• Author / Uploaded
• Segundo Arturo Alvarez Lino

• Categories
• Diamante
• Aluminio
• Rieles
• Metalurgia
• Procesos industriales

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

Ciclo VI Alumno: Segundo Alvarez L. Asignatura: Tecnología de los metales Docente: Ing. Gonzalo Riofrío Loja – Ecuador 2018

1. MAQUINADO DE SUPERFICIES ROSCADAS El roscado consiste en la mecanización helicoidal interior (tuercas) y exterior (tornillos) sobre una superficie cilíndrica. Este tipo de sistemas de unión y sujeción (roscas) está presente en todos los sectores industriales en los que se trabaja con materia metálica. La superficie roscada es una superficie helicoidal, engendrada por un perfil determinado, cuyo plano contiene el eje y describe una trayectoria helicoidal cilíndrica alrededor de este eje. El roscado se puede efectuar con herramientas manuales o se puede efectuar en máquinas tanto taladradoras y fresadoras, como en tornos. Para el roscado manual se utilizan machos y terrajas (Luis Vives, s.f.) 1.1.Nociones generales acerca de las roscas Las roscas constituyen uno de los sistemas más importantes para la realización de la unión entre varias piezas y la transmisión de movimiento Es materialmente imposible concebir cualquier mecanismo, por sencillo que sea, donde no esté presente alguna rosca. Por eso, al mecánico especialista en máquinas herramientas le interesa conocer los procedimientos más importantes para la fabricación de roscas y los principios básicos de funcionamiento de los dispositivos y máquinas empleados para estos fines. La rosca puede obtenerse: manualmente, empleando una terraja para los tornillos y un macho de roscar para las tuercas; por arranque de viruta, mediante tornos paralelos y fresadoras; por deformación plástica, mediante laminadoras (cilindros de acero que ruedan en torno al núcleo del tornillo ejerciendo una fuerte presión). (Motor Giga). En la figura 1 se muestra algunas de las principales características o detalles que se consideran al momento de elaborar un roscado.

Figura 1. Características de la superficie roscada.

1.2.Tallado de roscas exteriores con ayuda de cuchillas Es el procedimiento clásico de roscado en el torno. Una cuchilla de forma, con los filos de corte inclinados según el ángulo del filete a construir, se desplaza a lo largo de una superficie cilíndrica tallando el surco helicoidal que separa dos filetes consecutivos. En este sentido, el roscado con peine es una variante del sistema en orden a conseguir mayor productividad, ya que la rosca se elabora de una sola pasada. No obstante, existen máquinas de roscar que trabajan con cuchilla de forma, como es el caso de la representada en la figura 2. Como se ve, es una máquina muy parecida al torno, aunque su especialización permite suprimir muchos de los órganos de aquél. Las partes principales del torno de roscar modelo 16k20 (figura 2) son: bancada 6, base 8, cabezal fijo con caja de velocidades 3, guitarra de ruedas de intercambio 1, caja de avances 2, delantal 9, soporte 4, cabezal móvil 5, accionamiento de transmisiones rápidas 7, órganos de mando y sistemas de refrigeración y lubricación. (Kucher, 1989)

Figura 2. Torno de roscar modelo 16K20 En el torno de roscar se efectúa también, con la ayuda de la caja de avances, el ajuste del paso necesario durante el roscado y la transmisión del movimiento bien al tornillo de avance, o al bulón de avance. El primero se utiliza para el roscado con cuchilla. La herramienta de corte es una cuchilla de metal duro que trabaja por penetración normal con pasadas de profundidad creciente hasta completar el roscado de la pieza. Se emplea para realizar roscas exteriores, interiores y cónicas, de perfil cualquiera, a izquierda y a derecha, de longitud pequeña o mediana y todo ello con grandes velocidades de corte. 1.3.Tallado de roscas cuadrada, trapezoidal y de entradas múltiples Roscas cuadradas. La rosca cuadrada se llama así debido a que la sección es cuadrada, la profundidad y la anchura son iguales a la mit ad del paso. La ranura de rosca en una tuerca de rosca cuadrada se hace un poco mayor que la mitad del paso con el fin de proporcionar una ligera holgura para el tornillo en el fondo. (Rodríguez, 2016) Su principal característ ica es la forma cuadrada de la rosca, tal como se muestra en la figura 3.

