Dentro de esta clase de piezas se encuentran las palancas propiamente dicho, vástagos, horquillas, palancas de compensación y las bielas. Las mismas se caracterizan por estar formadas de superficies exteriores e interiores de revolución (cilíndricas), así como por superficies planas y de formas perfiladas. Las superficies interiores de revolución pueden ser principales (cuyos ejes generalmente son paralelos) o de fijación; siendo las primeras pasantes lisas o estriadas, por medio de las cuales la palanca se instala en su ensamble y / o cumple su asignación de servicio. Estas piezas pueden ser enterizas o desmontables (por ejemplo algunos tipos de bielas).
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental, a servir de eslabones de transmisión de movimientos entre diferentes mecanismos de máquinas. Los movimientos más frecuentes son el rectilíneo (por ejemplo las horquillas) o el de rotación (por ejemplo las palancas de torque), y en el caso de las bielas, la transformación del movimiento rectilíneo alternativo en movimiento de rotación. Los materiales más empleados para este tipo de pieza son los aceros, hierros fundidos gris y maleable 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 relación de dimensiones de las superficies de las mismas, es encontrarse en el rango de L >> b ó d, siendo L la longitud total de la pieza, b su ancho y d el diámetro de su cuerpo. Esta relación hace que sean consideradas como piezas de insuficiente rigidez.
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble de estas piezas, cuando la superficie interior de revolución por donde se instala es cilindro corto, se considera como base de centrado, por medio de la cual se eliminan dos grados de libertad (dos desplazamientos) y una superficie plana (o dos combinadas) considerada como base de instalación por medio de la cual se le eliminan a la pieza tres grados de libertad (dos rotaciones y un desplazamiento); en el caso de que la superficie interior de revolución por donde se instale la palanca en su ensamble sea cilindro largo, se toma como base doble guía eliminándosele a la pieza cuatro grados de libertad (dos desplazamientos y dos rotaciones) y una superficie plana considerada como base de apoyo, por medio de la cual se elimina un grado de libertad (un desplazamiento).
Lo explicado anteriormente indica que en determinadas ocasiones el agujero es la superficie de mayor importancia y en otras una superficie plana, estando en función de la cantidad de grados de libertad que eliminen durante el ensamble de la palanca.
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 pueden llegar hasta IT-6 en los agujeros principales y hasta IT-8 en las superficies planas frontales de los agujeros principales, así como tolerancias de la distancia entre centros de los agujeros principales entre 0,05 – 0,20 mm por cada 100 mm de longitud; de posición relativa de perpendicularidad de las superficies planas frontales con respecto a los agujeros principales de 0,05 – 0,3 mm por cada 100 mm de longitud, paralelismo entre las superficies planas frontales de 0,05 – 0,25 mm por cada 100 mm de longitud y paralelismo entre los agujeros principales de 0,02 – 0,20 mm; y de rugosidad superficial llegando hasta 0,4 en Ra.
La tecnología de fabricación de piezas tipo palanca se fundamenta en la forma de establecer los requisitos de precisión, respondiendo a las siguientes reglas generales de relación entre las bases tecnológicas:
a) Elaboración de las superficies planas frontales a los agujeros principales, tomándose como bases tecnológicas a las superficies de la barra o de las cabezas.
b) Elaboración de los agujeros principales, empleándose como bases tecnológicas a sus superficies planas frontales ya elaboradas.
c) Elaboración de ranuras intermedias, tomándose como bases tecnológicas a los agujeros principales y a una superficie plana frontal.
d) Elaboración de los agujeros de fijación, tomándose como bases tecnológicas a los agujeros principales y a una superficie plana frontal.
e) El acabado final de los agujeros principales y de sus superficies planas frontales.
Es a partir de estas reglas generales que se obtienen los itinerarios típicos particulares que se muestran en la tabla 7, los que han sido diseñados para brindar una aplicación práctica más directa en función de la siguiente clasificación:
1. Para piezas brutas laminadas.
2. Para piezas brutas obtenidas con el agujero.
Las letras D – desmontable y ND – no desmontable (enteriza).
Tabla 7. Tecnologías típicas de fabricación de piezas tipo palanca.
Nota: Los agujeros principales y los de fijación de las palancas desmontables, se pueden elaborar en las etapas de desbaste y semiacabado por separado o estando ensambladas sendas partes; pero, para realizar el acabado final en los agujeros principales tienen que estar ensambladas.
