Tecnología de los Metales

-

TEcNoLocín

TecnologÍcrde losrrretcrlesporo profesionestécn ico-mecó n icos

Hons Appold, Kurl Feiler, Alfred Reinhord, Poul Schmidl

Edición especiol poro loDeutsche Gesellschoftfür Technische Zusommenorbeit(GTl) GmbH, EschbornCooperoción TécnicoRepúbtico Federol de Alemonio

[a ed¡ción cómrc¡al do osta obE, publlcada porEDfrORIA REI/EFfÉ S"A", s puetb aclquirir fi Españá:

EITONUUREI'ERÍÉtoREro l9t5; @B ncBoil

y 9n lstinoamértca a travéo do b Gd (b d¡¡¡lrlbuidorB (|€€dhorial Ra€rÉ SA.

Título de la obra original

Technologie Metall für maschinenteéhn¡sche Bemb

fticién original en tdngua alemana publicada porV.erlag Handwerk und Techn¡k GmbH, Hamburg

O 1982 (13. Auflage) Verlag Handwerk und Technik GmbH, Hamburg

p9r

,Be$ante Besanteal.

v

Du Miquel Jubera Aguileral¡ggnigro lndustrÉl

de

DlORKli Ttad_uptores

O 1934 EDITORIAL REVERTÉ, S. A., Barcetona

Edición especial publicada por laDeutsche Geselfschaft für Technische Zusammenarbeit,

1effl AmOH; Eschbom (República FederAl de Alemania)én cooperáción con.Editorial Reverté, S. A.,Baillona (Espgña) y'E{ítorial ED|BOSCO, Cuenca (Ecuador)

f,eéerüad os todos los derechos. lmpreso en Ecuador,

Distribución; Edltorhl EDIBOSCO, Vega Muñoz 10--68,

Gasilla 0f :O1.0i5, Cuenca/Ecuador . FAX : Sg 97 - 8427 22

índice anatítico

1 Verificación de longitudes

1.1 Fundamentos ... .

1.1.1 Magnitudes, unidades, símbolosMagnitudes físicas y unidades .... ;...,¡.....Múltiplos y submúlt¡plos de las unidades . i...Definicionesdelasunidadesfundamentales . .,.Unidades de tongitud

1.1.2 Resumen de los mgdios de verificación ......lnstrumentos de medición y calibres

1.1.3 Actividades de ve¡ificación . .

Diferencia entre medición y calibrado ..., :...Proceso de medición

'Proceso de calibrado1,1.4 Conceptos de metrologfa . . .

Elementos caracterfgticos de los instrumentos demediciónProcedim¡entos de medición directoslnseguridad de la medición

1.1.5 Errores de mediciónLos er¡ores apreciables hacen incorrecto el resul-tado de la mediciónLos errores accidentales hacen insegu'ro el resul-tado de la medición

1.2 Medios para la verificación de longitudes . . . .

1.2.1 Verificación con elementos de medición . . . . . .

Medióión de longitudes con la regla graduada . . .

Medición directa con el compásMedición de longitudes con gal¡¡as

1 .2.2 Verificación con instrumentos indicadores '. . . .

Medición de longitudes con el pie de rey . . . . .

Medición de longitudes con el tornillo micro-métrico ...,...Medición de longitudes con comparadorós . . .

Diferencias admitidas para las cotas sin ¡ndica-ción de toleranc¡a

1.2.3 Verificación con corirparadores de precisión . . .Empleo de comparadores de precisiónComparad<ir de preci3ión con multiplicador pbrpalancaComparador de precisión con multiplicació'n porpalanca y rueda dentada combinadasComparador de precisión con multiplicación porfleje tensorComparador de precisión con palpador mecán¡co

. yamplificaciónóptica. ............;

. Comparador de precisión con contactos limitado-res eléctricos

1.2,4 Verificación con instrumentos neumáticos . . . ., Procedimientos de medición automáticos , . , . .

Modelos de instrumentos de medición neumáticos

1.2.5 Verificación con ¡nstrum€ntos de medición elec-t¡ónicosPrincipio de la medición ¡nductiva de longitudeslndicación analógica y digitalMedición. única, medición suma, medición di-ferencia

1.2.6 Verifióación de calibres .............Calibres de forma y calibres de cotas, ;..,,.,Calibres de tolerancias

1.3 Medios de verificación de ángulos

1.3.1 Verificación con calibres de ángulos fijos ...,,Escuadras fijas (de ángulo fijo)Galgas angularos .,,,

1.3.2 Verificación con instrumentos de medición deángulosTransportadores indicadoresMedición de ángulos agudos y ángulos obtusosNivel para ángulosTransportadores de ángulos graduables . .. . ..

1.4 Trazado de piezas

1.4.1 lnstrumentos de trazarPrbceso de trazado

Ei:::i:ft': :':llll : :: : : : : :: : ::: : :; : :::: :

2 Materiales2.1 Propiedades de lo¡ materiales . . .

2,1 ,1 Propiedades flsicas .

.Cuerpos y sus estados de agregaciónD¡latación por el calorTemperatura de fusión - Temperatura de sóli-dif icación

. Temperatura de ebullición - Temperatura de con-densaciónMasa, peso, densidad

2,1 ,2 Propiedades tecnológicas y mecánicasPropiedades tecnológicasPropiedades mecánicas

2.1 .3 Propiqdades qufmicasProcesos qufmicos y flsicosRepres€ntación de la estructura de los átomos . . .

ElementosSistema periódico de los eJementos ..,..,...Subdivisión de los elementos . . . ,

Mezclas y combinaciones qulmicasEstructura de las combinaciones de átomos . . .

' Tendencia de los átomos a enlazarseEnlace iónico

1

1

1

2233344455

5566

6

7

:1112

131313

14

14

15

15

15161616

171717

18181818

19

192020

2020212122

22

222324268

II8I

1010

29

29

292930

30

313132323333333434353536363737

vII

VIII

Enlace atómico (enlace de pares de electrones)Enlacemetá|ico.....Combinaciones con el oxígenoValencia de los elementos . . . .

Ejercicios

2.2 Textura de los materiales metálicos2,2.1 Características comunes

Estructura cristalina de los metales2.2.2 Texlu¡a de deformación

Fuerzas act¡vas entre partículas de substanciasDeformación elástica Y Plást¡ca

2.2.3 Estructura de las aleaciones . . . .

Estructura de un metal de una sola substancia y

deunaaleación.....Metal de una sola substanciaAleacionesDureza y resistencia de una aleación.'. .,..'

2.3 Materiales fórreos .

2.3.1 Combinaciones en el mineral de hierro' Rocasconconten¡dodehierro'......:.....2.3.2 Obtención del hierro bruto . .

Reducción de los óxidos metálicosReducción de los óxidos de hierro

2.3.3 Hierro bruto, acero, fundición . ' . . .

Del hierro bruto al acero y la fundición2.3.4 Diversas calidades de aceros

Aceros no aleados Y aleadosLos componentes de una aleación modifican laspropiedades 49

2.3.5 Procedim¡entos de obtención de acero 49Proced¡mientos de afino 49Procedimientosde inyección deoxígeno ..... 50Procedimientosiemens-Martin..... 50Procedimiento eléctr¡co 50Procedimiento de refundición 51

2.3.6 Colada de acero ..... r..... ' 51

Tratamiento al vacío 51

Acero colado sin calmar .... r....... 52Acero colado calmado 52Procedim¡entos de colada 52

2.3.7 Materiales colados 53Hierro fundido 53

2.4 Materiales metál¡cos no férreos

2.4.1 Metales l¡geros .

Aluminio, slmbolo Al ....Aleaciones de aluminioMagnesio, símbolo Mg . . .

Aleaciones de magnesioTitanio, símbolo Ti .....

2.4.2 Metales pesadosCobre, símbolo Cu (cuprum)Aleaciones de cobreCinc,símboloZn....Aleaciones de cinc .

Estaño, símbolo Sn (stannum) ..............Aleaciones de estañoPlomo, símbolo Pb (plumbum)Aleaciones de plomo

índice analítico

2.5 Mate¡iales sinterizados 63

2.5.1 Conceptosfundamentales....... 63Fabricación y propiedades 63

2.5.2 Aplicaciones.. 65Materiales sinterizados de importancia en la in-dustria . 65

Ejercicios . . 66

2.6 Normalización de los mater¡ales metálicos . . . 67

2.6.1 Designación del acero 67Subdivisión de los tipos de acero 67Designación de los tipos de acero 68Designación de los aceros no aleados 68Designación de los aceros aleados 69Codificación de las designaciones normalizadasdel acero 69Designación de los aceros mediante nrlmeros demater¡al 72

2.6.2 D¡lerentes clases de acero . 72Acerosdeconstrucciónbásicosydecalidad .... 72Aceros de calidad y aceros finos 73Aceros inoxidables,.. .....;.Aceros para herramientasDesignaciones para bandas y chapas

2.6.3 Formas comerciales de los acerosNormalización de los productos planos de acero

2.6.4 Mater¡ales fundidos/metales no fé¡¡eos .......Designación de los metales colablesDesignación de los metales no férreos

Ejercicios

2.7 Corrosión de los mater¡ales metálicos

2.7.1 Causas de la corrosiónlnfluencias químicas sobre los metal€s

2.7.2 Clases de corrosiónlnfluencias electroquímicas sobre los metales . .

2.7.3 Protección contra la corrosiónRecubrimientos no metálicosRecub¡imientos metálicosRecubrimientos químlcosProtección catódica contra la corrosión ......

a7

87

Fundición maleable 53Aceromoldeado..... 54 2.A Plásticos

Ejercicios 54 2.8.1 FundamentosSubdivisión y propiedadesComposición qufmica

2.0.2 Subdivisión tecnológica......Diversas propiedades de los tarmoestables y ter-moplásticos ....:....

2.8.3 Fabricación de piez'asElaboración de plásticos termoestablesElaboración de termoplásticos . . .

2.8.4 TermoplásticosPlásticos importantesComporta m i.e nto d€ I os termoplásti cos som eti dos

. a calentamiento2.8.5 Conformac¡ón y pegado

Conformación de los plásticos .....Pegado de los plásticos .....

2.8.6 Materiales combínadosPlásticos reforzados con fibra de vidrio

38383939

40

41414142424243

43434344

44

444445454646464848

81

8181 i84848585858686

7575757676777778

80

878788

888989909090

9'l9292939393

94

55

555556575758585859606161626263 Ejercicios

índice analítico

2.8.7 Resumen sobre los plásticos

2.g Ensayo de materiales

2.9.1 Procedimientos mecan¡cotecnológicos .......Ensayos en el tallerEnsayo de resistencia a la tracción(DrN 501 45) ...Ensayo de resiliencia poi flexión(D|N5O1 ls) ... .:..........Ensayo de dureza .

Ensayo de la chispa de esmerilado2.9.2 Otrosprocedim¡entos

Procedimiento de ensayo metalográf¡co . .,. . . .

Procedimientos de ensayo no destruct¡vos ....Aplicaciones de diversos procedimientos de en-sayo de dureza .

Ejercicios

3.4 Separación por seccionado

3.4.1 La cuña como filo de herram¡entaFundamentos de la separación de materiales . . . .

Descomposición de fuerzas en la cuña de corte3.4.2 . Corte con cuña' Prooeso de corte con ct¡ña

Herramientas de corte con cuña3.4.3 Cizallado

Corte con cizalla .

Acción de la palanca y fuerza de corteEl trabajo co4 la tijera manual para chapa (tilerade hojalatero)Ciza llasDefectos en el trabajo de cizallado

3.4.4 El corte de forma .

Herramientas de corte

3.5 Separación por arranque de v¡ruta a mano ...

Procesos de conformación por aplanado y ende-rezado . 1 39Máquinas de conformar 141

Ejercicios 142

143

143143144144144145145145146

147147144148148

150

Técnica de la fabricac¡ón .

Procedimiento de fabricación

SubdivisiónFormación de brutos, conformación, corte,,un¡ón,recubrimiento, modificación de las propiedadesdelosmateriales....Fundamentos físicos .

Composición y descomposición de fuerzas ....Rozamiento y fuerza de rozamientoMomento torsor, ley de la palanca, par de fuerzasTrabajo y energíaPotencia y mecánicaRendimientoPlano inclinadoPresión (presión superficial) y tensión

Ejercicios

3.2 Formación de brutos

3.2.1 Procesos físicos .

Fundamentos de termodinámica . . ..Medición de cantidad de calorPropagación del calorDilatación por el calorComportamiento de los materiales líquidos . . ,

3.22 Formación de brutos mediante fundición . . . . .

' Fundición con moldes perdidosFundióión con modelos perdidosFundición en moldes permanentesProceso de fundiciónDefectos en la fundición

Ejercicios

3.3 Confo¡mación

3.3.1 Conformación por fuerzas de tracción y com-presión .

Conformación por compresión con rodillos'. . . .

Conformación sin estampa (forja) . .

Conformación por compresión en estampa . . . .

Conformeción por extrusiónConformación por estirado de deslizamieñto yembutición profunda

3.3.2 Conformación por momento flector .

Procesos en el plegadoProcedimientosde conformación porplegado . . .