Figura 3. Rosca Cuadrada. Este tipo de rosca se ut iliza para transmit ir grandes potencias ya que toda la fuerza la transmit e axialmente a su eje, es muy ut ilizada para extensiones de sistemas hidráulicos. La fuerza de fricción se reduce al mínimo. Rosca trapezoidal La sección de su filete es un trapecio isósceles como se muestra en la figura 4, por ser más fácil de fabricar, suele sustituir a la rosca cuadrada.

Figura 4. Rosca trapezoidal

Roscas de entradas múltiples. También denominada «rosca de varias entradas», es la formada por dos o más filetes. Las roscas de filete múltiple tienen especial aplicación en la transmisión de movimientos que exigen un rápido avance. En la figura 5 se muestra el avance y paso de la rosca sencilla, así como la rosca doble.

Figura 5. Rosca sencilla y rosca doble. 1.4.Tallado de las roscas con terrajas y machos Roscado con terraja El roscado con terraja (figura 6) o hilera sirve para la ejecución de roscas exteriores. Esta herramienta puede ser de una sola pieza o bien puede estar compuesta de varias herramientas independientes o peines, montadas sobre un soporte, que se acercan o separan de la pieza a voluntad. En el primer caso se trata del ya conocido cojinete de roscar rígido o elástico para roscar a mano, con bandeados, o en el torno. El segundo caso, mucho más interesante por su mayor rendimiento, es el característico de los tornos automáticos y de ciertas máquinas de roscar que trabajan según este principio.

Figura 6. Roscado con terraja. Roscadoras con terraja de apertura automática Estas máquinas se clasifican según dos criterios distintos: 1. Según la forma de actuar de los peines: radial o tangencial 2. Por el método de formación del filete de rosca: con o sin tornillo patrón En la figura 7 se muestra el esquema de una roscadora de terraja de apertura automática: cabezal 1, pieza 2, mordaza 3, carro 4, bancada 5, palanca 6, topes regulables 7, husillo 8.

Figura 7. Esquema de una roscadora de terraja de apertura automática. Roscado con macho El macho es una herramienta de corte con la que se hacen roscas en la parte interna de agujeros, generalmente en una pieza metálica o de plástico. Como se sabe, el roscado con macho se realiza a mano o con una máquina convencional torno, taladradora, etc., mediante un acoplamiento con limitador de par. No obstante, para series elevadas se emplean las máquinas roscadoras (figura 8). Son máquinas relativamente sencillas, muy parecidas a las taladradoras pero con ciertas adaptaciones para impedir la rotura del macho y para posibilitar el retroceso forzado del mismo, ésta cuestión es esencial para un roscado de calidad.

1. 2. 3. 4. 5.

Pieza Husillo Plato Polea de roscado Tope de carrera

Figura 8. Roscadora de machos. El macho de roscar es una herramienta muy delicada, sometida además a esfuerzos relativamente importantes como consecuencia del par de corte y la resistencia que opone la viruta, causa bastante frecuente de la rotura del macho. Para reducir estos inconvenientes se emplean machos de dientes alternados en los materiales tenaces (fig.11.15), se acorta la superficie de guía (fig.11.16), se rectifican los filetes y la caña para reducir el rozamiento, etc. La salida de las virutas se facilita con una hélice a izquierdas en los machos para agujeros pasantes (fig.11.17) que empuja a las virutas hacia abajo; con una hélice a derechas que, por el contrario, la hace ascender (fig.11.18).

