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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