La idea de la tipificación de los procesos tecnológicos surge en 1932, siendo desarrollada por el profesor A. P. Sokolovski, en la que consignó dos etapas:
1ra Etapa: Consistente en la clasificación de las piezas en clases. Este proceso parte de contemplar en cada clase, a aquellas piezas que posean igual o similar asignación de servicio, lo que genera que los materiales empleados, formas geométricas de las superficies y requisitos de precisión sean también iguales o similares entre ellas.
El profesor A. P. Sokolovski dividió las piezas en quince clases, las que fueron: bujes, discos, ruedas dentadas, árboles, excéntricas (cigüeñales), levas conformadas, crucetas, mandriles, volantes, cabezales, montantes, angulares, planchas, palancas y piezas de sujeción.
Sin embargo, pocos años después el profesor F. S. Demianok propuso la división en siete clases, siendo las mismas: bujes, discos, ruedas dentadas, árboles, cuerpos, palancas y piezas de sujeción.
En sendas clasificaciones se incluyen dentro de:
Palancas: a las palancas propiamente dicho, manivelas, horquillas y bielas.
Piezas de sujeción: a los pernos, tornillos y tuercas.
Existen además otras clasificaciones particulares establecidas por determinadas industrias y centros de investigación.
Cada clase se puede dividir en grupos, teniendo como objetivo estrechar aún más el rango de características tecnológicas de las piezas dentro de la clase, posibilitando normalizar las mismas y unificar itinerarios tecnológicos, equipamientos, regímenes de corte y las normas de tiempos.
Para cada clase o grupo (cuando existen) se genera una pieza tipo, la cual es ideal pues es imposible encontrársela en la realidad, que recoge en sí todas las características tecnológicas de las piezas que componen a su clase o grupo.
2da Etapa: Consistente en la elaboración de los procesos tecnológicos tipo, o sea, la confección de las tecnologías generales para fabricar las piezas tipo de cada clase o grupo, estando provistas de los adelantos y experiencias de avanzada en la rama.
A partir del proceso tecnológico tipo, se pueden confeccionar los procesos tecnológicos para fabricar cualquier pieza que esté comprendida dentro de esa clase o grupo.
Las tecnologías de fabricación de piezas tipo o procesos tecnológicos tipo posibilitan a la industria:
Introducir dentro del proceso productivo todos los adelantos de la ciencia y la técnica.
Simplificar y reducir el tiempo de confección de los procesos tecnológicos de cualquier artículo.
Validar los procesos tecnológicos empleados y proponer las modificaciones o correcciones que sean necesarias.
Tecnologías por grupos
La transformación posterior de la tipificación de los procesos tecnológicos de Sokolovski, fue la innovación tecnológica introducida años más tarde por el científico S. P. Mitrofanov denominada procesos tecnológicos en grupo.
Esta idea, aplicada hasta el presente, fue propuesta para producciones unitarias y seriadas, cuyo fundamento teórico es el de la tipificación, teniendo por lo tanto las mismas dos etapas, pero las piezas no se dividen en clases sino en grupos.
La diferencia fundamental entre esta innovación y la tipificación radica en el criterio de clasificación de las piezas. En la tipificación (de Sokolovski) está dado en dividir las piezas según su asignación de servicio; mientras que en los procesos tecnológicos por grupo (de Mitrofanov) está dado en dividir las piezas según la fabricación de las mismas, o sea, las piezas se agrupan por similitud de formas geométricas, requisitos de precisión, itinerarios tecnológicos de elaboración, máquinas herramienta (incluidos sus reglajes) – dispositivos – herramientas de corte a emplear y secuencia tecnológica de ensamble.
Nótese que según lo explicado, por ejemplo, dentro de un mismo grupo pudieran estar bujes, discos y otros tipos de piezas, siempre que sean iguales los aspectos relacionados con la fabricación de las mismas.
Una vez establecidos los grupos, se crean para cada uno las piezas complejas (algo muy parecido a la pieza tipo), las que deberán contener en sí la generalización de las características tecnológicas del grupo que representan.
Esta pieza compleja puede existir en la realidad, o ser generada por el tecnólogo para que represente al grupo. Véase a continuación un ejemplo de estructuración de una pieza compleja representativa de tres piezas.
Obsérvese en la figura 1, que la pieza A puede ser considerada del tipo disco y las piezas B y C del tipo buje, en las cuales se han numerado las superficies exteriores e interiores de revolución de acuerdo a sus similitudes de formas geométricas y dimensiones, representando cada número una superficie diferente. Una vez realizado este proceso, se puede concluir, que ninguna recoge en sí las características de las tres piezas del grupo que se desean fabricar, por lo que se tiene que generar una pieza compleja ficticia que cumpla con el requerimiento antes planteado.
Figura 1. Piezas a elaborar que forman parte de un grupo por sus similitudes de fabricación.
Quedaría entonces la pieza compleja como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Pieza compleja representativa de las tres piezas a fabricar.
Nótese como en la pieza compleja generada están incluidas todas las superficies numeradas en cada una de las piezas, continuándose entonces con la siguiente etapa.
En la 2da Etapa se elaboran los procesos tecnológicos para cada pieza compleja, como resultado de lo cual, se podrá confeccionar el proceso tecnológico para fabricar cualquier pieza que este comprendida dentro de alguno de los grupos formados.
Los procesos tecnológicos en grupo, posibilitan a la industria además de las ventajas de la tipificación las siguientes:
Aumentar la productividad sobre la base de la optimización de los procesos tecnológicos, la automatización y la proyección de dispositivos para el maquinado por grupos.
Reducir el tiempo invertido y costos del maquinado.
A continuación se pasará al análisis detallado de siete de las piezas tipo (bujes, discos, ruedas dentadas, árboles, cuerpos, palancas y elementos de sujeción) más importantes, por ser las de mayor complejidad, alta frecuencia de presentación en los trabajos mecánicos y posibilidad de extrapolar la teoría de las mismas a otros tipos de piezas que no se estudiarán.
Elaboración de piezas tipo buje
Los bujes se caracterizan por estar formados de superficies exteriores e interiores de revolución (cilíndricas), así como por superficies planas. Las superficies interiores de revolución pueden ser ciegas o pasantes, lisas o escalonadas y además poseer chavetero, estrías y ranuras diametrales. En su superficie exterior de revolución pueden ser lisos o con brida (pequeño escalón en un extremo), poseer chavetero, estrías, ranuras diametrales y agujeros transversales.
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental, a soportar y determinar la posición de otras piezas que se instalan sobre ellas (cojinetes de contacto plano), como elementos compensadores de diámetros (bujes prensados) o longitudes (manguitos separadores) y para la transmisión de movimiento a otras piezas (poleas). Los materiales más empleados para este tipo de pieza son los aceros, bronces, latones, hierros fundidos, polímeros y metalocerámicos. Por lo tanto, las piezas brutas que servirán de base para el mecanizado y convertirlas en piezas terminadas serán laminadas (macizas o huecas), inyectadas, fundidas, forjadas / estampadas y metalocerámicas.
La característica fundamental en cuanto a relación de dimensiones de las superficies de las mismas, es encontrarse en el rango de 0,5 < L / D >= 3, siendo L la longitud total de la pieza y D el diámetro mayor.
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble de estas piezas, la superficie exterior de revolución o la interior de revolución será la de mayor importancia (en función del diámetro por donde se instale el buje en su ensamble), considerándose como base doble guía, por medio de la cual se le eliminan a la pieza cuatro grados de libertad (dos desplazamientos y dos rotaciones), por lo que la mayoría de los requisitos de precisión (posición relativa) se establecen respecto a ella; y una superficie plana, considerada de menor importancia con relación a la cilíndrica y empleada como base de apoyo, por medio de la cual se elimina un grado de libertad a la pieza (el desplazamiento axial de la misma).