1.5.Tallado de roscas con cuchillas de filetes múltiples Existen roscas formadas por más de un hilo, dos, tres o más paralelos, arrollados simultáneamente. A estas roscas se las llama roscas de entrada múltiple y las más corrientes son las de dos filetes y las de tres filetes, llamadas de dos entradas y de tres entradas, respectivamente. Paso de las roscas de varias entradas En las roscas de varias entradas, el paso es mayor que la longitud del perfil generador del filete, siendo el múltiplo de esta longitud correspondiente al número de entradas. Así en una rosca de dos entradas el paso p será el doble del paso p que correspondería a una rosca del mismo perfil con una sola entrada y en una rosca de tres entradas la longitud del paso p sería de 3 veces la longitud que correspondería al mismo perfil de filete si la rosca fuese de una sola entrada. Disposición de los filetes en una rosca de varias entradas. Los filetes se disponen en estas roscas uniformemente distribuidos alrededor del eje. Esto significa que si la rosca es de dos entradas los filetes se encuentran igualmente dispuestos longitudinalmente con respecto al eje cuando se encuentran desplazados a 180º en posición circular. En las roscas de tres entradas la posición longitudinal de los tres filetes es la misma cuando en disposición circular está desplazada en 120º 1.6.Tallado de roscas con cabezales de roscar Un cabezal de laminación (figura 9) permite fabricar una rosca en una sola pasada en cuestión de segundos. A comparación con el roscado por arranque de viruta, el roscado por laminado permite ahorrar costoso tiempo de máquina. Y es irrelevante si la pieza debe ser roscada estando fija o en rotación. Se pueden formar roscas sin fin o cortas, delante o detrás de un cuello. Con un solo cabezal se pueden laminar casi todos los materiales que tengan un índice de fluencia de alrededor de 5%. También se pueden roscar por

laminación cuerpos huecos de paredes finas (caños) con la ayuda de un mandril interior. (Sin par, s.f.)

Figura 9. Cabezal de roscar. 1.7.Control de la rosca Las exigencias en especificaciones y aceptación de piezas mecanizadas han aumentado considerablemente en los últimos años. La inspección de la calidad de las roscas no es una excepción. Debido a la variedad de usos, se han normalizado los diferentes tipos de rosca entre los cuales encontramos los tipo UN (Unified Screw Thread Standards), las roscas Métricas, las roscas ACME, entre las más comunes. En la figura 1 se muestran las partes de una unión roscada, en donde destacan: Rosca: es un filete continuo de sección uniforme y arrollada como una elipse sobre la superficie exterior e interior de un cilindro. Rosca externa: es una rosca en la superficie externa de un cilindro. Rosca Interna: es una rosca tallada en el interior de una pieza, tal como en una tuerca. Diámetro Interior: es el mayor diámetro de una rosca interna o externa. Diámetro del núcleo: es el menor diámetro de una rosca interna o externa. Diámetro en los flancos (o medio): es el diámetro de un cilindro imaginario que pasa por los filetes en el punto en el cual el ancho de estos es igual al espacio entre los mismos. Paso: es la distancia entre las crestas de dos filetes sucesivos. Es la distancia desde un punto sobre un filete hasta el punto correspondiente sobre el filete adyacente, medida paralelamente al eje. (F, 2016) Control de la forma de la rosca. El control de la forma de la rosca se realiza mediante el uso de perfiles normalizados y controlados, los cuales se ajustan perfectamente al contorno de la rosca y nos permiten verificar el paso y el ángulo de la rosca (Figura 10).

Figura 10. Perfil de rosca. El perfil de rosca debe controlarse por cualquier método óptico en el cual pueda medirse el ángulo del perfil y el paso. Control de altura de la rosca. El control de la altura de la rosca se realiza por medio de un instrumento similar a un comparador de carátula, adaptado a una punta que hace contacto con el valle de la rosca a medir. La punta de contacto de este instrumento en forma de V permite que el instrumento tenga acceso completo al valle de la rosca que se desea medir, por lo tanto es muy conveniente controlar el desgaste que sufre y realizar la verificación del instrumento antes de usarlo.

