) Se establece el punto 0 de programación de la pieza. e) Se escribe un programa con la trayectoria de la herramienta en el eje X. f) Se escribe la línea con el ciclo fijo y sus parámetros. g) Una vez mecanizado el ciclo fijo se vuelve al mecanizado del resto de la pieza si lo hubiere. h) Fin de programa M30. Datos a tener en cuenta para el mecanizado de refrentado: Como se ve, los parámetros para este ciclo son prácticamente los mismos que para el cilindrado, pues la diferencia con el cilindrado está en que la herramienta se mueve en el eje X. Perpendicular al eje Z. Ver figura 4.4.1.15. H. Es la profundidad de corte que dará la cuchilla en cada pasada (subdivisión de corte). S. Es el espesor de material a quitar en la última pasada para el afinado. L. Longitud a refrentar.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados P. Punto de partida de la herramienta. W. Punto 0 pieza de programación. En el bloque de trabajo escribiremos: Ejemplo de mecanizado de refrentado con ciclo fijo: Queremos mecanizar la misma pieza del dibujo anterior, cuyas medidas son L = 31, diámetro mayor D = 80, y diámetro menor d = 30, dejando 1 mm para el acabado, y la mecanizamos con ciclo fijo de refrentado. La herramienta a emplear tiene un ancho de filo de 4 mm, por lo que emplearemos un corte útil de 3 mm. El número de pasadas a dar será 31 / 3 = 10,3; tendremos 10 pasadas de desbaste de 3 mm y una de acabado de 1 mm. Cada pasada tiene un ancho de corte de 3 mm (lo que se desplaza la herramienta longitudinalmente). La profundidad de corte total será de (80 – 30) / 2 = 25 mm. La geometría a desbastar será ABC (material a desbastar). Tenemos que tener en cuenta que la herramienta debe de comenzar el corte 2 mm antes de la arista del diámetro exterior de la pieza, igual que la retirada. Programa: N00 G90 N10 G94 G97 F100 S1000 F..... M03 M41 N20 G00 X60 Z5 N30 ... Línea del ciclo fijo en la que se indicará la profundidad de corte y las condiciones de mecanizado según máquina. N40 M30 N50 G01 X30 Z00............. Punto A N60 G01 X30 Z-31............ Punto B N70 G01 X80 Z-31............ Punto C Ciclo fijo de cajeado: Este ciclo es de las mismas características que el de refrentar, con la particularidad de que lo empleamos para el mecanizado de cajas o ranuras perpendiculares al eje Z de la máquina. La entrada de la herramienta se realiza a velocidad de corte con G01 y la salida la realiza a velocidad rápida con G00. En esta aplicación debemos de tener en cuenta el ancho de la herramienta, pues los desplazamientos para el mecanizado del ancho los calcula el propio ordenador. El funcionamiento es muy sencillo, la herramienta realizará cortes perpendiculares al eje Z cortando material y realizando una caja; cuando la herramienta se retira se desplaza un ancho de herramienta y vuelve a cortar material, repitiendo la operación tantas veces como le indiquemos al controlador, hasta que cumpla la condición del ancho de la caja a mecanizar. Estructura del programa: El orden lógico de trabajo es el siguiente para el mecanizado con este ciclo: a) Se escribe el tipo de programación, si es en incremental o en absoluto. b) Se establecen las condiciones de máquina. c) Se pone la herramienta en su punto de partida (tenemos que medir el ancho de la herramienta). d) Se establece el punto 0 de programación de la pieza. e) Se escribe un programa con la trayectoria de la herramienta. f) Se escribe la línea con el ciclo fijo y sus parámetros.

© ITES-PARANINFO

219

Determinación y análisis de los conformados

∅d

∅D

g) Una vez mecanizado el ciclo fijo se vuelve al mecanizado del resto de la pieza si lo hubiere. h) Fin de programa M30.

x

H A z

Figura 4.4.1.16. Ciclo de cajeado.

Datos a tener en cuenta para el mecanizado con este ciclo: Como se ve, los parámetros para este ciclo son prácticamente los mismos que para el cilindrado, pues la diferencia con el cilindrado está en que la herramienta se mueve en el eje X. Ver figura 4.4.1.16. H. Z. A. X.

Es el ancho de la cuchilla (subdivisión de corte). Longitud de caja. Principio de la caja. Fondo de la caja.

Cuando tenemos que mecanizar piezas con varias cajas en el eje perpendicular al eje Z, como la de la figura, podemos emplear la función G25 para repetir el mecanizado tantas veces como ranuras tengamos que realizar en la pieza, programando solamente una vez la mecanización de la ranura. Ciclo de taladrado en el torno: Cuando realizamos taladros que son muy profundos, tenemos que sacar la broca cada unos milímetros cortados para su desahogo, con el fin de que la viruta salga del agujero y se limpien los labios de corte de la broca y ésta pueda seguir cortando el material del agujero sin dificultad. Si esta operación de extracción de viruta no se realiza, la broca pierde su refrigeración y su poder de corte por atasco de virutas, incluso podemos llegar a romper la broca. El ciclo fijo de taladrado realiza esta operación de forma automática, de manera que no hace falta la programación de líneas para la extracción de viruta, el ciclo se encarga de realizar la operación de extracción de la broca en la longitud de taladrado que el programador considere. Ver figura 4.4.1.17. Z L

L’

W

a

a

a

Figura 4.4.1.17. Ciclo fijo de taladrado.

Estructura del programa para el taladrado en el torno con ciclo fijo: Hemos de tener en cuenta que la penetración de la broca la realiza a velocidad de corte con G01 y el desahogo para la extracción de viruta la realiza a velocidad rápida con G00. El orden lógico de trabajo a establecer en este ciclo es el siguiente: a) Podemos escribir el programa en absoluto o en incremental. b) Se establecen las condiciones de máquina calculando avance y r.p.m. c) Se coloca la broca en la torre anotando los puntos de partida de la broca (coordenadas). d) Se establece el punto 0 de programación en el eje de simetría. e) Tendremos que definir el avance de la broca y qué retroceso queremos que tenga para su desahogo. f) Establecemos la longitud del taladrado, teniendo en cuenta la entrada de la broca L´. g) Definimos el espacio de penetración a. h) La profundidad del taladro en algunas máquinas siempre es con Z negativo (Z - ...).

220

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Ciclo fijo de roscado: El roscado es uno de los procesos de mecanizado más laborioso y complicado de realización en las máquinas convencionales, una de las desventajas que tiene es que tenemos que retornar la herramienta en vacío (sin cortar material) a principio de rosca en cada pasada dando contramarcha al torno. La ventaja del roscado en la máquina de control numérico está en el ciclo de roscado, el cual realiza el avance y retroceso de la herramienta con el mismo sentido de giro del cabezal sin necesidad de dar contramarcha a la máquina y por lo tanto la velocidad de avance puede ser ligeramente mayor, así como las revoluciones del roscado, con lo cual tenemos una ventaja inmediata, que acortamos el tiempo del mecanizado. El control cuando lee el ciclo de roscado retorna la herramienta automáticamente llegando a principio de rosca, coge el paso y da las pasadas requeridas según los cálculos realizados por el programador hasta terminar la rosca. Este ciclo contempla las pasadas de acabado, que deberán ser menores que las de desbaste, con el fin de pulir la rosca. Estructura del programa de roscado: Lo primero que tenemos que realizar para trabajar con este ciclo es calcular los datos del tipo de rosca a mecanizar, como son: el paso, profundidad de la misma, geometría (métrica, Wihtworth, etc.), ángulo de la herramienta, etc. a) En este ciclo conviene que la programación se escriba en absoluto. b) Se establecen las condiciones de máquina. El avance será el paso de la rosca, las revoluciones serán menores que para los desbastes. c) Se pone la herramienta en su punto de partida. Hay que darle al ordenador el ángulo de la herramienta. d) Se establece el punto 0 de programación de la pieza, teniendo en cuenta los márgenes de salida y entrada de rosca, los cuales serán calculados por el programador. e) Se escribe la línea con el ciclo fijo y sus parámetros. f) Una vez mecanizado el ciclo fijo se anula éste y se vuelve al mecanizado del resto de la pieza si lo hubiere. g) Fin de programa M30. Datos a tener en cuenta para el mecanizado con ciclo fijo de roscado: Los parámetros a tener en cuenta en un ciclo de roscado son todos aquellos que nos dan los datos para el mecanizado de la rosca, como son: • • • • • • • • • • • • • •

Punto de comienzo de la rosca dado en coordenadas X, Z. Punto de acabado de la rosca dado en coordenadas X, Z. Número de pasadas para profundizar el filete de la rosca (h : b). Espesor del material a quitar en la pasada de acabado (a). Paso de la rosca (P). Ángulo de la cuchilla que debe de conocer el control (α). Entrada de la rosca (e); es la distancia que necesita el control para coger el paso. Salidas de la rosca (s). De = Diámetro exterior de la rosca. h = Altura del hilo de la rosca. P = Paso. α = Ángulo de la rosca. La longitud total a programar para mecanizar la rosca será L + e + s. La distancia de seguridad para el retorno de la herramienta y dar la pasada siguiente es (c). Cuando el desplazamiento de la herramienta cortando es hacia A la rosca será a derechas y cuando el desplazamiento de corte es hacia B la rosca será a izquierdas. En la figura 4.4.1.18 se muestra la trayectoria de la herramienta para el roscado.

© ITES-PARANINFO

221

h

a

Determinación y análisis de los conformados

b

α

c

P L

S

e α

A B

Figura 4.4.1.18. Trayectoria de la herramienta.

Ejemplo de mecanizado de una pieza con ciclo fijo de roscado: Queremos mecanizar la rosca del croquis cuyas medidas son las acotadas. El programa lo hacemos en absoluto, y los datos para su mecanizado son: • • • • • • •

Ángulo de la rosca 60º, pues es una rosca métrica. Altura del filete = paso 1,5 × 0,7 = 0,975 mm. La rosca es a derechas y a la entrada y salida de rosca se les da un margen de 3 mm. La retirada de la cuchilla para el retorno la establecemos en 2 mm. El punto 0 de programación lo situamos en el eje de simetría de la pieza, W. La herramienta de desbaste la situamos en el punto 5,5. En este ejemplo la pieza la mecanizamos por la cara de arriba.

En la figura 4.4.1.19 se ven los datos para el roscado de una pieza por ciclo fijo.

2

3 A W

12

12

M25x150

1,5

∅22

∅35

3 B

25

Figura 4.4.1.19. Roscado con ciclo fijo.

N000 G90................................ N110 T2.2 S1500 F80 M03.... N120 G92 X45 Z5 .................. N130 G00 X30 Z1 .................. N140 G01 Z-37....................... N150 G00 Z1 .......................... N150 G01 X26 N160 Z-37............................... N170 X35 Z-49....................... N180 G00 Z1 .......................... N190 G01 X23 Z0...................

Programación en absoluto Condiciones de máquina para el desbaste Punto de partida Posición de corte 1ª pasada de desbaste Retorno de la herramienta 2ª pasada de desbaste Desbaste del cono Retorno de la herramienta Comienza el perfilado de la pieza y pasada de acabado

N200 X25 Z-1,5 N210 Z-24 N230 X23 Z-25,5

222

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados N240 X35 Z-49....................... N250 G00 X45 Z5 .................. N260 T .................................... N270 S500 .............................. N280........................................

Termina el perfilado Herramienta al punto de partida Llamada a la herramienta de roscado Revoluciones para el roscado Se escribe la línea del ciclo fijo de roscado según máquina N70 G00 X45 Z5 .................... Retirada de la herramienta al punto de partida N80 M30................................. Fin de programa

4.4.2 La fresadora de control numérico Conociendo la fresadora universal, diremos que básicamente es la misma máquina, a la cual se le incorporan los motores paso a paso y el controlador, el cual comanda los motores de la máquina; éstos a su vez mueven los carros, que son los mismos que en la fresadora convencional llamados por coordenadas, siendo el carro longitudinal el eje X, el transversal el eje Y y el vertical el eje Z.

Fresadora de Control Numérico

La fresadora de control numérico puede realizar todo tipo de mecanizados, y tiene prestaciones que las fresadoras convencionales no las pueden realizar, como son los cajeados circulares, roscados con macho, etc. Al poder interpolar los tres carros al mismo tiempo, podemos mecanizar piezas con más facilidad, como es el caso del mecanizado de levas, superficies con curvas y arcos, etc. Lo mismo que cualquier máquina de control numérico, hay que escribir el programa correspondiente para que mecanice la pieza requerida. A la hora de programar una pieza para ser mecanizada en este tipo de máquina deberemos de tener en cuenta que tiene tres ejes y que el movimiento de rotación lo lleva la herramienta y el de translación lo recibe la pieza. Como en cualquier máquina, antes del mecanizado de la pieza físicamente, podemos simular el mecanizado teóricamente y ver la trayectoria y los desplazamientos de los carros en el ordenador con el fin de realizar correcciones si hubiere errores y evitar así roturas de herramientas o piezas inservibles. Los puntos de la fresadora: Ya sabemos que la fresadora trabaja en el espacio, por lo que a la hora de programar trabajos habremos de tener en cuenta la posición de los carros, las carreras de los mismos, posición de la herramienta y su longitud, etc. En el dibujo vemos los puntos 0 de la máquina. El punto M es el punto 0 de carros. El punto W es el punto 0 de programación de la pieza. El punto H es el punto 0 de herramienta (filo de la herramienta).

–x

Generalmente se establece el punto 0 en el vértice del ángulo formado por las tres aristas de la pieza (W), con el fin de que las coordenadas X e Y se escriban en positivo. Es un punto cómodo de empezar la programación de la pieza. El establecerlo en otro lugar de la pieza, como el de la figura (W´), tiene la dificultad de tener que programar coordenadas en positivo y en negativo. Ver figura 4.4.2.2. Punto de partida de la herramienta: La herramienta la hemos de tener fuera de la pieza antes de empezar el corte de material (figura 4.4.2.3), por lo que debemos de conocer el punto de partida de la misma, y ese punto tenerlo en cuenta a la hora de la programación de las carreras de los desplazamientos de la pieza. La cota L suele ser el diámetro de la fresa con la cual se va a trabajar, en este caso será L = 6 mm. Figura 4.4.2.3.

© ITES-PARANINFO

w +x

M

–y

Figura 4.4.2.1. Punto 0 de la fresadora. +y +z

Los puntos de la fresadora los vemos en la figura 4.4.2.1. El punto 0 de programación de pieza: Es el punto desde donde partimos a escribir el programa para el mecanizado de la pieza; ese punto lo establece el programador y puede estar en cualquier parte de la pieza.

H

+y +z

–x w –y –z

+z +y –x w’ –y

+x +x

–z

Figura 4.4.2.2. Puntos 0 de la pieza.

L

Figura 4.4.2.3. Punto de partida de la herramienta.

223

Determinación y análisis de los conformados Mecanizado de una pieza en fresadora: Realicemos un programa para el mecanizado de la pieza del dibujo. Teniendo como punto 0 de programación el vértice de la pieza W, y utilizando una fresa de 6 mm de diámetro para realizar el ranurado, vamos a escribir un programa en absoluto que nos mecanice la ranura de la pieza de la figura 4.4.2.4. La herramienta partirá del punto H y cuando termine el mecanizado regresará al punto de partida.

5

25 15

50

∅6

3

W 15

30

45

25 90

Figura 4.4.2.4. Mecanizado de una pieza.

N50 G00 X94 Y 45 Z2 ..... La herramienta se queda a 2 mm sobre la superficie de la pieza N060 G01 Z-3.................... La herramienta se sitúa en la profundidad de la ranura N070 X15 N080 Y5 N090 X75 N100 Y35 N110 X30 N120 Y15 N130 X60 N140 Y25 N150 X45 N160 G00 Z5....................... Terminamos el mecanizado y levantamos la herramienta N170 M30 Interpolación lineal: Es el movimiento de dos carros al mismo tiempo, de forma que al desplazarse den una trayectoria rectilínea, lo que aprovechamos para el mecanizado de ángulos. Este tipo de programación lo podemos realizar tanto en incremental como en absoluto, según le interese al programador. Las coordenadas del punto de llegada se deberán programar en la misma línea de trabajo y con las funciones G00 y G01. +y

C

Para que la fresa nos siga la trayectoria del triángulo de la figura (ABC) desde el punto W de programación y nos trace la hipotenusa con su ángulo correspondiente, veamos cómo tendríamos que escribir la línea de trabajo. Figura 4.4.2.5.

30

Programa en absoluto:

W

10

B 5

–x

A 30

Figura 4.4.2.5. Interpolación lineal.

N00 G00 X10 Y5 N10 G01 X30...... N20 Y30............... N30 X10 Y5.........

al punto A al punto B al punto C al punto A

Programa en incremental: N00 G00 X10 Y5 N10 G01 X20 N20 Y20 B30 X-20 Y-20

224

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Ejemplo 6

Tenemos que mecanizar una ranura cuyas medidas y ángulo se representan en la figura 4.4.2.6 del croquis.

Herramienta al punto de inicio La herramienta se clava Herramienta al final ranura Herramienta por encima de 0

W

8

N10 G90 N20 G00 X10 Y8.... N30 Z-..................... N40 X25 Y 25 ........ N40 Z+....................

25

Hacer un programa en absoluto para mecanizar la ranura pedida. Partimos del punto W (punto 0 de programación pieza). 10

25

Figura 4.4.2.6. Mecanizado de ranuras.

Programación y mecanización de arcos: El mecanizado de arcos en la fresadora se realiza interpolando los carros correspondientes al arco que se desea mecanizar; el fundamento es el mismo que el del torno. Tenemos que emplear igual que en el torno las funciones G02 y G03. G02 es la función que realiza la interpolación circular por la derecha; es decir, en el sentido de las agujas del reloj. G03 es la función que realiza la interpolación por la izquierda; es decir, en sentido contrario a las agujas del reloj. Para mecanizar un arco tendremos que escribir la función correspondiente, el punto de llegada de la herramienta y el centro del arco a mecanizar con las coordenadas I, J, K (coordenadas desde donde empieza la herramienta a mecanizar el arco al centro del arco; pueden ser positivas o negativas). MECANIZADO DE ARCOS I J K

Es la coordenada equivalente a la X Es la coordenada equivalente a la Y Es la coordenada equivalente a la Z

Cuando tenemos que mecanizar círculos completos se deben de escribir dos líneas, cada línea mecanizará un arco de 180º.

Ejemplo Vamos a mecanizar el arco del círculo de la figura 4.4.2.7 con un radio de 18 mm al eje de simetría y la herramienta partirá del punto: P (X = 0, Y = 0, Z = 0); le damos 2 mm de profundidad. 1º - Llevamos la herramienta al eje de simetría del círculo, punto A. N10 G90 N20 G00 X17 Y25 N30 G01 Z-2 N40 G02 X53 Y25 I18 J0 N50 G02 X17 Y25 I-18 J0 N60 Z0 N70 G00 X0 Y0

© ITES-PARANINFO

18

50

2º - Mecanizamos el arco por la derecha, sentido horario.

A

P

70

35

Figura 4.4.2.7. Mecanizado de arcos.

225

Determinación y análisis de los conformados Mecanizado de arcos distintos de 90º: Cuando tenemos que mecanizar arcos distintos de 90º, el procedimiento a seguir es el mismo que en el mecanizado de arcos en el torno, tenemos que calcular los puntos de llegada de la herramienta en coordenadas comunes (X, Y, Z) y luego darle el valor del radio en coordenadas I, J, K desde el punto de partida de la herramienta al centro del arco. Recordemos que las coordenadas I, J, K pueden tener valores negativos o positivos. Los ciclos fijos en la fresadora de control numérico: Cuando escribimos programas con las funciones G00 (movimiento de carro rápido) y G01 (movimiento de carro a velocidad de corte) los programas se hacen muy largos y complejos; recordemos que esta máquina tiene tres ejes y los programas suelen ser más largos que en el torno, y para simplificar los programas y evidentemente mejorarlos, existen unas funciones que son específicas para la realización de determinados trabajos, como cajeados, taladrados, roscados, etc., y que en una sola línea de programación se establecen todos los criterios de funcionalidad, de forma que cuando el controlador lee dicha línea ejecuta el mecanizado propuesto en las condiciones establecidas. Los ciclos fijos nos ayudan a simplificar cálculos y el método de programación, por lo que son cómodos y prácticos. A continuación se expone una tabla con los ciclos fijos de la fresadora más comunes y sus aplicaciones. CICLOS FIJOS DE LA FRESADORA FUNCIÓN

DEFINICIÓN

APLICACIÓN

G81

Empleado para mecanizar piezas en las que se tengan que realizar Ciclo fijo de taladrado simétrico cirtaladros simétricos con un diámetro determinado. Nos evita los cular cálculos de coordenadas.

G82

Ciclo fijo de taladrado simétrico Es un ciclo empleado cuando tenemos que realizar muchos taladros rectangular cuyas medidas sean iguales o simétricas.

G83

Ciclo fijo de taladrado profundo

Se emplea para realizar taladros de cierta profundidad y que tengamos que hacer extracción de viruta para el desahogo de la broca.

G84

Ciclo fijo de roscado con macho

Se emplea para roscar agujeros con macho. La máquina durante el proceso de roscado coge el paso y penetra el macho; cuando termina la rosca realiza la inversión y saca el macho de roscar.

G87

Ciclo fijo de cajeado rectangular

Este ciclo es muy empleado en matricería, mecaniza cajas de geometría rectangular. Es un ciclo muy empleado y práctico.

Ciclo fijo de cajeado circular

Ciclo empleado para el mecanizado de cajas cilíndricas, ajustes de rodamientos, etc. Funciona lo mismo que el cajeado rectangular. La máquina debe de conocer el diámetro de la herramienta con la que trabaja.

G88

Ciclo fijo de taladrado simétrico circular: Este ciclo de trabajo es muy empleado en la fresadora para cuando tenemos que mecanizar taladros que están situados en el mismo eje de simetría del círculo. Con gran aplicación en el taladrado de bridas, cribas, etc. Si le damos los datos al controlador de la máquina en las condiciones de que pueda leerlos, ésta ejecutará los taladros, realizándonos todos los cálculos requeridos para mecanizar el número de taladros pedidos y con los ángulos que necesitemos, sin que el programador tenga que calcular los datos, por lo que es un ciclo que simplifica el trabajo de cálculo. En condiciones de una programación convencional tendremos que programar tres líneas por agujero: N..... Llevar la broca al centro del taladro N..... Realizar el taladro con G01 N..... Retornar la broca fuera del agujero con G00 Teniendo que repetir las mismas líneas tantas veces como número de agujeros a realizar, por lo que se ve que escribir un programa de esta forma nos dará muchas líneas de trabajo y nos ocupará mucha memoria, aparte de los cálculos a realizar para la posición de cada uno de los taladros a realizar en el círculo, cuyos ejes de simetría tendríamos que calcular.

226

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Datos a configurar en el programa: a) b) c) d) e) f)

La programación la podemos escribir en absoluto o en incremental. Función de taladrado simétrico circular G72. Indicación del centro del arco donde se insertan los taladros en coordenadas X, Y. Diámetro del círculo sobre el que se van a mecanizar los taladros. Cantidad de taladros a mecanizar en el círculo. Ángulo de los taladros (hay que indicarle el ángulo del último taladro a mecanizar).

N120 G72 X.... Y.... Al centro del círculo / Número de taladros /Ángulo / Diámetro del círculo.

El primer taladro a mecanizar es el A; por lo tanto, es donde tendremos la broca cuando empecemos el taladrado simétrico, y la programación de la pieza la tomamos desde el punto W y la realizamos en absoluto.

∅34

50

A

17

∅6

25

Ejemplo de programa de taladrado simétrico circular: Vamos a realizar un programa para mecanizar los taladros de la pieza del croquis abajo representada, cuyo diámetro de la circunferencia donde están los taladros mide 34 mm; el número de taladros a mecanizar es de 8. La profundidad del agujero supongamos que es de 5 mm. Ver figura 4.4.2.8.

w

Figura 4.4.2.8. Ciclo F. Taladrado circular.

Programación: N080 G00 X0 Y0 Z10 ...... Punto 0 de programación W N090 G01 F ...................... Taladrado a velocidad de corte N100 G81 X28 Y25.......... (Coordenadas al primer taladro A) / Profundidad del taladro Z-5 N110 G93 X45 y 25 ......... Indicación del centro de la circunferencia donde se sitúan los taladros N120 A45 N7.................... Ángulo de taladro a taladro y número de taladros a mecanizar N130.................................. Anulación del ciclo N140.................................. Resto del programa Ciclo fijo para la mecanización de taladros simétricos rectangulares: Siempre que tengamos que mecanizar filas de taladros situados en el mismo eje de simetría, tenemos la posibilidad de realizarlos mediante un ciclo fijo, el cual realiza los cálculos adecuados facilitando la programación. Este ciclo es empleado en la mecanización de cribas o matrices que lleven taladros de forma simétrica rectangular. En esta función, como cualquier otra, su misión fundamental es ahorrar líneas de trabajo y simplificar la escritura del programa ahorrando memoria en el ordenador de la máquina. Es uno de los ciclos más fáciles de programar. Dependiendo del controlador que tengamos podemos definir el ciclo fijo con una función u otra, las más empleadas son la G74 y la G82. Ambas asientan prácticamente los mismos valores en la línea de trabajo. Estructura del programa: En este ciclo hemos de tener en cuenta el número de taladros por fila a mecanizar, las condiciones de corte de la broca y definir el primer taladro a mecanizar. Generalmente se establece el punto W (punto 0 de programación pieza) y a partir de ese punto se lleva la broca al primer taladro, desde el que se mecanizan el resto. Tendremos que escribir en la línea del ciclo el retorno de la herramienta para que realice la salida de broca automáticamente. Ver los parámetros de programación en la figura 4.4.2.9. a) b) c) d)

Se escribe el tipo de programación, si es en incremental o en absoluto. Se establecen las condiciones de máquina, r.p.m., avance, refrigeración, etc. Se establece el punto 0 de programación de la pieza. Se escribe la línea que define el ciclo con la función (hay que definir cuál es el primer taladro a mecanizar en cotas X, Y).

© ITES-PARANINFO

y

w x

Figura 4.4.2.9. T. simétrico rectangular.

227

Determinación y análisis de los conformados e) Una vez realizado el mecanizado se debe de anular el ciclo fijo. f) Se escribirá el resto del programa de mecanizado si lo hubiere. Ejemplo de mecanizado de taladros simétricos rectangulares con ciclo fijo: Queremos mecanizar los taladros de la pieza del croquis mediante la programación de un ciclo fijo. La distancia de los taladros tanto en el eje X como en el eje Y es de 15 mm; supongamos que la profundidad es de 5 mm.

10

15

En la figura 4.4.2.10 tenemos el ejemplo de taladrado simétrico rectangular.

w 20

15

Figura 4.4.2.10. Ejemplo de T. simétrico rectangular.

Programa para el mecanizado: N050 G90 / G91 ............... Programación en absoluto o incremental N060 F... S.... T.... M. ....... Condiciones de máquina N070 X0 Y0 Z5 ................ Punto 0 programación (W) N080 con función G82 / Centro del primer taladro X20 Y10 / Profundidad del taladro Z-5 / Número de taladros en la fila N4 N090 Anulamos el ciclo, generalmente G80 N080 con función G74 / Centro del primer taladro X20 Y10 / Separación en X de los taladros X20 / Separación en Y de los taladros Y15 / Cantidad de taladros en X (4) / Cantidad de taladros en Y (3) N090 resto del programa de mecanizado Ciclo fijo para el mecanizado de cajas rectangulares: Este ciclo fijo realiza el mecanizado de cajas cuya geometría es rectangular; las aplicaciones están tanto en matricería de estampación como en matricería de inyección, y es uno de los trabajos típicos de las máquinas de control numérico. El funcionamiento es muy sencillo, el ciclo consiste en darle al control los datos para la realización del mecanizado de un alojamiento de geometría rectangular con una profundidad determinada, por lo que tendremos que conocer los datos del largo y del ancho de la caja a trabajar. Estos vaciados de material se realizan con una fresa cilíndrica de dos labios con corte al centro, pues las fresas de cuatro labios no pueden realizar la penetración del material por no llevar corte al centro. La fresa la tenemos que situar en el centro de la caja a mecanizar, pues es donde empieza el ciclo del mecanizado; empezará cortando en el centro de la caja y se irá ensanchando lateralmente en el eje X e Y hasta alcanzar las cotas establecidas en el programa. Dará una serie de pasadas en función de la profundidad de la caja, que será establecida por el programador, y la última pasada la podemos condicionar a que corte poco material con el fin de que el pulido y acabado sea bueno. Ver figura 4.4.2.11. Generalmente la función empleada para la programación del ciclo fijo es la G87. Puede variar según el tipo de controlador la forma de darle los datos de la caja. Estructura del programa: Para realizar el programa tenemos que calcular el largo y ancho de la caja, así como la profundidad que debe de tener. Sabiendo la profundidad que tiene estableceremos la subdivisión de corte; es decir, la profundidad que penetrará la fresa en cada una de las pasadas, con el fin de calcular el número de

228

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados pasadas que la fresa tendrá que dar hasta llegar al fondo de la caja. Así como el material que tenemos que dejar de sobremedida con el fin de que en la última pasada se realice el afinado y pulido. ∅

P1

y

x Po

Figura 4.4.2.11. Cajeado rectangular.

Procedimiento a seguir para el mecanizado de cajeados: a) Se escribe el tipo de programación, generalmente en absoluto. b) Se establecen las condiciones de máquina, r.p.m., avance, refrigeración, etc. c) Se lleva la fresa al centro de la caja. d) Se escribe la línea que define el ciclo con la función correspondiente según controlador. e) La fresadora tiene que conocer obligatoriamente el diámetro de la fresa con la cual se va a trabajar; si no es así no puede realizar los cálculos de desplazamiento, y el control emitirá un error. El diámetro se lo daremos al control en el tablero de herramientas. f) Una vez realizado el mecanizado se debe de anular el ciclo fijo con G80. Programa: N00. Condiciones de máquina N10. Punto de partida de la herramienta N30. Coordenadas X, Y al centro de la caja N40. G87 / Definición del ciclo de cajeado rectangular N50. Retirada de la herramienta N60. Anulación del ciclo N70. Resto del programa N80. ............... El ensanchamiento axial de la fresa C estará en función del diámetro de la fresa y no podrá ser superior a 3/4 partes de su diámetro. C = 3D / 4 como máximo

La subdivisión de corte B estará en función del tipo de herramienta empleada y de la dureza del material a trabajar. La fresa empezará el mecanizado del cajeado con G01 (velocidad de corte) unos milímetros antes de la superficie de la caja, cota D, lo que conocemos como línea de seguridad. Según el controlador la profundidad de la caja viene definida por la suma total de distancias I = D + Z + Cota de superficie de pieza al fondo de caja. En la figura 4.4.2.12 se ven las cotas que hay que tener en cuenta para posicionar las herramientas y las que hay que dar al ordenador para mecanizar el cajeado rectangular.

© ITES-PARANINFO

229

Determinación y análisis de los conformados

I

B

∅

D

Superficie pieza Z = 0

Z

Línea filo herramienta Línea seguridad

L

K

C

0 y W

x

J

Figura 4.4.2.12. Cotas para el cajeado rectangular.

Ciclo fijo para el mecanizado de cajas circulares: Los cajeados circulares son trabajos que se realizan con relativa frecuencia y es un ciclo muy cómodo, pues con él se mecanizan alojamientos circulares completamente regulares y a medida y profundidades según nos interese, las cuales están establecidas de antemano. Este tipo de trabajo no se puede realizar en máquinas fresadoras convencionales, pues para la realización de este modelo de trabajo necesitamos mover los dos carros al mismo tiempo, el carro X (longitudinal) y el carro Y (transversal); las medidas de la caja las establece el programador mediante cálculos al respecto. C

y

Figura 4.4.2.13. Cajeado circular.

Las aplicaciones son para la mecanización de alojamientos de rodamientos o ejes. La máquina empieza el mecanizado siempre desde el centro de la caja (sitio donde se posiciona la herramienta antes del comienzo). La herramienta profundiza una cota establecida en programación (subdivisión de corte); alcanzada esta cota se desplaza lateralmente cortando el material y realizando el cajeado propiamente dicho. Una vez que ha realizado el desbaste dará la última pasada a velocidad de acabado y con poco material de corte con el fin de pulir la caja (el exceso de material para el acabado se lo tenemos que dar en la programación y lo establece el programador). Una vez terminada la caja la herramienta vuelve a su posición de partida, que es el centro de la caja. Figura 4.4.2.13. Estructura del programa: En este ciclo, cuyas características de funcionamiento son las mismas que en el ciclo de cajeado rectangular, la máquina debe de conocer el diámetro de la herramienta con el fin de que el control pueda calcular el desplazamiento axial, que tampoco debe de ser superior a C = 3D / 4 como máximo; si este cálculo es rebasado la máquina nos emitirá un error. La herramienta debe de ser fresa de dos labios con corte al centro, con el fin de que corte el material en el centro de la caja. a) b) c) d) e) f)

Se escribe el tipo de programación, generalmente en absoluto. Se establecen las condiciones de máquina, r.p.m., avance, etc. Refrigeración, etc. Se lleva la fresa al centro de la caja (coordenadas X, Y al centro de la caja). Se escribe la línea que define el ciclo con la función correspondiente. Una vez realizado el mecanizado se debe de anular el ciclo fijo con G80.

Un programa lógico para mecanizar un cajeado circular es el siguiente: N00. Condiciones de máquina N10. Punto de partida de la herramienta N30. Coordenadas X, Y al centro de la caja

230

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados N40. Definición del ciclo de cajeado rectangular N50. Retirada de la herramienta N60. Anulación del ciclo N70. Resto del programa N80. ............... Ciclo fijo para la mecanización de taladros profundos: Este ciclo es prácticamente el mismo que el del torno, pero para la fresadora es empleado para cuando tenemos que mecanizar agujeros que sean muy profundos, pues sabemos que cuando realizamos taladros muy profundos se nos plantea el problema de tener que sacar la broca varias veces para desahogarla y limpiarla de virutas, con el fin de que mantenga el filo limpio y siga cortando material en condiciones de corte lo más óptimas posibles.

Z

Z = Longitud a taladrar a = Avance de penetración en cada extracción L = Longitud a tener en cuenta; longitud de seguridad + diámetro de broca

aaa

Esta operación es la que realiza el ciclo fijo escrito con la función G83, el programador calcula la penetración de la broca y a qué distancia de taladrado necesita realizar una extracción de broca con el fin de que ésta se desahogue. Ver figura 4.4.2.14.

L

Si la broca no la sacamos del agujero la viruta cortada llega a embozarla aumentando el esfuerzo de corte y pudiendo llegar a romperla, por lo que esta operación de sacar la broca de vez en cuando es fundamental y precisa. El proceso es el mismo que en el torno pero para fresadora.

Figura 4.4.2.14. Taladrado profundo.

4.5 Ajustes y tolerancias Ajuste: Podemos definir un ajuste como la adaptación o el acoplamiento de dos piezas entre sí, de forma que éstas puedan funcionar mecánicamente. En ajuste llamamos eje o macho (según mecanismos) a la pieza que se aloja en un agujero o ranura, y hembra a la pieza que contiene el agujero o tiene mecanizadas las ranuras en donde se alojan o deslizan los ejes. Tenemos varias formas de ajustar piezas entre sí, los llamados ajustes cilindros, que básicamente están formados por una hembra que contiene el agujero, y un eje el cual se aloja o desliza dentro del agujero, los cuales pueden ser de geometría redonda o prismática. Figura 4.5.1. Ambas piezas se mecanizan por separado. Otros modelos de ajustes son los llamados ajustes prismáticos, formados por una hembra que contiene la parte donde se aloja o desliza el eje pero que no es un agujero cerrado, y el eje que se desliza sobre la hembra el cual puede tener una geometría irregular y ajustarse sobre la hembra una parte del mismo, permaneciendo otra parte sin ajustar como indican las figuras 4.5.2 representadas. Estos tipos de ajustes pueden llevar en una de las caras otros elementos mecánicos, como son las guías de los carros de las máquinas, las colas de milano, etc.

Hembra

Eje Ajuste cilíndrico Hembra

Eje

Figura 4.5.1. Ajuste cuadrangular.

Figura 4.5.2. Ajustes de geometría prismática.

También tenemos los ajustes roscados, que son tornillos y tuercas cuya geometría como es sabido es una rosca, y el ajuste entre estas piezas requiere una atención especial, pues como veremos en la verificación de roscas hay que medir el diámetro medio de la rosca para comprobar sus medidas. Tolerancias: Cuando mecanizamos piezas tanto de forma unitaria o realizando grandes series, las tenemos que mecanizar por las medidas que nos ponen en los planos, comprobando estas medidas con los aparatos adecuados al tipo de trabajo que realizamos, y considerando que la pieza está terminada cuando alcanza la medida que el plano nos indica. Por otro lado decimos que un ajuste funciona bien cuando las piezas que lo integran están acopladas en él correctamente, con las medidas adecuadas y calculadas de antemano, en cuya fabricación se cumplen las cotas que figuran en los planos.

© ITES-PARANINFO

231

Determinación y análisis de los conformados Durante la fabricación de piezas intervienen una serie de parámetros, como son: • • • •

Los operarios que intervienen en su manipulación Las máquinas que entran a formar su mecanizado Los aparatos de medida que comprueban dichos mecanizados Los materiales

Estos parámetros no siempre funcionan al cien por cien de fiabilidad, pues debemos de tener en cuenta los errores imputables a los operarios, fatigas, cansancio, repetibilidad, etc. Errores imputables a las máquinas, cogen holgura y se desgastan perdiendo calidad de mecanizado, trabajando en grandes series las herramientas se desgastan en la punta sacando mayor medida, etc. Los equipos y aparatos de medida también tienen sus errores por desgaste y en ocasiones por difícil visión, etc. Y no nos olvidemos de los materiales, que no siempre trabajamos las mismas aleaciones y durezas, por lo que su comportamiento no es el mismo, aparte que durante su mecanizado generan calor y sufren dilataciones. Por todo esto, y analizando estos parámetros, tenemos que ante la imposibilidad de dejar una pieza completamente a una medida exacta es por lo que tenemos las llamadas tolerancias. TIPOS DE TOLERANCIAS • Tolerancias de fabricación • Tolerancias de rugosidad • Tolerancias geométricas

Distinguimos varios tipos de tolerancias, las cuales veremos después de comentar los errores de medida. Tolerancia de fabricación “UNE 1120”: La podemos definir como la diferencia de medida que hay entre la pieza físicamente mecanizada y la medida exacta que según el plano debe de tener. Errores admisibles en la fabricación de las piezas. Es el margen de medida que tenemos para que una pieza podamos mecanizarla y sea válida para su montaje y funcionamiento. Por lo tanto, en los planos se nos acotan unas medidas máximas y unas mínimas (tolerancia), las cuales debemos de cumplir durante su mecanizado y asegurarnos de que la medida final de la pieza sea aceptable; es decir, esté entre los límites máximos y mínimos marcados por el plano. En la figura 4.5.3 se representan las medidas que una pieza puede tener (agujero y eje). Aprieto

D. máximo

Tolerancia

D. mínimo

Juego

Figura 4.5.3. Tolerancias de fabricación.

Veamos cómo se define una tolerancia: Medida nominal: Es la medida determinada; es decir, la medida base que debe de tener la pieza calculada en el plano y representada en el mismo. Medida máxima: Es la máxima medida que puede tener la pieza para que sea válida para su montaje. Es la medida nominal más la medida por exceso marcada por la tolerancia que pueda tener la pieza. Medida mínima: Es la mínima medida que puede tener la pieza para que sea válida para su montaje. Será la medida nominal menos la medida por defecto que puede tener la pieza.

232

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Tolerancia: Es la diferencia de medida entre la máxima y la mínima que puede tener la pieza. Margen entre el cual se encuentran las piezas mecanizadas para que sean válidas para el montaje. Aprieto: Es cuando el eje tiene mayor medida que el agujero. También cuando el agujero es de menor diámetro que la medida del eje.

Cota: Es la medida que se nos indica en el plano de la pieza, y que una vez mecanizada dicha pieza debe de tener. Medida comprendida entre las que indica el plano para que dicha pieza sirva para el montaje. Veamos un ejemplo con el plano de la pieza del dibujo (ver figura tolerancia 4.5.4). La medida que nos indica el plano es 50 + 0,4 y 50 – 0,4. Las medidas válidas para que la pieza sea buena serán:

50±0,4

Juego: Es cuando el eje tiene menor medida que el agujero. También cuando el agujero es mayor que el eje.

Medida nominal, 50 mm de diámetro Medida máxima que puede tener 50 + 0,4 = 50,4 Medida mínima que puede tener 50 – 0,4 = 49,6

Figura 4.5.4. Acotación de la tolerancia.

La tolerancia es de 50,4 – 49,6 = 0,8 De tal forma que una vez mecanizada la pieza si cuando la medimos las medidas tomadas están comprendidas entre 49,6 y 50,4 las piezas serán válidas para el montaje. Si por el contrario las medidas están por encima de 50,4 o por debajo de 49,6 la pieza se dice que está fuera de márgenes (fuera de tolerancia) y no será válida para el montaje. En un agujero si el diámetro es más pequeño de medida que la pedida en el plano, la pieza la podremos recuperar, pero si la medida que comprobamos está por encima de la medida máxima la pieza no se puede recuperar. Con el eje pasará al contrario, si un eje tiene una medida mayor de la establecida, dicho eje lo podremos recuperar, pero si tiene una medida más pequeña de lo establecido el eje será irrecuperable. Escala de tolerancias (línea cero 0): Para determinar las tolerancias que necesitamos emplear y aplicar a cada una de las piezas que tenemos que montar en los mecanismos para que éstos funcionen de forma óptima, y de una forma seria garantizar el repuesto y el intercambio de piezas aunque sean mecanizadas por distintos fabricantes tenemos las escalas de tolerancias. Estas escalas son representadas en un eje y van desde la a a la z, siendo la línea h la línea 0 por estar en el valor de la cota nominal de la pieza a fabricar. Si observamos el dibujo del eje tendremos que las letras que van por debajo de la h serán las que representan para el eje menor medida; por lo tanto, serán las tolerancias de holgura para el diámetro del eje, pues cuanto más se aproxime la medida a la letra a tendremos mayor holgura. Siendo tolerancia de apriete para el eje las letras desde la h a la z, cuanto más nos acerquemos a la letra z, más medida tendrá el eje (mayor diámetro); por lo tanto, tendremos un ajuste de mayor apriete. Figura 4.5.5.

a b cd

ef

gh

(Juego)

ux

yz (Aprieto)

Línea cero D. nominal

jkm

t npr s

Figura 4.5.5. Escala de tolerancias para el eje.