'95

96

9696

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100104104105

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107

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130

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131131131133134

135136136137

158159159159160161162

162

33.1

3.1 1

3.1 .2o7o81314151617181819

20

3.5.1 Forma de actuación de la cuña de corte ...... 150Forma de la cuña y trabajo de arranque de viruta 1 50Efecto del ángulo de ataque positivo o negativo 151

3.5.2 Cincelado .... 151Herramientas de cincelado 151El mart¡llo como herramienta de percusión . . . . 151Trabajos de cincelado 152

3.5.3 Aserrado..... 152Formación de viruta en el aserrado 152

' Aserrado manual de metales 153Sierras mecánicas para metales 153

3.5.4 Limado ..¡.¡..(i 154El trabajoconlalima:.. ........ 156Sujeción de las piezas ....... 157

3.5.5 Rasqueteado 157Rasqueteado y marmoleado 157

3.5.6 Escariado 158Proceso de escariadoEsca riadores

3.5.7 Tallado de roscasForma de las roscas .........Perfiles de las roscasTallado de roscas interiores .....Tallado de roscas exter¡Eres ....Ejercicios

Separacié¡_por seccionado 162

3.6 Corte por arranque de viruta con máquina . . . 163

3.6.1 Procesos de arranque de viruta 163Subdivisióndelasmáquinas..... 163Procesos de arranque de viruta en máquinas-herramienta 164Estructura y movimientos de trabajo de las má-quinas-herramienta... 165Geometría del corte 166Tamaño de los ángulos en las cuchillas de torno 167Sección de la viruta 168Formación de la v¡ruta 168

3.6.2 Torneado..... 169Estructura de los tornos 169

' lnstalaciónymantenimiento..... 172 ¡

ü

Á

x 'índice analítico

Subd"ivisión según los proced¡mientos de fa-173175176178180142183185186187

189

190190191193

Sujeción de la herramienta y de la pieza a me-canizar. 195Proced¡m¡entos de división ....... 196Afilado de las fresas 1 99Ejemplo de trabaio 2OO

3.6.4 Taladrado, avellanado, escariado 2O2Procedimientos de trabaioHerramientas para taladrarProceso de arranque de viruta 2U

Herramientas de tornearMateriales de corteSujeción de las herramientas de tornear . . . . ' .

Sujeción de las piezasVelocidad de corte y número de revoluciones . . . .

Trabajos de torneadoEjemplo de trabajoTorneado cónico .

Torneado dé roscasEjemplo de trabajo

Ejercicios

3.6.3 FresadoFormación de virutaFresas y valores de mécanizadoConstrucción de las fresadoras ....'

::::::::::::::: : 132 384

bricaciónSubdivisión según la desmontabilidad ........Subdivisión según el t¡po de cierre

3.8.2 Uniones por tornillosFuerzas activas .

Autobloqueo de las roscasDesgaste y profundidád de cargaFabricación de roscas con máquinaDimensiones y tolerancia de las roscasVerificación de las roscasDesignación de los tornillosDesignación de tuercasResistencia de los tornillos y tuercasUniones portornillos con cuello de dilatación . . .

Solicitac¡ones transversales Ue las uniones ator-nilladasSeguros para tornillos

' lmpermeabilización de las uniones roscadas . . , .

Ejercicios

3.8.3 Uniones con pasadoresPasadores cilíndricosPasadorescónicos :......Pasadores estriadosPasadoresdetensión(casquillosdetensión) . ...Un¡ones enchavetadasFuezas en las uniones enchavetadasTipos de chavetasUn¡ones a presiónlJniones a presión con asiento cónico .......Uniones a presión por contracción y dilatación

20.22o.2

239239239240240241241242242244245246246247.

248248249

250

252252252252252253253253254254254

Economía al taladrarTrabajos de taladradoAvellanado 207Escariado 2O7

Taladradoras...:... 2O8 3.8.5Taladradora Ue coordenadas ... '. 2OAMandrinadora fresadora horizontal 2Og

Ejemplo de trabajo 21OProceso de trabajo y herramientas 212 3.9 Unión por composición 255Estructura de las cepilladoras .. ' 213Estructura de las mortajadoras .......... ' '.. ils 3'9'1 unionescon bulones 255

Forma de actuación de la morta¡adora hor¡zontal ita 191""" de los bulones 255

sujecióndelaspiazas ....... ili Material delosbulones 255 iEjemplodetrabaio .......... 217 Montajedelosbulones 255

3.6,.6 Brochado 21g Se.Syro de los bulones contra desplazamiento

Herramientas, formación de virutas, valores de ^ - ^ 3li:l 255

trabaio. ...........-. 21g- 3.9.2 unionesporencaje(inseróión) i...... 256Brochadoras - 22o uli:ffi:::l::il?1n:"::l:1:i1*::,1'::':l:1 ;33Ejércicios 221 Un¡ones con ejes perfilados 256

3.6.7 Rect¡f¡cado .. 222 F¿bricación de chaveteros 257 '

Arranque de viruta con filo indeterminado geo- Verificación de chaveteros " " "': " 257

métr¡camente 222 Ejercicios 258Sujeción del cuerpo rectificador 224Rectificadoras 226 3.1O Unión por conformación 259Ejemplo de trabajoBruñ¡do 23O 3.10.1 Uniones remachadas : ... . 259

3.6.9 superacabado y lapeado ............ ,áí Fundamentos : " " " 259' ::i Fabricac¡ón de uniones remachadas . , 259Lapeado Z3l ^ ;. ,^ .!,

3.6.e Lubricación refriserante 232 ;,"ji:Hij:"r""",""i"'ff"'#:ffi: '.".Tlilll|l. : : : : ;EB3.7 separaciónporerosión ::: ;*j,*l[n:l;;y:y*......:......j i33 ;

'3'7'1 Erosión térmica ?21 ó"i".." en er remachado . . . . . 261Eroslon termlca por gas " " " " "' ^' 234 3.10.2 uniones de chapas 2G1Erosión térmica por chispa eléctrica (electro-

erosión) : 32? 3.tt unión con pesamentos (adhesivos! 2623.7.2 Eros¡ón electroquímica

Ejerciciob .,... 2s8 rtttx;ll"::i¿l"5llilr;;;:::::::..::.:::::::. 331 r3.8 unión por apriete y por introducción a presión 2ga !:':" o" actuación del pegamento 263

Superficies y adherencia 2633.8.i Procedimientosdeunión 23A Tiposdepegamento ........ 263

índice analítico

Forma de las uniones pegadasMododehacerydeshaceruna uniónpegada . . . .

g.12 Unión por soldadura blanda y tuLhe .

3.12.1 Fundamentos .

Proceso de la soldadura blanda y fuerte ......Condiciones para una buena soldadura blanda yfuerte .

3.12.2 Materiales para soldadura blanda y fuerte .....FundentesMetales de aportación para soldadura blanda yfuerte ,

3.1 2.3 Procedimientos de soldaduraSubdivisión de los procedimientos de soldaduraTrabajos de soldadura blanda y fuerte .

3.13 Uniónporsoldadura .......3.13.1 Fundamentos .

..Subdivisión de los métodos de soldadura . . . . .

T¡ansformacfón del material3.13.2 Soldadura por fusión

Soldaduraporfusióna gas(soldaduraa gas) . . . . .

Soldadura por fusión con arcos (soldadura dearco voltaico)

3.13.3 Soldadura a presiónSoldadura por resistenc¡a

3.13.4 Soldadura de plásticosSoldadura por elementos calefactoresSoldadura por gas calienteSoldadura por ultrasonidos .....Soldadura por fricciónSoldadura por alta frepuencia

3.1 3.5 Prevención de accidentes . . . .

Precauciones en la soldadura porfusión a gas. . , .

. Precauciones én la sóldadura al arco .

Ejercicios

3.14 Modificaéión de las propiedades de los mate-riales . .

3.14.1 Procedimientos de tratam¡ento térmicoModificación de la textu¡a del acero por calen-tam¡ento,,.....TempleRecocido del aceroBonificado del aceroTratamiento tbrmico de los metales ligeros i . .

Temple en capas de una pieza

Ejercicios .....1.

4 Técnica de control4.1 Automatización de la fabricación . .

4.1 .1 Control y regulaciónGeneralidadesTipos de control .

Control por guía ...Control por programa

4.1.2 Control numéricoCont¡ol NCControl CNCRentabilidad de los controles numéricos ......

XI

4.1.3 Control hidráulico 309Fundamentos 309Principio del desplazamiento volumétrico en lasbombas 3l lBombas hidráulicas 31 3Equipo de accionamiento 315Regulación del caudal 316Cilindros 317Válvulas direccionales 3l BRetención/aceite hidráulico 32OVálvulas de cierre 321Esquema de conexiones 323Tuberías 325Racorería 326Montaje de tuberías 327Ejemplos de conexiones ............ 328

4.1.4 Comparación entre neumática e hidráulica .... 331Ggneración del aire a presión . 333Componentes 334Elementos de control 334

Ejercicios

264264

265

265265

266266266

267267264268

270

270270271272272

275279280241281241281241

5 Téncica de montaje ....5.1 Tolerancias y ajustes

5.1.1 ToleranciasToleranciaslSO...

5.1.2 Ajustes .........i..Tipos de ajuste .

Sistemas de ajusteElección de ajusteUnión de elementos a presión

341

341

341

353

353353

281282282282

2fJ3

341343343344345346

3543543.F!355356356357358358359360361362362363

367

367367

284

284

284286288288288289

291

293293

293293293295296299299304306

5.2 Superficiés técn¡cas 347

5.2.1 Forma de la superficie 347Erroresdelassupefiqies...:... 347

5.2.2 Metrología 348Cotas de superficie y rugosidad 348Procedimientos de verificación y medición .... 349

Ejercicios

5.3 Piezas de máquihas

5.3.1 Ejes, árboles, espigasEjes y árbolesEspigas (gorrones, etc.) . . .

5.3.2 Colinetes de fricciónRozamiento y engrase

. Clases de cojinetesMateriales de los cojinetes .....Conducción del lubricanteMontaje y manten¡miento ....

5.3:3 Rodamientos . .

FundamentosFijación de los rodamientos . .' Montaje y desmontaje de los rodamientos . . . .

5.3.4 Juntas de piezas de máquina redondas5.3.5 Acoplamientos .

FundamentosClases de acoplamientos

352

Ejercicios

5.3.6 Ruedas dentadas ...,Ejercicios 308 Forma de los dientes

)flI

Fabricación del dentado5.3.7 Emparejamiento de ruedas

Emparejamiento da ruedas dentadasPares de ruedas cillndricas ....Pares de ruedas cónicasEngranaje sin fin .

5.3.8 EngranajesEngranalesderu€dasdentadasescalonados . . . .

Escalonamiento de los engranajesDiagramas de cambios de velocidades .......

5.3.9 Transmisiones .

Transmisión por cadenaTransmisión por coreaAccionamientos por rueda de fricción

5.3.10 Variado¡es de velocidad sin escalones .......Variación cont¡nua del número de revolucionesVariadores de velocidad mecánicos

5.3.1 1 Equilibrado . l. .

Acción de la fuerza centrffugaDesequilibrio estáticoDesequilibrio dinámico

Ejercicios

6 Electrotecnia ....6.1 La electricidod como fo¡ma de ener¡¡ía ......6.1.1 El circuito eléctrico

Percepción de la energía eléctricaTensión eléctricaCorriente eléctrica

6.1 .2 Leyes fundamentales del circuito eléct¡ico . . . .

Medición de la tensión y la corrienteResistencia 6léctricaRequisitos a cumplir por los conductores .,.,.La cor¡iente en función de la tensión y la resis-tencia

índice analítico

Conexión de resistencias €léctricasClases de conienteFusibles en los circu¡tos €léctricos . .

6.1.3 Transformación de la energfa eléctricaEnergfa y trabajoPotencia eléct¡icaRendimiento....Efectos calolficosEfectosqulmicos.,.Efectos magnóticosFuezas de un imán

Máquinar elóctricas, transformadoros .......6.2.1 Generadoresoléctr¡cos

6.2.2

Generación de una tensión alterna .

Generadores de corriente alterna .

Motores eléctricosPrincipio de los motoresMotor de corriente continua en derivación . . . .

Motores de co¡riente tr¡fás¡caTransfo¡madores,,...Motores de co¡rionte alterna monofásica . . . . .

Principio d6l lransformador ....

6.3 Seguridad de lor aperatos clóctrico¡6.3.1 Riegos de accidente

Efectos de la corriente en el cuerpo humano . . . . .

Primeros auxilios6.3.2 Medidas de protección

Medidas de protección sin conductor de pro-tecciónMedidas de protección con conductor de pro-tecciónConexión de aparatos eléctricos

Elercicios

índice alfabético 405

376377 6.2

369370370370371372373373374375376

38038138138r3833833U384

385

387

387

387

391392393393393394395396396397398

398

400400

401

401401402402

402

403403

403

387388388389389389390

391

398398398399399399400400

1

deVerif icaciónlongitudes

1.1 Fundamentos

1.1.1 Magnitudes; unidades, símbolos

Verificar es comprobar que el material y la pieza cum-plen las condiciones prescritas.