Como consecuencia de lo explicado anteriormente y de otros argumentos tecnológicos y de diseño, los requisitos de precisión más frecuentes en los bujes serán: de medidas lineales (IT), que van desde IT-6 hasta IT-14; de posición relativa de coaxialidad entre los cilindros oscilando entre 0,03 – 0,1 mm, perpendicularidad de las superficies planas con respecto a la superficie exterior o interior de revolución de 0,01 – 0,2 mm, así como paralelismo entre las superficies planas dentro del mismo rango de la perpendicularidad; y de rugosidad superficial oscilando entre 0,4 – 12,5 en Ra.
La tecnología de fabricación de piezas tipo buje se fundamenta en la forma de establecer los requisitos de precisión, respondiendo a las siguientes reglas generales de relación entre las bases tecnológicas:
a) En la primera instalación se toman como bases tecnológicas a las superficies de mayor importancia de la pieza, maquinándose las superficies secundarias y otras que completan la configuración de la pieza. En caso de esto no ser posible por la forma de la pieza bruta, entonces en la primera instalación, se tomarán como bases a aquellas superficies de la pieza que garanticen una instalación adecuada para elaborar a las superficies de mayor importancia y prepararlas como futuras bases tecnológicas, pasándose inmediatamente después a la primera parte del paso a).
b) En la segunda instalación se toman como bases tecnológicas a las elaboradas en el primer paso y se maquinan las de mayor importancia.
c) Si se necesitara de otras operaciones debido a las exigencias de los requisitos de precisión del buje (por ejemplo el rectificado), o para completar su configuración (por ejemplo agujeros transversales), entonces, se terminarán primero las superficies de mayor importancia tomándose como bases para ello a las secundarias y posteriormente se terminan las secundarias y el resto de las superficies tomándose como bases para ello a las de mayor importancia.
Es a partir de estas reglas generales que se obtienen los itinerarios típicos particulares que se muestran en la tabla 1, los que han sido diseñados para brindar una aplicación práctica más directa y en función de la siguiente clasificación:
1. Para piezas brutas laminadas en barras.
2. Para piezas brutas obtenidas con el agujero y sobremedida indispensable en las superficies planas.
3. Para piezas brutas laminadas cortadas a la sobremedida indispensable en las superficies planas.
Cuando aparece ??ext o ??int significa que esa es la superficie de mayor importancia de la pieza. Las siglas ST y T significan sin tratamiento térmico o con tratamiento térmico de temple, alcanzándose dureza superficial por encima de 40 HRc.
Tabla 1. Tecnologías típicas de fabricación de piezas tipo buje.
Para confeccionar el proceso tecnológico definitivo de una pieza cualquiera contemplada dentro de la clase de los bujes, usted deberá guiarse por la secuencia que brinda el itinerario típico de la tabla 1, seleccionando las elaboraciones que necesite realizar en función de los itinerarios previos determinados para cada superficie de la pieza. No obstante se debe aclarar, que el número de operaciones tecnológicas a emplear para ejecutar la secuencia de elaboraciones estará en función del tipo de producción (concentración o diferenciación de elaboraciones) y del equipamiento tecnológico disponible en la entidad productora.
Para ilustrar todo lo expuesto, se tomará de ejemplo un buje con brida, cuyo material es acero con dureza superficial de 45 HRc después del tratamiento térmico, el cual se instala en su ensamble al cuerpo por la superficie exterior de revolución y una cara plana (ver figura 3), donde por su superficie interior de revolución se instala un eje a tope con un escalón que gira a altas revoluciones con lubricación y con el siguiente sistema de ajustes:
Figura 3: Ensamble del buje.
Como puede apreciarse en la figura, las superficies por donde se instala el buje al cuerpo (que son las de mayor importancia) son el diámetro exterior de 50 mm utilizado como base doble guía y la cara frontal intermedia empleada como base de apoyo. El diámetro interior y la cara frontal del buje que hace contacto con el escalón del eje son superficies secundarias, cuyos requisitos de precisión (posición relativa) deberán estar dados con relación a las primeras.
Otro elemento fundamental que corrobora lo antes explicado, es lo referido a que el diámetro exterior tiene mejor precisión de medida lineal (p6) que el agujero (H7).
Por lo tanto, como resultado del establecimiento de los requisitos de precisión al buje se obtiene lo mostrado en la figura 4.
Obsérvese que la coaxialidad se refleja del agujero respecto a la superficie cilíndrica exterior A (pues esta es la superficie más importante), ocurriendo algo semejante con la perpendicularidad de la cara frontal intermedia.
Figura 4: Requisitos de precisión del buje.
Se partirá de una pieza bruta laminada maciza en barra y los itinerarios previos de las superficies son los siguientes:
??50 p6 – Cilindrados de desbaste y semiacabado, rectificados previo y de acabado.
??40 H7 – Taladrado, barrenado / mandrilado y rectificados previo y de acabado.
Las caras frontales relacionadas por el paralelismo – Refrentados de desbaste y acabado.
El resto de las superficies – Etapa de desbaste.
Tomándose como guía al itinerario típico de la tabla 1 (grupo 1, diámetro exterior y con tratamiento térmico) y seleccionando las elaboraciones a realizar en función de los itinerarios previos establecidos (obtenidos a partir de los requisitos de precisión y tipo de superficie), queda el orden de las elaboraciones de la siguiente forma: refrentado de desbaste, taladrado de centro, taladrado, mandrilado / barrenado, cilindrado de desbaste, ranurado exterior para salida del rectificado, cilindrado de semiacabado, biselados, tronzado de la pieza, refrentado de acabado, biselados, rectificado cilíndrico para terminar el diámetro exterior y el rectificado cilíndrico para terminar el diámetro interior. Se puede deducir, que se necesita por lo menos de tres operaciones tecnológicas para fabricar la pieza (el torneado, el rectificado cilíndrico exterior y el rectificado cilíndrico interior), por lo que solo resta confeccionar el itinerario definitivo pudiendo quedar de siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base el diámetro exterior en bruto dejándose un voladizo en una longitud mayor que la de la pieza terminada (75 mm) y se realizan los siguientes pasos tecnológicos: refrentado del extremo, taladrado de centro, taladrado del agujero pasante, barrenado / mandrilado, cilindrados de desbaste de los diámetros exteriores, ranurado exterior para salida de rectificado, cilindrado de semiacabado del diámetro de 50 mm obteniéndose la cara frontal intermedia, biselados de los dos escalones exteriores y del agujero y tronzado de la pieza.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, tomándose como bases al diámetro exterior elaborado (superficie A) y a la cara frontal intermedia como tope, realizándose los siguientes pasos tecnológicos: refrentados de desbaste y acabado del extremo a obtener la longitud final del buje y biselados de los extremos del diámetro exterior y agujero.
Operación de tratamiento térmico.
Operación de rectificado exterior.
1. Se instala la pieza tomándose como bases al agujero y a la cara frontal extrema de mejor rugosidad superficial, realizándose los pasos de rectificados cilíndricos exteriores previo y de acabado.
Operación de rectificado interior.
1. Se instala la pieza tomándose como base al diámetro exterior de 50 mm y se realizan los pasos tecnológicos de rectificados cilíndricos interiores previo y de acabado.
Es de señalarse que si los rectificados previo y de acabado se van a realizar en máquinas rectificadoras preparadas al efecto e independientes uno del otro, entonces se maquina primero el diámetro exterior en previo y después el diámetro interior en previo, repitiéndose el mismo orden en los rectificados de acabado.
De esta manera se deben llevar las instrucciones a los documentos tecnológicos (cartas de ruta tecnológica, de operaciones y otras necesarias) para elaborar definitivamente la tecnología del buje tomado como ejemplo.