Figura 11. Medidor de la altura de rosca. Para usar este instrumento, inicialmente se debe apoyar sobre una superficie plana y ajustar la carátula para que la aguja indique cero, y posteriormente usar el instrumento sobre la rosca como indica la Figura 12.

Figura 12. Medición altura de rosca. Control del paso de rosca. El control del paso de la rosca se realiza por medio de un instrumento que actúa como un comparador de carátula y se debe ajustar con un patrón el cual tiene una dimensión muy precisa del paso de la rosca que se desea medir (Figura 13). El instrumento se debe equipar con las puntas de contacto adecuadas según el tipo de rosca a controlar.

Figura 13. Medidor de paso de rosca y patrón de ajuste. Una vez se haya realizado el ajuste del instrumento con su patrón, se puede realizar la comparación contra el producto roscado Figura 14.

Figura 14. Medición de paso de rosca.

Control de Diámetro Primitivo. El control de diámetro primitivo se hace mediante un instrumento que se encuentra adaptado con dos esferas de contacto (Figura 15), las cuales se ajustan al perfil de la rosca (Figura 16), tales esferas se deben escoger cuidadosamente, dado que el diámetro de estas esferas está relacionado con el ángulo y el paso de la rosca a medir. En el siguiente numeral se explica cómo se realiza el cálculo para determinar el diámetro de la esfera requerido y su relación con la determinación del diámetro primitivo.

Figura 15. Medición diámetro primitivo rosca exterior.

Figura 16. Esfera ubicada en perfil de rosca exterior.

Medición del diámetro exterior (o nominal)

Figura 17. Medición del diámetro exterior Medición del diámetro interior.

Figura 18. Medición del diámetro interior.

2. ACABADO Y ENDURECIMIENTO POR DEFORMACIÓN DE LAS SUPERFICIES 2.1.Nociones generales. Acabado de las superficies exteriores e interiores con bolas o rodillos y moleteado. El acabado es un proceso de fabricación empleado en la manufactura cuya finalidad es obtener una superficie con características adecuadas para la aplicación particular del producto que se está manufacturando; no es limitado a la estética del producto. En algunos casos el proceso de acabado puede tener la finalidad adicional de lograr que el producto entre en especificaciones dimensionales. (Mayorga, s.f.) En la actualidad, los acabados se entienden como una etapa de manufactura de primera línea, considerando los requerimientos actuales de los productos. Estos requerimientos pueden ser: • Estética: el más obvio, que tiene un gran impacto psicológico en el usuario respecto a la calidad del producto.

•

• •

Liberación o introducción de esfuerzos mecánicos: las superficies manufacturadas pueden presentar esfuerzos debido a procesos de arranque de viruta, en donde la superficie se encuentra deformada y endurecida por la deformación plástica a causa de las herramientas de corte, causando esfuerzos en la zona superficial que pueden reducir la resistencia o inclusive fragilizar el material. Los acabados con remoción de material pueden eliminar estos esfuerzos. Eliminar puntos de iniciación de fracturas y aumentar la resistencia a la fatiga: una operación de acabado puede eliminar micro fisuras en la superficie. Nivel de limpieza y esterilidad. Una superficie sin irregularidades es poco propicia para albergar suciedad, contaminantes o colonias de bacterias.

Pulido a Rodillo El bruñido por rodillos es una técnica de acabado superficial en la que rodillos de acero templado altamente pulidos trabajan mediante presión contra una pieza más blanda. Como la presión generada a través de los rodillos excede el punto de deformación del material de la pieza, la superficie es plásticamente deformada en frío. Una superficie del rodillo bruñido es más suave y más resistente al desgaste de una superficie erosionada. Los procesos de acabado abrasivos eliminan el metal cortando o rasgando, y esto por lo general reduce el perfil de rugosidad, que deja salientes puntiagudos en el plano de contacto de la superficie mecanizada.