Para confeccionar el proceso tecnológico definitivo de una pieza cualquiera contemplada dentro de la clase de las palancas, usted deberá guiarse por la secuencia que brinda el itinerario típico de la tabla 7, seleccionando las elaboraciones que necesite realizar en función de los itinerarios previos determinados para cada superficie de la pieza y del tipo de pieza bruta. El número de operaciones tecnológicas a emplear estará en función de los equipos y equipamientos tecnológicos existentes en la entidad productora, así como del criterio a utilizar sobre la base de la concentración o diferenciación de las operaciones.
Para ilustrar todo lo expuesto se realizarán dos ejemplos.
Primer ejemplo: palanca del tipo bandeador, cuyo material es el acero, la cual se instala para su funcionamiento por el agujero cuadrado, cumpliendo por dicha superficie y por el cuadrado de sujeción la asignación de servicio. Es por las características antes señaladas, que los cuadrados interior y exterior son los que poseen los mejores requisitos de precisión como se muestra en la figura 12.
Figura 12. Requisitos de precisión del bandeador.
Se partirá de una pieza bruta laminada maciza de 20 mm de diámetro por 257 mm de longitud y obsérvese en la figura que todos los requisitos de medidas lineales son libres, por lo que se necesitará solamente la etapa de desbaste.
Interrelacionando los aspectos señalados con el itinerario típico de la tabla 7 (pieza bruta laminada y palanca no desmontable) se obtiene que para fabricar la pieza se necesitan las operaciones tecnológicas de torneado, fresado y prensado, quedando la secuencia definitiva de la siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base al diámetro exterior en bruto y se realizan los pasos tecnológicos de refrentado del extremo, los cilindrados de desbaste de los diámetros de 18 y 12 mm respectivamente, el taladrado del agujero y el biselado del extremo.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza y tomándose como base tecnológica al diámetro de 12 mm, realizándose los pasos tecnológicos de refrentado del extremo a obtener la longitud de 250 mm, el cilindrado de desbaste de diámetro 12 mm y el biselado del extremo.
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza tomándose como base tecnológica al diámetro de 12 mm, realizándose el paso de fresado del cuadrado de sujeción.
Operación de prensado.
1. Se instala la pieza en un cepo por el diámetro de 18 mm y se realiza el paso de embutido del cuadrado en el agujero principal.
Segundo ejemplo: biela de motociclo enteriza cuyo material es el acero, la cual se instala al cigüeñal por el diámetro mayor empleada como base de centrado y una cara plana como base de instalación y por el diámetro menor se instala el bulón. Los requisitos de precisión aparecen en la figura 13.
Se partirá de una pieza bruta forjada con la forma y dimensiones muy similares a la de la pieza terminada.
Figura 13. Requisitos de precisión de la biela.
Los itinerarios previos de elaboración para cada superficie son los siguientes:
? 44 H7 y ? 24 H7 – Barrenados previo y de acabado. Rectificado interior.
20 h9 – Fresados de desbaste y acabado.
El resto de las superficies – No se maquinan, obteniéndose directamente de la forja.
En función del itinerario típico (grupo 2 y no desmontable), así como de los itinerarios previos se puede deducir que se necesitan para fabricar la biela las operaciones tecnológicas de fresado, taladrado y rectificado, quedando la secuencia de la siguiente forma:
Operación de fresado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases en bruto a las superficies planas y se realizan los pasos tecnológicos de fresados de desbaste y acabado de las superficies planas paralelas a las bases.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, tomándose como bases a las superficies planas elaboradas en el primer paso y se realizan los pasos tecnológicos fresados de desbaste y acabado de las superficies planas que se emplearon como bases en el paso 1.
Operación de taladrado.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a las superficies planas y se realizan los pasos tecnológicos de barrenados previo y de acabado de los dos agujeros principales.
Operación de rectificado interior.
1. Se instala la pieza tomándose como bases a las superficies cilíndricas exteriores y planas, realizándose el rectificado de los agujeros principales.
En las bielas, los agujeros principales por lo general se encasquillan, elaborándose primero el agujero del pié y posteriormente el de la cabeza. Para ello se emplean máquinas de alta precisión o dispositivos especiales que posibiliten garantizar los requisitos de la distancia entre centros.
