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MAQUINAS HE Eglalipo Técnica EDEBÉ

Tecnología Mecánica 3

Tecnología Mecánica 3

Presentación

E l alumno, terminada la primera etapa de Formación Profesional de Primer Grado, adquiere conocimientos básicos y destreza suficientes, q u e /e capacitan para trabajar en calidad de oficial e n la industria; pero, la finalidad principal de esta etapa es la de colocar a l alumno en disposición de proseguir los estudios en S e g u n d o Grado. E l régimen de Enseñanzas Especializadas estudia una a una las principales especial/dades de la Rama del Metal. L a presente Tecnología pretende iniciar a l a l u m n o en los conocimientos y preparación tecnoiógica necesarias para la especialidad de Máquinas Herramientas. Este nivel exige mayores conocimientos d e fenómenos, ensayos y comportamiento d e los materiales; así c o m o cálculos tecnológicos en e l afilado de herramientas, montaje de mecanismos d e transmisión, órganos, velocidades y potencias de máquinas, rnetrología dimensional y procesos de mecanizado. A l i g u a l q u e nuestros textos anteriores también éste respondr cumplidamente a los programas oficiales, cubriendo así las exigencias de este nivel de enseñanza. Toda la obra tiene carácter eminentemente práctico, basada siempre en los fundamentos físicos, químicos y tecnológicos que se presentan en cada c2so. C o n este h l ~ m i l d etrabajo esperamos contribuir a la form2ciÚn de estos Fuevos técnicos que deben desarrollar sus actividades en la industria española. Agradeceríamos a los profesores q u e n o s comunicaran sus experiencias, en e l caso de que se dignen usar para sus clases e l presente texto, y n o s indiquen l o s errores u omisiones que en é l p u e d e n existir, c o n e l mejor deseo de perfeccion~rlo.

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-

1 Conocimiento de la materia Cons?itución de la materia 4 .f l: Partículas elementales A tomo 1.3.1 Núc!eo 1.2.2 Electrones periiéricos Sistema periódico de los elementos 1.3.1 Metaloides 4.3.2 Metales Enlace 1.4.1 Enlace iónico 1.4.2 Enlace covalente 1.4.3 Enlace metálico E ~ a d ocris!alino 1.5.1 Sustancias cristalinas Disolvente y soluto 7.6.1 So!iiciones sólidas Fase 1 .5.2 Diagramas de equiiibrio de una aleación y trazado d e l mismo 1.7.1 Diagrama de equilibrio de aleaciones toralmente solubles en estado sólido y líquido 1.7.2 Diagrama de equilibrio de aleacioíiec totalmente solubles en estodo liquido e insolubles en estado sólido 1.7.3 Diagrama de equilibrio con transformaciones en estado sólido 1.7.4 Condiciones para que dos metales sear! to:almenta solubles Obtención de piezas p o r nloid50 1.8.1 Forma de entrada del líquido en el molde 1.8.2 Construcción correcta del molde 1.8.3 Velocidad de enfriamiento

13

Clasificación y designación d e los materiaies 2.1 Productos férreos (UNE 26 001 -73) L. I . t tiierro (UNE 3 s 002-73)

27 29 29

2

-

4

"

2.2 Aceros: definición general (UNE 36 004- 75)

y clasificación

29

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Clasificación por su composición química Clasificación por su utilización Designacijn convencional de los aceros según ia normo. UNE 3 6 009 Ejemplos de designación para algunos grupos principales de aceros Designación de los aceros atendiendo a sus caractericricas de utilización o propiedades físicas Designación de aceros moldeados Equivalencia de la nomenclatura GNE con las de otras normas Fund;ción (UNE 36 003) 2.3.i Clasificación de las fundiciones 2.3.2 Designación convencional simbólica de fundiciones no aleadas 2.3.3 Designación convancional simbólica de fundiciones aleadas 2.3.4 Designación convencional numérica Aleaciones de cobre 2.4.1 Bronces 2.4.2 Latones 2.4.3 Aleaciones cüpro-níquel Clasificación y designación de las airaciones ligeras (UNE 38 001 R) 2.5.1 Designación numérica 2.5.2 Designación simbólica de metales ligeros no aleados 2.5.3 Designación simbólica de aleaciones ligeras Designación del estado de trata2.5.3 miento de las aleaciones ligeras (UNE 3 8 002) Colores distintivos de las aleaciones ligeras (UNE 38 003 7." R) Aluminio y aleaciones de aluminio para moláeo. Equivalencias comerciales (UNE 38202 R) Equivalencias oficiales (UNE 38 201 7." R) Condiciones técnicas generales para suministro y recepción de lingote de aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo (UNE 38 20,3) 2.9.1 Condiciones de pedido

4.1 1 Examen del diagrama hierro carbwicr 4.1 1.1 Transformaciones isotéimicas LL la austenita en los aceros 4.1 2 Tratamientos térmicos de los aceros 4.1 2.1 Calentamiento 4.1 2.2 Recocido 4.1 2.3 Normalizado 4.1 2.4 Temple 4.12.5 Revenido 4.1 3 Tratamientos termoquímicos 4.1 3.1 Ceinentación 4.1 3.2 Nirruración 4.1 3.3 Cianuración 4.1 3.4 Sulfinización 4.1 4 Control de la temperatura 4.14.1 Observación del color del metal 4.1 4.2 Termómetras 4.14.3 Lápices de contacto 4.14.4 Pirimides de Seger 4.1 4.5 Pirómetros 4.14.6 Reguladores automáticos de teinpcratura 4.1 5 Hornos 4.1 5.1 Clasificación de los hornos 4.15.2 Efectos de la atmósfera de los hornos sobre los aceros

2.9.2 2.9.3

Condiciones de recepción Caracteristicas a comprobar en recepción 2.1 0 Antifricción 2.1 0.1 Principales aleaciones antifricción 2.1 1 Sinterizados 2.1 2 Plásticos 2.1 2.1 Principales componentes de los plásticos 2.12.2 División de los plásticos 2.12.3 Sistemas de transformación de los plásticos 2.1 2.4 Aplicaciones de los plásticos 2.12.5 Clases de plásticos 3

4

Propiedades y ensayos d e l o s m a t e r i a l e s Propiedades mecánicas de los metales 3.1 3.1.1 Cohesión 3.1.2 Elasticidad 3.1.3 Plasticidad 3.1.4 Dureza 3.1.5 Tenacidad 3.1.6 Fragilidad 3.1.7 Fatiga 3.7.8 Resiliencia 3.3 Ensayos de los metales 3.2.1 Ensayo de tracción (UNE 7 26273) 3.2.2 Ensayo de cornpreqión 3.2.3 Ensayo de c i z a l i a d ~ r a ( U N E 7 246-74) 3.2.4 Ensayos de dureza 3.2.5 Ensayo dinámico por choque. Ensayo de resiliencia 3.2.6 Ensayo de fatiga 3.2.7 Ensayos tecnológicos Ensayos magnéticos 3.2 8 3.2.9 Ensayos eléctricos 3.2.10 Ensayo con rayos X 3.2.1 1 Método por ultrasonidos Metalografía. Teoría d e l o s t r a t a m i e n t o s t é r m i c o s . E n d u r e c i m i e n t o superficial. C o n t r o l de t e m p e r a t u r a s 4.1 Análisis macroscópico &.2 Análisis microscópico 4.3 Selección y extracción de la muestra 4.3.1 Desbaste de la muestra 4.3.2 Pulido de la muestra 4.3.3 Ataque micrográfico 4.3.4 Observación de la probeta 4.4 Aplicaciones de la metaloyra fía 4.5 Teoría de los tratamientos térmicos 4.6 Estados alotrópicos del hierro 4.6.7 Hierro alfa (a) 4.6.2 Hierro beta 4.6.3 Hierro garnrna (y) 4.6.4 Hierro delta (S) 4.7 Influencia en los aceros de los distintos elementos que pueden entrar en su composición 4.8 Aleaciones hierro-carbono 4.9 Diagráína de equilibrio hierro-carbono 4.1 0 Constituyentes estri~cturalesde los aceros 4.1 0.1 Ferrita 4.1 0.2 Cernentita 4.1 0.3 Perlita 4.1 0.4 Austenita 4.1 0.5 Martensita Troostita 4.1 0.6 4.1 0.7 Sorbita 4.1 0.5 Bainita 4.1 0.9 Constituyentes de las fundiciones

5

N o c i o n e s d e Resistencia d e M a t e r i a l e s 5.1 Introducción a la Resistencia de Materialc's 5.1.1 Resistencia y rigidez Clases de carga 5.2 5.2.1 Carga estática 5.2.2 Carga dinámica 5.3 Tipos de esfuerzo 5.3.1 Tracción 5.3.2 Compresión 5.3.3 CizaHadura o cortadura 5.3.4 Flexión 5.3.5 Pandeo 5.5.6 Torsión Tipos de tensión 5.4 5.5 Eladicidad 5.5.1 Ley de Hooke 5.5.2 Gráfica de la ley de Hooke 5.5.3 Diagrama de alargamiento y tensiones 5.6 Coeficiente de seguridad 5.7 Fóimulas de Resistencias de ieli,4ater!a/es 5.7.1 Tracción 5.7.2 Compresión 5.7.3 Flexión 5.7.4 Pandeo 5.7.5 Torsión Ejemplos de aplicación 5.8

6

Medios de unión U n i ó n de piezas mecánicas 6.1 6.1.1 Reducciór: de las superficies en contacto 6.1.2 Refrentado realizado por taladrado 6.1.3 Supresión de apoyos múltiples 6.1.4 Supresión de las aristas o ángulos Clasificación de las uniones 6.2 6.2.1 IJniones fijas por roblonado o remachado 6.2.2 Uniones por soldadura 5.2.3 Unión por adhesivos 6.2.4 Uniones desmontables por pernos o tornillos 6.2.5 Unión con chavetas 6.2.6 Unión con pasadores

(P)

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6.2.7 6.2.8 6.2.9

7.11.5 7.1 1.6

Unión por ejes estriados o nervados Unión de piezas por guías Uniones forzadas

7.1 1.7

7 O r g a no s d e m á q u i n a s 7.1 7.2 7.3

Ejes 7.1.1 Cálculo de ejes Arboles 7.2.1 Cálculo de árboles Cojinetes y soportes 7.3.1 Clasificación de los ccjinetes 7.3.1.1 Cojinetes de fricción 7.3.1.2 Rodamientos Montaje y ajuste de los roda7.3.2 mientos 7.3.3 Lubricación y mantenimiento de los rodamientos 7.3.4 Soporres para rodamientos Acoplamientos 7.4.1 Clasificación de los acoplamientos 7.4.4.1 Acoplamientos rígidos o fijos 7.4.1.2 Acoplamientos elásticos 7.4.1.3 Acoplamientos móviles 7.4.1.4 Embragues Trínquetes 7.5.1 Aplicaciones de los trinquetes Transmisiones con correas y poleas 7.6.1 Relación de transmisión 7.6.2 Material de las correas 7.6.3 Longitud de la correa 7.6.4 Cálculo de correas planas 7.6.5 Correas trapeciales 7.6.6 Correas dentadas 7.6.7 Poleas para la transmisión por correas. Material Transmísión por rueda y cadena 7.7.1 Clases de cadenas Excéntricas y levas 7.8.1 Mecanismos de excéntrica 7.8.1.1 Excéntrica de collar Excéntrica circular de 7.8.1.2 marco 7.8.2 Leva 7.8.2.1 Clases de leva Forma del extremo del ernpujador 7.8.3 O varilla Material de levas y empujadores 7.8.4 7.8.5 Trazado de las levas Resorte o muelle 7.9.1 Material para resortes 7.9.2 Clasificación de los resortes 7.9.3 Cálculo de resortes 7.9.4 Aplicacicnes de los resortes Ruedas de fricción 7.10.1 Clasificación de las ruedas de fricción 7.1 ;:.1.1 Ruedas cilíndricas 7.1 0.1.2 Ruedas de fricciór acanaladas 7.1 0.1.3 Ruedas de fricción cónicas 7.1 0.1.4 Aplicaciones de las ruedas de fricción Ruedas dentadas 7.1 1.1 Rueda y piñón 7.1 1.2 Clasificación de los engranajes 7.1 1.3 Engranajes helicoidales 7.1 1.4 Cálculo del tornillo y rueda heiicoidal

8

Ciiculo del piñón y cremaliera Cálculo de engranajes cónicos de diente recto Cálculo de la resistencia de los dientes de un engranaje 7.1 1.7.1 Cargas que actúan sobre el diente 7.11.7.2 Cálculo de las dimensiones del diente (engranaje recto) 7.1 1.7.3 Cálculo de las dimensiones del diente en función del módulo

T e c n o l o g í a d e l c o r t e de l o s m e t a l e s 8.1 Métodos de producción. lntroducción a la norma DIN 8580 8.1.1 Separar 8.1.2 Otros conceptos de la norma DIN 8 5 8 0 8.1.2.1 Cuerpos sólidos geométricamente determinados 8.1.2.2 Estados durante el curso de la producción 8.1.2.3 Formas durante el curso de la producción 8.1.2.4 Nombres de las piezas según el momento del proceso Procedimiento de arranque de viruta 8.2 .., 8.2.1 Arranque de viruta con herramienta simple 8.2.2 Influencia de algunos factores en la formación de la viruta 8.2.3 Mínima viruta 8.2.3.1 Influencias de algunos factores en la mínima viruta 8.2.4 Falsa cuchilla o filo recrecido La herramienta de corte 8.3 8.3.1 Funciones de la herrámienta de corte Materiales de las herramientas de 8.3.2 corte 8.3.2.1 Aceros al carboiio 8.3.2.2 Aceros aleados 5.3.2.3 Aceros rápidas Metales duros 8.3.2.4 8.3.2.5 Materiales cerámicas 8.3.2.6 El diamante como herramienta 8.3.3 Mejora de las características de las herramientas 8.3.3.1 Tratamiento sub-cero 8.3.3.2 Nitruración 8.3.3.3 Sulfiriización Geometría aei filo 8.4 Planos y ejes de referencia 8.4.1 8.4.1.1 Sistema de reierencia de la máquina o de funcionamiento 8.4.1.2 Sistema de referencia de la herramienta o de afiiacio 8.4.2 Elementos de la herramienta de corte único Influencia de la colocación de la 8.4.3 herramienta 8.4.4 i n f l u e ~ c i adel valor de algunos ángulos de la herramienta 8.4.5 El rompevirutas 8.4.6 Afilado de las herramientas

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8.4.6.1 La muela 8.4.6.2 Las máquinas de afilar 8.4.6.3 Proceso de afilado 8.4.7 Herramientas de forma 8.4.7.1 Principio general 8.4.7.2 Limite del ángulo de desviación 8.4.7.3 Herrómienta de directriz recta 8.4.7.4 Herramienta de directriz circular Fuerza de corte 8.5.1 Fuerza específica de corte 8.5.2 Fuerza de corte Factores que influyen en la fuer8.5.3 za especifica de corte Velocidad de corte. Potencia. Tiempos de mecanizado 8.6.1 Maquinabilidad 8.6.1.1 Proceso de recalcado 8.6.1.2 Proceso de cizallado 8.6.2 Velocidad de corte 8.6.2.1 Velocidad económica 8.6.2.2 Desgaste 8.6.2.3 Relación de la viruta 8.6.2.4 Temperatura de corte 8.6.3 P o ~ r n c i ade corte 8.6.4 Tiempos de mecanizado 9

M e t r c) l o g í a Concepto de medida 9.1 Sistemas de unidades 9.2 Unidad de longitud 9.3 Unidades de medida de ángulos 9.4 9.5 Prácticas de la medición Instrumentos de medición 9.6 9.6.1 Micrómetros especiales 9.6.2 Instrumentos comparadores 9.6.2.1 Comparadores de amplificación micrométrica 9.6.2.2 Comparadores de amplificación óptica 9.6.2.3 Comparadores de amplificación neumática 9.6.2.4 Comparador neumático SOLEX 9.6.2.5 Comparador neumático CEJE? 9.6.2.6 Comparadores de amplificación electrónica 9.6.2.7 Comparador electrónico CEJTRONIC 9.6.3 Calibres de tolerancia 9.6.3.1 Calibres tampón para agujeros 9.6.3.2 Otros calibres de tolerancia para agujeros 9.6.3.3 Calibres fijos para verificación ae ejes 9.6.3.4 Calibres de tolerancia ajustables para ejes 9.6.3.5 Calibres para roscas 9.6.3.6 Recomendaciones para el uso y mantenimiento de los calibres 9.6.4 Aparatos especiales de medida y verificación 9.6.4.1 Microcropio de taller 9.6.4.2 Proyector de perfiles 9.6.4.3 Bancos de medida 9.6.4.4 Equipos de verificación múltiple

9.6.4.5

Máq~iinasde medición por coordenadas Verificación y medida de ángulos 9.7 Uso del goniómetro o transpor9.7.1 tador 9.7.2 Medición trigonométrica de ángulos Medición y verificación de conos 9.8 Medición y verificación de la co9.8.1 nicidad Medición y verificación del diá9.8.2 metro del cono Medición y verificación de roscas 9.9 9.9.1 Control del paso Control del perfil de la rosca 9.9.2 Medición del diámetro de flancos 9.9.3 9.9.4 Verificación con calibres-patrón 9.1 0 Medición y verificación de engranajes cilíndricos 9.1 0.1 Medición del espesor del diente 9.1 0.2 Comprobación del perfil del diente Comprobación del paso circular 9.1 0.3 9.1 0.4 Comprobación de la desviación angular 9.10.5 Medición directa de paso 9.1 0.6 Paso base. Espesor base. Medidas fundadas en el paso base 9.1 0.7 Comprobación de la concentricidad 9.10.8 Comprobación de la orientación del diente 9.1 0.9 Control del diámetro primitivo 9.1 1 Comprobación de máquinas herramientas 9.1 1.1 Comprobación de un torno 9.1 1.1.1 Verificación del husillo 9.1 1.1.2 Verificación de la contrapunta 9.1 1.1.3 Otras verificaciones S i s t e m a s de ajuste. Tolerancias de roscas y engranajes 10.1 lntercambiabilidad Sistema de ajustes y tolerancias ISO 10.2 Sistema de eje-único o eje-base 10.2.1 Sistema de agujero-único o agu10.2.2 jero-base 10.2.3 Elección del sistema de ajustes 10.2.4 Selección de ajustes 10.2.5 Eiección del tipo de ajuste según las aplicaciones Diferencias admisibles para medidas sin 10.3 indicación de tolerancias 10.4 Sistema de tolerancias para la rosca métrica /SO 10.4.1 Calidades de tolerancia 10.4.2 Posiciones de tolerancia 10.4.3 Combinaciones de calidades y posiciones de tolerancias 10.4.4 Designación de la tolerancia 10.5 Tolerancias para engranajes 10.5.1 Tolerancias sobre el diámetro exterior 10.5.2 Tolerancias sobre la distancia entre centros 10.5.3 Tolerancias sobre el espesor del diente 10.5.4 Juego entre flancos Mecanismos del torno 11.1 Torneado 11.2 Clases de tornos 11.2.1 Torno paralelo ordinario 11.2.2 Torno paralelo de producción

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11.2.3 11.2.4 11.2.5 11.2.6 11.2.7

11.3

Torno revólver semiautomático Torno copiador Torno al aire Torno automático Tornos especiales Torno paralelo 11.3.1 Partes principales de u n torno paralelo ll.3.l.l Motor 11.3.1.2 Transmisión de fuerza y movimiento 11.3.1.3 Bancada 11.3.1.4 Cabezal o caja de velocidades 11.3.1.5 Contrapunto o contracabezal 11.3.1.6 Mecan;smos para la obtención d e avances 11.3.1.7 Husillo de roscar 11.3.1.8 Eje de cilindrar 11.3.1.9 Carros 11.3.2 Refrigeración en el torneado 11.3.3 Lubricación en el torneado 11.3.4 Normas de seguridad 11.3.5 lmportancia de la manutención del torno 11.3.6 Precauciones para evitar accidentes

14 Trabajos e n e l t o r n o 12.1 Refrentado 12.1.1 Clases de refrentado 12.1.2 Herramientas de refrentar 12.1.3 Montaje de las piezas para refrentar Formas de efectuar el refrentado Velocidad de refrentado Cálculo del tiempo en el refrentado 12.1.7 Refrentado en serie Cilindrado 12.2.1 Clases de cilindrado 12.2.2 Montaje de las piezas para cilindrar 12.2.3 Herramientas de cilindrar 12.2.4 Puesta a punto del torno para el cilindrado 12.2.5 Cilindrado en serie 12.2.6 Tiempo de cilindrado Torneado cónico 12.3.1 Clases de conos 12.3.2 Herramienras para el torneado cónico 12.3.3 Montaje de las piezas para el torneado cónico 7 2.3.4 Importancia de la colocación de la herramienta 12.3.5 Formas de efectuar el torneado cónico 12.3.6 Verificación de conos 12.3.7 Velocidad de corte en el torneado cónico 12.3.8 Cálculo del tiempo en el torneado cónico Torneado excéntrico 12.4.1 Clases de excéntricas 12.4.2 Montaje de las piezas para el torneado excéntrico Roscado en e l torno 12.5.1 Clases de roscado 12.5.2 Sistemas de roscado a torno 12.5.3 Cálculo del tiempo de roscado Torneado de curvas

12.1.4 12.1.5 72.1.6 12.2

12.3

12.4

12.5

12.6

12.6.1

Formas de efectuar el torneado de curvas 12.7 Troceado y ranurado 12.7.1 Herramientas de trocear 12.7.2 Velocidad de corte en el troceado 12.7.3 Avance para el troceado 12.7.4 Sentjdo d e rotación de la pieza para el troceado 12.7.5 Troceado en serie Precauciones que se deben tener 12.7.6 en el troceado 12.7.7 Ranurado 12.8 Moleteado 12.3.1 Clases de moleteado 12.8.2 Utiles o herramientas de moletear 72.8.3 Velocidad de moleteado 12.9 Taladrado y escariado en e l torno 12.9.1 Sujeción de herramienta para taladrar 12.9.2 Movimiento de avance de la herramienta 12.9.3 Precauciones para el taladrado a torno 12.9.4 Escariado en el torno 12.10 Accesorios aplicables a los tornos 12.10.1 Aparato para rectificar en el torno 12.10.2 Dispositivo para tornear levas 12.10.3 Aparato para destalonar 12.10.4 Aparatos para fresar en el torno 12.10.5 Aparatos para fresar roscas en el torno 12.1 1 Otros trabajos especiales 12.1 1.1 Repulsado o repujado a torno 12.1 1.2 Fzbricación d e mueiles y resortes 12.1 1.3 Roscado cónico

13 P r o c e d i m i e n t o s y c á l c u l o d e r o s c a d o e n e l torno

13.1 13.2

13.3

13.4

13.5

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Características de/ roscado a torno Cálculo de las ruedas para roscar en L / torno Regla general para el cálculo de 13.2.1 las ruedas de roscado 13.2.2 Serie ordinaria de ruedas intercambiables de que disponen los tornos 13.2.3 Reducción de milímetros a pulgadas o de pulgadas a milimetros (valores aproximados) 13.2.4 Valores aproximados de ;r para pasos modulares 13.2.5 Pasos periódicos 13.2.6 Construcción de pasos inexactos 13.2.7 Utilización de la caja de avances para pasos n o tabulados 13.2.8 Roscado transversal Procedimientos para e l retorno rápido d e l carro en las sucesivas pasadas durante e l roscado 13.3.1 Retorno del carro tomando referencias 13.3.2 Retroceso rápido por medio del dial indicador Roscas de varias entradas. División delpaso 13.4.1 División del paso por rotación de la pieza 13.4.2 División del paso desplazando longitudinalmente la herramienta 13.4.3 Divis'ón del paso por medio del dial indicador 13.4.4 Otros sistemas de división del paso Práctica del roscado triangular en e l torno

13.5.1

13.6

13.7

Roscado triangular por penetración normal 13.5.2 Roscado triangular por penetración normal y desplazamiento lateral 13.5.3 Roscado triangular por penetración oblicua 13.5.4 Roscadotriangular por encima del centro 13.5.5 Roscado interior Construcción de roscas cuadradas 13.6.1 Pequeños pasos, iguales o inferiores a la cuarta parte del diámetro medio de la rosca 13.6.2 Pasos mayores pero inferiores al semidiámetro medio de la rosca 13.6.3 Pasos grandes, superiores al semidiámetro medio de la rosca Construcción de roscas trapeciales 13.7.1 Pasos pequeños (p < 4 m m ) 13.7.2 Pasos medianos

13.8

13.7.3 Pasos grandes Roscado de visinfines

T o r n o s especiales 14.1 Torno vertical 14.2 Torno a l aire 14.3 Torno copiador 14.4 Torno revólver 14.5 Tornos revólver automáticos 14.6 Tornos automáticos Procesos d e mecanizado e n el t o r n o Proceso de mecanizado Principios generales de análisis de los procesos 15.3 Definición de conceptos básicos 15.4 Proceso de mecanizado de diversas piezas 15.5 Comaaración entre u n proceso unitario y otro serie 15.6 Fases de mecanizado. Hoja de instrucciones

15.1 15.2

Tecnología Mecánica 3

Tema 1.

Conocimiento de la materia

OBJETIVOS

- Dar una base teórica de la constitución de la materia para aplicarla a l conocimiento a'e materiales. - Estudiar las formas de enlace entre átomos, fundamentalmente en los metales. - Estudio elemental de la cristalografía aplicada a metales y aleaciones. - Estudiar las bases fundamentales para el trazado del diagrama de equilibrio. - Interpretar y utilizar los d i a g r a m a más caracteristicos. EXPOSlClON DEL TEMA El estudio clásico de los materiales estaba basado en la práctica y la experiencia; no existía una ciencia de materiales ni una teoría donde apoy:rse, que explicase científicamente las leyes experimentales. La ciencia de los materiales comienza a partir de la teoría atómica de Bohr, con la cual se pueden explicar los enlaces y la estructura cristalina de los materiales. La ciencia de los materiales se complementa también con otras ciencias, tales como la Termodinámica que, mediante el conocimiento de los sistemas de fases y condiciones de equilibrio, abre paso al estudio de las transformaciones en los tratamientos térmicos, y la Resistencia de Materiales que, al establecer los conceptos de tensión y deformación, y l a relación entre ellos, permite explicar el comportamiento de los materiales en los procesos industriales de conformación.

1.1

Constitución d e l a materia

El comportamiento y propiedades de un material son consecuencia de su constitución y su estructura. La constitución comprende las partículas elemendie es, átomos y moléculas así como el r m d o de estar ünidos (enlsces). La estructura de un material se r ~ f i e r ea las diversas formas que pueden tomar los cristales en procesos industriales de conformación y tratamiento, como laminación, forjado, fundido, maquinado, temple, recocido, etc.

_L.,.

1.1 .1 Partículas elementales Se llaman partículas elementales las que componen o forman el átomo (electrón, protón, neutrón, positrón, deuterón, fotón, mesones, etc., son las más importantes).

c; Tecnología Mecánica 3

1.1.1.1

Características de las partículas elementales

Las principales son: masa, carga eléctrica y promedio de vida o vida media (tabla 1. l ) . Tabla 1.1 Características de las partículas elementales principales Nombre

1

Carga

Electrón Protón ,H1 Antiprotón Neutrón Antineutrón Positrón Partícula a 1'1

Masa

1 1836 1836 1837 1837 1 7270

Promedio de vida Estable Estable 15 minutos Estable Estable

Referida a la ael electron

1.2 A t o m o En u n estudio elemental, el átomo se puede considerar formado por u n núcleo (protones y neutrones), donde se concentra la masa con carga positiva; y la corteza, formada por electrones con carga negativa y prácticamente sin masa. Si el átomo n o está excitado, eléctricamente es neutro; es decir, el número de electrones de la corteza es igual al número de protones del núcleo. 1.2.1

Núcleo

El diámetro del núcleo es, según Rutherford, de 10-l2 c m como máximo. Su estructura interna, en realidad, no se conoce exactamente. Se sabe que está formado por protones de carga positiva que corresponde al número atómico (número de orden del sistema periódico), y neutrones que son eléctricamente neutros. El número de protones es lo que caracteriza a u n elemento. Si varios átomos de u n mismo elemento tienen el mismo número de protones y distinto número de neutrones, se denominan isótopos; las propiedades químicas de los isótopos son similares (fig. 1.2); los isótopos ocupan el mismo lugar en la tabla periódica.

1.2.2 Electrones periféricos 20 10

22 10 Ne

Ne

Fig. 7.2 Similitud de los isótopos.

En los problemas técnicos normales, lo que realmente interesa no es el núcleo, sino los electrones periféricos, porque de su comportamiento dependen las propiedades físicas y químicas. En las transformaciones,,los electrones exteriores tienen cambios energéticos; pueden tener diversos niveles, es decir, estar más o menos alejados del núcleo. La excitación de un átomo supondrá una aportación de energia; en consecuencia, los electrones periféricos pasan de un nivel inferior a otro superior más externo; por eso, al calentar u n cuerpo se dilata; inversamente, si hay emisión de energía, los electrones exteriores pasan de un nivel superior a otro inferior; por eso, al enfriarse los cuerpos se contraen. En la figura 1.3 se muestra u n esquema del átomo (A); los electrones exteriores pueden pasar de un nivel a otro: al excitar el átomo, es decir, al darle energía, se observan en el electroscopio diversas rayas o espectros, que corresponden a los diversos niveles.

niveles

1.3

Sistema periódico de los elementos

La ordenación de los elementos, basada en su estructura electrónica, es decir, en orden del número de protones o de electrones, ha dado origen al Ilamado sistema periódico de elementos. El primero en conseguirlo fue Mendelejeef, al ordenar los elementos por su peso atómico (fig. 1 A ) . A

Fig, 1.3 Atomo: A, esquema; E,vista del electroscopio.

Las propiedades químicas y físicas de los elementos son función del número atómico, n o de la masa atómica. Las líneas horizontales se denominan períodos y las verticales grupos. Se llama sistema periódico porque las propiedades químicas se repiten periódicamente (columnas verticales); los grupos o columnas verticales tienen una estructura electrónica exterior similar; por eso sus propiedades físicas y químicas son semejantes. Los gases nobles son inertes, n o reaccionan con ningún elemento; el último nivel de estos gases tiene ocho electrones y se considera completo. En cualquier elemento el número máximo de electrones que puede tener el último' nivel es de ocho.

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CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS.

1.3.1

Metaloides

Los elementos con tendencia a captar electrones se denominan metaloides o n o metales y son malos conductores de la electricidad. Se llaman negativos, porque fácilmente pueden adquirir electrones (cargas negativas); los más negativos son los del grupo 7b, llamados halógenos; son muy activos químicamente; en el último nivel poseen siete electrones.

-

hueco, + )

@

Fig. 7.5 Aromo de flúor. En la figura 1.5 se muestra un átomo de flúor; por tener en la última capa O nivel siete electrones, le será más fácil captar un electrón para completar los ocho, que n o ceder siete. El átomo con exceso de cargas negativas se llama ion negativo.

1.3.2 Metales Los elementos con tendencia a ceder electrones se denominan metales; en general, son buenos conductores de la electricidad y del calor. Se llaman positivos porque fácilmente pueden ceder electrones y quedan con exceso de cargas positivas. Los más positivos son los del grupo l a llamados alcalinos. En la figura 1.6 se muestra un átomo de sodio; por tener en la última capa u n solo electrón, le será más fácil cederlo que captar siete. El átomo, con exceso de cargas positivas, se llama ion positivo.

Fig 1 6 Alomo de s o d ~ o .

1.4 Enlace

r'\

j Pr

Se denomina enlace la manera en que se unen los átomos entre sí; la resistencia y dureza de un cuerpo dependen de las fuerzas de enlace; si el acero es resistente y duro, es porque las fuerzas de unión entre sus átomos son grandes.

1.4.1 Enface iónico

El enlace iónico es el más sencillo y fácil de comprender; se forma entre iones de distinta carga. Un ejemplo caracteristico de enlace iónico es el cloruro de sodio, ClNa (fig. 1.7). Las fuerzas de atracción, entre iones de signo contrario, son electrostáticas, llamadas fuerzas de enlace. El Na cede un electrón quedando ionizado Na' y el CI capta el electrór, cedido p o r el sodio, quedando también ionizado CI-; los iones cargados de distinto signo se atraen por fuerzas eléctricas.

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@--@; -

Na

Cl

Fig. 1.7 Enlace iónico: CI Na.

1.4.2 Enlace covalente El enlace covalente se produce cuando se unen químicamente elementos que no son metálicos. En el enlace covalente n o hay transferencia completa de electrones desde u n átomo a otro, pero sí una penetración mutua de las órbitas de los electrones de la última capa, compartiendo u n par de electrones que quedan resonando entre ambos núcleos, es decir, formando una nube electrónica común (fig. 1.8). La unión c o n enlace covalente es m u y intima y fuerte, es decir, proporciona fuerzas atractivas intensas entre los átomos que une. La dureza del diamante se debe al enlace covalente entre atomos de carbono.

despues del enlace

antes del enlace

Fig. 7.8 Enlace covalente.

1.4.3 Enlace metálico Los metales tienen algo característico como es el brillo metálico, el color gris, blanco o amarillo; son buenos conductores del calor y de la electricidad; tienen una estructura cristalina poliédrica, cuyos cristales se pueden deformar sin romperse; a esto se debe su maleabilidad y ductilidad. El enlace metálico participa del iónico y covalente; se caracteriza porque sus electrones de valencia están muy sueltos y tienen una libertad relativa para desplazarse .en los átomos. Si los átomos no están excitados exteriormente, mediante energía eléctrica o calorífica, los electrones se mantienen oscilando en sus posiciones de equilibrio (fig. 1.9). Estos electrones libres, al igual que las moléculas gaseosas, se mueven por la red cristalina, formando una nube electrónica común, que une a todos los iones positivos: el brillo característico d e los metales se debe a esa nube de electrones libres. La luz y el calor pueden provocar una emisión de electrones en los metales, sin alteración de los mismos.

Fig. 1.9 Enlace metálico.

1.5 Estado cristalino En algunos cuerpos, el paso de líquido a sólido se hace bruscamente, en determinadas condiciones de temperatura y presión, apareciendo el estado cristalino. En Química se consideran sustancias sólidas solamente las cristalinas; el otro estado es el vítreo, que se caracteriza por una solidificación progresiva, que da lugar a una estructura amorfa. En el estado cristalino, a! solidificarse la sustancia, sus átomos se agrupan ordenadamente originando formas poliédricas, llamadas cristales. Cada sustancia cristaliza en una forma característica que permite identificarla. En el estado vítreo los átomos se agrupan desordenadamente.

Fig. 1.10 Cristales metálicos.