Para los agujeros aplicamos la misma escala de tolerancias, de la letra A a la Z, siendo también la letra H la que determina el ajuste de apriete u holgura.

© ITES-PARANINFO

233

Determinación y análisis de los conformados En el caso de los agujeros tendremos que las tolerancias indicadas con letras por debajo de la H hasta la Z serán de menor diámetro, y por lo tanto serán ajustes de apriete. Los agujeros indicados con letras por encima de la H hasta la letra A serán de mayor medida y por lo tanto serán ajustes de juego. Figura 4.5.6.

H

(Juego)

JKM NPR S

TUV XYZ

Línea cero (Aprieto)

D. nominal

ABCD E FG

Figura 4.5.6. Escala de tolerancias para el agujero.

Designación de las tolerancias: Con el fin de identificar las tolerancias que corresponden a los ejes y las que corresponden a los agujeros, éstas se representarán de la siguiente forma: A los ejes se les designan las letras minúsculas, de tal forma que todos los ajustes que tengan asignadas letras de la a a la h serán ajustes con juegos, y todos los ejes que tengan asignadas letras de la h a la z serán ajustes con apriete. A los agujeros se les asignan las letras mayúsculas, de tal forma que los que tengan asignadas las letras de la A a la H serán juegos y los que tengan asignadas las letras de la H a la Z serán aprietes. La línea 0 es la que pasa por el campo medio de las medidas de las tolerancias Calidad de la tolerancia: Las tolerancias se clasifican en calidades, obteniéndose una calidad para cada tipo de trabajo según las características que ésta tenga. La tolerancia será más fina cuanto más calidad tenga el trabajo a realizar; no se le puede dar la misma tolerancia a un aparato de medida (calibre) que a una pieza que no va ajustada en ningún sitio. El sistema de tolerancias ISA ha determinado 16 calidades, las cuales se enumeran del 1 al 16 y según la importancia del trabajo a realizar se le asignará la calidad de tolerancia y a cada calidad se le asignarán también las unidades de tolerancia en micras. CALIDADES DE TOLERANCIA Calidad

Unidades en micras

1–2–3–4

5

Para calibres y aparatos de medida y precisión.

5

7

Para piezas que requieren mecanizados de precisión y máxima calidad.

6–7

10-16

Para piezas que tengan que ser fabricadas con una buena precisión.

8–9

25-40

Para piezas convencionales.

10 – 11 12 a 16

64-100 100-800

Aplicaciones

Para piezas y fabricados mecánicos que no requieran grandes precisiones.

∅90h9

∅90F8

Nota¨ En el anexo de tablas están las tablas de tolerancias con el fin de poder realizar cálculos de medidas. Problema ¨ Tenemos que mecanizar un ajuste cuyo agujero tiene una medida de 90 mm de diámetro y su tolerancia es de F8, y el eje que tenemos que ajustar tiene una medida de 90 mm de diámetro y una tolerancia de h9. Veamos la figura 4.5.7 y sus características.

Por lo tanto tendremos que el agujero medirá de 90 +0,036 +0,090 La medida máxima del agujero será 90 + 0,090 = 90,090

Figura 4.5.7. Cálculo de la tolerancia.

Y la medida mínima que puede tener el agujero será 90 + 0,036 = 90,036 Y la tolerancia del agujero es = 0,054 mm

234

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Tendremos que serán validas todas las piezas cuyo agujero esté comprendido entre 90,036 y 90,090 mm. No serán validas las piezas que estén fuera de estas medidas. En el eje según la tolerancia de h9 tendremos que 90

0,0 –0,087

Por lo que la medida máxima del eje será 90 – 0,0 = 90,00. Y la medida mínima estará en 90 – 0,087 = 89,913. Con lo que la tolerancia del eje será = 0,087. Por lo que respecta al eje tendremos que serán válidos todos aquellos ejes cuya medida esté comprendida entre 89,913 y 90,00 mm. Todas aquellas piezas que estén fuera de estas medidas serán inservibles. La mínima holgura o máximo aprieto lo tendremos según los cálculos siguientes: Agujero con el mínimo diámetro 90,036. Eje con el máximo diámetro.. 90,000............. Holgura mínima = 0,036 mm. La máxima holgura o mínimo aprieto lo tendremos según: Agujero con el máximo diámetro ... 90,090. Eje con el mínimo diámetro....... 89,913. Holgura máxima = 0,177 mm.

Tolerancias de rugosidad: Este tipo de tolerancia entra dentro de las tolerancias de fabricación, pero en vez de indicarnos los márgenes de medida máxima y mínima del mecanizado de una pieza, las tolerancias de rugosidad nos indican el grado de acabado que tiene que tener la superficie de la pieza que mecanizamos, la cual nos indica también la máquina con la cual tenemos que trabajar dicha superficie a mecanizar. Esta rugosidad es muy importante conocerla, especialmente para los ajustes (ver Unidad Temática Nº 1. Acotación de las rugosidades y signos de mecanizado). Por muy lisa que queramos dejar una superficie siempre tendrá una rugosidad, la cual medimos con un aparato llamado rugosímetro, y en base a esa medición podremos decir que la superficie es basta o fina. La rugosidad de la superficie de las piezas la medimos en micras. Llamamos Rt a la medida entre el pico más alto y el pico más profundo sobre la superficie de la pieza. Ver dibujo crestas de rugosidad. Generalmente el valor de rugosidad que se da es la media aritmética de la rugosidad de la superficie de la pieza a valorar y se denomina por Ra (rugosidad media).

Rt

Ra

Crestas de rugosidad.

RUGOSIDAD Valores de Rt en micras Rt hasta 100 Rt hasta 50 Rt hasta 6,3 Rt hasta 1

Mecanizado Piezas acabadas a máquina con poca pasada y avance. Piezas rectificadas con grano medio. Piezas rectificadas con grano fino. Piezas lapeadas.

Clase de rugosidad Ra

Nº

50

12

25

11

12,5

10

6,3

9

3,2

8

1,6

7

0,8

6

El grado de acabado de una superficie lo representamos en los planos con el fin de que se sepa qué proceso de mecanizado requiere esa superficie, e incluso el tipo de herramienta y avance de la máquina que va a intervenir en el acabado de la pieza.

a

b c

Se representa mediante una simbología normalizada, según se ve en la figura.

© ITES-PARANINFO

235

Determinación y análisis de los conformados indicándose en a el tipo de mecanizado a realizar en la superficie de la pieza (con o sin arranque de viruta), en b se indica el tipo de mecanizados especiales o tratamientos especiales (cromado, zincado, etc.), en c se indica la rugosidad de la superficie en micras.

45

Tolerancias geométricas UNE 1121: Son las tolerancias que nos definen la geometría de la pieza que se ha fabricado y los márgenes admisibles de esa geometría, pues la pieza en cuestión puede tener las medidas del plano pero tener distorsionada la geometría de la pieza. También se llaman tolerancias de posición, pues nos indican la posición de las piezas en los montajes.

44,90

∅18

∅17,90

Fig. A

Fig. B a b

Por ejemplo ver las piezas representadas en la figura 4.5.8. La figura A nos define el contorno del cuadrado y la tolerancia que debe de tener el paralelismo de las caras. La figura B nos muestra un cilindro que admite una flexión según la tolerancia indicada. La figura C muestra una pieza con dos cilindros de distinto diámetro y las caras a y b deben de estar paralelas; la tolerancia nos indicaría el paralelismo de las caras.

Fig. C

La figura D nos muestra un agujero el cual puede admitir una concentricidad sobre el centro del eje de simetría.

a

Estas tolerancias llamadas geométricas se indican con unos cuadrados yuxtapuestos en los que se insertan los símbolos y datos de las tolerancias a determinar. En el primer cuadrado se indicará la propiedad a la que se refiere la tolerancia (paralelismo, tangencia, concentricidad, etc.), en el segundo cuadrado se indica la tolerancia, y en el cuadrado siguiente se indicará el elemento de referencia que implica la tolerancia. 0,05

b Fig. D

B

Indica el elemento de referencia Indica el valor de la tolerancia

Figura 4.5.8.

Indica la propiedad de la tolerancia, en este caso es perpendicular

Símbolos de las tolerancias geométricas. Las piezas que se montan en el taller son muy variadas y como se sabe las geometrías que tienen pueden ser muy complejas, para definir la tolerancia de una geometría determinada y saber a qué parte o partes de la pieza nos referimos tenemos una serie de símbolos que nos indican la parte y geometría de la pieza a verificar, cuyos símbolos se expresan en el cuadro abajo expuesto. TABLA DE SÍMBOLOS PARA INDICAR LAS TOLERANCIAS GEOMÉTRICAS Tolerancia Indicada

236

Símbolo

Tolerancia Indicada

Rectitud

Una línea recta nos indica la rectitud de la cara de una pieza

Planitud

El rombo nos indica la planitud que debe tener una cara.

Paralelismo

Dos líneas paralelas indican paralelismo entre caras.

Inclinación

Un ángulo nos indica la inclinación que debe tener una cara.

Redondez

Un círculo nos indica la redondez, ovalización.

Excentricidad

Nos indica la excentricidad.

Perpendicularidad

Una T invertida indica la perpendicularidad de dos caras.

Posición

Indica la tolerancia de posición.

Simetría

Indica la simetría.

Paralelismo cilíndrico

Este símbolo nos indica el paralelismo cilíndrico.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados El elemento de referencia. Llamamos elemento de referencia a la parte de la pieza sobre la cual determinamos la tolerancia, como puede ser una arista, una superficie o la perpendicularidad de los planos de una pieza.

0,01 A

d

D

Los elementos de referencia se designan por letras mayúsculas que irán dentro del cuadro que indica la tolerancia, a cada elemento se le designa una letra mayúscula distinta.

A

En la figura 4.5.9 tenemos un cilindro en el que la tolerancia geométrica acotada nos está indicando la excentricidad que pueden tener los diámetros d y D.

Figura 4.5.9. 0,02 A

En la figura 4.5.10 tenemos un casquillo cuyo diámetro interior debe tener las caras paralelas con una tolerancia de 0,02 mm. según indica la cota. En las figuras 4.5.11 tenemos la forma de acotar la tolerancia del paralelismo entre caras, en este caso tenemos que la deformación del paralelismo entre las caras que nos indican las flechas no puede exceder de 0,03 mm. Ver las dos formas de acotación. A

En la figura 4.5.12 tenemos un cilindro donde está acotada la tolerancia de la perpendicularidad entre las caras mecanizadas, el cilindrado y el refrentado. (Obsérvese el signo de perpendicularidad).

Figura 4.5.10.

En la figura 4.5.13 tenemos un taladro cuya perpendicularidad con el fondo del mismo no puede exceder de la tolerancia indicada, que en este caso es de 0,1 mm. Indicación del máximo material. Cuando tenemos que realizar montajes de piezas, independientemente de la tolerancia de fabricación que nos da como sabemos las tolerancias de la fabricación de la pieza, tenemos la tolerancia llamada de máximo material, la cual nos permite establecer las medidas máximas que deben tener las piezas respecto a su geometría para que las podamos montar, garantizando así las condiciones de montaje, como pueden ser las cotas de distancias, cotas de perpendicularidad, distancias entre ejes, etc.

0,03

B

0,03 B

La indicación del máximo material se indicará con una M metida en un círculo y se pondrá en la misma casilla que la tolerancia. Ver figura 4.5.14. Figura 4.5.11. Acotación del paralelismo de caras.

4.6 Verificación dimensional y geometría Se conoce con el nombre de verificar a la comprobación de piezas, teniendo en cuenta sus medidas, ángulos, roscas, sus acabados y todos aquellos parámetros que entran a formar el buen funcionamiento de la misma, desechándose las piezas que no cumplen las características de los planos, las cuales no pasan a montaje, lógicamente, y aceptando aquellas que cumplen sus especificaciones. No siempre es fácil verificar piezas, pues además de que hay que tener unos conocimientos de metrotecnia y laboratorio metalográfico, también debemos de disponer de las herramientas y accesorios adecuados. En el dimensionado, cálculo de cotas y medidas en las piezas del taller del tipo cónico, esférico, etc., así como en los cálculos a realizar para obtener los programas en el mecanizado de piezas por control numérico, como hemos visto anteriormente, tenemos que emplear en muchas ocasiones conceptos geométricos y matemáticos, y es por lo que antes de calcular y verificar las piezas propuestas en este capítulo vamos a recordar los conceptos que más nos pueden interesar a la hora de verificar, calcular y comprobar piezas. Triángulos semejantes: Se dice que dos triángulos son semejantes cuando tienen sus ángulos iguales y sus lados homólogos proporcionales. En el cálculo de arcos y radios empleamos con relativa frecuencia el cálculo de triángulos (figura 4.6.1) semejantes para obtener los datos que nos interesan. Razón de semejanza: Se llama razón de semejanza al cociente de dos lados homólogos.

© ITES-PARANINFO

B

0,03 B

Figura 4.5.12. Acotación de perpendiculares. 0,1 B

B

Figura 4.5.13. Perpendicularidad del agujero. 0,5

M

Figura 4.5.14. Indicación de la T de máximo material.

237

Determinación y análisis de los conformados A

AB OA OB -------------- = -------------- = -------------A’B’ OA’ OB’

A’

O

B

B’

Figura 4.6.1. Triángulos semejantes.

Dos triángulos son semejantes cuando: Tienen dos lados iguales. Tienen un ángulo igual y los lados que lo forman proporcionales. Tienen sus tres lados proporcionales. Problema ¨ Calcular los datos del triángulo OAB, sabiendo que OB = 32 mm y conociendo los datos del triángulo pequeño OA´ = 15 mm y OB´ = 17 mm.

OA AB 32 ----------------- = ----------------- = ----------------15 A’B’ 17 Despejando y calculando lo que nos interesa tenemos que: OA = (15 × 32) / 17 = 28,23 mm A´B´ = (15² + 17²) = 22,67 mm AB = (22,67 × 32) / 17 = 42,67 mm C a

b

A

Triángulos rectángulos (teorema de Pitágoras): B

c

a2 = b2 + c2 Figura 4.6.2. Triángulo rectángulo.

Triángulo rectángulo es el que tiene un ángulo recto (ángulo A = 90º). Este teorema es el que nos calcula los lados del triángulo rectángulo, cálculos muy empleados en el control numérico, especialmente en el mecanizado de conos y de arcos. Su enunciado dice que la hipotenusa al cuadrado es igual a la suma del cuadrado de los catetos. Figura 4.6.2. Lados

Ángulos

a² = b² + c²

A+ B + C = 180º

b² = a² – c²

A = 90º

c² = a² – b²

B = 180º – (A + C) C = 180º – (A + B)

Problema ¨ Calcular la hipotenusa CB del triángulo rectángulo de la figura, cuyos lados miden CA = 15 mm y AB = 32 mm.

Aplicamos la fórmula y tenemos que a = b² + c² a = 32² + 15² = 35,34 mm

Problema ¨ Calcular la altura h del triángulo de la figura 4.6.3 ABC equilátero de lado igual a 85 mm.

B a

h A

n

m

Figura 4.6.3.

238

C

a = 85 m = 85 / 2 = 42,5 h² = a² – m² h² = 85² – 42,5² = 73,61 mm

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Razones trigonométricas: Cuando no podemos calcular los lados de un triángulo rectángulo por el teorema de Pitágoras nos valemos de las razones trigonométricas, que nos relacionan el ángulo con los lados del triángulo, siendo éstas las siguientes: Seno del ángulo α = AB / OA Coseno del ángulo α = OB / OA Tangente del ángulo α = AB / OB Secante del ángulo α = OA /OB Cosecante del ángulo α = OA / OA Cotangente del ángulo α = OB / AB Problema ¨ Tenemos el triángulo de la figura 4.6.5. Hallar las razones trigonomé-

M A r

α

R

O

P

B

–– N

Figura 4.6.4. Razones trigonométricas.

tricas del ángulo α y el valor del triángulo de la figura cuyos lados miden a = 60 mm, b = 36 mm y c = 48 mm.

C a

Sen α = CA /BC; Sen α = 36 / 60 = 0,6 = 36º 52´

b

Cos α = BA / BC; Cos α = 48 / 60 = 0,8 = 36º 52´ Tang α = CA / BA; Tang α = 36 / 48 = 0,75 = 36º 52´

H

α c

B

A

Figura 4.6.5.

Solución de triángulos rectángulos: Aplicando los datos de razones trigonométricas vistos anteriormente tenemos que los lados y ángulos de un triángulo rectángulo (figura 4.6.6) podemos resolverlos a través de: a = c / sen del ángulo C a = b / cos del ángulo B b = c × tang del ángulo B b = a × sen del ángulo B b = a × cos del ángulo C c = a × sen del ángulo C c = a × cos del ángulo B c = b × tang del ángulo C

C a

b

A

B

c

Figura 4.6.6.

Problema ¨ Solución de un triángulo rectángulo conociendo el ángulo α, y un cateto. Calcular los lados OA y OC del triángulo OAC sabiendo que el ángulo α = 30º y el lado AC = 13,8 mm.

En la figura 4.6.7 aplicamos los conceptos trigonométricos para la solución de triángulos rectángulos y tenemos: Sen α = AC / OA Cos α = OC / OA Tang α = AC / OC

A α O

C

Para calcular el lado OA aplicamos la fórmula sen α = AC / OA; aplicamos datos y nos queda: 13,8 13,8 Sen 30º = ----------------- ; despejando y calculando tenemos OA = ----------------------- = 27,6 mm. OA sen 30º

Figura 4.6.7.

Para calcular el lado OC aplicamos la fórmula tang α = AC / OC; aplicamos datos y nos queda: 13,8 13,8 Tang 30º = ----------------- ; despejando y calculando tenemos OC = ------------------------ = 23,90 mm. OC tang 30º

© ITES-PARANINFO

239

Determinación y análisis de los conformados Solución de un triángulo cualquiera: Cuando tenemos que resolver un triángulo cuyos lados no son iguales y no tiene ningún ángulo recto (véase el de la figura) trazamos la altura h dividiendo el triángulo en dos triángulos, de forma que podamos tomar un ángulo recto. Procedemos de la siguiente forma: Tenemos el triángulo ABC y lo dividimos en dos triángulos, el ABN y el BNC, los cuales tienen un ángulo recto, y a continuación procedemos a resolver como si de triángulos rectángulos se tratara. Ver figura. Problema ¨ Calcular los lados y el valor de los ángulos del triángulo de la figura (ABC) sabiendo que el ángulo C = 24º y el lado a = 65 mm. Figura 4.6.7.A.

Cálculo del lado BN = a la altura Sen α = BN / a; despejando BN = sen 24º × 65 = 26,43 mm El ángulo ß = 180º – (90º + 24º) = 66º B c

ρ

Calculamos el lado NC por el teorema de Pitágoras, siendo NC² = BC² – BN²

h

NC² = 65² – 26,43²; NC = 59,38

a

β

α

A

N

Por triángulos semejantes calculamos el triángulo ABN semejante al BNC cuya razón de semejanza es:

C

b

AB BC

BN NC

AN BN

AB 65

26,43 59,38

AN 26,43

------------- = ------------- = ------------- , siendo ------------- = ------------------ = ------------Figura 4.6.7.A.

y operando tenemos que: El lado AN = (26,43 × 26,43) / 59,38 = 11,76 El lado BA² = (BN² + AN²); BA = 28,52 El ángulo tang (B – ß) = AN / BN; tang (B – ß) = 11,76 / 26,43 = 24º Valores de los lados del triángulo pedido: c = 28,52; a = 65,00; b = 10,74 + 59,38 = 71,14 B c

ρ

h

ε

A

a

β

Comprobación del ángulo A: sen A = 26,43 / 28,52 = 68º

D

n

Valores de los ángulos del triángulo pedido: C = 24º; B = 24º + 66º = 90º; A = 180º – (24º + 90º) = 66º α

m

b

C

Solución de triángulos cualesquiera conociendo sus tres lados sin conocer los ángulos:

Triángulo ABC B c

ρ ε

A

h

En ocasiones se nos plantea tener que resolver triángulos de lados cualquiera (no rectángulos) en los cuales conocemos los tres lados pero no conocemos el valor de los ángulos. En este caso descomponemos el triángulo en dos triángulos rectángulos y calculando la altura h, procedemos a calcular el valor de los ángulos.

β

D

n

Tenemos el triángulo ABC, el cual descomponemos en dos triángulos el ABD y el BDC (ver figura 4.6.8).

Triángulo ABD

En el triángulo ABD tenemos que la altura h² = c² – n²

B

h D

En el triángulo BDC tenemos que la altura h² = a² – (b – n)², por lo que tenemos que c² – n² = a² – (b – n)²

a

β

α b

m

Triángulo BDC

C

c² – n² = a² – b² – n² + 2bn 2bn = c² – n² – a² + b² + n²; 2bn = c² – a² + b²; despejando n tenemos que n = (c² – a² + b²) / 2b

Figura 4.6.8.

240

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

c2 + b2 – a2 n = -----------------------------2b

Siendo el lado b = m + n, el lado m será m = b – n Una vez obtenidos los lados m y n procedemos a calcular los ángulos. Los ángulos del triángulo BDC serán: Coseno α = m / a Ángulo β = 180º – (D + C) Los ángulos del triángulo ABD serán: Coseno ε = n / c Ángulo ρ = 180º – (D + e) Problema ¨ Calcular los ángulos del triángulo ABC cuyos lados son a = 130, b = 160 y c = 64. Aplicamos la fórmula y tenemos n = (64² + 160² – 130²) / (2 × 160) = 39,98 m = b – n; b = 160 – 39,98 = 120,01 Ángulo α = 120 / 130 = 22º 36 Ángulo β = 180º – (90º + 22º 36´) = 67º 24´ Ángulo ε = 39,98 / 64 = 60º Ángulo ρ = 180º – (90º + 60º) = 30º Los ángulos pedidos son A = 60º; B = 30º + 68º = 98º; C = 22º

Teorema del seno: El teorema del seno es aplicado para la solución de problemas de triángulos rectángulos teniendo en cuenta que: Que en el triángulo BDC el seno del ángulo α = h / a, y despejando nos queda h = sen α × a.

B

Y en el triángulo ABD (figura 4.6.9) el seno del ángulo ε = h / c, y despejando nos queda h = sen ε × c. Siendo el ángulo ε = A y el α al C tenemos que, sen α × a = sen ε × c y poniéndolos en forma de igualdad nos queda: a b c ------------------ = ------------------ = -----------------sen A sen B sen C

A

α C

m

b

Figura 4.6.9.

Problema ¨ Conociendo el lado b = 110 mm y los ángulos A = 40º y C = 52º del triángulo ABC, calcular la dimensión de los otros lados y la superficie del mismo. Ver la figura 4.6.10.

A + B + C = 180º B = 180 – (A + C); B = 180 – (52 + 40) = 92º Aplicando el teorema del seno: a b c a 110 c ------------------ = ------------------ = ------------------ ; -------------------- = -------------------- = -------------------sen A sen B sen C sen 40º sen 92º sen 52º

a

c ρ β h ε D n

B c A

α h D

a

b

C

Figura 4.6.10.

a = (sen 40º × 110) / sen 92º = 70,74 c = (110 × sen 52º) / sen 92º = 86,73 El valor del ángulo α = 180 – (90 + 52) = 38º h = cos α × a; h = 0,788 × 70,74 = 55,74 La superficie es S = (b × h) / 2; S = (110 × 55,74) / 2 = 3.065 mm² = 60,65 cm²

© ITES-PARANINFO

241

Determinación y análisis de los conformados Teorema del coseno: En todo triángulo rectángulo tenemos que la hipotenusa al cuadrado es igual a la suma del cuadrado de los catetos, y que un cateto al cuadrado es igual a la hipotenusa menos el otro cateto al cuadrado.

B c α n

A

D

En el triángulo ABC (figura 4.6.11) tenemos que c² = h² + n².

a

h β m

C

En el triángulo BDC tenemos que h² = a² – m², pero como n² = (b – m)² o también n² = b² – 2bm + m².

b

Sustituyendo en el triángulo ABD h por su valor, y n por el suyo nos queda que:

Figura 4.6.11.

c² = a² – m² + b² – 2bn + m², simplificando nos queda c² = a² + b² – 2bn, y sabiendo que el coseno del ángulo α = n / c, despejando n = cos α × c y sustituyendo nos queda que: c² = a² + b² + 2ba cos α Problema ¨ Calcular los lados y ángulos del triángulo ABC sabiendo que el lado c = 40, el a = 20 y la altura h = 15.

m² = a² – h²; m² = 20² + 15²; m = 13,22 n² = c² – h²; n² = 40² – 15²; n = 37,08 b = m + n; b = 13,22 + 37,08 = 50,30 Aplicando el teorema del coseno tenemos que: c² = a² + b² + 2ba coseno C, que despejando el coseno queda: a² + b² – c² 20² + 50,30² – 40² cos C = --------------------------------- = ---------------------------------------------------- = 48º 37´ 2ab 2 × 20 × 50,30 a² = c² + b² – 2cb coseno A, que despejando el coseno queda: c² + b² – a² 40 + 50,30² – 20² cos A = ----------------------------------- = --------------------------------------------------- = 22º 10´ 2ac 2 × 40 × 50,30 El ángulo B = 180 – (48º 37´ + 22º 10´) = 109º 53´

–16

Lado no pasa

40h6

Calibres fijos: Los calibres fijos son aparatos de verificación que se emplean para comprobar grandes series de piezas, pues éstos solamente sirven para comprobar una medida concreta con su tolerancia.

Lado pasa

Figura 4.6.12. Calibre de herradura para exteriores.

Cuando tenemos que comprobar (verificar) grandes series de piezas, como por ejemplo la medida interior de un casquillo, no podemos medir con un pie de rey o un Imicro, pieza a pieza, pues esta operación es buena, pero muy lenta, con lo cual el tiempo que tardaríamos en comprobar esta medida, nos elevaría el coste del casquillo de forma que no lo haríamos competitivo. Entonces es cuando entramos a verificar con los calibres fijos, comprobando solamente la medida del interior del casquillo de una forma rápida y pieza a pieza, estimando las piezas que nos valen y desestimando las piezas que están fuera de la medida. El sistema está en construir un calibre por un extremo con una medida de un diámetro fijo, el cual entrará en el agujero del casquillo, y por el otro extremo darle al calibre una medida mayor de forma que no pueda entrar en el agujero del casquillo.

Figura 4.6.13. Calibre fijo pasa / no pasa para verificar agujeros.

Los calibres fijos más comunes son los llamados de herradura (figura 4.6.12) para comprobar medidas de exterior, y los llamados calibres tampón o cilíndricos para comprobar medidas de interior. Las diferencias de medida del calibre de la parte que pasa y de la que no pasa, (figura 4.6.13) son las tolerancias que debe de tener el diámetro del casquillo (medidas entre las que el casquillo mecanizado es válido para montaje).

Figura 4.6.14. Calibre fijo pasa / no pasa para verificar roscas de interior.

242

Este sistema de verificación es rápido y fiable, tiene el inconveniente de que no nos dice la medida real que tiene la pieza, pero nos dice la pieza que vale y la que no vale.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Cuando la comprobación se hace de todas las piezas del lote se llama verificación al 100%, separando las buenas de las malas. Cuando la importancia del lote a comprobar no es mayor, se comprueba a tanto por ciento. Se coge una muestra del lote a verificar (unas cuantas piezas) y se comprueban, contando las piezas buenas y las malas. Si el tanto por ciento de las piezas malas es rebasado según lo previsto se rechaza el lote. Para este caso muy generalizado tenemos que aplicar la fórmula: Np × Pmm Pm = -----------------------------Pmu

Siendo: Pm = Piezas del lote malas Np = Número de piezas del lote Pmm = Piezas malas de la muestra Pmu = Piezas verificadas del lote

Ejemplo Tenemos que verificar un lote de 1.000 tuercas con un calibre tampón pasa / no pasa, en el cual no se nos acepta más de un 5% de piezas malas. Para ello cogemos una muestra de 50 tuercas y las comprobamos, y nos salen que 5 de ellas están fuera de medida. Tenemos que ver el tanto por ciento calculado del lote de las 1.000 que son buenas y malas, con el fin de ver si el lote es aceptado o rechazado. Aplicando la fórmula tendremos que: 1.000 × 5 Pm = --------------------------------- = 100 piezas malas del lote de las 1.000 unidades. 50 Se aprecia que tenemos un tanto por ciento de piezas malas = (1.000 × 100) / 100 = 10%. El lote se rechazaría, pues está con un tanto por ciento de piezas malas superior al 5%, que en este caso sería aceptado.

Verificación de ángulos: En la fabricación de piezas mecánicas nos encontramos que tenemos que trazar piezas, taladrar, mecanizar pasadores cónicos, limar piezas con una inclinación determinada, o simplemente mecanizar caras con una inclinación en el caso de la fresadora, etc. La mecanización de conos interviene en infinidad de piezas del taller, y su cálculo y verificación es un poco compleja, pues debemos de conocer algunos cálculos y fórmulas que nos ayudan a realizar este trabajo. Para ello vamos a ver lo que es un cono y cuáles son sus partes.

Siendo: α = Ángulo del cono β = Ángulo del vértice

© ITES-PARANINFO

A B

2α=β

0

α

Conociendo los diámetros D y d y la longitud L del mismo tendremos que las fórmulas para su cálculo serán:

D

Ángulo del vértice es el formado por las dos generatrices del cono, y su valor es el doble que el ángulo del cono β. Figura 4.6.15.

d

Ángulos de un cono. En un cono distinguimos dos ángulos. Ángulo de un cono formado por la generatriz del cono y su eje de simetría.

L

Figura 4.6.15. Ángulo del cono.

243

Determinación y análisis de los conformados

D–d AB = ------------------2

D–d tang α = ------------------2×L

D

d

Conicidad: Conicidad (c) de un cono es el aumento o disminución que experimenta su diámetro. Figura 4.6.16. La conicidad la podemos expresar de varias formas. En tanto por ciento (%). ............

α

D–d c = ------------------ × 100 L

L

Figura 4.6.16.

Por unidad de longitud ..............

D–d c = -----------------L

En forma de fracción ................

c = 1 / (L / D – d)

Problema ¨ Conociendo los diámetros mayores y menores de un cono, los cuales son 36,5 mm y 27 mm, respectivamente, y siendo su longitud 94 mm, expresar conicidad en tanto por ciento, por unidad de longitud, y en forma de fracción.

1º En tanto tanto por ciento. Aplicamos la fórmula c = ((D – d) / L) 100. Aplicando datos tendremos que c = ((36,5 – 27) / 94) 100 = 10,106%. 2º Por unidad de longitud. Aplicamos la fórmula c = (D – d) / L. Aplicamos datos y tenemos que c = (36,5 – 27) / 94 = 0,101. 3º En forma de fracción. Aplicamos la fórmula c = 1 / (L / D – d). Aplicamos datos y nos queda que c = 1 / (94 / (36,5 – 27)) = 1 / 9,89.

A β C B

α

D

Figura 4.6.17.

Problema ¨ Se desea calcular el ángulo del vértice y el ángulo del cono de la figura 4.6.17 sabiendo que sus diámetros mayor y menor son 37 mm y 28,32 mm, respectivamente, siendo su longitud 83,42 mm.

AB = 37; CB = (37 – 28,32) / 2 = 4,34 Tang α = CB / CD = 4,34 / 83,42 = 2º 58´ β = 2º 58´ × 2 = 5º 57´

Longitud de un cono: En la mayoría de los casos se nos da tener que dimensionar la longitud de un cono, cosa difícil de medir directamente, pues la longitud a dimensionar no la podemos medir con el calibre directamente y nos tenemos que valer de fórmulas para su cálculo. Generalmente lo hacemos aplicando trigonometría. Conociendo los diámetros mayor y menor y el ángulo, tenemos que: D–d L = --------------------tang α

Formas de medir un cono: Los conos por su geometría es difícil medirlos, la mayoría de las ocasiones no podemos tomar medidas directas con aparatos de medida como son los pie de rey o los palmeres, etc. Por lo que nos tenemos que valer generalmente de útiles y de cálculos, y medirlos apoyados sobre el mármol, toman-

244

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados do medidas indirectas y mediante los cálculos requeridos averiguar sus medidas y su inclinación. Forma de medir y calcular los diámetros de un cono exterior: En este caso tenemos que situar en un mármol la pieza a medir, colocándola con unos rodillos según la figura 4.6.18, de los cuales conocemos sus diámetros de antemano o los medimos con un calibre o pálmer y tomamos la medida L y la medida P y el resto lo calculamos mediante:

α

d = P – 2r – 2e

L

Cálculo del diámetro menor

D

b

D = d + 2 (L × tang α)

Cálculo del D. mayor

e = cos α × r

Cálculo de la medida e

r

r

e

d

e

M P

Problema ¨ Comprobar las medidas de una pieza cónica la cual verificamos en un mármol con rodillos, siendo las medidas que tomamos: diámetro de los rodillos, 12 mm; la altura del cono medida con calibre L = 80,30; la medida P = 108,30, y sabemos que los ángulos del cono α = 12º 30´ y β = 42º.

Figura 4.6.18.

El radio del rodillo r = 12 / 2 = 6 Calculamos el diámetro menor del cono: e = cos β × r; e = cos 42º × 6 = 4,458 mm M = P – 2e; M = 108,30 – (2 × 6) = 96,3 d = P – 2r – 2e; d = 108,30 – (2 × 6) – (2 × 4,458) = 17,802 mm Calculamos el diámetro mayor:

Tenemos el triángulo OCP del cual conocemos OC = R – r y OP = h – (h´ + R) + r. El ángulo α lo calculamos por:

R o r

c

h

Forma de medir y calcular el ángulo de un cono interior: En el caso de tener que medir o verificar un cono interior, procederemos de la siguiente forma. Elegimos unas bolas calibradas de un diámetro conocido, las cuales las metemos dentro del cono (ver figura 4.6.19), éste lo apoyamos en un mármol, ahora podremos tomar las medidas de h y h´ con una sonda, y al conocer estos valores podremos realizar los cálculos oportunos según las fórmulas siguientes:

h’

b = tang α × L; b = tang 12º 30´× 80,30 = 17,802 mm D = d + 2b; D = 87,384 + (2 × 17,802) = 122,98

p

Tang α = OC / OP, con lo cual tendremos que: OC R–r Tang α = -------------- = --------------------------------------OP h – (h’ + R) + r

Figura 4.6.19.

Problema ¨ Verificar el ángulo de un cono interior sobre un mármol en el cual metemos dos bolas calibradas de 6 y 12 mm de diámetro respectivamente, si tomamos las medidas de h = 12,6 y h´= 48,30 mm.

Tenemos el triángulo rectángulo OCP, siendo el lado RC = R – r, y el lado OP = h´– (h + R) + r. Aplicando datos nos queda RC = 6 – 3 = 3 mm, y CP = 48,30 – (12,6 + 6) + 3 = 32,7 mm. Siendo la tang α = OC / OP tenemos que tang α = 3 / 32,7 = 5º 14’.

© ITES-PARANINFO

245

Determinación y análisis de los conformados D

Forma de medir y calcular los diámetros de un cono interior: En este caso las herramientas que tenemos que utilizar son una bola de un diámetro conocido y que entre en el interior del cono, éste lo apoyamos en un mármol y tomamos la medida h con una sonda, la cual anotamos; también conoceremos la medida H por tomarla con la misma sonda o un calibre de precisión, y tendremos que conociendo el ángulo podemos calcular el cono, tendremos que:

b

h

c

r

H

E

OE = cos α × r

b’

a α 0

B = 2 (r × cos α)

La altura b la podemos medir calculando: c

d

b = h + r + a, siendo b´= H – b

B

Figura 4.6.20.

Luego

c = tag α × b

y

c’ = tag α × b’

El diámetro mayor será

D = B + 2 (tag α × b)

El diámetro menor será

d = B − 2 (tag α × b’)

∅20,5

∅18,3

Problema ¨ Necesitamos verificar el cono de interior de la figura 4.6.21 cuyos datos son: diámetro mayor 20,5 mm, diámetro menor 18,3 mm. Queremos saber la longitud L.

3º L

Figura 4.6.21.

Como conocemos los datos no tenemos nada más que aplicar la fórmula de la tang α: D–d D–d tang α = --------------------- ; despejando L = ---------------------------------2×L tang α × 2 aplicando datos tenemos la longitud pedida, que es de: 20,5 – 18,3 L = -------------------------------------- = 20,99 mm tang 3º × 2 Cálculo de la inclinación de un cono con comparador de reloj: Si queremos verificar el ángulo de un cono, o simplemente verificar si el carro orientable del torno está puesto con la inclinación correcta para el mecanizado de conos, procedemos de la siguiente manera. Mecanizamos el cono y situamos un comparador de reloj en el carro longitudinal. Figura 4.6.21.A.

L A

α

B C

Palpamos con el comparador en el punto C del cono poniendo el reloj comparador a 0, y desplazamos el carro longitudinal un recorrido hasta llegar al punto A, desplazamiento longitudinal que conocemos a través del nonio del carro longitudinal. Tomamos la lectura que nos da el comparador en el punto A, el cual nos indicará la diferencia de medida del punto C al punto A. Ahora no nos queda nada más que calcular el ángulo α. Para calcular el ángulo α podemos aplicar la fórmula:

Figura 4.6.21.A

Sen α Tang α = ———— Cos α Problema ¨ Estamos mecanizando un cono como el de la figura, y queremos comprobar si el ángulo α corresponde a la medida del plano.

Seguimos el procedimiento y palpamos en el punto C; al desplazar el carro longitudinal al punto A nos da una longitud de 50 mm, y la diferencia de medida del punto C al A la tomamos en el comparador y nos da 6,14 mm. Aplicamos la fórmula y tenemos que: Tang α = 6,14 / 50 = 7º es el valor de α

246

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Verificación de una guía de máquina (cola de milano): 60º

Cuando tenemos que verificar guías de máquina, no podemos medir directamente la longitud del ángulo A, pero valiéndonos de un rodillo o bola podemos calcular la cota X y como consecuencia valorar la dimensión del ángulo A.

0

A 30

α

B 12 X

Problema ¨ Calcular la cota X de la guía del dibujo 4.6.22 sabiendo que el diáme-

Figura 4.6.22.

tro del rodillo empleado para su verificación es de 12 mm de diámetro. Para ello calculamos. El triángulo OAB tiene: El ángulo α = 60 / 2 = 30º OB = 12 / 2 = 6 mm AB = OB / AB; AB = 6 / tang 30º = 10,392 X = 30 + AB + 6 = 46,39 mm

L N h

A

R

B e

Problema ¨ En un cilindro de 30 mm de diámetro tenemos que mecanizar una cola de milano, figura 4.6.23, y queremos saber las medidas L y X para su mecanizado, siendo las cotas que nos dan las del dibujo del croquis de la pieza y la altura de tallado e = 5 mm.

s

68º

Tenemos el triángulo ANO Ángulo O = 68 / 2 = 34º AO = 30 / 2 = 15 AN = sen 34º × 15 = 8,387 L = 8,387 × 2 = 16,774 ON² = AO² – AN²; ON² = 15² – 8,387² = 12,436

O

x

Figura 4.6.23.

Triángulo RSO OS = 15 RO = NO – e; RO = 12,43 – 5 = 7,43 RS² = OS² – RO²; RS² = 15² – 7,43² = 13,03 X = 13,03 × 2 = 26,06

Problema ¨ Tenemos que cortar un eje para acoplar una chaveta. Tenemos que calcular la longitud b de la chaveta, y la pasada para cortar el casquete esférico, siendo α = 98º. (Figura 4.6.24).

Radio = 40 / 2 = 20 mm Tenemos el triángulo OAC AO = 20 La altura del triángulo OAC es h = cos 49º × 20 = 13,12 El lado b = sen 49º × 20 × 2 = 30,18 La pasada para cortar el casquete esférico es: p = 20 – 13,12 = 6,87 mm.

b A

α

C

O

40

Figura 4.6.24.

Verificación de roscas: La mecanización de roscas es uno de los capítulos que más nos interesa conocer, pues muchos elementos mecánicos se unen mediante tornillería y se acoplan unos con otros mediante husillos roscados. En ocasiones arrastran toneladas de fuerza (husillos roscados que tiran de carros de máquinas, prensas, ejes de vagones, etc.), por lo que no solamente debemos de conocer la mecanización y fabricación de roscas, sino la forma de comprobarlas con el fin de saber si cumplen las medidas y normas para las que han sido fabricadas.

© ITES-PARANINFO

247

Determinación y análisis de los conformados Verificación del paso de una rosca con plantilla: El paso de rosca lo podemos verificar comprobándolo con los peines de roscas, los cuales son muy cómodos de emplear, pues no tenemos nada más que poner el peine correspondiente al paso de la rosca que a priori estimamos que es sobre el tornillo y comprobarlo. Ver figura 4.6.25. La ventaja que tiene este tipo de comprobación es que es cómoda y rápida, pero sólo verificamos el paso de la rosca, no nos da la medida exterior del tornillo. Figura 4.6.25. Comprobando el paso de rosca con un peine.