Verificar es comparar la forma, tamaño, color, estado superficial, re-sistencia, resistencia al calor, masa, etc., deseados, con los obteni'dos realmente.

MAGNTTUDES rísrcns Y UNTDADES

Una actividad importante de la verificación es la medición. Se lla'man propiedades medibles las magnitudes físicas, p. ej, longi-tud, tiempo, velocidad, masa y fuerza.

Las magnitudes físicas se caracterizan por símbolos, así la masaes m, el tiempo ¿ la longitud /. En los textos impresos lasletras aparecen en cursiva.

Las magnitudes físicas están determinadas por unidades. Paracomparar longitudes entre sí, su diferencia se da en metros. Las uni-dades se caracterizan también por símbolos que, sin embargo, no seescriben en cursiva.

El Sistema lnternacional de Unidades (Sl) puede reducirse a sie-te unidades fundamentales para las magnitudes que suelen medirseen las industrias (figura 1 -2).

Ejemplos:1. Longitud de una pieza: l:2000 mm:200 cm:20 dm:2 m

2. Masa de un cuerpo: m:4000 g:4 kg:0,004 Mg3. Tiempo: t:3600 s:60 min:1 h

4. lntensidad de un consumidor de corriente: I:200 mA:0,2 A

5. Temperatura: T:293K6. Cantidad de substancia de 44 g

de dióxido de carbono (COr): n(COr):2 mol

7. lntensidad luminosa de unalámpara de incandescencia: Iv:200 cd

Todas las demás magnitudes físicas pueden formarse part¡endo delas unidades fundamentales.

Figura 1-1. Sistematización de los conceptos de latécnica de medición.

LongitudMasa

Tiempolntensidad de co-

rriente eléctr¡caTemperatura

termodinámicaCantidad de substancialntensidad luminosa

MotroKilo-gfamoSegundoAmpare

Kelvin

Mol molCandela cd

mkg

sA

K

T

m

tI

T:@

n" v

Iv

Figwa 1-2. Magn¡tudes fundamentales y unidadesfundamentales.

8. Superficie = longitud por anchura A:2m 3 m:6 m2

9. Volumen = longitud por anchura por altura V:O,5m'O,2 m 0,1 m:0,01 m3

esoacio 20m -m10. Velocidad = -------- y: : :5:ttemPo 4 s s

Subjetiva Por percepción sensorial

Objetiva Med¡ante instrumentos deverificación o medición

cp.9!oE

soEEo!)Eo

cr9ooo'-o

oo!!@!:>o

qp.o!oEo!,qoqoooo-

MúLTtPLos Y suBMúLTtPLosDE IAS UNIDADES

Múltiplos:

Verificación de longitudes

Se forman con prefijos colocados delante del nom-bre de la unidad y símbolos antepuestos al de

aquélla.

Submúltiplos:

TeraGigaMegaKiloH ectoDeca

TGMkhda

10'2 Billones10s Miles de millones106 Millones103 Miles1 02 Centenas1 0 Decenas

DeciCentiMitiMicroNanoPico

dcm

tlnp

10 1 Décima10 2 Centésima10 3 Milésima10 6 Millonésima1O-s Mil millonésima10 12 Billonésima

Nivel de energía 5d5

Nivel de energía 2P16

Radiaciónemitidaen el vacío

Longitúd de onda

Envoltura Salto de nivel de energíaatóm ica

Figura 1'3. Unidad fundamental de longitud'

Período

Figura 1-4. Unidad fundamental de t¡empo.

DEFINICIONES DE LAS UNIDADES FUNDAMENTALES

1 met¡o es 1 650 763,75 veces la longitud de onda propagada en elvacío de la radiación emitida por el núcleo de Kd6 al pasar del estado5ds al estado 2pto (11." Conferencia General de Pesas y Medidas,1960).

1 kilogramo es la masa del kilogramo patrón internacional(1." Conferencia General de Pesas y Medidas, 1889).

1 segundo es la duración de 9 192 631 77O perlodos de la radia'ción correspondiente a la trans¡c¡ón entre los dos niveles de la es'tructura hiperfina del estado fundamental del átomo de cesio Csr33

(13." Conferencia de Pesas y Medidas, 1967).

D_I l¡-

ó,1m

T

Figura 1-5. Unidad fundamental dé temperatura.

1 Kelvin es la 273,16'* parte de la temperatura termod¡námicadel punto triple del agua (13.! Conferencia General de Pesas y Me-didas, 1967).

1 candela es la intensidad luminosa con la que luce la superficie(1/600OOO)m2 de un emisor negro a la temperatura de solidifica-ción del platino, a una presión de 101.325 N/m2 perpendicular á lamisma (13." Conferencia General de Pesas y Medidas, 1967).

1 mol es la cantidad de substancia de un sistema compuesto portantas partículas como átomos ex¡sten en 12/1 OO0 kilogramos decarbono.

El número de gramos de substancia igual a la suma de protones yneutrones, es 1 mol de dicha substancia.

HrO:18; 1 mol HrO:18 g'

I ampere es la intensidad de una corriente eléctrica instantáneamen-te invariable que fluye por dos conductores rectos infinitamente lar-gos situados en el vacío y paralelos entre sí separados 1 m, de sec-ción circular infinitamente pequeña, despreciable, que genera encada conductor por metro de longitud, una fuerza de O,2 ' 10-6 N(9.o Conferencia General de Pesas y Medidas, 1948).

Núcleo atómico deun átomo de cesio

Estado fundamentalRadia-ción

hr= 273 J6

Figura 1-6. Unidad fundamental de intens¡dad eléctrica.


UNIDADES DE LONGITUD

La unidad fundamental de longitud es el metro. Además del metro se

emplea también en algunos países la yarda. Resulta: 1 yarda= 3 pies(3'); 1 pie: 12 pulgadas (12"\. Para la conversión: 1" (1 pulga-da) = 25,OOO ..'

Los dispositivos de medición de longitudes indican el valor de la

medición como submúltiplo o múltiplo de la unidad básica metro'

Submúltiplos de la unidad fundamental metro

metro, decímetro, centímetro, milímetro, micrómetro, nanómetro

1m :101dm :102cm :103mm :1OGpm :10enm

Ejemplo: Valor de la medición = 4O0 ¡rm = 0,4 mm = 0,04 cm == 0,004 dm = 0,0004 m

Múltiplos de la unidad fundamental metro

metro, decámetro, hectómetro, kilómetro, megámetro

1 06 m :105 dam :104 hm :103 km :1 Mm

Ejemplo: Valor de la medición = 0,2 km : 2 hm = 20 dam = 2OO m

1.1.2 Resumen de los med¡os de verificación

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓru Y CNUBRES

Los medios de verificación necesarios para ver¡f¡car una'p¡eza son, de acuerdo con D I N 2257 , los instrumentos demedición y los calibres.

Los instrumentos de medición son elementos tales como las reglasgraduadas o las galgas, o dispositivos indi.cadores como el pie de rey,el tornillo micrométrico y el reloj comparador.

Los calibres se refieren a la cota o a la forma de la pieza a veri-ficar, o a ambas, p. ej., el calibre de forma, el calibre de cotas y el cali-bre de tolerancias.

Los medios auxiliares son necesarios como elementos de fija-ción y de transmisión, y ayudan a utilizar ¡nstrumentos de medición,como p. ej., soportes, palancas, prismas y topes.

Medios de verificación (DlN 2257)

3

Figura 1-7. Regla graduada

(valor de la escala 1 mm).

Figura 1-8. Galgas paralelas(montaje de un calibre

normal con galgas).

verificar

Galgaa ngu lar

Objeto a

verif ica r

Figura 1-12. Transportadorde ángulos (graduación 5')

Figura 1-9. Galgas angulares.

lnstrumentos de medición Calibres

Patrones lnstrumentos de medición ¡ndicadores

Figura 1-10. Pie de rey (valor normal de la escala1/1O. . .1/5O mm).

Figura 1-1 1. Tornillo micrométrico(graduación 1/1 O0 mm)

Tornillo de apriete

,Ll,-...... Bra.o" de medición

Objeto a verificar

I

l)

4

Calibre de formaspara guías angulares

eto a

ve rif ica r

Calibre de ángulos

Figura 1-13. Calibres de forma.

Medida : Valor numérico Unidad


Ec';ltr

slo(J

Figura 1-16. lndicación de una medida.

Figura 1-15. Calibres

1.1.3 Actividades de verificación

DIFERENC¡A ENTRE MEDICIÓN Y CALIBRADO

Las actividades de la verificación de longitudes son la medición y el

calibrado.

En fabricación, la medición es la comparación numéricade la longitud a medinncon un elemento de medición' El

resultado es la medida real'

Mediante el calibrado se determ¡na s¡ la longitud, el án-gulo o la forma de un objeto está dentro de los límitesprescr¡tos o en qué sentido se soprepasan'

Se verifica al recibir la pieza o las herramientas (verificación de

recepción), durante la fabricación (verificación de fabricación) y al

acabar la pieza (verificación final).

PROCESO DE MEDICIÓN

La magnitud a medir, p. ej., longitud, ángulo, masa o peso de unapieza, se compara con la correspondiente rnagnitud fundamental.

Para la longitud es 1 metro, para los ángulos 1 grado, para lasmasas 1 kilogramo y para las fuerzas 1 newton.

El valor de la medición se determina con una o varias indicacio-nes de un instrumento de medida, p. ej., la regla graduada, el piederey, el transportador, la balanza y el dinamómetro. Se indica con elvalor numérico y la unidad.

Ejemplo de proceso de medición

Hay que medir la distancia entre las aristas paralelas de una pieza. El dato delplano técnico se llama valor nominal. En fabricación no puede conseguirsenunca el valor nominal, por lo que se fijan dos valores límite (valores teó-ricos), entre los que debe encontrarse el valor medido (valor real), para que lapieza sea utilizable.

El mayor valor posible es el valor máximo, y el más pequeño posible elvalor mínimo. La diferencia entre los valores máximo y mínimo se llama tole-rancra,

El valor nominal del plano es 20,5 mm. Como valor teórico se ad-mite 20,5 -F 0,2 mm. El valor real de la pieza elaborada no debe serpor tanto mayor que el límite super¡or de 20,7 mm, ni menor que el

Figura 1-14. Calibre pasa-no pasa.

El calibre con El calibre conla cota mínima la cota máximadebe pasar por no debe Pasarel taladro. Por el taladro

Il,I

Sfmbolo para la magnitudfísica <longitud>

!igura 1-17.Plano de la Pieza.

Figura 1-19. Procesode medición' (medición con

el pie de rey)

0,2 Diferencia inferior 4 _

0,2 Diferencia superior l1

Llnea cerode toleranc¡a

Tolerancia fCota mínima ICota nominal NCota máxima 5

Figura 1-1 8. Definicionesde las cotas.

Objeto a verificar

Figua 1-2O. Proceso de calibrado(calibrado con escuadra)

I12

IValor

numérico

J

m

IUnidad delongitud

Juego de galgas paracalibrar huelgosy resqurcros

Escuadra fija


límite inferior de 20,3mm. La tolerancia admitida resulta por tantoigual a 20,7 mm - 2O,3 mm, o sea 0,4 mm.

Existe un error de fabricación cuando el valor real medido no estádentro de las cotas límite (tolerancia admitida).

Ejemplo:

Como resultado real se han medido 20 mm. La cota mínima es 20,3 mm.Error = valor real - valor teóricoError = 20 mm - 20,3 mm = -O,3 mm.

PROCESO DE CALIBRADO

Pasa No pasa

Fígura 1-21. Calibre pasa-no pasa

Calibrar es comparar un objeto con un elemento de medida o de for-ma, el calibre. Se determina s¡ entre la pieza y el calibre existe unadesviación, pero no se puede valorar la diferencia.

Si hay que determinar si el valor real de una medición está dentrode la tolerancia prescrita, se utiliza un calibre doble (calibre de tole-rancias). En este caso un lado representa la cota máxima y el otro lamínima.

1.1.4 Conceptos de metrología

Los elementos característicos de los instrumentos demedición son los indicadores, las escalas graduadas, lasubdivisión, el valor de la escala y el ¡ntervalo de medi-ción.

Como procéd¡m¡ento de medición se distingue entremedic¡ón directa y medición indirecta.

ELEM ENTOS CARACTER íSTICOSDE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Por indicación se entiende la posición de un índice o aguja sobre unaescala graduada.

Una escala graduada es la sucesión de un número de rayas so-bre un soporte. El intervalo entre rayas divisoras es la unidad de lon-gitud de la escala.

Por subdivisión de la escala se entiende la unidad numqrica indi-cada, sin indicación de la clase de unidad, p. ej., ocho subdlvisionesde la escala.

Por valor mínimo de la escala se entiende la variación de la mag-nitud de medición que produce en la escala graduada el desplaza-miento de la aguja o índice en una subdivisión de aquélla, p. ej., valorde la escala = 0,1 mm.