1.5.1

Sustancias cristalinas

Su característica fundamental es que los átomos, iones, moléculas o conjunto de moiéculas se unen ocupando posiciones geométricas en el espacio. Cada sustancia tiene una posición geométrica diferente, llamada cristal o red cristalina. cúbico

simple

centrado en las caras rornboédrico

- Cristales iónicos. Su característica es la dureza y la fragilidad; funden a elevada temperatura; su conductividad eléctrica es mediana. Ejemplo de cristal iónico es la sal común (Cl Na). - Cristales covalentes. Su caracteristica principal es la elevada dureza y fragilidad, considerándose indeformables; son malos conductores de la electricidad. Ejemplo característico de cristal covalente es el diamante (carbono puro cristalizado). - Cristales metálicos. Se caracterizan por ser blandos y fácilmente deformables; son opácos y buenos conductores del calor y de la electricidad. Se llama sistema cristalino a la forma geométrica que forma e! conjunto ordenado de átomos, iones o moléculas (fig. 1.10). La mayoría de los metales y aleaciones pertenecen a los sistemas cúbico, hexagonal y romboédrico (fig. 1.1 1).

1.5.1.1

centrado

Fig.

1.11 Sistemas de cristalización.

Isomorfismo. Polimorfismo. Alotropía

Dos o más sustancias se llaman isomorfas, cuando sus cristales tienen la misma forma poliédrica.

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1.5.1.3 Solidificación de metales puros Al pasar una masa de metal liquido al estado sólido con enfriamiento uniforme, la red cristalina se va formando a partir de un núcleo central alargado sobre el que van apareciendo otros núcleos en planos perpendiculares, llamados dendritas, sobre los cuales se edifica la red (fig. 1.19); las dendritas son propias de metales dúctiles y maleables. Si la superficie del metal se pule y ataca con un reactivo apropiado y se observa al microscopio, se pueden apreciar los bordes de los granos en forma poligonal (fig. 1.20). Fig. 1.19 Dendritas.

1.5.1.3.1 Aleaciones Los metales químicamente puros tienen poca aplicación en la industria porque son difíciles de obtener y muchas de sus propiedades no satisfacen las exigencias técnicas requeridas. La conductividad eléctrica y la resistencia a la corrosión aumentan con la pureza del metal. Si a u n metal se le adiciona otro metal distinto, forma una aleación. Las propiedades mecánicas de la aleación, como l a tenacidad y dureza, quedan muy mejoradas. Las aleaciones pueden formar un sistema binario, por ejemplo, acero al carbono (Fe, C); algunas aleaciones pueden tener hasta siete elementos, por ejemplo, aceros rápidos (Fe, C, Co, W, Cr, V y Mo).

Fig. 1.20 Forma poligonal de una superficie metálica vista al microscopio.

1.6 Disolvente y soluto Dos o más elementos son solubles cuando pueden formar parte del mismo edificio cristalino en estado sólido. Se llama disolvente al que entra en mayor proporción y soluto al que entra en menor proporción. En el caso de que los elementos solubles no tengan la misma red cristalina, se considera como disolvente el que conserva su red, aunque esté en menor proporción. La solubilidad en estado líquido, normalmente es posible en cualquier proporción de los componentes; al solidificarse pueden producirse transformaciones, dando origen a fenómenos complejos, como reacciones químicas, con la aparición o desaparición de compuestos químicos y transformaciones alotrópicas.

1.6.1 Soluciones sólidas Las aleaciones metálicas son soluciones sblidas entre dos o más elernentos. Según se dispongan los átomos del disolvente y soluto, se pueden obtener varios tipos de solución. Fig. 1.21 Solución de sustitución.

Se llama solución de sustitución cuando los átomos del disolvente y roluto tienen una red cristalina similar y los dos forman parte del mismo edificio cristalino (fig. 1.21). Se llaman soluciones de inserción cuando el átomo del soluto es muy pequeño y se sitúa en el interior del cristal del disolvente. En la figura 1.22 se presenta un caso límite de diámetro máximo posible para formar la inserción. La curva de solidificación de una aleación es distinta a la de un metal puro (fig. 1.23); como puede observarse, la solidificación tiene lugar entre las temperaturas T , y Tb.

liquido

de la red

n intervalo

s6lido tiempos

Fig. 1.23

Curva de solidificación de una aleación.

Fig. 1.22 Solución de lnserclón; caso /ímlte.

,'

i/

o, o,

=m ='E

'.tomo tnterstic~al

1.6.2 Fase Es una o cada una de las porciones físicamente homogéneas de un sistema. La fase puede ser sólida, liquida y gaseosa.

1.6.2.1 Grados de libertad Es el número de condiciones, temperatura, presión, concentración, etc., que pueden modificarse libremente.

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1.6.2.2 Regla de las fases En un sistema heterogéneo en equilibrio, el número de fases F más los grados de libertad L es igual al número de componentes C más 2:

1.7 Diagramas de e q u i l i b r i o d e u n a aleación y trazado de los mismos

En una aleación metálica los factores que intervienen en la transformación son la concentración y la temperatura. La representación gráfica de dichas transformaciones se llama diagrama de equilibrio.

1-7.1 Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado sólido y líquido Se considera una aleación binaria de componentes A y 5, que son totalmente solubles en estado líquido y sólido. El diagrama de equilibrio tiene que representar todas las aleaciones que se pueden formar con A y B, desde un 100 % de A y un O % de B, hasta un 100 % de B y un O % de A. Para trazar el diagrama de la figura 1.24C, se procede como sigue: Se elige un número d e aleaciones con distintos porcentajes de A y B. Una a una, se funden y se dejan enfriar lentamente, registrando en u n gráfico temperaturatiempo los puntos críticos de cada una (fig. 1.24A). Los puntos 7 de cada curva corresponden al comienzo de la formación de cristales d e la aleación correspondiente (principio de solidificación), y los puntos 2, a la formación del último cristal (final de solidificación). 2.O Se llevan estos puntos (temperatura) al gráfico temperatura-concentración (figura 1.24B) colocándolos en la vertical de la aleación correspondiente. 3.0 Se unen con una linea todos los puntos 1, y con otra, todos los puntos 2, teniendo así l a figura 1.24C, que es el diagrama d e equilibrio de la aleación A-B. 1.O

tiempos

tiempos

1W % A

Fig. 7.24 Diagrama de equilibrio: A, diagrama de enfriamiento; B , diagrama temperaturaconcentración; C, diagrama de equilibrio.

1.7.1.1 Significado de las líneas en estos diagramas La Iínea que une todos los cuntos ( l ) , donde empiezan a formarse los cristales, Iínea que separa la fase líquida del resto del diagrama, se llama línea de líquidos. Por encima de esta linea todas las aleaciones estarán fundidas. La linea que une todos los puntos (2),en las que se han formado los ÚItimos cristales quedando toda la masa solidificada, se llama línea de sólidos. Por debajo de ella, todas las aleaciones estarán completamente solidificadas. En este diagrama se puede saber cuál es la temperatura a la que empiezan a fundirse las aleaciones y aquella otra a la que estarán completamente fundidas. Para ello, basta trazar una Iínea vertical por el punto correspondiente a la concentración que interesa (línea m-n de la figura 1.24C); los puntos donde corta a la línea de sólidos y a la de líquidos, dan en la escala de temperaturas los valores pedidos: 7s y TL. También podría servir para determinar qué composición debería tener una aleación de los elementos A y B para que funda a una temperatura determinada.

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C

1LQ%

E

Ejemplo Se quiere saber cuál es la concentración de la aleación A - B de la figura 1.24C que empieza a fundir a 1 025 "C. Solución: En la figura, se busca en la escala de las temperaturas la de 1 0250 y se traza una horizontal hasta la linea de sólidos; por el punto XS se traza una vertical hasta la escala de las concentraciones; el resultado es: X = 87 % de elemento A y ( 1 0 0 - X) del B, es decir, la aleación A B 87-13.

1.7.1.2 Significado de las zonas de estos diagramas Las líneas de sólidos y de líquidos dividen todo el diagrama en tres zonas o campos; dentro de cada uno de ellos toda la aleación está formada por las mismas fases. En cada punto de la zona, cada fase está perfectamente definida.

1

l

1

L = zona de líauidos

1

, coricentraciones

Fig. 1.25 Zonas de un diagrama de equilibrio.

Así, en la figura 1.25, cualquier punto de la zona L representa una fase única: líquido homogéneo de concentración, la de la aleación correspondiente y más o menos fluido, según esté más o menos alejado de la Iínea de líquidos. En la zona S también hay una sola fase: la sólida, de concentración igual a la de la aleación correspondiente. Las ca;acterísticas mecánicas dependerán de la temperatura a que se encuentren. En la zona comprendida entre las Iíneas de líquidos y de sólidos hay dos fases: fase Iíquida y fase sólida. Las cosas aquí ya n o son tan sencillas: la concentración depende de la temperatura. Se puede analizar lo que sucede con una aleación de 7 0 % de A y 3 0 % de B. Para ello se eligen algunas temperaturas a lo largo de la Iínea. 1.0 Se traza una vertical a-e por la concentración A - B 70-30. Por debajo de bs todo está en fase sólida y de concentración A B 70-30. 2.O 3.O Por encima de d L t o d o está en fase liquida y con idéntica concentración A B 70-30. 4.O Entre bs y dL, a medida que aumenta la temperatura va aumentando la fase líquida y disminuyendo la sólida. La concentración se va empobreciendo del elemento de menor punto de fusión y se va enriqueciendo del de mayor punto de fusión. Las concentraciones de cada fase para el punto c son las que cletcrnina la Iínea de igual temperatura, al cortar a las líneas de líquidos y de sólidos respectivaniente: C L indica la concentración del Iíquido y que es, según el diagrama, 4 2 % de A y 58 % de B. c s indica la concentración del sólido, y que en el diagrama es 8 0 % de A y 20 % de B. La cantidad r e l a t i ~ ade cada fase ( O L y 0s) está determinada por la ley de la palanca, como brazos de las respectivas fases L y S: y supuestos los segmentos

m

y como:

Os = 1 0 0

-

QL

que, sustituido en [l], se tiene:

Q L G = (100 - Q L )

.

Desarrollando y despejando O L se tendrá:

QL=

= 100

@ - Q L G

QL-

+ QL-

100

Q L (q.T

Y sustituyendo en [31:

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+

CCS) = 1 0 0 CCS

sustituyendo en [4] y [5] los valores de los segmentos medidos en el diagrama se tendrá: QL =

'O0 4 4 8'5

Qs =

1 0 0 x 35,5 44

=

21,25 % de liquido

= 88,75 % de sólido

Para otro punto cualquiera n, también se tendrá de la misma manera: la fase Iíquida nL = 40 % de B y 60 % de A y para la fase sólida ns = 1 0 % de B y 90 % de A y las cantidades relativas:

-

os =

'O0

28

17'5

= 62,5 % de la fase liquida

1 0 0 x 10,5 28

= 37,5 % de la fase sólida

Véase cómo se cumple también esta dediicción para los puntos bs y dL: Para bS, la fase importante es la sólida ya que la Iíquida es incipiente. Para la fase Iíquida la concentración es b~ = 28 % de A y 7 2 % de B; a la fase sólida le corresponde la misma concentración d e la aleación: 7 0 % de A, 30 % de B ; y los contenidos son según las fórmulas [4] y [5]:

como debía ser. Para el punto d L la fase importante es la Iíquida, ya que la sólida es simplemente de trazas residuales: dL = 7 0 % de A y 3 0 % de B ; ds = 7 % de 5 y 93 % de A y las cantidades: QL =

'O0 2 2 22

Qs

=

'O0 2 2

En la zona de fase ( S temperatura.

+

O

= 1 0 0 % de fase líquida

= O

% de fase sólida

L), el estado del conjunto será más o menos pastoso según la

1.7.2 Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido Para trazar el diagrama de una aleación de este tipo se elige un número determinado de aleaciones con distintos porcentajes de los elementos y se representan sus curvas de enfriamiento en el diagrama temperatura-tiempo (fig. 1.26A). Las curvas I y VI corresponden a los elementos puros. En ellas, desde que empieza a formarse la primera partícula sólida, punto 1, hasta que toda la aleación está solidificada, punto m, la temperatura permanece constante. Las otras curvas resultan más complejas; así en la curva II, al llegar al punto 7, empiezan a formarse cristales del elemento A, hasta llegar al punto 2. Desde 7 a 2 la parte Iíquida va empobreciéndose de componente A, por tanto, enriqueciéndose del B. A l llegar a 2, se mantiene la temperatura constante mientras se van formando

T

I I I I I l Y P P I .

&+\\Q

65 A

2

tiempo

*

3 2 3

k

:m a A0

B

concentracidn

Fig. 1.26 Diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado líquido e insolubles en estado sólido: A, curvas de enfriamiento; B, diagrama de equilibrio.

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cristales del componente A y del componente B; estos cristales de A y B son m u y finos e íntimamente mezclados formando cristales mayores mixtos. Cuando ya n o queda más liquido vuelve a descender la temperatura. Con las curvas IV y V pasa algo semejante, pero con la particularidad de que en los puntos I empiezan a formarse cristales del componente B, y al llegar a 2, empiezan a solidificarse a la vez cristales de A y B , en las mismas condiciones que en 11. Si se van haciendo pruebas con aleaciones intermedias entre II y I V se encontrará con una como la 111, en la cual desaparece la zona de formación de cristales puros. N o hay formación de cristales hasta llegar a 2 y se mantiene a igual temperatura hasta la total solidificación. Los cristales formados son iguales a los formados en las curvas 11, IV y V en su último intervalo 2-3. La simple observación de estas curvas lleva a la conclusión de que en todas las aleaciones de A y B, sea cual sea su concentración, la temperatura a la que acaban de solidificar es la misma. Luego se verá la importancia de este fenómeno. Llevando estos datos a u n sistema de temperatura y concentración y uniendo los puntos de iguales caracteristicas, los 7, los 2 y los 3, resulta el diagrama de equilibrio de la figura 1.268.

1.7.2.1 Significado de las líneas de este diagrama La Iínea que une los puntos donde empieza la formación de los primeros cristales es la linea de líquidos, Por encima de ella todas las aleaciones están en estado Iíquido. La Iínea que une todos los puntos donde terminan de formarse todos los cristales es la línea de sólidos. Por debajo de ella todas las aleaciones están en estado sólido. Con estos diagramas, igual que con los anteriores, podremos saber los puntos de fusión y solidificación de cualquier aleación; o también determinar cuál debe ser la composición para que funda a una temperatura determinada. Y lo que suele resultar más interesante es saber cuál es la aleación de punto de fusión más bajo, a la cual se llama aleación eutéctíca. En la figura 1.26A corresponde a la aleación III. 1.7.2.2 Significado de las zonas del diagrama La línea de sólidos y de liquidos divide todo el diagrama en cuatro zonas o campos; dentro de cada una de ellas toda aleación está formada por las mismas fases y en cada punto de esas zonas cada fase está perfectamente definida. Así, en la figura 1.27A, cualquier punto de la zona L representa una fase única: Iíquido homogéneo de concentración de la aleación correspondiente más o menos fluido, según esté más o menos alejado de la línea de líquidos. En la zona L + A existen dos fases bien definidas: una de Iíquido y otra de cristales de la aleación A. Véase qué pasa con una aleación de n-ienor contenido de B que la aleación eutéctica, por ejemplo la representada por la linea a-d: 1.O En el punto a, como ya se ha dicho, t o d o el Iíquido es de concentración A B 70-30, que es la de la aleación. 2.0 En el punto bL, empiezan a formarse las primeras trazas de cristales de A. La concentración de la fase líquida es de AB 70-30 y la correspondiente a los cristales, la del punto bs, que es AB 100-00. 3.O En el punto n se tienen cristales de concentración n s = AB 100-00 y Iíquido de concentraciCn n~ = A B 64-36. Las cantidades relativas de cada fase se obtienen estableciendo la misma proporción que antes y despejando:

como:

se tiene igual que se hizo en el apartado 1.7.1.2.

Fig. 1.27A

Zonas del diagrama de equilibrio.

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sustituyendo en [8] y [9] los valores de los segmentos, se tendrá: 100 x 9 14

QL=

'O0 Os=

14

=

64,28 % de la fase liquida

= 35,72 % de la fase sólida

4.O En el punto d, se tienen cristales de concentración ds = AB 100-00 y el resto será liquido cuya concentración es la del punto c ; es decir, el de la aleación eutéctica dL = A B 60-40. La cantidad del liquido QL valdrá:

de fase líquida.

fase sólida de cristales del componente A. A partir del punto d hacia abajo, las aleaciones están formadas por los cristales de 5.O formados entre bL y d (llamados cristales primarios de A ) y de cristales nlixtos de B y A (estos cristales de A se llaman secundarios). Las concentraciones, naturalmente, son el 3 0 % del total de B y 7 0 % de A , subdividido en 52,64 % de A primaria y 7 0 - 52,64 = 17,36 de A secundaria. Los cristales mixtos de A B formarán el 47,36 % del total y tendrán la concentración eutéctica A B 60-40. Con una aleación eutéctica, línea 111, las cosas resultan mucho más sencillas: 1.O En un punto e dentro de la zona L, como en las anteriores, la aleación se encuentra en estado líquido y los componentes perfectamente disueltos; el porcentaje es, naturalmente, el de la aleación A 6 60-40 y así hasta el punto c. 2.0 A l llegar al punto c empiezan a cristalizar simultáneamente cristales del componente A y del componente B, íntimamente mezclados, formando cristales mixtos de composición total eutéctica. 3.O Por debajo de c, y hasta llegar a la temperatura ambiente, no hay cambio alguno. La aleación eutéctica tiene la gran ventaja de fundir a la más baja temperatura posible de estas aleaciones; por tanto, son las ideales para obtener piezas fundidas, llenan mejor los moldes y resultan muy homogéneas. Finalmente, véase qué sucede con una aleación con mayor contenido de B que las eutécticas, línea v. 1." En el punto k se tiene liquido homogéneo de concentración igual a la de la aleación. 2 . O En e empieza a formarse fase sólida de cristales del componente B, en contacto con la fase líquida. 3." En p , dentro de la zona L iB, ya se tienen las dos fases: la liquida y la sólida. La sólida está formada por cristales puros de B. La líquida de aleación A - B con concentración PL = A B 43-57. La cantidad relativa de ambas fases se obtiene como en casos anteriores:

QL

=

100.pPs -PLPS

=

1 0 0 x 9,5 16,5

= 57,57 %

de fase liquida.

de la fase sólida B. 4.0 A l llegar a q, la fase liquida tiene una concentración c = A 6 60-40, la de la eutéctica, y la sólida continúa siendo de cristales d e elemento puro B. Las cantidades de una y otra son:

de fase líquida.

de fase sólida de cristales B. 5.0 En este momento, en que la concentración d e la fase liquida es la eutéctica, se transforma toda ella en fase sólida formada por cristales mixtos del elemento A y el B de concentración, la eutéctica.

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I

j i

1

eutbctica

C

2 0 Fig. 7.275 Diagrama para hallar e/ porcentaje de cada fase.

Así, pues, en esta zona se hallan en equilibrio cristales de B libres y cristales mezclados de A y B. Así sucede con todas las aleaciones comprendidas entre la aleación eutéctica y la de 100 % de B. En todas estas aleaciones se observa cómo las aleaciones al llegar la línea de líquidos se empobrece del elemento de concentración mayor que la eutéctica. . . Las aleaciones anteriores a la eutéctica se llaman hipoeutécticas y las posteriores hipereutécticas. En la figura 1.27B se muestra un gráfico en el que puede hallarse directamente el porcentaje de cristales formados de una y otra fase a temperaturas inferiores a la eutéctica. El diagrama estudiado es un caso límite; l o más ordinario es que los elementos no sean completamente miscibles y entonces el diagrama toma formas como el de la figura 1.28, que corresponde a aleaciones Ag-Cu.

1.7.3 Diagrama de equilibrio con transformaciones en estado sólido

Entre los diagramas de equilibrio, el de las aleaciones hierro-carbono e s el más importante, desde el punto d e vista práctico. Este diagrama s e estudiará exhaustivamente en el tema 4. Para facilitar la asimilación de los conceptos que se han explicado, se va a considerar una zona del diagrama; concretamente la comprendida entre O y 1,7 % de c. Es preciso aclarar de entrada que el carbono aparece formando carburo de hierro Fe,C (6,67 % de C y 93,33 % de Fe) por l o que seria más real hablar de aleaciones de hierrocarburo de hierro. En este diagrama parcial se eligen tres aleaciones tipo, señaladas con las cifras 11, III y iV (fig. 1.29). eutbctica

600 0.0 Ag 1 -

1

0.2

2 OL

06

0.8

ro

fracción molar del cobre

Fig. 7.28 Diagrama de equilibrio de una aleación Ag-Cu.

+

ferrita austenita '\ cementita

+ austenlta ferrita

+

perlita

\

cementita + perilla

\

b %C %Fe$

l

1

I

1

0

089

8

t

o

1

l

1.76

70

Fig. 1.29 Detalle del diagrama hierrocarburo de hierro en la zona de los aceros.

1.o Aleación de 0,85 % de c (linea 111). En a toda la aleación está en estado líquido. En b empiezan a formarse cristales de austenita. En c se tiene fase líquida y fase sólida. En d se solidifica el último resto de líquido. los cristales son todos de austenita, solución sólida de cementita (Fe3C) Entre d y en hierro y. En A,., el hierro y (c. c. c.) se transforma en hierro u (c. c.) y ya no es capaz de mantener disuelta a la cementita. Los cristales de ausienita se transforman en siros de hierro o: (ferrita) y carburo de hierro (cementita), llamados perlita. 2 . O Aleaciones de menos de 0,85 % de C (linea 11). Todo sucede de igual modo que en la aleación III, hasta llegar al punto A,. En este momento empiezan a transformarse los cristales de hierro y en hierro u, o ferrita. En n ya se habrá transformado una serie de cristales de hierro y en hierro u. La concentración y cantidad de cada fase se logra como en los casos anteriores: - Los cristales de ferrita son hierro puro. - LOS cristales de austenita tienen la concentración correspondiente al punto n y (en la figura ~ 0 , 5 5% de C).

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Las cantidades estarán en la relación:

de hierro a primario.

de austenita. A l llegar a A , se tendrá cristales de hierro a y líquido de concentración de la de C) y s1; cantidades serán:

(0,85 %

d e ferrita.

d e austenita. A partir de A , hacia abajo, la ferrita primaria sigue igual y la austenita de concentración 0,85 % de C se transforma en perlita.

3.0 Aleación de más de 0,85 % de carbono (línea IV). Todo sucede como en los otros dos casos hasta llegar al punto Acm. En este momento empiezan a formarse cristales de cernentita. A partir d e ese punto va empobreciéndose la austenita en contenido de carbono y al llegar al punto A l habrá alcanzado la concentración del A , - 3 (0,85 % de C). En los puntos intermedios entre Acm y A , se puede saber la concentración de la austenita y la cantidad d e clla y de la cementita segregada, igual que se halló hasta aquí. Para m se tendrá que la concentración de austenita es la correspondiente al punto m,, l de C y las cantidades: en la figura ~ 1 , %

de cristales de cementita y:

de austenita. Por debajo de A, la austenita se transforma en perlita, y la cementita sigue como tal. Si se compara la apariencia de esta parte del gráfico con el diagrama de aleaciones eutécticas se aprecia la similitud de formas y su comportamiento semejante. Hay, con todo, una diferencia muy grande y es que en el diagrama hierro-carbono se parte de una aleación en estado sólido y las transformaciones se logran siempre en este estado. Debido a esta similitud, a la aleación de 0,89 % de C se le llama eutectoide, por semejanza a la eutéctica de aquellos diagramas. El constituyente eutectoide es la perlita: cristales mixtos de los dos componentes, hierro y carburo de hierro, también como en aquéllos, que eran cristales mixtos de A y B. Las aleaciones de menos de 0,89 % d e C se llaman hipoeutectoides y las de más de 0,89

1.7.4

Condiciones para que dos metales sean totalmente solubles

Para q u e la solubilidad d e d o s metales s e a total, en estado líquido y s ó lido y e n cualquier proporción, los metales deben ser: - Completamente miscibles. - Pertenecer a la misma red cristalina. - De propiedades químicas semejantes. Ejemplos d e solubilidad total son: Cu-Ni y Ag-Au.

Tecnología Mecánica 3

1.8 Obtención de piezas por moldeo En la obtención de piezas con arranque de viruta, la estructura de la superficie apenas si sufre transformación alguna. Sin embargo, en las piezas obtenidas por moldeo, las alteraciones superficiales e interiores pueden ser considerables, por lo que se deben tomar ciertas precauciones. Las precauciones a tomar dependen de la forma de la pieza y de la responsabilidad de la misma. Para un buen moldeo se debe tener en cuenta: - Forma de entrada de la masa líquida en el molde. - Construcción correcta del molde. - Velocidad de enfriamiento. zona erosionada

Fig. 7.30 Colada directa.

1.8.1 Forma de entrada del líquido en el molde Cada pieza necesita un estudio particular, según su forma y la finalidad de la misma; la colada puede ser: Directa (fig. 1.30). Es poco recomendable, produce turbulencias y deteriora la base sobre la cual incide la masa líquida. En la base superior quedará m u y marcado el efecto del rechupe. Colada por la base (fig. 1.31). La entrada es suave y sin turbulencias; si la pieza es de poco espesor y la longitud considerable, el metal de la parte superior se solidifica y n o llena bien el molde. Colada por el costado (fig. 1.32). Los moldes han de estar partidos: aunque produzca alguna turbulencia, este sistema es propio para grandes moldes; con la mazarota se evita el defecto del rechupe. Colada escalonada (fig. 1.33). Es recomendable para piezas delicadas y sobre todo para aquéllas cuya sección sea muy variable,

Fig. 1.31 Colada en sifón.

Fig. 7.32 tado.

Colada por el cos-

Fig. 1.33 Colada escalonada.

1.8.2 Construcción correcta del molde Fig. 1.34 Principios de grietas por fusión en moldes con aristas vivas.

En piezas fundidas se debe evitar siempre las aristas vivas del molde; al enfriarse los cristales se van orientando respecto a las caras del mismo pudiendo originar defectos y hasta roturas. En la figura 1.34 se muestra una estructura de pieza fundida con aristas vivas; al estar los cristales en distintas direcciones la estructura es menos resistente y tiende a desprenderse. En la figura 1.35 se muestra la estructura de una pieza fundida c o n aristas redondeadas; como puede observarse, la estructura es uniforme y de más calidad que la anterior. Según la forma de la pieza, se debe tener en cuenta la posición de la misma, procurando siempre que la base mayor quede hacia arriba. La pieza de la figura 1.36, en la posición B, puede producir rechupes internos, por l o que resultará más defectuosa que si se funde en la posición A.

-

1.8.3 Velocidad de enfriamiento

Fig.

1.35 Las aristas redondeadas proporcionan piezas sin grietas.

La uniformidad de la estructura de una pieza fundida depende de que la velocidad de enfriamiento sea pequeña; una mayor velocidad de enfriamiento provoca una cristalización rápida y da lugar a una estructura defectuosa. En la figura 1.37 puede apreciarse la estructura de una misma pieza enfriada a distinta velocidad.

Tecnología Mecánica 3

-

A upe interno

molde metálico frío (enfriamiento rápido1

A

Fig. 1.36 Rechupes internos: A, posición correcta; B , posición incorrecta.

molde rnetAlico cahente (enfriamiento semirrdpidol

Fig. 1.37 Infhencia de la velocidad de enfriamiento: A, enfriamiento rápido; 8, enfriamiento semirrápido; C, enfriamiento lento.

CUESTIONARIO 1.1 Explicar en qué consisten los enlaces iónico, covalente y metálico. 1.2 ¿Qué son sustancias cristalinas? 1.3 Redes cristalinas de los metales. 1.4 Aleaciones. 1.5 Soluciones sólidas. Fase. Grado de libertad. Regla de fases. 1.6 Trazar el diagrama de equilibrio de aleaciones totalmente solubles en estado sólido y liquido . Explicar su significado. 1.7 Diagrama Fe-C. 1.8 Condiciones de solubilidad total de dos metales.

BIBLIOGRAFIA LUCCHESI D., Metalotecnia, Editorial Labor, S. A,, Barcelona 1973. E. P. S., Tecnología Mecánica, Librería Salesiana, Barcelona 1965. REMY A., Matériaux, Fédération des Ecoles Techniques de Suisse, Neuchtitel.

Tema 2.

,molde de arena (enfriamiento lento)

Clasificación y designación de los materiales

OBJETIVOS - Definir y conocer los productos férreos y sus aleaciones; clasificación numérica y simbólica, según las normas UNE. - Definir y conocer las aleaciones del cobre. - Definir y conocer las aleaciones ligeras; clasificación numérica y simbólica, según las normas UNE. - Dar una idea general de los materiales antifricción, sinterizados y plásticos.

EXPOSlClON DEL T E M A Entre los materiales empleados en la industria, destacan principalmente los metales y sus aleaciones. Ocupan el primer lugar las aleaciones férreas que pueden ser aceros o fundiciones (ver cuadro adjunto). También tienen importancia las aleaciones de cobre, aluminio y magnesio. El uso de los plásticos es un nuevo campo abierto, de innumerables aplicaciones

Tecnología Mecánica 3

N o aleados

Aceros de base Aceros de calidad Aceros especiales

Aleados

Aceros de calidad Aceros especiales

N o aleadas

Gris Blanca Atruchada Maleable perlitica Maleable blanca Meleable negra De grafito esferoidal

Aceros ( U N E 36-004-78) ,leaciones férreas U N E 36-001 -78 )

Fundiciones ( U N E 36 003 4." R )

j

Ordinarios Al Al Al Al Al

Bronces Especiales

cinc plomo fósforo silicio aluminio

Aleaciones de cobre (UNE 37 102 2." R ) A l plomo A l manganeso A l estaiio

Latones Especiales

\

8

Clasificación

Serie L-1XXX metales ligeros

y designa15611

y aleaciones madre

de las principales aleaciones metálicas Serie L-2XXX aluminio y aleaciones de aluminio para moldeo (UNE 3 8 2 0 0 l.a R)

Aleaciones ligeras R) (UNE 38 001 l.a

Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo

L-11XX L-13XX L-13XX L-15XX L-18XX

L-20XX L-21XX L-23XX L-25XX L-26XX Grupo L-27XX Grupo L-29XX

Grupo Grupo Grupo Grupo

L-30XX L-31 XX L-33XX L-34XX L-35XX L-37XX L-38XX L-39XX

A l hierro y manganeso

aluminio magnesio berilio titanio aleaciones madre a base de A l (UNE 3 8 1 8 0 a 38 1%) aluminio aleaciones CU-Al aleaciones A l - M g aleaciones Al-Si aleaciones Al-Zn aleaciones Al-Sn aluminio aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones aleaciones

Serie L-3XXX aluminio y aleaciones de aluminio para forja

Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo Grupo

Serie L-5XXX aleaciones d e magnesio para moldeo

Grupo L-51XX aleaciones M g - A l Grupo L-52XX aleaciones M g - Z n

Serie L-6XXX a'eaci0nes de magnesio para forja

Grupo L-61 XX aleaciones M g - A l Grupo L-62XX Mg-Zn Grupo L-63XX aleaciones M g - M n

Serie L-7XXX aleaciones de titanio Serie L-9XXX aleaciones de berilio

Tecnología Mecánica 3

Al-CU Al-Mg Al-Mg-Si Al-Si Al-Zn Al-Mn Al-Sn

2.1

Productos férreos

( U N E 36-001- 7 8 )

Son las aleaciones en las que el elemento quimico hierro es predominante. S e clasifican en hierros, fundiciones, aceros, ferroaleaciones, aleaciones férreas especiales y conglomerados férreos. 2.1.1 Hierro Con la denominación de hierro s e designa: - El elemento químico hierro. - Los productos férreos de los que pueden formar parte otros elementos solamente con carácter de impureza. - Los productos férreos obtenidos por reducción d e u n mineral férreo o por un afino con trabajo mecánico. 2.1.1.1 Hierro elemento Es el elemento químico número 26 d e la tabla periódica. Metal blanco brillante, moderadamente blando. Por debajo de 7 6 8 oC, bajo la acción de un campo magnético, adquiere una intensa imanación, que desaparece cuando s e elimina el campo. Sus datos característicos s e indican en la tabla 2.1.

Tabla 2.1

Características del hierro-elemento

Símbolo Peso atómico Valencia Densidad Punto de fusión Punto de ebullición Estructura cristalina

Volumen atómico Calor específico Calor de vaporización Calor de fusión Conductividad eléctrica Conductividad térmica

Observaciones

Valor

Concepto

Fe

55,847 2-3 7,86 1535 "C 3000 "C Cúbica centrada Cúbica de caras centradas Cúbica centrada

7,l 0,11 callg 84,6 3,67 0,10 0,18

Hasta 900 "C (hierro a ) De 900" a 1400 O C (hierro y ) Desde 1 400" hasta 1 535 "C (hierro d = = hierro a )

O C

kcal/átomo gramo kcaliátomo gramo microsiemens cal/cm3 "C seg

Punto de ebullición Desde O a 20 "C Temperatura ambiente

2.1 .1.2 Hierro industrialmente puro Es el obtenido industrialmente, que contiene del 99,5al 99,9% de hierro elemento; si s e presenta en partículas finamente divididas s e conoce industrialmente con el nombre de polvo de hierro. 2.1 .1 .3 Hierros industriales Son los obtenidos por reducción d e los minerales férreos o por afino con trabajo mecánico.

2.2 Acero: definición general y clasificación (UNE 36-004-78) Es un producto férreo, generalmente apto para la conformación en caliente. Con excepción de ciertos aceros, d e alto contenido en cromo, el contenido en carbono es igual o inferior al 2 %, límite que los separa de las fundiciones. Los aceros s e clasifican, según estos criterios: - Por su composición química. - Por su utilización.

Tecnología Mecánica 3

Tabla 2.2 Porcentaies admisibles de elementos dé aleación, en los aceros no aleados

2.2.1 Clasificación por su composición química Según su composición química, los aceros se dividen en dos grupos: - Aceros n o aleados.

- Aceros aleados. En cada norma se especifica el contenido de los elementos que definen el acero. Boro circonto 121

2.2.1.1 Aceros n o aleados

CabliO Cobre 111 cromo 111 Manganesa Molibdeno 111 Nimbo 121 I i i i o u e 111 Plomo Seleni0

Se consideran como aceros no aleados aquéllos en los que ninguno de sus elementos se encuentra en porcentajes iguales o superiores a los indicados en la tabla 2.2.

Silicio ieluiia

2.2.1.2 Aceros aleados

Titanio 121 Vanadio 12) Vollramio Lanraniooi

0;ros l s x c e ~ l aC. P

S

N

"

Se consideran como aceros aleados aquéllos que contienen uno o varios elementos en porcentajes iguales o mayores a los indicados en la tabla 2.2.

O1

ICiiando dos. i i e r o ior cuarro de erioi elementos re ensuenira en cornbnacion en u n acero de*" considerarre rimuliane;mei

2.2.2 Clasificación por su utilización

te ior porcentafer limites individuales oe cada uno de eliai. bl

contenido limire c o n ~ ~ n ique a sera el 70%ae ia r u n de o s valores ihmi~aimdividualei de cada u n o de los =ir mentor canriderador

1 Cuando a o i o tres oe er1 0,050 S máx. B 0,050 Rm m l n s 6 9 0 Nlmrn' 170 kgfirnrn2i KCVG3.5 kyflcrn' N, rnax. 2 0,007 HRB rnax. 3 60 Plegado 3 1 e e,n;ac;,

%

74 %

Ninguno

%

I

bl

No se garantiza aptitud al tratamiento térmico.