En los peines de rosca está grabado el paso que verifica cada uno de los peines y en algunas plantillas el diámetro exterior del tornillo a que pertenece dicho paso en las roscas normalizas y los diámetros comunes que pertenecen a dichos pasos. Verificación del paso de una rosca con un pie de rey: Como sabemos, hay varios modelos de roscas; si la rosca es métrica, la podemos comprobar directamente con las bocas del calibre. Abrimos las patas del calibre a una medida determinada y exacta de milímetros, lo ponemos sobre la rosca a comprobar y contamos los hilos de rosca, dividimos la medida del calibre por el número de hilos y el resultado será el paso. En el caso de la figura 4.6.26 si la medida del calibre es de 12 mm el paso será:

p

Medida del calibre p = --------------------------------------------Nº de hilos

Figura 4.6.26. Verificación del paso con calibre.

12 p = ----------- = 2 mm 6

Si la rosca a comprobar es del sistema Whitworth como sabemos que 1” = 25,4 mm abrimos el calibre 1” o 25,4 mm, lo ponemos sobre los hilos de la rosca y contamos los hilos que entran en la pulgada. Y sabremos los hilos por pulgada, que es como se mide la rosca Whitworth. Si queremos saber el paso en mm tendremos que dividir la pulgada por el número de hilos contados. 25,4 p = ------------------------------Nº de hilos

Problema ¨ Medimos una rosca poniendo en el calibre la medida de 1”, y nos da que tenemos entre las patas del mismo 14 hilos. ¿Qué paso en milímetros tendrá la rosca?

Aplicamos la fórmula y dividimos: 25,4 p = --------------- = 1,81 mm 14 Es lo que avanzaría el tornillo o tuerca por vuelta completa.

dm dt

Verificación del diámetro de una rosca con un pálmer: Cuando mecanizamos una rosca y medimos el diámetro exterior, éste puede estar bien, pero el filete de la rosca puede no estar lo suficientemente penetrado, con lo cual la rosca estaría mal, pues en este caso no entraría en la tuerca por exceso de material.

Figura 4.6.27. Verificación de una rosca con pálmer.

248

Si por el contrario el filete está demasiado penetrado, la rosca entrará con holgura en la tuerca. Para comprobar si la rosca está bien lo que se hace es medir el diámetro medio de la rosca (figura 4.6.27) y esto se hace con un pálmer, cuyas patas están adaptadas a los hilos de rosca (el pálmer tiene un juego de patas para rosca métrica y otras para rosca Whitworth, pues los ángulos de dichas roscas varían), se toma la lectura del pálmer y mediante las fórmulas siguientes se calcula el diámetro exterior.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Sabiendo que h = 0,7 × p para la rosca métrica y que h = 0,64 × p para la rosca Whitworth. dt = dm + (0,7 × p)

dt = dm + (0,65 × p)

Problema ¨ Queremos comprobar una rosca de W ¾ × 12´´. Vemos que es una rosca Wihtworth de ¾ de diámetro exterior y 12 hilos en pulgada de paso. ¿Qué medida nos tiene que dar el pálmer? Calculamos el diámetro del tornillo en mm: 25,4 × ¾” = 19,05 mm Calculamos el paso: 25,4 / 12 = 2,11 mm Aplicamos la fórmula para la rosca Whitworth: dm = dt – (0,64 × p); dm = 19,05 – (0,64 × 2,11) = 17,66 mm debe de medir el pálmer si la rosca está dentro de medida.

Problema ¨ Comprobar una rosca métrica de M16 × 200 mm con un pálmer de roscas.

El pálmer que mide roscas, lo que mide es el diámetro medio de la rosca, por lo tanto debemos de calcular este diámetro y luego medir la rosca, y por comparación de medida, veremos si la rosca está dentro de tolerancia o no. Diámetro medio para la rosca métrica: dm = dt – (0,7 × p) Dm = 16 – (0,7 × 2) = 14,60 mm es la lectura que debe de tomar el pálmer

Problema ¨ Queremos verificar una rosca de M 20 × 250 cuya tolerancia nos dice el plano que debe de estar en ± 0,05 mm. Para ello empleamos un pálmer de roscas y medimos su diámetro medio, el cual al tomar la lectura del pálmer nos da 18,22 mm y queremos saber si la rosca está dentro de medida. Calculamos el diámetro medio: dt = dm + (0,7 × P) dm = 20 + (0,7 × 2,5) = 18,25 debe de medir la rosca 18,25 – 18,22 = 0,03 mm mide de menos Como las medidas admisibles están entre 18,20 y 18,30 la rosca sería válida.

4.7 Máquinas de soldar Uno de los trabajos que se nos presenta en el taller de mecánica es la unión de piezas de materiales. Este tipo de trabajo se realiza con las máquinas de soldar. Una máquina de soldar es un conjunto de elementos eléctricos dispuestos de forma conveniente, y que cuando los hacemos trabajar, son capaces de fundir casi de forma instantánea mediante la creación de un arco eléctrico los materiales del taller, como puedan ser los aceros, aluminios, aceros inoxidables, etc. Todas las máquinas de soldar constan de un transformador, un regulador de corriente y unos electrodos capaces de generar el arco eléctrico. Definición de soldadura: Soldar es unir dos piezas metálicas de igual o distinto tipo de material mediante calor, generalmente con aportación de material en los bordes a unir. © ITES-PARANINFO

249

Determinación y análisis de los conformados Distinguimos básicamente dos tipos de soldadura. Soldadura blanda Soldadura Soldadura fuerte

Soldadura blanda: Se conoce con el nombre de soldadura blanda a la unión de piezas metálicas mediante la fusión de un material de aportación cuya temperatura de fusión es más baja que las piezas a soldar. Por ejemplo, soldadura blanda es la unión de tuberías de cobre con estaño como material de aportación (el estaño funde a temperatura más baja que el cobre). Figura 4.7.1. Otro ejemplo de soldadura blanda es la unión de plaquitas de metal duro al mango, que son soldadas con material de aportación de latón, el cual funde a temperatura más baja que el acero del mango y el material de la placa a soldar. Figura 4.7.2. Figura 4.7.1. Soldadura de estaño.

Este tipo de soldadura tiene la ventaja de que no fundimos los bordes del material de las piezas a soldar, y unimos piezas con material de baja temperatura de fusión, evitando las deformaciones del material a soldar, pero tiene el inconveniente de que la soldadura no es muy resistente. Soldadura fuerte: Se llama soldadura fuerte a la unión de piezas metálicas mediante la fusión de sus bordes.

Figura 4.7.2. Soldadura de latón.

Tengamos en cuenta que cuando fundimos los bordes de una pieza metálica para soldarla y además aportamos material, lo que estamos haciendo es una aleación de material. Tipos de soldadura: Dentro de la soldabilidad de los metales hay muchas técnicas que hoy día se emplean para soldar, pero solamente nos encargaremos de las más comunes en el taller de metal. Electrodo revestido Soldadura de hilo continuo Tipos de soldadura Soldadura T.I.G. Soldadura oxiacetilénica

Soldadura por electrodo revestido: Este tipo de soldadura es uno de los más empleados en los talleres por su comodidad y simplicidad de ejecución, requiere equipos muy económicos y resuelve los problemas típicos de trabajos del taller de metal. Se llama soldadura por electrodo revestido porque el material de aportación que se emplea para la realización de la soldabilidad de los metales son electrodos revestidos, de los cuales hablamos más adelante con el fin de conocerlos en profundidad. A pinza Bobina primaria

Bobina secundaria A masa

Figura 4.7.3. Transformador de soldadura.

El transformador de soldadura: Es el elemento principal de la máquina; tiene dos arrollamientos, uno llamado primario, de hilo fino, el cual genera unas líneas de fuerza, que son recogidas por un segundo arrollamiento, llamado secundario, de hilo grueso. Figura 4.7.3. El fundamento del transformador de soldadura está en transformar la corriente eléctrica disminuyendo su voltaje y aumentando la intensidad, que es la que tiene la fuerza para fundir la varilla de aportación, llamada electrodo. Los transformadores de soldadura deben reunir las condiciones siguientes: • Deben dar tensiones lo más uniformes posible. • Debe poderse regular la intensidad con facilidad. • Tienen que ser silenciosos.

250

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados El calor generado por un conductor al circular por él la corriente eléctrica viene definido por: (Ver trabajo eléctrico capítulo I) Q = 0,24 I2 R t

Constante de fusión: La constante de fusión viene definida por la cantidad de metal depositado en gramos por minuto y por amperio. C = D / (A × t)

Siendo: C = Constante de fusión D = Peso del material aportado A = Intensidad de la corriente T = Tiempo en minutos Lo que debemos de saber antes de soldar: Antes de empezar a soldar ninguna pieza, deberemos de saber e identificar el tipo de material que tenemos que soldar, si es o no soldable, qué características tiene, su contenido de carbono en el caso de que sea un acero. Si fuese otro tipo de material, como aluminio, acero inoxidable, etc., conocer sus características e identificar su composición, con el fin de poder elegir el electrodo adecuado. Cómo tenemos que preparar sus bordes (tipo de bisel) para realizar la soldadura y garantizar la penetración. Tipo de electrodo adecuado a la soldadura del material en cuestión, así como la elección del diámetro del electrodo en función de su espesor. Normas a tener en cuenta cuando se va a soldar: • Ajustar el equipo de soldadura en intensidad según el electrodo a emplear y la posición de soldadura, si es horizontal, ascendente, etc. • En el caso de emplear gases, ajustar las presiones adecuadas al tipo de soldadura y tamaño de hilo a emplear. • Ponerse el equipo de protección, y elegir el cristal adecuado a nuestra visión. • No mirar nunca al arco de soldeo sin la protección adecuada a la intensidad generada. • Picar la escoria del cordón de soldadura con gafas protectoras. • Soldar siempre en lugares bien ventilados o con elementos de extracción de gases. • Los cables del equipo deberán estar bien aislados y no tener partes rotas o desnudas. • No soldar cerca de elementos inflamables, pues las proyecciones pueden provocar incendios. • No tirar el sobrante del electrodo fundido (colillas) al suelo. • Desconectar el grupo de soldadura cuando se termine el trabajo o cuando el descanso sea grande. • Las botellas que contengan gases deberán estar sujetas con cadenas para evitar su caída. El equipo de protección de soldadura: Cuando soldamos tenemos que protegernos de las proyecciones que produce la fusión del material y electrodo, así como de los rayos que emite el arco eléctrico; el equipo de protección de soldadura está formado por: • Un delantal de cuero; nos protege de las radiaciones y de las proyecciones. • Manguitos; nos protegen los brazos. • Polainas; nos protegen los pies.

© ITES-PARANINFO

251

Determinación y análisis de los conformados • Guantes, que deben de ser hasta la muñeca, nos protegen la mano del calor y de las proyecciones • Careta de soldadura; nos protege la vista y la cara. Elección del cristal de protección de la vista en la soldadura: El arco eléctrico emite una serie de rayos que son perjudiciales para el ojo humano, dañándonos la vista de forma irreversible, por lo que nunca debemos de soldar sin protección, tanto visual como térmica. La forma de protegernos es mediante una careta que incorpora un cristal tratado, el cual filtra dichos rayos y evita que penetren a través del propio cristal, de forma que nos permite observar el trabajo realizado durante la soldabilidad, y al mismo tiempo nos protege la vista de los rayos nocivos y del calor generado por el propio arco. Estos cristales, llamados cristales inactínicos, están homologados según normas DIN, y tienen una numeración que nos indica el grado de protección que necesitamos en función de la intensidad de soldadura con la cual vamos a trabajar. ELECCIÓN DEL CRISTAL PARA LA PROTECCIÓN DE LA VISTA DEL SOLDADOR Nº grado de protección

Trabajos con electrodos revestidos

9

29-39 A

Trabajos con corte por plasma

Soldadura SMGI

10

40-80 A

11

80-175 A

50-150 A

100-175 A

80-100 A

12

175-225 A

150-250 A

175-250 A

13

225-350 A

250-400 A

250-300 A

Por ejemplo, si tenemos que soldar con electrodos revestidos a 100 A, escogeríamos la careta con un cristal de protección del número 11, que nos protege de una intensidad de 80 a 175 A. Arco eléctrico: Se define como arco eléctrico a la descarga controlada entre dos electrodos metálicos, el cual se acompaña de una gran intensidad luminosa con desprendimiento de calor, pudiendo llegar a los 3.000 ºC. Esta generación de calor es la particularidad que controlamos en los equipos de soldadura y la aprovechamos para la fusión de los bordes de los materiales que tenemos que soldar. Para que se genere el arco pudiéndolo controlar a voluntad debemos de conectar un electrodo (masa) a la mesa de soldadura, que será metálica, y el otro electrodo (pinza) a la varilla de aportación (electrodo de fusión). En la figura 4.7.4 se ven las partes del cordón de soldadura y sus características.

Atmósfera protectora

Electrodo Varilla metálica

Escoria

Revestimiento

Metal aportado

Arco eléctrico

D

Baño fundido Metal de base

Figura 4.7.4. Cordón de la soldadura eléctrica. α H

Figura 4.7.5. Inclinación del arco α = de 70º a 80º.

252

Longitud del arco de soldar: El electrodo no debe de ir pegado a la pieza a soldar, debe de ir a una distancia H de la pieza para mantener el arco en perfectas condiciones de soldeo. La altura del arco dependerá del tipo de electrodo y material a soldar, (ver figura 4.7.5), pero a título informativo y como norma general, tenemos que la altura deberá ser:

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados • Para electrodos de rutilo la altura del arco será H = D. • Para electrodos básicos la altura del arco será H = D/2. • Para electrodos oxidantes la altura del arco será H = 0. Soplo magnético. Cuando soldamos se crea un campo magnético alrededor del electrodo y la pieza a soldar, y como consecuencia del campo magnético creado, el arco tiende a desviarse del cordón de soldadura; a esta desviación es a lo que llamamos soplo magnético. Figura 4.7.6. Esta distorsión producida hace que el material fundido del electrodo no se deposite en el cordón de soldadura, el material fundido salpica en los alrededores del cordón quedando depositado en forma de gotas, las llamadas proyecciones de soldadura, haciendo que se pierda parte del material fundido, pues éste se deposita fuera del cordón, dando un mal aspecto a la pieza soldada.

Figura 4.7.6. Soplo magnético.

Electrodo o varilla de aportación: Es la varilla que se pone en la pinza y es la que ceba el arco eléctrico; esta varilla por el efecto del calor del arco eléctrico es capaz de fundir los bordes de la pieza a soldar, así como al mismo tiempo se funde la propia varilla aportando el material de relleno en la fisura de unión de los materiales a soldar. Figura 4.7.7. Parte desnuda

Distintivo

Revestimiento

Varilla metálica (núcleo)

Punta

Figura 4.7.7. Partes del electrodo.

Núcleo: Es la varilla metálica que forma el electrodo; está calibrada y perfectamente cilíndrica, midiéndose por el diámetro de la misma (parte desnuda). Revestimiento: La varilla tiene un revestimiento el cual se funde junto con el metal de aportación y los bordes de la pieza a soldar, y tiene como misión fundamental proteger al material fundido de los agentes atmosféricos, evitando que el material fundido tenga contacto con el oxígeno del aire y se oxide o se fisure durante su enfriamiento (es lo que se llama contaminación del cordón de soldadura). También favorece la dirección del arco eléctrico y facilita el cebado del mismo, así como evita un enfriamiento rápido del material depositado, al mismo tiempo que le da belleza al cordón. El revestimiento queda en forma de escoria sobre la superficie del cordón y una vez frío éste se elimina con una piqueta o cepillo metálico. Algunos tipos de revestimiento llevan elementos que se aportan a la soldadura mejorando la calidad del cordón depositado. Tipos de electrodos: Dada la variedad de materiales y sus diversas composiciones, también hay una gama muy amplia de electrodos o varillas de aportación, pues cada tipo de material a soldar requiere su material de aportación con sus características particulares. Dada la cantidad de electrodos y materiales de aportación que existen en el comercio solamente citaremos las características de los electrodos más comunes para poder resolver los trabajos más convencionales del taller. Electrodos de rutilo: Este tipo de electrodo son de revestimiento medio, con un elevado porcentaje de rutilo (de ahí su nombre); depositan una escoria densa y viscosa protegiendo bien el cordón de soldadura y dando belleza al mismo; el metal depositado solidifica rápidamente. La penetración de soldadura de este tipo de electrodo no es grande. Son de gota fría y son apropiados para soldar en todas las posiciones. Son muy adecuados para la soldadura de materiales que tengan mala preparación de los bordes (bordes abiertos o separados); también van bien para la soldadura de chapa fina.

© ITES-PARANINFO

253

Determinación y análisis de los conformados Su resistencia a la tracción está comprendida entre 450 y 510 N/mm². Electrodos básicos: Son electrodos adecuados a la soldadura de materiales que hayan estado sometidos a oxidaciones o agentes atmosféricos y por lo tanto el material a soldar esté degradado o sea de mala calidad en su composición química. Se recomiendan para las soldaduras de cierta responsabilidad y para soldar aceros de baja aleación. Tienen buena penetración, empleándose para materiales gruesos o muy gruesos y sueldan con un arco corto; se emplean en todas las posiciones. Estos electrodos tienen dos revestimientos y ceban mal el arco, son difíciles de manejar, el aspecto del cordón depositado no es bonito pero es de calidad, la escoria que depositan es de color grisáceo, y cuesta trabajo quitarla y limpiar el cordón. Estos electrodos tienen tendencia a absorber la humedad, por lo que deben conservarse en sitios adecuados y con los paquetes precintados; deben de emplearse completamente secos, de lo contrario dan muchas proyecciones y la soldadura realizada se agrieta. Electrodos ácidos: Estos tipos de electrodos son de revestimiento medio-grueso y se les llama de gota caliente porque tardan más en solidificar el material de aportación que los electrodos de rutilo; sirven para soldar en todas posiciones excepto en ascendente y bajo techo; al tardar en solidificar descuelgan mucho el material de aportación. El revestimiento contiene además de óxidos de hierro y manganeso una proporción de ferroaleaciones para desoxidar el material depositado. Tienen una buena penetración y son empleados para trabajos de responsabilidad y cuando hay que pasar inspecciones radiografiadas severas. Estos electrodos funden bien y se emplean con elevadas intensidades; su escoria es típicamente ácida. Simbolización del electrodo según normas AWS: En el taller tenemos que soldar infinidad de materiales, ya hemos visto la cantidad de aceros que tenemos para satisfacer las necesidades industriales, cuya composición y aleación difieren unos de otros. Pero también tenemos otros materiales que soldar, como aluminio, duroaluminios, aceros inoxidables, etc. Dada la gama tan amplia de materiales existentes en la industria, también existe una gama muy amplia de materiales de aportación (electrodos) preparados y adecuados cada uno de ellos a la soldadura de un tipo de material, por lo que su material de aportación y aleación difieren unos de otros. Por este motivo los electrodos están clasificados por un símbolo, el cual nos indica las características para el cual ha sido fabricado y las condiciones de soldadura en las que tiene que trabajar y fundir. Este símbolo viene impreso en el electrodo para que sepamos sus características, las cifras con las que viene marcado nos indican:

SIMBOLIZACIÓN DEL ELECTRODO

254

E

1ª Cifra

2ª Cifra

3ª Cifra

La E significa electrodo revestido para soldadura por arco.

Las dos cifras siguientes nos indican la resistencia a la tracción de ese electrodo.

La segunda cifra nos indica la posición de soldadura. 1. Todas posiciones. 2. Solamente se puede emplear para horizontal.

La tercera cifra nos indica el tipo de revestimiento. 0. Electrodo oxidante. 1, 2, 3, 4. Electrodos de rutilo 5, 6, 7, 8. Electrodos básicos.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Veamos lo que significa el símbolo de un electrodo que viene marcado con: E 6013. Su símbolo significa que es un electrodo revestido para emplearlo en la soldadura por arco eléctrico, puesto que lleva una E; las dos cifras siguientes, 60, nos indican la resistencia a la tracción; la cifra siguiente nos indica la posición de soldadura en la cual puede trabajar ese electrodo, que en este caso como lleva un 1 es un electrodo que está indicado para soldar en todas las posiciones. La última cifra nos indica el tipo de revestimiento que tiene el electrodo, que en este caso como lleva un 3 nos está diciendo que es un electrodo cuyo revestimiento es del tipo de rutilo. Elección del electrodo adecuado al tipo de trabajo: Cuando tenemos que unir piezas mediante soldadura, dada la diversidad de aceros y sus diversas composiciones, y como hemos visto la diversidad de electrodos y material de aportación que existe para satisfacer estas necesidades técnicas, si queremos garantizar la soldadura a realizar tendremos que tener en cuenta una serie de conceptos, como son: Tipo de material a soldar: En base al tipo de material a soldar escogeremos el tipo de electrodo y la calidad del mismo. Éstos pueden ser aceros comunes, aceros inoxidables, aluminio y duroaluminios, fundición, etc. El espesor del material a soldar: Determinando el espesor del material a soldar escogeremos el diámetro del electrodo y éste debe estar en función de qué sea el material a soldar, chapa de distintos espesores, perfiles, tuberías de diversos espesores, etc. Posición de soldadura: La posición de soldadura nos dará la elección del electrodo, si es de gota fría (para todas las posiciones) o de gota caliente (sólo para horizontal). Máquina de soldar: La máquina de que dispongamos nos dará la elección del electrodo en función del tipo de trabajo a realizar; si tenemos que trabajar con electrodos que funden conectados al polo positivo no podemos emplear un transformador de soldadura, tendrá que ser un rectificador de corriente, etc. Preparación de los bordes de las piezas a soldar: Con el fin de que los electrodos al fundirse puedan penetrar bien en la fisura o en las piezas a soldar, tenemos que preparar los bordes de éstas antes de la realización de la soldadura.

Cuando se sueldan piezas en horizontal cuyo espesor no pase de 2 mm las piezas, no hará falta biselarlas, simplemente se ponen a tope (ver figura 4.7.8) y se sueldan, pues el electrodo penetra en este espesor.

e

Si el espesor a soldar está comprendido entre 2 y 6 mm se separarán la mitad del espesor como norma general y se sueldan sin más (figura 4.7.9). Como norma general el valor de la cota X es:

x

Sin separación

Figura 4.7.8. Piezas a tope.

e X = ---------2

Figura 4.7.9. Separación de los bordes a soldar.

Si pasan de 6 mm de espesor conviene que preparemos sus bordes antes de la soldadura y lo vemos en el cuadro siguiente. Los cordones en la soldadura: Cuando soldamos chapas de espesores pequeños, generalmente de 4 a 6 mm, basta con preparar los bordes y generalmente con un solo cordón es suficiente para que las piezas queden perfectamente soldadas, en ocasiones se tira un cordón de raíz (1) y otro de recargue (2). Figura 4.7.10. Cuando el espesor a soldar está por encima de los 6 mm se tirará un cordón de raíz (1) y luego se depositarán tantos cordones como sean necesarios hasta completar el espesor del material a soldar. Ver figura 4.7.11.

© ITES-PARANINFO

e

Los bordes se preparan en función del espesor que tenga la pieza a soldar y de la dureza del material.

2 1

Figura 4.7.10. Soldadura con cordón raíz y recargue.

1

Figura 4.7.11. Soldadura con varios cordones.

255

Determinación y análisis de los conformados PREPARACIÓN DE LOS BORDES DE LAS PIEZAS ANTES DE SOLDAR Denominación

Espesor a soldar

Biselado en una sola pieza, un borde solo en V

Se emplean para pequeños espesores, 4 a 7 mm X será de 2 a 4 mm α = 60º h = hasta 3 mm

Biselado de los bordes de las dos piezas en V

Biselado de las dos piezas en X

Biselado de las dos piezas en forma de U

Se emplean para espesores medios, de 4 a 12 mm X será de 2 a 4 mm α = 60º h = hasta 3 mm

Geometría α h x α h x

Se emplean para grandes espesores, a partir de los 10 – 12 mm X será de 2 a 4 mm α = 60º h = hasta 3 mm

α

Se emplean para grandes espesores, a partir de los 10 – 12 mm X será de 2 a 4 mm h = hasta 3 mm

a

h x

h x

Problema ¨ Tenemos que soldar una pieza de acero suave de 6 mm de espesor y queremos saber qué tipo de preparación o bisel tenemos que hacer en sus bordes de soldadura y qué tipo de electrodo debemos de elegir para su soldabilidad.

Como es una pieza que tiene más de 4 mm de espesor hay que biselarla, por lo que el bisel será de 60º y lo realizaremos en las dos piezas, dejando un tacón de 4 mm con una separación de 2 mm. El electrodo adecuado a este tipo de material será el E – 6013 (rutilo) de 3,25 mm de diámetro.

La deformación de los aceros durante la soldabilidad: Tenemos que tener en cuenta que los materiales cuando los soldamos los calentamos hasta llegar al punto de fusión en los bordes de la soldadura. El material próximo al cordón de soldadura se calienta dilatándose (ver estructura de los aceros en capítulo 2) y sus granos aumentan de tamaño, empujando a los granos contiguos creando la deformación del material. Lo mismo sucede cuando éstos se enfrían, los granos dilatados y aumentados de tamaño tienden a recuperar su estado normal y se crea una tendencia a la separación, apareciendo las fisuras. En términos generales las deformaciones de las piezas al soldarlas obedecen a las dilataciones y contracciones que se crean por el calor generado durante la soldabilidad (ver dilataciones capítulo 1). Conociendo este proceso debemos de preparar las piezas antes de soldarlas para evitar estas deformaciones.

Figura 4.7.12. Deformación por contracción de la soldadura.

256

Nunca debemos enfriar un cordón de soldadura con agua, pues el enfriamiento es tan rápido que podemos fisurar la soldadura depositada, también podemos templar su superficie. La pieza que nos muestra la figura 4.7.12 está deformada por dilataciones en el enfriamiento después de soldar.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Defectos de la soldadura: Los defectos que se producen en las soldaduras pueden ser imputables a diversas causas, como a las intensidades con las que se trabaja, materiales y electrodos empleados en la realización de los trabajos de soldeo, los equipos empleados, etc. Dadas las características de responsabilidad de los trabajos de soldadura, hemos de tener la mejor garantía de que van a resistir los esfuerzos a los que se someten los materiales soldados, por lo que este tema requiere que antes de realizar una soldadura tendremos que estudiar qué material vamos a soldar y con qué elementos de trabajo la vamos a realizar, como son máquina a emplear, electrodo del material base, intensidades adecuadas, etc. Los defectos de la soldadura imputables al soldador, por lo general son aquellos en los que el soldador tiene mal pulso, posiciona mal el electrodo o desconoce las características de los materiales que está empleando. También es imputable al soldador la mala preparación del material antes de la soldadura, así como la elección del electrodo adecuado a cada tipo de material. DEFECTOS DE LAS SOLDADURAS

Mala posición del electrodo

Inclusiones de escoria

Porosidades

Mordeduras

DEFECTOS Y SOLUCIONES DE LAS SOLDADURAS DEFECTO

CAUSA POSIBLE

SOLUCIÓN

Nos cuesta trabajo cebar el arco, el arco no se estabiliza.

Electrodo con la punta desnuda o roto el revestimiento.

Arreglar la punta del electrodo.

Una vez que se ha cebado el arco no se estabiliza, se apaga o da muchas proyecciones.

La distancia del electrodo a la pieza es demasiado larga, o electrodo húmedo.

Bajar el arco y llevar la distancia adecuada al mismo. Secar el electrodo.

La penetración del cordón es pequeña y el cordón sale abultado.

Falta de intensidad. Polaridad equivocada.

Adecuar la intensidad al tipo de electrodo y al trabajo a realizar. Cambiar la polaridad.

El electrodo se pone al rojo. Se producen muchas proyecciones durante la fusión del mismo.

Exceso de intensidad.

Adecuar la intensidad al electrodo bajándola en el equipo de soldadura.

Soldadura de mal aspecto, no se alea bien el material soldado.

Electrodo inadecuado, es de distinta composición que el material base.

Cambiar el electrodo por el de la misma composición que el material base.

Inclusiones de escoria y poros.

No se ha limpiado la pieza bien. Electrodo inadecuado. Falta de intensidad.

Limpiar la pieza a soldar bien. Adecuar el electrodo al material a soldar. Aumentar la intensidad.

Grietas o fisuras.

Se ha quitado la escoria antes de enfriarse el cordón. Electrodos húmedos. Electrodo incompatible con el material base.

Esperar a que se enfríe la pieza para quitar la escoria. Secar los electrodos antes de emplearlos. Adecuar el electrodo al material base.

Los bordes del cordón de soldadura aparecen mordidos o faltos de material.

El electrodo durante la soldadura está mal posicionado.

Posicionar bien el electrodo.

Fallos del arco durante el trabajo de soldeo.

Pinza o masa flojas o deterioradas.

Revisar las masas y la pinza y reparar si procede.

© ITES-PARANINFO

257

Determinación y análisis de los conformados Cálculos y coste de la soldadura eléctrica: Cuando recibimos trabajos de soldadura en el taller generalmente se nos pide un presupuesto del coste del trabajo a realizar, es por lo que tenemos que valorar el coste de la soldadura o de los trabajos que se nos encargan, para dar un precio lo más exacto posible. Uno de los parámetros a valorar es la cantidad de electrodos a emplear en la soldadura a realizar, pues conociendo el número de electrodos y su coste sabremos la cantidad que tenemos que adquirir y el precio de los mismos. Para calcular el número de electrodos que tenemos que emplear en un cordón de soldadura podemos hacer lo siguiente: 1º. Se coge una chapa del material a soldar y se pesa, se sueldan (funden) 8 ó 10 electrodos del tipo a emplear en el trabajo a realizar, una vez fundidos se limpia la soldadura de escoria, proyecciones, etc., y se vuelve a pesar, tendremos que la diferencia del peso antes y después de la soldadura será el peso del material aportado; si lo dividimos por el número de electrodos empleados tendremos el peso del material aportado por electrodo. Para ello aplicaremos la fórmula siguiente: Siendo: Pe = Peso del electrodo fundido Ps = Peso de la chapa soldada Pc = Peso de la chapa antes de soldar Nº = Número de electrodos empleados

Ps − Pc Pe = ----------------------Nº

2º. Si queremos saber el número de electrodos por metro de costura soldada, no tendremos nada más que dividir el peso del metro de cordón soldado por el peso de cada uno de los electrodos fundidos. De tal forma que si aplicamos la fórmula siguiente sabremos el número de electrodos a adquirir para cada trabajo a realizar, siendo Pmc el peso del metro de costura soldado. Siendo: Nem = Número de electrodos por metro Pem = Peso del cordón de soldadura a realizar

Pmc Nem = ----------------Pe

Coste de la soldadura: Al coste de los electrodos tendremos que sumarle el precio de la mano de obra del soldador, el coste de la energía eléctrica, y la amortización de maquinaria. Cs = Coste total de la soldadura Ce = Coste de los electrodos Cmo = Coste de la mano de obra Cee = Coste de la energía eléctrica Cm = Amortización del equipo (maquinaria)

Cs = Ce + Cmo + Cee + Cm

4.7.1 Soldadura de hilo continuo La soldadura de hilo continuo es una técnica muy empleada hoy día, pues tiene muchas ventajas sobre la soldadura de electrodo revestido. Aunque es un procedimiento más complejo y caro que la soldadura convencional, aporta ventajas muy significativas y rapidez de trabajo, así como poder soldar materiales que por el sistema de electrodo revestido son difíciles de soldar y nos plantean ciertas dificultades. Ventajas de la soldadura de hilo continuo: • El electrodo es una bobina de hilo, por lo que se evitan los empalmes y sus consecuencias, como deformación del cordón en el empalme, poros, inclusiones de escoria por falta de limpieza, etc. • No hay que quitar la escoria después de la soldadura (no tiene), por lo que nos aporta limpieza del cordón depositado y mayor uniformidad.

258

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados • Más fácil de depositar el cordón, pues al ser el electrodo de hilo muy fino (0,8 a 1,2 mm de diámetro) lo fundimos con más facilidad, depositando el material fundido en donde nos interesa. • Ahorra tiempo de soldadura, no tenemos tiempos muertos de cambio de electrodo cuando éste se termina. • El arco de soldadura es más estable que en los equipos de electrodo revestido. Inconvenientes de la soldadura de hilo continuo: • • • •

Son equipos más caros que los convencionales. Son más delicados, por lo que requieren un mantenimiento más enérgico. Necesitan una botella de gas que se emplea como protector del arco eléctrico. Generalmente son difíciles de transportar, por lo que los trabajos a realizar deben de ir al taller (a veces requieren instalación fija por las botellas de gases a emplear). Ver equipo de soldadura en la figura 4.7.1.1. • La manguera de soldadura generalmente pesa más que la pinza portaelectrodos, por lo que cansa más. Equipo de la soldadura de hilo continuo: La soldadura de hilo continuo está compuesta por: El equipo eléctrico: Será un equipo eléctrico que dé un arco de soldadura estable con una tensión constante con posibilidad de regulación. Estos equipos son rectificadores de corriente, de forma que toman la corriente de red (corriente alterna) y la rectifican (corriente continua), reduciendo la tensión y aumentando la intensidad para poder fundir la varilla (material de aportación).

Figura 4.7.1.1. Equipo de soldadura de hilo continuo.

El sistema de alimentación: Un sistema de alimentación y avance de hilo según se va consumiendo con posibilidad de regulación según la velocidad de salida que nos interese. El gas: Una botella de gas que será distinto según el material a soldar y su sistema de regulación del caudal según se necesite (manómetros). La misión del gas es proteger el cordón de soldadura de la atmósfera, con el fin de evitar que se contamine el material que está fundido en la zona de soldadura, pues sabemos que el acero tiene una gran afinidad por el oxígeno en estado líquido y por lo tanto su contaminación en ese estado es muy rápida. Si la protección del gas es defectuosa, como falta de gas, desviación del chorro de gas por corrientes de aire, etc., la falta de protección de la zona de soldadura nos dará porosidades, las cuales están consideradas como un defecto muy serio (la soldadura no vale). Los gases empleados en la soldadura de hilo continuo se deberán escoger en función del material a soldar, pues hay diversos tipos de gases que satisfacen las necesidades técnicas de protección de soldadura; cada uno de ellos es más indicado para un tipo de material. El gas argón: Es uno de los gases empleados en la soldadura de aceros comunes y aceros aleados; también se puede emplear sin hidrógeno con buen éxito en los aceros inoxidables. Las características más importantes del gas argón son: • Es un gas noble de símbolo químico Ar. • Densidad a 15º y 1 B, 1,66 kg/m³. • Se presenta en botellas a 200 atm de presión. • No es combustible. • No es tóxico, lo que lo hace utilizable en la soldadura. • Se emplea en la soldadura de hilo continuo como elemento desoxidante, pues desaloja el aire de la atmósfera durante la soldadura, evitando la oxidación del material de aportación. • Se obtiene del aire por destilación. • Da una buena estabilidad de arco eléctrico.

© ITES-PARANINFO

259

Determinación y análisis de los conformados En la soldadura se emplea para desalojar el aire de la atmósfera de la zona de soldadura. El gas oxargón: Es un gas empleado en la soldadura de hilo continuo como desoxidante y es una mezcla de gases argón y oxígeno; es más enérgico que el argón y se emplea con buen resultado en la soldadura de aceros comunes y aceros inoxidables. Tubo conductor de gas Gas protector

Electrodo hilo continuo

Figura 4.7.1.2. Soldadura de hilo continuo.

En recintos cerrados si tenemos un escape tenemos peligro de asfixia; por lo tanto, debe de emplearse en sitios ventilados. La pistola: La pistola (figura 4.7.1.2) es la que establece el arco eléctrico con la pieza a soldar, al mismo tiempo que suministra el hilo guiándolo en la zona de soldadura (estas pistolas pueden ir o no refrigeradas). El material de aportación: Son bobinas de hilo enrollado en un soporte el cual se coloca en la máquina y mediante un equipo de tracción éste tira del hilo de la bobina a medida que éste se funde depositando el cordón. El hilo de acero está revestido de cobre con el fin de evitar la contaminación durante su almacenamiento y para facilitar el cebado del arco durante la soldadura. El diámetro del hilo que tenemos que utilizar depende del trabajo a realizar, pero los diámetros más empleados son los de 0,8 mm, 1,00 mm y 1,2 mm.

4.7.2 Soldadura oxiacetilénica Este tipo de soldadura es muy empleada para trabajos de chapa fina, como elementos de decoración, lampistería, carrocerías, etc. Se suele emplear para espesores no superiores a 3 ó 4 mm. Es una soldadura más delicada que la soldadura eléctrica, pero tiene el inconveniente de que el tiempo de calentamiento de la pieza a soldar es mayor que en la soldadura eléctrica, por lo que suele deformar las piezas por las dilataciones. Se fundamenta en el poder calorífico del acetileno mezclado con el oxígeno, de ahí que reciba el nombre de soldadura oxiacetilénica. El proceso de soldadura es calentar la pieza hasta la temperatura de fusión del material a soldar junto con el material de aportación. Al tener que trabajar con gases peligrosos tenemos que conocer sus características y su forma de manejo. Equipo de soldadura oxiacetilénica: El equipo básico de soldadura está compuesto por una botella de oxígeno y una botella de acetileno, con sus manómetros de regulación correspondientes, un mango (soplete) que incorpora los grifos, los cuales regulan la llama de trabajo, y una boquilla que es la que realiza la mezcla de los gases y genera la combustión. Las mangueras que conectan las botellas de gas con el mango del soplete están codificadas por colores, teniendo el color rojo para el acetileno y el color azul para el oxígeno. La botella de acetileno: El acetileno es un gas cuya fórmula química es C2H2, no se encuentra libre en la naturaleza y se obtiene a través del carburo de calcio. Su poder calorífico está alrededor de los 3.100 ºC con una densidad de 0,905 y explota con facilidad al contacto con el aire cuando pasa de 1,5 atmósferas de presión, por lo que no se debe de trabajar nunca a más de esta presión. Es un gas que tiene un olor característico a ajos con el fin de que cuando haya fugas se pueda detectar por el olor. Es muy soluble en acetona, propiedad que se aprovecha para envasado en botellas. Se suministra en botellas de acero disuelto en acetona a una presión de 15 atmósferas. El interior de la botella está lleno de materia porosa (piedra pómez o cemento metálico poroso), luego se llena de acetona, y en ella se disuelve el acetileno, el cual va saliendo a medida que lo gastamos. Un kilo en peso de gas acetileno tiene unos 850 litros de gas. No debe vaciarse la botella de acetileno totalmente, pues corremos el riesgo de que se salga la acetona; cuando el manómetro de la botella nos marque el contenido por debajo de 0,5 atm, ésta se dará por terminada sustituyéndola por otra nueva.

260

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Queda terminantemente prohibido trabajar con las botellas tumbadas. Ver botella de acetileno en la figura 4.7.2.1. Si queremos calcular el gasto de acetileno que tenemos en un trabajo lo haremos de la siguiente forma: Pesamos la botella antes y después del trabajo y la diferencia de peso la multiplicamos por 850, lo que nos dé serán los litros de gas acetileno gastados en el trabajo. La fórmula a emplear para el cálculo es: V = (Pa – Pd) × 850

V = Volumen en litros gastados Pa = Peso de la botella antes del trabajo Pd = Peso de la botella después del trabajo La botella de oxígeno: El oxígeno se encuentra en el aire mezclado con el nitrógeno (21% de O y 78% de N); generalmente se obtiene del aire o del agua. Su símbolo químico es O, su densidad es 1,43, y oxida los aceros con mucha facilidad; en estado caliente los aceros demuestran mucha afinidad por el oxígeno, oxidándose con mucha facilidad, por lo que hay que regular bien la llama para evitar la oxidación del material a soldar.

Figura 4.7.2.1. Botella de acetileno seccionada.

Se suministra en botellas de acero a una presión de 150 atmósferas. Éstas deben de llevar los manómetros correspondientes para la regulación de la presión de trabajo. Si queremos saber el volumen de gas que tenemos dentro de la botella, así como el gasto del mismo, con el fin de valorar el coste de un trabajo en un momento determinado, lo podemos hacer de la forma expresada en el cuadro siguiente: CÁLCULO DEL GASTO DE OXÍGENO EN UNA SOLDADURA Siendo: V = Volumen de O en litros C = Capacidad de la botella en litros P = Presión (lo que marca el manómetro de alta) Aplicamos la fórmula:

V=C×P

Siendo: Vg = Volumen gastado Vd = Volumen después del trabajo Va = Volumen antes del trabajo Aplicamos la fórmula:

Vg = Va – Vd

Problema ¨ Queremos saber el gasto de oxígeno que hemos tenido en la realización de una soldadura. El proceso es el siguiente: cuando empezamos a trabajar tomamos nota del manómetro de alta y vemos que nos marca por ejemplo 100 kg/cm². Al terminar el trabajo volvemos a tomar nota de lo que nos marca el manómetro y vemos que ahora marca 60 kg/cm². La capacidad de la botella es de 60 l. Al empezar el trabajo en la botella tenemos 60 × 100 = 6.000 litros de oxígeno. Al terminar el trabajo en la botella nos queda 60 × 60 = 3.600 litros. Luego hemos gastado 6.000 – 3.600 = 2.400 litros en el trabajo.

El soplete o mango de soldar: Es la pieza en la cual se fijan mediante roscado las boquillas de trabajo, por lo tanto sirve para trabajar con cualquier tipo de boquilla; incorpora las llaves de regulación de salida de los gases (oxígeno y acetileno) y lleva el acoplamiento para la instalación de las mangueras. Suele ser de latón, en el interior lleva la tubería por la cual circula el oxígeno pero sin contacto con el acetileno; a través del inyector salen los gases a la boquilla en

© ITES-PARANINFO

261

Determinación y análisis de los conformados donde se mezclan quedando así preparados para obtener la llama calefactora que fundirá el metal a soldar. También se le puede incorporar la boquilla del oxicorte, para la realización de trabajos de corte. Tuerca

Boquilla

Oxígeno

Mango

Inyector

Acetileno

Figura 4.7.2.2. Mango de soldar.