El intervalo de indicación es el campo de los valores de medi-ción que pueden leerse en un instrumento de medición. El intervalode medición es la parte del intervalo de indicación en el cual estácomprendido el límite de error estipulado.

La medida es el valor determinado por el indicador del instru-mento de medición. Resulta de multiplicar la indicación por el valorde la escala.

PROCEDIMIENTOS DE MEDICIÓN DIRECTOS

En la medición directa o absoluta. el valor de medición de una mag-nitud buscado se ¡ndica inmediatamente en el instrumento de medi-

5

J

Valor de la escala Valor de la escala


ción. La magnitud se compara con un elemento patrón (escala) perte-neciente al instrumento. El principio de medición se llama tambiénpor esta razón medición de comparación, Ejemplos: regla graduada,pie de rey y tornillo micrométrico.

En la medición indirecta o relativa, denominada también medi-ción de diferencia, en el instrumento de medición se compara sola'mente la diferencia de la magnitud con el elemento patrón (calibre deajuste, galgas paralelas). El instrumento de medición se ajusta en pr¡-mer lugar al valor nominal con un elemento patrón. Si a continuaciónse efectúa una medición, se indica la diferencia de longitud entre lapieza y el elemento patrón. Ejemplos: el reloj comparador y el com-parador de precisión.

Ejemplo:

La cota nom¡nal del elemento patrón es M = 2O,2 mm; la diferencia de longi-tudes entre el objeto y el elemento patrón es A¿ = 0,O5 mm; la longitud verifi-cada es L: M * M = 2O,2O mm * O,O5 mm = 20,25 mm.

INSEGURIDAD DE LA MEDICIÓN

En un proceso de medición debe determinarse con la mayor exacti'tud posible la cota real (longitud). El resultado, el valor de medición,se desviará siempre de la cota real. Si se mide una pieza con los s¡-guientes instrumentos: pie de rey, tornillo micrométrico, comparadorde precisión y máquina de medir longitudes, cada medición demues'tra que la anterior era inexacta, y que la sigu¡ente se aproxima más a

la cota real.Conclusión: Todo resultado d8 una medición es inseguro.En metrología, esta d¡ferencia entre la cota real desconocida del

objeto (pieza) y el valor deterrhinado, se llama inseguridad del resul'tado de la medición. Los responsables de esta inseguridad son loserrores de medición.

1.1.5 Errores de medicién

LOS ERRORES APRECIABLES HACEN INCORRECTOEL RESULTADO DE I.A MEDICIÓN

Errores de medición sistemáticos son aquellos que bajo las mismascondiciones tienen siempre la misma magnitud y por tanto puedentenerse en cuenta. Así, p. ej., una variación en tamaño proporcional a

la temperatura del objeto a verificar, cuando se verifica automática-mente mientras se tornea o rectifica, puede tenerse en cuenta y el¡'minar el error del resultado mediante cálculo.

Figura 1-22. Magn¡tudes características de los instru-mentos.

Ejemplolndicación = 12Valorescala= 1 mmMedida = lndicación . Valor escalaMedida=12 1mm=12

Figura 1-23. Medicióndirecta (regla graduada)

Figura 1-25. Medicióndirecta (pie de rey)

Valor escala = O,1 mmEscala con 8 divisiones

Ejemplolndicación = 2Valor escala = O,1 mmMedida =2 0,1 mm

= 0,2 mm

Figwa 1-24. Medición pordiferencia (regla graduada)

Figura 1-26. Mediciónpor diferencia (reloj comparador)

Tornillomicrométricomenos de 1O ¡rm

Piede reymenos de'l 0O ¡rm

lnseguridad pro!able de tres¡nstrumentos en el casode medición met¡culosa

lnseguridad del resultado de la mediciónpor error (Tolerancia admitida 1/5. .1 /1O\

lndicación posibledel instrumento

Comparador de.@ocGooF

;.aEo

o

O

Objeto a medir

rumento

opoooooo

!

@o

Goo

Figura 1-27. lnseguridad en la medición


lnfluencias del calor. Debido a la dilatación por el calor, un cuer-po tiene diferentes longitudes a diferentes temperaturas. Por esta ra-zón se fijó para la medició'n la temperatura de referencia de *2OoC.Para piezas de acero basta generalmente que el instrumento demedición y la pieza tengan la misma temperatura. Las piezas e instru-mentos de medición deben protegerse contra las radiacionessolares, contra el calor de los radiadores, contra el calor de lasmanos, etc. Debe procurarse un equilibrio de temperatura.Errores debidos a las fuerzas. Las superficies de medición del instru-mento deben apretarse contra la pieza con una fuerza determinada.Si esta fuerza es excesiva, el instrumento se dobla y los puntos decontacto se aplastan.

Errores del instrumento. Errores del paso del husillo, errores dedivisión de las escalas, etc., dan como resultado un error del instru-mento de medición. Su magnitud puede calcularse mediante unaserie de ensayos, p. ej., <error del instrumento = -FO,0O2 mm¡.

Un principio metrológico afirma: <la colocación debe hacersesiempre de forma que la distancia a medir sea la prolongación recti-línea de la graduación que sirve de escala>. Por consiguiente, la pie'za a mediry el elemento patrón deben alinearse uno detrás de otro.

La figura 1-29 muestra que con el pie de rey, a causa de la posi-ble basculación de la corredera, puede producirse un error de medi'ción, que es tanto más grande cuanto más hacia los extremos hagancontacto los brazos con la pieza. En el pie de rey no se sigue el prin-cipio metrológico a.nterior. En eltornillo micrométrico de estribo sí secumple el principio.

Puntos más favorables. Cuando una pi,eza está apoyada en dospuntos, se produce sistemáticamente un error a causa de la flecha. La

variación de longitud es mínima (muy pequeña), y puede despreciar-se si el apoyo se hace en puntos determinados y se mide desde lassuperficies finales. Para piezas largas debe tenerse esto en cuenta, p.

ej., con galgas paralelas y objetos largos.

LOS ERRORES ACCTDENTALES ¡ACEN INSEGUROEL RESULTADO DE I.A MEDICION

Los errores accidentales permanecen como inseguridad en el resul-tado de la medición. Repitiendo la medición (series de mediciones,p. ej., 20) puede determinarse un valor medio de la inseguridad ytenerse en cuenta en el resultado de la medición).

Errores del instrurnento. El juego, desgaste y rozamiento de laspiezas móviles.

Error de lectura por paralaje. Si las subdivisiones de la escala deun instrumento de medición no están en el mismo plano de la pieza,puede producirse un error de lectura si se mira lateralmente. Lomismo ocurre con la distancia de una aguja a la escala.

Error de posición. Si la superficie de medición del instrumentoestá inclinada respecto a la superficie de la pieza, o se coloca la pie-za de forma inclinada, se producen errores notables.

Vástago de medición

PolvoGrasa

Mesa de medición

Figura 1-28. Error debido a las fuerzas.

Figura 1-29. El principio metrológico no se cumple en elpie de rey.

I7

Figura 1-30. El principio metrológ¡co se cumpletornillo micrométrico.

en el

Figura 1 -31 . Posición conpara patrones en forma de

pocos orrores de medición,barra y objetos a verificar.

Fuerza

o=0,2113 /

H usillo

Figura 1-33. Error de posición.Figura 1-32. Error de paralaje.

preza

Figura 1-34. Medición directa con regla.

Figura 1-35. Regla graduada.De esta forma se m¡de con la regla graduada. Mirar perpen-dicularmente a la iegla.

a) Compás de exteriores b) Compás deI nte í ores

Figura 1-36. Medición indirecta con el compás.


1.2 Medios para la verificgción de longitudes

1.2.1 Verificación con elementos de medición

Los instrumentos de medición con escalas graduadas tienen unasubdivisión cont¡nua con distancias mínimas entre marcas, de unmilímetro entre cada una. El medio milímetro puede medirse única-mente con gran inexactitud, ya que la capacidad del ojo para distin-guir entre dos graduaciones es limitada. Las partes de milímetro de-ben por tanto estimarse.

Las escalas graduadas materializan la medida o cotala distancia entre dos subdivisiones.

En el tallerse emplean reglas metálicas de 100 mm de longitud,3OO y 5OO, así como cintas métricas de acero y flexómetros. Paracomprobar elementos patrones se utilizan reglas de verificación.

En la medición directa se compara directamente la longitud de lapieza con la escala graduada de la regla. En las aristas üivas la insegu-ridad de medición es de unos 0,2 mm.

En la medición indirecta, la medida se determina manteniendo lapieza dentro de un elemento de medición auxiliar, p. ej., el compásde exteriores o el compás de interiores, ,

MEDICIÓN DIRECTA CON EL COMPÁS

Se emplean dos procedimientos diferentes:1. En la pieza se toma la medida por medio del compás, por ejemplo

el diámetro de un eje con el compás de exteriores, y la medida to-mada se lee luego en la escala de la regla graduada o del pie de rey.

2. La medida deseada se ajusta en el compás por medio del pie derey o la regla, comparándola con la pieza a lo largo de la fabrica-ción. En el compás de interiores con muelle puede fijarse la medi-da ajustada por medio de un tornillo. Aunque se desplace unapunta del compás se mantiene en todo momento la medida ajus-tada sin mover el tornillo de fijación.

Aplicaciones y fuentes de errorEl compás se madamente a la medida. El ajustefino se hace, ncillos, dando ligeros golpetitoscon una de la se de madera. No debe golpearsenunca en la

Figura 1-37. Ajuste de la medida.

Figura 1-38. Comparación de la pieza con la medida.

MEDICIóN DE LONGITUDES CON LA REGI.A GRADUADAPieza

\_


Para medir taladros se emplean compases con superficies decontacto planas (no bombeadas).

En los compases con muelle el ajuste se hace con el tornillo defijación.

Los compases deben tratarse con cuidado y protegerse de la hu-medad, sudor de las manos y golpes fuertes.

Las puntas deben poderse desplazar uniformemente aplicandouna pequeña fuerza pero nunca tan flojas que se muevan por su pro-pro peso.

MEDICIóN DE LONGITUDES CON GALGAS

En las galgas cilíndricas, la cota materializada es el diámetro delcilindro. Los alambres de medición se emplean para medir roscas.Los vástagos y calibres machos se emplean para calibrar taladros.De esta forma es posible verificar no sólo el diámetro deltaladro sinotambién las desviaciones de la forma girando la galga.

Las galgas paralelas materializan la medida o cota por la distan-cia entre dos superficies planas.

La galga es un bloque prismático de acero, metal duro o cuarzo,que materializa una medida o cota única. Las galgas paralelas tienenun espesor uniforme de 9 mm.

Las superficies de medición son planas y lapeadas, de tal formaque dos galgas se adhieren entre sí como consecuencia de la adhe-sión al hacer deslizar una sobre otra. Una medida determinada pue-de formarse acoplando un bloque de varias galgas. Al colocarlasdebe tenerse en cuenta que las galgas grandes deben quedar en elexterior y las pequeñas entre aquéllas. Las galgas de acero no debenmantenerse mucho tiempo adheridas, ya que sueldan en frío. Laseparación debe realizarse mediante un deslizamiento suave. Comoprotección contra el desgaste, las superficies de medida de las gal-gas de acero son de cromo duro o están revestidas de metal duro.

Tratam¡ento de las galgas paralelas. Antes de montar las galgasse limpian con algodón y gasolina, y en caso necesario se,quita elpolvo e hilos con un pincel de pelo. Las galgas deben protegerse delcalory sudorde las manos. Después de utilizarlas se limpian, se en-grasan ligeramente y se guardan formando juegos.

Juego de galgas

Con un juego lógico de galgas pueden formarse todas las longitudescomprendidas entre unos valores mfnimo y máximo.

1

2345

99III

1,001 . 1,0091,01 .. 1 091,1 ... 1,919

10 90

0,001 mm0,01 mm0,'l mm1mm

10 mm

Un juego de galgas consta de un rfúmero mínimo de bloques.

APPOLD. 2

9

Figura 1-39. Galgas cilíndricas.

Figura 1,4O.

Ensamblaje de galgas,

Pieza

Figwa 1-42. Transmisión de la

Figura 1-41.

Juego de galgas.

Galga

medida por palpado.

Tornillo de f ij'aciónPati I lade medición

Ga lgaspa ra le las

,4 SoPorte Para

Calibre de árbolesK.' cota mínima (no pasa)G.' cota máxima (pasa)

Figura 1-43. Soporte de galgas usado como calibre detolerancias.

Calibre macho

I

10 Verificación de longítudes

1,001 . 1.0091,01 l1 ,O2/1,03/1 ,061,1 /1 ,211,3/1,61l2l3l610/20/30/60/100

1.009 1.061,06 1,011,03 61,3 21 100

20

1,061,61,12

't030

1,0041,061,O21,31

3Objeto a verificar

cota máxima (lado no pasa)cota mínima (lado pasa)

Figura 1-44. Soporte de galgas con patillas de medi-ción semirredondas, usado como calibre para taladros.

