Tema 40

TEMA 40 Técnicas de Mecanizado, conformación y unión de piezas metálicas CONFORMACIÓN DE LOS METALES Es sabido que los metales se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos formando minerales. Para poder utilizarlos como vigas, para hacer piezas concretas de máquinas, o cualquier otro uso, es necesario: Aislar el material de los elementos que lo acompañan. Darle la forma requerida en cada caso para que pueda cumplir con la misión que el hombre le depare. El primer objetivo sé logra mediante operaciones denominadas metalúrgicas. La metalurgia estudia los procesos que permiten beneficiar los minerales y extraer de ellos los metales.

PROCESOS DE CONFORMACIÓN Comprenden un conjunto muy variado de operaciones mediante las cuales se cambia la forma y dimensiones de los metales para lograr que adopten las que se precisan para cada utilización concreta. Para realizar cada una de estas operaciones, el hombre emplea herramientas y máquinas. Los procesos de conformación pueden clasificarse en grandes grupos, de los que destacamos:

COMFORMACION: 1. 2. 3. 4. 5.

Por fundición Por deformación en caliente. Por deformación en frío. Por arranque de virutas. Por soldadura.

PROCESOS DE CONFORMACIÓN DE METALES POR FUNDICIÓN Consiste en el llenado con metal fundido de un recipiente (molde) que presenta un hueco cuya forma y dimensiones son análogas a las de la pieza que se desea obtene

Con este procedimiento pueden obtenerse piezas de formas muy complicadas. Es necesario utilizar metales muy fluidos que llenen bien los huecos del molde.

POR DEFORMACIÓN EN CALIENTE Consiste en deformar mediante golpes o esfuerzos continuados de compresión un trozo de metal previamente calentado hasta que adquiera la forma y dimensiones precisas. Entre estos procesos destacan: a) FORJA b) LAMINACIÓN EN CALIENTE c) ESTAMPACIÓN EN CALIENTE d) EXTRUSIÓN EN CALIENTE a)

FORJA Consiste en deformar mediante golpes bien a mano o con martillo mecánico un trozo de metal calentado para cambiar su forma o dimensiones.

El hierro y otros productos derivados de él se forjan bien

b) LAMINACIÓN EN CALIENTE Consiste en deformar un metal calentado haciéndole pasar entre dos cilindros que ejercen sobre él una presión continua.

Se utiliza este proceso para obtener planchas gruesas o barras de perfil determinado. Para la elaboración de chapa fina la laminación se realiza en frío. c)

ESTAMPACIÓN EN CALIENTE Consiste en presionar entre dos moldes metálicos (estampas) un trozo de material a la temperatura adecuada hasta que por deformación llena el hueco existente entre ellas, adoptando su forma que es naturalmente la de la pieza que se desea obtener. Las dos estampas se presionan mediante una prensa muy potente.

d) EXTRUSIÓN EN CALIENTE. Consiste en deformar un metal calentado, obligándole a pasar por un orificio (hilera) que tiene la forma y dimensiones que se desea para la barra o perfiles a obtener. Se emplea este proceso sobre todo para metales blandos como cinc, cobre, aluminio, etc.

PROCESOS DE DEFORMACIÓN EN FRÍO Cuando se trata de piezas muy delgadas o materiales bandos, algunos de los procesos de deformación antes descritos como la laminación, deformación por golpes, etc., se realizan sin calentar el material. Entre los procesos de deformación en frío podemos citar: a) TROQUELADO b) EMBUTICIÓN a)

TROQUELADO. Consiste en obtener piezas arrancadas de una chapa mediante cizalladuras entre un punzón y una matriz cuya forma coincide con las piezas que se quieren obtener.

b) EMBUTICIÓN Con este proceso se logra que una chapa fina, adopte la forma a la que le obligan dos piezas (punzón y matriz) al presionar sobre ella. Se utilizan para obtener cuerpos huecos de chapa.

PROCESOS DE CONFORMACIÓN POR ARRANQUE DE VIRUTA: MECANIZADO Consiste en reducir las dimensiones de un trozo de material y cambiar su forma mediante arranque de pequeños trozos de virutas con ayuda de herramientas especiales provistas de filo. Los distintos procesos de arranque de viruta se diferencian sobre todo, en el tipo de herramientas y en la forma en que ésta y la pieza se mueven una respecto a la otra para lograr el efecto previsto de arranque de viruta. Citaremos alguno de estos procesos: OPERACIONES MANUALES DE ARRANQUE DE VIRUTA a) Serrado b) El limado c) Cincelado

SERRADO Es una operación que tiene por finalidad trocear el materia: puede realizarse en máquinas especiales o a mano.