Las mangueras de la soldadura oxiacetilénica: Las mangueras que se acoplan al mango del soplete de soldar son de un material especial mallado para que soporten las presiones de trabajo, deben de ser flexibles y de color según el gas que vayan a conducir. • La manguera del acetileno es de color rojo. • La manguera que conduce el oxígeno es de color azul. Respecto a las mangueras hay que decir que éstas durante el trabajo deben de estar lo más alejadas posible de la fuente de calor (llama del soplete), teniendo en cuenta que no salten proyecciones sobre las mismas. Las tuercas que abrochan la manguera al mango de soldar, también llevan roscas distintas con el fin de evitar equivocaciones en su roscado. • La tuerca que abrocha la manguera del acetileno rosca a izquierdas. • La tuerca que abrocha la manguera del oxígeno rosca a derechas. Los grifos que regulan la salida del gas llevan su distintivo en color. • El grifo que regula la salida del acetileno es de color rojo. • El grifo que regula la salida del oxígeno es de color azul. Ver figura 4.7.2.2.A. Tuerca con rosca a la derecha

Manguera oxígeno color azul

Tuerca con rosca a la izquierda

Manguera acetileno color rojo

Figura 4.7.2.2.A. Mangueras.

Las boquillas de soldadura: Son los elementos que se montan en el mango de soldadura y realizan la mezcla de los gases de acetileno y oxígeno; la mezcla se quema a la salida de la boquilla dando el calor necesario a la pieza a soldar. Las boquillas van numeradas y según su tamaño dejan salir más o menos gas con lo cual el poder de calefacción nos lo da su tamaño. Ver tabla de boquillas. Figura 4.7.2.3. Juego de boquillas.

262

La boquilla es la que maneja el operario y su habilidad de manejo influye en la calidad de la soldadura. Juego de boquillas en la figura 4.7.2.3.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados ELECCIÓN DE LA BOQUILLA A EMPLEAR SEGÚN EL ESPESOR A SOLDAR Nº de la boquilla a emplear

0

1

2

3

4

5

Espesor a soldar

mm

0,5-1

1-2

2-4

4-8

8-10

10-15

Diámetro de la varilla

mm

1

2

3

4

5

6

Presión de oxígeno

atm

2

2,5

2,5

2,8

3

3,5

Presión de acetileno

gr/cm2

50

100

100

150

150

200

Consumo de oxígeno

l/h

106

160

265

630

890

1.060

Consumo de acetileno

l/h

100

150

250

500

650

1.000

La llama de la soldadura oxiacetilénica: Como hemos comentado anteriormente los gases se mezclan en la caña de la boquilla y de su regulación y mezcla tendremos el éxito de la soldadura; esta operación de regulación de la llama debe de ser la exacta, pues si tenemos exceso de acetileno tendremos una llama que llamamos carburante y nos dará una soldadura negra y con falta de penetración, pues le falta fuerza al soplete. Si por el contrario tenemos exceso de oxígeno decimos que la llama es oxidante y la soldadura obtenida con esta llama será oxidada y de muy mala calidad; forma espuma durante la soldabilidad del material. La llamada llama neutra es la que está bien regulada. La relación entre el gasto del acetileno y el oxígeno debe de ser igual o aproximarse a la unidad. O2 / C2 H2 = 1

REGULACIÓN DE LA LLAMA DEL SOPLETE Llama con exceso de oxígeno. Llama oxidante Llama con exceso de acetileno. Llama carburante

Llama neutra. Llama bien regulada

Los manómetros (manorreductores): Son los elementos que regulan los gases en las operaciones de soldadura. El juego de manómetros consta de dos elementos, uno llamado de alta que mide la cantidad de gas que queda en la botella, que nos indica cuándo debemos de cambiar la botella por una nueva, y otro llamado de baja que mediante una válvula reguladora controla la presión de trabajo en el momento de la realización de la soldadura. En la figura 4.7.2.4 se representa un manómetro. También tiene una válvula de seguridad, que en el caso de retroceso de llama ésta se activa y evita que llegue a la botella la llama. Las roscas de los manómetros para acoplarlos a las botellas son de pasos especiales y difieren unos de otros según el tipo de gas al que tenemos que acoplarlo para evitar confusiones.

Figura 4.7.2.4. Manómetro.

Válvula antirretroceso: Es una válvula que deja pasar los gases de utilización en un solo sentido, evitando que circulen en sentido contrario, por lo que nos garantiza que en el caso de un retroceso de llama no exista el peligro de explosión, protegiendo así tanto los manorreductores como las botellas de gases; se deben de instalar a la entrada de gases del mango del soldador (soplete) y su empleo es de carácter obligatorio.

© ITES-PARANINFO

263

Determinación y análisis de los conformados Orden de trabajo en la soldadura oxiacetilénica: Es muy importarte seguir el orden de funcionamiento establecido cuando realizamos trabajos con la soldadura oxiacetilénica, pues estamos trabajando con gases peligrosos y con una fuente de calor muy enérgica. • Lo primero se prepara la zona de soldadura limpiando las partes a soldar, zona de soldadura. • Se escogerá la boquilla del número adecuado al espesor a soldar, así como el diámetro de la varilla de aportación. • Se ajustarán los manómetros de oxígeno y acetileno a las presiones de trabajo adecuadas según el número de la boquilla a emplear. • Se encenderá la llama con mecheros metálicos al respecto, nunca con mecheros ordinarios de plástico y gas. • Se abrirá primero un poco el grifo de acetileno encendiendo la llama, a continuación se abrirá el grifo de oxígeno regulando la llama de trabajo dejándola neutra. • Se procederá a realizar la soldadura. • Cuando apaguemos el soplete, apagar primero la llave del acetileno, a continuación la del oxígeno. • Cuando se recojan las mangueras purgar el gas que en ellas quede. • Cuando se recoja el equipo de soldadura, cerrar los grifos de las botellas de gas y purgar los manómetros. Normas de seguridad a tener en cuenta en la soldadura oxiacetilénica: Los gases empleados en la soldadura oxiacetilénica, tanto el oxígeno como el acetileno, están considerados como gases peligrosos, y su manejo y manipulación requieren unos conocimientos y cuidados especiales, por lo que necesitamos tener en cuenta unas normas de uso, las cuales son en términos generales: • No se deberá trabajar nunca con las botellas tumbadas. • Las mangueras deberán estar en perfecto estado de trabajo, sin arrugas, ni cortes, teniendo en cuenta la fecha de caducidad, cambiándolas cuando éstas caduquen. • Las botellas de gases deberán estar en un sitio lejos del puesto de soldadura (3 metros) y fijadas a un carro o soporte atadas con cadenas para evitar su caída. • No se expondrán las botellas a fuentes de calor, como el sol, o próximas a hornos, etc. • Cuando las botellas se transporten se hará en carros adecuados, nunca rodándolas. • Las fugas de éstas se detectarán con agua jabonosa. • Si se detectara una fuga de gas en el grifo de una botella, ésta deberá sacarse a la calle y dejarla al aire libre, no dejarla en el almacén o sitios cerrados. • Los manómetros deben de estar visibles en todo momento para controlar las presiones de trabajo. • El operario debe de utilizar el equipo de protección (guantes, manguitos, delantal y gafas adecuadas). • Queda terminantemente prohibido engrasar los grifos de las botellas con aceite, grasa, etc. Oxicorte: El oxicorte de los aceros está basado en la afinidad que tienen los aceros por el oxígeno. Se fundamenta en calentar un acero a temperaturas de 1.300 ºC a 1.400 ºC, y cuando alcanza la temperatura llamada de calefacción se le somete a un choro de oxígeno de forma controlada, oxidándose éste de forma rapidísima (combustión) dando lugar al corte del material. Por lo tanto, sólo se pueden someter a oxicorte el hierro y los aceros comunes u ordinarios. Figura 4.7.2.5. Boquillas de corte.

264

No pudiéndose cortar los aceros inoxidables, ni otros tipos de materiales aunque tengan un punto de fusión bajo, como el caso del aluminio. En la figura 4.7.2.5 tenemos unas boquillas de oxicorte.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados La llama del oxicorte: El oxicorte tiene una llama que es la llamada llama de calefacción (mezcla de oxígeno y acetileno); ésta calienta la pieza a cortar y cuando está en estado al rojo (temperatura mencionada) mediante un mecanismo que incorpora el mango del oxicortador se le administra un chorro de oxígeno el cual hace que la pieza se oxide de forma rápida y ésta queda cortada. Figura 4.7.2.6.

Boquilla exterior

La ventaja que tiene es que podemos cortar de forma muy rápida espesores de material muy grandes, la desventaja es que las aristas de corte quedan con rebabas que hay que eliminar, con lo cual procede una segunda operación de eliminación de rebabas y escorias. Este sistema es muy empleado para la preparación de chapas con geometría y formas complicadas que luego van a ser mecanizadas o soldadas.

Boquilla interior Llama de calefacción Llama de corte

Datos orientativos para la utilización del oxicorte.

Figura 4.7.2.6. Llama del oxicorte.

TABLA PARA EL OXICORTE Nº boquilla exterior

1

2

3

4

Nº boquilla interior

1

2

3

4

5

6

7

8

Espesor de corte

mm

10

25

50

75

100

150

200

250

Presión oxígeno

atm

2

3

4

5

6

7

8

9

Presión acetileno

atm

0,15

0,20

0,30

0,35

0,35

0,45

0,45

0,50

Consumo oxígeno

l/h

1.800

3.500

5.700

8.300

11.800

18.000

24.000

28.000

Consumo acetileno

l/h

400

450

600

750

850

900

1.050

1.400

Velocidad de corte

m/h

30

25

20

15

10

8

6

4

Verificación de las soldaduras: Las piezas que soldamos generalmente deben de soportar esfuerzos mecánicos de todo tipo, como pueden ser vibraciones, golpes, peso, etc. En definitiva, una soldadura son dos piezas de un material determinado, que una vez soldadas deben de tener las mismas características que el material base. Dada la importancia que tiene una soldadura, la cual debe de resistir las condiciones de trabajo del material base, es por lo que éstas se verifican controlando los posibles defectos que se hayan producido durante la soldabilidad, ensayándolas también si el caso lo requiere. Los ensayos de materiales más comunes empleados en el control y verificación de las soldaduras son: • Control de las porosidades. Los poros pueden ser externos, los cuales se perciben visualmente, o internos, y para localizarlos empleamos la radiografía o los ultrasonidos. • Control de las fisuras. Generalmente son originadas por incompatibilidad del material base con el material de aportación. Excesos de intensidad. Enfriamiento muy rápido del cordón de soldadura. Las fisuras pueden ser externas, las cuales vemos físicamente, e internas, las cuales para valorarlas tenemos que o radiografiarlas o verificarlas con ultrasonidos. • Mordeduras. Originadas en los bordes de la soldadura, debilitan el espesor del material base y por lo tanto pierde espesor de material la parte mordida. Las mordeduras son originadas por exceso de intensidad o mala posición del electrodo durante la soldabilidad. Generalmente son visibles. • Exceso de material aportado. No es un gran defecto, lo que sí sucede es que si tenemos que repasar el cordón de soldadura empleamos más tiempo del debido, gastando más muela y por lo tanto encarecemos la soldadura por haber empleado más electrodo en la soldabilidad y más tiempo en la mecanización y tratamiento de la misma. • Ensayos de tracción. Para conocer la resistencia de la soldadura realizada en unas determinadas condiciones y con un material de aportación digamos el ade-

© ITES-PARANINFO

265

Determinación y análisis de los conformados cuado, la soldadura es realizada en unas piezas en las condiciones estudiadas de antemano y luego se somete al ensayo de tracción estudiando la resistencia dada por la soldadura. Si los resultados son los adecuados la soldadura se realizará en esas condiciones, si el resultado no es el pedido se harán las correcciones oportunas de intensidad, elección de electrodo, etc. • Ensayo de resiliencia. El ensayo de resiliencia, como sabemos, nos da la resistencia que opone un material a la rotura por golpe. Cuando soldamos depósitos para el transporte de líquidos peligrosos (gasolinas, alcoholes, etc.) o tolvas que soportan pesos y golpes, es necesario conocer la resiliencia de la soldadura realizada. Para realizar el ensayo de resiliencia se hace una probeta normalizada con el cordón de soldadura depositado y se somete a ensayo, dándonos los valores que tiene. Una vez verificadas las soldaduras la industria las clasifica según su importancia por colores y números, siendo: CLASIFICACIÓN DE LAS SOLDADURAS Color

Número

Características

Negro

1

Soldadura perfecta. Sin defectos de ningún tipo.

Azul

2

Soldadura con pequeños defectos, como: Pequeñas desviaciones, mordeduras sin importancia, adherencia de escoria en el cordón.

Verde

3

Soldadura de baja calidad, para elementos sin importancia. Puede presentar pequeñas mordeduras y faltas de penetración.

Marrón

4

Soldadura de mala calidad. Presenta poros y pequeñas grietas.

Rojo

5

Soldadura de muy mala calidad. Esta calificación está desestimada.

4.8 Neumática En la industria hay muchas máquinas que funcionan con aire comprimido como fuente de energía, estas máquinas están aplicadas a todo tipo de trabajos y son por lo general muy versátiles, generalmente se obtienen con ellas grandes rendimientos y un número muy elevado de piezas. La neumática estudia las técnicas del aire comprimido empleado en las máquinas mecánicas. Se aprovecha en la tecnología mecánica para el funcionamiento de elementos mecánicos accionados por aire comprimido. El fundamento es muy sencillo, se trata de comprimir aire de la atmósfera, tratarlo adecuadamente y controlarlo de forma que mediante mecanismos mecánicos lo podamos convertir en trabajo. Los mecanismos accionados mediante aire realizan operaciones mecánicas repetitivas muy fiables, tienen gran rapidez de trabajo y los costes de producción suelen ser más baratos que empleando otras fuentes de energía, aunque también es cierto que los costes de implantación pueden ser caros. También tienen aplicación en máquinas en donde no pueden entrar otras fuente de energía, como la electricidad. Hoy día en casi todas las máquinas del taller interviene la neumática, pues tiene grandes aplicaciones, como alimentadores, expulsión de piezas, estampación, taladradoras y destornilladores, etc. Tiene algunas ventajas sobre otros métodos de accionamiento como la energía eléctrica, aunque también tiene inconvenientes.

266

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Ventajas de la neumática: En términos generales las ventajas más significativas de la neumática podemos decir que son: • El aire lo tenemos en cantidades muy grandes, pues lo recogemos directamente de la atmósfera. • No necesitamos realizar instalaciones complejas para traerlo de lejos, pues lo recogemos en el lugar de trabajo y podemos almacenarlo con facilidad. Un compresor en principio se puede instalar casi en cualquier sitio. • No es explosivo; por lo tanto, las tuberías que lo conducen, si tenemos escapes o pérdidas (averías), no plantean mayores problemas. Lo podemos emplear en industrias químicas. • Es limpio y cómodo a la hora de manipularlo. • No necesitamos hacer instalaciones de retorno del aire consumido o gastado en la aplicación neumática, pues éste cuando lo hemos empleado lo retornamos por el propio mecanismo neumático directamente a la atmósfera. • Los mecanismos neumáticos dan secuencias de trabajo muy rápidas y muy fiables. • Realiza trabajos repetitivos, evitando la fatiga del operario y la generación de piezas fuera de control de calidad por cansancio. Inconvenientes de la neumática: Los inconvenientes más significativos de la neumática son: • No puede realizar grandes esfuerzos mecánicos, pues el aire como fuente de energía es compresible. Para grandes esfuerzos está la hidráulica. • Los costes de implantación pueden ser elevados a la hora del diseño de una máquina neumática. • Las respuestas de los mecanismos neumáticos son más lentas que las realizadas con mecanismos eléctricos (este problema generalmente se resuelve con mecanismos electroneumáticos). • No podemos emplear el aire directamente comprimido de la atmósfera, tenemos que tratarlo antes de emplearlo (quitarle la humedad, filtrarlo, engrasarlo, etc.), y esto según mecanismos y máquina puede resultar caro. Características del aire: El aire es el elemento que respiramos y es muy abundante en la naturaleza; en principio diremos que es fácil de almacenarlo y emplearlo para usos mecánicos a través de los elementos necesarios, llamados elementos neumáticos. Es fácil de transportar, pues no requiere instalaciones costosas. Es limpio en su uso y otra gran ventaja que tiene en el empleo para usos mecánicos es que no es explosivo, ni plantea el peligro de incendio en las fugas. Si vamos a trabajar con aire conviene que sepamos sus características, así como que a 0 ºC y 760 mm 1 m³ de aire pesa 1,293 kilos (es el peso específico del aire). Y que su composición es: COMPOSICIÓN DEL AIRE Elemento

Porcentaje

Características

Nitrógeno

78%

Es un gas inerte

Oxígeno

20%

Es un gas muy oxidante

Argón, neón, helio, xenón

1,4%

Son gases nobles que entran en la composición del aire

Vapor de agua

0,6%

Agua en suspensión

Tratamiento del aire para la neumática: Decíamos en el punto anterior que al aire teníamos que darle un tratamiento antes de emplearlo; efectivamente, el aire tal como lo recogemos de la atmósfera para mover los elementos neumáticos, no nos vale, pues lleva elementos nocivos que tenemos que eliminar, como polvo, partícu-

© ITES-PARANINFO

267

Determinación y análisis de los conformados las sólidas, humos etc., las cuales mediante un sistema de filtrado son eliminadas con el fin de que el aire llegue limpio a la mecánica neumática, cilindros y válvulas, pues si nos llega polvo nos rayaría los elementos mecánicos y acortaríamos la vida de funcionamiento. Otro elemento nocivo y enemigo de la neumática es la humedad. El aire contiene aproximadamente por cada metro cúbico a 20 ºC unos 18 gramos de agua. El agua hay que eliminarla del aire que llega a las válvulas y cilindros, pues oxidaría los elementos mecánicos obstruyéndolos y haciendo que funcionaran mal. Como los elementos neumáticos no disponen de engrasadores por los cuales podamos inyectar aceite que suavice el rozamiento de los elementos mecánicos, tenemos que engrasar el aire antes de emplearlo mediante engrasadores que veremos más adelante. El proceso para recoger el aire de la atmósfera y emplearlo en neumática es el siguiente: Aire de la atmósfera se almacena en el compresor

B A

Figura 4.8.1. Filtro de aire y su símbolo.

Se filtra

Se le quita la humedad

Se engrasa

Se emplea

El filtro: Son elementos capaces de recoger las partículas sólidas, arenas y los humos que lleva el aire en suspensión, limpiando el aire y no dejándolas pasar a los cilindros y válvulas. En la figura 4.8.1 vemos un elemento filtrante de aire, el cual deja entrar el aire por el orificio (vía) A, se filtra a través del elemento filtrante que suele ser de plástico poroso o papel, y sale limpio por B listo para ser empleado. El filtro se instala a la entrada del aire en la máquina, en la llamada unidad de mantenimiento; periódicamente hay que limpiarlos o sustituirlos por nuevos según los m³ de aire filtrados (horas de trabajo de la máquina). Pues si un filtro está sucio y deja pasar elementos nocivos, como son el polvo y las arenas, puede rayarnos las camisas de los cilindros y las válvulas, dañando así los componentes neumáticos, provocando averías y acortando la vida de los mismos. Su símbolo técnico es el de la figura.

B

A

Figura 4.8.2. Separador de agua y su símbolo.

Separadores de agua: Son unos dispositivos que al circular el aire por ellos son capaces de recoger el agua que éste lleva en suspensión, de tal forma que se evite que llegue agua al circuito neumático con el fin de eliminar el mal funcionamiento de los elementos mecánicos por oxidación o corrosión. Figura 4.8.2. Si llega agua a las válvulas, las vías de éstas se pueden obstruir, planteando problemas de funcionamiento. Hay muchos modelos de separadores de agua, los más comunes y para preparar pequeñas cantidades de aire, son los que hacen girar el aire en forma de turbulencia cuando entra en ellos, eliminando así el agua que éste pueda contener (los incorpora la unidad de mantenimiento). Cuando tenemos que tratar más cantidad de aire, se dispone de separadores de agua más enérgicos, los cuales hacen pasar el aire por productos químicos capaces de absorber la humedad. Ver la figura. El aire entra por A, se le obliga a pasar por productos químicos los cuales absorben el agua que contiene el aire, que gotea por decantación cayendo al fondo del depósito, y una vez el aire limpio de agua sale por B a servicio (elementos neumáticos); el agua que cae al fondo del depósito es expulsada al exterior mediante el purgador del elemento separador. La humedad en los conductos de aire está considerada como impureza. Llamamos humedad absoluta a la cantidad de agua que contiene 1 m³ de aire en condiciones normales, y llamamos rocío cuando la humedad es tan grande que el agua se deposita en las paredes en forma de gotas. El símbolo técnico de un separador de agua es el de la figura.

Símbolo del engrasador.

268

Engrasadores: Son unos aparatos basados en el efecto Venturi, que al hacer pasar el aire por un tubo el cual se estrecha en un tramo, aumenta la velocidad de circulación del aire, de esta forma es capaz de succionar aceite de un depósito, el cual se mezcla con el aire que irá a los mecanismos neumáticos engrasándolos correctamente durante su funcionamiento. Su símbolo es el de la figura.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados La unidad de mantenimiento: Se le da el nombre de unidad de mantenimiento al conjunto de elementos que tratan el aire y van acoplados entre sí, formando un módulo. La unidad está formada por: un filtro, un separador de agua, un engrasador y un regulador de presión con su manómetro. Estas unidades se instalan siempre en la entrada de aire de la máquina, con el fin de dar el tratamiento completo al aire antes de emplearlo en los mecanismos, tratando solamente el aire que emplea la máquina durante su funcionamiento. Su símbolo es el de la figura.

Símbolo de la unidad de mantenimiento.

El compresor: Es el equipo encargado de recoger el aire de la atmósfera y comprimirlo en un depósito, para tenerlo dispuesto en el momento que lo necesitemos. Los compresores más generalizados son los llamados compresores de pistón. Estos compresores constan de un cilindro abrochado a un cigüeñal mediante una biela y accionado por un motor eléctrico. El motor hace girar el cigüeñal, el cual transmite el movimiento a través de la biela al pistón. La biela convierte el movimiento circular del cigüeñal en movimiento lineal del pistón.

El volumen de aire aspirado por el compresor está en función del diámetro del pistón y de la carrera.

Aspiración

A depósito

PMS Pistón C

Cuando el pistón está en el punto máximo superior (altura máxima alcanzada por el pistón) se abre la válvula de admisión, y al desplazarse el pistón al punto máximo inferior (punto más bajo que alcanza el pistón) éste aspira el aire de la atmósfera llenando el cilindro. Cuando alcanza el punto máximo inferior se cierra la válvula de admisión y se abre la válvula de salida; al ascender el pistón para alcanzar otra vez el punto máximo superior empuja al aire a presión enviándolo por la válvula de salida al depósito. Ver figura 4.8.2.A.

PMI

Va = π × R² × C Siendo: Va = Volumen aspirado por revolución R = Radio del pistón C = Carrera Figura 4.8.2.A. Compresor.

Problema ¨ Tenemos un compresor cuyo diámetro de pistón es de 80 mm, la carrera de 95 mm y trabaja a 3.000 r.p.m.

Queremos saber los litros de aire que mete en el depósito de aire por hora de trabajo. Va = π × R2 x C; Va = (3,14 × 402 × 95) / 1 x 106 = 0,477 dm3 0,477 × 3.000 × 60 = 85.910 dm3 = 85,91 m3

Depósito de aire: Es el depósito donde almacenamos el aire comprimido para emplearlo en las máquinas neumáticas. Son de acero y los depósitos pequeños suelen tener el compresor acoplado a el; en los depósitos grandes o de cierta capacidad el compresor está situado aparte.

V. seguridad

Salida

Manómetro Purgador

Este depósito lleva instalado un manómetro para ver la presión del aire almacenado en él, así como una válvula de seguridad que se acciona automáticamente cuando éste alcanza más presión de la requerida. En el fondo del depósito se almacena el agua desprendida por la compresión del aire, y con el fin de facilitar su salida a través de la llave de purga tiene una inclinación entre 3º y 5º. Ver figura 4.8.2.B.

5º

Figura 4.8.2.B. Depósito de aire.

Unidades de cálculo de la neumática: Para poder trabajar con la neumática debemos de tener en cuenta algunos conceptos matemáticos, los cuales los vamos a tener que emplear a la hora de dimensionar tuberías, conductos, cilindros, etc., así

© ITES-PARANINFO

269

Determinación y análisis de los conformados como realizar pequeños cálculos que nos ayudarán a entender y manejar los elementos neumáticos. El aire es un gas y como tal obedece a las ecuaciones y constantes físicas de los gases, las cuales las vemos a continuación con algunos ejemplos. Sección: Es la unidad de superficie, y es el m²; en neumática esta unidad es muy grande y tomamos como unidad el cm². Es de aplicación para el cálculo de la sección del émbolo de los cilindros. Figura 4.8.3.

D

Vs Ve c

d

Figura 4.8.3. Cálculos de la sección.

Siendo: D = Diámetro del émbolo d = Diámetro del vástago

Ss = π R2

Volumen: Es la unidad de capacidad, y es el m³; esa unidad es muy grande y en neumática tomamos el dm³, lo empleamos para valorar la capacidad de un cilindro. V = π r2 × C

Siendo: Vs = Volumen a la salida Ve = Volumen a la entrada C = Carrera del cilindro En un cilindro tenemos dos volúmenes, el de salida y el de retorno. Cuando calculamos el volumen de retorno hemos de tener en cuenta el volumen del vástago. Presión: En neumática cuando hablamos de presión nos referimos a la presión ejercida por un gas (aire) sobre las paredes del depósito que lo contiene, y es la fuerza que ejerce ese gas sobre la superficie de sus paredes. Su unidad es la atmósfera y se define como la fuerza ejercida por 1 kilo sobre una superficie de 1 cm². También se emplea el bar, que se define como la fuerza ejercida por 105 newton sobre la superficie de 1 m². Siendo el pascal (Pa) 1 newton/m². F P = ------------S

Siendo: P = Presión F = Fuerza ejercida S = Superficie Nota¨ Ver unidades de cálculo en capítulo 1. D

F P

Figura 4.8.4.

270

Problema ¨ ¿Con qué fuerza empujaremos el émbolo del cilindro de la figura 4.8.4 si la presión del aire es de 6 atm y el diámetro del cilindro es de 50 mm? S = π × r²; S = (3,14 × 25²) / 100 = 19,62 cm² F = P × S; F = 6 × 19,62 = 117,75 kg

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Presión atmosférica: Se conoce con el nombre de atmósfera a la masa de aire que rodea la Tierra y que alcanza una altura de unos 80 km aproximadamente. Y llamamos presión atmosférica al peso de una columna de aire de 1 cm² de sección por la altura de la atmósfera tomada al nivel del mar y a temperatura de 0 ºC, y vale 1.032 gramos. Generalmente se toma como presión atmosférica 1 kg/cm². En el capítulo 1º decíamos que una atmósfera = 1 kg/cm². El pascal es igual a: Pa = newton/m² El bar es igual a: bar = 105 newton/m²

Pr

Presión relativa: Es la presión ejercida sobre la presión atmosférica y la llamada presión manométrica, pues es la que miden los manómetros con los que tomamos los valores de presión. Ver gráfico de la figura 4.8.5.

80 km

Pa

Pa = Pab – Pr

Pab

105 newton Bar = -----------------------------m2

1 newton Pa = -------------------------m2

0

Presión absoluta: Es la presión atmosférica más la presión que ejercemos nosotros sobre un elemento, y vale:

Nivel del mar

Figura 4.8.5. Gráfico de presiones.

Pab = Pa + Pr

UNIDADES EMPLEADAS EN LA NEUMÁTICA Símbolo

Unidad

Longitud

Magnitud

l

Milímetro

Equivalencia

Superficie

S

cm²

1 cm² = 100 mm²

Volumen

V

dm³

1 dm³ = 1.000 cm³

Presión

P

La atmósfera

1 atm = 0,981 bar; 1 bar = 105 Pa; 1 bar = 1,02 atm

Temperatura

T

Grado Kelvin

0 ºC = 273 ºK

Fuerza

F

Newton

1 N = 1 kgm/s²

Tiempo

t

Segundo

1´= 60´´

Velocidad

Ve

metro/seg

1 km/h = 0,227 m/s

Caudal

Q

m³/seg

Problema ¨ ¿Cuántas atmósferas, pascales y kilopascales serán 6 bares?

1 atm = 0,981 bar 1 bar = 1,02 atm Por lo tanto, tendremos que 6 × 1,02 = 6,12 atmósferas 6 × 105 = 600.000 pascales y 600.000/1.000 = 600 kilopascales

Expansibilidad de los gases: A la hora de trabajar en neumática, debemos de tener en cuenta que los gases tienden a ocupar todo el volumen de la vasija que los contiene. Y que la presión de un gas se transmite íntegramente en todas las paredes de la vasija que lo contiene. Por lo tanto, en cada punto de la pared de un elemento neumático tendremos la misma presión. Ver figura 4.8.6. Estos conceptos debemos de tenerlos en cuenta a la hora de realizar cálculos neumáticos.

© ITES-PARANINFO

Figura 4.8.6.

271

Determinación y análisis de los conformados Ley de Boyle: La ley de Boyle estudia el comportamiento de los gases relacionando la presión y el volumen. Su enunciado dice que a temperatura constante los volúmenes que ocupan unos determinados gases son inversamente proporcionales a la presión que en ellos se ejerce. Figura 4.8.7. P1 x V1

P × V = Constante P1 × V1 = P2 × V2

P2 x V2

Figura 4.8.7. Presión y volumen.

En los cilindros del dibujo tenemos un gas con una presión y un volumen (P1 × V1). Si empujamos el émbolo comprimimos el gas y nos quedará con una presión y un volumen (P2 × V2). Por lo que si multiplicamos (P1 × V1) = Constante, y lo mismo pasará si multiplicamos (P2 × V2) = Constante. Problema ¨ Tenemos un cilindro de 150 mm de diámetro y una carrera de C = 400 mm, con una presión de 3 bar. Lo tenemos lleno de aire en condiciones normales de presión y temperatura. Si lo taponamos y no dejamos salir el aire y lo llevamos a la mitad de su carrera, ¿qué presión tendremos ahora en el cilindro? Aplicando la ecuación P1 × V1 = P2 × V2, la cual nos relaciona presión y volumen, despejando la presión y calculando el volumen, tendremos que: P2 = (P1 × V1) / V2 P2 = (3 × 7,065 dm³) / 3,532 dm³ = 6,00 bar

Ley de Charles: La ley de Charles estudia el comportamiento de los gases relacionando el volumen y la temperatura. Su enunciado dice que a presión constante, los volúmenes de los mismos están en relación directa a sus temperaturas. V1 × T2 = V2 × T1

Problema ¨ Tenemos 1 m³ de aire a 25 ºC, elevamos su temperatura hasta los

80 ºC. ¿Qué volumen nos ocupa a esta temperatura? Tendremos que pasar los grados centígrados a grados Kelvin. Aplicamos la fórmula V1 × T2 = V2 × T1; y despejando tenemos que: V1 = 1 m3 T1 = 25 ºC que son (273 + 25) = 298 ºK T2 = 80 ºC que son (273 + 80) = 353 ºK V2 = (V1 × T2) / T1; V2 = (1 x 253) / 298 = 1,184 m3

Ecuación de los gases perfectos: La ecuación de los gases perfectos nos relaciona el volumen, la presión y la temperatura de los mismos, siendo: P1 × V1 P2 × V2 ----------------------- = ----------------------T2 T1

Problema ¨ Tenemos un cilindro cuyo volumen es de 1,3 m³ y una presión de

6 atm, siendo su temperatura de trabajo de 25 ºC. Durante el trabajo se calienta y aumenta su temperatura 30 ºC. Si el volumen permanece constante, ¿qué presión tendremos en el cilindro? V1 = 1,3 m³, V2 = 1,3 m³ P1 = 6 atm, P2 = ¿

272

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Despejamos P2 = (P1 × V1 × T2) / V2 × T1 T1 = 298 ºK, T2 = 328 ºK Aplicamos datos: P2 = (6 × 1,3 × 328) / (1,3 × 298) = 6,60 atm

Caudal: Caudal de un gas es el volumen, en este caso de aire, que circula por una tubería (figura 4.8.8) de una sección determinada en la unidad de tiempo. El caudal se da en litros/minuto, y cuando esta unidad se nos queda pequeña el caudal lo podemos dar en m³/h.

V

∅

Figura 4.8.8.

La transformación de m³/h a l/m es: m³/h = 1.000/60, simplificando queda 100/6. Para pasar m³/h a l/m se multiplica por (100/6), y viceversa se divide por (100/6). Q=V/t

Circuito neumático: Hemos quedado en que el aire es la fuente de energía que nos va a mover los mecanismos de las máquinas y sus elementos, por lo que éste tiene que realizar un recorrido desde que lo recogemos de la atmósfera hasta que lo devolvemos a la misma después de su empleo. En términos generales un circuito neumático es el siguiente: Recogida del aire de la atmósfera COMPRESOR

Tratamiento del aire FILTRADO, SECADO Y ENGRASE

Control de la presión de trabajo

Elementos de maniobra

Elementos de potencia

REGULACIÓN DE PRESIÓN

VÁLVULAS

CILINDROS

Elementos neumáticos básicos: En todo circuito neumático intervienen elementos neumáticos y mecánicos de diversos tipos, que montados correctamente y haciéndolos funcionar, forman la máquina neumática propiamente dicha, y mediante un mando realizan las maniobras que obtienen el mecanizado o producto deseado. Los más comunes son: • Elementos de potencia: “los cilindros”. • Elementos de maniobra: “las válvulas”. • Elementos auxiliares: “finales de carrera” y otros elementos neumáticos. Los elementos de potencia: Se conoce como elementos de potencia a los cilindros que van instalados en las máquinas neumáticas, pues son éstos los que realizan el trabajo comandados o accionados por las válvulas neumáticas. Estos elementos neumáticos generalmente se mueven describiendo trayectorias rectilíneas, aunque también hay cilindros que describen trayectorias circulares. Cilindro de simple efecto: Es el más sencillo de todos, sólo tiene una vía para su funcionamiento, la cual cuando recibe la presión empuja el émbolo del cilindro desplazándolo hacia fuera y éste realiza su trabajo (figura 4.8.9). Cuando cortamos la presión el vástago del cilindro se recoge por un muelle volviendo a su posición de reposo. La carrera de este cilindro es la máxima longitud de vástago que puede desplazar.

Figura 4.8.9. Cilindro de simple efecto.

Este cilindro generalmente es accionado por una válvula de 3 vías y 2 posiciones (válvula 3/2). En los cálculos de la sección y volumen del cilindro de simple efecto solamente tendremos en cuenta la cámara de salida del cilindro; por lo tanto, solamente tendremos en cuenta el diámetro del émbolo y su carrera a la salida del vástago, pues este cilindro sólo trabaja a empuje, el retroceso lo realiza el muelle que incorpora.

© ITES-PARANINFO

273

Determinación y análisis de los conformados Problema ¨ Calcular la sección de un cilindro de S/E cuyo diámetro de émbolo es

de 35 mm. Aplicamos la fórmula de la sección y tendremos que Ss = π R². Aplicando datos tendremos que: Ss = 3,14 × (35 / 2)²; Ss = 961,62 mm², que pasados a cm² serán 961,62 / 100 = 9,61 cm²

Problema ¨ ¿Qué volumen tendrá el cilindro del problema anterior si su carrera es de 150 mm?

Aplicando la fórmula del volumen tendremos que V = π R² × c. Aplicando datos tendremos que: V = 3,14 × (35 / 2)² × 150; V = 144.243 mm³, que pasados a dm³ tenemos V = 144.243 / 1.000.000 = 0,144 dm³

Vs

d

D

Ve

C

Figura 4.8.10. Cilindro de doble efecto.

Cilindro de doble efecto: Es uno de los más empleados en las instalaciones de neumática, tiene dos vías de trabajo. Una vía la empleamos para desplazar el vástago hacia fuera, generalmente realizando el trabajo, y otra vía para retornar el vástago y dejarlo en posición de reposo. Este cilindro siempre trabaja con presión de aire (no tiene muelles que retornen el vástago). La carrera c de este cilindro es la máxima longitud que puede desplazar su vástago. Figura 4.8.10. Este modelo de cilindro tiene dos cámaras de aire, la de salida, cuya sección es Ss = π R², y su volumen, Vs = π R² × c, y la cámara de entrada Ve, en la cual hemos de tener en cuenta la medida del vástago para sus cálculos. Este cilindro generalmente es accionado por una válvula de 5 vías y dos posiciones (5/2).

Problema ¨ Queremos saber la sección que tenemos en un cilindro de doble efec-

to a la salida y a la entrada cuyas medidas son: diámetro de émbolo, D = 50 mm; diámetro de vástago, d = 20 mm, y carrera, C = 200 mm. Sección a la salida: Ss = (π R²) / 100; Ss = (3,14 × 25²) / 100 = 19,62 cm². Sección a la entrada, tendremos que restarle la sección del vástago, con lo que nos queda: Se = π (R² – r²). Que aplicando datos tendremos: Se = 3,14 (25² – 10²) / 100 = 17,62 cm².

Problema ¨ Calcular el volumen del cilindro del problema anterior a la salida y la

entrada del vástago. El volumen a la salida del cilindro será: Vs = π R² × c. Aplicando datos nos queda que: Vs = (3,14 × 25² × 200) / 1 × 106 = 0,392 dm³. El volumen del vástago del cilindro será: Vv = (3,14 × 5² × 200) / 1 × 106 = 0,015 dm³. El volumen de entrada del cilindro será el volumen de salida menos el volumen del vástago, lo cual nos da: Ve = 0,392 – 0,015 = 0,376 dm³

Fuerza de empuje del cilindro: La fuerza de empuje de un cilindro neumático depende de la presión del aire y del diámetro del émbolo, según hemos visto en el punto anterior, que despreciando el valor del rozamiento de las juntas del émbolo tenemos que la fuerza de salida de un cilindro será:

274

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Siendo la fórmula general: F=P×S

La fuerza de empuje de un cilindro a la salida será: F = P (π × r²). En la fuerza de un cilindro a la entrada, deberemos de tener en cuenta el diámetro del vástago, luego entonces será: F = P × π (R² – r²). Velocidad de salida: Es la velocidad con que sale el vástago del cilindro y está en función del caudal y de la superficie del cilindro: Vsa = Cau / S (el caudal se da en litros/minuto). Los elementos de maniobra: Se conoce como elementos de maniobra a las válvulas que comandan los cilindros, y son la parte fundamental de la neumática, pues según cambian de posición y distribuyan el aire realizan las distintas secuencias del trabajo de una máquina neumática; una válvula según la instalemos realizará una función u otra. Tienen una serie de orificios a los cuales se les conectan las tuberías por las cuales circula el aire, y a estos orificios les llamamos vías de trabajo. Interiormente llevan un cilindro o corredera, que según su posición comunica unas vías con otras dejando pasar el aire, o tapando otras cortando el paso del aire. De esta forma hacemos trabajar a los cilindros. A estos elementos también se les llama distribuidores. Las posiciones de una válvula se representan por cuadrados, y cada cuadrado representa el estado de la posición de la válvula. Las vías de la válvula se representan por líneas y flechas, la línea indica que hay paso de aire y la flecha nos indica el sentido de circulación del aire. Las válvulas las identificamos por el número de vías y el número de posiciones, indicando el número de vías en el numerador y el número de posiciones en el denominador. Así, si decimos esta válvula es una 3/2 nos referimos a una válvula que tiene 3 vías y dos posiciones. REPRESENTACIÓN DE VÍAS Y POSICIONES Observaciones

Símbolo

Observaciones

Cada posición de la válvula se representa por un cuadrado.

A

Indica una vía abierta y la flecha el sentido de circulación del aire.

Representa una válvula de dos posiciones, posición A y posición B. Representa una válvula de tres posiciones, A, B, C.

A

A

Representa una vía y que el aire puede circular en los dos sentidos.

B

B

Símbolo

C

Indica una vía cerrada y no deja pasar el aire.

Para poder identificar las vías de las válvulas y saber cuál es cada una, así como conocer su forma de instalación según los planos de montaje, se las codifica con números y letras, cuyo significado y número se expresa en el cuadro siguiente: CODIFICACIÓN DE LAS VÁLVULAS Número

© ITES-PARANINFO

Letras

Vía de

1

P

Presión

2–4

A–B

Acciones

3–5

R–E

Escapes

12 – 14

X–Y

Pilotajes

275

Determinación y análisis de los conformados El esquema de las válvulas según su accionamiento: Las válvulas, aun teniendo las mismas características (número de vías y número de posiciones), pueden ser accionadas de muy diversas formas, las más comunes son: • Accionada por botón y retorno por muelle. Es la válvula que mientras esté pulsada tendremos acción; cuando soltamos el botón y cesa la fuerza ejercida en la válvula, ésta cesa el accionamiento y la válvula deja de trabajar. Generalmente es la empleada para montar circuitos que deban de ponerse en marcha con una pulsación. • Accionada por palanca. Es la llamada válvula de enclavamiento. Accionamos la válvula y ésta permanece en esa posición hasta que volvamos a cambiar la posición de dicha válvula. Esta válvula se emplea para el trabajo con circuitos automáticos. • Accionada por aire por un extremo. Cuando necesitamos mandar una válvula sin que podamos accionarla manualmente, disponemos de un accionamiento automático por un solo extremo, al cual llamamos mando de válvula pilotada por X. • Accionada por aire por los dos extremos. Es el mismo accionamiento de la válvula pilotada por X, pero comandada de forma automática por los dos extremos. A esta válvula la llamamos válvula automática o pilotada por X y por Y. • Accionada con rodillo. Las válvulas que accionamos mediante un rodillo o un botón, son válvulas que efectúan su cambio de posición mecánicamente, generalmente cuando son pisadas por un cilindro o carro de máquina, las cuales las empleamos para detectar la posición del cilindro o para mandar otros elementos neumáticos. Son las válvulas llamadas finales de carrera. • Accionada por pedal. Son las válvulas empleadas en máquinas cuyo accionamiento se realiza con el pie, con el fin de disponer de las manos libres, como por ejemplo las cizallas de corte de material. EL ESQUEMA DE LA VÁLVULA POR SU ACCIONAMIENTO Esquema

Denominación del accionamiento Por seta

Por pilotaje

Por palanca

Por botón

Por rodillo

Por pedal

2

1 3

Válvula 3/2.