Se incluirán en este subgrupo todos los aceros no aleados que no sean de base o especiales y, en particular, los que respondan a alguna de las características siguientes.

2.

1.

2. 3.

Aceros de construcción de grano fino con Re > 420 N/mmz 143 kgf/mm2) y elementos de aleación inferiores a los indicados en * Aceros al Si y10 Al con limitación de pérdidas e inducción magnética. Aceros Si M n para rnuelies y resistentes a la abrasión con S y F > 0,035 %. Aceros aleados para carriles. Acero con Cu.

Uso general con aptitud al plegado y al conformado en frío por rodillos (v.g. UNE 36 080 aptitud KP y KQ) Aceros de construcción con resiliencia entre O" y 50" C y KV hasta 27 J (v.g. UNE 36080 grados c y d). Aceros destinados a trabajos en frío. Aceros para calderas y recipientes a presión (v.g. UNE 36 087) para altas o bajas temperaturas. Aceros resistentes a la corrosión atmosférica. Chapas y bandas para embutición en frío (v.g. UNE 36 086). Barras y alambres con especificaciones de conductibilidad eléctrica (inferior a 9 s l m ) . Chapas con limitación de pérdidas e inducción rnagnéticas. Aceros de fácil mecanización. Sin exigencias de KV * . Alambrón con 0,030 % < P y S < 0,050 * . Aceros para tratamiento con P y S Z 0,035 sin prescripciones particulares * .

1.

*

Aceros para tratamiento que además responden a prescripciones precisas relativas a * . 1.1 Garantía de resiliencia en estado de tratamiento. 1.2 Profundidad de temple o cementación. 1.3 Estado superficial. 1.4 Contenido límite en inclusiones no metálicas. 1.5 Maquinabilidad obtenida por adición de S, Pb, Se, Te, Bi y con garantía de resiliencia. Aceros de herramientas * . Aceros que deben responder a: 3.1 Contenidos particularmente bajos en inclusiones no metálicas. 3.2 Alambrón con P y S < 0,030 % * . 3.3 Alarnbrón y alambre con P y S < 0,020 %. 3.4 Alambrón y alambre con C b 0,62 %, P y S < 0,025 %, Cu < 0,lO % 3.5 Aceros con propiedades magnéticas y eléctricas (superior a 9 s l m ) . 3.6 Aceros para aplicaciones nucleares.

Todos los aceros aleados excepto los casos considerados como de calidad.

*.

Aceros con aptitud garantizada al tratamiento

l

Contenido límite para /a clasificación de aceros de alto /;mire elástico Elemento

* Valores lím~te Al Bi B Cr Co Cu Mn

% 0,10 0.10 % 0,0008% 0,30 % 0,10 % 0.40 % 1.60 %

Mo Ni Nb Pb Se Si Te

0,08 % 0,30% 0,05% 0,40 % 0,10 % 0,50 % 0,10 %

Ti 0,05 % 0.10% W0,10% Zr 0,10 % Lantánidos 0,05 % Otros (excepto C. P. S, N, y 0,) 0.05 %

V

Cobre Cromo Manganeso Molibdeno Niobio Níquel Titanio Circonio Lantánidos elementos no mencionados Tecnología MecánicaOtros 3

Contenido %

l

2.2.3.2.2

Grado

Es un conjunto de características distintivas de un acero que lo individualizan entre los de su mismo tipo y que hacen que sea apto para un fin específico o una aplicación determinada. 2.2.3.2.3

Significado y forma de hacer la representación simbólica

Un acero se designa por el tipo y, si procede, por el grado, seguido de la norma UNE que define SUS caracteristicas. Eventualmente, se añadirán, para indicar las variantes, todos los símbolos precisos que se juzguen oportunos, que serán indicados en las normas específicas donde se definen tales variantes. 2.2.4 Ejemplos de designación para algunos grupos principales de aceros Para facilitar la comprensión de las designaciones normalizadas se ponen unos ejemplos caracteristicos, al mismo tiempo que sirven para familiarizarse con el sistema. Se recuerda que, sea cual fuere la designación, lo más importante es el número de la norma del acero en cuestión, ya que cualquier duda que haya, respecto a la interpretación de la designación, como respecto a las características no reflejadas en la misma designación, se encontrarán en la norma.

Ejemplo 31 Cr V 10, UNE 3 6 0 1 4

F 5107, UNE 36071 Si no s e sabe qué representa cada una de estas cifras o letras, será preciso buscar las normas, y así la 36 014, dice que se trata de acero para nitrurar, de la siguiente composición: C de 0,2 a 0,35 %; Mn de 0,40 a 0,70 %; Si de 0,15 a 0,40 %; Cr de 2,30 a 2 8 0 %; Mo de 0,30 a 0,50 %; V de 0,20 a 0,30 %. La 36 071 s e refiere a aceros no aleados para herramientas con la composición: C = 0,85 a 0,94 %; Si = 0,35 % máx.; Mn = 0,35 % máx.

2.2.4.1

Designación de aceros especiales n o aleados

Se simbolizan por la letra C, seguida de un número que indica el porcentaje medio de carbono multiplicado por 100. En la tabla 2.5 se muestran aceros especiales no aleados, según la norma UNE 36 011; en ella se halla el acero

C 35 K, UNE 36017

Tabla 2.5

=

F 1130, UNE 36011

Aceros no aleados según UNE 36 011

0.035 m6x. 0.02010.035 0.035 máx 0.02010.035 0.035 max. 0,02010.035 0.035 máx. 0.02010.035 0.035 mix. 0.02010.035 0.035 mix. 0,02010.035 0.035 m&. 0,02010.035 0,035 max. 0.02010.035 0.035 máx. 0.02010.035 Acaor can s l u f r e oonuolsao.

Tecnología Mecánica 3

que se interpreta así: = Letra característica del acero. = Indica el contenido medio de carbono en tanto por ciento rnultiplica-

C 35

do por 100:

K UNE

= Indica el contenido máximo de azufre y fósforo, dado en la Norma 36 C O I ; en este caso concreto, S máx. = 0,035 % y P máx. = 0,035 %. 3 6 01 1 = Número de l a Norma donde se halla este acero y en la que se dan todas

sus caracteristicas (ver la tabla 2.5).

2.2.4.2 Designación de /os aceros especiales con menos del 5 % de elementos de aleación

Tabla 2.7 P centajes mínimos necesarios para ser especificados en 1designaciones Eiementos

O,O

Se designan por el porcentaje medio de carbono multiplicado por 100, seguido del símbolo o símbolos de los elementos químicos de aleación que se consideran básicos para definir el acero, ordenados de mayor a menor porcentaje (en caso de porcentajes iguales, se elegirá el orden alfabético). A continuación, se expresará el producto de los contenidos medios de los elementos que se juzguen precisos, en el mismo orden que sus símbolos químicos, por los factores que se indican en la tabla 2.6. El producto se redondea al número entero inferior, si la primera cifra decimal es inferior o igual a 5; y al número entero superior, si es superior a 5. Cuando deba incluirse el contenido de varios elementos, se expresa siempre con dos cifras, empleando el O para los contenidos de una sola cifra. Pueden añadirse los símbolos químicos de aquellos elementos, cuyo contenido no se especifique, pero que se juzguen indispensables para conseguir las caracteristicas deseadas. Normalmente, no se indicarán los contenidos de los elementos, si no son superiores a los indicados en la tabla 2.7. En la tabla 2.8 se muestran aceros aleados para temple y revenido, según la norma UNE 36 012; de ella se sacan los siguientes ejemplos:

Mongoneso

Silicio

1.0 2.O 3.0 4."

Niquel

Cobre

Cromo Molrbdeno

38 30 30 40

Cr'3, UNE 3 6 0 1 2 = F 1200, UNE 36012. Cr M o 4, UNE 3 6 0 1 2 = F 1251, UNE 36012. C r - M o 4-1, UNE 3 6 0 1 2 = F 1256, UNE 3 6 0 1 2 . N Z Cr M o 7, UNE 3 6 0 1 2 = F 1272, UNE 36012.

Vonadio Boro

Tabla 2.8

Aceros aleados de temple y revenido segun UNE 36 012

DESIGNACION

Tabla 2.6

Factores para la designación de los elementos de aleación

Numkiu

c%

si%

M"%

Po

S

Cr

Ni

Mo

máx.

A m o r al cromo F12Cü F1201

Cobolto

-

Simbólica

F1202

38Cr3 38Cr4 F1206111 3804-1 4Xr4 F1207í11 4204.1

0.3410.41

0.6010.90

0.1510.40

0.035 0.035 máx

0310.41 0.34:0.41 0,3810.45 0,3810.45

0.6010.90 0.6010.90 0.6010.90 0.6010.90

0.15/0.40 0.1510,40 0,1510.40 0.1510.40

0035 0.035 0.035 0,035

0.035máx. 0.02010.035 0.035máx. 0.OMl0.035

0.5010.80 0.9011.20 0.9011.20 0.9011.20 0.9011.20

0,035 máx 0.02010.035 0,035 máx. 0.02010.035 0.036 máx 0.035 máx. 0.02010.035

0.8511.15 0,8511.15 0,8511.15 0,8511.15 0.8511.15 0.8511.15 0.8511.15

-

-

-

-

Cromo Ataos al msngsnsu,

Manganeso Niqiiel Sil!Ci0 Vo!'iomo

A m o r al cromo molibdmo

Alumnio 0.1 510.40 0.1510.40 0.15/0.40 0,1510.40 0,1510.40 0.1510.40 0.1510.40

Beritio Cobre Moiibbeno

Ntobio

Plomo

0.035 0,035 0.035 0,035 0.035 0,035 0,035

Tóniolo

-~

~

-

~

-

A u a al momo n q u d m o l i M # w

Titonio Vanodio Z~rconio N~trogeno Fosloro Azufre Boro 11) A c a a de azufre controlada

121 Acao de uui no preferente

Tecnología Mecánica 3

Y

Sígniricadi, de la desígnación de estos ejemplos Ejemplo

7.O

= Contenido medio de carbono, multiplicado por 100 y redondeado:

38

= Elemento característico de aleación. = Producto del contenido medio del elemento fundamental de aleación

por el factor característico del mismo (tabla 2.6), según la norma UNE 36 009:

redondeando, 3. UNE 36 012 = Número de la norma donde se especifican las características del acero.

Cr M o

= Elementos característicos de aleación: Cr 0,85 a 1,15 %; M o 0,15 a

4

= Igual que en ejemplo 1.O; para elemento principal de aleación, Cr:

0,25 %.

UNE 36 01 2 = lgual que en ejemplo 1 .O. Ejemplo 3.0 3 0 Cr M o 4 = lgual que el acero del ejemplo 2.0. = Acero en el cual se debe controlar el contenido de azufre. 1 UNE 36 012 = lgual que en ejemplos 1.O y 2.0. Ejemplo

4.O

40

= Contenido medio de carbono multiplicado por 100:

Ni Cr M o

= Elementos característicos de aleación: N i = 1,60 a 2,00 %; Cr = 0,65 a 0,95 % y M o = 0,15 a 0,30 %. = Igual que en el ejemplo 1.O; para el Ni:

7

redondeado, 7. UNE 36 012 = lgual que en ejemplos 1.O, 2.0 y 3.0.

La norma 36 012 recomienda que, para estos aceros, la designación empleada sea la numérica, con preferencia a la simbólica. 2.2.4.3

Designación de aceros especiales aleados con contenido superior al 5 %, a l menos en u n elemento de aleación

Estos aceros se designan por la letra X, seguida del contenido medio del carbono multiplicado por 100. A continuación, los símbolos químicos de los principales elementos de aleación, seguidos de una serie de números de dos cifras (empleando el O cuando el contenido de un determinado elemento sólo tenga una cifra), que representan los porcentajes medios de los elementos indicados y en el mismo orden que sus símbolos químicos, después de redondeados al número inmediato superior. En la tabla 2.9 se muestran unos aceros inoxidables, forjados o laminados, de uso general, según la norma UNE 36016.

Tecnología Mecánica 3

Tabla 2.9 DESIGNACION NumAriss

Aceros inoxidables, de uso general UNE 36 016

Il

Simbbhss

/

COMPOCICION OUIMICA Si m~x.

'l'

M n 111 max.

P mix.

S 111

Ci

Mo

0.08 máx. 0.08 máx. 0.10 máx. 0,lOmáx. 0.12máx.

Ni

Onor

correspondsncis .Pro x t m ~ d son s

AlSl

0.50 mar. 0.50 max. 0.60 max. 121

0.50 max.

4S0 TI 430 S

Aceros marteníitisor 0.030 máx. 0.030 m i x . 0.030 máx. 0.030 &x. 0.030 max. 0.1 5 0.35 0.030 máx. 0.030 max.

1.00 max. 1.00 max. 1.O0 m i x . 1.00max. 1.O0 ma* 1 .03 máx 1.O0 m & 1S 0 - 3,GO

-

Aceros aurteniticor (31

X6CrNil9-10 X10CrNil8-09 XlJCrNiS18-09 X8CrNi1812 Xl2C.Ni 17-07 X6CrNiT118-11 X6CrNiNbl8-11

/

0.030 max. 0.030 máx. 0,030 max. 1.15 - 0.35 161 0.030 mix. 0.030 máx. 0.030 máx. 0.030 máx. 0.030 máx 0.030 máx. 0,030máx.

0.08 m i x . 141151 0.12man. 0.12máx. 0.10 máx 0.15 máx 0.08 m&. 0.08 máx.

0,08 m á x l4ll6lj X6CrN8M117-12.03 X6CrNiMoTil7-12-03 0.08 m&

L

18.00 18.00 17.00 17.00 17.00 16.00. 17.00. 17.00 16.00 16.00 16.00 -

-

20.00 20.00 19.00 19.00 19.00 18.00 19.00 19.00 18.00 18.00 18.00

(11 A menor que re acuerde otra cora 121 A opción le1 producror. 131 Con e~cepciónde ior aceros F3513 y F3523. para los aceros aurteniticor deriinador a la fabricacion de tubos. el contenido maxmo de niquel puede incrementarre en 1

sobre el erpecif,cado en la

Tabla.

'41 Cuando error aceror re aplican en recipicnrer a presión. pueden ruminirtratre con el conlenidc en carbono eroecificado en lar normas correspondiente$

151 Para aplicacmnes especiales, re puede reducir el contenida máximo de carbono, pero sin llegar a limares infermres a 0.030% 161 Previo acueitio. se puede rustituir el azúfre por el reienlu 171 Previo acuerda. re puede rustituir el niobio por el tantalio con ior rnlrmor limite:.

D e ella se sacan estos ejemplos:

1." X 6 Cr 13, UNE 36016 = F 3110, UNE 36016. 2.0 X 46 Cr M o 16, UNE 36016 = F 3423, UNE 36016. 3." X 2 Cr Ni M o 17 12 0,3, UNE 36016 = F 3533, UNE 36016. Significación de la designación de estos ejemplos Ejemplo 7.0

X 6

= Letra característica de este grupo de aceros. = Contenido medio de carbono en % multiplicado por 100. En este caso

Cr 13

se expresa en la tabla, C máx. = 0,08 %. En la designación se pone 6 por ser el 0,06 % el porcentaje más significativo en esas aleaciones. = Elemento característico de la aleación. = Porcentaje medio del Cr:

UNE 36 01 6

=

redondeado, 13. Número de la norma

Ejemplo 2.0 X 46

= Letra característica de estos aceros. = Contenido medio de carbono multiplicado por 100:

Cr M o

= Elementos característicos,

16

que por pasar de los porcentajes de la tabla 2.9 se anotan, aunque sólo se ponga el valor numérico del Cr. = Porcentaje medio del elemento principal, el Cr:

según la regla general debería redondearse a 17, pero la norma lo designa 16. UNE 3 6 016 = Número de la norma.

Tecnología Mecánica 3

Ejemplo 3.O

= Letra característica de estos aceros. = Contenido medio de carbono; en este acero se prescribe como mínimo 0,03 % C: = 0.01 5

Cr Ni M o 17

multiplicando por 1 0 0 = 1,5; redondeando, 2 %. = Elementos característicos del acero en orden de contenido. = Porcentaje medio de Cr:

= Porcentaje medio de Ni:

= Contenido medio de M o en %:

para formar dos cifras se pone el O delante: 0,3. UNE 36 016 = Número de la norma

Dada la complejidad de la designación simbólica de estos aceros, la norma recomienda emplear preferentemente la designación numérica.

2.2.4.4

Designación de aceros no aleados para usos generales definidos p o r su composición química.

Para designar los aceros para uso general, definidos por su composición química, se utiliza el contenido máximo en carbono, multiplicado por 100 y el manganeso multiplicado por 40; tomando de este último producto solamente las dos primeras cifras significativas, forzando la segunda en una unidad, si la primera cifra suprimida es superior a 5. Separando ambos números, se intercala la letra O. En la tabla 2.10 se reproduce un extracto de la norma 36 077, para semiproductos de acero para uso general, definidos por la composición química. Tabla 2.10

Extracto d e la U N E 36 O77 p a r a semiproductos de acero de uso general, definidos por s u composición química -

Designacdn segUn la norma UNE 36.009

Simbblica

c

Numer~ca

l

--

Tanto por ciento

Mn en colada

en colada

I

l 0.06 0,08 0.10 0 12

maximo maximo máximo rnaxirno 0 '5 mextmo

Tecnología Mecánica 3

Cuando hay que especificar índices de pureza, por ejemplo contenido de azufre y fósforo, o el estado de desoxidación, se añade el grado con las letras correspondientes, según la norma general 36 009. Ejemplos:

1.0 23 O 28, UNE 36077 = F 7213, UNE 36077. 2.O 18 Q 36 u, UNE 36077 = F 7 2 1 0 u, UNE 36077. 3.O 18 Q 36 n NE, UNE 36077 = F 7 2 1 0 n NE, UNE 36077. Significado de las designaciones Ejemplo 1.0

23

= Contenido máximo de carbono multiplicado por 100; C de 0,18 a 0,23:

O 28

= =

Letra significativa para indicar la clasificación por la composición química. Contenido máximo del porcentaje de manganeso multiplicado por 40; es decir, como el M n está entre 0,40 y 0.70:

UNE 36 077 = Número de norma donde se dan las características de este acero.

= Contenido máximo de C multiplicado por 100; es decir, como el C es

18

de 0,13 a 0,18:

= Letra c&acteríctica de estos aceros. = Contenido máximo de M n multiplicado por 40; es decir, como el Mn

Q 36

tiene un contenido de 0,60 a 0,90:

= Contenido máximo admisible de azufre 0,060 % y de fósforo 0,080 %. UNE 36 077 = Número de norma.

U

Ejemplo 3.0

18

= Contenido máximo de carbono admisible multiplicado por 100:

Q 36

= Letra característica de estas aleaciones. =

Contenido máximo de M n multiplicado por 40:

n = Contenido máximo admisible para el azufre y fósforo = 0,040. = Estado de desoxidación según norma 36 009. NE = no es efervescente. NE UNE 36 077 = Número de norma.

2.2.4.5 Designación de aceros aleados para usos generales La designación de estos aceros se hace de igual manera que para los aceros especiales aleados, anteponiendo una Q delante. Como en todos, lo más irnportante será el número de la norma, para poder acudir a ella a la hora de la interpretación completa.

2.2.5 Designación de los aceros atendiendo a sus características de utilización o propiedades físicas Los aceros para usos generales normalmente se suministran en perfiles para su utilización directa; en estos casos su designación se hace atendiendo a unas características mecánicas, que se toman como base para definir el tipo. Si hace falta, se añade el grado, cuyo significado se explica en la norma correspondiente al acero.

Tecnología Mecánica 3

Las características que se emplean para definir el acero son:

- Valor mínimo de la resistencia a la tracción. - Valor mínimo garantizado del límite elástico. - Caracteristicas particulares. 2.2.5.1

Designación de aceros por la resistencia a la tracción

En estos casos se designan por la letra A, seguida de un número, que indica el valor mínimo de la tensión de rotura en el ensayo de resistencia a la tracción, expresado en kgf/mm2. Si se necesitara un elemento de aleación, se añade a continuación su símbolo químico. En la tabla 2.1 1 se muestran aceros no aleados de uso general en construcción, según la norma 36-080-78, que se designan por la resistencia a la tracción. Ejemplos:

A A A A

l." 2.' 3." 4.0

O UNE 36-080-78 = F 6 200 UNE 36-080-78. B UNE 36-080-78 = F 6 2 0 2 UNE 36-080-78. B K Q UNE 36-080-78 = F 6 202 KO UNE 36-080-78. B UNE 36-080-78 = F 6 206 UNE 36-080-78.

310 360 360 41 0

Aclaraciones a l o s ejemplos anteriores Ejemplo 1.0

A 31 O O

= Letra característica d e estos aceros. = Resistencia mínima a la tracción, según la norma U N E 7 262, en N/mm2. = Grado. El O significa que el estado de desoxidación queda a elección

del fabricante. U N E 36-080-78 = Número de la norma donde se especifican las composiciones del acero. Ejemplo

2 . O

A 360 B UNE 36-080-78

= = = =

Letra caracteristica del acero. Resistencia mínima a l a tracción. Grado. Número de la norma para el resto de características.

Tabla 2.11

i

Deslgnarlon Smbbl>ca

Nume- 1 I,Cd

1

!

F 6200

TW0

'

F 6202

O l

,

!

! '

Rm Nlmm2 lkgf!mm2i (21 S

!Grado

C 310 i

7

Re m/n Nlmm' ikgflmm2i (21

I

1

Aceros no aleados de uso general de construcción según UNE 36-080-78

B

e d 1 6 1 6 ~ ~ q 4 0 ' 4 0 r r ; 6 3 6 3 r e c 8 0 ! 8 O c e ~ ~eOi 6 3 175 (181

i 1

175 (18)

235 (24)

8

225 1231

-

.

-

,

-

8

3301570 34/56 3601L70 (37i48) 3601460 137147)

A % L o = 5 5 5 ,/So

__

,

Probela X [Longmdma;)

6 3 - e c 160 m

gf

Problema 8.0. Torsióc La figura 5.33 representa el esquema de funcionamiento de u n motor eléctrico de 5 CV, que gira a 1 440 r. p. m. y que transmite dicha potencia a través de un acoplamiento elástico a una caja de velocidades. El material del eje es acero F-1 140, cuyo límite elástico GE =

4 4 0 0 kyf/cm2 y

í~ =

yo -

---

-

2 2 0 0 kgf/cm2. Calcular el didnietro d aplicando un

coeficiente de seguridad n = 5 y admitiendo una deformación de 0,25O por cada metro de Fig. 5. quema oe acop arniento entre motor y cala de veelocidades.

longitud. 'E

=_____-

yad. = 7

M,

=

71 620

200 5

-

N n

= 71 620

M

.trabajo

=

'

wo '

- 440 kgf/c^n2

74540 =

249 c m kgf

-

. d3 W o = L16

Sustituyendo valores y despejando d se halla su valor por resistencia:

440 =

-

249 , d3

,

,

ci =

'Jx = 1,42 c m

16 Ahora se calcula la deformación.

admitidos de deformación = 0,05O/57,3 Aplicando la fórmula:

= 0,00087 radianes.

y de aquí sale d = 2,88 c m ; se adopta d = 3 0 mm.

CUESTlONARlO 5.1 Clases de carga. 5.2 Ley de Hsoke. 5.3 Trazar el diagrama de alargamientos y tensiones. Explicar las diferentes zonas de la curva.

Tecnología Mecánica 3

-

5.4 M ó d u l o de elasticidad. 5.5 Coeficiente de seguridad. 5.6 Momento flector. Momento resistente. 5.7 Supuesta una viga empotrada por un extremo y libre por el otro, con una carga concentrada sobre este extremo, ¿dónde está la sección peligrosa? ¿Cuál seria el valor del momento flector máximo? 5.8 Concepto de esbeltez. 5.9 ¿Qué solución se podría adoptar para aumentar el par motor de un reductor sin disminuir la potencia transmitida?

PROBLEMAS -

1 O Una b-rrr r ~ l l n d r i c adebe soportar una carga de tracción de 5 000 kgf. (Cuál deberá ser su diámetro para que la tensión de trabajo sea de 2 0 0 0 k g f / w ~ i 2 ? 2.O Una barra cilindrica cuya sección es de 2 0 cm2, está sometida a una carga de tracción de 2 500 kgf. Calcular la tensión de trabajo y el coeficiente de seguridad si GE = 3 900 kgf/cm2. 3." Determinar el diámetro de un puntal de acero que debe resistir una carga de compresión de 12 000 kgf sabiendo que la tensión de trabajo admisible es de 2 200 kgf/cm2 ( + w - e x & e / -4 pandeo). 4.O Calcular el diámetro de una viga empotrada por u n extremo, si tiene una carga de 5 000 k g f en el otro. Su longitud es de 2 m y la Tensión de trabajo es de 1 400 kgf/cm2. 5.O Una viga de acero IPN debe sostener una carga concentrada de 4 5 0 0 kgf en su centro. La distancia entre los dos apoyos de sus extremos es d e 6 m. Elegir el perfil necesario, 1 teniendo presente que la flecha máxima no debe ser mayor que 800 - y que la tensión de trabajo admisible es de 1 780 kgf/cmz. 6.O Determinar las dimensiones de una viga en las condiciones del problema antericr pero con UPN. Estudiar lo que ocurre al apoyar la viga sobre la cara plana ancha y, después, sobre la estrecha. 7 . O Calcular las dimensiones de una columna constituida por un perfil HEB normalizado que debe resistir una carga axial de 6 500 kgf. Dicha columna está empotrada por un extremo y tiene una altura efectiva de 4 m. La tensión de trabajo es de 1 400 kgf/cm2. 8.O Calcular el diámetro de un árbol de 5 0 cm de longitud que debe transmitir 20 CV a 200 r. p. m. El material disponible es acero cuyo GE = 4 800 kgf/cm2. Se exige un coeficiente de seguridad de 5 y una deformación angular máxima de 0,3"/m. Comprobar qué sucederia si se redujera la velocidad a la mitad.

BOGE A., Mecánica y resistencia de materiales, Editorial Reverté, S. A., Barcelona 1966. Prontuario para el empleo del acero laminado, Altos Hornos de Vizcaya, Bilbao 1970.

Tema 6 .

Medios d e unión

OBJETIVOS

- Conocer los principales medios de unión empleados en Mecánica. - Conocer el comportamiento de estas uniones respecto a las fuerzas externas que han de resistir. - Saber resolver problemas sencil!os de algunos de los sistemas explicados. - Adquirir los conocimientos suficientes para saber interpretar planos y resolver problemas referentes a sistemas de unión.

EXPOS1CION DEL

TEMA

Problemas d e unión s e presentan sin cesar en la construcción mecánica. Soluciones tan variadas como numerosas han sido descubiertas, utilizadas y, poco a poco, perfeccionadas. Otras serán creadas y empleadas, a medida que las nuevas técnicas s e desarrollen. Tecnología Mecánica 3

Para escoger racionalmente entre las posibles realizaciones, conviene analizar previamente los factores de los cuales dependen estas soluciones, pues la máquina o elemento será tanto mejor, cuanto mejor sea la técnica de unión empleada.

6.1

Unión de piezas mecánicas

Es interesante indicar que la unión entre piezas mecánicas se realiza mediante el contacto de superficies geométricas y que éstas superficies tan solo pueden realizarse de forma rápida, correcta y económica en las máquinas herramientas. El inventario o catálogo de superficies geométricas usuales y la forma de obtenerlas podría ser: Cilindro (fig. 6.1A). Torneado, mandrinado, brochado, rectificado. Plano (fig. 6.1 B ) . Cepillado, fresado, limado, rectificado, brochado. Cono (fig. 6.1 C ) . Torneado, mandrinado, rectificado. Esfera (fig. 6.1 D ) . Torneado. Hélice (fig. 6.1 E ) . Torneado, fresado. Prisma (fig. 6.1 F ) . Mortajado, brochado, fresado.

Fig. 6.7 Superficies geornétricas: A, cilindrica; B, plana; C, cónica; D, esférica; E, heiicoidaí; F, prisrnárica.

La reducción de las superficies de unión y de contacto es un objetivo a conseguir, siempre que sea posible. La superficie de contacto de las piezas es tanto mejor, cuanto las dimensiones de las mismas son más reducidas (fig. 6.2). El mecanizado resulta más económico, al ser menor la superficie a mecanizar. En las superficies planas, es conveniente que el contacto se haga a través de tres puntos, tres bases planas o tres pies con apoyo esférico.

Fig. 6 2 Superficies

Fig. 6.3 Manera de reducir las superficies de contacto: A, en un agujero cilíndrico; €3, en un eje.

6.1.1 Reducción de /as superficies en contacto Para mejorar el apoyo y disminuir el rozamiento, cuando se trata de ejes que giran o están apoyados en agujeros de cierta longitud, es conveniente hacer un rebaje en el agujero (fig. 6.3A). Cuando el agujero tiene un diámetro inferior a 60 mm y el mecanizado se obtiene por taladrado y escariado, el rebaje se hace en el eje (fig. 6.3B). 6.1.2 Refrentado realizado por taladrado

Los asientos donde deben apoyar los tornillos deben ir mecanizados (figuras 6.4A, B y C). En lugar de mecanizarlos en el torno y en la limadora, resulta más económico y más fácil hacerlo en el mismo taladro, utilizando una lama (fig. 6.4D y E) o una herramienta de cajear normalizada.

6.1.3 Supresión de apoyos múltiples Se debe evitar que dos piezas prismáticas que ajustan rocen en todas sus superficies (fig. 6.5A), ya que es muy difícil ajustarlas. Lo más conveniente es que se deje holgura en una de sus superficies (figs. 6.5B, C y D). C

1 , 2

E

=ig, 6.4 Sistemas empleados para ggrar superficies de asiento: A, B , C, por taladrado; D y E , por larnado.

A

UI superficies

B

,

C

de contacto

Fig. 6.5 Evitar contactos en superficies múltiples.

Tecnología Mecánica 3

,,

holgura

6.1.4 Supresión de las aristas o ángulos Indudablemente, el contacto exacto y en todas las suprrficies de un ángulo, presenta dificultades. - En primer lugar, de mecanización, pues las herramientas no pueden producir ángulos en arista viva perfecta, por lo cual es necesario indicar en los planos la forma correcta de suprimirlos. - En segundo lugar, las rebabas y suciedades que se acumulan en estos ángulos impiden un buen contacto entre los planos. Por tanto, conviene, en todos los casos, achaflanar las aristas salientes y hacer entrantes en las superficies convexas (fig. 6.6A, 6 , C y D).

6.2 Clasificación de las uniones

b B Fs B

C

Las uniones se pueden clasificar en dos grandes grupos y, dentro de ellos, subdividirlas en tipos:

1.O

D

y aristas F;g. Evitar vas para lograr buenos contactos.

Uniones fijas:

- Remaches. - Soldadura. - Adhesivos. 2.0

Uniones desmontables:

uniones remachadas para calderas

- Pernos G tornillos de unión.

-

@ @ &

Chavetas y lengüetas. Pasadores. Ejes estriados o nervados. Guías de deslizamiento. Uniones forzadas.

cabeza semirredonda DIN 123

Hay que recordar que los tornillos transmisores de potencia, más que una unión desmontable, son órganos que transmiten potencia; no obstante parece más aconsejable su estudio, a continuación de los pernos o tornillos de unión. También pueden existir discrepancias, sobre si las uniones forzadas son fijas o desmontables, pues la diferencia estriba en el hecho de la destrucción o no, al intentar desmontar y, en muchos casos, las uniones forzadas pueden desmontarse sin mayores inconvenientes. De cualquier forma, l o más importante no es la clasificación misma en sí, ya que solamente oretende ser una quia didáctica aara el alumno. toda vez aue. a continuación. van a estudiarse aisladamente y por este orden:

6.2.1

Uniones fijas por roblonado o remachado

En los trabajos de calderería y de construcciones metálicas es necesario hacer montajes de piezas que tengan un carácter permanente (no desmontable), rígidas y, a veces, estancas, Existe, hoy en día, una viva polémica sobre los campos de aplicación de los remaches y, aunque bien es verdad que su empleo ha disminuido considerablemente, no puede decirse que ya no se usen. En cualquier caso, debe consultarse la legislación vigente sobre aquellos elementos en los que se piense colocar remaches. Los remaches están constituidos por un vástago cilíndrico, uno de cuyos extremos presenta un ensanchamiento semiesférico, llamado cabeza y el otro es el propio vástago, en el cual se obtendrá la otra cabeza por aplastamiento durante el montaje. Esta operación recibe el nombre de remachado o roblonado. La forma de los remaches y sus aplicaciones se puede observar en la figura 6.7. Los remaches suplen con ventaja a los tornillos, en aquellas uniones permanentes en las cuales el empleo de soldadura no es factible (no soldabilidad entre los elementos a unir), ya que no es necesario que el remache ajuste en el agujero, ni que éstos coincidan exacta y perfectamente.

6.2.1.1

cabeza semiembutida DIN 123

cabeza embutida DIN 123

cabeza de lenteja DIN 123

sernirredonda DIN 301

semiembutida OIN 301

embutida DIN 301

sernirredonda

semiembutida

semirredonda

DIN 302

DIN 303

uniOnesremachada"'araestructurasmetd~icas

semirredonda DIN 124

embutida DIN 124

semirredonda DIN 302

semirredonda DIN 303

lenteja DIN 124

uniones remachadas para caideras y estructuras metalicas

Material de los remaches

El material utilizado es acero de bajo contenido de carbono, ya que se exige un alto grado de maleabilidad para poder soportar las operaciones a que va a ser sometido. Hasta 10 ó 12 mm de diámetro, el roblonado se efectúa en frío, Tecnología Mecánica 3

embutida

lenteja

~enteia

embltida

Fig, 6.7 Formas de remaches.

asentador

y desde estos valores a 40 mm de diámetro, en caliente. Las características de los aceros utilizados pueden resumirse en la tabla 6.8. No obstante, se fabrican remaches de aluminio, duraluminio, cobre y bronce. Tabla 6.8

Características del material para remaches

sufridera

Tensión de rotura on de 3600 a 4000 kgflcrn2 Tensión en el limite elástico o, de 2500 a 2800 kgf/cm2 Elevada forjabilidad en frío y en caliente

Características de /OS aceros Tensiones admisibles, remaches

6.2.1.2

Fig. 6 . 9 Operación de remachado normal.

Tensión cortante

T

de

600 a 700 kgf/cmZ

Operación de remachado

El remachado tiene Iiigar mediante dos herramientas: la buterola (fig. 6.9) y la sufridera, que presentan en hueco la forma que hay que dar a la cabeza de los remaches. El diámetro donde se aloja el remache es mayor que el nominal de éste, para facilitar su colocación en obra. Llamando d al diámetro del vástago, el diámetro d 1 del agujero es:

pero, en la mayoría de los casos, suele hacerse un milímetro mayor. Los cálculos de resistencia de las uniones se realizan con el diámetro d , del agujero, ya que en la operación de remachado queda totalmente rellenado el agujero. 6.2.1.3

Formas de remachado

El remachado se ejecuta a mano totalmente, en algunos casos y, en otros unas operaciones son manuales y otras se realizan a máquina, por choque (remachado neumático o eléctrico) o por presión (remachado hidráulico). 6.2.1.4 Pr~cedimientos de perforado Fig. 6.7 0 Longitud sobrante para remachar.