EL LIMADO Es una operación manual que se realiza con un útil llamado lima y tiene por objeto cambiar la forma o el estado superficial de una pieza mediante arranque de pequeñas virutas que son cortadas por dientes diminutos que la herramienta tiene tallados en su superficie.

CINCELADO El cincelado es una operación que consiste en arrancar trozos de material o separar partes del mismo mediante una herramienta prismática dotada de filo, que es golpeada en el extremo opuesto a éste con un martillo.

PROCESO DE ARRANQUE DE VIRUTA UTILIZANDO MÁQUINAS a) b) c) d)

Limado Torneado Fresado Taladrado

LIMADO Una herramienta A, dotada de movimiento alternativo, arranca material de la pieza en su carrera de avance (flecha de color). Cuando la herramienta retrocede, la pieza es desplazada para que en la siguiente carrera el útil encuentre nuevo material que cortar

TORNEADO Es una operación destinada a trabajar cuerpos cilíndricos. La pieza sujeta en el cabezal de la máquina gira sobre su eje mientras la herramienta avanza (flecha de color) arranca material de su parte exterior.

FRESADO Es un procedimiento de mecanizado de superficies planas o de formas especiales mediante herramientas de múltiples filos que giran sobre su eje arrancando material de la pieza cuando ésta se le aproxima.

TALADRADO Es una operación que tiene como finalidad realizar agujeros cilíndricos en las piezas. Se utiliza una herramienta (broca) que está provista de filos de forma helicoidal. La broca gira sobre su eje y al penetrar en la pieza va arrancando virutas que salen por canales tallados en el cuerpo de la broca.

UNION DE PIEZAS METÁLICAS .

UNIONES FIJAS SOLDADAS UNION DE PIEZAS SOLDADURA

METÁLICAS

POR

Es una operación que consiste en unir sólidamente dos piezas metálicas, mediante elevación de la temperatura de las superficies a soldar y aportando sustancias del mismo o distinto carácter a las soldadas.

SOLDADURA Heterogénea a) b)

Soldadura blanda Soldadura Fuerte

Homogénea o soldadura por fusión. a)

b)

Por fusión • Con soplete • Eléctrica, con arco voltaico Por presión • A la fragua • Por presión • A tope • Por puntos • Continua

SOLDADURA HETEROGÉNEA La soldadura heterogénea es aquella en la que , para unir las partes se utiliza un metal distinto del metal base. La soldadura homogénea se hace con metal de idéntica o semejante composición a la del metal base . Se llama metal base al metal de las partes que se han de unir. El metal fundido que a veces, se interpone entre las dos piezas para unirlas se llama metal de aportación. Si el metal de aportación es diferente a las piezas a unir se la denomina soldadura heterogénea. En esta soldadura es de destacar: Las piezas a unir no se funden. El material de aportación se funde. Cuando está en estado liquido penetra en las irregularidades de las piezas a unir, adhiriéndose fuertemente a ella. Dependiendo del material de aportación que utilicemos, tendremos dos tipos de soldadura: Soldadura Blanda: Es aquella en la cual el material de aportación tiene un punto de fusión bajo , generalmente suele ser una aleación de estaño y plomo. Soldadura Fuerte: Es aquella en la cual el material de aportación tiene un punto de fusión más alto, aunque siempre inferior al de los materiales a soldar. Tipos de soldadura fuerte: Amarilla – Aleación de Cobre – Tª fusión 650 –950 Cº Blanca – Aleación de Plata – Tª fusión 650 – 800 Cº

SOLDADURA HOMOGENEA O SOLDADURA POR FUSIÓN Este tipo de soldadura puede realizarse sin utililizar otro material distinto al de las piezas a unir , en este caso se denomina Homogenea. Es el proceso por el cual se provoca la fusión de los dos metales a unir en la zona próxima a la unión, para que al solidificar juntos formen un único sistema cristalino que mantengan ambas piezas unidas. En otras ocasiones se emplea material de aportación para compensar la falta de material correspondiente al hueco entre ambas piezas y lograr que en la zona soldada no se produzca una depresión. Dicho material de aportación suele ser de la misma naturaleza que el de las piezas a unir. La fuente de energía calorífica que se utiliza para fundir el material puede ser distinta según los casos. Estudiaremos los dos tipos de soldadura mas empleados: soldadura oxiacetiléica. soldadura eléctrica.