El procedimiento desarrollado en el ejemplo se deberá seguir ante la presencia de cualquier pieza que esté contemplada dentro del grupo de los bujes, o sea, analizar cuales son las superficies de mayor importancia y que otras superficies se asocian a estas, para finalmente en función de la tecnología típica establecer la secuencia de elaboraciones definitiva.
Elaboración de piezas tipo disco
Los discos tienen grandes similitudes con los bujes desde el punto de vista de las superficies que los componen. Estos se caracterizan por estar formados de superficies exteriores e interiores de revolución (cilíndricas), así como por superficies planas. Las superficies interiores de revolución pueden ser ciegas o pasantes, lisas o escalonadas y además poseer chavetero, estrías y ranuras diametrales. En su superficie exterior de revolución pueden ser lisas o con brida (pequeño escalón en un extremo), poseer chavetero, estrías, agujeros transversales y ranuras diametrales. Las superficies planas pueden tener agujeros frontales.
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental, a soportar y determinar la posición de otras piezas que se instalan sobre ellas (cojinetes de rodamientos), al cierre de mecanismos (tapas), como elementos compensadores de diámetros o longitudes y para transmitir movimiento a otras piezas.
Los materiales más empleados para este tipo de pieza son los aceros, bronces, hierros fundidos, polímeros y metalocerámicos. Por lo tanto, las piezas brutas que servirán de base para el mecanizado y convertirlas en piezas terminadas serán laminadas (macizas o huecas), inyectadas, fundidas, forjadas / estampadas y metalocerámicas.
La característica fundamental en cuanto a relación de dimensiones de las superficies de las mismas, es encontrarse en el rango de L / D <= 0,5, siendo L la longitud total de la pieza y D el diámetro mayor.
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble de estas piezas, una de las superficies planas será la de mayor importancia, considerándose como base de instalación, por medio de la cual se le eliminan a la pieza tres grados de libertad (dos rotaciones y un desplazamiento), por lo que la mayoría de los requisitos de precisión (posición relativa) se establecen respecto a ella; y una superficie exterior o interior de revolución (en función del diámetro por donde se instala el disco en su ensamble), considerada de menor importancia con relación a la plana y empleada como base de centrado, por medio de la cual se eliminan dos grados de libertad a la pieza (dos desplazamientos perpendiculares entre sí).
Como consecuencia de lo explicado anteriormente y de otros argumentos tecnológicos y de diseño, los requisitos de precisión más frecuentes en estas piezas serán: de medidas lineales (IT), que van desde IT-6 hasta IT-14; de posición relativa de coaxialidad entre los cilindros oscilando entre 0,03 – 0,1 mm, perpendicularidad de las superficies cilíndricas con respecto a la superficie plana de 0,01 – 0,2 mm, así como paralelismo entre las superficies planas dentro del mismo rango de la perpendicularidad; y de rugosidad superficial oscilando entre 0,4 – 12,5 en Ra.
La tecnología de fabricación de piezas tipo disco se fundamenta en la forma de establecer los requisitos de precisión, siendo muy similar a la de los bujes y respondiendo a las siguientes reglas generales de relación entre las bases tecnológicas:
a) En la primera instalación se toman como bases tecnológicas a las superficies de mayor importancia de la pieza, maquinándose las superficies secundarias y otras que completan la configuración de la pieza. En caso de esto no ser posible por la forma de la pieza bruta, entonces en la primera instalación, se tomarán como bases a aquellas superficies de la pieza que garanticen una instalación adecuada para elaborar a las superficies de mayor importancia y prepararlas como futuras bases tecnológicas, pasándose inmediatamente después a la primera parte del paso a).
b) En la segunda instalación se toman como bases tecnológicas a las elaboradas en el primer paso y se maquinan las de mayor importancia.
c) Si se necesitara de otras operaciones debido a las exigencias de los requisitos de precisión del disco (por ejemplo el rectificado), o para completar su configuración (por ejemplo agujeros frontales), entonces, se terminarán primero las superficies de mayor importancia tomándose como bases para ello a las secundarias y posteriormente se terminan las secundarias y el resto de las superficies tomándose como bases para ello a las de mayor importancia.
Es a partir de estas reglas generales que se obtienen los itinerarios típicos particulares que se muestran en la tabla 2, los que han sido diseñados para brindar una aplicación práctica más directa y en función de la siguiente clasificación:
1. Para piezas brutas laminadas en barras.
2. Para piezas brutas obtenidas con el agujero y sobremedida indispensable en las superficies planas.
3. Para piezas brutas laminadas cortadas a la sobremedida indispensable en las superficies planas.
Cuando aparece ??ext o ??int significa que esa es la superficie de más importancia en la pieza después de la superficie plana. Las siglas ST y T significan sin tratamiento térmico o con tratamiento térmico de temple, alcanzándose dureza superficial mayor de 40 HRc.
Tabla 2. Tecnologías típicas de fabricación de piezas tipo disco.
Para confeccionar el proceso tecnológico definitivo de una pieza cualquiera contemplada dentro de la clase de los discos se empleará la misma metodología que en los bujes, o sea, usted deberá guiarse por la secuencia que brinda el itinerario típico de la tabla 2, seleccionando las elaboraciones que necesite realizar en función de los itinerarios previos determinados para cada superficie de la pieza. No obstante se debe aclarar, que el número de operaciones tecnológicas a emplear para ejecutar la secuencia de elaboraciones estará en función del tipo de producción (concentración o diferenciación de elaboraciones) y del equipamiento tecnológico disponible en la entidad productora.
Para ilustrar todo lo expuesto, se tomará de ejemplo un disco, cuyo material es el hierro fundido gris, el cual se instala en su ensamble por la superficie exterior de revolución y la cara plana intermedia (figura 5), empleándose como tapa de un reductor cilíndrico.
Como puede apreciarse en la figura, las superficies por donde se instala el disco al cuerpo (que son las de mayor importancia) son la superficie plana (A) utilizada como base de instalación y el diámetro exterior de 215 mm utilizado como base de centrado. Al tener contacto esta pieza solamente con el cuerpo por las superficies antes señaladas, solo se maquinarán además de estas, al diámetro exterior de 300 mm, los seis agujeros frontales para tornillos de diámetro 18 mm (que estarán referidos al diámetro de 215 mm) y las caras planas extremas, siendo el resto de las superficies libres, las que son obtenidas directamente de fundición (o sea, no se maquinan). Esto indica que el requisito de posición relativa del diámetro exterior estará referido a la cara plana (A). El agujero del cuerpo tiene precisión de H7, porque por esa superficie se instala también el cojinete de rodamiento con ajuste H7 / k6, el que por su superficie interior de revolución soporta al subconjunto del árbol.
Figura 5. Ensamble del disco.
Otro elemento fundamental que corrobora lo antes explicado, es lo relacionado a que la superficie plana tiene mejor precisión de medida lineal (js9) que el diámetro exterior (h10).
Por lo tanto, como resultado del establecimiento de los requisitos de precisión al disco se obtiene lo mostrado en la figura 6.
Figura 6. Requisitos de precisión del disco.
Obsérvese que la perpendicularidad se refleja de la superficie cilíndrica exterior con respecto a la superficie plana intermedia (A).
Se partirá de una pieza bruta fundida, cuya forma es muy similar a la de la pieza terminada. Los itinerarios previos de las superficies son los siguientes:
??215 h10 – Cilindrados de desbaste y semiacabado.
??300 h11 – Cilindrado de desbaste.
42 js9 – Refrentados de desbaste y acabado.
62 h12 – Refrentado de desbaste por las caras extremas.
Los 6 agujeros de ??18 mm – Taladrado
El resto de las superficies – Se obtienen directamente de fundición por lo que no se maquinan.