45,16 25,399 1 10.07

Es importante la posibilidad de transportar la medida materiali-zada, lo cual puede hacerse palpando con el compás las superficiesde medición.

En un soporte de galgas se fijan los brazos de medir y una combi'nac¡ón de galgas, mediante una pieza de presión y un torn¡llo tensor(figuras 1-43 V 1-44l'.

1.2.2 Verificación con instrumentos indicadores

MEDICIÓN DE LONGITUDES CON EL PIE DE REY

medición en forma de filo para medir

Guía con escala graduada

Nonius Varilla paraprofundidades

G:K:

Superf icies¡ nterio res

Corredera

Patillamóvil

Superficies paraexte riores

?Superf iciesde medición

Figura 1-45.

Constitución. Los pies de rey de la forma A poseen una parte fija yotra móv¡1. Para medir cotas exteriores, interiores y profundidades,existen superf¡cies de medición espec¡ales. La subdivisión de la es-cala de la guía es de 1 mm, y la longitud normalizada del nonius de lacorredera es de 19 ó 39 mm.

El nonius hace posible la lectura directa de submúltiplos de mi-límetro. Existen nonius con precisión de'l/10 mm, 1/2O mm y1/50 mm. El nombre tiene su origen en el Éortugués Pedro Nuñez(o Nonius) ('l 492-1 577l..

Las rayas coinciden

8 9 10 11 121311


Figura 1-46. Nonius de 1/1O mm v de 1/2O mm.

La longitud normalizada del nonius pa¡a'l /10 mm es de 19 mm yparal/2O mm de 39 mm. En el nonius de 1/10 mm, la corredera de19 mm está subdividida en 10 partes iguales, de forma que la dis-tanc¡a entre dos graduaciones es 1 9/1O mm = 1 ,9 mm. La medida delnonius de 1/10 mm resulta de la diferencia de los dos valores de la

escala de la subdivisión principal y uno de la escala del nonius. Estadiferencia es 2 mm - 1,9 mm = 0,1 mm.

Lectura de la medida. Los milímetros enteros se leen a la izquier-da del cero del nonius, sobre la escala principal; por ejemplo, la lectu'ra en la figura 1-45 es 28,7 mm. Las décimas de milímetro se leen en laescala del nonius, en la subdivisión que coincide con una de la esca-la principal. El número de subdivisiones en el nonius indica las décrmas de m¡límetro, p. ej., 7 ' 0,1 mm = 0,7 mm.

El pie de rey para profund¡dades sirve para medir la profundidadde chaveteros, talones y taladros ciegos. Para medir se apoya la co'rredera sobre la superficie de la pieza, desplazando luego la guíahasta la superficie interior, se aprieta el tornillo de fijación y se efec-túa la lectura.

El pie de rey de la forma B tiene superficies de medición en for-ma de filos para mediciones exteriores y superficies redondeadaspara mediciones interiores.

En el caso de mediciones interiores debe sumarse 1O mm a lamedida, ya que las puntas tienen un ancho de 5 mm cada una.

Comprobación del pie de rey

Con los brazos cerrados las superficies interiores deben presentaruna rendija de luz uniforme. La precisión puede comprobarse con laayuda de galgas.

MEDICION DE LONGITUDESCON EL TORNILLO MICROMÉTRICO

Figura 1-47. Ejemplo de lectu¡a con nonius de 1/2O mm.

11

Figura 1-48. MediciónApoyar la patilla fija en

correcta con el pie de rey.la pieza y correr la móvil.

Figura 1-49. Pie de rey para profundidades.

Superficie de mediciónpara exteriores Tornillo de fijación

Patillafija

Superficies deilla medición exteriores

mediciónredondeadas

icies medición interiores

Tornillo de fijación

Dispositivo para ajuste fino

10 11 12 11 1t 15

Tornillo de fijaciónGuía con escala graduada

Errores en el manejo del pie de rey:El brazo de medición no se desplaza lo suf¡c¡ente paabarcar la pieza. - Colocación inclinada durante la me-dición, - Juego percept¡ble entre guía y corredera. -Superficies de medición sucias. - Presión excesavainsuficiente al colocar el brazo de medición.

Figura 1-50. Pie de rey de fo¡ma B.

Verificación de longitudesPieza Anillo de fijación Escape

Figura 1-51. Tornillo micrométrico de herradura

Casquillograduado

Arriba: 17,34 mmAbalo: 38,95 mmLeer los milímetros y mediosmilímetros en el casquillograduado, las 1/1 OO milímetroen el tambor graduado

Figura 1-52. Ejemplos de lectura con el tornillomicrométrico.

Figura 1-53. Tornillo micrométrico de interiores.

lncorrecto Correcto lncorrecto Correcto

Figura 1-54. E¡rores en la medición con tornillomicrométrico de interiores.

Para la medición de longitudes, los tornillos micrométricos dis-ponen como parte móvil de un husillo roscado. En el tamborgraduado existen normalmente 5O subdivisiones, El paso de la roscaes de 0,5 mm. Con un giro del tambor se proguce un avance del hu-sillo de 0,5 mm; una subdivisión significa 0,5 mm: 5O= O,O1 mm. Losmilímetros y medios milímetros se leen en el casquillo gr,aduado.

El valor mínimo de la escala es 0,O1 mm.

El tornillo micrométrico de arco para mediciones exterioresposee un campo de medición determinado, p. ej,, de O a 25 mm. Elarco resistente a la flexión está revestido de placas aislantes paraprotegerlo del calor de las manos. El juego del husillo puede ajustar-se con una tuerca situada en el interior del casquillo graduado. Paraajustar el punto cero se puede g¡rar y desplazar el tambor graduadosobre el husillo.

A consecuencia del paso de rosca tan pequeño, se reduce la gra-duación de la escala pero, por el contrario, se multiplica la fuerza derotación ejercida por la mano. de forma que se aplican fuerzas de me-dición mayores. Un embrague de fricción hace posible que la fuerzaaplicada entre p¡eza y husillo quede limitada a 5 ó 1O N. Si se va acer-cando despacio el husillo a la pieza, girando a través del embrague,se consigue una precisión de medición un¡forme.

Acercar despacio el husillo a la p¡eza girando.

!

MEDICIóN DE LONGITUDES CON COMPARADORES

Los relojes comparadoreslongitudes, en los cuales edición se marcasillo roscado y

La graduación de la escala es de O,O1 mm. Un giro completo de la

Anillo de ajuste

Palanca compensadora parafuerza de medición constante

Muelle para lafuerza de medición

Mando

l vuelta=1mm

Escalagraduada

l vuelta=10mmCremallera(totalmentegida contra

tagopor cable para elde medición

flota nteprote-golpes)

Palanca de cambiola fuerzamedición

ástago demedición

Palpador

aguja corresponde a 1 mm.

La aguja de un comparador puede dar varias vueltascompletas.

Mediante un anillo de regulación puede ponerse a cero la escalagraduada, cualquiera que sea la posición de la aguja.

Los comparadores se utilizan para medir diferencias de longitud.Si se emplea para el reglaje una galga paralela, la escala graduada gi-ratoria se coloca en la marca cero. A continuación se mide la pieza, ladiferencia de longitud entre la piezay la galga es lo que se indica. La.'

escala graduada pequeña indica milímetros enteros, y la escala gran-de centésimas de milímetro.

Aplicaciones del relol comparados: medición de espesores, úeri-ficación de la planicidad de superficies, verificación de la redondezde un árbol y verificación del paralelismo de dos superficies.

lnstrucciones para medir: Fijar bien el comparador en el sopor-te. - Limpiar la superficie de apoyo del soporte y la pieza. - Apre-tar el tornillo de fijación del soporte. - Descender suavemente elcomparador sobre la superficie de la pieza hasta que tenga lugar unaindicación. - Desplazar la pieza y leer la medida. - Mirar perpendi-cularmente a la escala graduada, con el fin de evitar el error de pa-ralaje.

Figura 1-55. Reloj comparador protegido contra golpes.


DIFERENCIAS ADMITIDAS PARA LAS COTASSIN INDICACIóN DE TOLERANCIA

Si los planos no están provistos de tolerancias especiales, se apli-can en la fabricación lastolerancias libres según DIN 7168. Se tratade desviaciones admitidas de las cotas nominales delplano que pue-den verificarse con la precisión usual en un taller mediante el pie derey o el tornillo micrométrico de arco.

Las desviaciones admitidas según DIN para longitudes son váli-das para cotas exteriores e interiores, diámetros, anchuras, alturas,espesores y distancias entre taladros. Los diferentes grados de preci-sión de la fabricación se t¡enen en cuenta con las designaciones defino, medio, basto y muy basto.

Extracto de DIN 7168

fi nomediobastomuy basto

Pieza

Figura 1-56. Aplicación del comparador

+ 0,05+0,1+o,2+0.5

+0,1to,2+ 0,5+ 1,0

+0,15+ 0,3+0,8+ 1,5

Grado de precisión medio,"DrN 7168

Las djferencias adm¡t¡das para medidas angulares son válidas para losk-ángulos indicados en los planos de ptezas.

Cota nominalCota máximaCota mínima

35 mm35,3 mm34.7 mm

fino, mediobastomuy basto

+1"+ 1'30',+3'

+30'+50'+2"

L20'+25'+1"

1.2.3 Verificación con comparadores de prec¡s¡ón

EMPLEO DE COMPARADORES DE PRECISIÓN

A menudo se coloca el comparador de precisión en un soporte yse emplea para medir diferencias de alturas o espesores. El compara-dor de precisión se ajusta con galgas o con calibres nominales (ma-cho, disco) a la cota nominal. Para ello se regula en altura con los tor-nillos de reglaje basto y fino, hasta que la aguja esté en el cero. Alefectuar la medición, la aguja se mueve hacia la derecha o hacia la iz-quierda e indica cuánto difiere la pieza en más o menos del patrón.Con las dos marcas regulables para tolerancias pueden fijarse las co-tas límite, de manera que la persona que hace la medición puede verde uha ojeada si la cota real está dentro de la tolerancia. Para medi-ciones en la fabricación en serie, se pueden acoplar a estos aparatosindicadores eléctricos. Si se soprepasan las marcas de las toleran-cias se producen señales ópticas y acústibas.

Cota mínima 74"Figura 1-57. Cotas máxima y mínima paralongitudes y ángulos.

Marcap de tolerancia, ajrrstables

Re-glajef ino

Tornillo de

Grado de precisión muy basto,DrN 7168

tma

Cota nominalCota máxima

Figura 1-58. Comparador de precisión con soporte.

14

Aguja

Ct

M uesca

Ba lancín

Figura 1-59. Comparador deprecisión con multiplicac¡ónpor palanca.

Flejeretarc ido

Artic ulac iónel á stica

Vástago demedición

Figura 1-62. Comparador de precisión con mult¡plica-ción por fleje tensor.

Figura 1-63. Calibre jinetillo con comparador de precisión.Para medir diámetros grandes. Poner a cero con unpatrón.

Figura 1-6O. Tornillo micrométrico con comparador deprecisión.El tornillo micrométrico sust¡tuye aquí al soporte. Al mis-mo tiempo el comparador limita la fuerza de medición entre0,5Ny0,8N.

Verificación de longitudes l/.

Esca I a

Agu ja

írri

to dentado

Palanca largaPalanca corta

Pala ncacompensadora

Muelle deretroceso

Vástago demedición

Figura 1-61. Comparador deprecisión con multiplicaciónpor palanca y rueda dentada.

E

p

c

cf¡((l

CN

cl

fi

ctE

Esca la

.Agu¡a

E¡el¡Et\¡alqlsTl

t

l¡ct

tfñf(

COMPARADOR DE PRECISIóNCON MULTIPLICADOR POR PALANCA

Puesto que el vástago y la cuch¡lla de medición están desplazadosentre sí una distancia /, todo movimiento vertical del vástago medi-dor hace girar al balancín alrededorde la cuchilla, con lo cual la agu-ja se desvía hacia la izquierda o hac¡a la derecha. Debido a la diferen-cia de longitud entre I y L, el mov¡m¡ento del vástago x se mult¡plica yconv¡erte en el movim¡ento s mayor de la aguja. Si la relación de laslongitudes de las palancas es /:¿ = 1:500, la relación entre los reco-rridos del vástago y la aguja es también

x:s = 1:50O.

Para una oscilación de la aguja de 0,5 mm, el recorr¡do delvástago de medición es:

x:s:1 : 500; x:0,5 mm. 17uoo:9,001 mm.

Campo de medición B (máximo recorrido del vástago). Debido ala multiplicac¡ón tan alta sólo son posibles pequeños campos de me-dición (0,02 a 0,2 mm).

COMPARADOR DE PRECISIÓN CON MULTIPLICACIÓNPOR PALANCA Y RUEDA DENTADA COMBINADAS

El recorrido del vástago de medición se indica en este caso por unaoscilación mayor de la aguja, mediante multiplicación por palanca yrueda dentada. El instrumento está proteg¡do contra golpes, ya que sisufre alguno, el vástago se levanta de la palanca. El muelle de retro-ceso actúa sobre el vástago como en los comparadores corr¡entes através de una palanca compensadora.