La válvula 3/2: Esta válvula es una de las más empleadas en los circuitos neumáticos por sus aplicaciones y por su facilidad de instalación; tiene tres vías y dos posiciones, y es la indicada para la apertura de circuitos y mandar los cilindros de simple efecto. Este modelo de válvula, por su forma de accionamiento, la podemos encontrar en el comercio de muchas maneras, las más usuales son las expuestas en el cuadro de arriba. El funcionamiento de esta válvula 3/2 es muy sencillo; según hemos visto en el cuadro de conexiones anterior tenemos que la vía 1 es la de presión y está conecta-

276

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados da a presión, cuando la válvula está accionada y la corredera de dicha válvula comunica la vía 1; con la 2 el cilindro recibe la presión del aire y sale a +. Figura 4.8.11. Cuando la válvula está en reposo y se comunica la vía 2 con la 3, el aire del cilindro una vez usado sale al exterior por la vía 3 y éste lo mantiene en reposo. Figura 4.8.12.

2

Corredera

2

3 Válvula 3/2

1

3

1

P

Figura 4.8.11. Cilindro de s/e saliendo.

Figura 4.8.12. Cilindro de s/e entrando.

La válvula 5/2: Es una válvula que tiene 5 vías y dos posiciones, de forma que cuando hace el cambio podemos controlar las 5 vías; es la indicada para mandar los cilindros de doble efecto, pues éstos retornan el vástago por presión de aire. El funcionamiento de esta válvula lo vemos en el esquema abajo representado. Ver figuras 4.8.13 y 4.8.14. Cuando la válvula está en posición A el cilindro está en reposo; es decir, con el vástago en –, y cuando la válvula realiza el cambio a la posición B se comunican las vías 1 con la 4 y el vástago del cilindro sale a +.

2

3

4

P

2

5

Figura 4.8.13. Posición A.

3

2

4

3 1 5

Válvula 5/2.

4

P

5

Figura 4.8.14. Posición B.

Este modelo de válvula pilotada por X e Y es la que generalmente se emplea para las instalaciones neumáticas que trabajan de forma automática. La válvula selectora: Es una de las válvulas más sencillas de manejar e instalar, pues su funcionamiento es muy simple pero muy práctico. Tiene tres vías, dos de entrada de aire con presión y una de trabajo; se basa en hacer entrar el aire por una vía de presión y desplazar la corredera de forma que tape la otra vía de presión, teniendo señal siempre en la vía de trabajo.

Esquema de la válvula selectora.

Sus aplicaciones más importantes son como detector, y para poder mandar máquinas desde varios sitios. También se la conoce con el nombre de válvula O. La válvula de simultaneidad: Este modelo de válvula, muy parecida a la selectora, tiene tres vías, dos de presión y una de señal. Su funcionamiento está basado en dar señal por las vías de presión al mismo tiempo para que por la vía de señal tengamos presión. Si una de las vías de presión no recibiese señal, no tendríamos acción. También se la conoce con el nombre de válvula Y.

Esquema de la válvula de simultaneidad.

Sus aplicaciones inmediatas son como elemento se seguridad, y para condicionar elementos de trabajo. La válvula reguladora de caudal: Cuando instalamos cilindros y accionamos su funcionamiento los vástagos de éstos se desplazan a velocidades generalmente muy

© ITES-PARANINFO

Esquema válvula reguladora de caudal.

277

Determinación y análisis de los conformados elevadas; estas velocidades de desplazamiento son inadecuadas para los trabajos ordinarios. Con el fin de regular la velocidad de salida y entrada de los cilindros tenemos las llamadas válvulas de regulación de caudal, las cuales se instalan en las entradas de las presiones de los cilindros y mediante regulación manual podemos ajustar la velocidad de accionamiento de los elementos de maniobra. Figura 4.8.15. Válvula reguladora de caudal. Forma de instalación.

Estas válvulas funcionan regulando el caudal de entrada a las cámaras de los cilindros. Figura 4.8.15. Las válvulas pilotadas: Se conoce con el nombre de válvulas pilotadas a las válvulas que son accionadas de forma automática a través del mismo aire comprimido. a

12

2

4

14

3 1 5

Válvula 3/2.

Válvula 5/2.

Estas válvulas cambian de posición mediante la presión del aire ejercida en las vías llamadas de pilotaje. Este modelo de válvula no se puede accionar manualmente y sus aplicaciones son para montar mecanismos que puedan funcionar por sí mismos; es decir, de forma automática. Son elementos muy empleados en los montajes neumáticos.

Final de carrera.

Los finales de carrera: Son elementos neumáticos, generalmente válvulas de 3/2 cuyo accionamiento lo realizan a través de la maniobra del vástago del cilindro. Éste cuando sale o entra pisa el final de carrera detectando la posición del vástago, y accionando el final de carrera, que actúa dando señal a otros elementos neumáticos. Son válvulas muy empleadas en las máquinas herramientas para posicionar y detectar las carreras de los carros de las máquinas. Generalmente el final de carrera se simboliza con la letra de la misma válvula que acciona el cilindro en minúscula y con subíndice, utilizando a0 para indicar la posición de reposo del vástago del cilindro y a1 para indicar la posición del cilindro con el vástago fuera o final de recorrido. En la Figura 4.8.16 se ve instalado un final de carrera. A

a’0 12

a1

14

a B

Figura 4.8.16. Pisando un final de carrera.

El esquema de mando: Toda máquina debe de tener los elementos necesarios para poderla poner en marcha, pararla o manipularla según nos interese, reuniendo además los elementos de seguridad que requiera el tipo de trabajo a realizar. La forma de poder mandar una máquina neumática se puede realizar de infinidad de formas y maneras, todo depende de los elementos mecánicos y neumáticos que incorpore y el trabajo que desarrolle. Un esquema de mando general es el que se expone a continuación.

278

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

EL MANDO

EN FUNCIÓN DEL TIEMPO

EN FUNCIÓN DE LA PRESIÓN

EN FUNCIÓN DE LA CARRERA

TEMPORIZADORES

VÁLVULAS DE PRESIÓN

Son los elementos que pueden retardar las maniobras de los cilindros y de los actuadores.

Son válvulas que cuando reciben presión son capaces de activar otros elementos de maniobra.

DETECTORES DE PROXIMIDAD Son elementos instalados de forma conveniente capaces de activar elementos de maniobra cuando el cilindro alcanza su carrera.

Las fases de trabajo: Los elementos neumáticos cuando trabajan realizan maniobras, y llamamos fase de trabajo o maniobra a cada uno de los movimientos que realizan los cilindros, válvulas, etc. Estas maniobras las representamos de forma vectorial y nos ayudan a comprender y ver los movimientos que realizan los cilindros y sus válvulas, pudiendo así ajustar la máquina neumática en perfectas condiciones; las flechas nos indican la posición en la que se encuentra el cilindro. Cuando el cilindro A sale lo representamos por una flecha Cuando el cilindro A entra lo representamos por una flecha Las fases de trabajo también las podemos representar de forma abreviada, de tal manera que los cilindros cuando se desplazan saliendo, los representamos por el signo +, y cuando recogen el vástago los representamos por el signo –. Cuando el cilindro A está con el vástago fuera lo representamos por el signo + Cuando el cilindro A está con el vástago dentro lo representamos por el signo – En un plano neumático tenemos que representar varios elementos como cilindros, válvulas y finales de carrera; estos elementos en un plano no siempre los podemos dibujar debajo del cilindro correspondiente o al lado, sino donde requiera el esquema, y con el fin de poder identificar qué válvula manda el cilindro y qué final de carrera está situado en cada cilindro, y en qué posición, a los cilindros se les asignan letras mayúsculas, a las válvulas que manda el cilindro se les asignan la misma letra que al cilindro pero en minúscula, y a los finales de carrera que lleva cada cilindro se les asignan la misma letra que al cilindro en minúscula y con subíndice. Ver figura 4.8.17. A

a0

a0

a1

a1

Figura 4.8.17. Maniobra de un cilindro.

© ITES-PARANINFO

279

Determinación y análisis de los conformados SÍMBOLOS NEUMÁTICOS SÍMBOLO

280

DENOMINACIÓN

SÍMBOLO

DENOMINACIÓN

Filtro de aire

Cilindro de simple efecto

Línea de presión

Cilindro de doble efecto

Engrasador de aire

Cilindro de doble efecto con amortiguador

Manómetro

Cilindro telescópico

Presión

Cilindro de doble vástago

Escape

Válvula 2/2 accionada por pulsador

Silenciador

Válvula 2/2 accionada por pulsador y con retorno por muelle

Línea de pilotaje

Válvula 3/2 accionada por pulsador y con retorno por muelle

Válvula limitadora de presión regulable

Válvula 3/2 pilotada por X y por Y

Válvula limitadora de presión regulable

Válvula 3/2 normalmente abierta y con pulsador

Acoplamiento rápido

Válvula 5/2 accionada por pulsador y con retorno por muelle

Unidad de mantenimiento

Final de carrera

Válvula de estrangulamiento regulable

Válvula 5/2 pilotada por X y retorno por muelle

Regulador de caudal direccional

Válvula 5/2 pilotada por X e Y

Válvula de simultaneidad

Válvula 4/3 con palanca y cerrada en posición central

Válvula selectora

Válvula 3/3 accionada por palanca y reposo en posición central.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados Los gráficos de maniobras son representaciones esquemáticas donde podemos ver el funcionamiento de los cilindros y la válvula que lo manda. En estas gráficas los cilindros se representan partiendo siempre en estado de reposo; es decir, posición inicial de trabajo del cilindro, representando la salida del vástago con una línea gruesa inclinada continua hacia +, y la entrada del vástago con la misma línea pero a –. El cambio de posición de la válvula que manda el cilindro la representamos con una línea gruesa vertical hacia + cuando el cilindro sale, y con una línea vertical hacia –, cuando el cilindro entra. De esta forma podemos ver las maniobras de las válvulas y cilindros y la posición en que se encuentran en cada fase de trabajo. En el dibujo del gráfico de maniobras está representado el funcionamiento del cilindro A del dibujo, con la válvula 5/2 que lo manda. La explicación es la siguiente: Partimos de reposo en el punto 0, cuando la válvula a cambia de posición a (a+) le da señal al cilindro A y éste saca el vástago alcanzando la posición A+; cuando la válvula a cambia a (a–) le da señal al cilindro A y recoge el vástago alcanzando la posición de A–. Ver gráfica 4.8.18.

Cilindro

A

Válvula

a 0

1

2

3

Figura 4.8.18. Gráfico de maniobras.

Electroneumática: La electroneumática estudia el mando neumático accionado eléctricamente. Se da el caso de tener que realizar instalaciones neumáticas cuyo mando está lejos de la válvula y la respuesta neumática puede ser lenta; la respuesta eléctrica es mucho más rápida, con lo cual tenemos rapidez de funcionamiento. En ocasiones suele simplificar las instalaciones. Es muy empleado en el accionamiento de finales de carrera, detectores de proximidad, válvulas en general. Los componentes neumáticos que son accionados eléctricamente tienen dispositivos eléctricos y combinan la neumática con la electricidad, por lo que son más complejos de funcionamiento Generalmente la corriente eléctrica que se emplea para la electroneumática es corriente continua a 12 y 24 voltios, con lo que necesitamos una fuente de alimentación que transforme la corriente de línea de 220 V a corriente de trabajo y además la rectifique. Las instalaciones y montajes con electroválvulas se pueden comandar con autómatas. El accionamiento de una válvula eléctrica está basado en el funcionamiento del electroimán. Funcionamiento de un electroimán: Un electroimán es una bobina en cuyo interior hay una barra de acero; cuando se le hace pasar a través de la bobina una corriente eléctrica, ésta crea un campo magnético que es recogido por la barra de acero (núcleo) y ésta realiza una fuerza de atracción. Fundamento de la electroválvula. Ver figura de un electroimán, 4.8.19.

Figura 4.8.19. Electroimán.

Válvula de accionamiento eléctrico: Son las llamadas electroválvulas, que son válvulas neumáticas y en vez de realizar el cambio de posición mecánica o neumáticamente, se les incorpora una bobina (electroimán) que realiza el cambio de posición de la válvula cuando éste es accionado eléctricamente. El accionamiento se realiza mediante contactos eléctricos, pulsadores interruptores, conmutadores, etc. Las válvulas eléctricas se simbolizan según el dibujo A (accionada por un extremo X) y B (accionada por los dos extremos, X, Y). Las válvulas pueden tener las mismas vías y posiciones que las comandadas manual o neumáticamente. Cuando hacemos llegar corriente a la bobina de la válvula A, ésta cambia de posición manteniendo dicha posición mientras el electroimán está activo; cuando cesa la corriente, la válvula retorna a posición de reposo por el muelle que incorpora.

© ITES-PARANINFO

281

Determinación y análisis de los conformados En la válvula B, cuando hacemos llegar corriente a la bobina (X) ésta cambia de posición; al cesar la corriente la válvula mantiene la posición de cambio (no tiene muelle que le obligue a retornar a la posición anterior); para volverla a posición de reposo debemos de activar la bobina del otro extremo (Y) con su pulsador correspondiente. En este caso para cambiar de posición la válvula no hace falta mantener las bobinas activas. En el dibujo se representan dos electroválvulas de 3/2 y de 5/2 respectivamente. 2

2

y

x

x

3 1 5

1 3

Válvula A

a

4

2 3

Figura 4.8.20. Esquema A.

1

5

E2

E1 4

2 B1

3

B2 5

1

Figura 4.8.21. Esquema B.

Válvula B

Accionamiento de un cilindro de doble efecto con una electroválvula: Para la instalación y mando de cilindros con electroválvulas recordemos los conceptos eléctricos y circuito eléctrico expuestos en el capítulo 1º.

A

E

4

Veamos cómo accionamos un cilindro de doble efecto con una electroválvula 5/2 con un electroimán en X y retorno por muelle. Cuando cerramos el interruptor (E) la corriente excita la bobina y la válvula (a) cambia de posición haciendo que el vástago del cilindro (A) salga; cuando cortamos la corriente la válvula (a) retorna a su posición de reposo por el muelle y el cilindro recoge el vástago volviendo a su posición de reposo. Esquema A, Figura 4.8.20. En el caso del esquema B tenemos el accionamiento de un cilindro de doble efecto con una válvula 5/2 accionada eléctricamente por los dos extremos; por lo tanto, necesitamos dos pulsadores eléctricos de forma que cuando pulsamos el E1 la corriente excita la bobina B1 y la válvula saca el cilindro a +; cuando accionamos el pulsador E2 excitamos la bobina B2 y el cilindro es retornado a –. Ver el esquema de la figura 4.8.21. Generalmente en los montajes electroneumáticos se representan dos tipos de esquemas, uno que corresponde a la parte neumática, donde se incluyen elementos e instalaciones meramente neumáticas, y otro que incluye los elementos y componentes eléctricos que forman parte de la instalación eléctrica. De forma que si tenemos que mandar un cilindro de doble efecto con una electroválvula de 5/2 eléctrica mandada por X e Y, tendremos dos esquemas. El esquema B, en el cual representamos un esquema con la instalación neumática, y otro esquema C en donde representaríamos la instalación eléctrica. A título de ejemplo tenemos los esquemas 4.8.22 y 4.8.23 dibujados abajo.

B1

4

2

3

B2

E1 B1

E2 B2

5 1

Figura 4.8.22. Esquema neumático B.

Figura 4.8.23. Esquema eléctrico C.

Averías en los circuitos neumáticos: Como cualquier máquina, los elementos neumáticos están sometidos a desgaste por su funcionamiento; son mecanismos delicados y complejos, y por consiguiente tenemos que realizar un mantenimiento periódico vigilando y cuidando tanto el posible mal funcionamiento de algún componente, como cilindros, válvulas, tuberías, etc., así como las pérdidas de aire por fugas, pues

282

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados es más barato reparar que no mantener una fuga de aire. Las averías pueden ser imputables a cualquier mecanismo que entre en la composición de la máquina en cuestión, pero con el fin de realizar un mantenimiento más selectivo, las dividimos en: AVERÍAS NEUMÁTICAS • • • • •

Tuberías y conductos de aire Captadores de información Elementos de mando y maniobra Elementos de potencia Averías de tipo eléctrico

Tuberías y conductos: Son los que conducen el aire, y las averías típicas de estos elementos de conducción suelen ser: • Tubos mal instalados o figurados. • Tubos flexibles que están estrangulados por piezas, carros de máquinas, ruedas de carretillas, etc. • Racores mal roscados, roscas pasadas, fugas en los racores, pinzas en mal estado para fijar el tubo flexible. • Filtros de aire sucios. • Conductos sin purgar y con exceso de agua. • Aire con falta de engrase (falta de aceite en la unidad de mantenimiento). • Silenciadores obstruidos (no realizan los escapes con rapidez). Captadores de información: Estos elementos son los que recogen la información de la posición de los cilindros, carros de máquina, regulan las carreras, y las averías generalmente suelen ser mecánicas. • • • • •

Finales de carrera mal posicionados o instalados. La tornillería de fijación está floja o dañada y no pisan bien (no cambian). Muelles cedidos o rotos. Rodillos o pisones desgastados. Detectores de proximidad magnéticos averiados.

Elementos de maniobra: Son las válvulas que generalmente mandan el circuito o máquina neumática, y las averías más comunes de estos elementos neumáticos suelen ser: • Vías sucias, llenas de aceite, aceite seco o rancio. • Juntas en mal estado. • Muelles cedidos o rotos. Elementos de potencia: Los elementos que realizan la fuerza son los cilindros y los que más recorridos realizan, por lo que las averías comunes de estas piezas suelen ser: • • • •

Cilindros rayados. Vástagos torcidos o rayados. Juntas en mal estado, desgastadas. Fijaciones a las máquinas flojas, tornillos rotos o pasados, etc.

Averías de tipo eléctrico: Este tipo de averías se dan en los montajes electroneumáticos y a veces suelen ser difíciles de localizar, las más significativas son: • • • • •

Electroimanes y bobinas quemados o en mal estado. Fusibles quemados o rotos. Fuente de alimentación averiada o en mal estado. Contactos sucios, quemados o rotos. Cables pelados por rozamiento, instalaciones en cortocircuito.

© ITES-PARANINFO

283

Determinación y análisis de los conformados

Ejercicios

4.1 Calcular la profundidad a dar al eje de una taladradora para mecanizar un taladro con una broca de 16 mm de diámetro si la pieza a taladrar tiene 20 mm de grueso.

4.2 El cono de poleas de una taladradora tiene unos diámetros respectivamente de 80, 100, 125, 150 mm y gira a 1.500 r.p.m. Calcular las revoluciones del cono de poleas conducido teniendo los mismos diámetros de forma invertida.

4.3 Razona por qué las herramientas del torno deben de posicionarse a la altura del punto, o lo que es lo mismo, en el eje de simetría de la pieza a trabajar.

4.4 Tenemos que moletear una pieza con un paso de moleta de 1, y su diámetro final debe de ser 35. ¿A qué diámetro debemos de dejar la pieza antes de moletear?

4.5 Queremos construir una espiral de paso 3,5 mm. Calcular las ruedas a poner en la lira de la máquina.

4.6 ¿Cuántas divisiones tendremos que hacer avanzar el nonio del carro transversal de un torno para dar una pasada de 6,75 mm teniendo al nonio graduado en 80 divisiones y siendo el paso del husillo de 4 mm?

4.7 Debemos de mecanizar un cono con el charriot del torno y sus medidas son: diámetro mayor = 25,5, diámetro menor = 19,8, siendo su longitud de 48. ¿Cuántos grados debemos de girar el charriot?

4.8 Tenemos que mecanizar una rosca de M 20 × 250. ¿Cuántos milímetros debemos de clavar la cuchilla con el carro transversal para el mecanizado de la rosca?

4.9 Tenemos que repasar una rosca de 3 mm de paso y el husillo patrón del torno tiene un paso de 6 mm. Calcular las ruedas a poner en la lira de la máquina para poder repasar la rosca, siendo la posición de la caja Norton 1:1.

4.10 El nonio del carro transversal del torno tiene 50 divisiones, y el paso del husillo del carro es de 4 mm. ¿Cuántas divisiones debemos de hacer avanzar para dar una pasada de 2,85 mm?

4.11 Calcular las medidas para mecanizar un engranaje en la fresadora cuyas características son: M = 2 y Z = 52.

4.12 Calcular la conicidad por unidad de longitud de un cono que tiene: diámetro mayor = 40, diámetro menor = 30 y su longitud es de 50.

4.13 ¿Qué presión tendremos en un cilindro si el peso aplicado en su vástago es de 55 kg y el diámetro del émbolo es de 125 mm de diámetro?

4.14 Tenemos un cilindro lleno de aire cuyo volumen es de 1 dm³ (condiciones normales). Presionamos su émbolo hasta dejarlo en la mitad, 0,5 dm³. ¿Qué presión tendremos en ese volumen?

4.15 Calcular un tornillo sinfín y su engranaje para mecanizarlo, siendo sus datos M = 2,25, Z = 60, a = 40º, siendo el tornillo de 1 sola entrada.

284

© ITES-PARANINFO

PRÁCTICAS DE TORNO PARALELO UNIDAD TEMÁTICA

4

20

20

∅20

∅28

∅33

Determinación y análisis de los conformados

40

MATERIAL: - Acero suave de 85 x 35 mm de diámetro. HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Cuchilla de cilindrar a derechas. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno. 2) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado. 3) Elegir y colocar la herramienta adecuada a la altura del punto. 4) Calcular las revoluciones a dar a la máquina para el cilindrado. 5) Mecanizar la pieza.

286

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

∅10

∅6

∅15

∅20

∅4

2 10 15 30

MATERIAL: - Acero suave de 35 x 20 mm de diámetro. HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Brocas de acero rápido de 4 y 6 mm. - Portabrocas. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno. 2) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado. 3) Elegir y colocar la herramienta adecuada a la altura del punto. 4) Calcular las revoluciones a dar a la máquina para el cilindrado y el taladrado. 5) Mecanizar la pieza. 6) Taladrar el agujero de 4 mm en taladradora una vez terminada la pieza en el torno. 7) Explicar el método seguido para la realización de la misma.

© ITES-PARANINFO

287

Determinación y análisis de los conformados

6 3 ∅20

20

15

18

15

∅34

MATERIAL: - Acero suave de 68 x 35 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Fresa cilíndrica de 2 labios de 6 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno. 2) Calcular el cono y los grados a girar el charriot. 3) Elegir y colocar la herramienta adecuada al mecanizado de esta pieza. 4) Calcular las revoluciones y el avance a dar a la máquina. 5) Mecanizar la pieza a torno. 6) Mecanizar la chaveta en fresadora.

288

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

2,5

7

∅30

∅30

∅25

21

5

15

25

22 60

MATERIAL: - Acero suave de 65 x 35 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Lima media caña de 6" fina. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno. 2) Calcular el cono y los grados a girar el charriot. 3) Elegir y colocar la herramienta adecuada al mecanizado de esta pieza. 4) Calcular las revoluciones y el avance a dar a la máquina. 5) Los radios que tiene la pieza se mecanizarán con los dos carros a mano. 6) Realizar en chapa una plantilla para la comprobación de los radios. 7) Mecanizar la pieza.

© ITES-PARANINFO

289

Determinación y análisis de los conformados

9

∅40

∅30

15

3 60

5

MATERIAL: - Acero suave de 35 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Cuchilla de forma (radio). - Lima media caña de 6" fina. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno. 2) Calcular el cono y los grados a girar el charriot. 3) Elegir y colocar la herramienta adecuada al mecanizado de esta pieza. 4) Calcular las revoluciones y el avance a dar a la máquina. 5) Los radios que tiene la pieza se mecanizarán con los dos carros a mano. 6) Realizar en chapa una plantilla para la comprobación de los radios. 7) Mecanizar la pieza.

290

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

17º 8

13

12

∅48

∅34

∅14

10

3 12

B

MATERIAL: - Acero suave de 55 x 50 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Cuchilla de tronzar. - Broca de 12 mm. - Herramienta de interior. PROCEDIMIENTO: 1) Calcular la cota B. 2) Calcular el ángulo del cono de las poleas. 3) Mecanizar el cilindro de diámetro 34 mm. 4) Taladrar el agujero de la polea a 12 mm. 5) Acabar el agujero con herramienta de interior. 6) Dar la vuelta a la pieza y cogerla en el plato por el diámetro mecanizado de 34 mm. 7) Mecanizar las ranuras de las poleas con cuchilla de tronzar. 8) Posicionar el carro orientable y mecanizar conos.

© ITES-PARANINFO

291

∅40

M30x3

Determinación y análisis de los conformados

3 3

35

20

10

50

MATERIAL: - Acero suave de 45 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Cuchilla de roscas a 60º. - Plantilla de roscas de 60º. PROCEDIMIENTO: 1) Mecanizar el cilindro a 33 mm. 2) Calcular el cono y los grados a girar el charriot. Definir el tipo de rosca y calcular el número de pasadas a dar. 3) Colocar la caja Norton en el paso adecuado; si no tuviésemos el paso, calcular las ruedas a poner en la lira. 4) Afilar la herramienta de roscado y colocar las herramientas en la torre de la máquina. 5) Calcular las revoluciones y el avance a dar a la máquina. 6) Mecanizar la parte cilíndrica y cónica de la pieza. 7) Mecanizar la rosca.

292

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

∅50

M30x3

P=1,5

3 45

MATERIAL: - Acero suave de 50 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de cilindrar a derechas. - Cuchilla de interior. - Moleta de paso 1,5 mm - Cuchilla de roscas a 60º. - Plantilla de roscas de 60º. PROCEDIMIENTO: 1) Mecanizar el cilindro. 2) Colocar la caja Norton en el paso adecuado; si no tuviésemos el paso, calcular las ruedas a poner en la lira. 3) Mecanizar el agujero a la medida de la rosca. 4) Afilar la herramienta de roscado y colocar las herramientas en la torre de la máquina. 5) Calcular las revoluciones y el avance a dar a la máquina. 6) Mecanizar la rosca.

© ITES-PARANINFO

293

PRÁCTICAS DE FRESADORA UNIDAD TEMÁTICA

4

Determinación y análisis de los conformados

8

12

11

35

3

3

70

5

8

19

8

MATERIAL: - Acero suave de 40 x 40 x 75. HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Plato de cuchillas. - Fresa de disco de cortar de 3 mm. - Fresa de disco de tres cortes de 10 mm. - Fresa de 45º. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar el plano de la pieza a mecanizar. 2) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado, identificándolas técnicamente. 3) Calcular las velocidades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora. 4) Establecer un proceso de mecanizado lógico. 5) Colocar las herramientas en máquina. 6) Mecanizar el prisma. 7) Mecanizar los ranurados. 8) Verificar y comprobar las medidas. 9) Rectificar la pieza en la rectificadora planeadora.

296

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

20

M10

40

∅8

20

40

30 60

MATERIAL: - Acero suave de 60 x 40 x 40. HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Plato de cuchillas. - Broca de acero rápido. - Juego de machos de roscar de M 10. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar el plano de la pieza a mecanizar. 2) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado, identificándolas técnicamente. 3) Calcular las velocidades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora. 4) Establecer un proceso de mecanizado lógico. 5) Colocar las herramientas en máquina. 6) Mecanizar el prisma. 7) Verificar y comprobar las medidas.

© ITES-PARANINFO

297

Determinación y análisis de los conformados

MATERIAL: - Acero suave. HERRAMIENTAS A EMPLEAR: - Cuchillas de torno. - Brocas. - Fresa de módulo. DATOS PARA EL MECANIZADO: - Módulo M = 1,5. - Número de dientes Z = 40. PROCEDIMIENTO: 1) Calcular y dimensionar el engranaje obteniendo sus medidas. 2) Mecanizar a torno el disco. 3) Calcular las velocidades de corte y las revoluciones a dar a la fresadora. 4) Realizar los cálculos del aparato divisor. 5) Colocar las herramientas en máquina, aparato divisor, etc. 6) Mecanizar los dientes del engranaje en fresadora. 7) Verificar y comprobar las medidas. 8) Rectificar las caras del engranaje en la rectificadora planeadora.

298

© ITES-PARANINFO

PRÁCTICAS DE CONTROL NUMÉRICO “TORNO” UNIDAD TEMÁTICA

4

Determinación y análisis de los conformados

-x

+z

-z

+x

PROCEDIMIENTO: 1) Representar en el eje de coordenadas los puntos. - A (-6,4) - B (-4,1) - C (4,2) - D (-4,-2) - E (-8,-6) - F (6,6)

300

© ITES-PARANINFO

4

∅18

∅22

w

∅10

Determinación y análisis de los conformados

10

5

-x

-z

w

+z

+x

PROCEDIMIENTO: 1) Teniendo el punto W como punto 0 de coordenadas, representar en el eje de coordenadas el perfil de la pieza de torno del croquis. 2) Decir el valor en coordenadas que tiene cada uno de los vértices de la pieza respecto al punto W.

© ITES-PARANINFO

301

∅20

∅28

∅33

Determinación y análisis de los conformados

20

20

40

MATERIAL: - Acero suave de 85 x 35 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Portaherramientas y plaquita de metal duro a derechas. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno de control numérico. 2) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado. 3) Elegir y colocar las herramientas en la torre de la máquina. 4) Hacer un programa en absoluto de control numérico para la mecanización de la pieza. 5) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 6) Mecanizar la pieza. 7) Verificar medidas y acabados.

302

© ITES-PARANINFO

20

© ITES-PARANINFO

∅20

∅28

∅33

Determinación y análisis de los conformados

20

40

303

15

25

15

20

10

∅35

∅20

∅20

∅43

Determinación y análisis de los conformados

20

MATERIAL: - Acero suave de 110 x 45 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Portaherramientas y plaquita de cilindrar neutra. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno de control numérico. 2) Calcular los conos y sus ángulos. 3) Hacer un programa en absoluto de control numérico para la mecanización de la pieza. 4) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado. 5) Montar las herramientas en la torre de la máquina. 6) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 7) Mecanizar la pieza. 8) Verificar medidas y acabados.

304

© ITES-PARANINFO

15

© ITES-PARANINFO

∅20 ∅35

∅20

∅43

Determinación y análisis de los conformados

25

15

20

10

20

305

Determinación y análisis de los conformados

∅18

∅36

14

5

33 4

13

14

MATERIAL: - Aluminio de 95 x 40. HERRAMIENTAS: - Portaherramientas y plaquita de 32º. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en el torno de control numérico. 2) Calcular el cono y los radios de la bola para la realización del programa. 3) Hacer un programa de control numérico para la mecanización de la pieza. 4) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 5) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado. 6) Colocar las herramientas en la torre de la máquina. 7) Mecanizar la pieza. 8) Verificar medidas y acabados.

306

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

∅18

∅36

14

5 33 4

13

14

A W B D

O

C α

F

© ITES-PARANINFO

307

Determinación y análisis de los conformados

308

∅20

∅28

Calcular la velocidad de corte, avances y revoluciones. Calcular la profundidad de corte a dar en cada pasada. Definir el portaherramientas y la placa de metal duro para el mecanizado de la pieza.

∅33

Cálculos para el mecanizado del cilindro por ciclo fijo:

20 w

20

40

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

Mecanizado de una rosca mediante el ciclo de roscado:

1,5

3 A

B

w

10

10

M25x150

∅35

2

3

30

MATERIAL: - Aluminio 80 x 35 mm de diámetro. HERRAMIENTAS: - Cuchilla de roscar métrica. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar el tipo de rosca a mecanizar y mecanizarla con los datos del croquis. 2) Preparar las herramientas necesarias para su mecanizado. 3) Colocar las herramientas en la torre de la máquina. 4) Realizar los cálculos necesarios para el mecanizado de la rosca. 5) Realizar un programa en absoluto para la mecanización de la pieza. 6) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 7) Mecanizar la pieza. 8) Verificar la rosca.

© ITES-PARANINFO

309

Determinación y análisis de los conformados

Cálculos:

2 A

B

Definir el portaherramientas y la geometría de la placa a montar. 10

310

3

10

w

M25x150

∅35

Calcular la profundidad de la rosca y el número de pasadas a dar.

1,5

3

30

© ITES-PARANINFO

PRÁCTICAS DE FRESADORA DE CONTROL NUMÉRICO UNIDAD TEMÁTICA

4

Determinación y análisis de los conformados

20

8

15

55

50

∅8 25

15

30º

25 50 90

MATERIAL: - Aluminio de 90 x 50 x 25. HERRAMIENTAS: - Fresa de 8 mm de diámetro. PROCEDIMIENTO: 1) La profundidad de las ranuras y del agujero es de 3 mm. 2) Estudiar la figura para mecanizarla. 3) Calcular los datos necesarios para su mecanizado. 4) Hacer un programa de control numérico para la mecanización de la pieza. 5) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 6) Preparar las herramientas y calarlas en la máquina. 7) Mecanizar la pieza, siendo Z = -3. 8) Verificar medidas y acabados.

312

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

20

8

∅8

15

30º

8

B

30º

25

50

C 0

15

55

25

25

50

90

Tenemos el triángulo OBC y tenemos que calcular el lado CB y el lado OB. OC = 25 CB = Sen 30º x OC; CB = 0,5 x 25 = 12,5 mm. OB = CB / Tang 30º; OB = 12,5 / 0,5773 = 21,65 mm. Cálculo de las revoluciones a dar a la fresa: N = (Vc x 1.000) / (π x D); N = (80 x 1.000) / (3,14 x 8) = 3.184 r.p.m. La herramienta a emplear será una fresa cilíndrica de 2 labios de 8 mm de diámetro.

© ITES-PARANINFO

313

Determinación y análisis de los conformados

Corte A-A’ A

2,5

6

50

18

A’ 95

20

MATERIAL: - Aluminio de 95 x 50 x 20 mm. HERRAMIENTAS: - Fresa cilíndrica de dos labios de 6 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en la fresadora de C.N. 2) Calcular los arcos y datos a dar al programa para el mecanizado. 3) El punto 0 pieza se establece en W. 4) Hacer un programa en absoluto. 5) La herramienta partirá del punto (5, 5, 5). 6) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 7) Colocar las herramientas en la torre de la máquina. 8) Mecanizar la pieza. 9) Verificar medidas y acabados.

314

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

Corte A-A’ 2,5

A

6

J-18

A 18

18

50

-I

+I

0 95

A’

20

w 27

Cálculo de las revoluciones a poner en máquina N = (110 x 1.000) / (3,14 x 6) = 5.830 r.p.m. La herramienta la llevamos del punto W al punto A, donde comenzamos el arco y es el punto donde se clava la herramienta para comenzar el arco. Tenemos que darle las coordenadas desde A al centro del arco 0, que son para I equivalente a la X y será I00 y para la J equivalente a la Y será J-18.

© ITES-PARANINFO

315

Determinación y análisis de los conformados

22 A

6 50

35

12 6

25 90

A’

3

25 25

MATERIAL: - Aluminio de 90 x 25 mm. HERRAMIENTAS: - Fresa cilíndrica de 6 mm PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en la fresadora de control numérico. 2) Hacer un programa en absoluto de control numérico para la mecanización de la pieza. 3) Colocar la herramienta en la máquina y buscar el punto 0. 4) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 5) Mecanizar la pieza. 6) Verificar medidas y acabados.

316

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

22 A 6

6

25 90

© ITES-PARANINFO

A’

35

50

12

3

25 25

317

Determinación y análisis de los conformados

10

10

10

10

∅35

10 10

10

50

10

30º

27 90

MATERIAL: - Aluminio de 90 x 25 mm. HERRAMIENTAS: - Broca de acero rápido de 6 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en la fresadora de control numérico. 2) Hacer un programa de control numérico para la mecanización de la pieza; la profundidad del taladro será de Z = -3 mm. 3) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 4) Mecanizar la pieza. 5) Verificar medidas y acabados.

318

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

10

10

10

10

∅35

10 10

10

50

10

30º

27 90

© ITES-PARANINFO

319

A

20

50

Determinación y análisis de los conformados

w 5

40 70

20

MATERIAL: - Aluminio de 100 x 50 x 25 mm. HERRAMIENTAS: - Fresa cilíndrica de dos labios de 12 mm de diámetro. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en la fresadora mediante un ciclo fijo de cajeado. 2) Preparar las herramientas en la máquina. 3) Darle los datos de la herramienta al control para que la reconozca. 4) Establecer el punto 0 pieza de programación (punto W). 5) Escribir un programa en absoluto para la mecanización de la pieza. 6) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 7) Mecanizar la pieza. 8) Verificar medidas y acabados

320

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

Cálculo para el cajeado rectangular:

A

50

Se posiciona la herramienta en el punto A (X35, Y25, Z5). Como el material a trabajar es Al las r.p.m. serán:

20

La fresa a emplear será de 2 labios de 12 mm de diámetro.

w

N = (90 x 1.000) / (12 x 3,14) = 2.388 a computar en S.

40 70

20

5

El desplazamiento axial máximo de la fresa será: C = (3 x D) / 4 = 9 mm. Que para no llevarla al límite se le dará un poco menos, por ejemplo 7 mm. Deberemos dejarle 0,5 mm para la pasada de acabado, por lo que calculando la profundidad de corte en las pasadas de desbaste tendremos que: Profundidad de desbaste: 5 − 0,5 = 4,5. Pasadas de desbaste: 4,5 / 2 = 2,25 mm cada pasada.

© ITES-PARANINFO

321

50

20

Determinación y análisis de los conformados

25

A

w

40 95

5 25

MATERIAL: - Aluminio de 95 x 50 x 25 mm. HERRAMIENTAS: - Fresa cilíndrica de dos labios de 12 mm de diámetro. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar la figura para mecanizarla en la fresadora mediante un ciclo fijo de cajeado. 2) Preparar la herramienta en la máquina. 3) Darle los datos de la herramienta al control para que la reconozca. 4) Establecer el punto 0 pieza de programación. 5) Escribir un programa en absoluto para la mecanización de la pieza. 6) Meter el programa en el ordenador de la máquina y verificarlo. 7) Mecanizar la pieza. 8) Verificar medidas y acabados.

322

© ITES-PARANINFO

50

20

Determinación y análisis de los conformados

25

A

w

© ITES-PARANINFO

40 95

5 25

323

PRÁCTICAS DE SOLDADURA UNIDAD TEMÁTICA

4

100

Determinación y análisis de los conformados

200

10

MATERIAL: - Acero suave de 200 x 100 x 10 mm. - Electrodos del tipo rutilo de 3,25 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Limpiar el material a soldar de óxidos y grasas. 2) Preparar el equipo de soldadura ajustando la intensidad. 3) Ponerse el equipo de protección. 4) Realizar la soldadura según el plano llevando bien la inclinación del electrodo. 5) Limpiar la soldadura de escoria.

326

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

25

x

250

6

MATERIAL: - 2 chapas de 250 x 25 x 6 mm de acero suave. - Electrodos de 3,25 mm del tipo rutilo. PROCEDIMIENTO: 1) Preparar las piezas antes de soldar. 2) Limpiar las piezas antes de la soldadura. 3) Elegir los electrodos adecuados al tipo de material identificándolos por su símbolo. 4) Adecuar la intensidad del equipo de soldadura. 5) Realizar la soldadura posicionando bien el electrodo. 6) Dejar enfriar el cordón de soldadura. 7) Limpiar la escoria con la piqueta y el cepillo.

© ITES-PARANINFO

327

Determinación y análisis de los conformados

Una pasada

Dos pasadas

Tres pasadas

1

1 2

3

2

MATERIAL: - 1 chapa de acero suave de 250 x 50 x 4 mm. - 1 chapa de acero suave de 250 x 25 x 4 mm. - Electrodos del tipo rutilo de 3,25 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Preparar las piezas antes de soldar. 2) Limpiar las piezas antes de la soldadura. 3) Elegir los electrodos adecuados al tipo de material. 4) Ponerse el equipo de protección. 5) Adecuar la intensidad del equipo de soldadura. 6) Realizar la soldadura posicionando bien el electrodo a 45º. 7) Dejar enfriar el cordón de soldadura. 8) Limpiar la escoria con la piqueta y el cepillo. 9) Realizar los cordones de relleno según el plano.

328

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

45º

45º

Cordón de 3 ó 4 mm

MATERIAL: - 2 chapas de acero suave de 50 x 250 x 6 mm. - Electrodos del tipo rutilo de 3,25 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Preparar las piezas antes de soldar. 2) Limpiar las piezas antes de la soldadura. 3) Elegir los electrodos adecuados al tipo de material. 4) Adecuar la intensidad del equipo de soldadura. 5) Realizar la soldadura posicionando bien el electrodo a 45º. 6) Dejar enfriar el cordón de soldadura. 7) Limpiar la escoria con la piqueta y el cepillo. 8) Tener cuidado para no morder los bordes.

© ITES-PARANINFO

329

Determinación y análisis de los conformados

∅80

∅40

50

80

MATERIAL: - 1 tubo de acero suave de 80 mm de diámetro x 130 mm de largo, 1,5 mm de espesor. - 1 tubo de 40 mm de diámetro x 50 de largo. - Electrodos del tipo rutilo de 3,25 mm. PROCEDIMIENTO: 1) Preparar las piezas antes de soldar. 2) Limpiar las piezas antes de la soldadura. 3) Elegir los electrodos adecuados al tipo de material. 4) Adecuar la intensidad del equipo de soldadura. 5) Realizar la soldadura posicionando bien el electrodo. 6) Dejar enfriar el cordón de soldadura. 7) Limpiar la escoria con la piqueta y el cepillo.