Tomándose como guía al itinerario típico de la tabla 2 (grupo 2, diámetro exterior y sin tratamiento térmico) y seleccionando las elaboraciones a realizar en función de los itinerarios previos establecidos (obtenidos a partir de los requisitos de precisión y tipo de superficie), queda el orden de las elaboraciones de la siguiente forma: refrentados de desbaste, cilindrados de desbaste, refrentado de acabado, cilindrado de semiacabado, biselados y el taladrado de los seis agujeros frontales.
De lo anterior se puede deducir que se necesita por lo menos de dos operaciones tecnológicas para fabricar la tapa (el torneado y el taladrado), por lo que solo resta confeccionar el itinerario definitivo, el cual pudiera quedar de la siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases (en bruto) al diámetro exterior de 215 mm y a la superficie A (como tope), realizándose los siguientes pasos tecnológicos: refrentado del extremo, cilindrado de desbaste del diámetro exterior de 300 mm y biselado del extremo del diámetro mayor.
2. Se invierte la instalación, tomándose como bases al diámetro exterior de 300 mm y a la superficie plana extrema elaboradas en el paso 1, realizándose los siguientes pasos tecnológicos: refrentado de desbaste del extremo a obtener la longitud final del disco, refrentados de desbaste y acabado de la superficie plana A, los cilindrados de desbaste y semiacabado del diámetro 215 mm y biselados de las caras extrema e intermedia.
Operación de taladrado.
1. Se instala la pieza en un dispositivo divisor, tomándose como bases al diámetro de 215 mm y a la superficie A, realizándose los pasos tecnológicos de taladrados de los 6 agujeros de diámetro 18 mm a 60 grados entre ellos.
De esta manera queda concluida la secuencia de operaciones para elaborar la tapa, donde al igual que en los bujes, este procedimiento deberá seguirse ante la presencia de cualquier pieza que esté contemplada dentro de esta clase, o sea, analizar cuales son las superficies de mayor importancia y que otras superficies se asocian a estas, para finalmente en función de la tecnología típica establecer la secuencia de elaboraciones definitiva.
Elaboración de piezas tipo rueda dentada
Las ruedas dentadas se caracterizan por estar formadas de superficies exteriores e interiores de revolución, la superficie dentada y superficies planas. Las superficies interiores de revolución son pasantes, pudiendo ser lisas o escalonadas y además poseer chavetero, estrías, ranuras diametrales y superficies dentadas. En sus superficies exteriores de revolución pueden ser lisas o con cubos y además poseer chavetero, estrías, ranuras diametrales, agujeros transversales y superficies dentadas. Las superficies planas pueden tener agujeros frontales. Las superficies dentadas pueden ser cilíndricas de dientes rectos, helicoidales y bihelicoidales; o cónicas de dientes rectos, helicoidales y curvilíneos.
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental, a la transmisión de movimiento de rotación. Los materiales más empleados para este tipo de pieza son los aceros, hierros fundidos, aleaciones no ferrosas y polímeros. Por lo tanto, las piezas brutas que servirán de base para el mecanizado y convertirlas en piezas terminadas serán laminadas macizas, fundidas, forjadas / estampadas e inyectadas.
La característica fundamental en cuanto a la relación de dimensiones se establece por la superficie interior de revolución. Se consideran agujeros cortos cuando L/D <= 0,3 y largos cuando L/D > 0,8, siendo L la longitud del agujero y D su diámetro.
Esta característica de los agujeros genera que la pieza tipo rueda dentada se divida en cuatro grupos:
Ruedas de agujero largo:
Grupo I: Ruedas simples.
a) Sin cubo (escalón exterior sin dentado).
b) Con cubo a un lado.
c) Con cubo en sendos lados.
Grupo II: Ruedas múltiples (bloques deslizantes).
Ruedas de agujero corto:
Grupo III: Anillos dentados (rueda tipo disco).
Grupo IV: Aros dentados (ruedas de poco espesor entre diámetros).
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble, estas piezas presentan:
Para los grupos I y II (agujero largo): la superficie interior de revolución es la superficie de mayor importancia, con respecto a la cual se establecerá la mayoría de los requisitos de precisión (posición relativa), siendo considerada como base doble guía, por medio de la que se le eliminan a la pieza cuatro grados de libertad (dos desplazamientos y dos rotaciones); y una superficie plana, considerada de menor importancia con relación a la anterior, empleada como base de apoyo, por medio de la cual se elimina un grado de libertad a la pieza (un desplazamiento axial).
Para los grupos III y IV (agujero corto): Una de las dos superficies planas será la de mayor importancia, considerada como base de instalación, por medio de la que se le eliminan a la pieza tres grados de libertad (dos rotaciones y un desplazamiento); y la superficie interior de revolución, considerada de menor importancia con relación a la anterior, empleada como base de centrado, por medio de la cual se le eliminan a la pieza dos grados de libertad (dos desplazamientos perpendiculares entre sí).
Nótese la similitud con los bujes y los discos en función del tipo de grupo.
Como consecuencia de lo explicado anteriormente y de otros argumentos tecnológicos y de diseño, los requisitos de precisión más frecuentes en las ruedas dentadas serán: grados de precisión cinemática del dentado oscilando entre 3 y 12; medidas lineales (IT), que van desde IT-4 hasta IT-8 para el agujero y de IT-6 hasta IT-11 para el diámetro exterior del dentado; de posición relativa de paralelismo entre las superficies planas, perpendicularidad del agujero respecto a una superficie plana (agujero corto), o pulsación frontal de las superficies planas respecto al agujero (agujero largo) oscilando entre 0,001 – 0,015 mm, así como pulsación radial del dentado respecto al agujero entre 0,0025 – 0,1 mm; de forma geométrica del agujero de circularidad (cuando es corto) o cilindricidad (cuando es largo) entre las clases V y IX; y de rugosidad superficial oscilando entre 0,2 – 12,5 en Ra.
La tecnología de fabricación de piezas tipo rueda dentada se fundamenta de la misma forma que para bujes y discos en correspondencia de las dimensiones del agujero, dividiéndose en las siguientes etapas:
a) Maquinado antes del dentado (similar a bujes y discos en cuanto a reglas generales).
b) Maquinado del dentado.
c) Maquinado de terminación de la pieza.
Es de destacar que como regla general para estos tipos de piezas, se mantiene (al igual que bujes y discos) que primero se terminan las superficies de mayor importancia, para tomarlas como bases tecnológicas del dentado y el resto de las superficies que forman la pieza.
Los itinerarios típicos particulares que se muestran en la tabla 3 responden para cada uno de los grupos. Las siglas significan que, ST es sin tratamiento térmico y T con tratamiento térmico.
Tabla 3: Itinerarios particulares de ruedas dentadas.
Para confeccionar el proceso tecnológico definitivo de una pieza cualquiera contemplada dentro de la clase de las ruedas dentadas, usted deberá guiarse por la secuencia que brinda el itinerario típico de la tabla 3, seleccionando las elaboraciones que necesite realizar en función de los itinerarios previos determinados para cada superficie de la pieza. No obstante se debe aclarar, que el número de operaciones tecnológicas a emplear para ejecutar la secuencia de elaboraciones estará en función del tipo de producción (concentración o diferenciación de elaboraciones) y del equipamiento tecnológico disponible en la entidad productora.
Para ilustrar todo lo expuesto, se realizarán dos ejemplos.
Primer ejemplo: rueda dentada cuyo material es el acero, la cual se instala en su ensamble a un árbol por la superficie interior de revolución, delimitándose su posición axial mediante un pasador que va colocado en el agujero de diámetro 4 mm (ver figura 7):
Figura 7. Requisitos de precisión de la rueda dentada simple con cubo a un lado.