Figura 19. Rodillo para pulido. Moleteado. El moleteado de una superficie es la terminación que se le da a la misma para facilitar el agarre. Puede realizarse por deformación, extrusión o por corte, este último de mayor profundidad y mejor acabado. El moleteado es un proceso de conformado en frío del material mediante unas moletas que presionan la pieza mientras da vueltas. Dicha deformación produce un incremento del diámetro de partida de la pieza. El moleteado se realiza en piezas que se tengan que manipular a mano, que generalmente vayan roscadas para evitar su resbalamiento que tendrían en caso de que tuviesen la superficie lisa. El moleteado se realiza en los tornos con unas herramientas que se llaman moletas, de diferente paso y dibujo.

Figura 20. Moleteado de pieza.

2.2.Alisado con diamante. Maquinado con cinta abrasiva. Abrasivos Un abrasivo es una partícula dura, pequeña y no metálica y que tiene aristas agudas y forma irregular, a diferencia de las herramientas de corte comunes. Los abrasivos son capaces de remover pequeñas cantidades de material de una superficie mediante un proceso de corte que produce virutas diminutas. Por lo tanto, permite remover pequeñas cantidades de material y lograr exactitudes dimensionales superiores. Entre los abrasivos aglomerados que usamos en la vida cotidiana se encuentran las piedras, o muelas de esmeril para afilar cuchillos, o las lijas para alisar superficies y aristas agudas. Por ser duros, los abrasivos se utilizan también en procesos de acabado para partes muy duras o con tratamiento térmico, por ejemplo, para dar forma a materiales no metálicos tales como cerámicos y vidrios, para quitar salpicaduras y cordones de soldadura, cortar tramos de perfiles estructurales y barras, mampostería y concreto, y para limpiar paredes con chorro de agua o aire que contenga partículas abrasivas. Además de la dureza, una característica importante es la friabilidad, que es la facilidad con que los granos abrasivos se fracturan (se rompen) y forman piezas más pequeñas. Tipos de abrasivos Los abrasivos utilizados con mayor frecuencia en los procesos de manufactura son: ▪ Óxido de Aluminio (Al2O3) ▪ Carburo de silicio (SiC) Súper abrasivos ▪ Nitruro de boro cúbico (cBN) ▪ Diamante Óxido de Aluminio (Al2O3) La alúmina en su forma natural se conoce como corindón, y se utiliza como esmeril. Sin embargo, su desconocida impureza la hace no confiable e inconsistente para los trabajo de manufactura, y por lo tanto, el óxido de aluminio se manufactura siempre sintético para controlar su calidad.

Figura 21. Óxido de Aluminio.

Carburo de silicio (SiC) Tiene buena resistencia al desgaste, al choque térmico y a la corrosión. Se fabrica con arena de sílice, coque de petróleo y pequeñas cantidades de cloruro de sodio. Se dividen en negros (menos friables) y verdes (más friables), y en general tienen más friabilidad que los óxidos de aluminio; por consiguiente mayor tendencia a fracturarse y mantenerse afilados. Nitruro de boro cúbico (CBN) Es la sustancia más dura conocida después del diamante. No se encuentra en la naturaleza; se fabricó sintéticamente en 1970. Diamante El diamante es la sustancia más dura que se conoce; como herramienta de corte tiene propiedades deseables, entre ellas baja fricción, alta resistencia al desgaste y la capacidad de mantener su filo de corte. El diamante se utiliza cuando se requiere un buen acabado superficial y precisión dimensional, en particular con las aleaciones no ferrosas blandas y con los materiales abrasivos metálicos y no metálicos (sobre todo algunas aleaciones de aluminio-silicio). En la actualidad se usan ampliamente diamantes sintéticos o industriales, ya que el natural tiene defectos y su desempeño puede ser impredecible, como en el caso de los abrasivos empleados en ruedas de esmerilado. Para aplicaciones especiales se pueden utilizar diamantes monocristalinos de varios quilates. Sin embargo, se han sustituido en gran medida por herramientas de diamante policristalino (PCD, por sus siglas en inglés), llamados compactos, que también se usan como matrices para estirado de alambre fino. Estas herramientas de diamante consisten en cristales sintéticos muy pequeños fundidos mediante un proceso de alta presión y alta temperatura, a un espesor de entre 0.5 mm y 1 mm (0.02 a 0.04 pulgada), aglutinados en un sustrato de carburo. La orientación aleatoria de los cristales de diamante evita la propagación de grietas a lo largo de la estructura, mejorando su tenacidad de manera significativa. El diamante es frágil, por lo que son importantes la forma y el afilado de la herramienta. En general se utilizan ángulos pequeños de ataque para proveer un filo de corte fuerte (debido a los ángulos mayores comprendidos). Se tiene que poner atención particular en