Con dos multiplicaciones por rueda dentada (o sector y rueda) seconsigue una multiplicación de 1 000 veces, con un intervalo de me-dición de 0,050 mm (valor de la escala = 0,001 mm). Mediante unmuelle espiral alojado en el piñón de la aguja se compensa el juego

cC

Vástago de


entre las piezas de la multiplicación.piñón de la aguja están unidos por

El vástago de medición y ella fuerza del muelle.

COMPARADOR DE PRECISIÓNCON MULTIPLICACIóN POR FLEJE TENSOR

En este caso el vástago de medición actúa sobre una articulaciónelástica unida a un fleje metálico fabricado con acero para muelles.Este fleje tensorestá retorcido la mitad hacia la derecha y la mitadhacia la izquierda, partiendo del centro del mismo. Si el fleje sealarga o acorta a través de la articulación elástica, entonces la agujaque está situada en el centro del fleje, perpendicularmente a éste,gira en uno u otro sentido. Con este instrumento y un intervalo demedición de ÉO,OO1 mm, pueden obtenerse multiplicaciones hastapor 25 000.

COMPARADOR DE PRECISIóN CON PALPADORMEcÁNrco Y AMPLrFrcAcrÓN Óprrcn

Para la amplificación óptica de la indicación del recorrido del vás-tago, se emplea un haz luminoso como brazo mayor de palanca.

Una faja luminosa estrecha procedente de una lámpara incide enun espejo basculante. El espejo refleja el rayo a otro espejo fijo, elcual lo transmite a una escala. En cuanto el espejo basculante semueve por la acción del vástago palpador, cambia la trayectoria delrayo y la marca de luz se desplaza sobre la escala, indicando de estaforma la desviación respecto a la cota ajustada.

Con varias reflexiones del haz de rayos puede hacerse mayor laampliac ión.

COMPARADOR DE PRECISIÓNCON CONTACTOS LIMITADORES ELÉCTRICOS

En los comparadores con contactos limitadores eléctricos, éstospueden ajustarse como marcas de tolerancia

La presenqe figura muestra cómo se emplean los comparadoresde precisión para la verificación de árboles de levas en una disposi-ción de medición múltiple. Esta fórmula evita los errores por di-ferentes mediciones. Tal como muestra el s¡stema, se han reunidovarios comparadores de precisión en un punto de medición, indican-do los resultados de la misma para el punto de apoyo de la izquierda yde las levas adyacentes. en un resultado reflejado sobre varios com-pa radores.

Estas'mismas disposiciones se emplean también en los proce-sos de fabricación con máquinas-herramienta, para e[ control de co-tas, para clasificar piezas termina{as o para el mando de la máquina.Tan pronto como la aguja del instrumento de medición sobrepasauno de los contactos eléctricos limitadores, o sea que la cota es de-masiado grande o demasiado pequeña, se emiten impulsos a dispo-sitivos indicadores o de mando. Por ejemplo, una serie de señales lu-minosas indican el estado dimensional de la pieza: verde Y buena;rojo Y rechazada (demasiado pequeña); blanca Y repasar (demasia-do grande). O también se cambian las máquinas para trabajos de des-baste o acabado, para ajustar una décimas de milímetro una muela derectificar y para terminar procesos de mecanizado.

Figura 1-64. Comparador de precisión con palpador me-cánico y amplificación óptica.

Figura 1-65. Medición múlt¡ple.Comparador de precisión con contactos eléctricoslimitadores.

15

Marcasluminosas

Escala sobrec rista I

Marcasluminosas

Trayectoriadel rayo

Espejobasculante

Palpador

T.F ue nte

lum i nosa

Fu e ntede airea presión

16

Figura 1-66. Estructura de un dispositivo neumát¡co demedición.

Aire a presiónPre i nyector

obera de mediciónPieza


1.2.4. Verificación con instrumentos neumáticos

PROCEDIMIENTOS DE MEDICIóru ruEUVIÁTICOS

Si se proyecta por una tobera aire limpio y seco sobre la superfi-cie de.medición, pasa por el tubo conductor una determinada canti-dad de aire (volumen) a una cierta presión. Si disminuye la distanciaentre la tobera y la pieza (separacións), debido a que la pieza es másgruesa que la anterior, entonces el volumen de aire que pasa por uni-dad de tiempo es también menor. Como consecuencia de esto dismi-nuye la velocidad de salida del aire, aumentando la presión dinámicaen el aparato indicador. La diferencia de presiones dinámicas la indi-ca el instrumento de medición (procedimiento de diferencia de pre-siones). También puede utilizarse como base de medición la diferen-cia de velocidades o de volúmenes del aire (procedimiento de dife-rencia de velocidades o de volúmenes).

aneroide

Tobera demedición

PiezaPieza

Válvulareguladorade presión

vátvutalngPdor

Objeto a medir= pieza

Altura desepa rac iónAltura dela pieza

Figura 1-67. Proced¡miento de medición por presión,con indicador de manómetro aneroide (a la izquierda) o demanómetro líquido (a la derecha).

Aire apresión

Tubo otobera Venturi

Figura 1-69. Proced¡miento de mediciónpor velocidad, con indicador de manómetroaneroide.

Figura 1-70. Procedimientode medición por volumen.

Figura 1-68. Procedimiento de mediciónpor diferencia de presión.

Elementos demedición

Soportepara pteza

Figura 1-71. Disposición para instrumento ¡nd¡cador deaguJa.

MODELOS DE INSTRUMENTOSDE MEDICIÓN NEUMÁTICOS

En los procedimientos de presión senciila se indica ra variaciónde presión en elconducto de ra tobera, porvariación de ra artura de rasepar ro aneroide o de líquido.El presiones es más pieciso, yaque u n la conducción del aire no in_fluye de presiones medida entre eltu bo

En las secciones pequeñaprocedimLento de velocidad, I

sión mínima. Si circula más aita la velocidad y disminuye lamanómetro aneroide.

En eltubo de cristal cónico del instrumento de medición porvolu_men, el cuerpo flotante se levanta tanto más cuanto más aire salgapor la tobera de medición.

reguladora

Cuerpo flotante


Conexiones de mediciónConexión de

medición Vástagode

Anillo demedición

Figura 1-72. Elementos sensorés para dispositivosneumáticos de medición.

17

Bo b¡ nasecundariagobin aparmarla

Eobinasecundar¡aNúcleo de ferrita lhierrol

Escal a

(ind¡cac¡ónanalóg¡ca)

Comb¡nac¡ónde med¡ciónp ej , +A+g

+A_B

- Vástago demediciónTop€ demed ición

Figura 1-73 Palpador.

1.2.5 Verificación con instrumentos de mediciónelectrónicos

En el caso de medición electrónica de longitudes, setransforman recorr¡dos de medición en señales eléctri-cas, que se hacen visibles en un ind¡cador de escala o decifras.

PRINCIPIO DE LA MEDICIÓN INDUCTIVADE LONGITUDES

Un dispositivo de medición se compone de varios instrumentos quese hacen cargo de diferentes misiones. El palpador toma la medidapor medio de un vástago y emite una señal-la señalde medición-que es elaborada en el instrumento de medición siguiente.

En el palpador inductivo ex¡sten dos bobinas en conexión dife'rencial, acopladas con una tercera bobina inductiva, alimentada conuna tensión alterna entre 1 y 3O kilociclos. En las bobinas 1 y 2(bobinas secundarias) se induce una tensión.

Si unido al vástago de medición se introduce en las bobinas 1 y 2un núcleo de ferrita, el desplazamiento de ese núcleo varía la inducti-vidad de las bobinas y con ello la tensión diferencial inducida en am-bas. La tensión se amplifica, se rectif¡ca y se indica con un voltíme-tro contrastado en pm. La variación de la inductividad de las bobinases una medida del recorrido del vástago. Los instrumentos se compo-nen de uno o dos palpadores de medición y el instrumento indi-cador. El intervalo de medición puede estar entre 0,3 y 5 mm, siendoel valor mínimo de la escala de 0,01 ¡rm. El sistema de bobinas estáubicado en el palpador. El amplificador, el rectificador y el indicadoreléctrico se encuentran en el instrumento indicador.

INDICACIóN ANALÓGICA Y DIGITAL

En la indicación analógica, la medida se representa por un ángulo cbarrido por una aguja, o por el recorrido s. Al variar la medida varíatambién la oscilación de la aguja.

En la indicación digital, la medida aparece en forma de cifra.

Ejemplos:Los termómetros y los tacómetros tienen por lo general indicación analógica,y el cuentakilómetros del automóvil indicación digital.

lnd¡cadornumérico(¡ndicación

disital)

Figura 1-74. Aparatos de medición con escala indicadorae indicador numérico.

Palpador de medición lnstrumento indicadorFigura 1-75. Principio de la medición inductiva

de longitudes.

Figura 1-76. Mediciones únicas con el palpador

I ¡-.¡-----lAlimentacion aJallividades del i

i Am.pl¡fi- R_ectifi- lndicadorl

lnstrumentoin dicador

Palpador

l

18

Lado pasa Lado no pasa

Figura 1-84. Verificación de un taladro con el calibremacho,


MEDICIóN ÚruICN, MEDICIóN SUMA,MEDICIóN DIFERENCIA

Para mediciones directas de piezas cilíndricas y planas se emplea unpalpador inductivo especial. Su aplicación es idéntica al caso de loscomparadores de precisión mecánicos. Con dos palpadores se ¡ndi-ca la suma de las desviaciones recogidas por los dos palpadores in-ductivos conectados..

Este método evita la aparición de errores de posición en la medi-ción de espesores. y de errores de redondez en la medición de diá-metros.

En el caso de medición de diferencias se indica la diferencia delos valores determinados por los dos palpadores inductivos conec-tados.

1.2.6 Verificación con calibres

CALIBRES DE FORMA Y CALIBRES DE COTAS

Con el calibre de forma se verifica la forma prevista de una pieza.Calibres de forma son, p. ej., ángulos. falsas escuadras, calibres deradios y calibres de redondeamientos.

Con los calibres de cotas se verifican longitudes, p. ej., ranuras,taladros y mortajas. Los calibres de cotas se.componen siempre deun juego en el que en cada calibre va incrementándose la cota,

Medios de verificación son, p. ej., las galgas, calibres de exterio-res, calibres para espesóres de chapas. calibres de interiores y cali'bres para inyectores.

Con los calibres de ajuste por parejas se verifica si las piezas fun-cionan en cuanto al ajuste. Así puede estar bien la gufa en cuanto a

forma pero no funcionar el ajuste por no estar recta.Con los calibres de tolerancias se verifica si el valor real del obje.

to está dentro de la toleranc¡a.

CALIBRES DE TOLERANCIAS

En la fabricación, las piezas tienen siempre pequeñas diferencias conlas cotas establecidas. En un taladro de diámetro nominal 20 seacepta la cota como correcta si la cota.de fabricación es como máxi-mo 20,021 mm ycomo mínimo2O,O0O mm, por lo que todos lostala-dros con diámetro superior a 2O,O21 son <rechazos>, y todos losque están entre 2O,O21 y 2O,0OO son <rbuenos>. Los taladros por de-bajo de 2O,0OO deben retaladrarse. Las diferencias adm¡t¡das en tala-dros y ejes se verifican con calibres de tolerancias. Estos calibres tie-nen dos cotas fijas:

El lado bueno se designa (pasar,. y el lado de rechazo con (nopasaD y color rojo. La cota nominal y las diferencias están grabadasen el calibre.

Los calib¡es machos son calibres para cotas interiores y en ellado ano pasar tienen un diámetro superior al del lado <pasar. Elmacho o vástago debe entrar en el taladro por el lado <pasa>, mien-

Medición de7 espesotes

Figura 1:'78,Calibre de forma.

Figura 1-8O. Calibrede a¡ustcs'

Figura 1-82. Calibrede inyectorás.

Para comprobar orificiosde inyectores

Mediciones suma y diferencia.

Figura 1-79.Calibre de cotas.

Figura 1-81. Calibrede toleranbias.

Figura 1-83. Calibre desuperficies redondeadas.

Para determinar los radiosde las piezas


tras que el lado (no pasa) debe como máximo apuntar. El lado nopasa tiene sólo los 2/3 de la longitud del lado pasa.

Los calibres de herradura son calibres para cotas exteriores y enel lado rpasar tienen la cota mayor.

Los calibres de fabricación se emplean para verificar una piezadurante la fabricación.

Los calibres de revisión se ut¡l¡zan para el control propio de lapieza fabricada. En el lado <pasan sus cotas deben estar más cercadel límite de desgaste que las cotas de los correspondientes cali-bres de fabricación.

Los calibres de recepción se emplean para la recepción de la pie-za por el cliente. Sus cotas deben diferenciarse de las de los calibresde revisión, y admitir el desgaste total de los límites válidos para eldesgaste de los calibres de fabricación.

Los calibres de verificación se utilizan para verificar los calibresde fabricación. Si el calibre a verificar es regulable, entonces el cali-bre de verificación se emplea como calibre de reglaje.