Como puede apreciarse, el agujero es la superficie de mayor importancia, por lo que tendrá el mejor requisito de precisión (H8), y asociados a este, se encuentran el diámetro exterior del dentado (h9) y el propio dentado, razón por la cual la pulsación se da respecto al agujero.
Esta rueda dentada tiene grado de precisión cinemática de 9; módulo de 2 mm; altura del diente de 4,5 mm; número de dientes 34 y un redondeado en uno de los extremos del dentado. Se partirá de una pieza bruta laminada maciza cortada con la sobremedida indispensable por las superficies planas, siendo sus itinerarios previos los siguientes:
? 72 h9 – Cilindrados de desbaste y semiacabado.
? 28 H8 – Taladrado, barrenado y escariados previo y de acabado.
La superficie dentada – Tallado con fresa tornillo tipo B. Redondeado de dientes.
El resto de las superficies – Etapa de desbaste.
La pieza pertenece al grupo I (sin tratamiento térmico), por lo que guiándose por su itinerario típico y seleccionando las elaboraciones a realizar en función de los itinerarios previos, queda la siguiente secuencia: refrentado de desbaste, taladrado de centro, taladrado, barrenado, escariados, refrentado de acabado, biselado del agujero, cilindrados de desbaste y semiacabado, biselado exterior, dentado y elaboración del agujero transversal de diámetro 4 mm.
De lo anterior se puede deducir que se necesita por lo menos de cuatro operaciones tecnológicas para fabricar la rueda dentada (el torneado, el dentado, el redondeado y el taladrado), por lo que solo resta confeccionar el itinerario definitivo pudiendo quedar de la siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base al diámetro exterior en bruto, realizándose los pasos tecnológicos de: refrentado de desbaste del extremo, taladrado de centro, taladrado del agujero pasante, barrenado, escariados previo y de acabado y biselado del extremo del agujero.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, tomándose como base nuevamente al diámetro exterior y se realizan los pasos tecnológicos de: refrentado de desbaste del extremo y biselado del agujero.
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases al agujero y una superficie plana extrema, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrados de desbaste de los dos escalones, cilindrado de semiacabado del diámetro 72 mm y biselados exteriores.
Operación de dentado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases al agujero y una superficie plana, realizándose el tallado de los dientes.
Operación de redondeado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases al agujero y una superficie plana, y se realiza el redondeado de los dientes por el lado indicado.
Operación de taladrado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases al agujero y la superficie plana a la que está referida la acotación de 10 mm, realizándose el taladrado del agujero transversal de diámetro 4 mm.
Obsérvese como una vez elaborada la superficie de mayor importancia (el agujero), la misma sirve de base para las restantes elaboraciones de la pieza (regla general). Se debe destacar en este ejemplo, que la superficie plana tomada como base conjuntamente con el agujero, deberá siempre ser la misma para todas las operaciones tecnológicas.
El itinerario definitivo desarrollado se lleva a la documentación tecnológica correspondiente y queda confeccionada la tecnología de fabricación de la rueda dentada.
Segundo ejemplo: rueda dentada cuyo material es el acero, la cual se instala en su ensamble a un árbol por la superficie interior de revolución, delimitándose su posición axial mediante cualquiera de las dos superficies planas (ver figura 8):
Figura 8: Requisitos de precisión de la rueda dentada tipo anillo.
Como puede apreciarse, en este caso las superficies de mayor importancia serán las caras planas extremas (h6) y el agujero (H6), estando los requisitos de posición relativa respecto a ellas. Esta rueda de acero con grado de precisión cinemático 6, altura del diente de 9 mm, módulo de 4 mm y 40 dientes, lleva tratamiento térmico de temple hasta alcanzar dureza superficial de 56 HRc. Para su fabricación se partirá de una pieza bruta forjada, obteniéndose con la forma y dimensiones muy parecidas a la pieza terminada, incluyéndose al agujero.
Los itinerarios previos por cada superficie son los siguientes:
36 h6 – Refrentados de desbaste y acabado; rectificados previo, de acabado y de acabado
fino.
??110 H6 – Mandrilados de desbaste y semiacabado; rectificados previo, de acabado y de
acabado fino.
??168 h7 – Cilindrados de desbaste y semiacabado; rectificados previo y de acabado.
8 P9 – Brochado del chavetero.
La superficie dentada – Tallados de desbaste y semiacabado con fresas tornillo D y B;
y rectificado final.
El resto de las superficies – Etapa de desbaste.
Para establecer el itinerario definitivo de fabricación es necesario guiarse por el itinerario tipo correspondiente al grupo III (con tratamiento térmico), donde considerando los itinerarios previos queda la siguiente secuencia de elaboraciones: refrentado de desbaste, mandrilados de desbaste y semiacabado, refrentado de acabado, biselado del agujero, brochado del chavetero, cilindrados de desbaste y semiacabado, biselados exteriores, rectificado previo de las superficies planas extremas, rectificado previo del agujero, rectificado de la superficie exterior a dentar, tallados de dientes en desbaste y semiacabado, tratamiento térmico, rectificados de acabado y acabado fino de las superficies planas extremas, rectificados de acabado y de acabado fino del agujero, y finalmente el rectificado de dientes.
De lo obtenido se deduce que para elaborar esta rueda se necesita por lo menos de ocho operaciones tecnológicas (torneado, brochado, rectificado cilíndrico exterior, tallado de dientes en desbaste, tallado de dientes en semiacabado, tratamiento térmico, rectificado plano de las caras y rectificado cilíndrico interior), pudiendo quedar el itinerario definitivo de la siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al diámetro exterior en bruto, realizándose los pasos tecnológicos de: refrentado de desbaste, mandrilados de desbaste y semiacabado, refrentado de acabado y biselado del agujero.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza siendo las bases la superficie plana elaborada y el diámetro exterior en bruto, realizándose los pasos de: refrentados de desbaste y de acabado, y biselado del agujero.
Operación de brochado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al agujero, realizándose el brochado del chavetero.
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al agujero, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrados de desbaste y semiacabado del diámetro exterior, y biselados de los extremos.
Operación de rectificado plano.
1. Se instala la pieza tomándose como base a una superficie plana y realizándose el rectificado previo de la otra superficie plana.
2. Se cambia la instalación, tomándose como base a la superficie plana rectificada y se realiza el rectificado de la otra.
Operación de rectificado interior.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al diámetro exterior, realizándose el rectificado previo del agujero.
Operación de rectificado exterior.
1. Se instala la pieza tomándose como base a una superficie plana y al agujero, realizándose el rectificado del diámetro exterior.
Operación de dentado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al agujero, realizándose el tallado de dientes en desbaste, obteniéndose el diente a una altura de 5,4 mm.
Operación de dentado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al agujero, realizándose el tallado de dientes de semiacabado, obteniéndose la altura total del diente (9 mm).
Operación del tratamiento térmico.
Operación de rectificado plano.
1. Se instala la pieza tomándose como base a una superficie plana y se realizan los rectificados de acabado y acabado fino de la otra superficie plana.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, tomándose como base a la superficie plana terminada y realizándose los rectificados de acabado y de acabado fino de la otra.
Operación de rectificado interior.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al diámetro primitivo del dentado (dispositivo especial), realizándose los rectificados de acabado y de acabado fino del agujero.
Operación de rectificado de dientes.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a una superficie plana y al agujero, realizándose el rectificado de los dientes.
Es importante destacar que si los rectificados de acabado y de acabado fino se van a realizar en máquinas herramientas independientes uno del otro, entonces se debe respetar la secuencia de etapas, o sea, se realizan los rectificados de acabado para las superficies planas y el agujero y después los rectificados de acabado fino para las superficies planas y el agujero.
Entre los dos ejemplos realizados se puede tener la idea casi completa de lo que significa elaborar una rueda dentada por su complejidad.
