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• Jorge Valencia

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UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

PROCESOS

INDUSTRIALES I TEMA TORNILLO DE BANCO AUTOR JORGE CARDENAS VALENCIA IV SEMESTRE AREQUIPA – PERÚ 2014

TORNILLO DE BANCO

INTRODUCCIÓN La máquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frio y algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada. Una prensa debe estar equipada con matrices y punzones diseñados para ciertas operaciones específicas. La mayoría de operaciones de formado, punzonado y cizallad, se pueden efectuar en cualquier prensa normal si se usan matrices y punzones adecuados.

Las prensas tienen capacidad para la producción rápida, puesto que el tiempo de operación es solamente el que necesita para una carrera del ariete, más el tiempo necesario para alimentar el material. Por consiguiente se pueden conservar bajos costos de producción. Tiene una adaptabilidad especial para los métodos de producción en masa, como lo evidencia su amplia aplicación en la manufactura de piezas para automóviles y aviones, artículos de ferretería, juguetes y utensilios de cocina. Generalidades: Adecuado para: Metales, madera y plástico. Familia: Herramienta de sujeción. Función: Se utiliza para inmovilizar y sujetar piezas sobre las que se trabaja. El tornillo de banco consta de una parte fija (sujeta al banco y formada por la mandíbula fija y la base) y una parte móvil (que encaja mediante unas guías, y formada por la mandíbula móvil y la palanca). Normas de uso: La apertura y cierre se realiza al roscar un tornillo, acoplado a la parte móvil, en una tuerca alojada en el interior de la mandíbula fija. Las mandíbulas deben estar siempre límpias, libres de limaduras o virutas. Normas de seguridad: No dejar apretadas las mandíbulas después de terminar el trabajo ni golpear la pala Nunca de apriete para conseguir una mayor firmeza. Para no dañar el material con las mandíbulas, se puede interponer papel o unas tablillas de madera TIPOS DE PRENSAS Y SU CLASIFICACIÓN No es muy correcto llamar a una prensa, prensa dobladora, prensa de repujado, o prensa cortadora, entre otras, pues los tres tipos de operaciones se pueden hacer en una máquina. A algunas prensas diseñadas especialmente para un tipo de operación, se le puede conocer por el nombre de la operación, prensa punzadora o prensa acuñadora. La clasificación está en relación a la fuente de energía, ya sea operada manualmente o con potencia. Las maquinas operadas manualmente se usan para trabajos en lamina delgada de metal, pero la mayor parte de maquinaria para producción se opera con potencia. Otra forma de agrupar a las prensas, está en función del número de arietes o los métodos para accionarlos.

Los tipos más generales de clasificación de prensas son los siguientes:  Fuente de energía  Manual  Potencia  Mecánica  Vapor, gas, neumática.  Hidráulica  Ariete

 Vertical de simple efecto  Vertical de doble efecto  En cuatro correderas  De configuración especial  Diseño del bastidor  De banco  Inclinable  De escote  De puente  De costados rectos  Yunque  Columna  Métodos de aplicación de potencia al ariete  Manivela  Leva  Excéntrica  Tornillo de potencia  Cremallera y piñón  Junta articulada  Hidráulica  Palanca acodillada  Neumática  Propósito de la prensa  Cizallas de escuadra  Cizallas de circulo  Dobladora  Punzonado  Extruido  Empalmado  Enderezado  Forzado  Acuñado  De transferencia  Roedora  Estirado  Revólver  Forja

Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben considerar: El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida, y la velocidad de la operación. Para la mayoría de las operaciones de punzonado, recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o excéntrica. En estas prensas, la energía del volante se puede transmitir al eje principal, ya sea directamente o a través de un tren de engranes. La