El perforado de las piezas a unir, mediante remaches, puede realizarse por tres procedimientos: - Punzonado o troquelado (produce fatiga y grietas en el material). - Taladro con broca (procedimiento habitual). - Punzonado y taladrado (es un procedimiento mixto más barato que el anterior y alivia las tensiones del primer caso). 6.2.1.5

Fig. 6.7 1 Angulo de/ biselado.

Material sobrante para remachar

Según la precisión del orificio del remache, el cuerpo debe sobresalir de 1,3 a 1,6 veces el diámetro d del vástago, para formar con este material la cabeza de apriete y rellenar el agujero (fig. 6.10). Habitualmente el diámetro d 1 del agujero es dos veces el espesor mínimo ( e , o e,) de las piezas a unir. 6.2.1.6

Canteado de las chapas y retacado

Para que en las uniones remachadas, que deben ser estancas, se pueda efectuar con facilidad el retacado, las chapas se biselan en la cepilladora. En el acero forjado y laminado, la chapa se hace quebradiza en la zona de corte cuando éste se realiza con la tijera, por cuyo motivo es totalmente necesario efectuar el biselado de los cantos en los materiales citados. Además, la mayoría de los defectos se encuentran en los cantos. El ángulo de biselado empleado es generalmente de 1 8 O (fig. 6.11). Las herramientas necesarias para el retacado son los buriles chatos, que pueden ser rectos o curvos, los cuales van provistos de una arista de asiento semirredonda o biselada. La figura 6.12A representa un retacado incorrecto, mientras que la figura 6.1 2B nos muestra la ejecución correcta del retacado.

F i g 6.12 Retacado: A, preparación incorrecta; B. preparación correcta.

6.2.1.7

Forma y dimensiones de las cabezas de los remaches

Existen tres tipos de cabezas: saliente bombeada (tabla 6.13) semiembutida (tabla 6.1 4) y embutida (tabla 6.1 5).

Tecnología Mecánica 3

Tabla 6.13

Remache de cabeza bombeada

Medidas en mm Designación de un remache de cabeza redonda de diametro del remache en bruto d = 16 m m y longitud 1 = 30 mm Remache de cabeza redonda 16 x 30 D I N 123

Diámetro del remache en bruto para fabricantes]

d

10

12

14

16

18

20

22

Diámetro de la cabeza

D

18

Y

25

28

32

36

40

Altura de la cabeza

k

Redondeado de la cabeza

R

; ; ro; ; ;d; ; ; ;

r

la caña

Remache remachado

=

1 1 1 ;1 ;1 11 1 7

9

10

11,5 13

14

9,5

11

13 14,5 16,5 18,5 20,E

l;

l;

16

3;

propio para cálculo y dibujo

Longitud I

62

65

68

70

72

75

78

80

85

90

95 100

105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190

Tabla 6.14

Remache de cabeza avellanada

Designación de un remache de cabeza avellanada de diámetro d, = 5 mm y longitud 1 = 20 m m Remache d e cabeza avellanada 5 x 20 D I N 661 d, 0 del remache en bruto (diámetro nominal1

Medida ::ominal

1

Diferencia admitida Medida nominal

Diámetro del alambre para remaches correspondiente

Diferencia admitida

D d,

=

1

4

1

7

2

[ 2 , 6 / 3

1,4

5

+ 0,l

i 0,05

1

13,51 4

1,7

2

2.6

1 6

I 1 7

8

i 0,15

3

4

3,5

5

-0.02 -0,02 -0,02 -0,03 -0,04 -0,05 -0,05 -0,06 -0.07 -0,05 -0,05 -0,05 -0.06 -0,07 -0,08 -0,08 -0,lO -0,ll

6

1 9 i 0,2

7

8

9

-0,08 -0,lO -0.10 -0,12 -0,13 -0,15 -0,17 -0,20

1,8

2,5

3

3,5

4,5

5.2

6,2

7

8,8

10,5

12.2

14

15,8

1

1,l

1,l

1,2

1.4

1,6

1,8

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,5

1

1

1 1 , 5 1 , 5 2

2

3

3

3

4

4

0.25

0,25

0,3

0,3

0,4

0,4 ( 0 . 5

0,5

0,6

0,6

0.6

0,6

0,6

0,5

0,7

0,9

1

1,3

1,5

2

2.5

3

3,5

4

4,5

P .

e h

=

k

longitud 1

2 1 25

3 28

4 1

30

Tecnología Mecánica 3

5 32

1,8

6 1 35

8 1 1 0 ' 1 2 ' 1 5 ' 1 8

138

/

40

45

50

55

2 0 1 2 2

60

/

1

Tabla 6.15

Remache de cabeza avellanada de cabeza pequeña Medidas en m m

-1%

Designacion de un remache avellanado de diámetro del remache en bruto d = 16 mm y longitud 1 = 30 m m

\

*-

L-

-

Remache avellanado 16 x 30 DIN 302

Diametro del remache en bruto (propio para fabricantes)

d

Angulo de avellanado

a

Diámetro de la cabeza

D=

4Itura de la cabeza

k

3

4

5

6,5

8

10

11

12 13.5 15

4ltura de redondeado

W

1

1

1

1

1

1

2

2

qedondeado de la cabeza

R

41

58

11

13

34 62

10

14

16

18

20

22

75O

=

l

27

-

Longitud I

24

27

30

60"

14,5 18 21,5 26

iemache remachado 0 del agujero) ~ropiopara cálculo y dibujo

Fig. 6.76 Remachado por solape.

12

33

36

45O

30 31,5 34,5 38

42 42,5 46,5 51

2

2

16,5 18 2

2

85

113 124.5 75,5 91

111 114 136 la4

15

17

19

21

23

25

28

31

34

37

36

38

40

l I

45

48

50

52

55

58

60

65

68

70

72

75

78

80

85

90

95 100

---

42

1

--

--

1

6.2.1.8 Tipos de uniones remachadas Fig. 6.17 Remachado por simple cubrejunta.

Fig. 6.18 Remachado por doble cubrejunta.

Existen tres tipos fundamentalmente, debiendo indicar, además, el número de filas de remaches: - Solape o recubrimiento sencillo (fig. 6.16). - Simple cubrejunia (fig. 6.17). - Doble cubrejunta (fig. 6.18). Las figuras (6.16, 6.17 y 6.18) representan los tipos descritos para una fila de remaches, pero cuando los esfuerzos son m u y grandes deben colocarse más filas de remachec. Las uniones siguen recibiendo los nombres anteriores, pero añadiendo 2, 3, etc., filas de remaches. Como ejemplo se expone la figura 6.19 con varias filas de remaches. tres filas

una

fila

dos filas

paralelas

dos filas en zigzag

'

I

e e

e

dos

con cubrejunta

,

filas en zigzag

dos

filas recortadas

1 e

tres filas recortadas

tres filas semirrecortadas

e 1 e

Fig. 6.19 Remachados en varías filas de remaches.

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.

1

e e el e 1

para cargas centradas es usual suponer que todos los roblones de una uniór: están sometidos a la misma tensión. Sin embargo esta hipótesis sólo es cierta aproximadamente. La figura 6.20 representa una unión a solape con cuatro filas de remaches y trabajando tracción con una fuerza F. En esta disposición el material tiene grandes alargamientos en B y C,porque en tales zonas soporta la casi totalidad de la carga F, mientras que en A y D los son pequeñgs. Como consecuencia de estos alargamientos desiguales, los roblones extremos soportan cargas excesivas, mientras que los roblones del centro soportan cargas muy por debajo de la media. Para materiales dúctJes se llega a una distribución más uniforme de la carga entre los roblones, si se Somete inicialmente la junta a una sobrecarga, para que el material situado en las zonas de mayor tensión fluya y se deforme plásticamente aliviando tensiones. 8

Fig. 6.20 Unión remachada trabajando a tracción.

6.2.1.10

Cortadura de los remaches

Simple (fig. 6.21A) con lo cual

Fig. 6.21 A, esfuerzo de cortadura simple; B, esfuerzo de cortadura doble; C, esfuerzo de c~mpresiónsimple; D, esfuerzo de compresión doble.

Doble (fig. 6.21 B), con lo cual:

En d3ble cortadura no existe peligro de aplastamiento, mientras el diámetro del roblón no sobrepase a 1,6 veces el espesor de la plancha más delgada.

Compresión de los remaches e (fig. 6.21 C), con lo cual:

1

F

Doble (fig. 6.21 D), con lo cual:

la mayor de ambas, teniendo que cumplir o 6.2.1.1 2


6.0 (condición constructiva)

Ventiladores pequeños Ventiladores de t i p o medio Ventiladores grandes Bombas cetiifugas Centrifugadoras Poleas para cables de extracción Rodillos para cinta transportadora

2.5-3,5

Tambores para cinta transportadora Draga de rueda d e paletas, rueda de paletas y elevador

4,545 > 6,O

Machacadoras de piedra M o l i n o s batidores Cribas vtbratorias ' Grandes apisonadoras vibratorias Excitadores excéntricos, Aparatos vibratorios Prensas para briquetas Grandes batidoras M o l i n o s de tubos

Rodillos para hornos giratorios Tornos. fresadoras y taladradoras Rectificadoras, lapeadoras y pulidoras Volantes Maquinaria d e imprenta Máquinas para la fabricación de papel parte húmeda parte de secado refino calandria Máquinas para trabajar la madera Husillos de "tupis" y árboles portacuchillas Sierras d e bastidor Máquinas para trabajar madera y plásticos Maquinaria textil Máquinasparafundición centrifugada

3.0-4.5 4,5-5.5 2.5-4,5 3.0-4.0 4.5-5.0 3.0-4.5

(condición constructiva)

3.0-3.5 3.5-4.5 2.5-2.8 1.6-2.0

Engranajes Engranajes universales pequeños Engranajes untversales de tipo medio Grandes enoranajes para barcos Engranajes oara vehiculos sobre carriles Engranajes para laminadores

Vehiculos Motocicletas Coches ligeros Coches pesados Camiones ligeros Camiones pesados Autobuses Trrctores Vehiculos a orugas Ruedas delanteras Cajas de cambio Eie de tran misión

1.O-1.5 4.5-5.0 3.5-4.0 > 6.0

M o t o r e s eléctricos Motores para aparatos electrodomésticos Motores pequenos de serie

(condición constructiva)

Motores de tipo medio de serie

4,5-5.0 2.7-4.5 2,7-4,5 3.4-4,0 4.0-4.5 5,O-6.0 5.0-6.0 4.6-5.0 4.0-4.5

3.0-4.0 2,8-3.3 3.0-4.0

Fig. 7.24 Cojinete cónico.

Grandes motores estacionarios Motores eléctricos de tracción

Cajas d e grasa Vagonetas Tranvias Coches de biajeros Vagones de mercancías Vagones de descombro Automotores Locomotoras (rodamientos exteriores) Locomotoras (rodamientos interiores)

3.64.7 3.4-4.0

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Fig. 7.25 Disposición de cojinetes cónicos.

Tabla 7.27A

Factor d e velocidad f, para rodamientos d e bolas

Para los rodarnientos radiales el cálculo de F s e efectúa por la ecuación: F = X . F r + Y . F a

í61

F,

= carga constante radial en kgf Fa = carga axial real en kgf X = coeficiente radial del rodamiento (tabla 7.29) Y = coeficiente axial del rodamiento (tabla 7.29)

En la tabla 7.29 s e puede comprobar que, para una carga puramente radial,

Fa

=

O, s e tiene F

=

Fr. En los rodamientos de una hiiera, la carga axial no em-

pieza a influir sobre ia carga equivalente hasta que la relación

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Fr

pasa de

Tabla 7.27B Factor d e velocidad f, para rodarnientos d e rodillos

B

Fig. 7.30 A y B. montaje de rodamientos de rodillos cónicos.

Tabla 7.28 temperatura máxima de servicio factor de temperaturas ft

Factor f , de temperatura de servicio

150 OC

2OO0C

250 OC

3OO0C

1,O0

0,90

.0,75

0,60

u n cierto valor e. En los rodamientos rígidos de bolas, los coeficientes X e Y dependen de la relación Fa y de la capacidad, de base estática Co. (Co, se encuentra m el catálogo para cada uno de los rodamientos.) Cuando se trata de rodamientos axialez, a excepción de los de rodillos a rótula, la carga equivalente es F = F a , puesto que sólo admiten cargas axiales. - Fuerzas axiales en rodamientos de rodillos cónicos y de una hilera de bolas en contacto angular. Estos rodamientos van montados de la siguiente forma (figs. 7.30 y 7.31); las fuerzas axiales adicionales pueden calcularse con ayuda de la tabla 7.32.

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Fig. 7.31 A y B , montaje de rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular.

um I . L Y I

coeficiente radial X y axial Y

h /

Rodamientos de rodillos

Rodamientos de bolas

POS de rodamiento:

l

I

-vyuir con

cadenas

pifiones y ruedas para cadena & rod;//~s (UNE 78 07 7) para que la Por cadena Sea Comcta, la rueda y el piñón deben lener una Y dlmensones apropiadas (fig. 7.134). E mínimo ncmero de dientes suele ser de 17, y el máximo de 124. ¡Jara el C ~ ~ C Ude ~ Oruedas de cadena: i.'.i.2.i

UNE 1824

F k 7.131 Poleas para cadenas de

eslabones.

i391 = número de dientes = Paso en rnm d = diámetro del rodillo en mm dp = diámetro primitivo en P

Las

d e = diámetro exterior en mm df = diámetro de fondo en mm A, = altura del diente en mm

del ancho del diente se obtienen en latabla 7.135.

792

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-

Tabla 7.135

Dimensiones de las ruedas dentadas para cadenas de rodillos

-

áximo

dximo

Fig. 7.134 Perfiles de ruedas para cadena de rodillos.

7.7.1.3

Cadena de bloque

Esta cadena tiene el eslabón macizo, unido entre si por medio de pernos y placas laterales (fig. 7.136); puede transmitir una potencia de hasta 100 CV.

En la figura 7.1 37 se muestra la forma de la rueda para cadenas de bloques. Las fórmulas para ei cálculo son las siguientes:

tg

=

len a

A+ A

cos a

l

Fig. 7.136 Cadena de bloques.

Fig. 7.137 Rueda para cadena de bloques.

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7.7.1.4 Cadena silenciosa (UNE 18 003) Los eslabones de la cadena están formados por los elementos siguientes.

-.

Mallas. Son las placas dentadas (fig. 7.138A). y sin dentar (fig. 7.1388) que engranan

o facilitan el engrane en la rueda. Las mallas sin dentar evitan que la cadena salte de las ruedas durante el funcionamiento; s e llaman placas guías. Perno o pasador.

Es la pieza que al unir entre sí las mallas permite formar los eslabo.

"es (fig. 7.138C). Buie. Pieza que s e introduce en los taladros de la malla y sirve de apoyo al perno para formar la unidad de trabajo (fig. 7.1380). Fig. 7.738 Malla: A, placa dentada; B, placa sin dentar o placas guía; C, perno; D, boje; E, arandela.

Arandela. Pieza que colocada a presión en los extremos del perno asegura el cierre de los eslabones (fig. 7.138E).

7.7.1.4.1

Tipos de cadena silenciosa

Las cadenas silenciosas pueden ser de estos cuatro tipos: 1.O

Sencillas con guias laterales (fig. 7.1 39A).

2.0 Sencillas con guía central (fig. 7.1398). 3.0 Dobles con guias laterales (fig. 7.140). Erre tipo se caracteriza porque los eslabones están constituidos por mallas dentadas agrupadas dos a dos, unidas por bujes, llevando al exterior !as mallas de guía. 4.0 Dobles, con guía central (fig. 7.141). Se diferencia de la anterior en que las mallas guía van colocadas en el centro. Para velocidades grandes trabajan mejor las de guia cenrral.

Fig. 7.729 Cadenas sencillas: A, con g u h laterales; B, con guía central.

7.7.1.4.2 Designación de las cadenas En la norma UNE 18 003 p4 y p5 se dan las dimensiones fundamentales y la carga de rotura de cada una de ellas. La designación se hace según la norma UNE 18 003, seguido de las letras S o D. según sea sencilla o doble, y la L o C según sean las guias laterales o centrales; a continuación, el signo x y la longitud total en metros; acompañará siempre el número de la norma UNE 18 003. Ejemplos:

Cadena 12 SC x 2, UNE 18 003 2.0

Fk7. 7.142 Perfil del diente de las ruedas silenciosas.

Cadena 29 SL x 2, UNE 18003 794

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Cadena 33 DC x 2, UNE 18 003

]

Cadena 55 DL x 2, UNE 18 003

1

que indican: cadena de dos metros de longitud según norma UNE 18 003, con las variantes siguientes:

."

Número 72, correspondiente a una cadena sencilla de 1 O,? 6 mm de paso, con las 1 mallas combinadas 4 x 5 y guía central, con una carga de rotura de 1 511 kgf. 2.a Número 29, sencilla, guías laterales, paso 15,87 mm, con mallas 1 x 2 y carga de rotura 1 31 3 kgf. 3." Número 33, cadena doble, guia central, paso 15,87 mm, con juego de mallas dobles 5 x 6 y carga de rotura 3 289 kgf. 4." Número 55, cadena doble, con guías laterales, con juegos de mallas dobles 9 x 10, con paso 25,4 mm y carga de rotura 18 217 kgf.

4.7.1.4.3 Designación de las ruedas Designación de una rueda dentada de 12 dientes, para cadena de rodillos, según la norma UN E 18 002. Para cadena simple: (dádentada

z - 12, UNE 18011 (1s x 5, UNE 18002)

1

Para cadena doble: Rueda dentada z = 12, UNE 18 011 ( 8 0 x 8, UNE 18 002) Para cadena triple: Rueda dentada z = 12, UNE 18 011 (4T x 3, UNE 18 002) Fig. 7.143 Detalle de las ruedas para cadenas silenciosas: A, perfil del diente; 6, corte longitudinal.

7.7.1.4.4 Ruedas para cadenas silenciosas Como puede apreciarse en la figura 7.142, el perfil del diente es recto, con un ángulo entre flancos alternos apropiado para el perfecto acoplamiento con las mallas. En la figura 7.143A aparecen las cotas principales para el tallado del mismo, en función del paso, p. En la figura 7.143B se ve el detalle lateral de las ruedas según sea para cadenas con mallas guía central o con mallas guía lateral. El número de dientes minimo de las ruedas depende del paso. Las fórmulas para determinar las dimensiones principales de las ruedas de cadena son (fig. 7.143A)

= ángulo central = número de dientes

? z (3 dp p de d, db df dg

n,, n,

z,, I

F N v

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2,

= ángulo del hueco entre dientes = diámetro primitivo = paso = diámetro exierior = diámetro del redondeado = diámetro de base = diámetro de fondo = diámetro de garganta = número de revoluciones por minuto de cada una de las ruedas = número de diontes de cada rueda = relación de transmisión = fuerza tangencia1 transmitida en kgf = potencia a transmitir en CV = velocidad tongencial en m/s

Calculada la fuerza a transmitir F se elige la cadena según la norma U N E

18 003, haciendo:

En la cual: iR= carga de rotura de la cadena q = coeficiente de seguridad, variable de 1,5 a 4, según los casos

7.7.1.4.5 Fig. 7.144 Cadenas especiales para transportadores y elevadores.

Aplicaciones de las cadenas

Las cadenas, fundamentalmente, se utilizan como elementos de transmisión, pero también pueden emplearse como elementos resistentes de tracción y de transporte. En la figura 7.144 se ven unas cadenas que llevan unas mallas especiales para poder unirse a cintas transportadoras, cangilones, etc.

7.8 Excéntricas y levas Las excéntricas y las levas son elementos muy empleados en los mecanismos para construcciones mecánicas y en motores de explosión. La finalidad de las excéntricas y de las levas es transformar el movimiento circular uniforme en movimiento rectilíneo alternativo o en movimiento angular que sigan una norma o ley determinada. La amplitud del movimiento rectilíneo obtenido puede ser muy pequeña; por esta razón el empleo de excéntricas es, en algunos casos, muy apropiado, pues resulta muy dificil conseguir el mismo resultado con otros sistemas.

7.8.1 Fig. 7.145 Excéntrica de co//ar.

amifricción

12/lecanismos de excéntrica

Aunque estos mecanismos se basan en un mismo principio, el resultado práctico puede ser muy diverso; por esta razón los sistemas de levas empleadas son muy variados. Los principales sistemas de excéntrica empleados son los siguientes: - Excéntrica de collar. - Excéntrica circular de marco.

antifriccibn

7.8.1.1

C corona

Fig. 7.147 Material en la superficie de contacto: A, del mismo material que e l anillo; B y C, aniilo revestido de material antifricción.

Excéntrica de collar (fig. 7.145)

El disco (1) con agujero excéntrico va acoplado al árbol del motor; la corona (2) va ajustada al disco (1); al girar el motor gira el disco y la corona adquiere un movimiento de vaivén; este mecanismo hace los efectos de biela manivela (fig. 7.146). Se pueden tener desplazamientos muy pequeños. '

corona b,eia

gula

carrera = 2 e

disco punto de giro

carrera = 2 OA = 2 e

Fig. 7.146 Excéntrica de collar como biela-manivela.

La superficie de l a corona que gira en contacto con el disco, puede ser del mismo material (fig. 7.147A) o estar formada por un rnateriai antifricción (fig. 7.1478 y C). disco

La excéntrica de collar se emplea en compresores, en prensas excéntricas, etc.

7.8.1.2 Excéntrica circular de marco

Fjg. 7.148 Excéntrica de marco.

El mecanismo consta de un disco con agujero excéntrico que se acopla al eje del motor; el disco va ajustado a un marco (fig. 7.1 48) al cual proporciona un movimiento de vaivén. Este sistema se emplea en las cajas de distribución de las máquinas de vapor y para movimientos automáticos en máquinas herramientas.

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7.8.2 Leva La leva es una variante de la excéntrica; transforma el movimiento de rotación uniforme en un movimiento rectilíneo o angular, según una ley determinada. La leva es muy empleada en máquinas herramientas. En las máquinas automáticas, las levas son los órganos principales de accionamiento en el tiempo y duración previstos. Cada leva tiene la programación de una operación que e , debe realizar dentro de cada ciclo.

7.8.2.1 Clases de leva Según la forma que generalmente tenga la leva, ésta puede ser: - Leva de disco. - Leva de tambor. Leva frontal. - Otros tipos de leva.

pane concéntrica

Fig. 7.149 Leva de roldana.

-

El contacto de la varilla con la leva se hace por la fuerza exterior de un muelle o por otro medio. En algunas, el empujador va dentro de una ranura que le obliga al movimiento en ambos sentidos; éstas se llaman de movimiento positivo.

7.8.2.1.7 Leva de disco Se llama así porque para construirla se parte ordinariamente de un disco.

El método a seguir para construirla depende de la precisión que deba tener y del número de levas a construir. Hay levas que se hacen a lima, partiendo de un trazado; a fresa, si la curva es uniforme y continua. Se fabrican en máquinas especiales cuando se hacen en serie, generalmente por copiado. La leva de disco puede ser:

Fig. 7.150 Arbol de levas.

- Leva de roldana. Caracterizada porque, en la periferia, alguna de las partes es concéntrica al eje de giro (fig. 7.149). Este tipo de leva es muy usado en los motores de combustión para abrir y cerrar las válvulas. En la figura 7.150 se muestra un eje de levas de un motor de cuatro tiempos y la figura 7.1 51 presenta el montaje del árbol de levas, válvula y balancín. - Leva de movimiento uniforme. También llamada leva de corazón por la forma que toma (fig. 7.152). El movimiento circular uniforme lo transforma en rectilíneo uniforme alternativo.

Fig. 7.152 Leva de corazón: A, esquema de funcionamiento; B. diagrama de/ recorrido; C, forma de trabajo.

- Leva

de movimiento variado. En la leva de la figura 7.153 el movimiento que imprimen a la varilla ya no es uniforme.

Fig. 7.153 Leva de movimiento variado: A, esquema de funcionamiento; B, diagrama del recorrido; C, forma de trabajo.

piarillo

leva

Fig. 7.751 Movimiento transmitido por la leva a través de elementos intermedios.

pivote

guía

7.8.2.1.2 Leva de íarnbor El cuerpo de la leva es un cilindro (fig. 7.154), en cuya periferia se practica una ranura de dimensiones adecuadas para introducir en ella un pivote de arrastre que hace mover el vástago o elemento mandado, ya directamente ya por medio de una palanca (fig. 7.1 551, de brazos fijos o variables.

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/* ramb&

canal

Fig. 7.154 Leva de tambor.

7.8.2.1.3 Leva frontal El cuerpo de la leva es un cilindro o cono, convenientemente vaciado, para lograr una corona de ancho apropiado. Sobre esta corona se construye la leva (fig. 7.156). El vástago se desplaza paralelo al árbol motor.

7.8.2.7.4 e = recorrido

Fig. 7.755 Leva e': tambor mandado por una palanca: A, forma de trabajo; B, gráfico d e l recorrido.

Otros tipos de leva

La forma constitutiva de la leva puede ser muy variada, según la disposición que debe tener en la máquina y el movimiento que debe producir en el elemento accionado. En la figura 7.157A se muestra una leva en un cono formando el eje del árbol y la varilla o vástago un ángulo a. En la figura 7.1578 la leva de aspa hace contacto intermitentemente con el rodillo de la varilla. En este caso la varilla es empujada sólo en un sentido. En sentido contrario, el empuje es por gravedad. La figura 7.157C muestra una leva que dota a la palanca de un movimiento angular alternativo. El contacto del rodillo con la leva se logra por medio de un muelle. La figura 7.157D muestra una leva de tambor de piezas postizas en vez de ranura. En la figura 7.157E se muestra una leva mixta llamada cruz de Malta. En la figura 7.1 57F aparece una leva triangular cuya varilla o empujador es un marco semejante al de la excéntrica de marco.

*-

punto de airo

auia \ pieza saliente

canal

Fig. 7.156 Leva frontal.

Fig. 7.757 Distintos tipos de levas, por su forma o disposición.

F

w

7.8.3 Forma del extremo del empujador o varilla La forma del extremo del empujador en contacto con la leva debe estar construido de tal forma que reproduzca el movimiento deseado. Si la forma de la leva es muy sinuosa y el esfuerzo que debe vencer es muy pequeño, el extremo de la varilla puede ser puntiagudo (fig. 7.1 53); para mayores esfuerzos puede hacerse el contacto a través de un rodillo (fig. 7.1 56); finalmente, cuando la leva no presenta ninguna parte cóncava, puede emplearse para el extremo del empujador la forma de platillo (fig. 7.151). El marco de la figura 7.157F es un caso particular de empujador de plarillo.

7.8.4 Material de levas y empujadores Ya se dijo que para las excéntricas de collar, la superficie de contacto podía hacerse de un material antifricción. La forma de trabajar de las superficies en contacto origina una fuerza de rozamiento que debe reducirse al mínimo con una buena lubricación. Tiene la ventaja de que la fuerza total de empuje queda repartida en una gran superficie, por lo cual la presión es relativamente pequeña y el material se elige para que no sobrepase los limites admisibles para el aplastamiento por compresión. La carga habrá que reducirla en función de la temperatura que pueda adquirir la superficie durante el funcionamiento.

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recorrido de media vuelta

para las levas ya no se cumplen estas condiciones: las superficies de contacto son pequeñas Y, por consiguiente, las presiones muy grandes, por l o cual los materiales deben ser m,y resistentes al desgaste. Suelen emplearse aceros de aleación para temple o cementa-

7.8.5 Trazado de las levas Este tema será tratado ampliamente en los próximos cursos y en la asignatura de Técnicas Gráficas. En este apartado sólo se da una idea del problema Y se resuelven unos casos sencillos. 7.8.5.1 Movímíento de la varilla Para el trazado de la leva, hay que partir del movimiento que debe lograrse en la varilla o empujador. En ocasiones, este movimiento estará perfectamente definido por leyes geométrica~Y podrán representarse por las ecuaciones matemáticas del mo"imiento; otras veces serán movimientos que no obedezcan a estas leyes y que no pueden materializarse en una fórmula matemática. Sea cual sea el caso, lo primero que hay que lograr es un gráfico del movimiento. Estos gráficos se trazan en un sistema de ejes de coordenadas rectangulares: en las ordenadas se representan los espacios o caminos recorridos por la varilla y en las abscisas se traza una longitud arbitraria que representa el tiempo de una revolución de l a leva; en las levas de disco suele medirse en grados; así, se tomarán 360° para una vuelta entera; en las de tambor se suele tomar el desarrollo del cilindro o tambor. Problema 7 7.O Trazar una leva de disco para un recorrido de 5 0 mrn. El movimiento debe ser uniforme tanto a la ida como a la vuelta y con la misma velocidad. Solución: Supongamos que la varilla en el lugar d e contacto con la leva es puntiaguda. 1.0 Trazar el diagrama d e movimiento. En un sistema de ejes rectangulares (fig. 7.1 58A) se toma en ordenadas 5 0 m m y en abscisas una medida arbitraria, por ejemplo 1 2 0 rnm. Por tener que ser el movimiento uniforme, la línea del gráfico debe ser una recta; y por tener que llevar la misma velocidad a la ida y a la vuelta, las pendientes serán iguales (fig. 7.158B). 2." Se divide el eje de las abscisas en un número de partes iguales, 1 2 por ejemplo, y por cada una de ellas se trszan las respectivas normales y,, y2, yJ, etc. 3.O Sobre una circunferencia (tangente a las abscisas para más facilidad) d e diámetro arbitrario (no debe ser muy pequeño y, por supuesto, no menor que el cubo de la leva), se hacen tantas divisiones iguales como las que se hicieron en el eje de abscisas, 1 2 en nuestro caso, y que equivalen a 360°/1 2 = 30°. Sobre el extremo de cada radio se lleva la coordenada respectiva. 4.O Uniendo esos puntos por una curva continua tendremos trazado el perfil de la leva. Se termina dibujando el cubo, agujero, chavetero y la vista lateral (fig. 7.158B). Para evitar gue el cambio de sentido de la varilla sea muy brusco, suele modificarse la linea del gráfico de movimiento con unos redondeados en los extremos, quedando la forma como la d e la figura 7.158C.

C

Fig. 7.158 corazón: A, B, p e r f i l de cado de la

Y Trazado de una leva de diagrama de movimiento; la leva; C, perfil modifileva.

Problema 78.0 Trazar una leva igual a la anterior pero utilizando como extremo de empujador un rodillo de 2 0 m m d e diámetro. Solución:

El trazado es exactamente igual que en el caso anterior hasta el punto final (apovechamos el gráfico corregido). El perfil trazado es el que debe recorrer el centro del rodillo; para lograrlo, sobre el perfil así obtenido sc trazan una serie continuada de circunferencias de diámetro igual al del rodillo. La línea tangente a esas circunferencias es el perfil real de la leva (fig. 7.159). Téngase presente al elegir la circunferencia base que quedará reducida en una dimensión igual al diámetro del rodillo. En la figura 7.159 queda trazada la leva. Problema 19.0 Trazar una leva de tambor d e modo que el movimiento que imprima a la varilla sea como sigue: Durante 1200 avance con movimiento uniforme 18 mm; permenezca parada durante 600; en los 60° siguientes vuelva a moverse uniformemente 2 0 m n ; para volver a pararse durante 30°; seguidamente, vuelva al punto de partida. El diámetro exterior del tambor debe ser 45 mm.

Tecnología Mecánica 3

Fig. 7.759 Trazado de una leva con empujador de rodillo.

- -~ .

__----

Solución.

1.0 Trazar el diagrama de movimiento. Para ello en ordenadas tomamos, a [amafio tural, los recorridos y en las abcisas longitudes proporcionales a los grados, para una total = z . d. ;;.d -=

X1

3600

120"

--

Fig. 7.160 Trazado d e l diagrama de movimiento de una leva de tambor.

=

& = A x4 60°

600

30"

x5

90" x

.

-

d 1200 3600

x . d 3

3,14

X,

=

X2

=

x.d.600 3600

=

x . d 6

-

X3 =

r:.d-60° 3600

-

z . d 6

-

X',

=

x.d.300 3600

-

rc.d 12

Xg

=

x

. d

.

900

3600

-

45

-

3 45

3'14

6 3114 6

3'14

-

i ;. d- = 4

*

45

45

12

3'14

45

4

= 47,,

= 23,55 m m

= 23,55 m m

= 11,78 m m

= 35,33 m m

Para hacer más suave el movimiento, los enlaces de los distintos tramos deben hacerse redondeados. En la figura 7.160 queda dibujado el diagrama del movimiento. Enrollado en el tambor este diagrama servirá para el trazado sobre el tambor. Como se comprende, las pendientes serán más o menos bruscas según el diámetro del tambor. También sucede que, en el exterior, la velocidad tangencia1 es distinta que en el interior y, si el rodillo se hace cilíndrico, habrá deslizamientos, desgastando prematuramente la ranura o el rodillo. Se evita este inconveniente haciendo la ranura en forma d e V y el rodillo cónico. Por estas razones las ranuras se harán de la menor profundidad posible.

7.9 Resorte o muelle Es un elemento susceptible de experimentar grandes deformaciones bajo la acción de una fuerza, capaz de almacenar una considerable cantidcid de energía, restituible al recobrar su forma primitiva. Las aplicaciones de los resortes son muchas y variadas; forman parte de la mayoría de los mecanismos y máquinas.

-

$

t i

1I

7.9.1 Material para resortes Los resortes se hacen de acero especial; en la norma UNE 36 01 5-75 se especifica el acero para muelles del F-1 430 al F-1 460; los elementos de aleación son el Cr, V, SI, Mo; por ejemplo: F-1 430 = 51 Cr V 4; F-1 140 = 56 Si 7; F-1 460 = 52 Cr M o V 4 son aceros para resortes. Algunos materiales piásticos y de goma, en ocasiones se pueden considerar como resortes.

7.9.2 Clasificación de los resortes En la norma DIN 29, los resortes se clasifican según la tabla 7.161.

2 f

-

$

-

-

?

-

7.9.3 Cálculo de resortes En cualquier mecanismo, una vez seleccionada la forma de resorte, es fundamental el cálculo del mismo, para que pueda cumplir el fin propuesto. Las deformaciones que pueden experimentar los resortes deben de estar dentro de los límites de proporcionalidad. U n muelle que trabaja a tracción, si el esfuerzo al que se somete es ligeramente superior a l límite de proporcionalidad, se inutiliza rápidamente.

Tecnología Mecánica 3

-

, f

/

.esortes

Zelicobialer uindricos

-

Resorte a com preriói conico

1)

Tecnología Mecánica 3

Se ha representado todo el anillo alembn: para oirar formas de anillo re dtbulara el rimbolo correspondiendo a la forma regUn D I N 2097.