Elaboración de piezas tipo árbol
Las piezas tipo árbol se caracterizan por estar formadas de superficies exteriores e interiores de revolución y superficies planas. Las superficies exteriores pueden ser lisas o escalonadas cilíndricas, cónicas, de formas perfiladas y dentadas, y además poseer superficies roscadas, agujeros transversales, chaveteros y estrías. Las superficies interiores de revolución pueden ser ciegas o pasantes cilíndricas y cónicas en sus extremos. Las superficies planas completan la configuración de esta pieza y pueden poseer agujeros frontales.
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental a la transmisión de movimiento, así como para soportar y determinar la posición de otras piezas que se instalan en ellas. Los materiales más empleados para fabricar estas piezas son los aceros y la fundición gris en el caso de árboles voluminosos. Por lo tanto, las piezas brutas que servirán de base para el mecanizado y convertirlas en piezas terminadas serán laminadas macizas, forjadas / estampadas y fundidas.
La característica fundamental en cuanto a la relación de dimensiones de las superficies de las mismas, es encontrarse en el rango de L / D > 3, siendo L la longitud total del árbol y D el diámetro mayor.
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble de estas piezas, una o dos superficies exteriores de revolución (en función de la forma en que se instale) serán las de mayor importancia; considerándose en el caso de una sola superficie, como base doble guía, por medio de la cual se le eliminan a la pieza cuatro grados de libertad (dos desplazamientos y dos rotaciones) y en el caso de dos superficies, como bases de centrado, haciendo entre ambas el efecto de una base doble guía. Siempre asociada a las superficies de revolución habrá una superficie plana, considerada de menor importancia, por medio de la cual se le elimina un grado de libertad a la pieza, correspondiendo a su desplazamiento axial.
Como consecuencia de lo explicado anteriormente y de otros argumentos tecnológicos y de diseño, los requisitos de precisión más frecuentes en estas piezas serán: de medidas lineales (IT), que van desde IT-5 hasta IT-12; de posición relativa de coaxialidad entre muñones oscilando entre 0,005 – 0,01 mm, pulsación radial del agujero cónico de los husillos respecto a los muñones de 0,001 – 0,01 mm, pulsación frontal de la brida de los husillos con respecto a los muñones hasta de 0,01 mm, paralelismo de las estrías respecto a los muñones hasta de 0,1 ?m / mm de longitud y pulsación radial del diámetro exterior a dentar respecto a los muñones entre 0,0025 – 0,05 mm; de forma geométrica de los muñones de 0,25 – 0,5 ?m / 300 mm; grado de precisión cinemático del dentado entre 3 – 9; y de rugosidad superficial oscilando entre 0,2 – 12,5 en Ra.
La tecnología de fabricación de las piezas tipo árbol se fundamenta en la forma de establecer los requisitos de precisión, siendo las reglas generales las siguientes:
a) Desde la etapa de desbaste se buscará la coincidencia del eje de rotación de la pieza con los muñones (superficies de mayor importancia), elaborándose las superficies exteriores hasta la etapa de semiacabado para posteriormente elaborar los agujeros axiales.
b) Para las restantes elaboraciones que tenga la pieza hasta completar su configuración y alcanzar los requisitos de precisión, siempre se tomarán como bases tecnológicas de las mismas a las superficies de mayor importancia (muñones).
c) Siempre se terminarán primero las superficies de mayor importancia y posteriormente las secundarias y restantes superficies que posea la pieza, respetándose la secuencia por etapas de elaboración.
Con el objetivo de particularizar en mayor grado la fabricación de estas piezas, los itinerarios típicos se confeccionan a partir de una división de la clase en grupos, donde cada árbol se identificará por tres dígitos de la siguiente forma:
Primer dígito: puede tomar los números 1 o 2, donde el 1 significa que es un árbol macizo
y el 2 que es un árbol hueco.
Segundo dígito: puede tomar los números 1 o 2, donde el 1 significa que es un árbol de
longitud total hasta de 500 mm y el 2 de una longitud total mayor de 500
mm.
Tercer dígito: puede tomar los números del 1 al 5 significando: 1- árbol sin superficies
estriadas ni dentadas, 2- árbol con superficies estriadas pero sin dentadas,
3- árbol con superficies dentadas pero sin estriadas, 4- árbol con superficies
dentada cilíndrica y estriada y 5- árbol con superficies dentada cónica y
estriada.
Veamos dos ejemplos de lo anterior: un árbol 111 es aquel que es macizo, con una longitud total menor de 500 mm y sin superficies estriadas ni dentadas; un árbol 225, significa que es un árbol hueco, con una longitud total por encima de 500 mm y con superficies dentada cónica y estriada.
El dominio de esta nomenclatura es importante, pues de esta forma se hace referencia en la literatura especializada de la materia, así como en los itinerarios típicos que se muestran seguidamente en las tablas 4 y 5.
Las siglas indican que, ST es sin tratamiento térmico, N es con tratamiento de normalizado y TR con tratamientos de temple y revenido.
Tabla 4: Itinerarios particulares de árboles del grupo 11 (macizos y con longitud menor de 500 mm).
Tabla 5: Itinerarios particulares de árboles del grupo 21 (huecos y con longitud menor de 500 mm).
Las tecnologías para los árboles con longitud mayor de 500 mm son iguales que las expuestas anteriormente, lo que la instalación de esas piezas en las máquinas herramienta requiere del aumento de la rigidez mediante lunetas y otros soportes especiales.
Para confeccionar el proceso tecnológico definitivo de una pieza cualquiera contemplada dentro de la clase de los árboles, usted deberá guiarse por la secuencia que brindan los itinerarios típicos de las tablas 4 y 5 (en función del tipo de árbol), seleccionando las elaboraciones que necesite realizar a partir de los itinerarios previos determinados por usted para cada superficie de la pieza. No obstante se debe aclarar, que el número de operaciones tecnológicas a emplear para ejecutar la secuencia de elaboraciones estará determinada por el tipo de producción (concentración o diferenciación de elaboraciones) y el equipamiento tecnológico disponible en la entidad productora.
Para ilustrar todo lo expuesto se realizarán dos ejemplos.
Primer ejemplo: árbol de acero que en su ensamble se instala por la superficie A (superficie de mayor importancia) y haciendo tope por la superficie plana colindante. Sobre esta pieza se instala un elemento por el diámetro de 30 mm sujetado mediante un separador y una tuerca. Este árbol del grupo 111 no lleva tratamiento térmico, cuyos biseles son de 1*45 grados, siendo sus requisitos de precisión los mostrados en la figura 9.
Figura 9. Requisitos de precisión del árbol perteneciente al grupo 111.
Obsérvese que la coaxialidad se refleja de la superficie cilíndrica exterior de diámetro 30 mm respecto a la superficie cilíndrica exterior de diámetro 27 mm, por ser esta última la de mayor importancia.
Se partirá de una pieza bruta laminada con la sobremedida indispensable en su longitud y los itinerarios previos de las superficies son los siguientes:
??27 k7 – Cilindrados de desbaste y semiacabado, rectificados previo y de acabado.
??30 g10 – Cilindrados de desbaste y semiacabado.
M27 * 2 – Tallado de rosca con cuchilla.
El resto de las superficies – Etapa de desbaste.
Tomándose como guía al itinerario típico de la tabla 4 (grupo 111 y sin tratamiento térmico) y seleccionando las elaboraciones a realizar en función de los itinerarios previos establecidos (obtenidos a partir de los requisitos de precisión y tipo de superficie), queda el orden de las elaboraciones de la siguiente forma: refrentado y centrado, cilindrados de desbaste, ranurados exteriores para salidas del rectificado y del roscado, cilindrados de semiacabado, biselados, tallado de la rosca y rectificado cilíndrico para terminar el diámetro exterior de 27 mm.