prensa de junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuñado, prensado o forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema. Tipos de prensas  Prensa sencilla  Prensa abierta con guía punzones  Prensa cerrada con guía punzones y guías laterales  Prensa abierta con columnas de alimentación  Prensa con sujetados y columnas de guía  Prensa abierta con portapunzón y sujetador  Prensa abierta con guías y resorte de repulsión Troqueles para doblar y curvar (tipos y formas) Dos tipos:  Punzón y matriz en troquel para doblar  Punzón y matriz para troquel En el primer caso es para chapa standard que necesita se doblada (de gran longitud). La segunda es para piezas de longitud limitada usando una matriz de igual forma para ello. En el principio de la operación el fenómeno de flexión. En una misma chapa pueden efectuarse varios doblados pero por cada operación debe limpiarse la estampa (eliminación de cascarilla) Durante el doblado la pieza debe permanecer inmóvil para evitar un doblado desfasado. Arrollamiento Para este procedimiento se requiere un doblado previo del extremo de la chapa mediante un troquelado previo. En el arrollamiento un punzón empuja a la chapa con un extremo precurvado dentro de una matriz, obligándola a arrollarse en el fondo de la misma. Este procedimiento puede ser tanto vertical como horizontal(dispositivos especiales que convierte movimiento) siendo imprescindible el curvado previo de la chapa para evitar el ladeamiento del extremo. Órganos elásticos de presión Tienen por objetivo facilitar el doblado de la pieza:  Sosteniendo la pieza  Obligándola a mantener la posición  Acompañándola en la operación  Extrayéndola al finalizar

Tipos de prensas para doblar  Prensa para doblado de soportes  Prensa con dos columnas de guía para doblado en U

 Prensa para doblado múltiple  Prensa con matriz giratoria  Prensa con punzones oscilantes  Prensa con matrices móviles  Prensa con dispositivo autoalimentado Prensas para embutir El embutido se produce por la penetración del punzón en la matriz. La chapa (disco) debe pasar entre el punzó y la matriz de modo preciso (admitiendo cierto juego) para evitar la aparición de pliegues en las paredes de la pieza. Como regla general podemos decir que, a mayor espesor, menor posibilidad de formación de pliegues. El troquel puede montarse en una prensa excéntrica o de mano. Con troqueles sencillos se puede modificar un perfil esbozado para obtener el definitivo. Con punzones de goma se pueden embutir recipientes a fin de abobarlos, actuando en su interior de modo que al comprimirse verticalmente y expandiéndose hacia los lados logran la forma. Se emplea en chas de metal ligero. El achaflanado de los borde de la matriz ayudan a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir. Es conveniente hacer agujero pequeños en la matriz para evacuar el aire encerrado. Prensas para trabajos mixtos progresivos Prensas múltiples (o de paso) Se entiende por trabajo progresivo de prensado la serie de operaciones sucesivas que transforman gradualmente, con una mismo troquel, una chapa plana, una tira o una cinta, a fin de obtener piezas con otra forma. El procedimiento consiste en un mínimo de dos fases, a saber: corte y doblado, o embutido y corte El objetivo es el poder obtener en un solo tiempo y con un solo toque una serie de operaciones sucesivas. Es necesario que los punzones estén paralelos entre si y actúen sincronizados haciéndolos trabajar en forma regular. Prensas combinadas (de bloque) Son prensas que por tener acción mixta, tiene sus útiles combinados (no en línea), realizando el proceso en una sola operación. Las operaciones que combinan pueden ser de corte, embutido, doblado, agujereado, etc. Por lo tanto tendremos por ejemplo Prensas para doblar y embutir Prensas de cortar y embutir Prensas para cortar, embutir y agujerear.