. 7.9.3.1 Cálculo de resortes helicoidales cilindricos de alambre redondo a compresión P

L o q u e en la práctica interesa, e n los resortes, es calcular la d e f o r m a c ; ~ ~ el diámetro del alambre y el diámetro del resorte e n f u n c i ó n d e la fueira yerd*y del número de espiras (fig. 7.162A). Las fórmulas q u e relacionan estas variables s o n las s i g u i e n t ~ s : Fórmula de la tensión:

-I

Fórmula de la elasticidad (deformación elástica):

B

relación de arioliamiento w =

j.ri

% Fórmula para calcular el diámetro del alambre:

Fig. 7.162 A, resorte a compresión; 5, gráfico para el cálculo de K.

= resistencia a la cortadura en kgf/mm2. = coeficiente (se calcula mediante el gráíico de la figuira 7.162B) = diámetro medio del . resorte - - - - en - mrn

7

K D, F

=

f n

= = = =

G d

fuerza ejercida en kgf deformación elástica en m m número de espiras módulo de elasticidad transversal (para el acero vale 0,83 x l o C ) en kgf/mm2 diámetro de! alambre en mrn

Prc

Fig. 7,Y 63 Resorte a tiacción.

1%

u n resorte ae compresion tiene 16 espiras (rig. 1 . I O L A ) ; la rension maxima admisible kgf/cm2, e! diámetro medio del resorte es de 1 0 cm y el diámetro del alambre 20 mrn. Se deben determinar la carga máxima admisible y la deformación sufrida. := 4 000

Solución:

- Cáiculo

de K (Gráfico fig. 7.162B)

Tecnología Mecánica 3

a -3 %m

7.9.3.2 Cálculo de resortes helicoídales cilíndricos de alambre redondo a tracción El cálculo es similar al de compresión; solamente se diferencia en que hay que tener en cuenta la fuerza de la tensión interna ífig. 7.163). Fig. 7.164A Muelle de platillo.

Tabla 7.164

B Valor

de los coeficientes a, fl y y en función de DelDi

I

siendo: F, = carga previa

7.9.3.3 Cálculo de muelles de platillos (fig. 7.164A y tabla 7.164B) Se emplean para grandes fuerzas en espacios reducidos de altura. El cálculo se hace para un platillo sencillo; en la práctica, se pueden acoplar varios, de la misma forma que indica la figura 7.1 6 5 A , B y C. Fórmula para el cálculo de la carga F en un muelle simple (fig. 7.1 64A) en función de f :

donde:

F e

= fuerza ejercida en kgf = espesor del muelle

u.

= coeficiente dependiente de la relación

%

(tabla 7.1648)

D e = diámetro exterior del platillo en m m D i = diámetro interior del platillo en m m f = deformación elástica del muelle (flecha) en mm h = altura libre del muelle sin esfuerzo

Tensión.

Fig. 7.165 Forma de acoplar los muelles de platillos.

a, p y y (tabla 7.164B) Estas fórmulas constituyen la base para la determinación del número de platos de los muelles compuestos.

7.9.3.4 Cálculo de resortes de flexión doble arrollados (fig. 7.1 66) El procedimiento de construcción de estos resortes es idéntico a los mueIles cilíndricos de torsión. La sección de alambre puede ser cilíndrica o rectangular.

Deformación elástica: - Para alambre de sección cilíndrica:

u

=

3660. n . M . E d4

Dm

Tecnología Mecánica 3

Fig. 7.166 Muelle de flexión doble.

-d.

~

----

----

-.--

-

-~

-~.- -

- --

-

- ~ . .

--

--

Carga de trabajo a flexión:

M

cc Fig. 7.767 Resorte de espiral.

n

D, a

E d

= = = = = =

momento torsor mm-kgf grados de giro número de espiras útiles diámetro medio del muelle en mm carga de trabajo a flexión en kgf/mrn2 módulo de elasticidad a flexión en kgf/mm2 (21 000 para acero de muelles) = diámetro del alambre en m m

7.9.3.5 Cálculo de resortes en espiral plana (fig. 7.167) Estos muelles tienen una sección rectangular. La fuerza que actúa produce un momento que tiende a enrollarlo; la tensión que produce este tipo de muelles suele ser suave. Deformación elástica:

Fig. 7,168 Resorte de ballesta.

Carga de trabajo:

a I

Fig. 7.169 Resorte de caucho.

61

= grados que puede girar = longitud de la espiral en mm M = momento torsor en kgf.mm E = módulo de la elasticidad a flexión en kgf/rnm2 (21 000 para acero de muelles) g = vueltas o = carga de trabajo del muelle en kgf/mm2 a = lado del rectángulo paralelo al eje en rnm b = lado del rectángulo perpendicular al eje en rnrn

7.9.3.6 Cálculo de ballestas Las ballestas se fabrican con pletinas rectangulares de acero; tienen la particularidad de que la tensión es casi uniforme en toda su longitud (fig. 7.1 68).

Deformación elástica:

Carga de trabajo:

f = flecha en mm (deformación elástica) 1 = semilongitud de la ballesta en mm

E = módulo de la elasticidad a flexiór; en kgf/mm2 (21 000 para acero de muelles) n = número total de pletinas Fig. 7.771 /lAuel/e en espiral: A, en su máxima tensión; B, en reposo.

b = ancho de la pletino en mrn h = espesor de la pletina en mrn F = semicarga total en kgf a = carga de trabajo de la pletina en kgfImm2

Tecnología Mecánica 3

d

t

-

7.9.3.7

Resortes de caucho (fig. 7.1 6 9 )

Este tipo de resortes se emplea, cada vez más, como expulsor en los moldes de embutición. La fuerza F necesaria para expulsar el material embutido obtiene por experiencias prácticas.

,,

fórmula de la sección elástica:

Fórmula de la carga axial: Fig. 7.772 Muelle a compresión en una matriz.

Fórmula de la flecha elástica. muelle

D = diámetro máximo en rnm d = diámetro del agujero en m m F = carga axial en kgf f = flecha elástica en m m h = altura del disco de goma en mrn n = número d e discos A = área d e la sección del disco en mm2 7 = tensión admisible por compresión en kgf/mrn2 (para el caucho suele ser de 0,04 kgf/mrn2)

Fig. 7.773 Muelle de láminas elásticas.

7.9.4 Aplicaciones de los resortes Los resortes tienen múltiples y variadas aplicaciones; en algunos mecanismos son insustituibles por otros elementos. El cálculo de un resorte debe ser cuidadoso cuando se ha de aplicar a válvulas de seguridad, embragues, reductores continuos de velocidad, tensores de poleas y uniones elásticas, por las consecuencias graves que su fallo podría originar. En las figuras 7.170 a 7.178, se muestran algunas de las aplicaciones de resortes.

Fig. 7.774 Muelle del extractor de un troquel.

'%a Fig. 7.776 Muelle a tracción en un tensor de polea.

Fig. 7.7 7 5

Fig. 7.177 Muelle a compresión en un embrague.

Fig. 7.778 Muelle a compresión en un variador a'e velocidades.

Tecnología Mecánica 3

7.1 0 Ruedas d e fricción Se llaman ruedas de fricción los elementos de máquinas, q u e transmitir el movimiento circular de una forma continua entre dos árb contacto directo de sus superficies periféricas.

fuerza

Las ruedas de fricción se emplean para árboles muy próximos, cuya potencia mitir sea pequeña; en algún caso puede ser un sistema de seguridad. El contacto entre las ruedas produce una fuerza de rozamiento, que depende de Ir sión que ejerzan una contra otra y del material de las mismas. Fig

7 179 Ruedas de fricción.

7.1 0.1 Clasificación de las ruedas de fricción Por la forma que pueden tener, las ruedas de fricción se clasifican en: - Ruedas cilíndricas. - Ruedas acanaladas. - Ruedas cónicas.

7.1 0.1.1 Ruedas cilíndricas Son rodillos de sección circular, cuyos radios son sí (fig. 7.179); sobre los rodillos actúa una fuerza Q; S mite el movimiento pcr fricción y que al girar no hay deslizamiento, la cidad tangencial será: V =

a l - r l = a2.r2;

W,

= 2 . x . n i

y

w i = 2 . ; ; . n ,

luego: 1

wl

-

a2

r2

- d2

r

d,

=

ni n

siendo: w l y (02 n, y n2 r y r d, y d2

= velocidades angulares = r. p. m. de las ruedas

= radios de las ruedas = diámetros de las ruedas

7.1 0.1.1.1 Fuerza tangencial La fuerza tangencial F, debida al rozamiento que se desarrolla en la generatriz de contacto de los rodillos, depende de la potencia que debe transmitirse y de la velocidad tangencial; si F se expresa en kgf, la potencia N en CV, v en rn/s y n en r. p. m,, y el radio r en cm se tiene que:

de donde:

Por otra parte:

7.10.1.1.2

Fuerza radial de las ruedas

Si Q es la fuerza total normal de las ruedas, se debe verificar que:

k

-

I

-

P.

d

-

p = coeficiente de rozamiento; depende d e la naturaleza de los materiales en contacto.

En la tabla 7.180 se indican los coeficientes de rozamiento entre los materiales más usados.

B

* 4 d

206 Tecnología Mecánica 3

-

T a b l a 7.180

Coeficientes d e rozamiento p y presiones admisibles I

I

I

Material de la correa

l

0,lO 0,15 0,20 0.30 -

Fundición sobre fundición N papel )) » cuero D » madera

0,15

3-5

0,20

1-2

0,30 0,50

1-2 1-2

7.1 0.1.1.3 Cálculo del ancho de la llanta El ancho d e la llanta depende del material y del diámetro d e las ruedas y viene dado por la siguiente fórmula:

P b O dr d1 y d,

= = = = =

presión admisible d e la llanta (tabla 7.1 80) en kgf/cm2 ancho de la polea en c m fuerza radial en kgf franja de contacto en cm di3metros de las poleas en cm

Problema 2 1 . O Con dos poleas de fricción de fundición y forradas de cuero, se ha de transmitir una potencia de 1 CV. El diámetro de la polea menor es de 190 m m y gira a 120 r. p. m.; la polea mayor debe girar a 80 r. p. m. Calcular la fuerza tangencial, la presión normal y ancho de las poleas. Solución:

-

Cálculo de la velocidad tangencial:

-

Cálculo de la fuerza tangencial 1741:

-

Cálculo de la presión normal [76]. Según tabla 7.180 ,u. = 0,25:

Q

- Cálculo

>

F -= F

63 =

0,25

252 kgf

del ancho de la llanta:

Según la fórmula [77]:

Tecnología Mecánica 3

7.10.1.2 Ruedas de fricción acanaladas

%4 S

Estas ruedas tienen una garganta, cuyo saliente de la una se en el entrante de la otra, en forma de cuña (fig. 7I: 81 A). Cuando mitir mayor potencia se construyen de varias gargantas (fig. 7.182).

ink -

"

'-A

Con las gargantas se consigue aumentar la superficie de contacto. Con resp' planas, presentan la ventaja de que, para transmitir la m isma tuerza tangen cial, ' . . . la fuerza radial, que flexa y fatiga los árboles, es menor. El valor del angulo a suele

.S,

>

Ser

7.1 0.1.2.1

Cálculo de la fuerza tangencia1

La f i de la gar

radial (fig.

br j -.. -#

N perpendiculares ,182 El), con la siguiente elación:

! proporciona unas fuerza

Fig. 7.187 A, ruedas de fricción acanaladas; 6, descomposición de la fuerza 0.

..

-

Q = Z N . s e n u de donde:

I

-

L

1

n sen v.

La acción motriz F , tangente al cilindro medio, según la teoría eiemen del rozamiento, debe ser:

F = 2 N . p sustituyendo 2 N por su valor en [78] resulta: I

n

..

i

En las ruedas acanaladas la velocidad tangencial es igual en el diámetro medio XX', pero es distinta en los extremos a y b (fig. 7.181A); por esta razón, tienen el inconveniente de que hay pérdidas de potencia por frotamiento, el cual origina, a su vez, desgaste d e las ruedas en las zonas de contacto. Para disminuir este efecto, la profundidad de la garganta se hace pequeña, de 1 0 a 1 2 mm.

7.1 0.1.2.2 Número de ranuras Para evita sgaste exces ivo la precié I radial debe se1 el número d e .ranuras se logra aume . . . La fórmula de la presión viene dada por la siguiente expresion (tig. / . l 8 L ) :

P =

0 2 . e . z

proyección de la línea de contacto en un plano perpendicular a Q o semidiferencia de las bases del trapecio d e contado en cm número d e ranuras fuerza radial en kgf presión unitaria admisible en kgf/cm7

El número de ranuras suele ser de 3 a 5. El rendimiento de estas ruedas es de 0,88 a 0,90. Problema 22.0 Con dos poleas acanaladas de fundición y forradas de cuero, se ha de transmitir una p o tencia de 1,5 CV; el diámetro medio de la polea menor es de 200 m m y gira a 1 2 0 0 r. p. m. El ángulo or = 150 y e = 4 mrn (fig. 7.1 82). Calcular el número de ranuras. Solución:

- Cálculo

de la velocidad en punto medio:

Fig. 7.782 Ruedas de canales rnúltipies.

Tecnología Mecánica 3

-

e

Cálculo de la fuerza tangencia1 [74]:

F

- Cálculo

.

75

N

75 x 1,5 12.56

=

v

- 8.96 kgf

de la fuerza normal [79] y para f = 92 de la tabla 7.180:

o

- Cálculo

=

=

F . sen a0 f

8,96 . sen 15O

-

0,20

=

11,6 kgf

del número de ranuras [80]:

El valor de p. en la tabla 7.180, oscila entre 1 y 2. Se toma el mínimo: 1 kgf/cm2. 3!

7.1 0.1.3 Ruedas de fricción cónicas Las ruedas de fricción cónicas se usan para transmitir el movimiento entre árboles que se cortan (fig. 7.183). El ángulo más común, que suelen formar los árboles, es el de 900. 7.1 0.1.3.1 Relación d e transmisión de ruedas cónicas

En este tipo de ruedas las velocidades tangenciales son distintas en cada punto. La velocidad lineal, en el punto M , de la periferia, será:

.

w,

-

.

rl = w 2

r2

de donde.

nz

6~z

Por otra parte: rI OM1

sen

= -

despejando:

ri

sen a,

= OMl

sen

K,

=

rz OM1

----

despejando: r2 = O M i

sen u ,

Sustituyendo estos valores en [73b] queda: =

-~!.f

n,=

sen sen

-

n

2

U, U,

Teniendo en cuenta que u , = u - u , y sen u , = sen u . cos K , - cos sustituyendo en [73c] se tiene que: ni -

sen u

n2

-n -T n2

z-

7

9. Tecnologia 2.1.

-

.

cos u , - cos sen U , sen U t g U1

-

COS

U

.

sen

U,

u

Tecnología Mecánica 3

U

sen a l ,

Fig. 7.783 Ruedas de fricción cónicas.

de donde w.

1

tg a, =

I

.-

ser; v. n,

nz

bu3

V.

De forma análoga se deduce: 7 ,

eje conductor

LOS raaios medios se calculan. en función de la velocidad media, de la siguiente forma:

@lede gtro

'

eje conducido

de donde:

velocidad mínima

Fig. 7.184 Ap1icac;Ón de las ruedas de fricción a variadores de velociu'ad.

Fig. 7.786 Engranaje de dientes rectos,

-

Cálculo de los radios medios [ 8 3 ] :

l

Fig. 7.187 Engranaje interior de diente recto.

- Cálculo

-

de la fuerza que transmite tangencialmente [74]:

Cálculo de la presión que ejercen los rodillos [76]:

Fig. 7.788 Piñón y cremallera.

Tecnología Mecánica 3

- Cálculo del ancho

de los rodillos [77]:

Fig. 7.789

Sector dentado. Fig. 7.190 Engranaje helicoidal con ejes que se cruzan.

7.1 0.1.4 Aplicaciones de las ruedas de fricción Además de usarse como elementos de transmisión y de sistemas de seguridad, se emplean también como mecanismos reductores continuos de velocidad (fig. 7.1 84) y en inversores de velocidad (fig. 7.185). Fig. 7.7 9 1 Engra najes helicoidales de ejes paralelos.

w-

Fig. 7.185 Aplicación de las ruedas de fricción para inversores de marcha.

7.1 1 Ruedas d e n t a d a s Las ruedas dentadas, engranando entre sí, sustituyen a las ruedas de fricción, con la ventaja de mantener la relación de transmisión constante para cualquier potencia, siempre que los dientes sean suficientemente resistentes y las ruedas estén construidas en la forma debida.

Fig. 7.192 Tornillo y rueda sin fin.

7.1 1.1 Engranaje Se llama engranaje al conjunto de ruedas dentadas que engranan entre sí. En todo engranaje son necesarias, al menos, dos ruedas dentadas; por tanto, no es correcto llamar engranaje a una sola rueda dentada. 7.11.2 Clasificación de los engranajes Rectos

\

Helicoidales

i(

Fig. 7.79 3 Engra naje helicoidal doble.

Exteriores Interiores De piñón y cremallera ~ u e d a sde. cadena

De una espiral

De ejes paralelos De ejes cruzados D e piñón y cremallera

D e dos o mas espirales

De ejes paralelos De y cremallera

De visinfin

Cónicos

De dientes rectos De diente recto inclinado De diente curvo Hipoide

Fig. 7.194 Engranaje cónico de dientes rectos.

De la figura 7.1 86 a la figura 7.195 se muestran los tipos de engranajes más comúnmente empleados. Los engranajes rectos se estudiaron en el Tema 30 de Tecnología del M e tal 1.2, de esta misma Editorial. 7.1 1.3 Engranajes helicoidales Se llaman engranajes helicoidales aquéllos que tienen los dientes inclinados en forma de hélice (fig. 7.196).

Tecnología Mecánica 3

Fig. 7.195 Engranaje hipoide.

___-

_

Fig. 7.196 Paso helicoidal,

_--

-

- --

--

-

Propiamente son tornillos de varias entradas. cuyos hilos forman los dientw del engranaje. Los engranajes helicoidales son más suaves y silenciosos que 10s rector, por eso su aplicación es muy grande; producen esfuerzos axiales que se recibe,, normalmente sobre cojinetes de bolas o rodillos. Dándole a los engranajes una doble espiral se consigue disminuir el rozamiento y contrarrestar los esfuerzos axiales (fig. 7.193). Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos (fig. 7.191) y cruzados (fig. 7.190).

qpt

7.1 1.3.1 Pasos en los engranajes helicoidales En todos los engranajes helicoidales, siempre hay que considerar tres pasos:

- Paso circunferencial

-

(pt).

Paso normal (pn). - Paso helicoidal (p).

7.1 1.3.1.1 Fig. 7,197 Pasos circunferemial Y normal.

Paso circunferencial (pt)

Es la distancia entre los dientes consecutivos, tomada sobre la circunferencia primitiva y paralelamente a¡ eje del engranaje (fig. 7.197). 7.1 1.3.1.2 Paso normal (pn) Es la distancia entre dos dientes consecutivos, tomada perpendicularmente al diente del engranaje (fig. 7.197).

, \ S ' ,

7.1 1.3.1.3 Relación entre pt y p n Observando la figura 7.197 se tiene:

Fig. 7.198 Cálculo del paso helicoidaf.

COS

p

=

Pn -Pt

de donde

es el ángulo que forman los dientes con e l eje. 7.1 1.3.1.4 Paso helicoidal (,oz) Un engranaje helicoidal es un tornillo de tantas entradas como dientes tiene el engranaje. El avance de la rosca del tornillo es el paso helicoidal (fig. 7.1 98). Desarrollando la hélice se tiene que:

7.1 1.3.2 Módulos en los engranajes helicoidales En todos los engranajes helicoidales, siempre hay que considerar dos módulos: - Módulo circunferencial (mt). - Módulo normal (mn). 7.1 1.3.2.1 M ó d u l o circunferencial (mt) Módulo circunferencial es el cociente entre el paso circunferencial y el número x.

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7.1 1.3.2.2 M ó d u l o normal (mn) ~ ó d u l onormal es el cociente entre el paso normal y el número x .

7.11.3.2.3 Relación entre mt y m , Sustituyendo el valor de p n de [84] en 1871 se tendrá:

pt

'

cos

p

COS

7

d .

(

mn = mt

cos

p

p

1

í881

7.11.3.3 Dimensiones de un engranaje helicoidal Es importante observar que el diámetro primitivo de un engranaje helicoidal se deriva de las dimensiones del módulo circunferencial; por tanto:

En cambio, la altura del diente y otras proporciones que ha de tener la herramienta con que se hacen los engranajes, se derivan de las dimensiones del módulo normal, para facilitar su construcción; así:

7.1 1.3.4 Par de ruedas helicoidales formando engranaje Al igual que en los engranajes rectos:

7.1 1.3.4.1 Par de ruedas helicoidales de ejes paralelos Su montaje puede verse en la figura 7.191 . Casi todas las fórmulas de los engranajes rectos se pueden aplicar a estos engranajes. El ángulo P es igual en los dos engranajes, pero de sentido contrario, por ser uno de ellos con la hélice a derecha y otro, a izquierda.

7.1 1.3.4.2 Par de ruedas helicoidales de ejes que se cruzan a 90° Las más normales son las que forman un ángulo de 90" (fig. 7.190). La relación que forman sus ángulos con n y d son las siguientes:

$l

p2

= ángulo del piñón; = ángulo de la rueda.

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Pt

cos

p

ron,

8

I

Calcular lasdimensiones de Un engranaje helicoidal cuyos datos son: = 35O 20'. Respuesta:

Tecnología Mecánica 3

= 40; m

= 5. n

problema 26 Calcular un juego de ruedas heiicoidaies de 11 y 22 dientes de módulo 6 y cuyos diámetros primitivos sean iguales. Ei ángulo de los ejes es de 90".

pi

= 63O 26'

Hay que tener en cuenta que d, = d2; n, y n2 son proporcionaies a z l y

22.

Fig. 7.199 Forma práctica de determinar el ángulo de la hélice.

Cálculo de la rueda:

~ á l c u l odel piñón: dl

=

da, = dl

21 ' COS

mn

=

$,

+ 2 ni,

=

h = 2,25 m,

l1 0,44721 3

147,58

-+

= 2,25 x

2

z 2 . m,

= 147,58 m m

-

COS p 2

h = 2,25 m,

6 = 13,5 rnrn

P

7.1 1.3.6 Determinación del ángulo

= 147.58 mrn

d a z = d 2 i. 2 rnn = 147,58 -+ 2 x 6 = 159,58 m m

6 = 159,58 rnm

x

22 x 6 0,89442

= 2,25 x 6 = 13,5 m m

de un engranaje ya construido

Si no se necesita una gran exactitud, se puede hacer de la siguiente forma: se enrolla el engranaje en una cartulina..delgada, se marcan' los dientes, como indica la figura 7.199, después, con un goniómetro, se mide el ángulo correspcndiente (fig. 7.200). Este ángulo es aparente porqoe está medido sobre el diámetro exterior y debe hacerse sobre el diámetro pri~riitivo. Su corrección puede hacerse de la forma siguiente: Se construye un triángulo rectángulo que tenga un cateto igual al diámetro exterior y el ángulo opuesto a dicho cateto igual al ángulo medido sobre el papel. A partir del ángulo recto, y sobre el mismo cateto, se lleva el diámetro primitivo y se une el vértice contrario con el extremo de dicho diámetro. El nuevo ángulo @'l, opuesto al d, será el ángulo buscado (fig. 7.201).

Fig. 7,200 Medición del ángulo con limbo graduado.

7.1 1.4 Cálculo del tornillo y rueda helicoidal (fig. 7.202)

A continuación, se expone un formulario completo para calcular las dimensiones de la rueda y tornillo visinfín. linea de presión axiai

Fig, 7.201 Obtención del ángulo de la hélice prlmitiva a partir de la exterior.

sección axial

ejemplo grafico con sin fin de 3 entradas

/

qaA

PZI

i----

a l Tecnología Mecánica mma(

Nota. Para ejes que se cruzan la inclinacibn de la helice del tornillo sin fin de la rueda, han de ser ambos en el 3ymismo sentido: derecha o izquterda.

Fig. 7.202 Rueda y tornillo sin fin para ejes que se cruzan a 90°.

Tecnología Mecánica 3 lewlou osed = a q ? q el ap u ? ! r i e u ! ~ ~ap ~ ! oJn6ug =

Designación: z2 = m, = m, = d2 = da* = de2 = df2 =

p2

= = a = ptz = a, =

pn

ra2 = a,

a b2

= = =

n.O de dientes módulo normal módulo aparente = al módulo de la sección axial del sin fin diámetro primitivo diámetro exterior diámetro total diámetro de fondo ángulo de inclinación del diente paso normal ángulo de presión normal paso oblicuo o aparente = al paso axial entre filetes del sin fin ángulo de presión oblicuo o aparente = al ángulo de presión de la sección axial del sin fin radio de cabeza ángulo entre caras 60° f 90" distancia entre ejes ancho de la rueda

Fórmulas:

sen

I

pt2 =

p2

=

pn

COS

p2

mn

-

zl

d,

= - .

"

I

Tecnología Mecánica 3

--

7.1 1.5 Cálculo del piñón y cremallera (fig. 7.203) Formulario para calcular los dimensiones de engranajes del piñón y. cremallera.

diente

Designación; zi m d, d,,

= n." de dientes del piñón módulo diámetro primitivo diámetro exterior addéndum (altura de la cabeza del diente)

= = = =

ha Fig. 7.203 Rueda y cremallera.

ht h c p s e

= dedéndum (altura del pie del diente)

= altura total del diente = espacio libre de fondo = paso circular = espesor circular del diente = hueco circular del diente a = ángulo de presión dbl = diámetro de la circunferencia de base para los centros que forman la evoIvente de los dientes del engranaje

Fórmulas.

-

dbi = d i

. cos cc

7.1 1.6 Cálculo de engranajes cónicos de diente recto (fig. 7.204)

Formulario completo para calcular las dimensiones de engranajes cónicos de diente recto (ejes a 900). Designación común a los dos engranqes: m = módulo a

b h R b 8,

= = = = =

=

Oi = c a

= =

addéndum dedéndum altura total del diente longitud de la generatriz de los conos primitivos ancho de los dientes ángulo de la cabeza de los dientes ángu!o del pie de los dientes juego en el fondo de los dientes (constante en toda la longitud) ángulo de presión

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. circunferencia de base

complementarios interiores

perfil de los dientes en los conos complementarios exteriores

Fig. 7.204 Engranajes cónicos con diente recto para ejes que se cortan a 90".

circunferencia de

Designación rueda:

Designación piñón 21 = n.O de dientes d l = diámetro primitivo d a ? = diámetro exterior 81 = ángulo primitivo O, = ángulo del cono exterior de los dientes Sf1 = ángulo del fondo de los dientes Oal = ángulo addéndum del p i ñ ó ~ = ángulo dedéndum del piiión

n.O de dientes diámetro exterior ángulo primitivo ángulo del cono exterior de los dientes diámetro primitivo ángulo del fondo de los dientes ángulo addéndum de la rueda ángulo dedéndum d e la rueda

efl

Fórmulas piñón:

Fórmulas rueda

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Fórmulas comunes a los dos engranajes:

Ri =

1

d1

2

sen 6,

1 b

=

1

sen 6,

5 t 8 m; generalmente

CONOS COMPLEMENTARIOS Designación y fórmulas comunes a los dientes exteriores e interior es: zi2 = n.O de dientes ideal de la rueda zil = n.O de dientes ideal del piñón m = módulo

Zil

DesignacMn dientes exteriores: ~

C

~ C I

ha hb h S

e P

Z=

= =

= = = = =

diámetro primitivo de ]a rueda diámetro primitivo del piñón addéndum dedéndum altura total del diente espesor circular del diente hueco circular del diente Paso circular

Fórmulas dientes exteriores:

=

21

cos 6,

-

m dc1

U561

Designación dientes interiores. m' d',~ d,' h', h'f h' S'

e' P'

= = = = = = = = =

módulo (común a los dos engranajes) diámetro primitivo del piñón diámetro primitivo de la rueda addéndum dedéndum altura total del diente espesor circular del diente hueco circular del diente paso circular

Fórmulas dientes interiores:

1

Los datos que corresponden al perfil d e los conos complementarios. interesan para la construcción de piantillas patrones en ciertos tipos de máquinas ialladoras y también cuando se trate de fresar con aproximación engranajes cónicos en la fresadora universal corriente.

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7.1 1.7 Cálculo de la resistencia de los dientes de un engranaje Las ruedas dentadas transmiten el movimiento de rotación transportando una determinada potencia; el momento torsor, potencia y revoluciones por minuto se relacionan mediante la conocida fórmula:

.

M, = momento torsor en kgf R = radio primitivo en c m N = potencia en CV n

= re\!nlucionss

cm

por minuto

El cálculo del diente es un problema de resistencia de materiales, cuyo objeto es hallar las dimensiones del mismo para que resista la fuerza a transmitir; esto supone analizar las fuerzas que actúan sobre el diente, al objeto de aplicar una teoría de resistencia de materiales apropiada. Para calcular las dimensiones del diente hay que tener en cuenta la transmisión y hacerlo en base a l caso más desfavorable, es decir, calculando el piñón o rueda más pequeña.

Fig. 7.205 Fuerzas que a ~ t ú a n en un engranaje.

7.1 1.7.1 Cargas que actúan sobre el diente Se supone que, en la transmisión, está en contacto un solo par de dientes; esto sólo sucede cuando el número de dientes del piñón es pequeño; esta base de cálculo es aceptable porque, además de simplificar, se considera el caso más desfavorable, dando más seguridad a los cálculos. Esta hipótesis n o excluye el análisis exacto de cómo se ejercen las fuerzas (fig. 7.205). En efecto, el diente del engranaje es una pieza empotrada en un extremo, sometida a una fuerza variable periódicamente que, en el caso más desfavorable, pasa por el extremo (fig. 7.206). La trayectoria que sigue la fuerza F durante la transmisión y los puntos de contacto entre los dientes, puede apreciarse en la figura 7.207; el ángulo o: que forma la dirección de la fuerza F, con la recta normal tangente a los puntos de contacto, se llama ángulo de presión. El valor de cr está normalizado y vale 20".

Fig. 7.206 Momento mas desfavorable de la actuación de la fuerza.

El diente está sometido a una fuerza tangencial Ft, que le hace trabajar a flexión y una fuerza normal Fn, que le hace trabajar a compresión, CUYOS valores (fig. 7.205) son:

Fn

=

.

F

sen v.

Para efectos de cálculo Ft se puede tomar igual a F.

7.1 1.7.2 Cálculo de las dimensiones del dienfe (engranaje recto)

Fig. 7.207 Línea de acción y ángulo de presión.

Para calcular el diente pueden emplearse las fórmulas de la flexión; para fectos de cálculo, el diente se considera como una viga en voladizo, emporada por un extremo (fig. 7.208). El momento flector máximo que produce a fuerza tangencial es:

Mi rnáx.

Ft

=

-

h

Por esta razón la sección más desfavorable del diente es la de la base del mismo (fig. 7.209). La fuerza Ft se supone que está uniformemente repartida. Aplicando la fórmula general de la flexión se tiene:

donde: q = carga de trabajo del material a tracción M f = momento flector máximo (Mf = F t

W

= momento resistente

.

h =

F

h

. cos a)

para el rectángulo W =

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Fig. 7.209 Fuerza total Ft.

-

Tabla 7.210

-

-

Coeficiente de forma y

a = 20' 2

Y:

~

Sustituyendo:

a = 15' Gt

I yd

fundioón

acero

=

yd

fundición

acero

F.h-coso: b . a2 6

C

lo 11 12 13

11,88 11,2 10.63 10,17

814,58 ;13,75 g13,07 g12.50

13.11 12,56

14 15

9,78 9,45 9r19 8r95 8,76 8,59 8,45 8,31

12,Ol 11,60 1ir26 'Opg6 10,72 10,49 10,31 10,13 grl5

12,09 11,72 11,45 1i'18 10,94 10,74 10,56 10.41 0,16

7,93 7,77

9,62 9,42

9,94 9,76

y simplificando: 15,5 14.83 C

l7 18 19 20 21 23 25 27

'E 14,27 $13,80

12,83 12,58 12,35 12.15 11,82 11,55 11,32

La fórmula 11741 tiene tres variables a. b y h; el espesor del fondo del dienle ( a ) tura del diente ( h ) están relacionados entre sí, según el módulo del engranaje y la forma diente. Conocido e! valor de a y h. se determina el espesor del diente,

7.1 1.7.3 Cálculo de las dimensiones de/ diente en f u Calcular las dimensiones del diente mediante la fórmula [201] resolfa gorroso, porque el espesor ( a ) del fondo depende del número de dientes piñón y del ángulo de presión. la práctica, lo que realmente interesa es calcular ely módulo en f u n c j d e laEnpotencia a transmitir, del número de revoluciones del material. La más notable teoria sobre esta materia fue dada a 1892. De una forma elemental, la teoría de Liwis queda resumida en las guientes fórmulas:

300 m

6,3 6,17

7,5 7,37

7,73 7,5

ir-

8,59 8,3

-

Donde: F

= fuerza tangencia1 útil, en k g f

y

=

9

=

G

=

Mt z N n m

= = = =

=

coeficiente de forma de la tabla 7.210 b relación, -, entre 6 y 3 0 m carga de trabajo según el material, en kgf/cmz momento torsor a transmitir, en kgf cm n.O de dientes de la rueda potencia a transmitir en CV número de r. p. m. de la rueda módulo a

Según los datos, s e emplea una fórmula u otra. A veces habrá que hacer un primer tanteo y luego rehacer el cálculo definitivo. EI factor de precisión (p suele tomarse: 9 9

%

v

5 a 6 para engranajes tallados con poca precisión que transmitan grandes fuerzas y giren a pocas revoluciones. 1 0 para engranajes tallados con precisión media y que transmitan cargas medias. 1 5 a 3 0 para engranajes tallados con precisión y que transmitan grandes potencias.

Factor material. Los dientes de los engranajes están expuestos a choques, a esfuerzos y deformaciones provocados por los defectos de montaje y tallado impreciso. Estos efectos. en general, dependen de la velocidad. Por esta razón, el coeficiente a s e toma para materiales metálicos:

m,

donde: v

= velocidad periférica, en m/c

A = factor precisión expresado en m/c 3, para tallado normal ~t

6 a 10, para tallado de precisión = carga de trabajo según el material, en kgf/cm2

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Las dimensiones del diente en función del módulo son las siguientes: Altura del diente, en mm:

u791 Espesor del diente, en mrn:

Problema 27."