Elaboración de piezas tipo elementos de sujeción
Dentro de este tipo de piezas son representativos los pernos, tornillos y tuercas. Estos elementos se caracterizan por estar formadas de superficies exteriores e interiores de revolución, la superficie roscada y superficies planas. Las superficies interiores de revolución pueden ser ciegas o pasantes y lisas o escalonadas, en las que en el caso de las tuercas se encuentra la superficie roscada. En sus superficies exteriores de revolución pueden ser lisas cilíndricas o cónicas, con brida y de forma perfilada, encontrándose la superficie roscada en el caso de pernos y tornillos; además pueden poseer agujeros transversales y ranuras diametrales y/o longitudinales. Las superficies planas pueden tener agujeros frontales cilíndricos o del tipo Allien, así como ranuras transversales. Las superficies roscadas de mayor empleo son las métricas de perfil triangular con ángulo de 60 grados y en pocas ocasiones la Whitworth con ángulo de 55 grados.
La asignación de servicio de estas piezas se refiere en lo fundamental, a la fijación (determinación de la basificación) de piezas y unidades ensambladas en las máquinas. Los materiales más empleados para este tipo de pieza son los aceros aleados y de bajo contenido de carbono, 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 y huecas, forjadas / estampadas e inyectadas.
La característica fundamental en cuanto a la relación de dimensiones es cumplir con la condición de cilindro largo (L/D >= 0,8), considerándose L la longitud de la superficie roscada y D su diámetro.
Desde el punto de vista de la relación de bases tecnológicas durante el ensamble, estas piezas presentan:
Pernos y tornillos: La superficie roscada exterior será la de mayor importancia, considerada 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 una superficie plana, considerada de menor importancia con relación a la anterior, empleada como base de apoyo, por medio de la cual se le elimina a la pieza un grado de libertad (el desplazamiento axial).
Tuercas: La superficie roscada interior será la de mayor importancia, considerada 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 una superficie plana, considerada de menor importancia con relación a la anterior, empleada como base de apoyo, por medio de la cual se le elimina a la pieza un grado de libertad (el desplazamiento axial).
Como consecuencia de lo explicado anteriormente y de otros argumentos tecnológicos y de diseño, los requisitos de precisión más frecuentes en los elementos de sujeción serán: grados de precisión de la superficie roscadas oscilando entre 7H y 6H para interiores, así como 8g y 6g para exteriores con rugosidades superficiales en sendos entre 12,5 – 3,2 en Ra; medidas lineales de IT 12 – IT 14 para las restantes superficies con rugosidades entre 12,5 – 25 en Ra. En este tipo de piezas no se requiere de requisitos de posición relativa ni de forma geométrica. En los casos que se requiera del rectificado se pueden alcanzar precisiones de las superficies roscadas de 4h y 4H (para exterior e interior respectivamente) y rugosidad hasta de 1,6 en Ra.
La tecnología de fabricación de las piezas tipo elementos de sujeción se realiza en las siguientes etapas:
a) Maquinado antes del roscado (preparación de la pieza).
b) Maquinado de la superficie roscada.
c) Maquinado de acabado de la superficie roscada en caso de necesitarse.
Lo anterior se fundamenta, en que al ser la superficie roscada la de mayor importancia, no deberá ser dañada durante la elaboración de la pieza. Por otro lado, el empleo de dispositivos especiales que posibiliten instalar la pieza por la superficie roscada encarece considerablemente el proceso de fabricación.
Es importante aclarar, que la elaboración del diámetro sobre el cual se tallará la rosca y la elaboración de la superficie roscada se deben realizar en la misma instalación, pues de no ser de esa forma, se pierde la base tecnológica inicial al pasar de una instalación a la otra, teniéndose que repasar nuevamente ese diámetro en la nueva instalación para elaborar la rosca, o elevarse innecesariamente la precisión de ese diámetro.
Por la sencillez de la tecnología general de fabricación de estos elementos, es que no se realizarán tecnologías particulares para ellos.
Para ilustrar todo lo expuesto se realizarán dos ejemplos.
Primer ejemplo: Tornillo de acero cuya representación y datos de mayor significación aparecen en la figura 14. Se partirá de una pieza bruta laminada hexagonal con la sobremedida indispensable únicamente en longitud.
Figura 14. Representación del tornillo.
Por las características de la pieza, así como de la pieza bruta a emplear el itinerario definitivo pudiera quedar de la siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base a la superficie exterior en bruto y se realizan los pasos tecnológicos de: refrentado del extremo y biselado.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, tomándose como base a la superficie exterior en bruto, realizándose los siguientes pasos tecnológicos: refrentado del otro extremo y taladrado de centro tecnológico.
3. Se cambia nuevamente la instalación, tomándose entre plato y punto, realizándose los pasos tecnológicos de: cilindrado del diámetro de 12 mm a obtener longitud en la cabeza de 10 mm, ranurado para la salida de la rosca, biselados y el roscado.