330

© ITES-PARANINFO

PRÁCTICAS DE NEUMÁTICA UNIDAD TEMÁTICA

4

Determinación y análisis de los conformados

A

d

2

1

3

MATERIAL A EMPLEAR: - Cilindro de simple efecto. - Válvula 3/2 accionada manualmente. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar el funcionamiento del cilindro de simple efecto. 2) Estudiar la válvula 3/2 y su accionamiento. 3) Instalar los componentes según el esquema y su codificación. TRABAJO A REALIZAR: - Dibujar un esquema con la válvula (d) pulsada. - Hacer un esquema de montaje electroneumático.

332

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

2

3

4

1

5

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindro de doble efecto. - Válvula 5/2 accionada manualmente. PROCEDIMIENTO: 1) Estudiar el funcionamiento del cilindro de doble efecto. 2) Estudiar la válvula 5/2 y su accionamiento. 3) Instalar los componentes según el esquema y codificarlos correctamente. TRABAJO A REALIZAR: - Dibujar un esquema con la válvula 5/2 pulsada. - Realizar un esquema de funcionamiento sustituyendo la válvula 5/2 por dos válvulas 3/2.

© ITES-PARANINFO

333

Determinación y análisis de los conformados

A

d

b

c

MATERIAL: - Cilindro de simple efecto. - Válvulas de 3/2 accionadas manualmente. - Válvula selectora. PROCEDIMIENTO: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. - Codificar las válvulas del esquema. - Explicar el funcionamiento de la válvula selectora. - Hacer un esquema de montaje con electroválvulas. TRABAJO A REALIZAR: - Hacer el diagrama de fases. - Buscarle aplicaciones a este tipo de montaje. - Montar el circuito con electroválvulas.

334

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

A

d

b

c

MATERIAL: - Cilindro de simple efecto. - Válvulas de 3/2 accionadas manualmente. - Válvula de simultaneidad. PROCEDIMIENTO: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. - Codificar las válvulas del esquema. TRABAJO A REALIZAR: - Explicar el funcionamiento de la válvula de simultaneidad. - Hacer el diagrama de fases. - Buscarle aplicaciones a este tipo de montaje.

© ITES-PARANINFO

335

Determinación y análisis de los conformados

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindro de doble efecto. - Válvula 5/2 automática. - Válvula 3/2 con rodillo (final de carrera). - Válvula 3/2 retorno por muelle. PROCEDIMIENTO: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. - Codificar las válvulas del esquema. TRABAJO A REALIZAR: - Explicar el funcionamiento del esquema. - Explicar en qué tipo de máquinas se monta este circuito neumático. - Buscarle aplicaciones a este tipo de montaje. - Explicar cómo funciona el final de carrera.

336

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

A

a1

a2

a

b

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindro de doble efecto. - Válvula 5/2 automática. - Válvulas 3/2 con rodillos (finales de carrera). - Válvula 3/2 de enclavamiento. PROCEDIMIENTO: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. - Codificar las válvulas del esquema. TRABAJO A REALIZAR: - Explicar el funcionamiento de este circuito neumático. - Explicar en qué tipo de máquinas se monta este esquema. - Explicar cómo funciona la válvula pilotada por aire (a). - Sustituye la válvula (b) por una de retorno por muelle y explica su funcionamiento. - Hacer el diagrama de fases.

© ITES-PARANINFO

337

Determinación y análisis de los conformados

A

a1 2

4

1

2

a1

3

2

1

1

3

1

1

Auto

2

a2 5

3 1

a2

Man

3

2

1

3

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindros de doble efecto. - Válvulas 5/2 automáticas. - Válvulas 3/2 con rodillo (final de carrera). - Válvulas 3/2 retorno por muelle. - Válvula selectora. PROCEDIMIENTO: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. TRABAJO A REALIZAR: - Explicar el funcionamiento del esquema. - Buscarle aplicaciones a este tipo de montaje. - Explicar el funcionamiento de los finales de carrera.

338

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

A

B a0

a1

b0

b0 a1

P.P.

b1

P.A.

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindros de doble efecto. - Válvulas 5/2 pilotadas por aire. - Válvulas finales de carrera 3/2 de rodillo. - Válvulas de 3/2 para el mando. - Válvula selectora. - Unidad de mantenimiento. PROCEDIMIENTO: - Estudiar el esquema. - Codificar las válvulas para su instalación. - Montarlo en el tablero y verificar su funcionamiento. TRABAJO A REALIZAR: - Hacer el diagrama de fases. - Buscarle aplicaciones a este tipo de montaje.

© ITES-PARANINFO

339

Determinación y análisis de los conformados

B

A a0

b0

a1

b1

b1

b0

a0 a1

P.P.

P.M.

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindros de doble efecto. - Válvulas 5/2 automáticas. - Válvulas 3/2 con rodillos (finales de carrera). - Válvula 3/2 de enclavamiento. - Válvula selectora. PROCEDIMIENTO: - Estudiar el esquema. - Codificar las válvulas por su instalación. - Explicar el funcionamiento de este circuito. TRABAJOS A REALIZAR: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. - Hacer el diagrama de fases. - Buscar aplicaciones a este tipo de montaje.

340

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de los conformados

B

A

a0

b0

a1

b1

a1

b1 a0

P.P.

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindros de doble efecto. - Válvulas 5/2 automáticas. - Válvulas 3/2 con rodillos escamoteables. - Válvula 3/2 de enclavamiento. PROCEDIMIENTO: - Estudiar el esquema. - Codificar las válvulas. - Explicar el funcionamiento de este circuito. TRABAJOS A REALIZAR: - Montar el esquema en el tablero y hacerlo funcionar. - Hacer el diagrama de fases. - Buscar aplicaciones a este tipo de montaje.

© ITES-PARANINFO

341

Determinación y análisis de los conformados

A

d

z

1

2 3

4

3

5 1

MATERIALES A EMPLEAR: - Cilindros de simple y doble efecto. - Válvulas 3/2 y 5/2 de accionamiento eléctrico. - Pulsador. - Interruptor. - Unidad de mantenimiento. PROCEDIMIENTO: - Estudiar el esquema. - Montarlo en el tablero y verificar su funcionamiento. TRABAJO A REALIZAR: - Explicar su funcionamiento. - ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene este montaje sobre las válvulas accionadas manualmente?

342

© ITES-PARANINFO

Capítulo

Determinación y análisis de otras operaciones

Determinación y análisis de otras operaciones Introducción En esta Unidad Temática se pretende conocer y estudiar la forma más práctica de mecanizar piezas en el taller partiendo de un plano de la misma, así como adecuar el proceso de mecanizado eligiendo la máquina idónea, calculando los tiempos de mecanizado, así como una serie de unidades de un pedido.

Contenido • Estudio del proceso de mecanizado según el plano de la pieza a obtener • Estudio de las distintas fases de trabajo • Realización de ejercicios de cálculo y mecanizado de piezas

Objetivos X Adquirir una visión general de los procedimientos de mecanizado X Estudiar los procesos de mecanizado a seguir según la pieza a obtener X Calcular los costes de fabricación de una pieza

Determinación y análisis de otras operaciones

Los procedimientos Cuando nos disponemos a fabricar una pieza o una serie de piezas que posteriormente las ensamblamos y montamos, las cuales nos forman una máquina, debemos de tener en cuenta una serie de factores que influyen en el mecanizado de las mismas y en la calidad del trabajo a realizar, como son: • La elección del material que vamos a emplear, si es acero, aluminio, latón, etc., y dentro del material la calidad requerida. • Las máquinas adecuadas al tipo de fabricado, torno, fresadora, rectificadora, centros de mecanizado, taladradora, etc. Pues cada máquina del taller según sus características está preparada para realizar un determinado tipo de trabajo. • Las herramientas que se van a utilizar, en función del tipo del material a trabajar, forma de mecanización y máquinas de que disponemos, pues como hemos visto cada máquina inserta un tipo de herramienta. • La cualificación del operario que va a realizar dicho mecanizado, como especialista en control numérico, soldador, etc. • Las normas de fabricación y las correspondientes a un control de calidad y verificación homologado (aparatos de medida y control). Como se ve, son muchos los parámetros que intervienen en la fabricación de piezas o conjuntos mecánicos, y por lo tanto no nos queda más remedio que realizar un estudio previo a la realización de cualquier trabajo del taller de metal, con el fin de garantizar el funcionamiento de la pieza a fabricar, o el conjunto de piezas para que luego sean ajustadas entre sí, sin ningún problema. Esto quiere decir que antes de mecanizar o fabricar cualquier pieza de características mecánicas debemos de leer el plano que nos indica las medidas, tolerancias de fabricación, geometría que tiene, etc. Pues es sumamente importante que conozcamos todos los detalles a priori, con el fin de que cuando tengamos que proceder a su fabricación sepamos con toda certeza las herramientas que tenemos que emplear, las máquinas que hay que utilizar, el grado de acabado que necesitamos darle a las superficies de la pieza, etc. Conociendo los datos de su fabricación, así como sus características, estaremos en condiciones de fabricarla con la garantía de funcionamiento que se nos pide. Pues no tendremos ningún problema en elegir las herramientas y máquinas adecuadas para su fabricación. A veces el estudiar el plano de una pieza por sencillo que parezca, no es tan fácil, pues se da el caso de tener que saber en qué mecanismo o con qué otros elementos mecánicos acopla, por lo que deberemos leer y estudiar otros planos que aunque no son exactamente de la pieza que tenemos que mecanizar, nos ayudan a conocer su funcionamiento y por lo tanto su proceso de su fabricación.

5.1 Los procesos de trabajo Los procesos son las pautas del trabajo que el operario tiene que realizar, las cuales se reflejan en unas hojas en donde se explica el procedimiento a seguir de forma ordenada y correlativa, explicando las distintas fases de trabajo e indicando los elementos a emplear, cómo son las máquinas, herramientas, cómo deben emplearse, etc. También determinan el tiempo empleado en cada operación a realizar, facilitando al operario todos los datos que necesita para la realización de su trabajo. Los procesos de trabajo más comunes en el taller de metal son: • Los procesos de mecanizado (para mecanización de piezas). • Procesos de montaje (para montaje y desmontaje de elementos mecánicos). • Procesos de control de calidad (para verificación y control).

344

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones Los procesos de trabajo de tipo industrial deben de contener todos aquellos datos que requiera el trabajo a realizar con la máxima garantía de calidad, así como contener todos los datos respecto a la seguridad del operario. Los procesos de trabajo de tipo didáctico están encaminados al aprendizaje del alumno, y por lo tanto deben de cumplir una serie de objetivos enfocados al aprendizaje, como: • • • •

Objetivos de conocimiento. Objetivos de técnicas. Objetivos operativos. Objetivos de actitudes.

También se debe de reflejar en los procesos de tipo didáctico los elementos y medios de autoevaluación del trabajo que se está realizando, con el fin de que el alumno aparte de seguir el proceso de trabajo valore su aprendizaje.

5.2 Proceso de mecanizado de una pieza mecánica Como hemos visto en el capítulo anterior, en el que hemos detallado el funcionamiento de cada máquina y sus aplicaciones en el taller de mecánica, disponemos de máquinas muy diversas, cada una de ellas capaz de realizar trabajos de mecanizados específicos; una taladradora mecaniza básicamente agujeros; un torno trabaja o mecaniza básicamente cuerpos de revolución; una rectificadora no sirve para hacer grandes desbastes, su misión es rectificar superficies que previamente han sido trabajadas en otras máquinas, etc. Ante esta diversidad de máquinas que nos encontramos en los talleres, no nos queda más remedio que saber qué máquina debemos de emplear para cada mecanizado o para cada pieza que vamos a trabajar, o más aún, para cada fase de trabajo que tenemos que realizar dentro de la misma pieza. Pues en el mecanizado de una misma pieza podemos emplear varias máquinas por su complejidad de mecanizado. Lo mismo nos pasa con las herramientas, tanto para la realización de las operaciones manuales, como las que montamos en las máquinas, para realizar las distintas fases de trabajo que la pieza requiera. Si conocemos el orden de operaciones a realizar en el trabajo del mecanizado de una pieza, estaremos en condiciones de seleccionar las herramientas y la realización del trabajo lógico con ellas; si no lo conocemos deberemos establecer nosotros el orden del mecanizado estudiando el plano de la pieza. A título de ejemplo diremos que para roscar un agujero debemos antes de taladrar al diámetro adecuado con el fin de pasar el macho. A la elección de la máquina adecuada a cada tipo de trabajo, y a las distintas operaciones que hay que realizar en la misma en una pieza determinada, así como a la elección de las herramientas y el orden de su empleo trabajando la pieza, le llamamos proceso de mecanizado. El proceso de mecanizado es el estudio de cómo se debe de mecanizar o fabricar una pieza o una serie de piezas, estableciéndose la prioridad de las operaciones mecánicas de fabricación, así como la elección de las herramientas adecuadas al trabajo en cuestión, preparándolas y haciendo la previsión de las mismas en el almacén. También se calculan los tiempos de trabajo y las características y condiciones de funcionalidad de las máquinas empleadas en cada una de sus fases de trabajo, con el fin de guiar al operario y calcular los costes de fabricación. Estos estudios se realizan con el fin de optimizar los recursos de un taller, fábrica o empresa teniendo en cuenta todos los medios de que dispone, como son: • Materiales. • Herramientas.

© ITES-PARANINFO

345

Determinación y análisis de otras operaciones • Máquinas. • Operarios. • Útiles de verificación y control. Un proceso de mecanizado minucioso, economiza tiempos de ejecución de trabajos, rentabiliza herramientas, hace que las máquinas del taller estén siempre funcionando sin tiempos de espera, adecuan a los operarios en las tareas afines a sus conocimientos. En definitiva, se programa el funcionamiento de un taller rentabilizándolo. Fases de trabajo: Llamamos fases de trabajo a cada una de las operaciones mecánicas que tenemos que realizar o que intervienen en la fabricación de una pieza o montaje de las mismas, contemplando desde el material en bruto hasta la obtención final de la pieza, la cual una vez terminada debe de cumplir exactamente las especificaciones del plano con el cual se ha fabricado. En cada fase de trabajo se deberá de indicar la máquina que interviene en esa operación, las herramientas adecuadas con las que se realiza esa parte de trabajo, llamada fase, forma de trabajo y los cálculos referentes a las condiciones de corte de las herramientas, con el fin de que el operario que realice dicha fase de trabajo sepa las condiciones de corte de las herramientas a emplear, y disponga la máquina en las condiciones indicadas; también se deberá indicar los tiempos de trabajo que requiere esa fase. Tratemos de explicarlo con un ejemplo. Vamos a mecanizar la cremallera del dibujo, explicando cada una de sus fases y realizando una hoja de proceso. Figura 5.2.1. Figura 5.2.1. Mecanizado de una cremallera.

Como se ve en el dibujo es una cremallera de dientes rectos, y para la mecanización de la cremallera tienen que intervenir varias máquinas, con las herramientas correspondientes. Con el fin de realizar la hoja del proceso del mecanizado hacemos un pequeño comentario de las máquinas y herramientas empleadas en su fabricación. Máquinas y herramientas que intervienen en su fabricación: Una fresadora universal es la máquina que va a mecanizar el prisma rectangular y luego el tallado de los dientes. Las herramientas con las cuales se trabajará en la fresadora son un plato de cuchillas que inserta plaquitas de metal duro de la calidad del material a trabajar el cual planeará las caras calibrándolas a la medida adecuada, y una fresa de módulo que se encargará de tallar los dientes. Los accesorios a emplear serán una mordaza para la fijación de la pieza. Una taladradora de sobremesa, con su mordaza correspondiente para coger la pieza, una broca de acero rápido del diámetro que indique el plano, la cual realizará el taladrado de los agujeros para la fijación de la cremallera al mecanismo en el que deba ir montada. Una rectificadora planeadora es la máquina que rectificará las superficies de la cremallera (prisma) y dará el acabado final; ésta tendrá un plato magnético para coger la pieza y una muela de vaso de grano fino.

5.3 Hoja de proceso de mecanizado de una cremallera La hoja de proceso de mecanizado de una pieza es una hoja informativa en donde se recogen todas las características de fabricación de la misma, operaciones y secuencias de trabajo a realizar, tratados de forma correlativa y con un proceso lógico y estudiado de fabricación, máquinas que intervienen en su mecanizado, herramientas que se emplean y sus características, cálculo de valores técnicos de las máquinas, etc.

346

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones Debe de dar una información lo más amplia posible al operario que se encargará de la mecanización de la pieza en cuestión, con el fin de facilitarle las fases de trabajo, máquinas disponibles y cálculos a realizar. Depende del tipo de empresa y de qué producto se fabrique o trabaje, las hojas de proceso pueden diferir unas de otras en cuanto a forma y contenido, pues cada empresa las adapta a sus necesidades, aunque básicamente tienen la misma función, informar de los pasos que da una pieza en el taller desde que se coge el material en bruto, hasta que se termina la pieza. Antes de realizar la hoja de proceso hay que calcular todos los datos y parámetros de trabajo que son necesarios para la realización del mismo. En toda hoja de proceso debe de figurar: El plano de la pieza: Es el croquis de la pieza a mecanizar con sus vistas, medidas, tolerancias y todos los detalles que ha de tener para su mecanizado. Nº de fase: Es el número de operación que se realiza en la pieza a mecanizar. Las fases de trabajo deberán de ser correlativas. Operaciones a realizar: Se especificará en qué consiste la operación que en ese momento hay que realizar en la pieza que está en proceso de fabricación (si procede se explicará la operación a realizar). Máquinas: Se cita la máquina que se tienen que emplear en esa fase y operación que hay que realizar. Herramientas: En este apartado se especifica qué herramienta se debe emplear en la citada operación a realizar, indicando su diámetro, calidad y características técnicas de la herramienta, y si se considera de interés se indicarán los ángulos de corte que debe de tener, para su afilado o sustitución. Vc, a, p, r.p.m.: Son las condiciones de corte de la herramienta que en ese momento se está empleando, con el fin de que el operario que la utiliza sepa, prepare y condicione la máquina a los parámetros idóneos de corte, avance, r.p.m., etc., los cuales han debido de ser calculados a priori, teniendo en cuenta que las condiciones de corte varían con los distintos tipos de materiales a trabajar, diámetros de herramientas y piezas y máquina a utilizar. Vc = Velocidad de corte. a = Avance de la herramienta. p = Pasada de la herramienta. R.p.m. = Revoluciones de trabajo. Tiempo de mecanizado (t): Es el tiempo que tardamos en hacer la operación de mecanizado; es decir, el tiempo que está la máquina sacando viruta y trabajando la pieza (en el punto 5.2 se estudia el cálculo de tiempos de mecanizado). Material: En la hoja del proceso de mecanizado se deberá indicar el tipo de material a trabajar. En el ejemplo de la cremallera se va a fabricar con un tipo de acero el cual sabemos que tiene una dureza de unos 260 HB, y una resistencia a la tracción de R = 70 kg/mm², por lo tanto la velocidad de corte que debemos de aplicar para las plaquitas de metal duro será de Vc = 180 m/m, y el avance que este tipo de material admite aproximadamente y en condiciones normales es de a = 0,2 mm/rpm. La broca: La que utilizaremos será de acero rápido y sus condiciones de corte en términos generales para el mecanizado de la cremallera propuesta son Vc = entre 25 y 28 m/m, avance a = 0,10 mm/rpm. La fresa cilíndrica: Con la cual vamos a rebajar el alojamiento de los agujeros, será de 4 labios y tiene unas condiciones de corte de Vc = 16 a 18 m/m y un avance de a = 0,2 mm/rpm. La fresa de módulo: También es de acero rápido y por lo tanto tiene las mismas condiciones de corte que las herramientas de acero rápido, con la diferencia que tiene muchos mas dientes, pues como sabemos es una fresa de disco, y por lo tanto corta más por vuelta dada que otra herramienta de dos o cuatro filos (fresas cilíndricas).

© ITES-PARANINFO

347

Determinación y análisis de otras operaciones Con todos estos datos, los cuales conocemos, calculamos las condiciones de corte, r.p.m., avances, tiempos de mecanizado, etc. Una vez calculados todos estos datos los insertamos en cada uno de los apartados de la hoja de proceso de la mecanización de la cremallera. El cajetín de datos: Es el cajetín donde se identifica el trabajo a realizar, cómo se llama la pieza a fabricar, en qué montaje va, de qué material se fabrica la pieza propuesta, medidas, etc. (ver Unidad Técnica Nº 1). También identifica el técnico que realiza el proceso y la fecha de realización, así como también lleva el anagrama el cual identifica la empresa que fabrica la pieza (en este caso lleva Ciclo Formativo de Mecanizado). Las hojas de proceso las podemos adaptar a las características de trabajo y sus cualidades, pues como sabemos no es lo mismo un proceso de mecanización de piezas en torno, que un proceso de mecanización de piezas en una fresadora, como hemos visto son máquinas que trabajan de forma distinta, o que un proceso de montaje de piezas, en el que no intervienen máquinas de mecanización pero sí que intervienen herramientas específicas. Esto hace que cada empresa o taller según las características de su trabajo tenga un modelo de hoja de proceso de fabricación, montaje, etc., adaptado a sus necesidades y productos de su fabricación. Como ejemplos se han realizado varias fichas con distintos procesos de trabajo para que el alumno las tenga como ejemplo. • Proceso de mecanizado de un trabajo de fresadora (cremallera). • Proceso de un trabajo de soldadura (soldadura de piezas en horizontal). • Proceso de un montaje (montaje de un inversor de marchas). Proceso de un trabajo de soldadura: A continuación se propone un ejemplo de proceso de soldadura de piezas por arco eléctrico con electrodos revestidos. Se trata de soldar dos piezas de acero suave de unas medidas determinadas con electrodos de rutilo. En este caso los apartados de la hoja de proceso difieren de los apartados de una hoja de proceso de mecanizado, pues el trabajo a realizar es distinto; como se sabe, en los trabajos de soldadura intervienen otras máquinas y otras herramientas que serán las que debamos reflejar en la hoja de proceso. Antes de reflejar los datos en la hoja debemos de realizar los cálculos oportunos si el caso lo requiere, como el cálculo de las intensidades adecuadas al diámetro del electrodo y material a soldar, así como saber qué tipo de electrodo debemos de proponer para la soldabilidad, rutilo, básico, etc., y el diámetro a emplear adecuado a ese tipo de soldadura y de preparación del material. Cálculo de los tiempos de ejecución, elementos de seguridad a tener en cuenta y todo aquello que consideremos de interés, con el fin de que el operario que realice el trabajo tenga perfectamente claro las operaciones a realizar previas a la soldadura, durante la soldabilidad de las piezas y realización del trabajo y la verificación de la soldadura después de la realización del trabajo si se considera de interés. En nuestro caso, como es un trabajo de aprendizaje, la hoja propuesta del proceso de soldadura está enfocada a un ejercicio de soldadura, el cual debe de realizar un alumno; por lo tanto, las operaciones a realizar pueden diferir de las reales de una empresa; al final del proceso, en la fase número 11, una vez soldada la pieza, se propone el corte de la pieza soldada por la mitad con el fin de verificar la penetración de la soldadura. Proceso de un trabajo de montaje: El contenido de muchos trabajos se basa en el montaje de elementos mecánicos. Una vez que las piezas se fabrican hay que montarlas ajustándolas, engranándolas entre sí y hacerlas funcionar todas ellas en conjunto o de forma común, unas con otras, como por ejemplo una caja de cambios, un reductor de velocidad, etc.

348

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones En este caso, como en cualquier trabajo, con el fin de que el operario o los operarios que tienen que montar un conjunto de piezas tenga claro cómo van y qué secuencia de montaje es la correcta o qué es lo que hay que montar primero y con qué piezas, de qué forma se tienen que ensamblar y por qué, también se elaboran procesos de montaje, los cuales nos orientan y guían sobre la forma de realizar este tipo de trabajo. A título informativo se presenta un proceso del montaje de un inversor de marchas sencillo con el fin de que se tenga como ejemplo. Hay que hacer observar que cuando los montajes son complejos se suelen presentar varias hojas con el proceso de montaje de cada uno de los componentes que forman el conjunto; en ocasiones se realizan montajes por paquetes de piezas y luego se ensamblan todos los paquetes para formar la máquina. En los procesos de montaje nos podemos encontrar que las piezas a montar no siempre se representan en forma de dibujo técnico normalizado.

© ITES-PARANINFO

349

Determinación y análisis de otras operaciones

20

∅6

20

100

20

20

120

350

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

25

x

250

© ITES-PARANINFO

6

351

Determinación y análisis de otras operaciones

10

5

1

2 11 3

4

6

352

7

8

9

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

5.4 Asignación de máquinas según los mecanizados Una vez estudiada la forma de realizar el trabajo y obtenido el proceso de mecanizado o fabricación de una pieza o conjunto de piezas, y sabiendo cómo vamos a realizar dicho trabajo, establecemos unos criterios de mecanizado en las máquinas de que dispongamos y con un orden de prioridad. También debemos de ver las herramientas con las cuales vamos a trabajar con el fin de que estén dispuestas en el momento de la ejecución y no tengamos paros por falta de equipamiento. Pues de esto depende en gran parte el éxito de la realización de un determinado trabajo. No podemos enviar una pieza a ser roscada si antes no ha pasado por la taladradora para la realización del agujero previo al roscado, etc. Por lo que, una vez realizado el estudio y el proceso de fabricación, es cuando estaremos en condiciones de asignar a cada fase de trabajo la máquina correspondiente, así como las herramientas necesarias, pudiéndose dar el caso de que una misma máquina intervenga varias veces en su mecanización. Un orden lógico de trabajo para la mecanización de piezas y a título informativo sería el siguiente: 1º- Trabajar en primer lugar la cara más grande de la pieza, pues es la que más referencias nos va a dar a la hora de tomar medidas, trazar, marcar centros, etc. 2º- Una vez mecanizada la cara mayor deberemos de mecanizar la cara contigua más próxima y que podamos ponerla a escuadra de 90º, con el fin de poder tomar medidas y referencias así como realizar trazados de perpendiculares, ejes de simetría, etc., si lo requiere el proceso. 3º - A continuación se procederá al trazado del perfil de la pieza, representando el exceso de material, marcar los centros de taladros, roscas y todos los elementos necesarios para la fabricación de la pieza. 4º - A continuación se procederá al mecanizado de la misma según el orden establecido en la hoja de proceso. 5º - Se realizarán los taladros que lleve, roscas, chavetas, etc. 6º - Se quitan rebabas y se pule la pieza si lo requiere.

5.5 Cálculo de los tiempos de mecanizado Cada operación de trabajo lleva un tiempo de ejecución determinado el cual debemos de conocer, pues a la hora de dar el presupuesto del producto o pieza que tenemos que fabricar, así como si se trata de la fabricación de una serie de piezas, debemos darlo lo más exacto; si no fuese así, podríamos perder la operación; si damos un precio por debajo de los costes, perderíamos, y si lo damos por encima también (no se nos adjudica el trabajo por exceso de precio), pues se lo encargarían a la competencia. A la hora de calcular tiempos de fabricación debemos distinguir: TIEMPOS DE TRABAJO • Los tiempos de manipulación. Son imputables al operario; es el tiempo que se tarda en preparar los materiales, las máquinas, las herramientas, etc. • Los tiempos de mecanizado. Es el tiempo que está trabajando la máquina en la pieza, los cuales tenemos que saber calcular para estimar el tiempo que tarda la máquina en mecanizar una pieza o una serie de piezas.

© ITES-PARANINFO

353

Determinación y análisis de otras operaciones

5.5.1 Cálculo de tiempo del taladrado

L

h

Los tiempos del mecanizado en la taladradora son fáciles de calcular, pues es una máquina como hemos visto que sólo tiene el eje Z (desplazamiento vertical), por lo que sólo contemplaremos el tiempo de penetración de la broca en el material. Figura 5.5.1.1. En este tipo de trabajo debemos de tener en cuenta la punta de la broca, que es cónica; por lo tanto, debemos de sumar la longitud de la punta de la broca hasta la parte cilíndrica al espesor del material a taladrar, a esa altura le llamamos h y se le da un valor de h = 0,3 × diámetro de la broca. La fórmula a aplicar será: Figura 5.5.1.1. Tiempos del taladrado. L+h t = ------------------N×a

Siendo: t = Tiempo L = Espesor a taladrar D = Diámetro de la broca N = R.p.m. a = Avance de la broca h = (0,3 × D) Problema ¨ ¿Qué tiempo tardaremos en taladrar una pieza que lleva 10 agujeros de diámetro 12 mm, si es de acero suave, y tiene un espesor de 52 mm? Para un acero suave la Vc es de 30 a 40 m/m. Escogemos 35 m/m, el avance como es un acero suave le damos 0,1 mm/rev. Calculamos las revoluciones N = (Vc × 1.000) / π × D; N = (35 × 1.000) / (3,14 × 12) = 928 h = 0,3 × D; h = 0,3 × 12 = 3,6 mm t = (L + h) / (N × a); t = (52 + 3,6) / (928 × 0,1) = 0,599 Pasados a segundos tendremos 36” agujero. Tiempo total = 10 × 36” = 360” = 6’ pieza.

5.5.2 Cálculo de tiempos del torno El torno es una máquina en la cual el movimiento de rotación lo recibe la pieza y el de translación la herramienta que corta el material a trabajar. Figura 5.5.2.1. Por lo tanto, cuando cortamos material en dicha máquina sólo contemplaremos un filo de corte (estas herramientas sólo tienen un filo). En esta máquina debemos de calcular los tiempos de mecanizado de cada una de las operaciones de corte, y luego sumarlas para obtener el tiempo total del mecanizado de una pieza. Por lo tanto, tendremos que: Pieza Punto D

d P

L

a Cuchilla

Figura 5.5.2.1. Tiempos del torneado cilíndrico.

354

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones Tiempo del cilindrado: Es el tiempo que tardamos en dar una pasada a una pieza con el carro longitudinal; es decir, en el eje Z. Conociendo el avance que lleva la herramienta por vuelta calculamos las Rp que necesitamos para que la cuchilla de una pasada. Rp = L / a

Conociendo las Rp que necesita la cuchilla para dar una pasada, calculamos el tiempo en minutos por pasada. Conociendo el número de pasadas que tenemos que dar a la pieza para su mecanizado podremos calcular el tiempo en minutos aplicando la fórmula siguiente. L × Np tt = ---------------------a×N

tc = Rp / N

Siendo: R.p.m. = Revoluciones (N) L = Longitud a mecanizar tc = Tiempo del cilindrado Rp = Revoluciones por pasada a = Avance tt = Tiempo total del cilindrado

e

Tiempo del refrentado: Es el tiempo que tardaríamos en mecanizar la cara frontal de la pieza, pero pensemos que la herramienta no trabaja todo el diámetro de la pieza, sino la mitad (pues es un cuerpo de revolución). Esta operación se realiza con el carro transversal o llamado carro del eje X. Figura 5.5.2.2.

D

Problema ¨ ¿Cuánto tiempo tardaremos en cilindrar una pieza de acero suave de 300 mm de larga si la queremos pasar de un diámetro de 50 mm a un diámetro de 30 mm. Material a desbastar 50 – 30 = 20 mm Daremos una profundidad de corte de 2,5 mm, por lo que en cada pasada quitaremos 5 mm. Número de pasadas 20 / 5 = 4 La Vc para ese tipo de acero va bien la de 60 m/m, y el avance 0,12 mm/rev Por lo que calculamos las N = (Vc × 1.000) / (π × D); N = (60 × 1.000) / (3,14 × 50) = 382 Rp = L / a; Rp = 300 / 0,12 = 2.500 tc = Rp / N; tc = 2.500 / 382 = 6,5 minutos por pasada tt = 6,5 × 4 = 26 minutos

L+e tr = -----------------a×N Figura 5.5.2.2. Tiempo del refrentado.

Siendo: tr = Tiempo del refrentado L = Longitud a refrentar e = La entrada de la herramienta Si sustituimos las r.p.m. (N) por su valor (Vc × 1.000) / (π × D) podemos emplear la fórmula: L + e (π × D) tr = ------------------------------------a × Vc × 1.000

© ITES-PARANINFO

355

Determinación y análisis de otras operaciones Problema ¨ ¿Qué tiempo tardaremos en refrentar la cara de la pieza anterior (30 mm)?

Entrada de la herramienta generalmente e = 0,1 × D; e = 0,1 × 30 = 3 L = (30 + 3) / 2 = 16,5 t = (16,5 + 3) / (0,12 × 636) = 0,255 minutos.

∅ e

Tiempo del taladrado en el torno: El tiempo del mecanizado de taladros en el torno es el mismo que en la taladradora, pues la herramienta es la misma (broca) y las revoluciones y avance son los mismos que para la taladradora, la diferencia está en que la broca se coloca en el contrapunto y recibe el movimiento de penetración en el material y la pieza es la que recibe el movimiento de rotación. Figura 5.5.2.3.

L

Figura 5.5.2.3. Tiempos del taladrado.

L+l tt = --------------------a×N

Problema ¨ Tenemos que mecanizar un taladro en el torno de 70 mm de profundidad con una broca de acero rápido de 10 mm de diámetro en una pieza de acero suave. Calcular el tiempo de mecanizado. Vc = 40, a = 0,05. Aplicando datos tenemos que: N = (40 × 1.000) / (3,14 × 10) = 1.273 Calculando el tiempo tendremos que: tt = (70 + 3) / (0,05 × 1.273) = 1’18’’

Tiempo del roscado: Es el tiempo que la máquina tarda en mecanizar una rosca completa con todas sus pasadas. En este caso debemos de contemplar el retorno de la herramienta, y que el avance de la cuchilla será el paso de la rosca a mecanizar. En el caso del roscado debemos de sumar la distancia de entrada y de salida de rosca a la longitud total del roscado. La entrada de rosca y salida de la rosca será 3 veces el paso de la rosca como mínimo. También deberemos de tener el cuenta el número de pasadas. Figura 5.5.2.4.

l

L

L × Np trdo = ---------------------- × 2 p×N

l

Lt

Figura 5.5.2.4. Tiempo del roscado.

Siendo: L p N Np trdo

= Longitud de rosca más la entrada y salida de rosca = Paso de la rosca = (a / v) = R.p.m. = Número de pasadas a dar = Tiempo del roscado

Problema ¨ Calcular el tiempo que tardaríamos en mecanizar una rosca de 90 mm de longitud si es M20 × 150 y el material a roscar es de aluminio. Trabajando en un torno paralelo y retornando la cuchilla dando contramarcha, tendremos que: La Vc para el aluminio es de 90 m/m y el avance por revolución es el paso = 1,5 mm/rev, llevando 200 r.p.m. Calculamos la profundidad de la rosca M = 0,7 × 1,5 = 1,05 mm tenemos que dar de avance al carro transversal. Entrada y salida de rosca: l = (3 × 1,5) 2 = 9; luego L será = 80 + 9 = 89 mm.

356

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones Np = 1,05 / 0,1 = 11 pasadas para terminar la rosca cortando material más 1 pasada para pulir sin corte de material tendremos que Np = 12 t = ((L × Np) / (p × N)) 2; t = ((89 × 12) / (1,5 × 200)) 2 = 7,12 minutos.

Tiempo del mecanizado de una pieza de torno: El tiempo total del mecanizado de una pieza de torno es la suma de los tiempos que tardamos en realizar cada una de las operaciones (cilindrado + refrentado + taladrado + roscado, etc.). Tt = tc + tr + tt + trdo

5.5.3 Cálculo de tiempos de la fresadora La fresadora es una máquina que como hemos visto en el capítulo anterior trabaja con herramientas circulares, las cuales llevan el movimiento de rotación, y lo que se traslada de posición es la pieza que mecanizamos; por lo tanto, obedece a la fórmula general de los tiempos de mecanizado. Las herramientas empleadas en fresadora, llamadas fresas, suelen llevar varios dientes de corte y por lo tanto por cada vuelta que da la herramienta, la pieza será cortada tantas veces como dientes tenga la fresa que trabaja, por lo que los avances pueden ser ligeramente mayores que en el torno. Figura 5.5.3.1. Tiempo que tardaríamos en dar una pasada a la pieza: Si conocemos el avance que lleva la fresa por revolución, no tenemos nada más que dividir la longitud de la pieza a mecanizar por lo que avanza por vuelta (sin tener en cuenta el número de dientes de la fresa). Sí que deberemos de tener en cuenta la entrada de la herramienta a la pieza (l) y la distancia de salida de la herramienta (l), distancias que se sumarán a la longitud de la pieza a mecanizar.

a

a c l

Figura 5.5.3.1. Tiempo del mecanizado en fresadora.

Revoluciones que necesitamos para que dé una pasada: Rp = L / a

Tiempo en minutos en dar una pasada: t = Rp / (L + 21)

a c

L + 21 t = -------------------- NP ar × N

p

Tiempo en minutos en mecanizar una superficie. Figura 5.5.3.2.

L

Siendo: t = Tiempo en minutos L = Longitud de la pieza a mecanizar ar = Avance por revolución en mm Rpm = Revoluciones de la fresa por minuto Rp = Revoluciones que se necesitan para dar una pasada Np = Número de pasadas l = Longitud de entrada y salida de herramienta (suele ser 1/2 del diámetro de la fresa)

© ITES-PARANINFO

∅

l

Figura 5.5.3.2. Tiempo de la pasada.

357

Determinación y análisis de otras operaciones Problema ¨ Calcular el tiempo que tarda una fresadora en mecanizar una ranura en una pieza de acero suave de 100 mm de larga con una fresa de 12 mm de diámetro.

Velocidad de corte 40 m/m y avance Av = 0,12 mm/rev N = (Vc × 1.000) / (π × D); N = (40 × 1.000) / (3,14 × 12) = 1.061 l = D / 2; l = 12 / 2 = 6 t = (L + 2l) (Av × N); t = (100 + 12) / (0,25 × 1.061) = 0,422 minutos

Cuando en la pieza a mecanizar conocemos la velocidad de corte y el avance nos lo dan por diente de la fresa podemos aplicar la fórmula siguiente: π × D × (L + 21) t = --------------------------------------------------------1.000 × Vc × Z × Ad

Siendo: D = Diámetro de la fresa Vc = Velocidad de corte en m/m Z = Número de dientes de la fresa Ad = Avance por diente

5.5.4 Cálculo de tiempos del rectificado Para calcular los tiempos de trabajo en la rectificadora debemos de tener en cuenta la longitud de la pieza a rectificar y el ancho de la muela. En los rectificados hay que recordar que la muela entra desde fuera de la pieza y termina la pasada saliendo de la pieza a rectificar, por lo que hay que contar dos anchos de muela y sumárselos a la longitud de la pieza. Muela

La pasada de retorno de la muela se hace a la misma velocidad de avance del carro pero no se le da pasada, por lo que hay que contar la velocidad de retorno de la muela como pasada. Esta fórmula vale para calcular los tiempos de las rectificadoras universales y las rectificadoras planeadoras. Figura 5.5.4.1.

a L L+l

La fórmula a aplicar es: l

(L + 21) × Np T = -------------------------------------N×a

Figura 5.5.4.1. Tiempo del rectificado.

Siendo: T = Tiempo L = Longitud a rectificar l = Ancho de la muela Np = Número de pasadas N= R.p.m. a = Avance

358

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

5.5.5 Cálculo de los tiempos de trabajo por cronometraje Hoy es muy práctico y necesario el calcular el tiempo que tardamos en la realización de un trabajo determinado, cronometrando las distintas operaciones que intervienen en la realización del mismo. Este método consiste en tomar el tiempo que se tarda en ejecutar cada una de las fases de trabajo durante la realización del mismo en la misma máquina en donde se está mecanizando la pieza o en el mismo puesto de trabajo, con un reloj cronómetro. Se toma el tiempo que lleva la realización de cada una de las fases de ejecución, y se anotan en una hoja al respecto; una vez terminado el trabajo o en nuestro caso la mecanización de la pieza, se suman los tiempos obtenidos en cada fase, dándonos el tiempo total que tardamos en realizar un trabajo o pieza en particular. La ventaja que tiene este método sobre el cálculo teórico que anteriormente hemos visto, es que podemos tomar los tiempo de manipulación del material, los cuales son muy difíciles de calcular de forma teórica. De esta manera podemos tomar los tiempos de colocación de la pieza en la máquina, tiempo que tardamos en tomar una medida; también podemos tomar los tiempos que tardan los carros de la máquina en hacer desplazamientos rápidos para el posicionamiento de herramientas, etc. Los relojes cronómetros empleados para este fin son centesimales, pudiendo ponerlos en marcha y pararlos de forma rápida cuando el cronometrador lo requiera. Suele ser un sistema práctico que además nos sirve para detectar los llamados tiempos muertos de manipulación o maniobras de máquina no operativas, las cuales, estudiadas a posteriori, las podemos corregir o evitar mejorando así el método de trabajo. Veamos un ejemplo: Supongamos que tenemos que taladrar una pieza en una taladradora de sobremesa y después pasarle un escariador de mano en un banco de trabajo, limpiando el agujero de rebabas después de las operaciones realizadas. Hacemos el proceso de trabajo, que en este caso será: 1º - Coger la pieza y colocarla en la taladradora en una mordaza. 2º - Apretar la mordaza y poner la pieza debajo de la broca. 3º - Poner la taladradora en marcha y taladrar, parando la máquina después de efectuar el taladro. 4º - Quitar la pieza de la mordaza. 5º - Poner la pieza en el tornillo de banco posicionándola y fijándola para pasar el escariador. 6º - Pasar el escariador en el agujero calibrándolo. 7º - Quitar las rebabas del agujero; una vez quitadas, aflojar la pieza del tornillo y dejarla en la mesa. Éstas serían las fases de trabajo para la realización del taladrado, las cuales anotamos en una hoja que se configura al respecto, y tomados los tiempos que tardamos en la ejecución de cada una de ellas también los anotamos en los cuadros correspondientes, como figura en la hoja que como ejemplo se muestra a continuación.