La tolerancia de fabricación H y el desgaste admitido Adependen de la magnitud de la cota nominal y del número distintivode la calidad.

1.3 Medios de verificación de angulos

1.3.1 Verificación con calibres de ángulos fijos

UNIDADES PARA ÁruCUIOS

De acuerdo con el sistema de unidades Sl, la magnitud de un ánguloplano se define como la relación del arco al lado, tomando éste comoradio de la circunferencia trazada desde el vértice sobre la cual semide el arco.

Como unidad se toma el ángulo plano para el cual la relación delongitudes (arco a radio> vale 1. Esta unidad se llama radián (sím-bolo: rad).

Ejemplo: s:1 m, /:1 m;1 rad: l:

En la técnica, para verificar ángulos se emplea el grado con el mi-nuto y el segundo como submúltiplos. Para la subdivisión de la cur-cunferencia se considera preferentemente que tiene 360..

Dependencia entre rad¡án y gradoÁngulo completo:1 ángulo completo:2:r rad

Ánoulo recto: : 1 r -Irad:90""z2nrad tr 1lbraoo: r -=60--1€0rad: 90

Lado pasa Lado no pasa

Exceso inferiornominal =

cota mínima 19,979 mm<No pasar

Diámetro delárbol menor.quela cota mínima

Figura 1-85. Verificación de un árbol con el calibre detolerancias.

Pasa No pasa Pasa No pasa

@ lsl9¡6¡si¿ f3$¡i6. f = tolerancia entreg

Desgaste admitido cota máxima y mínima

Figgra 1-86. Precisión de fabricaó¡ón y desgaste adm¡t¡-do en los calibres de tole¡ancias.

Figura 1-87. Radián y grado.

Ángulo incorrecto(menor) Ángulocorrecto

Figura 1-88. Escuadra plana

Figura 1-89. Escuadra de talón

19

Cota

lm-n1m-'

Minuto: t' -rctoo taa-li

Sesundo: 1 " :64g%00'uo :liRadián: t ,ua:3!2' :st,z"

¡J loleranctag

Desgaste

ta

Figura 1-9O. Escuadra de filo.

Ejemplo EjemPlo

+15o+5o +10'+30"+15" =20o10'45" +J0o -5o +20'-f'=25"11'

Figura 1-91. Galgas angulares.

Escala principal

Figura 1-92. Nonius angular.

L-ectu ra1 130

a=113o-90o= 2lo

p =1800-1t3o=6?o

Pieza

Figura 1-93. Loctura del transportador.


ESCUADRAS F|JAS (DE ÁNGULO F|JO)

Como escuadras fijas se emplean en fabricación las de acero, de 9O',60",45o y 120". Según DlN, las escuadras de acero de 9Oo se divi-den en escuadras planas (forma A), escuadras de talón (forma B) y es-cuadras de filo {forma C}.

Con ella, se verifica la posición de las aristas y superficies de lapieza. Cuando se verif¡ca la fabricación, debe existir una superficieplana mecanizada de la pieza que sirva de superficie de referencia.

La escuadra de talón resulta muy adecuada para ver¡ficar el ángu-lo y la cota cuando hay que trazar una arista de plegado. La distanciade la línea lrazada a la arista de referencia de la pieza, se verifica conla regla.

Con la escuadra de filo se determina el ángulo y el estado superf¡-cial. La verificación se hace por el procedimiento de la rendija de luz.Si se enfrentan la superfioie mecan¡zada de la pieza y la superficie deverificación, y se ponen a la luz, se observa una rendija. Cuanto másuniforme sea la rend¡ja de luz, tanto más precisa será la angularidad.

GALGAS ANGULARES

Las galgas angulares son de acero y pueden acoplarse por fricc¡óncomo las galgas paralelas. Se emplean para verificar calibres, herra-¡nientas y piezas, para ajustar máquinas y útiles, para lrazat y para tra-bajos de división.

Un juego grande se compone de6 galgas de 1, 3, 5, 1 5, 30, 45 grados5 galgas de 1, 3, 5, 20, 30 minutos5 galgas de 1, 3, 5, 20, 30 seiundosCampo de medición desde Oo hasta 9Oo, de 1 en 1 segundos.

1.3.2 Verificaciónde ángulos

con instrumentos de medición

20

Gon los cal¡bres para ángulos se puede determinar la an-gularidad de las superf¡cies, y con los transportadores deángulos e¡ valor de éstos.

TRANSPORTADORES INDICADORES

El transportador más sencillo es el de patilla en forma de aguja, regu-lable a lo largo de una escala de O" a 180o. La inseguridad de medi-ción es de 1 grado (1").

Con el transportador universal pueden realizarse medicionescon una inseguridad de 5 minutos (5'). El transportador universal secompone de un carrilfijo y otro móvil. La escala circular principal estásubdividida en 4 veces 90'y sirve para leer ángulos enteros. Elnonius angularse compone de un arco de 23o, subdividido en docepartes iguales.

Cada subdivisión de la escala del nonius vale23o/12= l" 55',ycada dos subdivisiones de la escala principal 2o.

Entre ambas divisiones existe por tanto una diferencia de2o - 23o/12 = 1"112 ó 60'/'12 = 5' (c¡nco minutos).

Adición


Regta de lectura: se cuentan los ángulos enteros en la escalaprincipal desde Oo ó 90', hasta el cero del nonius angular. Se sigueen el mismo sentido por el nonius y se busca la posición en la cualuna subdivisión de la escala principal coincide con una subdivisióndel nonius. Esta subdivisión indica las veces que hay que añadir1"/12 = 5' a la lectura en grados enteros.

Medición de ángulos agudos y ángulos obtusos

En la lectura de ángulos agudos la medida es igual al valor leído.Los ángulos obtusos miden entre 9O y 180'.En la medición de ángulos obtusos, la medida del ángulo es:

Medida = 18Oo - valor de la lectura

Con el nivel de burbuja puede determinarse la posición horizon-tal o vertical. El tubo está ligeramente abombado y lleno de éter, ex-cepto una pequeña burbuja, que se coloca siempre en la parte másalta del tubo. Su posición puede leerse en una escala graduada.

Ejemplo:

1 subdivisión corresponde a una desviación de 0,2 mm sobre 1 m. Para unadesviación de por elemplo 3 subdivisiones, la superficie de la pieza está ¡ncl¡-nada respecto a la horizontal Q vertical:

1rn o: -o-É-.ltt :0.0006; a:2' inclinación1 000 mm

Lectura 54"25'Pieza

Figura 1-96. Medición de un ángulo agudo.

Pa¡a realizar la verificación se coloca el nivel sobre una superfi-cie plana horizontal y se gira 180o. La burbuja debe tener la'mismaoscilación en ambas posiciones.

I\IIVEL PARA ÁruCUIOS

Este instrumento está provisto de un círculo divisor de cristal; de1 2Oo y una graduación fina de 60' por grado. La lectura de la gradua-ción fina se hace mediante un microscopio de 40 aumentos. Un nivellongitudinal con una lectura de 30" y 2 mm de recorrido de la burbu-ja, facilita el ajuste de la posición horizontal.

Forma de trabajo:

1. Ajustar el disco giratorio a Oo.2. Colocar el instrumento sobre la mesa de mediry ajustar la posi-

ción horizontal con ayuda del nivel.3. Colocar la pieza a medir sobre la mdsa y el nivel sobre la pieza.4. Girar el disco hasta que el nivel quede horizontal, y leer el ángulo

con el microscopio.

Figura 1-94, Transportador universal,

Burbuja de gas Nivel

Nrvel transversal

21

Escala(lectura

Tornillo de fijación grande(medir ángulo,apretar torn¡llo)

Guíamóvil

orincioal Nonius en'de lós grados¡ (lectura dem¡nutoslos minutos)

para la guía móvil

División exter¡or longitudinal

S

a

Superficie inclinada

1-95. Nivel.

Figura 1-97. Medición de un ángulo obtuso.

Nivel transversal

Figura 1-98. Nivel

SuborvisiónO,2 mm/m

Lectura 50'55'

Microscopio de lectura

para ángulos, con mícroscofio.


TRANSPORTADORES DE ÁNGULOS GRADUABLES

La regla de senos es un transpor:tadorde ángulos regulable. El dispo-sitivo medidor se compone de una regla que fija los dos rodillos demedición a una distancia conocida, p.ej., L = 2OO mm, y una galgaparalela E de cuya longitud depende el ángulo c. Con esta disposi-ción puede ajustarse cualquier ángulo dentro de un intervalo deter-minado.

Ejemplo:

L = 2OO mm, E (combinación de galgas) = 89,24 mm. Con esto se forma untriángulo rectángulo cuya hipotenusa tiene la longitud t y el cateto opuesto laaltura F de la galga.

Cateto opuesto ES€flü: ;¡: : ;Send:;Hrpotenusa L

,",il::_ffi:o4462Medición de conos con galgas cilíndricas y paralelas

Las dos galgas paralelas deben tener la misma longitud y las doscilíndricas (cilindros, rodillos) el mismo diámetro.

Con la disposición de la figura (medición de conos exteriores) se

tiene el semiángulo del cono t.Para el cálculo se emplea la función tangente, tun | =

_ Cateto oDuesto=cffi;,dondpelcatetoopUeStopuedeexpresarsepord, -d"=T y el cateto adyacente por la longitud I de la galga paralela.

Ejemplo: dr:60 mm, dz:45mm, t:38,76 mm

t""\-$f t"";:$ffiffir

Ve

sá

Tnt

Figura 1-99. Mesa de senos,

sen¿= { E^4Figura 1-1OO. Verificación delregla de senos y comparador.

Comparador

G alga

ángulo de una pieza con

a¡ltd

t(

lr

cüñák

pfisllI

t

II

d.

Galga cilíndrica

Galga paralela

Jl

Figura 1-1O1 . Medición de ángulos exteriores con gal-gas cilíndricas y paralelas.

1.4 Trazado de p¡ezas

1.4.1 lnstrumentos de trazar

En el trazado se marcan sobre la pieza en bruto el contorno, lasaberturas, los centros de taladros y las distancias entre esos centros.

:o,2118

ánsuto l: t z' 11'

Limpiar la superficie de medición antes de verificar. -Proteger contra la suciedad, golpes y ácidos. - No reto-car los defectos de la regla. - Ejercer siempre la mismafuerza al efectuar la verificación. - No verificar las pie-zas hasta que no se alcance la temperatura de referen-cia. - Para guardar la regla empleartrapos limpios o unlugar especial. - No colocar nunca la regla junto con lasherramientas. - Después de utilizarla, limpiarla y en-grasarla ligeramente.

L


. Hay que tener en cuenta lo siguiente:

- suficiente precisióri al'trasladar las cotas.

- buena visibilidad de los trazos,

- no dañar la superficie de la pieza.El trazado es un trabajo manual preciso que ocasiona grandes

gastos.El trazado se emplea en la construcción de herramientas, cali-

bres y útiles y en la fabricación de piezas sueltas antes de la meca-nización.

En la fabricación en serie las piezas ya no se trazan, puesto quelas máquinas herramientas se ajustan con exactitud y se programanautomáticamente. Para un gran número de piezas se empleandispos¡tivos o rftiles, así como plantillas que facilitan el trabajo.

lnstrumentos de trazar

Con la punta de trazar o con el gramil se trazan líneas rectas, Paratrazar aristas de corte en materiales metálicos se emplea general-mente una punta de trazar de acero con la punta templada, y con unángulo de 1O grados aproximadamente. Para mater¡ales duros se em-plean puntas de trazar de una aleación de cobre y cinc (latón), con elfin de no dañar la superficie. También se utilizan para aristas de ple-gado a fin de evitar la entalladura. Las llneas se ven debido al roza-miento. Para chapas delgadas y trazados que no dañen a los materia-les blandos (aluminio) se emplea un lápiz.

Las cotas se toman del patrón, siempre qu€ la regla no esté com-binada con el instrumento de trazar, como en el gramil o el trazadorde alturas.

Con el compás de puntas se trasladan las cotas o las circunferen-cias a la pieza. Se pueden emplear compases de puntas con o sin dis-positivo de fijación. Con las puntas óerradas. éstas deben tocarse.Para distancias grandes se emplea el compás de varas.

Con la escuadra de centrar, la escuadra de cruz y el granete, setrazan rápida y exactamente los centros de ejes y taladros.

Sin necesidad de trazado previo puede granetearse el centro deun eje con la ayuda de una campana de centrar. Su forma cónica haceposible utilizarla para ejes de diferentes diámetros.

Con el gramil se trazan lfneas paralelas al plano del mármol detraza¡. La altura de la punta se ajusta con la ayuda de una regla gra-duada.

El mármol de trazar es una placa de fundición gris con nervios derefuezo. Debe colocarse horizontalmente. Para la exactitud deltrabajo es muy importante que la superficie del mármol sea impeca.ble. A menudo es necesario colocar primero la pieza sobre el már-mol en la posición correcta. Para ello se emplean soportes y elemen.tos de nivelación (prismas para apoyar piezas cilíndricas, bases derodillos y tornillos niveladores).