Clasificación de Troqueles

Herramienta empleada para dar forma a materiales sólidos, y en especial para el estampado de metales en frío. En el estampado se utilizan los troqueles en pares. El troquel más pequeño, o cuño, encaja dentro de un troquel mayor, o matriz. El metal al que va a darse forma, que suele ser una lámina o una pieza en bruto recortada, se coloca sobre la matriz en la bancada de la prensa. El cuño se monta en el pistón de la prensa y se hace bajar mediante presión hidráulica o mecánica. En las distintas operaciones se emplean troqueles de diferentes formas. Los más sencillos son los troqueles de perforación, utilizados para hacer agujeros en la pieza. Los troqueles de corte se utilizan para estampar una forma determinada en una lámina de metal para operaciones posteriores. Los troqueles de flexión y doblado están diseñados para efectuar pliegues simples o compuestos en la pieza en bruto. Los troqueles de embutir se emplean para crear formas huecas. Para lograr una sección reducida en una parte hueca, como el cuello de un cartucho de fusil, se utilizan troqueles reductores especiales. Cuando la pieza terminada debe tener una protuberancia en la parte inferior o central suelen emplearse troqueles hidráulicos. En éstos el cuño se sustituye por un pistón que introduce en la pieza agua o aceite a presión, lo que obliga al metal a doblarse hacia fuera contra la matriz. Los troqueles de rebordeado forman un reborde curvo en piezas huecas. Un tipo especial de troquel de rebordeado, llamado troquel de costura con alambre, enrolla firmemente los bordes externos del metal alrededor de un alambre que se inserta para dar resistencia a la pieza. Los troqueles combinados están diseñados para realizar varias de las operaciones descritas en un único recorrido de la prensa; los troqueles progresivos permiten realizar diversas operaciones sucesivas de modelado con el mismo troquel. En la acuñación de monedas se obliga al metal a pasar entre dos troqueles coincidentes, en los que figura un huecograbado del dibujo que debe formarse en la moneda. Materiales para herramientas de corte: Los materiales para las herramientas de corte incluyen aceros al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes. El carbono forma un carburo con el hierro, lo que hace que responda al temple y, de esta manera aumentar la dureza, la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste. El contenido de carbono de los aceros para herramientas está entre 0.6% y 1.4%. El cromo si agrega para aumentar la resistencia al desgaste y la tenacidad; el contenido es entre 0.5% y 4.5%. El cobalto se suele emplear en aceros de alta velocidad para aumentar la dureza en caliente, a fin de poder emplear las herramientas con velocidades de corte y temperaturas más altas y aun así mantener la dureza y los filos. El contenido es entre 5% y 12%. El molibdeno es un elemento fuerte para formar carburos y aumentar la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y la dureza en caliente. Siempre se utiliza junto con otros elementos de aleación. El contenido es hasta de 10%. El tungsteno mejora la dureza en caliente y la resistencia mecánica; el contenido es entre 1.25% y 20%. El vanadio aumenta la dureza en caliente y la resistencia a la abrasión, el contenido en los aceros al carbono para herramientas es de 0.20% a 0.50%, en los aceros de altas velocidades es entre 1% y 5%. Aceros al carbono:

Son el tipo más antiguo de acero empleado en herramientas de corte. Este acero es poco costoso, tiene resistencia a los choques, se puede someter a tratamiento térmico para obtener un amplio rango de durezas, se forma y rectifica con facilidad y mantiene su borde filoso cuando no está sometido a abrasión excesiva y utilizado para brocas que trabajan a velocidades más o menos bajas, para machuelos, brochas y escariadores, aunque ya los han sustituido otros materiales para herramientas. . Aceros de alta velocidad: Mantiene su elevada dureza a altas temperaturas y tienen buena resistencia al desgaste. Las herramientas de este tipo de aleaciones que se funden y se rectifican a la forma deseada, se componen de cobalto 38% a 53%, cromo 30% a 33% y tungsteno 10% a 20%. Estas aleaciones se recomiendan para operaciones de desbaste profundo con velocidades y avances más o menos altos. Sólo se emplean para obtener un buen acabado superficial especial. Carburos cementados: Tienen carburos metálicos como ingredientes básicos y se fabrican con técnicas de metalurgia de polvos. Las puntas afiladas con sujetadores mecánicas se llaman insertos ajustables, se encuentran en diferentes formas, como cuadrados, triángulos, circulares y diversas formas especiales. Hay tres grupos:  Carburo de tungsteno aglutinado con cobalto, que se emplea para maquinar hierros fundidos y metales abrasivas ferrosos.  Carburo de tungsteno con aglutinante de cobalto más una solución sólida, para maquinar en aceros.  Carburos de titanio con aglutinante de níquel y molibdeno, para cortar en donde hay altas temperaturas debido a las altas velocidades de corte o a la alta resistencia mecánica del material de la pieza de trabajo. Carburos revestidos: Con insertos normales de carburo revestidos con una capa delgada de carburo de titanio, nitruro de titanio u óxido de aluminio. Con el revestimiento se obtiene resistencia adicional al desgaste a la vez que se mantienen la resistencia mecánica y la tenacidad de la herramienta de carburo. Cerámicas o de óxido: Contienen principalmente granos finos de óxido de aluminio ligados entre sí. Con pequeñas adiciones de otros elementos se ayuda a obtener propiedades óptimas. Las herramientas de cerámica tienen una resistencia muy alta a la abrasión, con más dureza que los carburos cementados y tienen menor tendencia a soldarse con los metales durante el corte. Sin embargo, carecen de resistencia al impacto y puede ocurrir su falla prematura por desportilladura o rotura. Se ha encontrado que las herramientas de cerámica son eficaces para operaciones de torneado ininterrumpido a alta velocidad. Diamantes:

Policristalino se emplea cuando se desean buen acabado superficial y exactitud dimensional, en particular en materiales no ferrosos, blandos, que son difíciles de maquinar. Las propiedades generales de los diamantes son dureza extrema, baja expansión térmica, alta conductividad térmica y un coeficiente de fricción muy bajo. Clasificación: WS. Acero de herramientas no aleado. 0.5 a 1.5% de contenido de carbón. Soportan sin deformación o pérdida de filo 250°C. También se les conoce como acero al carbono. SS. Aceros de herramienta aleados con wolframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Soporta hasta 600°C. También se les conoce como aceros rápidos. HS. Metales duros aleados con cobalto, carburo de carbono, tungsteno, wolframio y molibdeno. Son pequeñas plaquitas que se unen a metales corrientes para que los soporten. Soportan hasta 900°C. Diamante. Material natural que soporta hasta 1800°C. Se utiliza como punta de algunas barrenas o como polvo abrasivo. Materiales cerámicos. Se aplica en herramientas de arcilla que soportan hasta 1500°C. Por lo regular se utilizan para terminados. Estudio comparativo: Para el arranque de virutas se utilizan herramientas de corte y las cuchillas o cinceles de tornear. La eficiencia de las herramientas depende del material de que están hechas, y de la forma del filo. Las herramientas de acero no aleado son buenas para trabajos que no requieran de mucha precisión ya que pierden su filo a temperaturas mayores a los 250ºC, y como se sabe el filo de la herramienta es muy importante para la calidad superficial de la pieza. En el caso que se quiera trabajar con altas velocidades, altas temperaturas se recomienda utilizar herramientas de aceros aleados o (SS), ya que mantienen su dureza y filo a estás condiciones tan extremas, para trabajos donde se desea trabajar a altas velocidades y materiales muy duros se recomienda trabajar con carburos cementados, que poseen una dureza elevada, reducen el tiempo de trabajo de una pieza, pero no son baratos son muy caros, se obtienen superficies muy lisas. Las herramientas de diamante se utilizan para trabajos muy finos, y son muy caros no se desgastan tan fácilmente, y se usan para el corte de otras herramientas de corte. Las herramientas cerámicas son útiles para trabajos de acabado, de rompen con mucha facilidad por su gran dureza, y no son muy eficientes para trabajos de torneado a altas velocidades, su desventaja primordial es que no se pueden golpear en el momento de realizar el torneado ya que perderán su filo con el tiempo. Principio de una operación de corte de troquel Punzonado o corte de la chapa El punzonado es una operación mecánica con la cual mediante herramientas especiales aptas para el corte se consigue separar una parte metálica de otra obteniéndose una figura determinada. La relación entre espesor S de la chapa y el diámetro D del punzón resulta a S/D para la chapa de hierro y punzón de acero, con valor de 1,2 máximo. Por lo tanto la chapa de hierro, para ser cortada debe tener un espesor menor o igual al diámetro del punzón (D). Descripción de un troquel