© ITES-PARANINFO

359

Determinación y análisis de otras operaciones TOMA DE TIEMPOS Operario: AAAAAA AAAAA Trabajo: Taladrado de piezas Nº Fase

Denominación

1

Pieza Nº: 104 Tiempo en m

Tiempo en s

TOTAL

Colocar la pieza en la mordaza de la taladradora

45

45

2

Apretar la mordaza y posicionar la pieza

10

10

3

Poner la taladradora en marcha y taladrar, y parar la taladradora

12

72

1

4

Quitar la pieza de la mordaza

30

30

5

Poner la pieza en el tornillo de banco y posicionarla

15

15

6

Pasar el escariador calibrándolo

25

205

7

Quitar rebabas del agujero y aflojar la pieza

27

27

3

TOTAL Observaciones:

6’ 44’’

Fecha: 12-12-12 Cronometrador: BBBBB

Si ahora estudiamos la hoja en donde hemos realizado las anotaciones, veremos que no solamente tenemos el tiempo real de la duración de las operaciones de corte de viruta (tiempos de mecanizado), sino el tiempo de manipulación de la pieza. Las hojas de anotaciones de tiempos las confecciona la empresa según necesidades y complejidad del trabajo a realizar, pues no siempre son las mismas. La hoja que se ha expuesto es una hoja informativa para que se vea cómo se anotan los tiempos de las diversas operaciones. Los tiempos de trabajo se anotan en minutos y segundos, obteniéndose al final la suma de los mismos. El tiempo resultante se puede dar en horas, minutos y segundos. Para realizar esta toma de datos de tiempos es conveniente que el operario que va a tomar los tiempos (cronometrador) observe varias veces las operaciones de trabajo (las fases) y cómo se realizan antes de la toma definitiva de tiempos. También es necesario tomar varias veces los tiempos del trabajo; es decir, repetir la toma de tiempos y obtener una media.

5.6 Costes del mecanizado de una pieza En este apartado debemos de tener en cuenta todos los parámetros que entran en la fabricación de una pieza, máquina o producto, no sólo los tiempos de trabajo de la máquina durante la ejecución de las piezas. Tenemos otros costes los cuales debemos de tener en cuenta para calcular el coste final del trabajo realizado, como son: • • • •

360

La materia prima que se emplea para la fabricación del producto. La mano de obra. Gastos de amortización de maquinaria y mantenimiento. Gastos generales.

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones La materia prima: Cuando hablamos de materia prima nos referimos al material o materiales que necesitamos comprar para fabricar las piezas o fabricar el producto a que se dedique la empresa. Por ejemplo, en el caso de un taller de mecánica que tenga máquinas (tornos, fresadoras, etc.) y se dedique a la mecanización y fabricación de piezas, necesitará comprar el material de acero con el cual mecanizar las piezas que se le exijan. También deberá adquirir las herramientas de corte, aceites, herramientas auxiliares, etc., con las cuales poder trabajar, así como los accesorios y elementos de fijación para las máquinas. La mano de obra: Se entiende por mano de obra, a la manipulación del producto que una empresa fabrica, en la que intervienen los operarios, los cuales pueden ser especialistas en una materia concreta (soldadores, delineantes, técnicos en CNC, etc.). El salario que estos técnicos cobran en función del trabajo que desarrollan es lo que llamamos mano de obra (coste de la mano de obra) y dicho salario debe de computarse en el coste de la pieza a fabricar. Para repercutir el salario en el coste del producto a fabricar lo podemos hacer de varias formas, por horas si conocemos el producto y los tiempos de trabajo, o dividirlo entre el número de piezas que ejecuta el operario en la jornada de trabajo.

Salario que cobra el operario

Salario Cmo = -----------------------------------Nº de piezas

Número de piezas

A incrementar en cada pieza o en el trabajo

Gastos de amortización y mantenimiento: La empresa para obtener un producto o fabricar en nuestro caso piezas mecánicas, tiene que comprar maquinaria, herramientas, cuchillas, etc., las cuales con el uso se desgastan y quedan obsoletas, por lo que hay que renovarlas cuando llevan un tiempo determinado de funcionamiento (recordemos las cuchillas de torno y las brocas). Con lo cual tiene que realizar unos gastos de inversión en maquinaria y equipamiento para poder trabajar. Gastos que también tenemos que tenerlos en cuenta a la hora de presupuestar un trabajo u obtener el precio final de una pieza mecanizada en una máquina determinada. Estos costes se suelen sacar por hora de trabajo que invierte la máquina en la fabricación del producto, de tal forma que lo podemos definir en el cuadro siguiente: Amortización de maquinaria que necesitamos para trabajar (Am)

Amortización de las herramientas y útiles empleados en la fabricación del artículo (Au)

Número de horas de trabajo que invertimos en la fabricación del artículo (Nh)

Incremento en el coste del artículo (Ia)

Por lo que tendremos que los gastos de amortización deberán ser distribuidos entre el número de piezas a fabricar incrementándose bien en cada una de las piezas fabricadas o en el lote de piezas o trabajos realizados. Ia = (Am + Au) / Nh

Fondos de amortización: Llamados también cuotas de amortización, es el capital que cualquier empresa destina cada año a un fondo con el fin de hacer previsiones previamente calculadas y poder renovar la maquinaria, instalaciones, etc., que con el tiempo se van deteriorando y gastando como consecuencia del trabajo realizado, así como las ampliaciones y modificaciones que por razones de trabajo son necesarias para la subsistencia de la empresa.

© ITES-PARANINFO

361

Determinación y análisis de otras operaciones Gastos generales: En gastos generales tenemos los gastos comunes imputables a los impuestos, gastos de luz, amortización y alquiler de locales, transporte, etc. Son todos los gastos que se derivan de la realización y gestión para poder fabricar el producto al que se dedique la empresa. Estos gastos se suelen contabilizar mensual, trimestral o anualmente, por lo que se suman todos los gastos y se dividen por el número de horas de trabajo que se han realizado mensual, trimestral o anualmente, según se realice la operación, y el resultado será el incremento que tenemos que añadir a cada hora de trabajo de la empresa.

Gastos generales (Gg)

Número de horas de trabajo al cabo del mes, trimestre, año (Ha)

Incremento de los gastos generales a cada hora de trabajo (Cha)

Gg Cha = --------------Ha

Margen comercial: Es el beneficio que le queda a la empresa en el artículo fabricado, y este precio generalmente se fija en base a un estudio que la empresa hace en el que intervienen varios parámetros, como: • Materiales empleados en su fabricación. • Tipo de mecanizado, máquina, herramienta que se emplea en la fabricación del artículo. • Cualificación del operario que interviene en su fabricación. • Calidad y utilidad del producto. • Demanda del mercado. Coste total del artículo: Es la suma de todos los gastos que intervienen en la fabricación del artículo, contemplando todas sus facetas, más el margen comercial o beneficio que debe de tener la empresa. Llamamos precio final al precio que el cliente paga cuando adquiere el artículo y se le conoce con el nombre precio de venta al público (P.V.P.). Precio final = Materia prima + Mano de obra + Gastos amortización + Gastos generales + Margen comercial

5.7 Mantenimiento de las máquinas del taller Las máquinas, útiles, utillajes e instalaciones, etc., deben conservarse en buen estado, con el fin de que cuando las empleemos no nos planteen problemas de funcionamiento y durante su trabajo habitual no tengamos que tener la necesidad de realizar ninguna reparación, pues una reparación durante los trabajos habituales de producción aumenta los costes y nos incomoda, pudiendo llegar a veces a la penalización por no cumplir los plazos de entrega del mecanizado del trabajo propuesto. Ni que decir tiene que ante estos posibles problemas no nos queda más remedio que realizar un mantenimiento lo más fiable posible. Concepto de mantenimiento: Mantener una máquina, instalación o simplemente un equipo de trabajo, significa no dar lugar a que se produzcan las averías; por lo tanto, debemos de adoptar una actitud de fiabilidad, disponibilidad y durabilidad de los equipos de trabajo que debe de ser mantenida desde el día que se adquiere el equipo o máquina hasta su sustitución por equipos renovadores.

MANTENIMIENTO

362

Garantiza la disponibilidad de las máquinas y medios de trabajo, de forma que no afecte a la productividad

Se utilizan medios generalmente preventivos, realizando el seguimiento del funcionamiento de máquinas y equipos

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones Tipos de mantenimiento: Tenemos que distinguir dos tipos fundamentales de mantenimiento, el CORRECTIVO, que es el que se realiza cuando la avería o el fallo se ha producido durante la marcha del trabajo, y el PREVENTIVO, que es el que realizamos a priori con el fin de evitar los fallos durante el trabajo. Mantenimiento correctivo: Es aquel que se realiza durante los procesos de fabricación; generalmente plantea problemas de producción y es muy caro de realizar. Sus características fundamentales son: • • • • •

Es el más caro de realizar. Generalmente hay que parar la máquina (producción) para su realización. Se suele improvisar en la reparación. No suele ser duradero. En ocasiones estorbamos a las demás máquinas por esperas indebidas.

Mantenimiento preventivo: Es el más operativo de realizar, pues da mejores resultados por realizarse a priori y pensar cómo y cuándo debemos realizarlo, esperando el momento óptimo de su realización evitando paros de producción. Sus características fundamentales son: • • • • •

Es más barato de realizar que el correctivo. Se puede planificar haciendo previsiones. No se para la producción (máquinas) para su realización. Se puede comprar el repuesto a priori. Se pueden hacer reparaciones futuras que sean lógicas.

Fichas de máquinas y equipos de trabajo: Son los historiales de las máquinas y equipos de trabajo en donde figuran los datos de reparaciones, horas de trabajo, disponibilidad de la máquina en función del trabajo a realizar, etc. Estos historiales se deben de llevar en todo taller o empresa, pues con ellos estaremos en condiciones de saber el estado de las máquinas o equipos de trabajo y qué calidad de trabajo podemos realizar con ellos en función de su estado. Estos historiales son los que se conocen con el nombre de HISTÓRICOS de máquina, que son en definitiva los que nos dan el estado de la máquina en todo momento. En los históricos de máquina no sólo se contempla el estado mecánico de la misma, sino también el estado eléctrico, electrónico y la fiabilidad de la misma. En toda máquina se deben de realizar operaciones de mantenimiento respecto a: • • • •

El estado físico de la máquina Accesorios y equipamiento de que dispone Instalaciones eléctricas Sistemas y elementos de seguridad

Fiabilidad de una máquina: Es la capacidad que tiene una máquina determinada de realizar su trabajo en función de sus características y prestaciones, dando la calidad especificada en el trabajo a realizar. Número de fallos Fiabilidad = --------------------------------------------Duración

Hoja de mantenimiento: Ya hemos quedado que el taller y sus elementos mecánicos deben de permanecer en perfecto estado de funcionamiento; por lo tanto, las máquinas y equipos del taller, así como sus instalaciones, deben de tener una hoja de mantenimiento en donde se refleja el trabajo realizado en la máquina, qué elementos se deben de revisar y cuándo, con el fin de tener éstas siempre en condiciones ópti-

© ITES-PARANINFO

363

Determinación y análisis de otras operaciones mas de empleo; recordemos que es más económico reparar a priori, que no tener que parar el trabajo para la realización de una reparación. A continuación y a título informativo se expone la hoja de mantenimiento de un torno paralelo del taller de metal. En el apartado de prácticas de este capítulo tenemos una hoja de mantenimiento de una fresadora con el fin de que el alumno la rellene y se adiestre identificando las partes de la máquina que requieren mantenimiento y qué elementos hay que verificar para conservar la máquina en perfecto estado de funcionamiento.

364

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

5.8 Normas de seguridad en el taller Todas las máquinas del taller que de una forma u otra se emplean en el mecanizado de las piezas y manipulación de las mismas tienen su peligrosidad y ésta la debemos de tener en cuenta. Debemos de ser conscientes de que muchos de los accidentes que se producen en los talleres son debidos a distracciones de los operarios, mala manipulación de los elementos de la máquina y a la falta de protección de la propia máquina, así como no usar el propio operario los medios de protección personal. Todos los accidentes derivados de una u otra causa son molestos, bajas laborales que nos producen dolor físico al mismo tiempo que también nos reducen el salario, fallos en la producción con sus penalizaciones correspondientes, etc. Es por ello que tenemos que ver algunas normas de seguridad tanto en las máquinas como en la protección del mismo operario. Los accidentes debemos evitarlos por el medio que sea. En términos generales y para cualquier máquina diremos que: Respecto al puesto de trabajo: Se conoce como puesto de trabajo el lugar donde habitualmente estamos realizando las labores que se nos asignan. Es el espacio donde nos movemos, y debe de reunir unas condiciones buenas de comodidad y funcionalidad, de forma que no nos encontremos agobiados y tengamos cierto bienestar. Para ello debe de reunir las siguientes condiciones imputables a la buena organización del operario: • Deberá estar en perfecto estado de limpieza y tener las herramientas ordenadas y recogidas. • No tener las herramientas de mano amontonadas, sino clasificadas y limpias. • Los aparatos de verificación, como son calibres, palmeres, escuadras, etc., deben de estar aparte de las herramientas de corte, como limas, brocas, machos de roscar, etc. La electricidad: La electricidad es uno de los elementos más peligrosos que tenemos en las empresas y talleres si no la tratamos con el debido respeto, pues todos sabemos que es causa de accidentes graves cuando la manipulamos sin la atención debida. • No debemos de manipular cables eléctricos, acometidas o aparatos por los cuales circule corriente eléctrica sin antes desconectarla. • Siempre que se repare o instale una máquina o un cuadro eléctrico debe de quitarle los fusibles como medida preventiva. • No se deberá manipular ningún cuadro eléctrico por personal que no esté autorizado. • Cuando una máquina por la causa que fuere tenga derivaciones de corriente, se deberá de desconectar y llamar al técnico correspondiente. • Las máquinas eléctricas portátiles deben de estar conectadas a tierra. • Los enchufes de máquinas portátiles y otras herramientas eléctricas deben de tener la protección adecuada y siempre disponer de toma de tierra. La manipulación de materiales: En el taller de mecánica se manipulan todo tipo de materiales, como barras de acero y materiales pesados, máquinas, palés, objetos cortantes, rebabas de cortes de máquina, etc., los cuales si no los manejamos con la debida precaución podemos tener riesgo de dañarnos, por lo que deberemos de emplear los medios adecuados a la manipulación de dichos materiales, como guantes que nos protegen las manos de cortes y golpes, botas con la puntera de hierro con el fin de evitar golpes en el pie, etc. • No emplear la muela de esmeril ni afilar sin gafas. • No utilizar los martillos con los mangos flojos, limas sin mango, etc.

© ITES-PARANINFO

365

Determinación y análisis de otras operaciones • Cuando utilicemos el cortafríos, procurar que no haya ningún operario cerca (le pueden saltar trozos de material) y emplear guantes. • Cuando cortemos material con tronzadora de abrasivo, eliminar las rebabas (son muy cortantes). • No dejar las barras de material en el taller de forma que se puedan caer o molestar a los demás operarios. • No dejar la llave del plato del torno puesta en el plato. • No lijar piezas en el torno con la mano. • Las virutas continuas de las máquinas (tornos) suelen ser muy cortantes, no cogerlas con la mano. • Las sierras de cinta que llevan las máquinas de aserrado, cuando se rompen son peligrosas; no quitar la protección de la máquina y procurar que esté siempre en perfecto estado. Los gases: Los gases se emplean en el taller como elementos de trabajo, es el caso de los gases empleados en la soldadura de los metales. Se emplean varios tipos de gases, algunos muy peligrosos si se emplean mal o no se toman las debidas precauciones y normas de manipulación. • Las botellas de gases industriales, como acetileno, oxígeno, argón, etc., empleados en la soldadura de metales, no deben de estar nunca tumbadas, deberán permanecer y trabajar con ellas siempre en vertical. • En las botellas de oxígeno queda terminantemente prohibido engrasar la válvula de salida del gas (se puede inflamar). No se deben de poner cerca de botes de aceite, grasas, etc. • Las botellas deben de permanecer atadas o sujetas con cadenas de seguridad en el taller. • Se deben de transportar en carros preparados al respecto, nunca se llevarán rodando o tumbadas. • En las botellas de acetileno cuando se detecte una fuga de gas deberá de sacarse la botella a la calle, pues el acetileno con el aire en concentraciones de 1,5 forma una mezcla explosiva por detonación. • No emplear sopletes ni cortadores que tengan fugas de gas. Éstos deberán estar en perfectas condiciones de estanqueidad y sus llaves cerrar perfectamente. Las quemaduras: Se producen quemaduras en el taller generalmente por la manipulación de piezas calientes (soldaduras) o por manipulación de cables eléctricos, aparatos eléctricos o productos químicos. • Las piezas que terminamos de soldar se tienen que enfriar antes de manipularlas (eliminación de escorias) y hay que manejarlas con guantes. • Cuando manejamos cuadros o instalaciones eléctricas si producimos cortocircuitos podemos quemarnos, por lo que este tipo de reparaciones debemos dejarlas para personal cualificado y autorizado al respecto. • Los productos químicos, como decapantes, antioxidantes, etc., debemos manejarlos con la precaución debida, no exponiéndolos a fuentes de calor ni manejándolos con las manos desnudas. Seguridad imputable a las máquinas: 1. No se conectará ninguna máquina eléctricamente a una tensión que no sea la adecuada a la misma y la propuesta por el fabricante. 2. Todas ellas deberán estar conectadas a tierra. 3. Revisar periódicamente las conexiones eléctricas con el fin de que estén en buen estado y no nos puedan plantear problemas. 4. No se dejarán objetos, herramientas o aparatos encima de las máquinas, deberán ponerse en los sitios adecuados a los mismos. 5. No habrá colocado en la zona de seguridad de la misma ni paquetes, taquillas, materiales o elementos que estorben o dificulten la manipulación de la máquina.

366

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones 6. Las máquinas que generan o arrancan viruta, deberán de tener una protección para las mismas; la viruta no se quitará con la mano, se deberá disponer de un gancho al respecto. 7. No manipular una máquina cuando ésta esté en marcha o en funcionamiento. 8. Cuando se realicen reparaciones, tanto eléctricas como mecánicas, la máquina hay que desconectarla eléctricamente. 9. Revisar periódicamente los depósitos de taladrinas o aceites de corte para evitar su descomposición. 10. No emplear taladrinas, aceites o elementos químicos que sean alérgicos. 11. Revisar los protectores finales de carrera periódicamente con el fin de que estén siempre en perfecto estado. 12. Cuando las máquinas estén periodos largos sin trabajar (vacaciones) se tendrán que desconectar y proteger los elementos susceptibles de deterioro. Seguridad imputable a los operarios: 1. Llevar siempre los elementos de protección adecuados para cada tipo de trabajo. 2. La ropa de trabajo será ceñida al cuerpo, de forma que se ajuste, y no llevar cinturones colgando, corbatas, etc. 3. No llevar relojes, anillos u objetos que se nos puedan enganchar en la manipulación de elementos mecánicos y nos puedan dañar. 4. No lijar o limar piezas en las máquinas con ellas en marcha (no lijar interiores en el torno metiendo los dedos con lija). 5. No sacar o quitar la viruta del corte de las herramientas con la mano. Emplear los elementos que hay al respecto, como ganchos y otros. 6. No abrir las protecciones de las máquinas mientras éstas están en marcha. (no dejarse la llave de plato puesta en el mismo). 7. Ponerse guantes cuando hay que manipular piezas con rebabas. 8. Ponerse las gafas cuando afilemos herramientas, utilicemos radiales o cortafríos. 9. El operario deberá tener respeto con las herramientas y útiles de protección que se le asignen, y cumplir las normas de seguridad. Algunos motivos que son causa de accidente y pueden evitarse: Cuando ocurre un accidente y pensamos a posteriori; es decir, una vez que ya ha sucedido, cuáles han sido las causas del mismo y por qué motivos ha sucedido, en muchas ocasiones nosotros mismos nos llamamos la atención por no haber observado o cumplido con las normas de seguridad, o haber cumplido de una forma defectuosa con ellas. Las máquinas y órganos del taller unas veces son más peligrosos y otras menos, pero siempre tienen cierto riesgo, trabajan de forma rápida y en cuestión de un segundo sucede el accidente, el cual una vez sucedido ya es irreversible. Lo que quiere decir que no debemos dar lugar a trabajar con los elementos de seguridad a medias, o no usarlos por pereza, o poner la excusa típica de “es poco lo que voy a hacer, ya conozco la máquina, es que son molestos”, etc. Se citan algunos motivos de accidente los cuales pueden evitarse, como: • La fatiga. Cuando un operario está cansado o tiene agotamiento físico debe de descansar, pues el exceso puede terminar en accidente. • El desconocimiento de la máquina o puesto de trabajo. Si se desconoce el puesto de trabajo lo más normal es darle al operario un cursillo o formación sobre los riesgos que puede generar dicho puesto. • Uso inadecuado de los elementos de seguridad. Se debe de conocer su empleo y el buen uso de los mismos; si es necesario se debe de practicar el empleo de los mismos.

© ITES-PARANINFO

367

Determinación y análisis de otras operaciones • Respetar siempre la seguridad de los demás. No solamente debemos de pensar en nosotros mismos, sino en los demás compañeros. Sobre todo trabajando en equipo. • Incidentes del taller. Corregir las anomalías que se detecten lo más rápidamente posible si está en nuestras manos; si no, denunciarlo ante la superioridad con el fin de que sean corregidas y no den lugar a accidentes, como puedan ser: − Derrames de aceite. − Cables en mal estado. − Tapas de motores abiertas. − Etc.

Ejercicios

5.1 Calcular los datos para el mecanizado del engranaje del croquis sabiendo que el módulo es M = 2 y el número de dientes Z = 55. Calcular también el tiempo que tardará la máquina en cortar sus dientes.

5.2 Calcular el tiempo que tarda una taladradora en mecanizar un agujero de diáme-

∅30 ∅50

tro 12 en una pieza de acero duro F-114 de 25 mm de espesor.

90

5.3 Calcular el tiempo que tardaremos en mecanizar la pieza del croquis, sabiendo que el material es Al, y trabajamos con herramienta de acero rápido.

5.4 Tenemos que mecanizar una rosca de M 20 × 200 en un eje de acero suave cuya longitud es de 350 mm. Queremos conocer el tiempo que nos llevaría el mecanizado de 75 unidades de piezas.

5.5 Explica qué equipo deberás emplear como elemento de protección para trabajar con un equipo de soldadura eléctrica.

5.6 Calcular el tiempo que tardamos en mecanizar una pieza de acero duro F 114 de 80 mm de larga por un ancho de 45 mm si la herramienta que empleamos es una fresa de acero rápido cilíndrica de 4 labios de 12 mm de diámetro.

368

© ITES-PARANINFO

PRÁCTICAS UNIDAD TEMÁTICA

5

Determinación y análisis de otras operaciones

∅28

∅33

20

370

∅20

Realizar el proceso de trabajo para la mecanización de la pieza del croquis. Material: Acero suave.

20

40

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

Hacer el proceso de trabajo de la pieza del croquis. Mecanizándose en acero suave.

∅20 ∅15

∅6 ∅10

∅4

2 10 15 30

© ITES-PARANINFO

371

Determinación y análisis de otras operaciones

6

Hacer el proceso de trabajo para el mecanizado de la pieza del croquis. Material: acero.

3 ∅20

20

15

18

15

∅34

372

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

8

70

5

3

12

11

35

3

8

19

8

MATERIAL: - Acero suave. TRABAJO A REALIZAR: - Realizar un plano con las vistas del calzo del croquis. - Calcular los parámetros de mecanizado. - Especificar las máquinas que intervienen en su mecanizado. - Definir las herramientas que se necesitan para su mecanizado. - Hacer una hoja de proceso de mecanizado con un orden lógico de fabricación, incluyendo los datos necesarios, como máquinas, herramientas, datos de corte, etc.

© ITES-PARANINFO

373

Determinación y análisis de otras operaciones

374

© ITES-PARANINFO

Determinación y análisis de otras operaciones

Realizar el proceso de trabajo para mecanizar la pieza del croquis. Siendo M = 1,5 y Z = 50 Material = Al

© ITES-PARANINFO

375

Determinación y análisis de otras operaciones

MÁQUINA: Fresadora universal Nº: ...................... OPERARIO: ...............................................

376

© ITES-PARANINFO

Capítulo

Programación de la producción

Programación de la producción Introducción En esta Unidad Temática se pretende ver cómo se realiza una programación de producción a través de la entrada de un plano, preparando los procesos de trabajo, materiales que se necesitan para la elaboración del producto, máquinas, así como el presupuesto.

Contenido • Estudio del funcionamiento de una empresa • Estudio de los departamentos empresariales • Realización de ejercicios de cálculo y presupuestos

Objetivos X Adquirir una visión general de la preparación de la programación de materiales, preparación de máquinas, etc. X Calcular los tiempos de mecanización X Calcular y conocer los costes de fabricación X Plazos de entrega

Programación de la producción En este capítulo vamos a ver cómo se programa la producción de las piezas o elementos que tiene que fabricar una empresa, estableciendo un orden de prioridades de máquinas y de operaciones mecánicas en función del proceso de mecanizado que cada pieza requiera. Por lo que no nos queda más remedio que ver el funcionamiento de una empresa, cómo se organiza, y qué funciones tiene cada departamento.

6.1 La empresa Cuando se aúnan un conjunto de personas, se establecen unos criterios de funcionalidad, conocimientos técnicos, y se hace una inversión de equipamiento y maquinaria para obtener un producto que genere o nos dé un bien social, se dice que se ha formado una empresa. Lógicamente, para que una empresa funcione, ésta debe de tener una estructura, así como las personas que la forman tienen que estar organizadas en una jerarquía. Una empresa tiene una serie de funciones que desarrolla cada uno de sus distintos departamentos, y cada persona que forma parte de dicha empresa desarrolla un trabajo dentro de cada departamento en base a sus conocimientos técnicos, preparación o posibilidades de trabajo. En términos generales una empresa está formada por: • • • •

El departamento técnico. El departamento de administración. El departamento de producción. El departamento comercial.

Cada uno de estos departamentos tienen una función concreta y definida y el conjunto de todos ellos nos da el producto final. En principio se puede decir que funcionan con autonomía independiente, aunque la cadena los une y los coordina, controlando y priorizando cada una de sus actividades. Organigrama de una empresa: Con el fin de tener una visión general del funcionamiento de una empresa de tipo medio, se representa el organigrama con los distintos departamentos y el trabajo que desarrolla cada uno de ellos. El organigrama nos da una visión general del funcionamiento de una empresa.

DIRECTOR

378

Zonas y comerciales

Comercialización y venta

Departamento comercial. Distribución y comercialización

Almacén de materias primas

Operarios y mano de obra

Nóminas y pagos

Máquinas y utillaje

Departamento de producción. Fabricación del producto

Departamento de administración. Cálculo de costes

Compras materias primas

Métodos y plazos de entrega

Planos y proyectos

Departamento técnico. Desarrollo del producto

© ITES-PARANINFO

Programación de la producción El departamento técnico: Este departamento es el que se encarga de diseñar y planificar qué productos son los que se pueden fabricar, cómo y cuándo, en base a los medios materiales (máquinas, herramientas, equipamiento, etc.) que disponga, así como del equipo humano y tecnología disponible. Este departamento desarrolla los planos de fabricación estableciendo las pautas y los procesos de trabajo, contemplando la calidad del producto fabricado y la competitividad del mismo. Estudia sus aplicaciones, funcionalidad, establece los tiempos y plazos de fabricación obteniendo el menor precio a la mejor calidad. Departamento administrativo: Tiene la función financiera de la empresa; su misión es establecer los costes de producción, amortización de máquinas y equipos, salarios, gastos de mantenimiento de la empresa, gastos de distribución, etc. Gestiona la compra de materias primas, el pago a proveedores, pago de salarios. También se encarga de la facturación de la empresa, realización de presupuestos, cobrar a los clientes, etc. Gestiona la Seguridad Social de los trabajadores, altas y bajas, nóminas, etc. Departamento de producción: Es el encargado de fabricar los productos que el departamento técnico ha proyectado y el departamento administrativo aprueba en función de los costes. Para ello emplea los recursos de que dispone, como son: máquinas, materiales, mano de obra, etc. Planifica los recursos del taller, estableciendo las pautas de producción en función de prioridades, sacando la máxima rentabilidad a los recursos materiales y humanos de que dispone. También gestiona y tiene en cuenta: • La formación del personal. • La mejora de métodos. • La renovación y actualización de maquinaria. La formación del personal: Es la instrucción que se le da al personal, con el fin de mejorar y ampliar los conocimientos técnicos, administrativos, comerciales, etc., con el fin de que se obtengan las mejores prestaciones y rendimiento de las máquinas y equipos de que dispone la empresa. Una empresa será más competitiva cuanto más cualificado esté el personal que en ella trabaja. La formación se suele realizar a través de cursillos monográficos y específicos de una máquina en concreto o una herramienta determinada. La mejora de métodos: Cuando hablamos de un método de trabajo, nos referimos al sistema de trabajo que se lleva, o cómo se hacen las cosas en el taller o departamento; es decir, es el proceso de fabricación de un determinado artículo o pieza. En muchas ocasiones el método seguido no es el más apropiado y puede ser imputable a numerosos parámetros, como: • • • •

No utilizar las máquinas adecuadas. No disponer o emplear las herramientas idóneas. Realización de trabajos con operarios no cualificados. Pérdidas de tiempo por traslados de materiales, equipos o esperas.

Si nos detenemos a estudiar cómo podríamos hacer las cosas, o cómo se pueden mejorar, siempre encontraremos fallos en el sistema llevado, o por lo menos encontraremos algún sistema que puede mejorar el proceso actual, aunque sea una mejora pequeña. A esto se refiere la mejora de métodos, estudiar el método actual, y ver la posibilidad de mejorar el sistema de trabajo. Lógicamente, cuando mejoramos un sistema de trabajo, generalmente estamos aumentando la comodidad de trabajo y seguridad del propio operario, así como la calidad de producción.

© ITES-PARANINFO

379

Programación de la producción La renovación y actualización de maquinaria: Las máquinas son los elementos que nos ayudan a realizar los trabajos de los talleres. Suelen hacer la parte de fuerza, ayudando al operario en los esfuerzos físicos. También realizan trabajos repetitivos, los cuales son monótonos y aburridos. Pero como todo elemento mecánico, también tiene sus desgastes, averías y un coste de compra, parámetros que tenemos que valorar y tener en cuenta si queremos tener un taller en buen estado de funcionamiento, sin paros por averías y actualizado y renovado para ser competitivo. Una máquina generalmente cuando se adquiere, tiene unas prestaciones y un sistema de trabajo el cual en ese momento cumple con las exigencias del mercado y del producto que se quiere fabricar, pero al cabo del tiempo, bien porque la sociedad pide mejor producto, con más prestaciones y más calidad, las máquinas, aun estando en buen estado de funcionalidad, debemos de cambiarlas para satisfacer la demanda social. Departamento comercial: Este departamento se encarga de comercializar el producto fabricado, realizando para ello las operaciones comerciales, como son: publicidad, venta, distribución al comercio, captación de clientes, almacén, etc.

6.2 Calidad del producto Se define la calidad de un producto o artículo como la garantía que tiene ese producto o artículo de su buen funcionamiento; es decir, que cumpla las características y prestaciones preestablecidas para las cuales ha sido fabricado. En términos generales decimos que un artículo o pieza tiene una buena calidad cuando su funcionamiento es bueno y su coste bajo. Y se dice que un artículo o pieza tiene una mala calidad cuando su funcionamiento es malo, o no da las prestaciones previstas, y el precio es alto. Los clientes cada día exigen mayor calidad y costes más bajos, lo que nos lleva a una fabricación cada vez más exigente con nosotros mismos, teniendo que fabricar en nuestro caso piezas o montajes mecánicos de mayor durabilidad, mejores prestaciones y precios más competitivos. No cabe duda de que en los productos que fabricamos el cliente cada vez encuentra más competencia y por lo tanto podemos decir que: EL CLIENTE EXIGE • Cada vez mayor calidad • Costes más bajos y mejores prestaciones

Bajo este punto de vista no nos queda más remedio que trabajar en condiciones óptimas de calidad, y realizar un control en la fabricación de las piezas y productos mecánicos de forma constante, pues se nos da el caso de que en la fabricación de piezas mecánicas unitarias, hemos de tener en cada una de ellas mayor calidad que en el producto final. Supongamos que tenemos que montar una máquina compuesta por 200 piezas, y que la calidad de cada una de las piezas que intervienen en el montaje de dicha máquina es del 99%; es decir, de cada 100 piezas fabricadas tenemos que rechazar una. A la hora de montar dicha máquina, si nos coincide una pieza mala en cada uno de los montajes, tendremos que ninguna máquina montada funcionará correctamente, a pesar de que las piezas se han fabricado con un 99% de calidad (calidad considerada como buena). Por lo que se deduce que la calidad de cada una de las piezas fabricadas tiene que ser mayor que la calidad del producto final.

380

© ITES-PARANINFO

Programación de la producción Debemos de tener en cuenta que una reclamación por falta de funcionamiento en un artículo es la mejor propaganda que podemos hacer en contra nuestra. CONTROL DE CALIDAD: Son las operaciones que se realizan durante el mecanizado de las piezas, aunque también se pueden realizar a posteriori; es decir, una vez terminada la fabricación de la misma. Las operaciones de calidad realizadas durante la mecanización de la pieza son más prácticas; también son más caras, pues alargan el tiempo de fabricación (hay que parar la máquina para tomar medidas), pero suelen ser correctivas, se pueden introducir correcciones durante el mecanizado y la pieza una vez terminada es válida. INSPECCIÓN: La inspección consiste en verificar el producto o pieza que ya se ha fabricado o mecanizado antes de ir a montaje o de darle salida de fabrica para su comercialización; es decir, detectar aquellas anomalías que pudiere haber antes de que el producto llegue al cliente. Las operaciones de calidad realizadas a posteriori son más económicas de realizar, pero tienen la desventaja de que ya no podemos corregir la pieza (la pieza ya está fabricada); las que se detectan como fuera de medida o con defectos son rechazadas y no válidas. EL CONTROL DE CALIDAD CONTROL DE INSPECCIÓN

CONTROL DE CALIDAD

1. Es una operación que consiste en verificar la pieza mecanizada o ya montada con el fin de detectar errores (medidas fuera de tolerancia, montajes erróneos, etc.); se realiza a posteriori. 2. El coste del producto no mejora la calidad de la pieza. 3. No corrige el número de piezas rechazadas o no válidas, pues las piezas ya están mecanizadas. 4. En ocasiones eleva el coste de producción por piezas rechazadas o defectuosas.

1. Es una operación que se realiza durante la fabricación de las piezas, por lo que permite hacer correcciones durante la fabricación, garantizando que el resto de las piezas por fabricar salgan bien. 2. Generalmente eleva el coste del producto pero garantiza la calidad del mismo. 3. Disminuye el número de rechazos, ya que son corregidos sobre la fabricación. 4. Mejora el coste de producción, ya que no tenemos piezas rechazadas o defectuosas.

Las herramientas en la calidad: No cabe duda de que las herramientas que utilicemos en la fabricación de una pieza mecánica van a influir en la consecución de la calidad; si tenemos que mecanizar un cilindro a torno y la herramienta (cuchilla) con la cual cortamos el acero está mal afilada, despuntada o no tiene los ángulos adecuados al tipo de material, lógicamente la superficie de dicha pieza no va a ser la adecuada, por lo que estamos hablando de mala calidad. Lo mismo nos va a pasar si el elemento de medida (calibre) que estamos utilizando para la medición de la pieza está desgastado o miente en su nonio o regla, la medida tomada no será la correcta. Luego estamos trabajando con herramientas inadecuadas, y seguiremos hablando de mala calidad. No debemos esforzarnos en trabajar con herramientas en mal estado, mal afiladas, desgastadas o inadecuadas al tipo de trabajo a realizar. Los resultados siempre serán malos. El departamento de control de calidad: Es el departamento encargado de controlar la calidad de los fabricados, y hacer que cuando el artículo, máquina o producto obtenido llegue al cliente esté en condiciones óptimas de cumplir la garantía requerida. Supongamos una fábrica que tiene 4 líneas de producción y que cada una de ellas fabrica unas piezas determinadas, las cuales al final se ensamblan y se montan todas para formar una máquina (por ejemplo un electrodoméstico).

© ITES-PARANINFO

381

Programación de la producción Cada una de las líneas de trabajo a través de las máquinas y operarios fabrican unas determinadas piezas (cada una distinta); al final de cada línea de trabajo se verifican por separado cada una de las piezas que cada línea ha fabricado o mecanizado; éstas, ya verificadas, van a montaje. Una vez montadas todas las piezas forman el conjunto de la máquina, la cual una vez montada se vuelve a verificar para ver su correcto funcionamiento. Si la máquina es dada por buena se pasará a su distribución y comercialización, garantizando así que el cliente va a adquirir un artículo que funciona correctamente, evitándose las reclamaciones y reparaciones a posteriori.

1ª Línea de trabajo

Verificación de línea

2ª Línea de trabajo

Verificación de línea

DTO. DE CALIDAD

Ejercicios

3ª Línea de trabajo

Verificación de línea

4ª Línea de trabajo

Verificación de línea

Montaje de la máquina

Verificación del funcionamiento de la máquina. Producto listo para su distribución

“Proyecto” Con el fin de aplicar los conocimientos adquiridos en los distintos capítulos se propone la realización de un pequeño proyecto. Se nos pide mecanizar una serie de 1.000 unidades de torres para torno, compuesta de tres piezas (la torre, el tornillo de fijación y la manilla). Nos dan un croquis con las medidas de cada una de las piezas del conjunto. Croquis del conjunto a mecanizar (en página siguiente).

Trabajo que tenemos que realizar: 1. Hacer el plano en dibujo técnico a escala 1:1 y en formato DIN A3. Teniendo en cuenta dibujar las vistas adecuadas de cada una de las piezas, acotándolas correctamente, etc. 2. Obtener el material que necesitamos comprar para la fabricación de dicha serie, número de barras, medidas, características del material, etc. Calcular su coste. 3. Herramientas que necesitamos disponer para su mecanización. 4. Realizar el proceso de mecanizado para cada una de las piezas del conjunto. Hoja de proceso con los datos correspondientes (herramientas, revoluciones, tiempos de mecanizado, etc.). La manilla se realizará en torno de control numérico, por lo que tendremos que realizar el programa para su mecanizado.

382

© ITES-PARANINFO

Programación de la producción

∅30 15

∅8

M6

35

12 12

15

20 60

70

M14 10

6

10

6

40

60

15

15

30

30

M4

B

14

60

A

5

10

5

© ITES-PARANINFO

383

Programación de la producción

∅30

60

15

20

35

15

M14

384

© ITES-PARANINFO

Programación de la producción

10

6

10

6

40

60

30

15

15

30

M4

B

14

5

5

10

60

A

© ITES-PARANINFO

385

Programación de la producción

∅8

M6

12 12 70

386

© ITES-PARANINFO

Titular capítulo

Breve diccionario técnico

ABRASIVO: Son los granos que entran a formar las muelas de esmeril y son capaces de cortar, rayar y sacar viruta puliendo y trabajando así los metales. ACCESORIO: Son los elementos o herramientas auxiliares que tienen las máquinas, con los cuales podemos realizar trabajos específicos o complementarios, que en condiciones normales son difíciles de realizar. ACEITE: Son los líquidos encargados de suavizar los rozamientos y facilitar el movimiento entre piezas mecánicas que tienen que trabajar o van ajustadas entre sí, eliminando el calor generado entre ellas. ACERO AL CARBONO: Es la aleación de hierro y carbono cuya cantidad de carbono no pasa del 2%. No lleva ningún otro componente y su temperatura de trabajo no puede sobrepasar los 300 ºC. ACERO RÁPIDO: Es el acero al carbono al cual se le han añadido otros componentes, como Cr, W, Tg, etc., que mejoran sus propiedades. Su temperatura de trabajo puede llegar a los 600 ºC sin perder el temple ni la dureza. ACERO: Es un producto siderúrgico que se compone de una aleación de hierro y carbono cuyo contenido de carbono suele estar comprendido entre el 0,2 y el 2%, aunque puede contener otros elementos para mejorar sus propiedades. ACEROS ALEADOS: Son los aceros que además de llevar hierro y carbono llevan otros metales, tales como Mg, Si, W, Tg, etc. En cantidades muy pequeñas, pero que mejoran la calidad de los aceros que lo contienen y mejoran sus propiedades. ACHAFLANADO: Es la operación que se realiza en piezas ya terminadas de mecanizar con el fin de matarle las aristas y así al mismo tiempo de darles presentación evitamos cortarnos con las aristas en el manipulado de las piezas. ACOPLAMIENTO: Llamamos acoplamiento, cuando tenemos piezas ensambladas entre sí, ajustadas o juntas, pero sin llegar a trabajar la una dentro de la otra. ACRITUD: Es el aumento de dureza que experimenta un metal al ser trabajado en frío. La acritud de un material facilita las fisuras. ADITIVO: Son las sustancias químicas que se añaden a los aceites, grasas o lubricantes con el fin de mejorar o modificar alguna de sus propiedades que nos interesa acentuar o neutralizar.