Obsérvese que no se dejaron de cumplir las indicaciones generales dadas para la fabricación de estos tipos de piezas. Sobre los mismos criterios empleados se podrá elaborar cualquier pieza similar a la anterior. Debe tenerse en cuenta que el número de operaciones tecnológicas estará en función del equipamiento que posea la entidad productora y del volumen de producción a ejecutar, lo cual modificaría el itinerario definitivo.
Segundo ejemplo: Tuerca de acero cuya representación y datos de mayor significación aparecen en la figura 15, siendo su longitud de 8 mm. Se partirá de una pieza bruta laminada con la sobremedida indispensable únicamente en longitud.
Figura 15. Representación de la tuerca.
En este caso el itinerario definitivo puede quedar de la siguiente forma:
Operación de torneado.
1. Se instala la pieza tomándose como base a la superficie exterior en bruto y se realizan los pasos tecnológicos de: refrentado y biselado.
2. Se cambia la instalación, invirtiéndose la pieza, tomándose como base a la superficie exterior en bruto y se realizan los pasos tecnológicos siguientes: refrentado del otro extremo, taladrado de centro guía, taladrado del agujero pasante, mandrilado del agujero, biselados y roscado.
Queda de esta forma concluido el último tipo de pieza objeto de análisis en el capítulo.
Conclusiones
1. Los itinerarios tecnológicos típicos se fundamentan en las formas de establecer la basificación y los requisitos de precisión. Los mismos se confeccionan por grupos de piezas en función de la similitud de características tecnológicas, siendo aplicables bajo cualquier sistema de condiciones de la producción, estando determinado el número de operaciones tecnológicas en función del tipo de producción y del equipamiento disponible por la entidad productora.
2. Para confeccionar la tecnología de fabricación definitiva de una pieza, es necesario interrelacionar la forma y dimensiones de la pieza bruta, requisitos de precisión e itinerarios previos con el itinerario típico de la clase a la que pertenece dicha pieza.
3. Cuando se aplica la metodología explicada en este capítulo, solo resta llevar esos resultados a la documentación tecnológica correspondiente para que quede confeccionada la tecnología definitiva de fabricación.
4. En los itinerarios particulares, las superficies cónicas se realizarán a continuación del cilindrado, según corresponda con la etapa de elaboración (desbaste, semiacabado y acabado), o sustituyendo al cilindrado si no es necesario este para elaborar el cono.
5. En el capítulo se abordan las piezas típicas objeto de la asignatura, no obstante, existen piezas no estudiadas directamente, pero que necesariamente estarán contempladas dentro de algún tipo de las analizadas como grupo particular.
Recomendaciones
El presente material de estudio debe analizarse según la secuencia estructurada en el mismo, pues de lo contrario se corre el riesgo de no comprenderse determinados aspectos y no alcanzarse la integración en los contenidos.
Para facilitar la ejercitación, seguidamente se proponen varias piezas, cuyos aspectos a realizar se precisan finalmente:
a) Pieza tipo buje de acero representada en la figura 16 y cuya pieza bruta es una barra laminada maciza.
Figura 16. Pieza tipo buje.
b) Pieza tipo disco de acero representada en la figura 17 y cuya pieza bruta será un laminado macizo cortado con la sobremedida indispensable en longitud.
Figura 17. Pieza tipo disco.
c) Pieza tipo árbol piñón de acero representado en la figura 18, con temple superficial hasta HRc de 50, módulo de 2 mm, número de dientes igual a 21, grado de precisión cinemático 9 y cuya pieza bruta será forjada.
Figura 18. Árbol piñón.
d) Pieza tipo elemento de sujeción de acero representada en la figura 19 y cuya pieza bruta será laminada maciza en barra con sobremedida en el diámetro mayor.
Figura 19. Elemento de sujeción.
Para todas las piezas:
Determine la forma y dimensiones de la pieza bruta.
Establezca los requisitos de precisión de la pieza.
Seleccione los itinerarios previos de cada superficie de la pieza.
En el caso que sea posible, clasifique la pieza dentro de su grupo.
Establezca el posible itinerario definitivo de fabricación de la pieza.
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Autor:
Ms. C. Osvaldo Posada Ortega
Lic. Orgén López González
2010.
MATERIAL DE ESTUDIO
ASIGNATURA: FUNDAMENTOS DE PROCESOS TECNOLÓGICOS.
U.C.P.H.P.Z
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