Calcular las dimensiones del diente que debe tener un piñón de z = 20, si ha de transmitir 6 CV a 550 r. p. m.; el material es de acero, a, = 1 300 kgf/cm2, el ángulo de presión 2G0 y el mecanizado poco preciso. Soluciíh: A l no conocer ni la fuerza, ni el momento y sí N y n empleamos la fórmula [177]:

y como no podemos calcular a, por no conocer v, hacemos un primer tanteo con lo que para 1 = 6 y y = 10,31

G = ot,

con

Si tomamos de la tabla 7.211 un módulo normalizado de 3,5, tendremos:

de donde, para A = 3, según fórmula [178]

con lo que:

Quiere decir que deberíamos tomar m = 4. Tabla 7.211

Modulos normales según UNE 18 001

r

I

MODULOS (m) U N E 18-005-75

IT

1 .1

1,25

1,125

1,5 2

1,375 1,75

2,s 3

2'75

L

5

6 8 10 12 Y6 20 25 32 LO 50

2'25 3,5 45

5,5 7 9 Y7 1I

18 22 28 36 L5

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Problema 28.0 Calcular las dimensiones del piñón del problema

27.0 para u n tallado

Solución:

Aplicando Factor - Factor - Factor

-

la fórmula 11781 se tiene: de forma del diente, según tabla p = 15 material

7.210 = 10,31

Y para A = 8:

v (para u n módulo aproximado a

=

2 m/s

3,5).

Valores que en

11771:

Se puede tomar

2,75o, tal vez, 2,5 sería sufrcrente. Comprobamos para éste Último: -6

por tanto:

a

por tanto:

luego es perfectamente admisible:

Compárese con el módulo 4 necesario en el problema anterior; al aumentar la precisión, el módulo necesario es menor.

7.1 7.2

Ejes y árboles. Distinción entre rodamiento y cojinete de fricción. 7.3 Precauciones en el montaje d e los rodamientos. 7.4 Lubricación de los rodamientos. 7.5 Acoplamientos elásticos. Ventajas. 7.6 Poner algunos ejemplos de aplicación del mecanismo de trinquete. 7.7 Relación de transmisión. 7.8 Ventajas e inconvenientes de las correas trapeciales. 7.9 Angulo de presión en las ruedas dentadas. 7.10 Módulo normal y módulo circunferencial.

PROBLEMAS 1.O Calcular el diámetro del eje de una polea para cable que está fijado por dos apoyos, situados a 120 m m de distancia, si la carga máxima producida por el cable es de 1 200 kgf y la tensión admisible a la flexión para el eje es de 900 kgfIcrn2. 2.O Elegir un rodamiento rígido de bolas que debe soportar una carga radial de 460 kgf a 1 400 r. p. m. Duración prevista 30 000 horas. 3.O Proyectar una transmisión por correas trapeciales para un motor eléctrico asíncrono de 25 CV a 1 400 r. p. m. que mueve un ventilador a 600 r. p. m. en servicio continuo. Distancia entre centros prevista 900 mm. 4.O Determinar las dimensiones fundamentales de un piñón y una rueda de diente recto que deben transmitir 1O CV siendo 1 500 las r. p. m. que da el piñón de z = 30.El material previsto tiene a, = 1 200 kgf/crn2; el ángulo d e presión es de 20° y el mecanizado es de precisión.

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Tema 8.

Tecnología del corte de los metales

OBJETIVOS - Conocer los complejos procesos del corte de materiales, para: - Sacar conclusiones prácticas de cara a l trabajo de taller. - Iniciar en e/ afilado científico de herramientas. EXPOS1CION

DEL TEMA

8.1 Métodos de producción. Introducción a la norma DIN 8 580 En el capitulo 8 de Tecnología del Metal 1.2 se inició el estudio del corte de los materiales con herramienta por desprendimiento de virutas. Antes de hacer un estudio más detallado del problema del corte, se presenta aquí un breve comentario a la norma DIN 8 580, que refiere los métodos de producción para la fabricación de cuerpos sólidos geométricarrente determinados. Esta norma clasifica los métodos de producción partiendo del estado del cuerpo, definido por su forma geométrica y por sus propiedades materiales; los divide en los siguientes: 1.O Dar forma primitiva, crear forma. 2.0 Transformar. 3.O Separar. 4." Unir. 5.0 Cubrir. 6 . O Modificación de las propiedades. El procedimiento más interesante y que se va a estudiar, con alguna detención, es el 3.er método.

8.1 .'l Separar Es producir por modificación de la forma de un cuerpo sólido, suprimiendo localmente la consistencia. La forma final del cuerpo está contenida en la forma inicial. Por extensión, también entra en este concepto la descomposición de cuerpos compuestos. Este grupo principal de producción comprende, entre otros, los siguientes subgrupos:

8.1 .1.1

Dividir

Es separar las partes contiguas de una pieza; cortar, entallar, rasgar, romper.

8.1S . 2 Arranque de viruta Es separar partículas de materia (virutas) por medios mecánicos y con herramientas geométricamente determinadas: torneado, taladrado, fresado; o con herramientas de forma geornétricamente indeterminada: abrasión, amolado, etc. Otros procedimientos dentro de este grupo son: rebajar, descomponer y limpiar, pero sin mayor interés por el momento.

8.1.2 Otros conceptos de la norma D I N 8580 Como quiera que, en el desarrollo de este tema, se repiten con frecuencia algunos términos que pueden tener significado diferente, para evitar confusiones, se entenderán, siempre en el sentido que los emplea la referida norma.

8.1.2.1

Cuerpos sólidos geométricamente determinados

Asi se llaman todos los productos técnicos, también los compuestos de éstos: máquinas, vehículos, aparatos, herramientas y otros objetos de utiiidad o adorno de una sola parte o de varias partes. Pieza.

Cada una de las partes sueltas de u n producto técnico.

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-.

--

-

Herramienta. Medio d e producción que, por movimiento relativo respecto a la pi y transmisión de energía, origina la configuración o la modificación de la forma y pocicid a veces también de las propiedades materiales. Dentro de este concepto entran también aquellos elementos que se emplean para Sd pear, agarrar, sujetar, etc. Medios activos. Son materias que producen modificaciones e formas de energía: energía mecánica, calor, radiación, etc., incluso Par activo, por otra.

Es el conjunto de pieza, por una parte, y la herramienta o medio activo,

Junta activa. Es el par d e superficies en que hace contacto la herramienta y la pieza dUrante el proceso de trabajo.

8.1.2.2 Estados durante el curso de la producción El estado de un cuerpo se describe por su forma geométrica y por sus propiedades materiales. La producción consiste en variar la forma o las propiedades, o ambas a la vez, desde un estado en bruto a otro terminado. Estado en bruto. Estado final.

Fig. 8.1 Piedras aguzadas, emplea das como herramientas cortantes o contundentes, p o r /m hombres primitivos.

Así se llama al estado del cuerpo, antes del proceso de trabajo.

Es el estado del cuerpo, al terminar el proceso de trabajo.

Estado intermedio. Si un cuerpo recibe u n a serie continuada de procesos de trabajo, se reserva el nombre de estado inicial y final para el primero y último de la serie; a los otros se les llama estados intermedios. Estado instantáneo,

Es el que tiene el cuerpo en un momento determinado del proceso,

8.1.2.3 Formas durante el curso de la producción En la producción, la forma es lo fundamental; de aquí que conviene aclarar estos conceptos: desprendimiento

Forma inicial.

La forma que tiene la pieza, al empezar el proceso.

Forma instantánea. Forma final.

La forma que tiene la pieza. en u n momento determinado del proceso.

La forma que tiene la pieza, al final del proceso.

8.1.2.4 Nombres de las piezas según el momento del proceso

/ . pieza

filo

Fig. 8.2

B u r i l primitivo.

A las formas que tienen las piezas durante el proceso, le corresponden denominaciones diversas, a saber: Pieza en bruto.

Es la pieza antes d e empezar el proceso.

Pieza semiterminada. Es la pieza en u n estado, comprendido entre el principio del proceso y el final del mismo. Pieza acabada o terminada. Es aquella pieza cuya forma ya n o debe ser modificada; es la pieza al finalizar el proceso.

8.2 Fig. 8.3 Herramienta simple: de torno o limadora.

plano de

pieza

Fig. 8.4 Viruta continua lisa.

Procedimiento de arranque de viruta

Ya desde los comienzos de la humanidad, el hombre utilizó herramientas para ayudarse y suplir las deficiencias con que la naturaleza le había dotado para sobrevivir. Así empleó las piedras aguzadas, ya directamente (fig. 8.1), ya unidas a palos para utilizarlas como hachas, mazos, o armas arrojadizas. Cuando en milenios posteriores descubrió los metales, fue sustituyendo estos elementos naturales por instrumentos más perfeccionados: en la figura 8.2 se muestra una herramienta elemental o buril. En ella aparecen los elementos básicos, que caracterizan a toda herramienta: mango y filo. Se comprende que el filo es la parte más delicada de la herramienta y que se hayan dedicado y sigan dedicándose grandes esfuerzos para mejorar las características del mismo, con el fin d e lograr una mayor productividad.

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-

Hasta n o hace más de un siglo, los artesanos que fabricaban las herramientas guardaban para ellos los secretos. En los Últimos decenios es cuando se ha introducido el estudio científico y sistemático en la fabricación de las herramientas. N o se puede decir que ya se haya llegado al final del proceso y, así, aún quedan muchos problemas por solucionar, en este complejo campo del corte y conformación con arranque de viruta. Dada la índole de este libro, no se pretende investigar en este campo, sino más bien dar idea sobre el estado actual de las soluciones encontradas y, tal vez, mencionar los problemas aún sin solución. En las naciones más industrializadas y progresistas existen fuertes ,quipos dedicados a estas investigaciones. Debido a la continua evolución, que llevan estos estudios, n o se ha llegado a una perfecta uniformidad en la definición y designación de los diversos elementos que se emplean en esta parte de la técnica. Para no aumentar el confusionismo se emplean las designaciones y definiciones de las normas UNE y cuando éstas no lleguen se emplean las de otras normas que, en cada caso, se determinan. Como quiera que resulta difícil lograr la exposición de tema tan complejo, sin el conocimiento de cierta terminología de los ángulos y valores de los clementes de corte, se remite al lector a temas posteriores. Para los estudiosos que quieran profundizar en estos temas, al final del libro se expone una amplia y escogida Bibliografía.

8.2.1 Arranque de viruta con herramienta simple Para hacer más sencillo el estudio, sclamente se hace mención de las herramientas de un solo filo, o herramientas simples, como son la mayoría de las del torno y limadora de la figura 8.3. Las otras herramientas de filos múltiples, como las fresas, sierras, brochas, etc., no son, al fin, más que un conjunto de herramientas simples agrupadas o dispuestas convenientemente. En segundo curso, al hablar de la fresadora, se hará el estudio detallado de estas herramientas y en tercer^, se acabará de estudiar, con más detalle, al tratar de la preparación de herramientas. Mas, para poder sacar alguna consecuencia práctica de los numerosos trabajos de investigación, conviene analizar, siquiera sea brevemente, el comportamiento de la viruta al ser separada de la pieza. La viruta no se separa del material de una manera simple, sino por combinación de al menos estos tres procesos: 1.0, por cortadura; 2.0, por arranque; y 3 . O , por fluencia. Los esfuerzos de cada uno de estos fenómenos no son constantes y tampoco lo es la suma de ellos. La primera consecuencia que se saca es que el esfuerzo de corte de viruta no es constante, sino ondulatorio e irregular. Galloway clasificó la viruta en tres categorías: Viruta continua de bordes lisos. 2.a Viruta continua de caras irregulares. 3.a Viruta discontinua. 8.2.1.1

plano de cizallamiento vmta

pieza

herramienta

Fig. 8.5 Viruta continua de

herramienta

/

pieza herramienta /

pieza

herramienta

vir

pieza herramienta

Viruta continua de bordes lisos (fig. 8.4)

Se presenta esta viruta en materiales dúctiles, con pequeños avances, gran velocidad de corte, herramientas de filo muy agudo y superficie de desprendimiento muy pulido, eficaz y abundante refrigeración, pequeño coeficiente de rozamiento y gran resistencia al desgaste. La viruta se comprime fuertemente al aproximarse al filo de la cuchilla y la cara en contacto con la cuchilla sale lisa y brillante.

8.2.1.2 Viruta continua de caras irregulares (fig. 8.5) Se presenta en materiales dúctiles, pero con grandes avances y pequeñas velocidades de corte. El filo se embota, la refrigeración es deficiente o nula, el fuerte rozamiento que se produce entre viruta y herramienta desprende pequeñas partículas, que se sueldan a la herramienta, formando un filo irregular; este recrecimiento se va rompiendo y parte queda en la viruta y parte, en la pieza. En la figura 8.6 se muestra una secuencia de cómo sucede este fenómeno; las adherencias en la viruta le dan ese aspecto de caras rugosas e irregulares. 8.2.1.3

' ;a

irregular.

herramienta

Fig. 8.6 Secuencia de /a formación de /a viruta de caras irregulares.

plano de

Viruta discontinua (fig. 8.7)

Se presenta en material quebradizo, con pequeñas velocidades de corte y ángulos de afilado pequeños. El materia! próximo al filo se comprime y al ir aumentando el esfuerzo, llega al límite de cortadura y se produce la rotura (figura 8.8).

Tecnología Mecánica 3

herramienta

Fig. 8.7

Viruta discontinua.

viruta completa

herramienta

pieza herramienta

herramienta

8.2.2 lnfluencia de algunos factores en la formación de la viruta De los párrafos anteriores se deduce que hay una serie de factores que influyen en la formación de la viruta; éstos son: - el material de la pieza y de la herramienta; - el afilado de la herramienta; - la lubricación y refrigeración; - los elementos de corte. Para un estudio detallado de la influencia de cada uno de estos factores habría que mantener uno de ellos fijos e ir variando cada uno de los otros. Dado que estos estudios han llevado a los investigadores a determinar las mejores condiciones, l o más lógico y razonable es seguir sus insrrucciones sobre los tipos de herramienta, ángulos y material; el tipo d e lubricación y la forma de hacerla, así como los elementos de corte más adecuados: el aumento del avance y la velocidad aumentan la deformación de la viruta; sin embargo, el aumentar la profundidad de pasada disminuye la deformación. Todos estos valores suelen estar recopilados en tablas o gráficos y a ellos hay que acudir para lograr el mejor rendimiento o productividad. Naturalmente, si las condiciones no son exactas a las de los investigadores, pueden producirse variaciones en los resultados; de aquí, que desde ahora, se llama la atención sobre los valores de estas tablas, que siempre serán orientativas y jamás valores absolutos de los cuales no se pueda salir.

3 herramienta

8.2.3 Mínima viruta Según la velocidad de corte, la calidad y afilado de la herramienta, así como la naturaleza y forma de la pieza, la viruta no puede ser menor de determinados valores. Esto tiene importancia especial para lograr un buen acabado: disminuyendo la profundidad de la pasada o el avance hasta ciertos valores, la cuchilla tiende a separarse del material de manera intermitente, produciendo como un martilleo sobre la pieza, endureciendo su material y haciendo que el filo de la herramienta pierda rápidzmente su poder cortante.

8.2.3.1 Influencias de algunos factores en la rnínEma viruta

Fig. 8.8 Secuencia de la rotura de

Dada la importancia que tienen algunos factores en las dimensiones de la mínima viruta, he aquí una breve relación de ellas, para saber cómo actuar en el momento práctico que se presente este fenómeno.

la viruta.

8.2.3.1.1 lnfluencia del material de la pieza Los materiales dúctiles que pueden trabajarse a altas velocidades facilitan la obtención de virutas menores: pueden trabajarse en pequeños avances, sin que se presenten dificultades con materiales duros y tenaces y que, por consiguiente, han de trabajarse con menores velocidades; las virutas no pueden ser tan pequeñas, debiéndose trabajar con mayores avances.

8.2.3.1.2 Influencia del material de la herramienta Las herramientas de metal duro, en las mismas condiciones, admiten una viruta menor que las de aceros rápidos. Sin duda, esto es debido a la mayor dureza y resistencia al desgaste de la herramienta, que impide o retarda la formación del filo recrecido.

8.2.3.1.3 Influencia del ángulo de colocación y del de desprendimiento El ángulo de colocación de la herramienta es de lo que mayor influencia tiene, llegando a obtenerse las mínimas dimensiones de viruta con el ángulo de colocación de 900. El ángulo de desprendimiento no parece tener influencia alguna en este sentido.

8.2.3.1.4 Influencia del grado de acabado del filo El buen acabado del filo tiene una importancia capital; una herramienta bien afinada permite obtener virutas mínimas, mucho menores que una herramienta con un afilado basto.

Tecnología Mecánica 3

8.2.4 Falsa cuchilla o filo recrecido Con cierta frecuencia se observa que cuando en la superficie de las CUchillas se acumulan pequeñas partículas del material cortado, el rozamiento entre la viruta y la herramienta aumenta y con ello la temperatura de la misma, llegando en ocasiones a soldarse esas partículas con la cuchilla. Este fenómeno (fig. 8.9) se conoce con el nombre de falsa cuchilla, filo recrecido o viruta adherente. Estas partículas adheridas suelen romperse con cierta periodicidad, una parte se adhiere a la viruta y otra parte queda en la superficie mecanizada, dando lugar a un acabado de mala calidad; además, el fuerte rozamiento ocasiona la interna erosión de la superficie de desprendimiento y la cuchilla se desafila más rapidamente. Algunos remedios: Lubricación. El rozamiento se disminuye con un refrigerante que lubrique eficaz1.0 mente, a la vez que la cantidad sea suficiente para evacuar el calor y disminuir la temperatura, reduciendo así la posibilidad de soldadura. El dispositivo empleado para que el refrigerante llegue hasta la superficie de desprendimiento, es muy importante. En la figura 8.10 se ven algunos dispositivos empleados. 2.0 El material de la herramienta es también muy importante; debe ser lo más antigripante posible. Los metales duros y cerámicos resultan mucho más favorables, así como el tratamiento de sulfinizado de las herramientas es también muy eficaz. 3 . O La velocidad pequeña favorece la formación de la viruta adherente; por tanto, habrá que aumentar la velocidad cuanto sea posible. 4." El ángulo de desprendimiento pequeño aumenta el efecto de recalcado de la viruta y, con ello, la presión entre ésta y la cuchilla, favoreciendo con ello la formación del filo recrecido. Por tanto, el aumentar el ángulo de desprendimiento, cuanto se pueda, será beneficioso.

filo recrecido

herramienta

Fig. 8.9 Falsa cr/chilfa.

incorrecto

herramienta

pieza

y&&

refrigerante

,' correcto

La herramienta d e c o r t e

8.3

pieza

La herramienta de corte tiene vital importancia; de su material, tratamiento térmico y afilado, depende el rendimiento en la producción de piezas. 8.3.1

Funciones de la herramienta de corte

Para que una herramienta de corte cumpla con su finalidad debe ser capaz de realizar con eficacia estas funciones: - Cortar el material en forma de viruta. - Lograr que la viruta tenga una salida tal que no entorpezca el trabajo del operario y que sea (la viruta) de fácil evacuación, - Evacuar el calor producido por el corte. - Ser suficientemente robusta para soportar, sin deformarse, las fuerzas producidas por el corte. - Tener una dureza y resistencia al desgaste, capaz de soportar los efectos destructores del material, durante un tiempo razonable y rentable. - Mantenerse suficientemente rígida en su posición, durante el trabajo, para lo cual se necesita un sistema eficaz de sujeción y una máquina en perfectas condiciones de utilización. Para lograr estas funciones, la herramienta debe tener unas características de materiales, formas y dimensiones que se estudian a continuación. Elegir la herramienta ideal de cada caso no es nada fácil, ya que son muchas las variables que influyen para la elección, y algunas veces estas variables dan lugar a comportamientos opuestos, por ejemplo: una herramienta de metal duro será más resistente al desgaste y necesitará afilarse más esporádicamente así como podrá trabajar a mayor velocidad; pero también es más cara, necesita mayor potencia de corte, máquina más robusta, etc. Más adelante se habla con mayor detalle sobre algunas de estas cuestiones.

8.3.2 Materiales de las herramientas de corte Los 1.O 2.0 3.0 4.0

materiales empleados para la construcción de herramientas de corte son: Aceros: al carbono, aleados y de corte rápido. Metales duros. Productos cerámicos. Diamante.

Tecnología Mecánica 3

1

Fig. 8.10 Dispositivos para lubricado y refrigerado eficaz.

8.3.2.1 Aceros al carbono El carbono es su principal componente. Al no tener otros elementos, la t e n plabilidad es pequeña, por lo cual la velocidad crítica de enfriamiento es m i xima; por ello, son muy propensos a las grietas y deformaciones; adquieren una gran dureza con el temple, pero resultan muy frágiles. Tienen poca aplicación para herramientas de corte, porque el calentamiento, que inevitablemente se produce en el mecanizado, les hace perder su dureza y resistencia al desgaste (se revienen). En la tabla 8.1 1A se dan sus designaciones, características y aplicaciones, que resumidas son: - Los aceros de 0,135 a 0,85 % de C, se emplean para matrices y herramientas de corte y embutido. - Los aceros de 1 a 1,15 % de C, se emplean para machos de roscar, brocas y fresas. - Los aceros du 1,3 % de C, para buriles y rasquetas y para herramientas de corte. Tabla 8.11A

Aceros al carbono para herramientas TEMPE%ATURAS

DESlGNAClON

C

Dureza mixirna N"mbria

Simbólica

H8 len estado

de temple

(1)

recocido!

awa

Mixima penetración de

Dureza minima

1

1

de

740-780 740-780 740-780 740-780 740-780 740780 740-780 740780 740-780 740.780 11) Las trmwratuiar indicadas re ref;eien a temple en

/

U N E 36 071-75

normal

wperior

5

4 4 4

62 63 64 64 M

5 5 5

4

4

5 4

3 4 3

M

5

-

64 64

5 6

-

M 64

52-60 56.62 60-64 60 - 64 60-64 60-64 60-64 60.60 6 0 - 64 60.64

4

Para templa en aceite ie debe incremen:ar en 2 0 ' ~aproximadamente.

12) La dureza re mide sobre una placa de 5 mm de espesor derpuii de temolada en agua a la temperatura indicada por el fabricante 131 Derpuer de temple en salmuera a la temperatura indicada por el fabricante 141 Esior eniayor sólo se realizaran si re ha convenido previamerire 151 A titulo orientarivo. en errado de temple v revenido halo.

8.3.2.2 Aceros aleados En los aceros ligeramente aleados, la adición de estos elementos influye principalmente en la capacidad de temple, de manera que la velocidad crítica de temple es menor y, por tanto, no son tan propensos a agrietarse ni a deformarse. Gran variedad de herramientas se construyen con estos aceros como puede verse en la tabla 8.1 1 B. Con todo, estos aceros tampoco son aptos para trabajar a grandes velocidades por ser, en general, poco resistentes a las temperaturas elevadas que se presentan en el corte. Tabla 8.119

Aceros aleados para herramientas UNE 36 072-75 Dureza mixima

H

E

Z de

Temperaturas "C

Dureza minima en

Y de tempb

rwanido HRC acew

aceite

acetre aceite aire aire

60

acene aceite aire

CEMENTADOS

Tecnología Mecánica 3

61 60

l

8.3.2.3 Aceros rápidos Son unos aceros intensamente aleados, que conservan su dureza hasta los 600 OC o más, por lo cual pueden trabajar a grandes velocidades de corte. La aplicación de estos aceros se puede decir que revolucionó las técnicas de producción.

8.3.2.3.1 Características de los aceros rápidos Las características de los aceros rápidos deben responder a las necesidades de servicio, pero también hay que tener en cuenta la facilidad de preparar la herramienta. Resistencia a la abrasión. La resistencia a la abrasión la dan los carburos, teniendo en cuenta no sólo el número de ellos sino también su composición. Los carburos de vanadio son los más duros y resistentes al desgaste, de aquí que todos los aceros rápidos lleven este elemento en mayor o menor proporción. Lo normal es que tengan de 1,5 a 2 % de vanadio y 0,75 a 0,85 de C. Tenacidad. La tenacidad o resistencia al choque es muy importante en las herramientas sometidas a choque, por tener el corte intermitente. Los aceros al molibdeno suelen ser más tenaces que los aceros al volframio; los aceros al cobalto, por el contrario, son más frágiles. Por estas ra2ones las fresas y brocas suelen ser de acero al molibdeno y en las herramientas de torno, de corte continuo, se emplean más las de cobalto.

50 a 80 % baintra 40 a 20 % austenita

Fig. 8.12 Proceso de temple y reve nido de los aceros rápidos.

Dureza en caliente. En esta propiedad no influyen los carburos, sino el material base o matriz, y el cobalto actúa favorablemente. Por esto, también es muy importante la presencia del cobalto para las altas velocidades. Aptitud al rectificado. Se llama así a la facilidad que presenta una herramienta templada a su máxima dureza para ser afilada por amolado. Influyen en ella la cantidad y la calidad de los carburoc. Los carburos de volframio y molibd?no no presentan mayor dificultad; no así los earburos de vanadio que tienen una dureza casi igual a la del abrasivo y su presencia dificulta el afilado. También tiene influencia el tamafio de los carburos. Los carburos de mayor tamaño son los más difíciles de afilar. Añadiendo azufre al acero se mejora la aptitud de afilado. Maquinabilidad. En general, la facilidad mayor o menor de mecanizar estos aceros depende del tipo de carburoc en cuanto a tamaño, número y disposición, pero sobre todo de su naturaleza. El azufre también facilita la maquinabilidad. Esta propiedad es muy importante para la preparación de las fresas, herramientas de forma, brocas, machos, etc. Tratamientos térmicos de los aceros rápidos. Lo mismo que en el resto de los aceros, las propiedades varían, de acuerdo con el tratamiento térmico realizado con ellos. Estos aceros presentan dificultades especiales, tanto por las temperaturas elevadas a que hay que realizarlas, como por la facilidad de descarburación que presentan; así como por los procesos compiicados que requieren (fig. 8.12). Por esra razón n o es aconsejable el tratamiento de estos aceros, si no se dispone de instalaciones adecuadas y de personal con experiencia.

8.3.2.4

mango

Metales duros

Los metales duros son aleaciones obtenidas por fusión o por sinterización de los carburos de Cr, Mo, Ta, Ti, V y W. Las aleaciones obtenidas por fusión (estilita) tienen hoy poca aplicación. Los metales duros de sinterización o fritado se obtienen por proceso cerámico y tienen una gran dureza de 70 a 75 HRC, son muy homogéneos y altamente resistentes al desgaste. La mayor ventaja que tienen, con respecto a los aceros, es que a temperatura de 1 000 OC sólo pierde alrededor de 15 % de su dureza, lo que permite trabajar a muy grandes velocidades de corte. Dado el alto precio, se emplean en forma de placas (tabla 8.1 3), que luego se sueldan a los mangos por soldadura de cobre o plata (fig. 8.14) o bien, se fijan a ellos por medios mecánicos. Las plaquitas sólo pueden afilarse con muelas de carburo de silicio (Sic) y de diamante. Hoy día se fabrican con gran variedad de propiedades, pero la clasificación se hace no por sus cualidades, sino por sus aplicaciones. Se dividen en tres grandes grupos, como se ve en la tabla 8.1 5, que se caracterizan por una letra; así, el grupo P es para mecanizar materiales de viruta larga. Tecnología Mecánica 3

plaquita

bri

plaquita

Fig, 8.14 A, plaquita soldada al mango de la herramienta; B , plaquita sujeta por brida.

Tabla 8.13

Plaquitas de metal duro

Tipos Longitud nominal

El grupo K, para las de viruta corta y el M, para casos intermedios. Cada grupo principal, a su vez, está subdividido en grupos, que se diferencian por dn número que indica las dos propiedades de tenacidad (resistencia al choque) y de resistencia al desgaste; flechas de sentidos opuestos indican que si aumenta la resistencia al desgaste disminuye la tenacidad, y al revés. Es muy importante tener en cuenta esta numeración, si se quiere obtener buen rendimiento de estas herramientas. La designación normalizada ayuda para el pedido de las placas y debe usarse siempre. Ejemplo. Una placa de forma B y 8 mm de arista, del grupo principal P y grupo de empleo 30, se designa así:

1 8.3.2.5

-

Plaquita ara herramienta de torno B 8 P30 UNE 1 6 101

1

Materiales cerámicos

Es el material de corte más moderno y sobre él se están haciendo grandes trabajos de investigación. Tiene un campo de aplicación más reducido que los metales duros, pero se va extendiendo su aplicación; las grandes velocidades que necesita para trabajar, limitan su empleo a máquinas muy robustas y veloces. Hay dos tipos fundamentales de materiales cerárnicos: 1.0 Los formados únicamente por alúmina. 2." Los que están formados por óxidos de otros metales, como los de cromo, vanadio y manganeso. Su fabricación entra dentro de la metalurgia de los polvos: reducidos los materiales a fino polvo, se prensan en moldes de metal duro; estos polvos son tan abrasivos que desgastan rápidamente los moldes. Una vez conformados, en forma de pastillas, se someten a la operación de secado y posterior fritado a temperaturas de 1 800 O C ; esta operación es la fundamental para obtener una buena calidad y posterior rendimiento aceptable; debe obtenerse, a la vez,

Tecnología Mecánica 3

__

.

.

---. ~--

_-

Tabla 8.15

-

- - --

-

-

-

Condiciones de trabajo

Acabado finisimo para torneado y taladrado. altas velocidades de corte, pequeños .avances: grandes exigencias d e exactitud de medida y calidad d e acabado d e las superficies; trabajos exentos de v i bración.

Acero. acero moldeado.

10

S 1

Acero, acero moldeado.

Torneado, torneado c o n copia, fileteado. asi Como fresado, altas velocidades de corte, pequeños a medianos avances.

P 20

S 2

Acero. acero moldeado, fundición maleable d e v i ruta larga.

Torneado. torneado c o n copiador, fresado. medianas velocidades d e corte. avances medianos, c e p i l l a d o c o n pequeños avances.

P

(Color azul)

-

Grupos principales y aplicaciones de 10s carburas metálicos

Material

P 01

-

Acero. acero moldeado, fundición maleable d e v i ruta larga.

Torneado, cepillado. fresado. medianas a bajas v e locidades d e corte. medianos a grandes avances: también e n condiciones de trabajo menos favorables ( 1 ) .

Acero. acero moldeado c o n inclusiones d e arena y porosidades.

Torneado. cepillado. mortajado y en algunos c a sos para trabalos en máquinas automaticas. bajas velocidades de corte, grandes avances, posibilidad d e aumentar el ángulo d e desprendimiento d e v i .rutas, condiciones de trabajo desfavorables (1).

Acero, acero moldeado de mediana a baja resistencia al desgaste, c o n inclusiones de arena y p o rosidades.

Torneado. cepillado. mortajado, para trabajos e n máquinas automáticas. bajas velocidades de corte, grande: avances, posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento d e viruta. condiciones de trabajo desfavorables, máxima exigencia a la tenacid a d d e l metal duro.

Acero, acero duro al manganeso, acero moldeado, fundición gris. fundición gris aleada.

Torneado. medianas a elevadas velocidades de c o r te. pequeños a medianos avances.

Acero, aceros austeniticos, acero duro al manganeso. acero moldeado. fundición gris, fundición gris esferoidal, fundición maleable.

Torneado, cepillado, fresado. velocidades de corte medianas. medianos avances.

M 30

Acero. aceros austeniticos, aleaciones de elevada resistencia al calor, acero moldeado. fundicion gris.

Torneado, cepillado fresado, velocidades de corte medianas a grandes avance-.

M 40

Aceros de más baja resistencia. aceros blandos para máquinas automáticas, metales n o ferrosos.

Torneado. torneado de forma, tronzado, especialmente para máquinas automática^.

P 30

P

40

S 3

S 4

P 50

M 10

M 20

M (color amarillo)

.-

a,

-m

2

2 a c,

*5

.-

G 1

Torneado. cepillado, avellanado, escariado. fresa-' d o . en trabalos que exigen elevada tenacidad d e l metal duro.

Acero d e bala resistencia. fundición gris de baja dureza, madera contrachapada.

Torneado, cepillado, morta1ado. fresado. posibid a d de gran ángulo de desprendimiento de viruta, para condiciones de trabajo desfavorables (1).

K

40

G 2

Metales n o ferrosos. maderas duras en estado natural.

m-io

;:;E

;m-

-

a,2;

$zu

2 2 0 kg/mm2, cobre, Fundición gris, c o n D. B. latón. aluminio, otros metales n o ferrosos. madera contrachapada fuertemente abrasiva.

K 30

m Vi oc-ura,

42;s

(2)

K 20

- 6 2% . =

K 1Q


2 2 0 kglmm2, fundición maleable de viruta corta. areación d e c o bre. aleaciones de aluminio c o n contenido de silicio. materiales sintéticos. ebonita, papel prensado, vidrio, porcelana, roca.

K

u m 0

iD m

u

K 01

(color rojo)

u



Paraleiogramo 82"

a = 80'

-

Romboidal 80°

1

Romboidal 55"

__C

a = 75O

Romboidal 7 5 O

a = 55"

Paralelogramo 55"

i__l

Rectangular

o =

86'

Romboidal 86'

Otras caracteristicas mecánicas. Tienen un módulo de elasticidad relativamente elevado d e 3.82 l o 6 kgf/cm2 a 20 O C y de unos 3.22 x l o 6 kgf/cm2 a 1 8 0 0 oC. También la compresión es buena y disminuye relativamente poco con la temperatura: d e 1 300 kgf/cm2 a 20 OC, baja sólo a 900 kgf/cm2 a 1 000 oC. Tiene la gran desventaja de que a la flexión resiste poco, hay que emplear soportes m u y robustos. También son muy sensibles a los choques.

Ropiedades quimicas al desgaste.

Tienen una gran inercia quimka, que favorece la resistencia

8.3.2.5.2 Capacidad de trabajo SU profundidad de corte puede variar desde pequeñas pasadas (0,2 mm) hasta profundidades considerables (10 mm). Los avances pueden variar también, desde centésimas para el acabado, hasta 0.8 mm/vuelta. Dada su buena dilatación, casi como los aceros, admite bien la refrigeración.

Tecnología Mecánica 3

,

8.3.2.6 El diamante como herramienta El diamante, dada su gran dureza natural, tiene una gran resistencia al desgaste; tiene el inconveniente de su gran fragilidad, por lo cual solo puede emplearse para pequeñas pasadas y en cortes continuos. Su montaje ha d e ser muy cuidadoso y las máquinas muy robustas, ya que no admite vibraciones; puede lograrse con él precisiones de 0,002 mm. Su aplicación es muy recomendable para el mecanizado de ebonita, bronces, aleaciones de aluminio, cartón comprimido, etc. y, en general, para materiales muy abrasivos. A pesar de las grandes ventajas del diamante como herramienta, su fragilidad, precio, y dificultad de montaje limita su empleo para casos muy especiales.

8.3.3 Mejora de las características de las herramientas En las herramientas de acero, no es suficiente que la calidad del acero sea ]a adecuada, ya que necesitan un tratamiento adecuado para lograr un rendimiento aceptable. Además de los tratamientos térmicos, en general, hay otros tratamientos, a los que se someten las herramientas actualmente, para mejorar de una manera especial su resistencia al desgaste.

8.3.3.1 Tratamiento sub-cero Algunos aceros rápidos adquieren sus mejores características si, a continuación del tratamiento térmico normal, se los sumerge en baños cuyas teniperaturas estén por debajo de O O C . N o está demasiado comprobado el porqué de los resultados; pero teóricamente se admite sea debido a que, después de los temples y revenidos normales, aún queda austenita residual que, con este tratamiento, se transforma casi en su totalidad en martensita, mucho más dura y resistente al desgaste, como ya se sabe. La necesidad de instalaciones especiales limita la aplicación de este tratamiento; además, debe hacerse con gran cuidado para evitar grietas o roturas.