SOLDADURA OXIACETILÉNICA Es un procedimiento de soldadura por fusión en el que se utiliza como fuente calorífica la llama que se logra, en un soplete especial, por la combustión del acetileno (C2H2) . El acetileno es un gas incoloro, de olor penetrante, quearde con una llama muy luminosa, desprendiendo gran cantidad de calor, que se aprovecha para fundir los metales a soldar. La utilización de este gas obliga a adoptar importantes medidas de seguridad para evitar el riesgo de explosión. Para disponer de Acetileno en un taller puede recurrirse a los generadores que lo producen , o adquirir botellas llenas de él.

SOLDADURA ELÉCTRICA POR ARCO. Se trata de una soldadura por fusión. Utiliza como fuente calorífica el arco eléctrico que se hace saltar entre las piezas a unir y una varilla de metal de aportación, llamada electródo. Se logran temperaturas comprendidas entre 3500ºC y 4000ºC. El arco electrico se produce uniendo la pieza a un polo de un transformador y el electrodo (varilla) al otro. Entre ambos suele aplicarse un tensión de 20 a 80 voltios. Para lograr que salte el arco es preciso que estén calientes el extremo de la varilla y la zona concreta de la pieza, lo que se logra poniendo en contacto pieza y electrodo durante unos segundos, el paso de la corriente a través de ellos los calienta por efecto Joule. Generalmente se utilizan electodos formados por una varilla metálica de material de aportación, recubierta de otras sustancias que tienen como misión: Favorecer la creación del arco y su mantenimiento. Hacer de fundente, disolviendo los óxidos y protegiendo el cortdón. También existen electrodos sin recubrimiento que se utilizan creando alrededor del arco atmosferas protectoras contra la oxidación (soldaduras MIG, MAG, TIG). Los fabricantes recomiendan el tipo de electrodo que ha de utilizarse en cada caso y es importante seguir sus instrucciones fielmente a la hora de elegirlo. Mediante el arco se logra: Fundir la pieza en una zona determinada.

Fundir parte de la varilla, cuyo metal y revestimiento se depositan en pieza, formando con el metal fundido de ella, el cordón de la soldadura.

UNIONES DESMONTABLES La diferencia esencial entre las uniones fijas y las desmontables, estriba principalmente en que de ordinario las primeras no se pueden deshacer sin estropear, al menos, uno de los dos elementos, y porque generalmente no se puede volver a unir con las mismas características. Las uniones desmontables, por el contrario, pueden hacerse y deshacerse cuantas veces se quiera. Los elementos de unión en su mayoría están normalizados, por lo cual, en su aplicación habrá que tener en cuanta las normas correspondientes. Nos referimos ordinariamente a las normas UNE o, en su defecto, a las normas DIN. Los elementos más empleados en las uniones desmontables son: •Elementos roscados: Tornillo y tuercas. •Arandelas. •Chavetas •Lengüetas.

TORNILLOS Los tornillos tienen forma muy variada en cuanto a la cabeza y al extremo o punta, con el fin de satisfacer las múltiples necesidades. Describimos sólo algunos de uso más corriente y remitimos a las normas para ampliar. En su acepción más amplia, es un cilindro parcial o totalmente roscado, provisto frecuentemente de cabeza. La parte cilíndrica la llámanos vástago o caña.

Descripción de un tornillo. Para la designación normalizada, según DIN, es necesario consignar: 1. Nombre del tornillo: Hexagonal, cabeza redonda, etc., o denominación. 2. Designación de la rosca: M 12, ½”; M 20*1,5, etc. 3. Longitud del tornillo, en cuyas normas se indica si está incluida o no la cabeza. 4. El número de la norma: DIN 26 931, etc. 5. La ejecución: m, media; mg, semibasta; g, basta. 6. Características de resistencia según DIN 26; 4ª, 4D, 5D, etc. Hay otras particularidades a tener en cuenta: agujeros para pasadores, etc. Ejemplo: Tornillo hexagonal de rosca métrica ISO de 16 * 60 DIN 931 m 8.8; si no se designa la ejecución se pone un guión en lugar de la letra correspondiente: M 16. 60 DIN 931 - 8.8 En cada norma se indica siempre la forma correcta de designación. Clasificación de los tornillos. Existe una gran variedad de tornillo. Nos limitaremos a los más comúnmente empleados:

Tornillos de Unión. En la figura tenemos un tornillo de cabeza hexagonal. La unión de dos piezas se hace a través de un agujero pasante –sin rosca- de una de ellas y roscando en la otra, como en una tuerca. Este tipo de fijación debe evitarse cuando la pieza roscada sea de fundición o aleaciones ligeras, porque se rompe la rosca de la tuerca con demasiada facilidad. Para estos casos, se usan tornillos pasantes, cuya fuerza de unión se produce por la presión entre la tuerca y la cabeza. Para estos casos se usan tornillos pasantes, cuya fuerza de unión se produce por la presión entre la tuerca y la cabeza. Tornillo pasante Es un tornillo que atraviesa las piezas a unir sin r4oscar en ninguna de ellas. La sujeción se efectúa mediante una tuerca y una arandela que es necesaria cuando el material en que se apoya la tuerca no es suficientemente duro. Cuando ésta solución no es posible por no poder atravesar las dos piezas –bloque cilíndrico en los motores y en otros muchos casos – se recurre a los tornillos, llamados espárragos.