El corte de la chapa se realiza mediante una matriz de corte o hierro de cortar. Se compone la matriz de dos pares:  Punzón  Matriz (propiamente dicha) Además si es completa  Mazo (guía del punzón)  Dos chapas (pasillo de circulación de la tira de chapa)  Sistema de tope Desgaste de matriz El esfuerzo de corte afecta los filos luego de producir una gran cantidad de piezas, como consecuencia tenemos piezas con rebabas y contorno indefinido y por ende se necesita rehabilitar la matriz, perdiendo en el proceso hasta 1 mm, siendo la cota de afilado max..de 6 mm, a razón promedio de 0,15 mm por cada rectificado, resultando posible rectificar unas 40 veces, produciendo por lo tanto 1.000.000 en total. Juego entre punzón y matriz El juego entre punzón y matriz depende del grueso de la chapa. El juego es aplicable para una chapa de gran espesor y será mayor para acero duro que para acero dulce o aluminio, etc. El valor del juego es entre el 5 a 13% dependiendo del espesor de la chapa. Determinado el juego correcto se aumenta la duración de la herramienta. Disposición de la figura La mejor disposición de la figura a cortar asegura una pérdida de material mínima. La separación mínima de figuras a cortar nunca debe ser menor al espesor de la chapa. Corte con punzón de goma El punzón de goma es apto para aleaciones ligeras. Se corta en una sola operación sobre una plancha de acero de unos 6 mm y una almohadilla de goma, no experimentando desgaste apreciable luego de una gran cantidad de piezas. El uso de este procedimiento es limitado a finas chapas, hasta 0,25 mm. Esfuerzo de corte En el contacto con la chapa, el punzón comprime y luego corta. La dilatación del material produce contra las paredes de la matriz rozamiento durante el corte, y por ende necesitando un mayor esfuerzo. Un buen centrado garantiza un menor desgaste de guías laterales y evita resquebrajamientos de aristas del punzón y la matriz. Partes de la prensa

DESCRIPCION DE ALGUNOS TIPOS DE TORNILLOS MAS COMUNES Morsas paralelas: son las más usadas porque las mordazas se mantienen siempre paralelas en cualquier apertura, sujetando piezas de diversos tamaños de forma adecuada a ese tamaño y sin necesidad de ejercer demasiada presión sobre ellas. Estas morsas se construyen de hierro colado o de acero fundido, este último más costoso pero más resistente. Más abajo veremos las morsas paralelas en detalle.

Morsas de herrero o de pie: se construyen de acero forjado y son muy resistentes. Provienen de las épocas en que se preparaban las herraduras para los caballos y se utilizan para sostener una pieza que debe golpearse con un martillo pesado, lo que las hace ideales para trabajos de herrería y forja. Se sujetan a un banco de trabajo robusto o de la pared, y la pata larga se asegura en una base sólida en el piso. No son apropiadas para trabajos de ajuste mecánico porque sus mordazas no se conservan paralelas al abrirse y, por lo tanto, las piezas no quedan sujetas adecuadamente o se deforman si se aprieta demasiado. Tipos de morsas paralelas En razón de su uso más difundido, las morsas paralelas presentan una gran variedad de modelos, e incluso algunas están destinadas a trabajos muy específicos, como las morsas para soldar en escuadra o las que se utilizan con máquinas determinadas, por ejemplo, tornos o taladradoras. En este artículo vamos a conocer los tipos más comunes de morsas paralelas. a) Morsas de banco Sin duda la clase de morsa más usada, también se conocen en algunos países como tornillo de banco (o de bancada) para maquinistas. Se emplean para sujetar objetos grandes y pesados, y la base se atornilla firmemente a un banco de trabajo. Dependiendo del fabricante, estas morsas se ofrecen en tres modelos, combinados o no. Estos son:   

Morsas con base fija: las más comunes y económicas, disponibles en una gran variedades de tamaños. Morsas con base giratoria: esta base permite desplazar la morsa en un ángulo de 180º para una óptima posición de trabajo. Morsas con yunque: adosado a la boca fija (es decir, a la parte posterior) de la herramienta, elyunque es útil para realizar operaciones ligeras de martillado a fin de aplanar y/o dar la forma adecuada a la pieza.