el montaje y la orientación apropiada de los cristales, a fin de obtener una vida útil óptima de la herramienta. El desgaste puede ocurrir por microastillado (a causa de los esfuerzos térmicos y la oxidación) y la transformación a carbono (provocada por el calor generado durante el corte). Las herramientas de diamante se pueden emplear en forma satisfactoria casi a cualquier velocidad, pero son más adecuadas para cortes de acabado ligero, ininterrumpido. Con el propósito de minimizar la fractura de la herramienta, el diamante monocristalino debe reafilarse en cuanto se desafile. Debido a su fuerte afinidad química a temperaturas elevadas (lo que produce difusión), no se recomienda el diamante para maquinar aceros simples al carbono o aleaciones de titanio, níquel y cobalto. También se usa como abrasivo en las operaciones de rectificado y pulido y como recubrimientos. (S. Kalpakjian, 2008) 2.3.Esmerilado de las superficies. El esmerilado consiste en la eliminación del material, mediante la utilización de partículas de abrasivos fijas, que extraen virutas del material de la muestra. El proceso de extracción de virutas con un grano de abrasivo de aristas vivas provoca el menor grado de deformación de la muestra, proporcionando simultáneamente la tasa más alta de eliminación de material. El pulido utiliza básicamente el mismo mecanismo que el esmerilado. El proceso de esmerilado. El esmerilado (pulido) requiere ciertas condiciones: 1. Fuerza de corte. La presión especifica que se debe existir entre la superficie de la muestra y los gránulos del abrasivo debe ser lo suficientemente alta como para generar una fuerza de corte capaz de extraer una viruta. 2. Fijación horizontal del granulo. El granulo del abrasivo debe permanecer fijo en sentido horizontal mientras la muestra pasa sobre él, para poder conseguir una fuerza de corte suficiente. 3. Penetración vertical. El granulo de abrasivo debe tener un soporte en sentido vertical, para obtener el tamaño de viruta deseado. El citado tamaño de la viruta y la velocidad de eliminación del material están estrechamente relacionados entre sí.

Figura 22. Esmerilado de superficie.

BIBLIOGRAFÍA F, F. Y. (2016). Control de mecanizados, roscas unificadas e iso métricas. Bogotá. Kucher, A. (1989). Tecnología de los metales. URSS: Mir Moscú. Luis

Vives. (s.f.). Roscado. Obtenido de webcindario.com: https://pcpiluisvives.webcindario.com/Actividad%2053%20roscado.htm

Mayorga, J. C. (s.f.). acabados superficiales. monografías.com. Obtenido de Monografías.com: https://www.monografias.com/trabajos70/acabados-superficiales-normassimbologia/acabados-superficiales-normas-simbologia2.shtml Motor

Giga. (s.f.). Rosca. Obtenido de motorgiga.com: https://diccionario.motorgiga.com/diccionario/rosca-definicion-significado/gmx-niv15con195434.htm

Rodríguez, M. (2016). Rosca cuadrada. S. Kalpakjian, S. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnología. México: Prentice Hall. Sin

par. (s.f.). cabezales de laminación. Obtenido de sinpar.com.ar: https://www.sinpar.com.ar/productos/roscado/laminados-de-roscas/item/216cabezales-de-laminacion