De lo anterior se puede deducir que se necesita por lo menos de dos operaciones tecnológicas para fabricar la pieza (el torneado y el rectificado cilíndrico exterior), por lo que solo resta confeccionar el itinerario definitivo pudiendo quedar de siguiente forma:
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza bruta tomándose como base al diámetro exterior en bruto, realizándose los pasos tecnológicos de: refrentados de los extremos a obtener la longitud final del árbol y los taladrados de los centros tecnológicos por las caras planas.
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza bruta tomándose como base al eje axial, materializado entre plato y punto giratorio y se realiza el paso tecnológico de cilindrado de desbaste de la superficie A.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza pero manteniéndose la misma base, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrados de desbaste de todos los diámetros formándose los escalones y los dos ranurados exteriores.
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial, materializado entre puntos fijos y brida de arrastre y se realizan los pasos tecnológicos de: cilindrado de semiacabado de la superficie A y el biselado del extremo.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza pero manteniéndose la misma base, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrado de semiacabado del diámetro de 30 mm, biselados y el tallado de la rosca.
Operación de rectificado exterior.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial, materializado entre puntos fijos y brida de arrastre y se realizan los pasos tecnológicos de: rectificados previo y de acabado de la superficie A.
De esta forma queda concluida la secuencia de elaboración del árbol, debiéndose llevar esos resultados a los documentos tecnológicos para confeccionar su tecnología definitiva.
Segundo ejemplo: árbol de acero que en su ensamble se instala por las superficies A (superficies de mayor importancia) y haciendo tope por la superficie plana colindante de la que está más próxima al dentado. Sobre esta pieza se instala un elemento por el diámetro de 50 mm, que recibe el movimiento de rotación mediante el chavetero.
Este árbol del grupo 113 lleva tratamiento térmico hasta alcanzar dureza de 55 HRc, cuyos biseles son de 1*45 grados, el grado de precisión cinemático del dentado es 9, con módulo de 2 mm y 36 dientes, siendo sus requisitos de precisión los mostrados en la figura 10.
Figura 10. Requisitos de precisión del árbol perteneciente al grupo113.
Obsérvese que en este caso hay dos superficies de mayor importancia existiendo necesariamente coaxialidad entre ellas. Los restantes requisitos de precisión de posición relativa se reflejarán con respecto a las superficies A.
Se partirá de una pieza bruta laminada con la sobremedida indispensable en su longitud y los itinerarios previos de las superficies son los siguientes:
??40 k7 – Cilindrados de desbaste y semiacabado, rectificados previo y de acabado.
??50 g9 – Cilindrados de desbaste y semiacabado.
???76 h9 – Cilindrados de desbaste y semiacabado.
6 H9 – Fresado del chavetero.
Superficie dentada – Tallado con mortajador circular tipo B y rectificado de los dientes.
El resto de las superficies – Etapa de desbaste.
Tomándose como guía al itinerario típico de la tabla 4 (grupo 113 y con tratamiento térmico) y seleccionando las elaboraciones a realizar en función de los itinerarios previos establecidos (obtenidos a partir de los requisitos de precisión y tipo de superficie), queda el orden de las elaboraciones de la siguiente forma: refrentado y centrado, cilindrados de desbaste, ranurados exteriores para salidas del rectificado, cilindrados de semiacabado, biselados, rectificado primario de los muñones (superficies A), fresado del chavetero, dentado, tratamiento térmico, rectificado cilíndrico para terminar las superficies A y rectificado de los dientes.
De lo anterior se puede deducir que se necesita por lo menos de siete operaciones tecnológicas para fabricar la pieza (torneado, rectificado cilíndrico exterior primario, fresado de chavetero, tallado de dientes, tratamiento térmico, rectificado cilíndrico exterior final y rectificado de dientes), por lo que solo resta confeccionar el itinerario definitivo pudiendo quedar de siguiente forma:
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza bruta tomándose como base al diámetro exterior en bruto, realizándose los pasos tecnológicos de: refrentados de los extremos a obtener la longitud final del árbol y los taladrados de los centros tecnológicos por las caras planas.
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza bruta tomándose como base al eje axial, materializado entre plato y punto giratorio y se realizan los pasos tecnológicos de: cilindrados de desbaste de los diámetros 76, 60, 50 y 40 mm, formándose los escalones.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza pero manteniéndose la misma base, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrados de desbaste de los restantes diámetros formándose los otros escalones y los dos ranurados exteriores.
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial, materializado entre puntos fijos y brida de arrastre y se realizan los pasos tecnológicos de: cilindrados de semiacabado de los diámetros 76, 50 y 40 mm, así como sus biselados.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza pero manteniéndose la misma base, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrado de semiacabado del diámetro de 40 mm y biselados.
Operación de rectificado exterior.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial, materializado entre puntos fijos y brida de arrastre y se realizan los pasos tecnológicos de: rectificados previos de las superficies A.
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a las superficies A y se realiza el paso tecnológico de fresado del chavetero.
Operación de dentado.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial y se realiza el paso tecnológico de tallado de dientes.
Operación de tratamiento térmico.
Operación de rectificado exterior.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial y se realizan los pasos tecnológicos de rectificados de acabado de las superficies A.
Operación de rectificado de dientes.
1. Se instala la pieza tomándose como base al eje axial y se realiza el paso tecnológico de rectificado de dientes.
De esta forma queda concluida la secuencia de elaboración del árbol, debiéndose llevar esos resultados a los documentos tecnológicos para confeccionar su tecnología definitiva.
Con los dos ejemplos desarrollados deben haberse aclarado las posibles dudas que existieran, poniéndose de manifiesto la complejidad de estos tipos de piezas y la determinante ayuda de los itinerarios típicos para facilitar la confección de los procesos tecnológicos.
Elaboración de piezas tipo cuerpo
Los cuerpos se caracterizan por la complejidad de sus formas, estando constituidos por superficies planas e interiores de revolución, así como por nervios para aumentar su rigidez. Las superficies interiores de revolución pueden ser de dos tipos, las dedicadas a la instalación de unidades ensambladas y las dedicadas a la fijación de elementos. Estas piezas se diseñan de dos formas (con la finalidad de disminuir peso y simplificar los procesos de elaboración y ensamble) las cuales son: las no desmontables y las desmontables en el plano diametral de las superficies interiores de revolución,
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental, a garantizar la seguridad de otras piezas y unidades ensambladas que se instalan sobre ellas, soportando el peso y determinando la posición adecuada de las mismas para el funcionamiento.
Los materiales más empleados para este tipo de pieza son los hierros fundidos gris y maleable, aceros al carbono, aleaciones de magnesio, aleaciones de cobre y polímeros. Por lo tanto, las piezas brutas que servirán de base para el mecanizado y convertirlas en piezas terminadas serán fundidas, soldadas e inyectadas para los polímeros.
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble de estas piezas, la superficie plana horizontal por donde se instala será la de mayor importancia, considerándose como base de instalación, por medio de la cual se le eliminan a la pieza tres grados de libertad (dos rotaciones y un desplazamiento), por lo que la mayoría de los requisitos de precisión (posición relativa) se establecen respecto a ella; y dos agujeros pequeños ubicados en la propia superficie, siendo empleados como base de centrado uno, por medio del cual se eliminan dos grados de libertad a la pieza (dos desplazamientos) y el otro como base de apoyo, eliminando el último grado de libertad (una rotación). Es característico en este tipo de pieza clasificar a las superficies secundarias por orden de importancia, donde los agujeros en los que se instalan unidades ensambladas son los de primer orden y los agujeros roscados para tornillos los de segundo orden.