8.3.3.2 Nitruración L.a nitruración se hace después del temple y revenids y, a ser posible, perfectamente afinada; cuanto mejor sea el acabado, mejor será el resultado obtenido. La capa nitrurada es muy fina, pero le da una gran resistencia al desgaste y puede suplir alguna deficiencia en el temple. Es mejor la nitruración en baño que en atmósfera gaseosa, ya que en ésta, la duración es muy grande (de 10 a 90 horas), mientras que en aquél es de 5 a 90 minutos.

8.3.3.3 Sulfinización Es un tratamiento muy similar al de nitruración en sales; pero aqui el elemento activo es el azufre, en lugar del nitrógeno. El tratamiento se hace en baños de sales apropiados entre los 560 OC y 580 O C y durante tiempos que pueden ir de 20 a 150 minutos, pudiéndose llegar a penetraciones de hasta 0.3 mm. La sulfinización da a las herramientas una duración entre 3 y 5 veces mayor que la que tienen otras no sulfinizadas. Esta mayor duración es debida a que mejora el efecto de rozamiento entre la pieza y la herramienta y entre ésta y la viruta, l o que trae como consecuencia un menor calentamiento de la herramienta y menor peligro de gripado.

8.4 Geometría del filo Ya se ha dicho que la forma básica de la herramienta es la cuña, y también se ha indicado la anarquía existente en la nomenclatura de las distintas superficies, aristas y ángulos. Para no aumentar la confusión con terminología propia, lo más oportuno es emplear la normalizada en la norma UNE 16 01 5-75. Aunque, para facilitar el trabajo, nos referimos siempre ai estudio de herramientas simples de corte único, conviene recordar que, en la práctica, éste puede ser múltiple, como sucede en las fresas, brocas, herramientas de forma, etc. Para tales casos habrá que repetir, en cada uno de ellos, lo que se dice para un solo filo.

Tecnología Mecánica 3

-

.

_

.

La posición, forma y dimensiones de los elementos de la herramienta se refieren a un sistema de ejes ortogonales, cuyo origen está en la punta del filo (fig. 8.1 7). Antes de seguir adelante, conviene definir algunos términos empleados:

1 .O Superficie de corte. Es la superficie accidental que se forma en la pieza, debajo de la arista principal de la herramienta. La arista es la generatriz de dicha superficie (fig. 8.1 8).

Fig. 8.17 Sistema de ejes de referencia.

2.0 Superficie de trabajo. Es la superficie resultante en la pieza: está engendrada por la punta de la herramienta y por el filo secundario o contrafilo (fig. 8 . X ) .

8.4.1 Planos y ejes de referencia

- - -

Los ejes y planos de referencia son distintos según sean referidos: 1.O A la máquina. 2." A la herramienta. superficie de trabajo

8.4.1.1 Sistema de referencia de la máquina o de funcionamiento En la figura 8.19 quedan representados estos planos de referencia, que se llaman:

1.0 Plano tangente (PT). El tangente a la superficie de trabajo, que pasa por la punta de la herramienta. 2.0 Plano normal (PIV). dirección de avance. Fig. 8.18 Superficies de corte y de trabajo.

...

E l perpendicular a la superficie de trabajo y a la

i

-

$

-

-

-

-

3.O Plano de referencia (FR). El perpendicular al normal y paralelo a la dirección de avance (perpendiculai a los otros dos planos). Los ejes determinados por estos planos ron: X m , Ym, Zm. La m del subíndice hace referencia a máquina (su inicial). En el torneado, estos ejes tienen las direcciones:

X m = paralelo al eje de giro Ym = paralelo al avance de profundidad Z m = perpendicdar al Ym y X m

Este sistema de referencia es de gran interés para tener en cuenta el comportamiento de la herramienta en el trabajo, así como para determinar la descomposición de la fuerza generada en el corte. En la figura 8.20 se representan estas fuerzas principales. En el plano (Xm-Ym) aparecen las dimensiones de la viruta, a (avance) y p (profundidad de pasada) (fig. 8.21), que sirven para calcular el área de la viruta: Z 8.19 Planos de referencia.

8.4.1.2

Sistema de referencia de la herramienta o de afilado

La figura 8.22 muestra los planos de referencia respecto a la herramienta y que se llaman:

-

1 .O Plano de referencia. Es la superficie plana, base de la herramienta y apoyo para su fijación. Es normal a la dirección del corte. 2.0 Plano de corte de la herramienta. Es la superficie plana que, conteniendo a la arista de corte, es normal al plano de referencia. 3.0 Plano de medida de la herramienta. plano de referencia y al plano de corte. Fig. 8.20 Fuerzas de corte.

Es la superficie plana normal al

Este sistema de referencia sirve para determinar las dimensiones y forma de la herrarnienta y, en consecuencia, para lograr el afilado de la misma.

Tecnología Mecánica 3

-

-

Para completar las dimensiones de los ángulos se emplea u n plano cortante NN, (figura 8.23) perpendicular a la proyección horizontal del filo principal. Para facilitar la colocación en el afilado se emplean también unos planos cortantes riormales al plano de referencia, uno d e ellos que contenga al eje de la herramienta AA y otro, perpendicular a él (PP).

8.4.2 Elementos de la herrarnienta de corte único En la norma correspondiente a cada herramienta se dan los valores que definen a la misma; naturalmente, en ellas el sistema de referencia es el de la herramienta. En la norma UNE 16 015-75 se dan los nombres de los elementos principales y a ella nos vamos a referir. En la figura 8.24 quedan señalados los principales:

v, Fig. 8.21 Sección de la viruta en el plano de referencia.

superficie desprendimiento

herramienta de incidencia sección N-N'

plano de medida

/

de incidencia

>

Yd dirección

avance

.

plano

plana de corte

referencia

Fig. 8.22 Planos de referencia de la herramienta.

Fíg. 8.24 Elementos característicos de la herramienta simple.

8 .LC.2.'1 Superficie de desprendimiento Es la superficie de la herramienta sobre la cual resbala la viruta. También se llama plano de salida o plano de ataque.

8.4.2.2 Superficie principal de incidencia Es la superficie de la herramienta que da la cara a la superficie de corte. También se llama plano libre del filo.

8.4.2.3 Superficie secundaria de incidencia Es la superficie de la herramienta que da la cara a la superficie de trabajo. También se llama plano libre del contrafilo.

8.4.2.4 Arista de corte principal Es la arista de corte que está en dirección del avance; es la que engendra la superficie de corte. También se puede decir que es la arista formada por las superficies de desprendimiento y principal de incidencia.

8.4.2.5 Arista de corle secundaria o contraíilo Es la arista de corte que genera la superficie de trabajo. También es la arista formada por las superficies de desprendimiento y secundaria de incidencia. Tecnología Mecánica 3

4!

Fig. 8.23 Planos auxiliares.

8.4.2.6 Angulo de incidencia (A) Es el formado por la superficie de incidencia principal y el plano de cene de la herramienta, medido en el plano de medida de la herramienta. Los ángulos de incidencia secundario derecho y secundario izquierdo y del cuerpo se representan, respectivamente, por los símbolos AS, Asd, Asir 4,.

8.4.2.7 Angulo de la punta (E) Es el formado por las proyecciones de las aristas de corte principal y secundaria sobre el plano de referencia.

8.4.2.8 Eje de la herramienta Es el eje de simetría del mango de la herramienta.

8.4.2.9 Angulo de posición (G) Es el formado por el plano de corte principal y la proyección del eje de la herramienta sobre el plano de referencia de la herramienta. Los ángulos de posición secundaria, secundario derecho y secundario izquierdo se representan respectivamente por los símbolos Gs, Gsd y Gsi.

8.4.2.10 Angulo de inclinación de la arista de corte (1) Es el formado por la arista de corte principal con el plano de referencia d e la herramienta, medido en el plano de corte de al herramienta. Se dice que es positivo, cuando es descendente desde la punta y negativo, cuando es ascendente (fig. 8.25).

8.4.2.1 1 Angulo de desprendimiento (C)

Fig. 8.25 Angulo de inclinación L.

Es el formado por la superficie de desprendimiento y el plano de referencia de la herramienta, medido en el plano de medida de la herramienta. El ángulo de desprendimiento referido al cuerpo de la herramienta se representa por el símbolo (C,) (fig. 8.24).

8.4.2.12 Angulo de filo (5) Es el formado por las superficies de incidencia y desprendimiento, medido en el plano de medida de la herramienta (fig. 8.24).

8.4.2.13 Angulo de corte

(D)

Es la suma de los ángulos de filo y principal de incidencia: D = A gura 8.24).

+B

(fi-

8.4.2.14 Angulo de desviación lateral (K) Es el ángulo que forma la superficie de desprendimiento con el plano de referencia, medido en un plano perpendicular al eje de la herramienta (fig. 8.26).

8.4.2.15 Angulo de desviación longitudinal (J) Fig. 8.26 Angulo de desviación lateral K y longitudinal J .

Es el ángulo que forma la superficie de desprendimiento con el plano de referencia, medido en un plano paralelo al eje de la herramienta y perpendicular al plano de referencia (fig. 8.26).

8.4.3

Influencia de la colocación de la herramienta

Los elementos de la herramienta, definidos más arriba, son válidos respecto al sistema de la herramienta; pero algunos de ellos varían respecto al sistema de la máquina, según la colocación de la herramienta en la máquina y según las características de corte.

8.4.3.1 Influencia en el ángulo de ataque y en el de incidencia

Fíg. 8.27 N o varían los ángu/os C y A por /a sola posición de /a herramienta.

Si la altura de la punta de la herramienta no coincide con el centro de la pieza, y el plano base de ella sigue estando en un plano radial (fig. 8.271, no tiene influencia ni en el ángulo de desprendimiento ni en el de incidencia; pero si continúa siendo horizontal el plano base, el ángulo de desprendimiento varía, según sea la desviación, por encima o por debajo de centro (fig. 8.28A, E3 y C). Lo mismo le pasa al de incidencia, pero con distinto signo.

Tecnología Mecánica 3

Ch = dnguio de desprendimiento de la herram~enra Cm = Angulo de desprendimiento modificado Ah = Angulo de incidencia de la herramienta A,

= dngulo de incidencia modificado

~ ; g 8.28 . Variación del ángulo de desprendimiento C e incidencia A: A, no hay variación; L y C, variación en /os ángulos C y A.

8.4.3.2 lnfluencia del avance en el ángulo de incidencia Al avanzar la herramienta produce una superficie de corte en forma de hélice que hace que el ángulo de incidencia real sea menor que el de la herramienta (fig. 8.29A). Esto tiene una gran importancia en el roscado, ya que el ángulo de la hélice es mayor y, por tanto, su influencia mayor. En estos casos (fig. 8.29B), la incidencia de la otra cara queda influenciada en sentido favorable y suele afilarse con distinto ángulo de incidencia en cada lado. 8.4.3.3 lnfluencia en la viruta, del ángulo de colocación El ángulo de posición de la herramienta G, tiene influencia en el ancho de la viruta (fig. 8.30), pero puede modificarse esta influencia si se coloca la herramienta en otra postura (fig. 8.31A y B). No debe exagerarse el ángulo de colocación, porque aumenta inmediatamente la longitud de la viruta que hace variar las componentes de la fuerza de corte (fig. 8.31 B). También puede tener influencia en el acabado o afinado resultante. Los ángulos de posición y de colocación influyen en el comportamiento de la herramienta, al empezar la pasada y al final de ella, ya que las secciones cortadas, y con ellas las fuerzas, son progresivas (fig. 8.32).

Si H>CR

B

. Cm c O

hobro luionon h3 como es lógico 3.O:

de donde:

Aunque se corrija el ángulo de punta de la herramienta, como ésta tiene las aristas de corte rectilíneas situadas en un plano no coincidente con el plano medio de la rosca, el filete presenta los flancos ligeramente cóncavos, lo que puede ser inadmisible para roscas de gran precisión.

Fig. 13.31 Colocación de la herrzmienta por medio de plantillas.

13.5.5 Roscado interior La ejecución de roscas triangulares interiores se realiza con herramientas acodadas, afiladas de forma comparable a las de roscar exteriores, pero con mayor ángulo de incidencia (1 20 a 150) para facilitar la introducción. Cuando se trata de agujeros pequefios van fuertemente destalonadas (fig. 13.29). Es indispensable mecanizar una garganta de salida de herramienta, si el agujero es ciego o el diámetro de salida es inferior al nominal de la rosca (fig. 13.30). Es conveniente situar la herramienta ligeramente por encima del eje de la pieza, porque debido a su construcción más débil, tiende a flexar. Las pasadas de penetración pueden darse radialmente u oblicuamente según l o explicado para el roscado exterior. Hay que tener precaución al colocar la herramienta, de forma que la punta quede simétrica respecto al eje del filete; ello se logra con ayuda de plantillas (fig. 13.31). Para facilitar el roscado suelen disponerse dos topes, uno radial y otro longitudinal que evitan tanteos y aun posibles roturas de herramienta o deterioros de los filetes (fig. 13.32).

13.6

tope radial Pieza

carro

transversal

.

Fig. 13.32 Referencias que se 'Ornan para la longitud del roscado interior.

Construcción de roscas cuadradas

La rosca cuadrada es una rosca no normalizada, cuya característica esencial es que el perfil generatriz es un cuadrado de lado igual a la mitad del paso. Su empleo es muy limitado; sin embargo, va a tratarse con una cierta extensión, debido a las analogías que presenta con la rosca trapecial. En el tallado de roscas cuadradas en el torno hay que distinguir tres casos fundamentales: 13.6.1

Pequeños pasos, iguales o inferiores a la cuarta parte d e l diámetro m e d i o d e la rosca

En este caso, se acostumbra a dar a la herramienta los ángulos de afilado de la figura 13.33. El ángulo de incidencia lateral es para que la herramienta no roce con los flancos del filete. Si la rosca fuera a izquierdas, los valores se invierten.

Tecnología Mecánica 3

Fig. 13.33 Herramienta para tallar roscas cuadradas por penetración nnrmal (pequeños pasos).

13.6.2 Pasos mayores pero inferioros a l semidiámetro m e d i o de la rosca

i

Conviene tener en cuenta la inclinación de la hélice del filete. Esta inclinación depende del paso y del diámetro a construir; es decir, no es igual en el fondo que en el exterior de la rosca. La figura 13.34 representa el desarrollo de las hélices interior y exterior. El cateto común P . n es el paso de la hélice; la hipotenusa BC es el desarrollo de la hélice sobre el núcleo y u., es el ángulo que forma dicha hélice con el eje del tornillo; la otra hipotenusa DB es el desarrollo de la hélice exterior, siendo y. el ángulo que forma con el eje del tornillo. Evidentemente, resulta:

Fig. 73.34

Considerando ahora la figura 13.35, los ángulos de inclinación de las caras laterales respecto al plano de referencia de la herramienta valdrán:

siendo 40 un valor constante que se toma para que la herramienta corte correctamente. Fig. 13.35 Angulos de incidencia lateral para evitar el talonamiento de la herramienta.

Problema 73.O Calcular los ángulos laterales del filo o incidencias laterales de una herramienta destinada a roscar un filete cuaarado de 18 mm de paso en u n cilindro de 60 m m de diámetro. d,

= d -

P

=

60

-

18 = 42 mrn

(el tornillo es de una entrada). tg u =

3,14

x

18

60

= 10,46;

B B, Fig. 73.36 Verificación de los ángulos de incidencia lateral.

=

u = 84" 32';

x

%

84O 30'

= 820 - 40 = 780

180" - (84" 30'

+

4O) = 910 30'

Estos ángulos se controlan con ayuda de un goniómetro o falsa escuadra (fig. 13.36).

13.6.3 Pasos grandes, superiores a l semidiámetro medio de /a rosca

Fig. 73.37 Formas incorrectas de la herramienta ( A y B); forma adecuada para el desbaste de grandes pasos de hélices (C).

Cuando se da esta circunstancia, hay que calcular con precisión la inclinación de las caras laterales de la herramienta; de lo contrario talonará O será demasiado débil (fig. 13.37). Además, el filo frontal debe ser perpendicular a la hélice media del filete. Así, el esfuerzo ae corte es mucho más racional y la viruta sale con facilidad en la dirección del hueco de la rosca. Las fórmulas a emplear son las mismas que en el caco anterior; sin embargo, hay que corregir el perfil de la herramienta. En efecto, el fondo del filete resultaría ligeramente cóncavo, debido a que la arista cortante no estaría contenida en la generatriz del cilindro del núcleo. Teóricamente, este filo debería corresponder a un arco de elipse, intersección del cilindro del núcleo con el plano que pasa por dicho filo. Además, las distintas inclinaciones de la hélice del filete, según el diámetro considerado, producen unos flancos levemente convergentes hacia el núcleo, lo que se traduce en un ancho distinto en la cabeza y el pie de rosca, como se verá a continuación. Tecnología Mecánica 3

Partiendo del cilindro de diámetro d, igual al exterior de la rosca, se traza sobre él una hélice que indica el filete (fig. 13.38). Desarrollando la porción de hélice correspondiente al paso P (supuesta la rosca de una entrada), se obtiene el triángulo rectángulo GBC. La normal a la hélice por el punto 0, determina el segmento OA,llamado paso nornial P,. En el triányulo rectángulo AGB se tiene: Pn = P sen

i.

Si se dibujan ahora tres triángulos rectángulos de base P, correspondientes al desarrollo de las hélices exterior, media e interior, los catetos OA,O M y ON representan el doble del ancho nornial del filete medido sobre el diámetro exterior, medio e interior, respectivamente (fig. 13.39). En consecuencia:

ON

= P sen z3;

OM

= P sen

Fig. 73.38

O A = P sen o:

x2;

Si se trata de tornillos de varias entradas, se tiene:

Llamando a,,

a, y a a los anchos respectivos del filete, se tiene: 1

.

I

Fig. 13.39

luego

ON 2 n

-

P sen a3

2

.

OM 2 n

la3 =

la2 =

l a =

=

P sen 2

i.,

.

OA 2 n

-

P sen

r.

2

P sen x3 2 P sen v.,

2

P sen 2 v.

P21 Fig. 13.40 Herramienta corregida.

El cálculo de estos anchos permite corregir la herramienta (fig. 13.40). El valor del ángulo de punta corregido E' es:

En algunos casos se simplifica la herramienta, dándole u n ancho frontal igual a a,. Por otra parte, el filo frontal siempre se hace recto. El mecanizado de roscas cuadradas de paso de hélice grande se realiza con u n desbaste previo, por medio de una herramienta de filo inclinado y anchura a , ; luego, se acaba con otra de forma corregida según los cálculos expuestos, o bien, con dos herramientas, una para cada flanco. Para el roscado interior sirven las mismas fórmulas, aunque los anchos extremos deben invertirse; es decir, la herramienta es mSis ancha sobre el filo frontal. La mecanización se realiza también en dos fases: un desbaste con he-

Tecnología Mecánica 3

rramienta de filo inclinado de ancho a J y el acabado con dos herramientas complementarias (fig. 13.41 ). Puede admitirse, en según qué casos, la simplificación de la herramienta (al igual de lo que se decía en el tornillo) dándole un filo de ancho a2. A

B

C

Problema 74."

Fig. 13.41 Tallado de tuercas de rosca cuadrada (paso de hélice grande,,

Calcular las correcciones a efectuar en una herramienta para tallar una rosca cuadrada exterior de 50 mrn de diámetro, paso 10 rnm y 4 entradas.

tg

K3

=

z . d 3

-

3,14 x 40 10 x 4

P . , -

= 3,14;

or,

l

I

La herramienta necesaria está representada en l a figura 13.42. Los ángulos de inclinación del filo frontal son los complementarios de a,, a2 y a, para cada anchura.

!~b 1

Y

= 740 13'

A

= 900

-

a3 = 900

-

K2

=

90°

-

a2 = 900 - 740 13' = 150 47'

K

= 90" - a

720 20' = 170 40'

=ig. 13 43

roscas

Herramienta para tallar trapeciales por penetración normal.

K,

13.7

= 90° - 7 5 O 4 2 ' = 14O 18'

Construcción de roscas trapecialec

EI roscado se hace por penetración recta, con una o varias herramientas, según el paso de hélice a roscar.

& / /,

,&P 13.7.1 Pasos pequeños (P < 4 mm) Se efectúan con herramienta de forma (fig. 13.43) directamente, con un ángulo de desprendimiento nulo o mínimo para acetos duros, fundición y bronce. Para materiales tenaces, conviene abrir camino con una herramienta para rosca cuadrada, con ángulo de desprendimiento suficiente y ancho del filo algo inferior al fondo teórico de la rosca. 13.7.2 Pasos medianos

, ~ i73.44 ~ . H ~ para el la/la~ do por fases de /as roscas trapeciajes (pasos medianos),

Se desbastan con herramienta de ranurar y se acaban con una herramienta de~ forma. ~ Las incidencias laterales se~ calculan~ como en cuadradas. ~ ; ~ las roscas ~ También pueden acabarse con dos herramientas, una para cada flanco, que trabajan con la arista de corte horizontal y afiladas en forma de cuchara (fig. 13.44). Tecnología Mecánica 3

13.9.3 Pasos grandes Se utilizan dos herramientas para desbastar; la primera penetra hasta la mitad de la profundidad de rosca y la segunda llega hasta el fondo. El acabado de los flancos se hace con herramienta independiente para cada flanco (figura 13.45). Las roscas de varias entradas, que deben acabarse con herramienta de forma, presentan los mismos problemas que las roscas cuadradas de paso de hélice grande. El perfil de la herramienta debe corregirse y el filo frontal debe trabajar perpendicularmente a la hélice media de la rosca. Examinando la figura 13.46 se observan dos herramientas, la normal y la corregida, situada a la derecha. Hay que deducir los nuevos valores de a, y E (a', y E'). Se tiene que: a'2 = a2 sen or2 as3

Fig. 13.45 Herramientas conjugad3s para el acabado de cada flanco de una rosca trapecial de gran tamafio.

a3 sen a,

siendo a, el ángulo de inclinación de la hélice media.

Dividiendo miembro a miembro, resulta:

Sustituyendo a', tg

E' 2 E 7-

a, sen x2 - a3 sen a2 a2 - a3

-

tg

y ar3 por su valor:

-

sen a, (a2 - a3) a, - a3

= sen a,

Fig. 73.46 Herramienta corregida para mecanizar roscas trapeciales de gran paso de hélices.

El ángulo

U.,

se calcula por la fórmula conocida:

Problema 15.0 Se pide calcular las características de una herramienta de filo inclinado para tallar una rosca trapecial métrica ISO de paso 1 0 mm y diámetro nominal 40 mm. La rosca tiene 2 entradas. Consultando las normas, resulta que a, = 3,4 mrn.

a', tg

E' 2 =

tg

E

=

- sen

2

a,

sen r

a,

=

=

3,4 x 0,984 = 3,34 mm

t g 15O sen 7g0 42' = 0,2679 x 0,984

Tecnología Mecánica 3

=

0,2637

4 L

I

I

I

.-

-

n,L

Fig, 13.47 Relación entre e l paso normal y elpaso aparente.

La colocación oblicua de la cara de corte respecto al eje del tornillo produce una ligera concavidad en los flancos de los filetes que normalmente es admisible. Las tuercas trapeciales se mecanizan con una sola herramienta cuando se trata de pasos pequeiios y medianos. Como habitualmente son de bronce o fundición, el ángulo de desprendimiento es pequeño o no existe. Los pasos grandes exigen la inclinación del filo, según los principios explicados.

13.8 Roscado de visinfines Hay que distinguir en ellos el paso normal y el paso aparente (fig. 13.47). El primero es el medido sobre la sección producida por un plano perpendicular al filete, mientras que el segundo corresponde a la sección resultante de cortar al filete por un plano que contiene al eje del tornillo. Cuando se trata de visinfines de una entrada el p z l y el p x i son casi idénticos, por lo que se utiliza una herramienta con el plano de corte contenido en el plano medio del tornillo. No obstante, los de varias entradas exigen un filo inclinado y corrección del ángulo de punta, en función del paso normal. Las fórmulas empleadas son las del roscado trapecial, convenientemente adaptadas. Problema 1 6 . O

Calcular las correcciones de afilado de una cuchilla para tallar en el torno un visinfín de diámetro exterior 6 0 mm, m, = 5, 3 entradas. Angulo de presión a = 20". Consultar prontuario de engranajes.

sen

g2

=

mn

. 7-1

5 x 3 50

dl

a'3 = g f n

.

sen

pl

= 3,3

- 0,3;

x

$,

= 17'

30'

0,887 = 2,93 m m

siendo gfn el ancho del fondo del diente en la sección normal

hf

=

1,25 m,

para x = 20°.

ya que:

tg

E' 2 =

t g 20°

. sen 6Z0 30';

tg

--

0,364 x 0,887 = 0,3228

CUESTIONARIO 13.1 Definir los siguientes conceptos: paso de rosca; paso de hélice o avance; número de entradas. 13.2 Utilización de la caja de avances. 13.3 Métodos de retroceso rápido del carro. 13.4 Descripción del dial o indicador. 13.5 Construcción de roscas de varias entradas. 13.6 Influencia de la dureza del material en el ángulo de desprendimiento. 13.7 Roscado triangular por encima del centro. 13.8 Corrección de las herramientas para mecanizar roscas cuadradas de grandes pasos de hélice.

Tecnología Mecánica 3

PROBLEMAS 1.0 Calcular las ruedas necesarias para construir una rosca de 1,75 m m de paso en u n torno cuyo husillo es de 6 m m de paso. 2.0 Calcular las ruedas necesarias para construir una rosca de 3 3 / 4 hilos p o r pu!gada en u n torno de husillo métrico, cuyo paso es d e 10 rnm. Emplear 4 ruedas. 3.0 En un torno, cuyo husillo mide 6 m m de paso, se desea efectuar una rosca de 7,9 rnm de paso. Hallar la combinación de ruedas necesarias. 4.0 Se desea construir una rosca de 7,l m m de paso en un torno cuyo husillo es de 1 2 m m d e paso. Calcular la combinación de ruedas necesarias. Error máximo admisible 1 / 1 0 0 mm. 5.0 Calcular el ángulo corregido de la punta de una herramienta de roscar, si se desea efectuar una rosca M 3 0 x 3,5 empleando u n ángulo de desprendimiento de lZOy trabajando con penetración normal. 6.O i C 3 i á lserá el valor de la altura sobre el centro, la penetración radial y el ángulo corregido de una herramienta para realizar una rosca M 6 4 x 6 ISO con el método de roscado por encima del centro? El ángulo de desprendimiento debe ser igual a 20°. 7." Calcular las correcciones a efectuar en la cuchilla que debe trabajar c o n el filo i n clinado, para mecanizar una rosca cuadrada de 80 m m de diámetro, paso 2 4 m m y 2 entradas. 8.O Preparar la herramienta necesaria para tallar u n visinfín en u n torno de husillo 6 m m de paso, siendo sus caracteristicas las siguientes: m, = 3; diámetro exterior 40 mm; 2 entradas; p = 2.00. Dibujar la punta de trabajo a escala ampliada. Calcular la combinación de ruedas a emplear.

-

Tema 14. Tornos especiales

OBJETIVOS

- Iniciarse en el conocimiento y manejo de tornos especiales. EXPOSICION DEL TEMA -

14.1 Torno vertical Se denomina así, porque el eje del plato de fijación es vertical y, en consecuencia, también lo es el eje de la pieza de revolución que se mecaniza. Lógicamente, todos los elementos constructivos, bancadas, carros, etc., se adaptan a esta condición fundamental.

L

Este torno nació como respuesta a la necesidad de tornear piezas de gran diámetro, poca longitud y peso considarable, tales como rodetes de turbina, ruedas y volantes de gran diámetro, coronas, etc. La carga y descarga de una pieza de estas caracteristicas, así como su fijación y centraje correcto, se realizan en esta máquina con mucha mayor rapidez y seguridad que en los tornos convencionales. Por otro lado, el torno vertical es estructuralmente mucho más rígido, porque está pensado para resistir notables esfuerzos de torneado y para soportar racionalmente las cargas debidas a la masa de la pieza.

1 4.1 .!

D

Caiácíerísticas constructivas

Pueden establecerse unas características comunes a todos los tornos verticales (fig. 14.1). La base (A) que aloja el accionamiento principal y el plato o plataforma giratoria, donde se fijan las piezas a mecanizar ( 5 ) . La columna o bancada de lo máquina, que se llama montante (C), puede ser simple o doble. Sobre él se desliza un carro transversal o travesaño ( D ) , provisto de uno o varios carros portaherramientas (E). El travesaño suele disponer de accionamiento independiente por husillo y lleva una o dos cajas de avances, para el desplazarniento de los carros portaherramientas. Suelen disponer también de un carro lateral independiente (F) accionado por husillo.

Tecnología Mecánica 3

A

-

E

F ; ~ . 74.7 T~~~~~ vert;ca,es: A, de carro simple; B, de carro doble.

14.1.2

,rig,74.2

corte de la base

de un torno vertical,

Base d e l torno

Consiste en un bloque de fundición aleada (fig. 14.2), provisto de sólidas nervaduras, donde se acopla el grupo de accionamiento principal. El movimiento se transmite, casi siempre por medio de un par cónico, hasta el piñón de ataque, que mueve la corona solidaria al plato. La corona se apoya en unos rodamientos de alta precisión que proporcionan al conjunto una concentricidad que, con frecuencia, llega a 0,005 mm. El plato de fijación dispone de garras independientes, empotradas O no, permitiendo también la sujeción con bridas. Su diámetro liega a 1 800 mm en los tornos de un montante, y a 3 000 mm, en los de doble montante, aunque se construyen tornos verticales especiales, que superan ampliamente estos datos. 1 4.1.3

Montante

Es el equivalente a la bancada en los tornos paralelos. Se trata de una columna hueca de fundición aleada estabilizada, firmemente sujeta a la base del torno. Los de doble montante tienen un puente que los une entre sí. El momento resistente del conjunto, formado por bloques cerrados en forma de cajón es, pues, muy elevado.

14.1.4

Travesaño

Es un carro que se mueve verticalmente, apoyado en unas guías del montante. Dispone de movimiento independiente, por medio de husillos accionados sincrónicamente y puede ser fijado en cualquier punto de su recorrido, por dispositivos mecánicos o hidráulicos. En los extremos lleva una o dos cajas de avances, que proporcionan toda una amplia gama, incluido el movimiento rápido, para controlar el desplazamiento de los carros portaherramientas. 14.1.5

Carro portaherramientas

Los tornos de simple montante suelen tener un solo carro, dotado de movimiento horizontal y vertical y provisto de una torreta revólver, de maniobra manual o automática. El carro puede inclinarse adecuadamente para el torneado cónico. 14.1.6 Carro lateral Se desplaza verticalmente a lo largo del montante y su funcionamiento es independiente del travesaño. Tiene su propia caja de avances y la torreta portaherramientas va montada sobre una corredera horizontal. Tiene movimiento, por tanto, en dos ejes. -'ig. 14.3 Esquema d e l proceso de ~ e c a n i z a d ode un volante en un torn o vertical.

14.1.7

M é t o d o s de trabajo

Están muy condicionados por las características de la pieza a mecanizar, hasta tal punto que, en algunos casos, se construye la máquina a medida, disponiendo los carros y dispositivos accesorios necesarios, de modo que no haga falta el traslado a otra máquina para efectuar operaciones posteriores. Sin embargo, en términos generales, puede decirse que es muy frecuente el trabajo simultáneo de varias herramientas, con el consiguiente ahorro de tiempo. A modo de ejemplo, puede estudiarse la mecanización del volante de la figura 14.3. En el proceso intervienen el carro principal con torreta revólver, el carro portaherramientas secundario y el carro lateral. En la fase A puede apreciarse la acción simultánea de los tres carros, para mecanizar la cara superior de la p i z a y obtener una base fiable de apoyo y fijación. En la fase B trabajan la herramienta lateral n.O 2 y la de mandrinar n.O 2 de la torreta revóiver, que se ha situado en posición correcta, mediante 115 de giro. En la fase C trabaja el portaherramientas n.O 3. provisto de dos herramientas con objeto de realizar el escalón interior, al mismo tiempo que la herramienta lateral n.O 3 efectúa el chaflán del borde. Por último, se realiza la entalladura interior por medio de ia herramienta de forma n . O 4 (fase D).

14.1.8 Accesorios especiales Fig. 14.4 Husil/o de rectificar con motor incorporado,

Sirven para efectuar cobre el torno o~rracionesaue no son wrowias de esta máquin'a, con el objeto de evitar la manipulación de la pieza. & 1 s; figuras 14.4, 14.5 y 14.6 pueden verse algunos de estos dispositivos, tales como un Tecnología Mecánica 3

-

h siilo paic: rectificar con motor incorporado, un cabezal rectificador acoplado diiectamente a la torreta revólver y un equipo de taladrar y mandrinar. 14.1.9 Tornos verticales de C. N. Avances tecnoiógicos recientes han permitido la adaptación del control numérico (C. N.) a las máquinas herramientas. En los tornos verticales se emplea indistintamente el torneado por contorneado o bien el ditsplazamiento punto a punto. En el primer caso no se mide directamente la traslación de los carros sino el giro angular del motor de avances. El C. N., punto a punto, verifica los desplazamientos de los carros de forma directa y muy precisa ya que el poder de resolución llega a 0,001 mm por medio de un transductor lineal. El C. N. controla todas las funciones centrales de la máquina, velocidades del plato, avances, posición del cabezal revólver, así como los sistemas secundarios como refrigeración, etc. La figura 14.7 muestra un torno vertical de un montante equipado con C. N.

Fig. 14.7 Torno vertical de un montante de control numérico (C. N,) Dorries.

Fig. 14.5 Cabezal rectificador autónomo acoplado a la torre revólver.

Fig. 14.6 Dispositivo de mandrin~r en el torno con motor incorporado.

14.2 Torno al aire Este tipo de torno, al que algunos autores llaman con mayor propiedad torno frontal (fig. 14.8) ha caído en desuso, con la aparición de los tornos verticales de un montante. Sirven para mecanizar piezas de gran diámetro y poca altura. Ello obliga a proyectar u n torna de cabezal muy alto, bancada a ras de suelo y de poca longitud. En algunos casos está dispuesta perpendicularmente al eje del torno. La disposición horizontal del husillo es un inconveniente notable, porque el peso de la pieza unido al del plato producen elevadas solicitaciones a flexión, lo que obliga a reforzarlo considerablemente. De todas formas, en ningún caso reúne lasolidez y precisión del torno verticai; por eso, aunque más económico que éste, casi nunca resulta más rentable. Fig. 74.8 Torno al aire.

14.3 Torno copiador Este torno permite obtener económicamente piezas de tamaño medio en pequeñas y medianas series, a partir de una pieza patrón o plantilla, que es reproducida por unos dispositivos copiadores. Actualmente los tornos copiadores disponen de equipos, normalmente hidráulicos, muy perfeccionados, con la posibilidad de efectuar ciclos automátiins. Elin los hace rentables, incluso en grandes series (fig. 14.9).