Espárrago. Es una varilla roscada en los extremos sin variación de diámetro. Un extremo va roscado en la pieza mientras que el otro tiene rosca exterior, no tiene cabeza y la sujeción se logra por medio de una tuerca.

La finalidad principal perseguida con este tipo de tornillo es evitar el deterioro de los bloques o conjuntos a que van sujetos: en la parte roscada, si el material no es muy resistente, fácilmente se romperán los hilos –sobre todo si se aprietan o aflojan con frecuencia y si la cantidad de hilos que trabajan son pocos. Montaje y desmontaje de espárragos. Los espárragos se colocan apretados en la pieza roscada, por ejemplo, con un útil semejante al de la figura y ya no se quita de allí sino que, cuando hay que aflojar o apretar, se hace con la tuerca. Para que el extremo fijo no rompa los hilos, la longitud roscada suele hacerse: para hacer, moldeado, bronce y metal ligero bonificado, b=1,25d; y para metal blando, b=2,5d. Tornillos autorroscante para chapa. Para uniones que deben soltarse raramente, para metales, blandos o aceros de menos de 50 Kg de resistencia, en carrocerías, en mecánica fina y en electromecánica, se emplean los llamados tornillos autorroscantes o de corte que llevan unas ranuras y cuya rosca se endurece por cementación o temple superficial. El tipo tirafondo, también autorroscante, es muy empleado. Tornillo prisionero Es una varilla roscada por uno o dos extremos; su colocación se realiza entre la tuerca y el tornillo, taladrado previamente, y roscando como indica la figura.

Pernos de articulación. Los pernos de articulación son piezas sencillas con una parte perfectamente cilíndrica, para que sirva de eje a alguna articulación, y dotadas de algún dispositivo de fijación, como una tuerca o un pasador.

Pernos de anclaje. Para la sujeción de máquinas al suelo se emplean los llamados pernos de anclaje.

Tuercas. Es el elemento que junto con del tornillo sirve para sujetar piezas. Las tuercas más usadas son las hexagonales, generalmente con los extremos achaflanados, que también suelen llevar un avellanado, en la rosca. La designación normalizada se indica de una manera similar a los tornillos. Ejemplo: Tuerca hexagonal M20 DIN 934 m-4 Formas normalizadas de tuercas. Téngase presente siempre que, para lograr unir con tornillos dos piezas, es necesario emplear una o dos tuercas para su sujeción. En la tabla de la figura se muestran las formas de algunos de los tipos más usados, según normas DIN.

Arandelas. Son de acero y se emplean cuando el material de la pieza en la que se asienta la tuerca, sea más blando que el material de ésta o bien cuando la superficie no esté perfectamente trabajada, y en otras ocasiones como elementos de normalización de las tuercas para seguridad.

Clases de arandelas. Existen dos clases de arandelas, según su aplicación y finalidad: Arandelas de protección. Arandelas de seguridad. a) Arandelas de protección. Son de forma cilíndrica recta DIN 1 441 o con chaflán DIN 1 440. b) Arandelas de seguridad. Son las que se interponen entre el tornillo y tuerca para evitar que se afloje la tuerca. Dispositivos de seguridad Los tornillos que unen piezas pueden aflojarse a pesar de la tensión inicial, cuando por alguna causa, se produzca una dilatación en el vástago del tornillo: calor, trepidaciones, etc. La seguridad se logra por algunos de los medios siguientes:

Por doble tuerca. Llamada también contratuerca, que puede ser más estrecha. En esta figura se ve por qué debe colocarse la más estrecha junto a la pieza. Por rozamiento con tuercas especiales. Que llevan un anillo fijo de fibra sin roscar que es comprimido por la rosca del tornillo: la tuerca podrá aflojarse repetidas veces sin que pier4da eficacia.