© ITES-PARANINFO

387

Breve diccionario técnico AFILAR: Es la operación por la cual se arregla o mejora el poder cortante de las herramientas cuando éstas están desgastadas, rotas o melladas. AGLOMERANTE: Es el cemento utilizado para unir los granos de abrasivo en las muelas de esmeril; pueden ser resinas, gomas o cementos metálicos. AJUSTE: Es la relación entre dos piezas acopladas determinando su acoplamiento; trabajan una dentro de la otra, y la relación de medida entre ambas piezas se establece de antemano, llamadas macho y hembra. ALAMBRE: Son los productos obtenidos por trefilado, cuya sección es muy pequeña. ALEACIÓN: Es la mezcla de dos a más metales en estado líquido con el fin de obtener un nuevo elemento de propiedades distintas a los metales mezclados. ALLEN: Son barras de geometría hexagonal y dobladas a 90º, fabricadas de acero templado, las cuales se emplean para aflojar o apretar tornillos de cabeza allen. ALUMINIO: Es un cuerpo simple muy utilizado en las aleaciones ligeras empleadas en el taller de metal, su símbolo químico es Al, su densidad es 2,7 y su punto de fusión 655 ºC. AMOLADORA: Reciben este nombre las máquinas que incorporan una muela de esmeril y se emplean para quitar rebabas, soldadura y preparación de los materiales. ÁNGULO DE PUNTA: Cuando hablamos de ángulos y concretamente el ángulo de punta, nos referimos al ángulo que debemos darle a ciertas herramientas para que corten como es debido, como el caso de las brocas, cortafríos, cuchillas, etc.; o para que nos trabajen bien sin llegar a cortar, como el caso del granete, punta de trazar, etc. APRIETO: En un ajuste se conoce con el nombre de aprieto cuando la medida del agujero es menor que la medida del eje, o viceversa. ÁRBOL DE TRANSMISIÓN: Es el eje motriz que imprime el movimiento al resto de los elementos de la máquina. Recibe el movimiento directamente del motor. ARRABIO: Es el primer hierro que sale del alto horno y sus cualidades no son lo suficientemente buenas para emplearlo en las industrias, pues es muy quebradizo y no sirve para la mecanización de piezas. ATMÓSFERA: Es una unidad de presión y se define como la fuerza ejercida por 1 kilo sobre 1 centímetro cuadrado. 1 atmósfera = 0,98 bar. AUSTENITA: Es un componente que entra en la formación de la estructura de los aceros, es una solución sólida de carburo de hierro, en hierro gamma. Es un componente blando y dúctil. AVANCE: En las roscas, es lo que avanza una tuerca o tornillo por cada vuelta completa que da. En las herramientas de corte, son los milímetros que avanza la herramienta, cuchilla, broca, etc., por vuelta o revolución de la máquina. AVELLANADO: Es la operación que se hace en un agujero agrandando el diámetro del eje del tornillo, con el fin de empotrar la cabeza del tornillo en el alojamiento del mismo. AVELLANADOR: Es la herramienta para realizar las operaciones de avellanado. BANCADA: En las máquinas se conoce con el nombre de bancada, al soporte sobre el cual se apoyan los carros y otros elementos mecánicos. Es la base de las máquinas. BANDEADOR: Herramienta que se emplea para hacer girar los machos y las terrajas en el roscado a mano. BAR: Es una unidad de presión en el S.I. y se define como la fuerza ejercida por 105 newton sobre la superficie de 1 metro cuadrado. 1 bar es igual a 1.000.000 barias. 1 bar = 1,02 atmósferas. BLOQUE PATRÓN: Véase Calas.

388

© ITES-PARANINFO

Breve diccionario técnico BOTADOR: Son herramientas manuales de acero templado que se emplean para sacar y montar los pasadores de las máquinas. También se emplean para remachar remaches blandos y de forma manual. BROCA: Es una herramienta de corte, cilíndrica, tallada helicoidalmente y afilada en la punta de tal forma que al imprimirle un movimiento de rotación es capaz de cortar los metales, realizando agujeros del diámetro de la misma. BROCAS BIDIAMETRALES: Reciben este nombre las brocas que tienen dos diámetros y que son capaces de realizar taladros de dos diámetros; es el caso del mecanizado de taladros con el alojamiento de la cabeza del tornillo. BROCAS DE PUNTO: Son brocas especialmente talladas que se emplean casi exclusivamente para el mecanizado de puntos en las piezas que se van a trabajar a torno. BRONCE: Es una aleación de cobre y estaño en la que predomina el cobre. Aleación muy empleada en el mecanizado de cojinetes, campanas, etc. BURIL: Es un cortafríos de forma especial, trabaja por golpe, con la punta generalmente más estrecha que el cuerpo del mismo; se emplea para cortar los metales o abrir ranuras en los trabajos del taller. BURILADO: Es el trabajo realizado con la herramienta llamada buril. CABEZAL: Es la parte más importante de las máquinas, suelen ser los que imprimen el movimiento de rotación, bien a la pieza o a la herramienta, según de qué máquina se trate, y sobre la cual se apoya el eje principal y sus mecanismos. CADENA CINEMÁTICA: Se entiende por cadena cinemática de una máquina, al conjunto de engranajes, ejes y mecanismos que lleva con el fin de imprimirle los movimientos de rotación que esa máquina necesita para realizar su trabajo. CADENA: Son los elementos de unión entre árboles distantes, sustituyendo así las correas de transmisión evitando su patinamiento. CADMIO: Es un metal, su símbolo químico es Cd, su peso específico es 8,6 y su punto de fusión está en los 321 ºC. CAJA DE AVANCES: Es un mecanismo del torno compuesto por una caja que contiene una serie de engranajes previamente calculados de mayor a menor número de dientes y que nos permite mediante la colocación de un solo juego de ruedas en la lira, obtener varios pasos de avance y roscas. CALAS: Son juegos de piezas de acero templado perfectamente calibradas y rectificadas a una medida muy exacta (micras) que tienen forma de prisma rectangular. Son empleadas como elementos de verificación para comparar medidas o poner a punto otros aparatos de control de calidad. CALIBRE DE ALTURAS: Es una herramienta de verificación y se emplea para el trazado y comprobación de medidas. Se utiliza sobre un mármol. CALIBRE DE HERRADURA: Son calibres fijos “pasa-no pasa” de una medida fija que tienen forma de herradura y se emplean para la verificación de piezas de grandes series. Sirven para comprobar piezas de exterior. CALIBRE TAMPÓN: Son calibres fijos “pasa-no pasa” de una medida fija que tienen forma de cilindro y se emplean para la verificación de piezas de grandes series. Sirven para comprobar medidas de interior. CALIBRE: Véase Pie de rey. CALIBRES FIJOS: Son elementos de verificación con medida fija, con el fin de comprobar y verificar las piezas que se mecanizan en grandes series. Dan una comprobación del estado de las medidas de las piezas obtenidas de forma muy rápida. Sólo valen para comprobar una medida concreta. CALOR: Es la forma de expresar la energía térmica de un cuerpo. Su unidad es la caloría. La cantidad de calor que tiene un cuerpo se expresa en calorías.

© ITES-PARANINFO

389

Breve diccionario técnico CALORÍA: Es la unidad que expresa la cantidad de calor. Se define como la cantidad de calor que necesitamos para aumentar 1 ºC la temperatura de un gramo de agua de 14,5 ºC a 15,5 ºC. CALOR ESPECÍFICO: Calor específico de un cuerpo es la cantidad de calor que necesitamos para elevar 1 ºC la temperatura de un gramo de masa de dicho cuerpo. CALZO: Son piezas cuya geometría es un prisma rectangular, y en sus caras tienen talladas unas ranuras a 90º y 45º, con el fin de apoyar piezas en ellos y poderlas trabajar. Se emplean también en los mármoles de trazado como elementos para apoyar piezas y verificarlas. CARDA: Es un cepillo pequeño cuyas púas están aceradas y sirve principalmente para limpiar las limas de virutas que se han quedado entre sus dientes en la operación de limado. También se emplea para limpiar moleteados, etc. CARRIL: Es un perfil de sección especial compuesto de una parte llamada cabeza (superficie de rozadura) y otra parte llamada patín (superficie de apoyo). Sólo se emplea en material ferroviario. CASQUILLO: Generalmente reciben el nombre de casquillo los soportes de bronce o latón que soportan o apoyan ajustados en su interior los ejes de acero cilíndricos. CEMENTACIÓN: Es un tratamiento térmico que se le aplica a los aceros con el fin de aumentar la dureza de su superficie añadiéndoles carbono mientras el núcleo de la pieza no sufre alteración. CEMENTITA: Es uno de los constituyentes que entra en la formación de los aceros. Es un carburo de hierro con un contenido en carbono del 6,67%. Es el constituyente más duro y frágil que entra en la composición de los aceros. CENTRADOR: Es un útil empleado generalmente en las máquinas de control numérico para centrar agujeros e interiores. CEPILLADO: Son las operaciones realizadas en la máquina llamada cepilladora o limadora. CHAFLANADO: Es una operación que consiste en rebajar las aristas de las piezas ya mecanizadas con el fin de darles presentación y de que dichas aristas no corten al ser manipuladas. El chaflán se realiza a 45º. CHARRIOT: Se conoce con este nombre al carro orientable montado sobre el carro transversal del torno graduado en grados y capaz de girar 360º, dispuesto así para la construcción y el mecanizado de conos. CHAVETA: Es una barra generalmente de sección cuadrada o rectangular que va en un alojamiento mecanizado en el exterior de los ejes, con el fin de evitar el patinamiento y asegurar el arrastre de las poleas o engranajes que van acopladas o ajustadas en el eje. CIANURACIÓN: Es un tratamiento térmico capaz de aumentar la dureza de la superficie del acero mediante la aplicación de sales fundidas de cianuros y nitrógeno. CILINDRADO: En el torno es la operación de cilindrar, realizada a lo largo del eje Z de la máquina con el carro longitudinal, montado sobre la bancada de la máquina del torno. CINCEL: Es una herramienta dispuesta y afilada de tal forma que sea capaz de cortar por golpe de martillo. Se emplea para el corte de remaches, soldaduras, etc. CINCELADO: Es el trabajo realizado con un cincel. CINEMÁTICA: La cinemática es la parte de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos. En el taller de metal se estudia los movimientos de las máquinas del taller. CIRCULAR PICHT: Véase Pitch. CIRCUNFERENCIA PRIMITIVA: Es la circunferencia sobre la cual hacen tangencia los dientes de un engranaje. No se puede medir directamente con un calibre, pero se puede calcular para el tallado de los dientes.

390

© ITES-PARANINFO

Breve diccionario técnico CIZALLA: Es una máquina preparada para cortar los materiales del taller mecánico. Las hay manuales, que mediante una palanca cortan las barras pequeñas del taller. Las mecanizadas suelen cortar chapas evitando la deformación de las mismas. CIZALLAMIENTO: Es el trabajo realizado por la cizalla. Se llama cizallamiento al corte de los materiales realizado con las cuchillas de la cizalla. CLAVERA: Es una mesa de acero duro llena de agujeros regulares y de varias formas geométricas, que se emplea para enderezar, doblar o curvar chapa, perfil de alambre, etc. COBALTO: Es un metal que se obtiene del mineral cobaltina, su símbolo químico es el Co, su Pf de 1.490 ºC y su Pe es de 8,71. Entra en la composición de los aceros rápidos. COLA DE RATÓN: Son limas pequeñas también llamadas de relojero. Su empleo está indicado en los trabajos de ajuste y matricería. COMPÁS: Son herramientas de trazado. Tienen las patas afiladas en punta y aceradas de forma que rayan el material del taller, trazando arcos y centros. También nos valen para tomar referencias y medidas. CONGLOMERADOS METÁLICOS: Son plaquitas de metales duros obtenidas por procedimientos de pluvimetalurgia y soldadas a mangos o herramientas de acero. Se emplean para el corte de los metales. También se obtienen plaquitas con una geometría fija que van montadas sobre portaherramientas especiales. CONO ISO: Son útiles cuya geometría es cónica y se utilizan en las máquinasherramientas para la colocación y fijación de otras herramientas. Su conicidad está normalizada. CONO MORSE: Son los útiles cónicos que se utilizan en las máquinas-herramientas para la colocación de otras herramientas, como brocas, puntos, etc. Su conicidad está normalizada. CONTROL NUMÉRICO: Son las máquinas que incorporan un ordenador, y mediante programas específicos son capaces de mecanizar piezas mecanizadas con mucha precisión. CORINDÓN: Es un producto natural empleado en la fabricación de muelas, las cuales se emplean para el afilado de herramientas y rectificado de piezas. CORONA: En un juego o transmisión de engranajes recibe el nombre de corona al engranaje más grande, y piñón al engranaje más pequeño. CROMO: Es un metal que se obtiene de la cromita. Su símbolo químico es Cr, su Pe es de 7,2 y su Pf de 1.765 ºC. Es inalterable a los agentes atmosféricos. CRONÓMETRO: Es un reloj que mide en segundos y décimas y se emplea para cronometrar los tiempos de trabajo del taller. CUCHILLA: Reciben este nombre las herramientas que afiladas adecuadamente se colocan en las máquinas y son capaces de cortar el material sacando viruta, mecanizando así las piezas. DENSIDAD: Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Se define como lo que pesa un dm³ de un determinado material. DESBASTE: Es la operación que elimina el material excedente antes del pulido en la mecanización de las piezas. DIAGRAMA: Es un gráfico que se hace en un papel para poder estudiar de una forma gráfica y comparativa el comportamiento de un determinado elemento. DIÁMETRO MEDIO: Es el diámetro que pasa por el centro del hilo de rosca. Este diámetro no se puede medir directamente con el calibre pero se puede calcular. También lo podemos definir como el punto de contacto en el centro del filete del tornillo con el de la tuerca. DIÁMETRO NOMINAL: Hablando de roscas, es el mayor diámetro de la rosca; es decir, el diámetro exterior que tiene el tornillo sobre el cual se mecaniza la rosca.

© ITES-PARANINFO

391

Breve diccionario técnico D.I.N.: Conjunto de normas alemanas (europeas) en las que se recogen las características, medidas y materiales que regulan el mecanizado y las piezas del taller así como el repuesto. DINA: Es la unidad de fuerza en el sistema cegesimal, y se define como la aceleración que experimenta una masa de 1 gramo con la aceleracion de 1 cm en 1 seg. DISTRIBUIDOR: Se conoce con este nombre a las válvulas de neumática, las cuales según su posición de trabajo son capaces de distribuir el paso del aire por las vías que tiene. Ver también válvula. DUCTILIDAD: Es la propiedad que presentan los metales de poder estirarse en hilos. DUREZA: Es la resistencia que presentan los materiales a ser rayados, o penetrados por el diamante, tomado éste como referencia. DUROALUMINIO: Es una aleación de aluminio y hierro en la que predomina el aluminio, muy empleada en construcciones aeronáuticas. DURÓMETRO: Es la máquina capaz de medir la dureza de un determinado material, con ella se someten los materiales al ensayo de dureza. ELASTICIDAD: Es la propiedad que presentan los materiales de recuperar su forma inicial cuando han sido deformados por una fuerza y ésta cesa. ELECTRODO: Son las varillas metálicas revestidas que se emplean en la soldadura eléctrica como material de aportación. También reciben el nombre de electrodos las varillas de cobre que se emplean en las máquinas de electroerosión para trabajar con las mismas. ENGRANAJE HELICOIDAL: Son engranes cuya geometría del diente presenta una hélice (paso helicoidal), y se emplean para la transmisión de árboles paralelos o que se corten a un ángulo determinado. ENGRANAJE: Son unos discos de acero, los cuales en su diámetro exterior llevan tallados unos dientes; se emplean para la transmisión de movimientos generalmente circulares garantizando que no patinan durante su trabajo. ENGRANAJES CÓNICOS: Son los engranajes que se tallan con dientes cónicos y se emplean para transmitir movimientos entre árboles que se cortan a un determinado ángulo. Son complicados de tallar. ENGRANAJES DE DIENTES RECTOS: Son aquéllos cuya geometría de diente presenta un dentado de tipo recto. ENGRASADOR: Elemento mecánico instalado en los mecanismos y elementos de las máquinas por el cual se engrasan dichos elementos mecánicos. ENSAYO DE MATERIALES: Son las pruebas a las que se someten los distintos materiales empleados en el taller de metal con el fin de averiguar sus características, como la dureza, tracción, flexibilidad, etc. ENTENALLAS: Es una herramienta para la fijación de piezas pequeñas o de difícil sujeción, llamadas también mordazas de mano. ERGIO: Es la unidad de trabajo y se define como el trabajo realizado por una dina cuando recorre la distancia de 1 cm. ESCARIADO: Es la operación por la cual un agujero ya mecanizado lo pulimos agrandándolo y dejándolo a medida exacta y calibrada. La operación se realiza con la herramienta llamada escariador. ESCARIADOR: Es una herramienta de corte capaz de pulir y calibrar agujeros a una medida exacta. Es la herramienta con la cual se realiza la operación del escariado. ESCUADRA: Es una herramienta generalmente con un ángulo fijo que sirve para comprobar los ángulos en el mecanizado de las piezas. ESPÁRRAGO: Es una barra cilíndrica a la cual se le ha tallado una rosca en toda su longitud. También se le puede definir como un tornillo roscado en toda su longitud sin cabeza.

392

© ITES-PARANINFO

Breve diccionario técnico ESTAMPACIÓN: Es la operación mediante la cual se obtienen piezas forjadas mediante moldes. Este trabajo generalmente se realiza en caliente y se utilizan materiales plásticos. ESTAMPADO: Es la operación que se realiza para obtener piezas iguales mediante moldes llamadas estampas. Consiste en poner un trozo de acero caliente en un molde y mediante un golpe de prensa hacer que tome la forma del molde. Este concepto es el que nos da el rendimiento de una herramienta. EXCÉNTRICA: Es un cuerpo cilíndrico que está descentrado con relación al árbol de transmisión sobre el cual gira. EXTRACTOR: Herramienta dispuesta de tal forma, que es capaz de coger piezas mecanizadas como rodamientos, engranajes, poleas, etc., y mediante su acción las desclava de los ejes para su reparación o sustitución. EXTRICCIÓN: Es la relación de secciones que existe en el ensayo de tracción medida en %. Ver ensayo de tracción. FAHRENHEIT: Escala termométrica que marca la congelación del agua a 32 ºF y la ebullición a 232 ºF. FERROALEACIÓN: Son las aleaciones con otros metales en las que predomina el hierro, generalmente para mejorar alguna cualidad de éste. FILETE: Cuando hablamos de filetes nos referimos a las roscas, concretamente un filete es cada uno de los hilos de rosca que tiene tallado el tornillo o la tuerca. FINAL DE CARRERA: Mecanismo instalado en los carros de las máquinas con el fin de regular su carrera. FLANCO: Recibe este nombre la cara lateral de un hilo de rosca. FLEJE: Es el perfil de sección rectangular cuyo grueso va de 0 a 4 milímetros y su grueso puede llegar hasta los 200 milímetros. FLEXIÓN: Es el ensayo al que se someten los materiales para estudiar su acritud. FLEXÓMETRO: Reciben el nombre de flexómetros, los metros metálicos graduados en milímetros y empleados en los talleres para la toma de medidas. FORJA: Es la operación de darle forma a los materiales mediante calor y utilizando el martillo. FORJADO: Son los trabajos realizados en la fragua o que preceden a la forja. FRAGILIDAD: Es la facilidad que presentan los materiales a la rotura por golpe o choque. FRESA: Son las herramientas empleadas en el mecanizado de piezas en la máquina fresadora. FRESADO: Son las operaciones realizadas con la máquina fresadora. FRESADORA: Es una máquina considerada como máquina universal por la variedad de trabajos que en ella se pueden realizar. Es la máquina encargada de tallar los engranajes. FUNDICIÓN: Es una aleación de Fe y C en la que el contenido de C está comprendido entre el 2% y el 7%. GALGA: Es una plantilla que nos sirve para la comprobación de piezas mecanizadas o de trabajos que se están realizando. También nos ayuda a identificar roscas o pasos de rosca, así como ángulos de herramientas. GIRAMACHOS: Recibe el nombre de giramachos la herramienta con la cual se coge el macho de roscar y lo hacemos girar mecanizando la rosca. GONIÓMETRO: Son aparatos de medida capaces de medir y transportar ángulos. Van provistos de un nonio con el fin de poder apreciar décimas de ángulo.

© ITES-PARANINFO

393

Breve diccionario técnico GRAMIL: Es una herramienta de precisión compuesta por una base que se desliza sobre un mármol. Se emplea para el trazado de piezas sobre mármol. Lleva dispuesta una punta de trazar de acero duro. GRANETE: Es una herramienta cilíndrica a modo de lapicero afilada por un extremo en punta que mediante un martillazo se clava en el metal dejando una huella que nos sirve como referencia o guía. GRASA: Son generalmente mezclas de aceites minerales, jabones y agua que se emplean donde no se pueden emplear los aceites. GUARDAPLANOS: Son reglas de acero concebidas de tal forma que su deformación por las dilataciones es prácticamente nula. Se emplean en la verificación de superficies (planitud). GUBIA: Son cortafríos de forma especial y que se emplean para cortar el metal en trabajos especiales. También reciben el nombre de buriles. GUÍA: Son los mecanizados generalmente en cola de milano o prismáticos por donde se deslizan los carros de las máquinas. HELICOIDAL: Hablando de engranajes, nos referimos al paso de la hélice del diente. En algunas herramientas de corte también se construye el paso helicoidal, como brocas, machos de roscar, etc. HEXAGONAL: Es un perfil de sección hexagonal cuyo hexágono es regular. HIERRO: Se designa con este nombre al elemento químicamente puro de color blanco-grisáceo de Pe 7,8; Pf de 1.530 ºC y cuyo símbolo químico es Fe. Es magnético, buen conductor del calor y de la electricidad. HUSILLO: Se refiere a un eje roscado que generalmente transmite o soporta grandes esfuerzos. Su filete suele ser cuadrado o de forma trapecial. IMICRO: Aparato de precisión preparado exclusivamente para la medida de agujeros y basado en el tornillo micrométrico. INVERSOR: Es un mecanismo que llevan las máquinas para invertir el sentido de rotación; puede ser eléctrico o mecánico. JUEGO: En los ajustes es la diferencia de medida entre la medida mayor y la menor de las piezas ajustadas. Es decir, la diferencia entre la medida del eje y del agujero. JULIO: Es la unidad de trabajo en el sistema Giorgí y equivale a 107 ergios. KELVIN: Es una escala termométrica que establece la congelación del agua en 273 ºK y la ebullición a 373 ºK. Esta escala se emplea industrialmente. KILOCALORÍA: Es una unidad física de calorimetría y vale 1.000 calorías. KILOGRÁMETRO: Es la unidad de trabajo y se define como el trabajo realizado al levantar un peso de 1 kg a la altura de un metro. Cuando realizamos el trabajo en el tiempo de un segundo tenemos el kilográmetro/segundo y es unidad de potencia. KILOPONDIO: Es la fuerza con que atrae la Tierra a un cuerpo de 1 kg de masa. Es la unidad de masa en el sistema internacional. KILOVATIO: Es una unidad eléctrica que vale 1.000 w. LAMINACIÓN: Es la forma de obtener perfiles, chapas y barras en los trenes de laminar, generalmente en caliente. LAPEADO: Es una operación realizada con abrasivos para lograr el máximo grado de acabado de una pieza. Se emplea para terminar aparatos de medida muy precisos. LATÓN: Es una aleación de cobre y cinc en la que predomina el cobre. LEVA: Pieza mecanizada con una geometría específica de leva, que se emplea para mecanismos en las máquinas herramientas.

394

© ITES-PARANINFO

Breve diccionario técnico LIMA: Es una herramienta de acero templado dentada, que se emplea para tallar los metales del taller de metal a mano. Las limas se identifican por su forma, tamaño y grado de picado. LLANTA: Es un perfil de sección rectangular cuyo espesor está comprendido entre 10 y 100 milímetros y el ancho entre 10 y 200 milímetros. LLANTÓN: Es un perfil de sección rectangular de espesor entre 11 y 125 milímetros y el ancho entre 200 y 600 milímetros. LLAVE DINAMOMÉTRICA: Es una llave para apretar tuercas y tornillos con un dispositivo mecánico capaz de ajustar los kilos de apriete a los cuales hay que atornillar. LUBRICANTE: Son los líquidos encargados de refrigerar y engrasar las piezas y las herramientas de corte. Los aceites lubricantes tienen la misión de proteger mediante una película los órganos de las máquinas de los rozamientos. MACHO: En ajuste se conoce como macho a la pieza que va alojada en el interior del agujero. MACHOS DE ROSCAR: Son un juego de tres piezas de acero templado y tallado de forma que son capaces de construir la rosca en las tuercas o en los agujeros, pudiendo roscarse en ellas un tornillo del mismo paso. MALEABILIDAD: Es la propiedad que presentan los materiales de poder hacer láminas mediante el proceso de laminación. MANDRINAR: Realizar trabajos con la herramienta llamada mandrino. Es el mecanizado de agujeros generalmente de tamaño grande y se pueden mecanizar tanto en torno como en fresadora. MANORREDUCTOR: Es un dispositivo colocado en la salida de los gases a presión con el fin de reducir y regular la presión según convenga. MÁRMOL: Es un aparato de verificación generalmente de granito, cuya superficie está completamente plana y nos sirve para contrastar las superficies de las piezas a mecanizar y como apoyo de los aparatos de medida y trazado, como gramiles, comparadores de reloj, etc. MATRICERÍA: Se conoce con el nombre de matricería a las técnicas por las cuales se fabrican las matrices para la obtención de piezas generalmente metálicas por golpe de prensa. MATRIZ: En un troquel se llama matriz a la placa que junto con el punzón corta el material a trabajar, o en el caso de doblado la que le da forma a la chapa a doblar. MAZA: En mecánica se conoce como maza a los martillos cuyos extremos son de goma o plástico; también los hay de madera, y se emplean para golpear piezas que no se puedan dañar con el golpe. MEDIA CAÑA: Es el perfil de sección semicircular con aristas vivas; también se llama medio redondo. MENA: Son los minerales de los cuales se obtienen los metales. MÉTRICO: Que está metido dentro de las normas y de las bases del Sistema Métrico Decimal. El sistema métrico trabaja en base 10. METRO: Es la unidad de longitud en la base del Sistema Métrico Decimal. METROLOGÍA: Se le da este nombre al laboratorio en donde se realizan ensayos y medidas muy precisas, contrastando y poniendo a punto los aparatos y calibres de medida convencional. MICRA: Milésima parte del milímetro, empleado en mecánica como tolerancia o medida de precisión. MICRÓMETRO: Véase Pálmer. MILÍMETRO: Es la unidad de longitud adoptada en el taller de metal.

© ITES-PARANINFO

395

Breve diccionario técnico MOLETA: Es una herramienta de acero muy dura que lleva tallados unos dientes, los cuales se clavan en los materiales del taller cuando trabajamos con ella, efectuando la operación de moleteado. MORDAZA: Elemento mecánico que se pone en las máquinas para la fijación de las piezas que se van a mecanizar. MUELA: Está considerada como una herramienta compuesta por granos de abrasivo y un cemento que los une llamado aglomerante. Sirve generalmente para el afilado de herramientas. NEWTON: Unidad de fuerza en el sistema M.K.S. Es la fuerza que experimenta la masa de 1 kilo con la aceleración de 1 m por segundo. Equivale a 1 N = 105 dinas. NÍQUEL: Es un metal que se obtiene de la niquelina. Su símbolo químico es Ni, su Pe es 8,7 y su punto de fusión de 1.500 ºC. Es muy resistente a la oxidación. NITRURACIÓN: Es un tratamiento térmico que consiste en aumentar la dureza de la superficie de las piezas mediante corriente de gas amoníaco o nitrógeno a unos 550 ºC. NIVEL: Es la herramienta que se emplea para el nivelado de máquinas en el taller de metal. NONIO: Es una regla graduada móvil que se desliza por una regla fija de los aparatos de medida y así es capaz de apreciar décimas, centésimas y milésimas de mm. NORMALIZACIÓN: Son una serie de normas establecidas de antemano capaces de unificar los criterios de representación para los planos y de mecanización para la fabricación de elementos mecánicos, simplificando así la construcción de las piezas y planos. NORMALIZADO: Es un tratamiento que se les da a los aceros para conseguir eliminar las tensiones internas y repartir uniformemente el carbono. OXIACETILÉNICA: Recibe este nombre la soldadura realizada con los gases oxígeno y acetileno. OXICORTE: Se llama oxicortar a la operación de cortar el hierro con el soplete por oxidación cuando éste está caliente dirigiéndole un chorro de oxígeno. Oxicorte es la herramienta empleada. OXIDANTE: Son las sustancias que son capaces de oxidar. PÁLMER: Aparato de precisión para medir longitudes y apreciar centésimas y milésimas de mm. Está basado en el tornillo micrométrico. PALPADOR: Es un aparato de verificación parecido a un reloj comparador el cual tiene un eje que cuando toca una superficie desplaza la aguja de la esfera del reloj, pudiéndola poner a 0. Se emplea para la verificación de piezas y cálculo de medidas. Se tiene que emplear sobre mármol. PASADOR: Elemento mecánico de acero rectificado que se emplea para la fijación de piezas ajustadas entre sí y garantizar el giro o la fijación de una pieza con la otra. Los pasadores están normalizados y pueden ser cilíndricos, cónicos o elásticos. PASCAL: Es la unidad de presión en el sistema internacional y es igual a la fuerza que ejerce un newton sobre 1 metro cuadrado. 1 pascal = 1 N/m2 = 105 bares. PERLITA: Es uno de los componentes que entran a formar los aceros; está formado por capas de hierro alfa y carburo de hierro, su estructura es laminar, puede llegar a tener un contenido de carbono del 0,89%. PESO ESPECÍFICO: Peso específico de un material es lo que pesa ese material comparativamente con otro (ver densidad). PIE DE REY: Es un aparato de medida y verificación llamado también calibre. Es el aparato de medida universal, pues es capaz de medir interiores, exteriores y profundidades.

396

© ITES-PARANINFO

Breve diccionario técnico PINZA: Accesorio mecánico que se instala generalmente en los portaherramientas de la fresadora con el fin de fijar las herramientas llamadas fresas cilíndricas; también puede fijar brocas de mango cilíndrico. PIÑÓN: En un tren de engranajes se llama piñón a los engranajes que tienen el menor número de dientes o los más pequeños. PIRÓMETRO: Es un aparato destinado a medir temperaturas muy altas, generalmente de 500 ºC en adelante. PITCH: En los engranajes es la relación que existe entre la longitud de la circunferencia primitiva y el número de dientes. Pich = (Dp / Z). Cuando las medidas vienen en pulgadas. PLANTILLA: Son unas herramientas generalmente de chapa con una forma determinada, y con unos ángulos definidos, y sirven para comprobar el mecanizado de otras piezas o afilado de herramientas. PLAQUITA DE METAL DURO: Herramienta de corte de geometría definida y no afilable que se monta en los portaherramientas tanto de torno como para fresadora. Se suministran en cajas de 10 unidades y tienen forma y ángulos de corte definidos según el portaherramientas a montar y el trabajo a realizar. PLASTICIDAD: Se llaman materiales plásticos a aquellos que permiten ciertas deformaciones por la acción de la fuerza sin llegar a romperse. PLÁSTICO: Son las piezas obtenidas por resinas o sus derivados, sus características más importantes es que son aislantes y su densidad varía entre 1 y 1,6. En mecánica son empleados en la fabricación de piezas como engranajes y casquillos. PLATO MAGNÉTICO: Es un accesorio que tiene una superficie perfectamente plana y capaz de imantarse mediante una palanca o botón. Se emplea para la fijación de piezas en las rectificadoras planeadoras y para el mecanizado de piezas en fresadora y torno. PLETINA: Es un perfil de sección rectangular cuyo espesor está comprendido entre 4 y 110 mm y su ancho entre 10 y 200 mm. POLÍMETRO: Es un aparato eléctrico capaz de tomar medidas eléctricas y comprobar las averías eléctricas generadas en las máquinas del taller. PORTABROCAS: Es una herramienta (aunque está considerada como un accesorio). PORTAHERRAMIENTAS: Son los soportes sobre los cuales se fijan o se apoyan las herramientas con las cuales luego se mecanizan las piezas. PORTATERRAJAS: Es una herramienta de mano de forma específica con dos brazos y una caja cilíndrica para poder alojar las terrajas evitando que éstas giren durante el mecanizado de los tornillos que se realizan a mano. POTENCIA MECÁNICA: Se define como potencia mecánica al trabajo realizado en la unidad de tiempo. Siendo P = T / t o también: P = (F × e ) / t ó P = F × v. Su unidad es el caballo de vapor y equivale a 75 kgm. PROBETA: Es una muestra de un material determinado con unas medidas normalizadas con el fin de ensayarlo en el laboratorio y estudiar así dicho material. PULGADA: Es la unidad de medida inglesa y equivale a 25,4 mm. PULIDO: Es la operación por medio de la cual se les da presentación a las piezas, al mismo tiempo que la superficie consigue la mayor precisión. PUNTO ROTATIVO: Es una herramienta que se coloca en el contrapunto del torno y se emplea para apoyar las piezas cuyo mecanizado es largo. También se emplea para el centrado de herramientas y piezas. R.P.M.: Es la abreviatura de revoluciones por minuto. Muy utilizada en las máquinas del taller.

© ITES-PARANINFO

397

Breve diccionario técnico RASQUETEADO: Es una operación realizada con una herramienta llamada rasqueta para conseguir o mejorar la planitud de una pieza. REAMUR: Escala termométrica que establece la congelación del agua a 0 ºR y la ebullición a 80 ºR. RECTIFICADO: Es el mecanizado con abrasivo realizado por las máquinas rectificadoras. REDONDO: Es el perfil de sección circular cuyo diámetro es superior a 5 mm. REFRACTARIO: Son los materiales que resisten altas temperaturas sin deteriorarse. REFRENTADO: En el torno es la operación que obedece al manejo del carro transversal. RELOJ COMPARADOR: Es un aparato de medida y verificación que no mide por sus propios medios, sino por comparación. REMACHE: Es una pieza cilíndrica de cabeza con una forma determinada y empleado para la unión fija sin soldadura de piezas o chapas. RESILIENCIA: Es un ensayo que se les hace a los materiales para ver la resistencia que oponen a la rotura por choque. REVENIDO: Es un tratamiento térmico que se les da a los aceros después del temple para reducir o eliminar las tensiones internas aumentando la tenacidad y reduciendo la fragilidad del material. ROCKWELL: Es el aparato empleado para medir la dureza de los materiales. La dureza se da en grados Rockwell. RODAMIENTO: Elemento mecánico que consta de dos anillos, uno interior y otro exterior, entre los que se montan unas bolas o rodillos, permitiendo el giro entre los dos anillos. Se emplea para hacer girar los ejes entre la parte fija en la cual se apoya. ROSCADO: Es la operación de mecanizar roscas, si es rosca exterior se llamará tornillo, y si es rosca interior se llamará tuerca. La operación del roscado puede ser manual (mediante terrajas o machos de roscar) o a máquina (torno). RUEDA: En un tren de engranajes recibe el nombre de rueda el engranaje más grande o el de mayor número de dientes (también recibe el nombre de corona) y piñón el de menor número de dientes. RUGOSÍMETRO: Es el aparato que mide la rugosidad de la superficie de una pieza y nos determina el grado de acabado que dicha superficie tiene. Son empleados en control de calidad y miden en micras. Se define como la masa de 1 kg que produce en la Tierra la masa de 1 kilopondio (kp) o kilogramo fuerza (kgf). SECCIÓN: Son los cortes que les damos a las piezas o elementos mecánicos en la representación gráfica, con el fin de ver los mecanizados ocultos, como agujeros, roscas, chavetas, etc. SIERRA: Herramienta de mano o máquina capaz de cortar los materiales del taller. Se emplea para la preparación del material. SINFÍN: Es un tornillo que engrana con un engranaje cuyo filete tiene una forma considerada como de un diente de engranaje. Se emplea principalmente para reducciones de velocidad. SOLDADURA BLANDA: Es la soldadura que se realiza con estaño sin llegar a fundir los bordes de la pieza que se une. Es el caso de la soldadura de tubos de cobre. SOLDADURA: Es la unión de materiales metálicos aplicando calor a los bordes de unión llegando a fundir dichos bordes y aplicando según proceda o no metal de aportación. SONDA: Es un aparato de medida de precisión indicado para medir las profundidades o ranuras. Su funcionamiento está basado en el pie de rey. SOPLETE: Es la herramienta empleada en la soldadura oxiacetilénica.

398

© ITES-PARANINFO

Breve diccionario técnico SOPORTE MAGNÉTICO: Es un elemento mecánico el cual se magnetiza mediante un botón o palanca y se puede fijar en cualquier parte metálica de las máquinas del taller, permitiendo poner aparatos de medida y control, como comparadores de reloj. SOPORTE: Son elementos de apoyo, nos sirven para apoyar piezas que vamos a trazar, a taladrar, etc. SULFATO DE COBRE: Es un líquido que se prepara con sulfato de Cu y agua con el fin de depositar una capa de Cu muy delgada sobre la pieza que queremos trazar y poder realizar así trazos sobre dicha superficie con ayuda de una punta de rayar. TALADRADO: Son las operaciones realizadas con las máquinas llamadas taladradoras, mediante las herramientas llamadas brocas. TALADRINA: Son aceites que mezclados con agua nos sirven de refrigerante en el corte de los metales, evitando así el calentamiento de la herramienta y facilitando el corte. TAMPONES: Véase Calibre tampón. TAS: Son unos bloques de acero macizo capaces de soportar golpes. Sirven para apoyar las piezas que vamos a enderezar, doblar o cincelar. TEMPERATURA: Cuando hablamos de temperatura nos referimos al grado de calor que tiene un cuerpo. No hay que confundir calor con temperatura. El calor se mide en calorías y la temperatura en grados. TEMPLABILIDAD: Son las cualidades que tienen algunos aceros para admitir el tratamiento térmico llamado temple. TEMPLE: Es el tratamiento térmico más importante de todos y consiste en darle dureza a los aceros mediante el calentamiento y luego el enfriamiento rápido en aceite o agua. TENACIDAD: Es la resistencia que opone un determinado material a la deformación y a la rotura por choque o golpe. TERRAJA: Es la herramienta de corte que mecaniza espárragos y tornillos. Cada terraja tiene un determinado paso según la rosca a mecanizar, y la tenemos que fijar en un útil llamado bandeador. También se llaman cojinetes de roscas. TOBERA: Son los conductores de aire para la combustión de los hornos y los convertidores. TOCHO: Son los trozos de material pequeños independientemente de su sección para el mecanizado de piezas. Suelen ser los materiales cortados en sierra que están preparados para su mecanizado. TOLERANCIA: Es la diferencia de medida máxima y mínima permitida en un ajuste, medida que hace válida la pieza para su montaje. TORNEADO: Son los trabajos realizados en la máquina llamada torno. TORNILLO: Es una barra cilíndrica sobre la cual hay enrollado un hilo con una determinada forma geométrica llamada filete; pueden tener distintos pasos, y se emplean para montar piezas de características mecánicas. TORNO: Máquina que talla o mecaniza como regla general cuerpos de revolución. Puede mecanizar cuerpos de geometría irregular con accesorios. TRABAJO: Se dice que se realiza un trabajo cuando vencemos una resistencia mediante la acción de una fuerza a lo largo de un espacio. TRABAJO MECÁNICO: Se conoce con el nombre de trabajo mecánico, al trabajo realizado por una máquina o elemento mecánico, y se define como la fuerza ejercida por el espacio recorrido. T = F x e. Su unidad es el kilográmetro. TRACCIÓN: Es un ensayo a que se someten los materiales; consiste en estirarlos hasta su rotura, estudiando su deformación, alargamiento y su resistencia mecánica.

© ITES-PARANINFO

399

Breve diccionario técnico TRAGANTE: Es la parte del alto horno por donde entra el mineral, el carbón y el fundente. TRAZADOR: Es una herramienta compuesta de una base con una regla graduada y una punta de trazar. Se emplea para trazar, marcar centros y tomar medidas, así como dimensionar piezas en bruto. Se utiliza encima de un mármol. TRINQUETE: Es un mecanismo de bloqueo empleado en las ruedas dentadas para evitar su giro cuando nos interese. TROQUEL: Es el conjunto de piezas realizadas en matricería, acopladas y dispuestas de tal forma que son capaces de cortar, doblar y conformar chapa dándole formas, incluso doblándola y cortándola al mismo tiempo, obteniendo grandes series de piezas iguales. TROQUELADO: Es la obtención de piezas iguales por corte mediante los troqueles. TUERCA: Pieza metálica que lleva un agujero con el filete de rosca correspondiente a un paso y que ajusta exactamente según la medida en el tornillo. TUNGSTENO: Es un metal cuya densidad es 19,2, que funde a 3.000 ºC y se emplea en la fabricación de aceros aleados. U.N.E.: Es el conjunto de normas españolas para la unificación de criterios y la normalización de planos y mecanizados. U.N.E. significa Una Norma Española. UTILLAJE: Cuando hablamos de utillaje nos referimos a los accesorios que se montan en las máquinas para la realización de trabajos un poco especiales. VÁLVULA: Es un elemento mecánico que a través de unos orificios y mediante una corredera, distribuye el paso del aire según nos interese, realizando maniobras mecánicas; también se le conoce con el nombre de distribuidor. VANO: Hablando de roscas es el hueco que hay entre hilo e hilo. Es el vacío que hace la cuchilla de la máquina cuando mecanizamos una rosca. VARILLA: Es el perfil de sección circular cuyo diámetro es igual o inferior a 5 mm. VELOCIDAD DE CORTE: Es la capacidad de corte de una herramienta (broca, cuchilla, etc.). La velocidad de corte se da en metros por minuto, o también son los milímetros que avanza por revolución. VERIFICACIÓN: Es la comprobación de una pieza, bien durante su mecanización o cuando la pieza ha sido ya terminada de mecanizar, comprobando así sus cualidades de acabado y medidas. VICKERS: Es un aparato para medir la dureza de los materiales del taller. Consiste en hacer penetrar una punta de diamante en el material a comprobar y medir la huella del diamante. La dureza se mide en grados Vickers. VIRUTA: Son los trozos de material que han sido cortados por las máquinas y herramientas en el mecanizado de las piezas. VISCOSIDAD: Es la consistencia de los líquidos, y se mide en grados Engler. WHITWORTH: Es el conjunto de roscas que pertenecen al sistema inglés, el diámetro se mide en pulgadas y el paso es el número de hilos por pulgada.

400

© ITES-PARANINFO

Tablas de cálculo

Tablas de cálculo

Tablas de cálculo

402

© ITES-PARANINFO

Tablas de cálculo

© ITES-PARANINFO

403

Tablas de cálculo

404

© ITES-PARANINFO

Tablas de cálculo

© ITES-PARANINFO

405

Tablas de cálculo

406

© ITES-PARANINFO

Tablas de cálculo

© ITES-PARANINFO

407

Tablas de cálculo

408

© ITES-PARANINFO

Tablas de cálculo

© ITES-PARANINFO

409