Como consecuencia de lo explicado anteriormente y de otros argumentos tecnológicos y de diseño, los requisitos de precisión más frecuentes por superficies en estas piezas serán:
Superficie plana horizontal de mayor importancia: de forma geométrica de rectitud o planicidad entre 0,05 – 0,2 mm en toda su longitud y de rugosidad superficial oscilando entre 1,6 – 6,3 en Ra.
Superficies interiores de revolución de primer orden: de medida lineal entre IT 6 – IT 9, de posición relativa de coaxialidad entre los agujeros siendo la mitad de la tolerancia del diámetro menor y paralelismo entre los agujeros oscilando entre 0,02 – 0,05 mm por cada 100 mm de longitud, de forma geométrica de cilindricidad o circularidad entre las clases 5 – 8 y de rugosidad superficial entre 0,8 – 3,2 en Ra.
Distancia entre centros: con tolerancias entre 0,018 – 0,28 mm.
Superficies planas laterales: de posición relativa de perpendicular respecto a los agujeros de primer orden entre 0,01 – 0,05 mm por cada 1000 mm de longitud, y de rugosidad superficial entre 3,2 – 6,3 en Ra.
Superficies guías (cuando las posee): de posición relativa de paralelismo entre ellas oscilando entre 0,01 – 0,05 mm por cada 1000 mm de longitud, de forma geométrica de rectitud entre 0,01 – 0,05 mm por cada 1000 mm de longitud y de rugosidad superficial entre 0,1 – 1,6 en Ra.
La tecnología de fabricación de piezas tipo cuerpo se fundamenta en la forma de establecer los requisitos de precisión, respondiendo a las siguientes reglas generales de relación entre las bases tecnológicas:
a) En la primera instalación se toma como base tecnológica a una superficie plana secundaria, maquinándose la superficie plana horizontal de mayor importancia de la pieza. Estas dos superficies se asocian por el paralelismo entre ellas.
b) Para la elaboración de las superficies secundarias planas o cilíndricas y restantes superficies que permiten completar la configuración de la pieza, se empleará como base tecnológica a la superficie plana horizontal de mayor importancia.
c) Si se necesitara de otras operaciones de acabado debido a las exigencias de los requisitos de precisión del cuerpo (por ejemplo el rectificado), entonces, se terminarán primero las superficies de mayor importancia tomándose como bases para ello a las secundarias y posteriormente, se terminan las secundarias.
Nota: En el caso de los cuerpos desmontables, después de elaborarse las superficies planas asociadas, se realiza el montaje de las dos partes y posteriormente se continúa el proceso de fabricación según las reglas generales, lo que provoca que la base y la tapa se maquinen conjuntamente.
Es a partir de estas reglas generales que se obtienen los itinerarios típicos particulares que se muestran en la tabla 6, los que han sido diseñados para brindar una aplicación práctica más directa y en función de la siguiente clasificación:
Piezas desmontables (D).
Piezas no desmontables (ND).
Tabla 6. Tecnologías típicas de fabricación de piezas tipo cuerpo.
Las bancadas, consideradas piezas tipo cuerpo de características únicas (por la precisión que necesitan las guías) se fabrican según la siguiente secuencia:
1. Fresado de desbaste de las superficies planas bases.
2. Fresados de desbaste de las guías y otras superficies relacionadas con ellas.
3. Envejecimiento natural o artificial.
4. Fresado de acabado de las superficies planas bases.
5. Fresado de acabado de las guías.
6. Acepillado o fresado de las restantes superficies planas de la pieza.
7. Taladrado y tallado de roscas en agujeros.
8. Tratamiento de temple superficial a las guías.
9. Rectificado de las guías.
Nótese que aunque con diferencias con relación a las otras piezas tipo cuerpo, la secuencia de fabricación se basa también en las reglas generales, lo que en este caso, las guías serán las superficies de mayor precisión y no las superficies bases por donde se instala en su ensamble.
Finalmente, en cuanto a los itinerarios típicos de fabricación de las piezas tipo cuerpo se hace necesario aclarar, que en las producciones unitarias al no contarse con dispositivos especiales para la primera instalación de la pieza en la máquina herramienta, se comienza con el trazado volumétrico de la base principal para su posterior elaboración.
Para ilustrar todo lo expuesto, se tomará de ejemplo a un cuerpo de un reductor cilíndrico de dos etapas (figura 11), cuyo material es la fundición gris, el que se instala por la superficie plana inferior y dos agujeros de localización.
Figura 11. Requisitos de precisión del cuerpo en sus vistas frontal y corte lateral.
Como puede apreciarse es un cuerpo desmontable, cuya tapa tiene los mismos requisitos de precisión que la base en las superficies planas de contacto y laterales, así como en los agujeros de instalación de los cojinetes.
Se partirá de una pieza bruta fundida, cuya forma es muy similar a la de la pieza terminada. Los itinerarios previos de las superficies son los siguientes:
??215 H7 y ??270 H7?– Mandrilados de desbaste y semiacabado. Rectificado planetario.
500 y 550 – Fresados de desbaste y acabado.
Agujeros de localización – Taladrado y escariado.
Agujeros roscados – Taladrado y tallado de rosca con macho.
El resto de las superficies – Se obtienen directamente de fundición por lo que no se maquinan.
Tomándose como guía al itinerario típico de la tabla 6 (desmontables) y seleccionando las elaboraciones a realizar en función de los itinerarios previos establecidos (obtenidos a partir de los requisitos de precisión y tipo de superficie), el itinerario definitivo queda de la siguiente forma:
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza tomándose como base en bruto a la superficie plana B, realizándose en la superficie plana A los siguientes pasos tecnológicos: fresados de desbaste y acabado.
Operación de taladrado.
1. Se instala la pieza por la superficie A, realizándose los pasos tecnológicos de taladrados de los agujeros que están en esa superficie, tallados de roscas y escariados de los dos agujeros de localización.
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza tomándose como base la superficie A, realizándose en la superficie plana B los siguientes pasos: fresados de desbaste y acabado.
Operación de fresado para la tapa.
1. Se instala la pieza tomándose como base a la superficie curva paralela a la que tiene contacto con el cuerpo, realizándosele a esta última los pasos tecnológicos de fresados de desbaste y acabado.
Operación de ensamble de la tapa y el cuerpo.
1. Se instala la pieza por la superficie plana A, realizándose los pasos tecnológicos de: montaje de la tapa sobre el cuerpo, taladrados de los agujeros de localización, escariados de dichos agujeros, colocación de los pasadores en ellos, taladrados de los restantes agujeros y fijación mediante tornillos de las dos partes.
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza tomándose como base a la superficie A, realizándose en las superficies planas laterales C los pasos tecnológicos de fresados de desbaste y acabado.
Operación de mandrilado.
1. Se instala la pieza tomándose como base a la superficie A, realizándose en los agujeros de primer orden (??215 y ??270) los pasos tecnológicos de mandrilados de desbaste y semiacabado.
Operación de taladrado.
1. Se instala la pieza por una de las superficies laterales C, realizándose por la otra los pasos tecnológicos de taladrados y tallados de roscas de los agujeros para las tapas laterales.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, realizándose por la otra superficie lateral los mismos pasos tecnológicos.
Operación de rectificado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a las superficies planas A y C, realizándose los pasos tecnológicos de rectificados de los dos agujeros de primer orden de importancia.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza y empleándose el mismo sistema de bases, realizándose los pasos tecnológicos de rectificados de los dos agujeros de primer orden de importancia por el otro lado.
De esta manera queda concluida la secuencia de operaciones para elaborar el cuerpo, debiendo seguirse este procedimiento ante la presencia de cualquier pieza que esté contemplada dentro de esta clase, o sea, analizar cuales son las superficies de mayor importancia y que otras superficies se asocian a estas, para finalmente en función de la tecnología típica establecer la secuencia de elaboraciones definitiva.
Elaboración de piezas tipo palanca
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