14.3.1

Características constructivas

En sentido estricto, no se pueden considerar tornos copiadores los tornos paralelos provistos de un copiador hidráulico. Los tornos copiadores, propiamente dichos, forman un grupo aparte, que puede subdividirse en dos grupos diferenciados: a) Tornos copiadores polivalentes. 6 ) Tornos copiadores.

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Fig. 14.9 Torno copiador de ciclos automáticos Pilote V 261.

Al primero de ellos pertenecen los tornos que en un momento determinado pueden ser convertidos en paralelos normales. Son m u y parecidos a los tornos paralelos convencionales, con las lógicas variaciones que impone su vertiente especializada. El segundo grupo comprende la generación de tornos totalmente especializados en el copiado por ciclos automáticos. La bancada, los carros, la contrapunta, etc., h a n sufrido modificaciones muy importantes. Asimismo, la potencia de la máquina es comparativamente mayor.

14.3.3 Aparato copiador Se trata de un servomecanismo o dispositivo en el que la potencia de mando sirve para accionar un mecanismo movido por una energía externa.

Fig. 14.11 Trabajos posibles con el copiador hidráulico convencional.

En la figura 14.10 aparece representado esquemáticamente un dispositivo copiador HYla parte izquierda está situado el grupo hidrodinámico con depósito de aceite incorporado. Se puede apreciar la plantilla regulable con el perfil matriz (9) sobre la que se desliza suavemente el palpador (10). Este, por medio de una palanca (1 l ) , acciona el distribuidor ( 8 ) , provisto de un muelle de reacción, que regula el paso de aceite al cilindro (7), que, a su vez, pone en movimiento el portaherramientas trasero (6). El carro principal dispone d e u n portaherramientas delantero que se acciona manualmente.

DROCOP. En

cilindrado exterior

refrentado hacia el cabezal

cilindrado tnterior

fH 4 ti -

Fig. 14.10 Esquema de un aparato copiador hidráulico: 1, depósito de aceite; 2, válvula de seguridad; 3 y 4, bomba doble de engrase; 5, motor; 6, útil de reproducción; 7, cilindro de trabajo: 8, corredera de distribución; 9, plantilla o pieza modelo; 10, palpado^ 17, palanca doble.

' 1

1

Y

w , ,

ponaherramientas delantero

c

a

A

contrapunta

T

14.3.3 Uso de/ copiador - +refrentado hacia el contrapunto

m

r i g . 14.72 Trabajos posibles con el copiador hidráulico biaxial.

La mayoría de copiadores no pueden realizar ranurados o refrentados a la izquierda (fig. 14.1 1) y si, refrentados a la derecha y curvas suaves (se considera que el sentido de avance es de derecha a izquierda). Para eliminar este inconveniente se recurre a los carros auxiliares, provistos de herramientas de refrentar y ranurar, o bien, a mecanizar la pieza en dos fases, dándole la vuelta al terminar la primera de ellas. Existen, sin embargo, aparatos copiadores biaxiales o integrales, que no tienen estos problemas y pueden ejecutar variados perfiles sin dificultad (figura 14.1 2). 14.3.4 Métodos de trabajo Como el dispositivo copiador es un grupo autónomo, puede adaptarse con facilidad a un torno paralelo (fig. 14.13). Sin embargo, aquí se tratará solamente de los verdaderos tornos copiadores, puesto que sólo ellos presentan verdaderos métodos de trabajo diferenciados.

Fig. 14.13 Copiador hidráulico montado en un torno paralelo.

En general, el proceso o ciclo de trabajo puede realizarse de dos maneras: manual y automática. El ciclo manual está destinado a la puesta a punto de la máquina o a la realización de series muy cortas. El ciclo automático está pensado para la repetición indefinida y exacta de un programa de copiado preestablecido, incluyendo la determinación de los avancx, velocidades, la puesta en marcha y parada del cabezal. El ciclo automático se interrumpe únicamente para la retirada de la pieza mecanizada y la introducción del material en bruto. Esta operación puede automatizarse totalmente, mediante una unidad de alimentación y descarga. Una vez colocada la plantilla o pieza patrón, se procede al reglaje de los topes que Controlan la serie de pasadas sucesivas, los avances y las velocidades de giro en función de 10s diámetros de la pieza. Asimismo, se colocan las herramientas convenientes, cuya puesta en acción puede realizarse automáticamente por giro de torreta o por carros auxiliares, movidos hidráulicamente y sometidos al control del programa.

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Este programa de trabajo suele prepararse en papel aparte y luego so pasa al panel de mando de la máquina, ordinariamente por medio de clavijas o tarjeta perforada. Una vez realizadas algunas muestras y pasadas satisfactoriamente las verificaciones necesarias, bastará apretar el pulsador o selector de mando para poner en marcha el programa preparado.

! 4.3.5 Ejemplo de trabajo La ejecución del árbol de la figura 14.14 se realiza en dos subfases, dando

la vuelta a la pieza al concluir l a primera subfase para toda la serie de piezas. El material es acero estampado F-1 522, de 70-80 kgf/mm2 y con excedentes de 4-5 mm en radio. Se fija la pieza entre plato y contrapunto. Las operaciones de la subfase 1 (F,) son las siguientes: 1.0 Escuadrar. Interviene el carro delantero (herramientas 1-1). 2.0 Pasada de desbaste, con tres cambios velocidad-avance (herramienta S I ) . 3." Cambio automático de herramienta (giro de torreta). Pasada de acabado, con tres cambios velocidad-avance (herramienta SI). 4.O

Las operaciones de la subfase 2 (F2) son: Efectuar ranuras con el carro delantero (herramientas 3-3). Pasada de desbaste con 4 velocidades y avances (herramienta S I ) . Cambio automático de herramienta (giro de torreta). Pasada de acabado con 4 cambios velocidad-avance (herramienta S I ) .

1." 2.O

3." 4.O

Las aproximaciones de la torreta del copiador, así como la salida y carrera de retroceso, se realizan rápidamente y de forma automática. Tiempo total:

( F , + F I ) = 4,05

+

4,85 = 8,90 min

Realizado en un torno copiador de ciclos automáticos Diedesheirn-Cumbre C230-A2.

pleza terminada

pieza estampada.

---

- ----

"-

'---

segunda fase

---

I

'-A

/'

1

primera fase

1' 1

Fig. 74.14 Proceso de mecanizado de un árbol.

14.4 Torno revólver La incapacidad del tUrno paralelo para i-wcanizar grarides series de piezas motivó en su día la aparición del torno revólver. La principal característica de estos tornos es que están provistos de un bloque portaherramientas giratorio (revólver), montado sobre un carro posterior que sustituye al contrapunto. Dicha torre, por medio de una fracción de vuelta, va presentando en posición de trabajo una serie de herramientas. La acción del revólver está complementada por portaherramientas de movimiento transversal y longitudinal y un sistema de fijación y desbloqueo rápido de la barra o pieza en bruto que se ha de tornear. Puede establecerse una división fundamental de este tipo de tornos: de mando manual y automático.

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4.4.1

Torno revólver de mando m a n d

Constituyen el grupo de los tornos revólver clásicos. Presentan notables variaciones respecto a los tornos paralelos de acuerdo con las exigencias de los órganos a los que se hacía referencia en el primer punto (fig. 14.15). - Cabezal (1). Es siempre muy reforzado porque el trabajo con varias herramientas, incluso de fcrma, absorbe mucha potencia.

Fig. 14.75

Torno revólver.

- Eje principal (2). El husillo es hueco para permitir el paso de la barra; en su interior, un mecanismo de pinza aprieta concéntricamente a la barra de material, con la sola acción de una palanca (fig. 14.1 6). Para tornear piezas procedentes de forja o fundición se utiliza plato de garras autocentrante con accionamiento hidráulico o neumático. - Soporte de barra (3). Sirve no sólo para sostener la barra de material sino que debe hacerla avafizar cada vez que se termina una pieza, hasta un tope que lleva la torre revólver.

- Bancada (4). Debe posibilitar la fácil evacuación de las virutas así como la recogida del refrigerante, que se utiliza en gran cantidad.

disposit~vo

de avance de la barra

palanca de embrague

~ i g .14.16 Husillo príricipal; detalle de la pinza.

- Carro auxiliar (5). El carro principal de los tornos paralelos es sustituido por un carro auxiliar sobre el que se desliza un carro transversal con dos portaherramientas, u n a cada lado de la pieza. Son accionados por volante o palanca. - Carro revólver (6). Sobre él va instalada la torre revólver hexagonal, preparada para recibir una gran variedad de herramientas. Este carro se mueve por medio de un volante de brazos, de forma que después de cada retroceso gira automáticamente 116 de vuelta. Los topes qrie regulan el desplazamiento de cada herramienta son una serie de tornil!os de paso fino, montados en un bloque situado en su parte trasera. - Carro tronzador (7). Es muy frecuente el uso de un carro ouxiliar para operaciones de tronzado, montado directamente sobre el cabezal y movido por una palanca. Algunos de los accesorios y herramientas que se utilizan en estos tornos están representados en las figuras 14.1 7 y 14.18.

Fiy. 14.77 Algunas herramientas y accesorios del torno revólver: A y B, manguito cono Morse; C , barra tope; D y E , casquillos suplementarios; F, portaherramientas para tornezr con roo'illos; G , barra guía; H , portaherramientas múltiple para tornear con barra guía; l , J y K , diversos tiaos de portacuchillas..

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Fig. 74.78 Herramientas del torno revólver: A, pinza para brocas y machos; B , portaherramientas de cilindrar; C, tope graduable; D , portaherramientas con guía; E, portamachos; F, portaterrajas; G, portibrocas de pinza; H e 1, herramientas combinadas; J, punto; K , portacuchillas de interiores; L, portacuch/llas ajustables micrométricamente; M, portaherramientas de r,nurar exteriores e interiores; N , portamoletas; 0, portacuchillas de cuchilla circular; P, portaherramientas de tornear con rodillos; 0, portacuchillas doble; R, carro transversal; S, carro portatorre.

14.4.2 Ejemplo de trabajó Para ilustrar convenientemente las explicaciones dadas se incluye la descripción del proceso seguido para mecanizar el casquillo de la figura 14.19. Dicho proceso se realiza en una sola fase de 8 operaciones, a saber (figura 14.1 9): Posicionamiento de la barra. Torneado del diámetro menor. Punto para el centrado de la broca y realización del chaflán. Taladrado del agujero pasante. Mandrinado de la caja. Avellanado. Ranurado. Interviene el portaherramientas auxiliar posterior. Tronzado. El portaherran?ientas anterior se mueve en sentido contrario.

Flg 7 4 19 Proceso de mecanirado de u n casquillo.

~*-5-.23-

-

-

28-5' -

- 28 _+

-

'14.5 T o r n o s r e v ó l v e r a ~ t o m á t i c o s En realidad se trata de verdaderos tornos automáticos en los que las funciones encomendadas al operario son desarrolladas por un sistema de control programable. Se estudiarán en el apartado correspondiente a dichos tornos.

ri

14.6 T o r n o s a u t o m á t i c o s Son los que debido a su especial funcionamiento permiten realizar todo el ciclo de nlecanizado, incluida la aportación de material, sin la intervención del operario. Están, por tanto, pensados para grandes series, ya que el tiempo req~ieridopara su preparación debe ser compensado por la repetición elevada d,: un mismo proceso de trabajo (fig. 14.20). Fundamentalmente, la automaticidad se obtiene por medio de diferentes levas, montadas en el árbol portalevas (fig. 14.21), dotado de un movimiento lento de rotación, a razón de una vuelta completa por pieza mecanizada. Tecnología Mecánica 3

Fig. 14.20 Torno automático Traub.

14.6.1

Tipos de tornos automáticos

Hay muchos modelos de tornos automáticos; desde el torno, relativamente sencillo, destinado a tornilleria y pequeña mecánica, hasta los tornos multihusillos de gran producción. Podemos establecer una clasificación fundamental:

- Torno de cabezal fijo. En ellos las herramientas van situadas sobre un carro, que es el que efectúa el avance. - Torno de cabezal deslizante. En estos tornos, las herramientas van fijadas a un puente y no tienen avance alguno, sino que este movimiento 10 hace el cabezal, deslizándose sobre unas guías. Los tornos del primer tipo suelen tener una torre revólver. Los del segundo tipo disponen de un contracabezal basculante donde van las herramientas de taladrar y roscar. 14.6.2 Funcionamiento de u n torno automático 6rboi pofiaievas

En la figura 14.22 está dibujado esquemáticamente un torno automático de cabezal fijo y torreta revólver. Su funcionamiento es como sigue:

Fig. 14.21 Torno automático Syma Canma. Detalle del árbol de levas. tambor de avance

tambor de cierre

para roscar

tambor para ¡os carros transversales

\ carros

transversales

polea de mando

Fig. 14.22 Esquema de un torno automático de cabezal fijo.

- Levas de tambor para avance y cierre de la barra. La primera (11) empuja la barra contra el tope de la torre revólver que proporciona la medida requerida. La segunda (1) abre la pinza todo el tiempo necesario y la cierra cuando se ha completauo el avance de la barra. - M a n d o del eje principal. Se efectúa con dos conos de fricción ( d , y d 2 ) , uno de rotación rápida, destinado a tornear, y el otro, más lento, para roscar. Dichas poleas están mandadas por correas o por motor independiente. Fig. 14.23 Detalle del accionamiento de las cuchillas de un torno revólver.

hfdefeodo RGE O8 DIN 82

- Tambor para la torre revólver, En este tambor están fijadas seis reglas con diversa inclinación, según los movimientos que deben realizar las herramientas. El contrapeso ( c ) hace retroceder el carro en el momento oportuno y girar 116 de vuelta la torre. En este esquema puede distinguirse también la polea que controla al eje de levas, el embrague ( K 2 ) y el sistema de retardo. En los tornos de cabezal deslizante y a veces en los de cabezal fijo, los divercos portaherramientas van sobre un puente (fig. 14.23) mandados por Palancas que se apoyan an las levas. La pieza trabaja al aire o bien puede apoyarse en una luneta, emplazada a corta distancia del punto de ataque de las herramientas. El sentido de giro es contrario a los tornos corrientes; así, para roscar, avanza el macho o la terraja girando en el mismo sentido de la barra pero a mayor velocidad (roscado diferencial). Cuando se completa la carrera, un tope detiene el giro de la terraja o el macho que así se desenroscan solos.

14.6.3 M é t o d o s de trabajo La fase de preparación es de suma importancia ya que de ella depende la precisión y rentabilidad de la serie que se va a mecanizar. Comprende la v e paración y reglaje de las herramientas, la selección de las velocidades y el montaje de las levas necesarias. La alimentación, si es por barra, la realiza un grupo dotado con disparo automático de fin de barra. Si se trata de piezas semielaTecnología Mecánica 3

boradas es necesario prever un sistema que almacene las piezas y las coloque en posición en el momento oportuno. Se supone que hay que realizar una serie de tornillos moleteados como el de la figura 14.24. El proceso de mecanización podría ser (fig. 14.25): 1 .O Avance de la barra. 2.0 Torneado simultáneo de los diámetros escalonados. 3.0 Avance radial de los dos carros auxiliares para poder efectuar el ranurado y el moleteado de la cabeza. 4.0 Roscado de la caña por medio de una terraja situada en la torreta revólver. 5.O Tronzado y evacuación por gravedad de la pieza terminada. 14.6.4 Tornos automáticos de varios husillos

-

En los tornos estudiados hasta ahora, las herramientas entran en acción de forma sucesiva, permaneciendo en reposo al concluir su trabajo, hasta el ciclo siguiente. Los tornos multihusillos pretenden eliminar, en lo posible, los tiempos muertos, haciendo actuar al mismo tiempo todas las herramientas s o b e las diferentes barras, puesto que al terminar de una enlazan inmediatamente con la otra; o sea, que en cada estación se obtiene una pieza acabada. Así, pues, u n torno de seis husillos debería producir seis veces más que u n torno automático de u n husillo. En realidad esto no se cumple exactamente pero puede servir de orientación para los cálculos productivos. 14.6.5

Otros modelos de tornos ac/íomáticos

Fig. 74.25 Proceso de mecanizado de un tornillo moleteado.

La necesidad de reducir los costos de mano de obra, aumentar la producción y permitir la ejecución de pequeñas series con las máximas garantías, ha obligado a la construcción de tornos cuya característica fundamental son las posibilidades que ofrece su sistema de control. El engorroso sistema de levas es sustituido por una unidad de control programada por medio de una cinta O tarjeta perforada en la que se graban, por medio de un código predeterminado, las instrucciones que deberá seguir el torno, cubriendo todas las funciones de la máquina. En la figura 14.26 aparece u n torno de producción de C. N. CUESTIONARIO 14.1 Partes fundamentales de un torno vertical. 14.2 Esquema de un mecanismo copiador para torno. 14.3 Con-.parar las partes fundamentales de un torno revólver y un torno paralelo. Anaiizar las diferenc,ias. 14.4 Difeirncias entre tornos revólver y automáticos. 14.5 Explicar. incluyendo un esquema, cómo podría accionarse automáticamente una herramienta de tronzar al terminar el procesa de una pieza, en u n supuesto torno autoniático. 14.6 ¿Qué son tornos automáticos niuitihusiilos? 14.7 Previa consulta bibliográfica, dibujar un esquema de un torno de C. N.

Tema 15.

Procesos de mecanizado en el torno

OBJETIVOS - Introducir a l alumno en e/ estudio de los procesos de mecanizado, familiarizándole c o n la terminología técnica en ellos usada, estimulando s u cap;acidad de análisis, reflexión crítica y espitiru creativo. - Contribuir a dotarle de una metodología de trabajo, q u e le permita resolver problemas complejos p o r descomposición en partes más sencillas.

EXPOSICION DEL TEMA El estudio sistemático de los procesos de mecanizado se apoya sobre unos princ:p os muy sencillos, enunciados por F. W. Taylor, que pueden reducirse a: 1.0 Eliminar los métodos enipiricos (golpe de vista, siempre se h a h e c h o así) y sustituirlos por técnicas racionales. Tecnología Mecánica 3

Fig. 14.26 Torr?o paralelo de producción de control numérico (C. N.j Ernaulr-Somua 3 5 0 N S.

2.0 Adoptar métodos que puedan ser repetidos con facilidad y enseñados a otros operarios. 3.0 Separar las funciones de ejecución y preparación del trabajo. 4.0 Formar especialistas en dichas funciones.

15.1

Proceso d e mecanizado

Es la sucesión ordenada de operaciones, previamente determinadas, que permite obtener un producto eiaborado, con el mínimo costo posible y en las condiciones exigidas. En una palabra, con el estudio de los procesos se pretende lograr la mayor productividad, evitando improvisaciones y utilizando racionalmente las herramientas, útiles y maquinaria. En contrapartida, el sistema tiende a reducir el papel del operario, recortando su iniciativa y dificultando su promoción profesional. Por la extensión y comp!ejidad del análisis de procesos de mecanizado, en este tema se pretende dar únicamente una visión de los principios básicos y tratar de aplicaciones prácticas en el torno. Se deja, para cursos superiores, el estudio de procesos en otras máquinas, así como su empleo combinado, el estudio de tiempos, etc.

15.2

P r i n c i p i o s generales d e análisis d e los procesos

Estos principios, válidos para el estudio de cualquier proceso, se agrupan en tres apartados, a saber: estudio del plano de la pieza o elemento, análisis del trabajo a realizar y, por último, redacción del proceso. 15.2.1

Estudio d e l plano de la pieza o elemento

El punto de partida del análisis del proceso es siempre el plano dc ejecución de la pieza a fabricar. Teniendo en cuenta todas las exigencias establecidas por la Oficina de Métodos, el analista estudiará: - Material. Las propiedades mecánicas del mismo influirán sobre las herramientas y sus ángulos.

- Estado, dimensiones y peso. Con todo ello podrá determinar la forma de fijación, utillaje y máquinas a emplear. - Tratamientos térmicos. Si son necesarios tratamientos térmicos, el proceso suele presentar la forma resumida de desbaste-tratamiento-acabado. - Sobremedidas, tolerancias y signos de mecanizado, Con ello podrá definir las pasadas, avances, número de revoluciones, herramientas, utillaje, instrumentos de verificación y maquinaria más convenientes.

- Posiciones relativas. Son muy importantes, porque van ligadas a la función de la pieza o elemento. Por ejemplo, un soporte de un árbol exige que el mandrinado principal sea paralelo a la base del mismo; es lógico, pues, que dicha operación se efectúe con el soporte apoyado en su base, previamente mecanizada. - Cantidad de piezas a fabricar. Con frecuencia este factor es definitivo. No es lo mismo producir series cortas que grandes series. En este caso, el ahorro de tiempo puede compensar costosas inversiones en maquinaria y utillaje.

15.2.2 Análisis del trabajo a realizar Se suele dividir la pieza en superficies eiementales numeradas para evitar confusiones. Después se toman las superficies de referencia, que serán las que permitan tener unas bases fiables para mecanizar todas las demás, eliminando en lo posible errores acumulativos. Se procura asociar las superficies elementales. Por ejemplo, un orificio que debe rnandrinarse y el plano frontal a él, suelen mecanizarse sin mover la pieza; es decir, el taladro y el plano frontal son superficies asociadas. Finalmente, se agrupan las operaciones en fases que, a su vez, se pueden dividir en subfases.

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'1 5,2,3 Redacción del proceso de mecanizado Los procesos esbozados se escriben en hojas a propósito, anotando las fases, subfases, operaciones, máquinas, herramientas, utillajes, etc., e, incluso, croquis explicativos y tiempos orientativos previstos. Después de un e s t ~ d i o comparativo, se escoge el mejor. Una vez definido el método de trabajo, el cronoanalista procederá a la toma de tiempos, con lo cual el proceso quedará perfectamente determinado.

15.3

D e f i n i c i ó n d e conceptos básicos

A r t e s de segl~iradelante, conviene precisar unos cuantos conceptos, que se van 3 manejar continuamente: - Operación. Trabajo efectuado con intervención de uno solo de los medios de que dispone una máquina o puesto de trabajo. - Fase. Trabajo efectuado por uno o varios operarios en una máquina o puesto de trabajo. Se compone de varias operaciones y subfases.

- Subfase. Fracción de una fase. Se emplea dentro de una fase cuando interesa agrupar una serie de operaciones; por ejemplo, cuando se desmonta la pieza para darle la vuelta. - Gama o proceso. Sucesión lógica de las fases de mecanizado o manipulación de una pieza hasta concluir su fabricación. - Ruta. Camino recorrido por una pieza a través del taller de producción, determinado por los puestos de trabajo donde se ejecutan las distintas fases.

15.4 P r o c e s o d e m e c a n i z a d o d e diversas piezas A modo de aclaración, se incluyen a continuación unos ejemplos de proceso de mecanizado de piezas sencillas, un? coriiparación entre pieza unitaria y seris de piezas y, por último, un ejemplo de proceso industrial de una pieza. N o hace falta señalar que la finalidad de los mismos es puramente didáctica y n o deben efectuarse comparaciones entre los procedin-iientos industriales y los que están al alcance de las Escuelas Profesionales, aquí descritos. Las hojas de proceso presentan distintas distribuciones y tamaños, según los autores. Aquí se ha elegido una hoja en formato D I N A4, con una distribución adecuada a los propósitos antes explicados.

15.4.1 Proceso de mecanizado de un eje Considerando el croquis acotado de dicho eje, representado en la figura 15.1, se deduce fácilmente que se puede mecanizar en un torno convencional, tanto por sus dimensiones y tolerancias, como por no precisar ninguna operación de acabado. N o se exige tratamiento térmico. En este caso existe una sola fase (torneado) que se dividirá, según se verá, en varias subfases y operaciones. En primer lugar, se deben numerar las superficies elementales para nombrarlas con mayor facilidad. Se divide el proceso en cuatro subfases, que corresponden a otras tantas manipulaciones de la pieza, dándoles los números 1, 2, 3 y 4. La subfase 1 se divide, a su ver, en tres operaciones, que se designan con los números 11, 1 2 y 13. La operación 11 consiste en sujetar con el plato universal el trozo de acero en bruto, previamente cortado, con excedente dc 3 rnm. Seguidamente (op. 12),se refrenta la cara 1 y se mecaniza un punto de centrado (op. 13), ya que la pieza será trabajada entre puntos. La subfase 2 empieza con el giro de la pieza, con objeto de que pueda ser realizado el refrentado de la cara frontal opuesta (op. 21). Dicho refrentado (op. 22) determina la longitud total correcta y permite ejecutar el otro punto de centrado 9 (op. 23). La comprobación de la longitud total se efectúa con el pie de rey. La subfase 3 tiene cinco operaciones. Primeramente, se sitúa la pieza entre puntos (op. 31). Seguidamente, se tornea el diámetro que ha de grafilarse, de una sola pasada y teniendo en cuenta que el moleteado produce un aumento de medida (op. 32). Después del moleteado (op. 33), se efectúa el chaflán 7 (op. 34) y el ranurado 5 (op. 35), tomando medidas con el pie de rey.

Tecnología Mecánica 3

FORMAClON PROFESIONAL

EV. 1234

riemp c

Designación

Croquis

Uril

horas

Piato

Sujetar la pieza. Reírentar 1.

60

Hacer punto 2.

6:p

Plato

Dar la vuelta a la pieza.

60

Reírentar 8 a medida 165 mm. Hacer punto 9.

€3 rp -

Pf pg Pa 51

Fijar la pieza entre puntos. Cilindrar 6 0 27,7 x 45 Moletear 6.

vlol x

Chaflanar 7.

51 61 -

Ranurar 5 0 18 x 3. Dar la vuelta a la oieza.

Pf pg Pa

Cilindrar 4 0 22 x 123

51

Chaflanar 3.

51

Observaciones: Ut 60, 51 ... Herramientas. Símbolo. Brp. Broca de hacer puntos. Pf. Punto fijo. Pg. Punto giratorio. Pa. Perro de arrastre.

Tiempo total: Tecnología Mecánica 3

La última subfase comprende tres operaciones. Se da la vuelta a la pieza y se la sitúa otra vez entre puntos, vigilando n o dañar el moleteado con el perro de arrasrre; se tornea el vástago en dos pasadas, desbaste y acabado, dejándolo a niedida (op. 42). Finalmente, se realiza el chaflán 3 ( o p . 43). Los datos de velocidad de corte, revoluciones, avances y profundidad de pasada son meran-ien?e orian?a?ivoc; las pcsibi!idades del tcrno y las herramientas disponibles las harían variar notablemente en cada caso.

15.4.2 Proceso de mecanizado de un anillo Se supone que hay que construir cinco anillos de separación, a partir de tubo sin soldadura de 63,5 x 40; las dimensiones aparecen en el croquis de la figura 15.2. Las piezas no deben sufrir ningún tratamiento, ni se exige precisión especial de medidas, siendo de aplicación los valores de la niisma hoja para cotas sin tolerancia. La rugosidad general a obtener es

9

Las operaciones del proceso se agrupan en tres subfases; solamente existe una fase, porque las piezas se mecanizan íntegramente en el torno. La operación 11 de la primera subfase consiste en situar el extremo del tubo disporiible a una distancia, que haga posible trabaiar cómodamente y fijarlo con el plato universal. A continuación, se desbasta el diánletro exterior (op. 12) y luego se acaba dicho diámetro, controlando la cota con el pie de rey (op. 13). Una vez concluida la operación anterior, se cortan los cinco anillos con la cuchilla de tronzar (op. 14). Para facilitar la ejecución de las otras subfases se ha preparado una pinza, que actúa al cerrar o abrir las nlordazas del plato. Antes de seguir adelante, se comprueba la excentricidad del utillaje y se fija la posición más favorable. Seguidamente, se introduce la primera pieza y se realiza el refrentado 1, el mandrinado 6 y los ctiaflanes 2 y 7 (ops. 22, 23 y 24). Para dejar la pieza terminada, se le da la vuelta, se refrenta la cara 5 al grosor pedido y, finabrilente, se ejecuta el chaflán 4 (ops. 31, 3 2 y 33).

15.4.3 Proceso de mecanizado de una cruceta Como ejemplo de mecanizado de piezas sernielaboradas de fundición, se presenta una cruceta de una supuesta junta Cardan, simplificada a propósito, con objeto de que pueda acabarse en el torno (fig. 15.5). Por tar?to, según lo dicho en apartados anteriores, su proceso de mecanizado constará de una sola fase (torno). Esta fase se divide en seis subfases, cada una con sus correspondientes operaciones. La cruceta va totalmente mecanizada y sus elementos m6s importantes son el taladro central de referencia (1) y los tetones o gorrones (5) a i 18 h 6. Utilizando el plato universal de cuatro garras se efectúa el refrentado de la cara 2 (op. 12), eliminando la mitad del material excedente; luego, se realiza el taladro central 1. Con esta referencia, se monta la cruceta en el mandril extensible (op. 22) y se refrenta la cara 3, dejándola al grosor necesario (op. 23). Seguidamente, se prescinde del plato de cuatro garras y se monta en su'lugar el plato fijo con un utillaje tipo escuadra, dotado de u n pivote que se ajusta a la cruceta por su orificio central. Una vez mecanizado uno d e los cuatro tetones, se gira la pieza 90°, a tope contra un pasador situado en el utillaje, que garantiza la perfecta alineación de la m i m a . El método de mecanización es idkntico para los cuatro tetanes, como fácilmente se puede ver. Es conveniente colocar u n contrapeso, que equilibre la carga excéntrica que representa el utiilaje y la cruceta.

15.5 Comparación entre un proceso unitario y o t r o serie Con ello se pretende hacer reflexionar al lector sobre las importantes diferencias que existen entre el proceso unitario y el mecanizado en serie. La pieza única o la serie muy corta (tres o cuatro unidades) n o es frecuente en el taller mecánico a menos que se trate de utillaje, prototipos o reparaciones; son habituales las series (cortas, medias o grandes). Las grandes series, póngase por caso, permiten realizar cuantiosas inversiones en utillaje y maquinaria e, incluso, se llega a disponer de máquinas o líneas transfer totalmente especializadas. En la figura 15.4 está descrito el proceso de fabricación de un bulón de acero. en un torno paralelo convencional (no utillado) y en u n torno semiautemático. Las ventajas conseguidas son: - Alimentación facilitada por alimentador autoniático y tope de barra. - Evita manipulación repetida de herramientas; todas están dispuestas para entrar en acción cuando se requiera. - Se eliminan tanteos con los topes de las herramientas. Aun:enta la seguridad y la rapidez de las operaciones. - Se efectúan operaciones simultáneas. - Las velocidades y avances pueden seleccionarse con antelación. Reducción de tiempos muertos.

393 Tecnología Mecánica 3

FORMACION

Hoja de

PROFESIONAL

Escala

Material

F-6/28

1

roceso

Dimensiones en b r u t o

Trabajo de

l Curso 1

Ejercicio N. O

Medidas sin tolerancias

Tubo s í s 63,s x 40

AN. 567

Designación

Cont

Croquis

G'ernp

horas

asaa

Plato

Fijar la barra en plato de garra2 sobresaliendo 80 mm. Cilindrar 3 a 0 58,5 x 65. Afinar 3 a 0 58 x 65. Tronzar cinco anillos a 7,5.

Fijar utillaje y comprobar con centricidad ( E < 0,l).

Plato Pinza

Sujetar anillo. Refrentar 1 a 7,3

60

Mandrinar 6 a 0 46.

53

Hacer chaflanes 2 y 7.

60 Plato Pinza

Dar la vuelta. Fijar en pinza. Refrentar 5 a 7 mm.

60

Hacer chaflán 4.

60

Observaciones:

Tiempo total:

51, 60, 53... Herramientas. Símbolo. Pr. Pie de rey.

Tecnología Mecánica 3

Trabajo de

FORMACION

---

Hoja de proceso 1

PROFESIONAL

curso

-

-- . . .

.Qercmo N. O Escala

-

Materlal

Dinens~onesen b, uto

Med~dassin tolerancias

Grado de

C~~

PreCi.;;

a6 --+

Fundición

Designación

DIN7168

Croquis

Tn/ied>a

I

Medidas nommaies 39

;

mOE5¡

1

300

a

1000

a

200

i n i ~ n 2 + g j 1 + n r ~ g B ~ 1

fiempi

Cont

horas

Fijar pieza en plato de cuatrc garras.

Plato

Refrentar cara 2 (mitad exce dente).

80

Taladrar 1 a 0 10.

Brc

Taladrar 1 a 0 16.

Brc

Pr

Mandrinar 1 a 0 17,8.

73

Pr

Escariar 1 a 0 18 H 7 .

Esc.

Calib

--

Instalar mandril extensible.

vland

Fijar pieza, dándole la vuelta Refrenrar 3 a 22 m m .

80

Pr

Quitar plato de garras. Montar utillaje en plato fijo. Contrapesar. Montar pieza,alineando tetones. Desbastar 5 a 0 18,5.

80

Pr

Acabar 5 a 0 18 h 6 .

80

Mic

Refrentar 4 (eliminar mitad excedente).

80

Pr

Refrentar 9 a medida.

80

Pr

Taladrar 6 a 0 10.

Brc

Pr

Hacer chaflanes 7 y 8.

80

3 c . Escariador. Ialib. Calibre fijo. 3rc. Broca. Mic. Micrómetro de exteriores Vland. Mandril extensible.

Tiempo total:

Tecnología Mecánica 3

-

--

-

-

PROFESIONAL

-

-

-

'kmpc

Designación

Zont.

Croquis

horas -

Girar ia pieza 90°, usando el tetón mecanizado como referencia. 80

Pr

Acabar 10 a 0 18 h 6 .

80

Mic

Refrentar 11. Eliminar mitad excede~te.

80

Pr

Refrentar 12 a medida.

80

Pr

Taladrar 13 a 0 10.

Brc

Pr

Desbastar 10 a 0 18,5.

Tope de referencia

80

Hacer chafiines 14 y 15.

Repetir proceso idéntico a subfase 4. Repetir proceso idéntico a subfase 3.

Tiempo total:

Esc. Escariador. Calib. Calibre fijo. M i c . Micrómetro de exteriores. Mand. Mandril extensible.

Tecnología Mecánica 3

Torno paralelo Esquema

Torno serniautomático Explicación

Esquema

Explicación

Posicionar la barra. Actúa un tope si tuado en la torreta.

Posicionar la barra. alimentador de barra

Refrentar 1. Regular profundidad Una paseda; automático.

Refrentar 1. Una pasada con la herra mienta de la torreta delantera d r l carrc transversal.

-31 tope de posiciók

Taladrar 2 a 0 21. Controlar profun didad. Manual.

Taladrar 2 a @ 21. Profundidad contro lada por un tope.

Cilindrar 3 a 0 35 h7. Varias pasadas. Autcimático. Mientras cilindra preparar herra mientas. Tantear la extensión de 1; orirnera pasada con el pie de rey

torreta

11-

Cilindrar exterior desbaste e interior desbaste simultáneanienre. Acabado exterior una pasada acabado a 0 35 h7. Tope de posición.

tope de p