Por retención mecánica: • • • •

Por pasador y tuerca almenada, cabe la posibilidad de reajuste según el número de ranuras. Con tuerca especial y tornillo, prisionero. Con arandelas de seguridad, de las cuales hay gran variedad normalizadas, por ejemplo, la DIN 93 otra muy empleada es la de la figura, sobre todo por rodamientos, cuando se emplean tuercas con ranuras exteriores. Por arandelas elásticas: • Arandelas elásticas dentadas exterior o interiormente DIN 6 967 • Arandelas de muelle DIN 137 • Anillos de muelle –arandelas Grower- DIN 127

Características de los tornillos. Los elementos que caracterizan los diversos tipos de tornillos son: • La forma de la cabeza • Extremos de tornillos. • Longitud de la rosca. • Salidas de rosca. Forma de la cabeza. Las cabezas pueden ser de varias formas, de las cuales las principales son: a) Cabeza hexagonal. b) Cabeza cuadrada. c) Cilíndrica con ranura para destornillador. d) Avellanadas con ranura. e) Gota de sebo. f) Redonda con ranura. g) Cilíndrica con hexágono interior (tipo allen) h) Otras especiales. Agujeros pasantes y avellanado para alojamiento de las cabezas de los tornillos. Las piezas unidas por tornillos, en la parte no roscada, llevan agujeros pasantes, de los cuales damos las medidas normales, en la tabla. Los avellanados están también normalizados, tanto los cónicos como los cilíndricos para los diferentes tornillos; en las figuras siguientes se da un extracto de las normas DIN 74 y 75.

Extremos de tornillos. Para asegurar la posición de las piezas después del montaje o para regular el ajuste de guías o regateas, se emplean tornillos, varillas roscadas, pivotes, con un extremo o punta apropiada. En las figuras aparecen un extracto de la DIN 78. Estos extremos de tornillos quedan incluidos en la longitud de la rosca. Alojamiento para extremos de tornillos: para el extremo de espiga cuando ha de servir de fijación, debe hacerse un agujero en las terminaciones de espigas según la figura. Para extremos de punta o espiga cilíndrica apuntada; debe hacerse un chaflán. Para el extremo de chaflán, hace él mismo su alojamiento. Cuando se emplee para ajuste de una regleta de guía una varilla roscada o un pivote, generalmente no necesitará alojamiento el extremo, sino que se recomienda el seguro de posición por medio de una tuerca rebajada que servirá de contratuerca.

Longitud de la rosca La longitud de la rosca varía según las necesidades de aplicación, aumentando de cinco en cinco milímetros.

Salidas de roscas En la figura damos un extracto de las salidas de rosca. En los dibujos no suele hacerse ninguna indicación, cuando es normal; si, en cambio, cuando es especial; por ejemplo, las necesarias para roscado en torno, con herramientas.

Pasadores. Los pasadores son piezas redondas y alargadas que sirven para asegurar o impedir un movimiento o para asegurar la posición de dos o más piezas; pueden ser: • Pasadores cilíndricos. • Pasadores cónicos. • Pasadores de seguridad. Cilíndricos Existen pasadores cilíndricos calibrados a una medida fija. Para el empleo de ellos es necesario escariar el agujero. Sirven para posicionar una pieza respecto a otra, pero no para fijarla, DIN 7. Cónicos. UNE 17 060. Sirven también muchas veces de sujeción, y así, por ejemplo, se utilizan para evitar el desplazamiento longitudinal de elementos en un eje. El agujero se taladra con varios taladros y después se practica un escariado cónico. De seguridad. Los principales los podemos clasificar en: • Pasadores de tensión o elásticos. • Pasadores de aletas. • Pasadores estriados. Pasadores de tensión o elásticos. Sirven para fijar unas piezas a otras y tiene la ventaja sobre los pasadores cilíndricos o cónicos de que para su montaje no es preciso ni escariado previo ni ajuste de precisión sin embargo para un posicionamiento de precisión no pueden sustituir a los anteriores. Pasadores de aletas. Se utilizan para inmovilizar tuercas y aplicaciones semejantes. Pasadores estriados. Los cilíndricos estriados, según DIN 1 470, 72, 73, 74 ó 76, tienen aplicaciones particulares y pueden ser más económicos que los cónicos, pues, como hemos dicho no necesitan escariar el agujero; tiene, en ocasiones, el inconveniente de que al desmontarlos ya no quedan utilizables; pero, dado su bajo precio, esto no suele tener importancia. Los pasadores normalmente no se usan para trasmitir esfuerzos a no ser que estos sean pequeños. Cuando se emplean como elementos de situación, no suele practicarse el alojamiento hasta tener la certeza del exacto emplazamiento de las piezas. Solo entonces, y teniendo firmemente apretadas las piezas, se hace el taladro y, si es necesario, el escariado. En estos casos se suele indicar en el dibujo diciendo: Taladrar