La figura de abajo muestra ejemplos de estos tipos de morsas de banco.

b) Morsas de mesa Son morsas de banco ligeras y portátiles. Se montan a una mesa o banco de trabajo mediante unaabrazadera ubicada en la parte inferior. Tienen mordazas estriadas para sujetar la pieza y algunos modelos incluyen una base giratoria. Se utilizan para sujetar materiales livianos o en áreas donde no se dispone de morsas más robustas.

c) Morsas para caños o tubos Están especialmente diseñadas para sujetar piezas redondas y son manuales, portátiles y sumamente resistentes. Tienen mordazas en “V” que permiten ubicar la pieza y bloquearla en posición. Generalmente se montan en un banco de trabajo, aunque también se dispone de modelos para montar en trípode o en estantes. Se emplean para sujetar tubos de 1/8 pulgada a 8 pulgadas de diámetro que deben someterse a corte o roscado. Las morsas para caños pueden ser de dos tipos: 

Morsas a bisagra: están compuestas por una mordaza superior basculante y una inferior fija, ambas intercambiables y construidas en acero fundido endurecido. La horquilla, la base y la manivela son de fundición y el tornillo o eje es de acero.



Morsas a cadena: constan de dos mordazas fijas fresadas, intercambiables y construidas en fundición sobre las cuales se apoya el caño, que se sujeta firmemente mediante la cadena, construida en acero templado y revenido. La base es de fundición y la manivela es de acero fundido.

d) Morsas planas También son de diseño especial para atornillarse a una taladradora, un torno o un banco de trabajo. La base puede ser fija o giratoria, y vienen de dos tamaños: uno con mordazas de 105 mm de ancho y 105 mm de apertura máxima, y el otro con mordazas de 150 mm de ancho y 180 mm de apertura máxima, aunque estas medidas varían según el fabricante. Se utilizan para sujetar trozos pequeños de madera o metal para el mecanizado u operaciones de perforación. e) Morsas combinadas Como lo indica su nombre, combinan la función de morsa de banco con morsa para caños o tubos y pueden tener base fija o giratoria. Se atornillan a un banco o mesa de trabajo y se usan para sujetar objetos pesados, caños para el corte y roscado, y para dar forma a metales.

Consejos para el uso y mantenimiento de las morsas Las morsas son máquinas sencillas que no emplean corriente eléctrica y, por lo tanto, su mantenimiento no comprende grandes requisitos.

Para realizar los trabajos de forma apropiada y evitar posturas incómodas del operario, es condición indispensable que la morsa se encuentre montada a la altura adecuada. Dicha altura se logra cuando el operario es capaz de tocar con el codo la parte superior de las mordazas de la morsa, tal como muestra la figura siguiente. De lo contrario, el banco de trabajo deberá elevarse o bien deberá disponerse una tarima en el piso para que el operario pueda subirse a ella. Las operaciones de mecanizado deben efectuarse de modo de no afectar las mordazas. Para ello, la pieza montada en una morsa debe sujetarse a una altura adecuada, esto es, a aproximadamente 1 cm de las mordazas. Cuando la morsa no se usa, se recomienda proteger las mordazas desplazándolas hasta que se toquen ligeramente y dejando la manivela en posición vertical. Nunca se debe golpear una morsa con un objeto pesado ni sujetar piezas grandes en una morsa pequeña. En todo momento las morsas deben mantenerse bien engrasadas y limpias. No se deben acumular virutas, especialmente en las guías por las que se desplazan la boca móvil, la tuerca y el eje. A tal fin, se deben limpiar con un trapo después de cada uso y aplicar una ligera capa de aceite. Sin embargo, debe evitarse aplicar aceite en la base giratoria o la junta giratoria, ya que esto disminuye la fuerza de sujeción de la herramienta.

Bibliografía: Eugene A. Avallone. “Manual del ingeniero mecánica Marks”, Editorial Mc. Graw Hill. 9ª edición, año 1995 Heinrich Gerling. “Alrededor de las máquinas - herramientas”, Editorial Reverté. 2ª edición , año 1964