Proceso de trazadoT¡azado con plantillaAl fabricar piezas en grandes cantidades o piezas de forma complica-da, se emplean para trazar plantillas o piezas tipo, las cuales se colo-can sobre la pieza alÍazü y luego se sigue el contorno con la puntade l¡azar. Para colocar la plantilla deben emplearse dos puntos de fi-jación.

Al trazar hay que tener en cuenta:La punta de lrazar debe deslizarse libremente a lo largo de la regla, laescuadra del¡aza¡ o la plantilla. Con la punia fijada al gramil pueden

Sólo una serie derayas divisoras

lncorrecto

recto torcido

Figura 1-1O2. Marcado de rayas paralelas,

23

Figura 1-103,Trazado con gramil.

Figura 1-105. Marcadode circunferencias.En el trazado de circunferenciasla presión se ejerce en el brazoapoyado en el centro de rotación.

Esta posiciónde la reglafacilita eltrazado

Figura 1-104.T¡azado con compás.

laraf

Es

E

Figura f -106. Centrado de e¡es y talaóoc.

Punta de trazaf


Ajuste de la cota con la escala para alturas,y traslado a la pieza

trazarse líneas paralelas al plano del trazado o a la arista de la pieza.Con el gramil hay que tener cuidado de que la aguja quede corta yesté bien sujeta,

Las líneas o trazos deben ser lo más finos posible, pero claros. Enlas piezas de fundición y de forja se da fucsina a la superficie (aceiteteñido de rojo). Los metales ligeros se pintan generalmente con lacade tÍazar negra o roja. A las piezas para máquinas que ya han sufridoun mecanizado de desbaste, se les apl¡ca una pintura azul o se las co-lorea con una pasta de trazar, y también se cobrean previamente conuna solución de sulfato de cobre. Antes de trazar debe alisarse la su-perficie, con el fin de que el trazo sea b¡en visible. Paratazar se partede una línea de referencia (eje) o de una arista.

GraneteadoLas líneas pueden marcarse con granetazos de control (las líneas lar-gas rectas a grandes intervalos, y las de recorrido variable a inter-valos más cortos entre granetazos). La punta del granete debe tenerun ángulo de 30 a 4Oo. Los granetes para corte con soplete tienen unángulo de 60o a 75o.

Los granetes para taladros tienen un ángulo de 90' y se empleanpara ensanchar los granetazos de trazado, con el fin de guiar la broca.Los agujeros por taladrar deben llevar circunferencias y puntos degranete de control con fines de verificación,

Figura 1-111. Trazado de divisiones para orificios.Si no existe centro en el taladro de la pieza atrazar, se coloca un taco de madera como basedel compás.

Ejercicío de trazadoReflexiones preparatorias

- Leer el plano de la pieza y determinar las aristas de referencia.

Figura 1-107. Trazado en el mármol.Marcado de un eje con prisma y gramil, para determinar elcentro.

Punta de trazar

Figura 1-1O8. Trazado con plantilla.

Figura 1-1O9. Graneteado correcto.a) Colocar el granete inclinado de forma que se vea el

centro.b) Colocar el granete vertical y granetear,

Figura 1-11O. Puntos de granete para comprobación.lf Graneteado a dist€ncias grandes.2f Poner puntos de granete más cerca.

i

1

Tornillo de nivelación

Trazo curvo


- Medir la pieza semiacabada y en caso necesario limar en formaplana o angular la superficie de referencia.

- Preparar los instrumentos de trazar (punta de trazar, compás, re-gla graduada y escuad!'a de talón).

- Decisión sobre la eventual aplicación de una laca de l¡azar.

- Elección del granete (granete de trazar o granete de taladrar).

- Preparación de una base de apoyo para marcar con el granete(báse plana o prismática).

Realización técnica

- Marcar todas las cotas partiendo del borde A. Dibujar todas laslfneas paralelas a Ai sólo en las proximidades de los puntos deintersección.

- Trazar el eje 8. Dibujar todas las líneas paralelas al eje 8.

- Marcar con el granete los centros de las circunferencias y dibu-jarlas.Dibujar las líneas de unión.Marcar el ángulo de 9Oo en los puntos de intersección de laslíneas de plegado y dibujar líneas paialelas a 5 mm de distanciade la línea de plegado.

UtilesLos útiles hacen posible la fijación rápida y exacta de las piezas. Pue-den construirse con piezas normalizadas, perfiles, placas base y es-cuadras. Las escuadras deben tener una planicidad y angularidadexactas.

Para fijar las piezas se emplean bridas de tensión mecánicas obridas roscadas, así como elementos neumáticos e hidráulicos.

La nivelación correcta de la pieza respecto de la herramienta seconsigue mediante pasadores, bulones, topes y prismas. La figuramuestra un ejemplo de útil de fijación para taladrar perfiles angu-lares. Al comparar los costes de fabricación de piezas fabricadas ma-nualmente una a una, con los de las fabricadas en serie, hay que te-ner en cuenta la influencia de diversas magnitudes.

1. Por debajo de un número determinado de piezas el coste conútiles es mayor que sin ellos. Algunas causas de esto son: el cos-te de la fabricación de los útiles, el valor del utillaje y la adapta-ción al sistema de fabricación.

2. Po¡ encima de un número determinado de piezas, los útiles supo-nen un ahorro. Algunas causas de ello son: almacenamiento máscorto debido a la reducción del tiempo de recorrido de las piezas.Menores costes de mano de obra y máquinas por el acortamientode los t¡empos por pieza. lntereses más bajos por el incrementodel tiempo útil de las máquinas. Disminución de los costes de he-rramientas al emplear un menor número de medios de verifica-ción y de herramientas de trazar.

Hay que tener en cuenta:No quemar la punta de trazar afilándola. - Sujetar fija-mente la punta de trazar en el gramil, y de forma que que-de corta. - Llevar la punta de trazar a lo largo de la aris-ta inferior de la regla. - Evitar los trazos dobles. - Lostrazos no deben desaparecer al l¡mar en desbaste. - Noutilizar el mármol como placa de enderezar.

b_

AA'

cpooo.E

É¡€óo@9loEU(J Cr

Figura 1-112. Ejercicio de trazado.

Figura 1-113. Útil para taladrar angulares de acero.

| ¡"ur¡"""¡ón pieza a pieza

Fabricaciónsene

Número de piezas nFigura 1-114. lnfluencia de los út¡les en bs costs.

26

Ejercicios

Fundamentos

Magnitudes, unidades, símbolos1. De una pieza se conocen las siguientes dimensiones:

l=250 mm, m=0,65 kg, ¡=303 K

¿Oué magn¡tudes y unidades fundamentales se indican deesta forma?

2. ¿A qué magnitudes fundamentales están asignadas las unida-des fundamentales kilogramo (kg), segundo (s) y metro (m)?

3. Oefinir la unidad fundamental (metroD.4. Convertir las siguientes magnitudes ffsicas en múltiplos

decimales:a) 200 cm, b) 40000 kg, c) 35 dam

5. Convertir las siguientes magnitudes físicas en submúltiplosdecimales de las unidades:a) 0,0005 mm, b) 0.06788 m, c) 0,000040 s

6. Expresar las siguientes longitudes en mm:0,03m; 0,06dm; 0,45cm; 0,0007m; ,/"',i ,/o,'

7. El diámetro de un bulón de acero es de 18,91 mm y seaumenta por galvanizado (capa protectora de cromo) a 18,95mm. /Oué espesor tiene la capa protectora en ¡rm?

Operaciones de verificación, conceptos de metrología,errores de medición8. De un redondo deben cortarse 81 2 piezas cilfndricas de

150 mm de longitud cada una. ¿Oué vorif¡caciones deben rea'lizarse en la pieza?

9. Ordenar los siguientes instrumentos de medición en a) patro'nes, yó) instrumentos indicadores: escala graduada, transpor-tador de ángulos, galgas angulares, tornillo micrométr¡co, gal-gas paralelas, pie de rey.

10. Definir la dife¡encia entre medición y calibrado.1 1. Dar un ejemplo de medición directa y otro de m€dición ind¡-

16cta.12. Una cota de fabricación ". so13:?

a) Deteminar la cota máxima, la cota mlnima y la diferen-cia (tolerancia).

ó) Decisión, si la medida es 50,4 mm.13. Un plano indica como medida teórica una longitud de

20,5 mm. La cota real puede desviarse un 1% de la teórica.¿Oué longitudes están admitidas?

14. Explicar un proc€so de medición indirecta empleando uncompás. lndicar las posibles causas de error.

15. En un instrumento de medición se distingue:a) subdivisión de la escala, valor mlnimo de la escala y me-

dida,ó) lntervalo de indicación e intervalo de medición.Diferenciar estos conceptos,

16. ¿Oué es la inseguridad en el resultado de una medición?17. ¿Oué se €ntiende por (€rror de mediciónr?18. Citar las causas del error de medición.19. Explicar la diferencia entre errores sistemáticos y acciden-

tales.2O. Citar las causas de error más importantos.21. Describir el principio metrológico que se cumple en un tor-

nillo micrométrico de herradura y que no se cumple en un piede rey.

22. Describir el error de lectura denominado <paralajer.23. ¿Dónde y cómo se producen errores del instrumento?24. ¿Qué pueden producir los errores de posición?

verificación de longitudes

25. La temperatura de referencia de una galga es 20oC. LOué valorde medición indica con una temp€ratura superior?

26. ¿Cómo pueden evitarse los errores debidos a la influencia delcalor?

27. ¿Oué ocur¡e si la fuerza que se ejerce al medir es demasiadogrande o demasiado pequeña?

28. Las superficies do medición de los pies de rey y tornillos mi-crométricos pueden desgastarse por una manipulación inade-cuada. ¿Ouá error de medición puedo prosentarse y cómo de-terminarlo?

29. La verificación de un tornillo micromótrico con una galga diocomo resultado: galga de 2O,0OO mm, valo¡ medido con el mi-c¡ómetro 2O,O1O mm.lndicar el e¡ror de medición y decir si s€ trata de un erroraccidental o sistemático.

30. Los instrumentos de medición deben colocarse perpendicu-larmente a la superficie de la pieza. Explicar el motivo.

31. ¿Por qué no debe emplearse ningún comparador de precisiónpara mediciones vastas?

Medios para ver¡ficación de longitudes

Verificación con elementos patrón32. ¿Oué se entiende por patrones?33. Las escalas graduadas son elementos patrones, los pies de

rey son instrumentos indicadores. Explicar por qué.34. Explicar la diferencia entre galgas cillndricas y galgas para-

lelas.35. Opinar sobre:

a) Manejo de las galgas paralelas,ó) Composición de una combinación de galgas.

36. Componer con un juego de galgas que consta de las 26 pie-zas siguientes:

1,0O1 hasta 1,O09;'t.o1 11 ,o2/1 ,o3/1,061.1 /1 ,2/1.3/1 ,61/213/610/20/3o/60/10o mnlas siguientes cotas:

a) 6,387 mmb) 38.45 mmc) 60,002 mmd) 74,026 mme) 100.13 mmf) 16,445 mm

empleando el mínimo de piezas.37. ¿En qué cota debe ser más pequeño el juego de galgas em-

pleado que el diámetro de un taladro a medir, si se utiliza unportagalgas con patas de medición semirredondas como ca-libre?

Verificación con instrumentos ¡nd¡cadoros38. Explicar la diferencia entre los pies óe rey de la forma A y los

de la forma B.39. ¿Oué mediciones pueden realizarse con los pies de rey?40. ¿A qué pueden atribuirse los erro¡es de medición con el pie de

reyT41. Citar las posibilidades que existen de verificar los llmites de

error de un instrumento de medir longitudes.42. La subdivisión del nonius puede ser de 1/1 0 mm, 1/2O mm ó

1/5O mm. ¿Cómo explicar estos diferentes valores?

u

4

1

a1

1

1

I

I

a

I

Verifícación de longitudes

43. Dibujar para la medida 24,5 mm, la lectura de un pie de reycon nonius de 1/1O con una ampliación de 10 a 1.

¿14. ¿Cómo influye la fuerza aplicada al pie de rey, en el resultadode la medición?

45. ¿Oué se entiend€ por tolerancia libre?46. Para la cota nominal 40 mm y un grado de precisión medio,

determinar las desviaciones admitidas así como las cotasmáxima y mfnima.

47 . Para un ángulo de 2Oo y un grado de precisión vasto, o sea contolerancia libre, determinar el ángulo máximo y el mlnimo ad-mitidos.

48. Hacer un esquema del principio técnico de un tornillo micro-métrico con escala de 1/100 mm.

49. lndicar las fuentes de error que pueden presentarse al medircon un tornillo micrométrico de herradura.

5O. Fundementar los errores representados en la figura 1-54cuando se mide con un tornillo micrométrico para interiores,

51. ¿Con qué dispositivo se mantien€ constante la fuerza de me-dición en un tornillo micrométrico de herradura?

52. Razonar la aparición de errores en la medición cuando las su-perficies de medición están suc¡as; la temperatura de la piezaestá por encima de la temperatura de referencia.

Ve¡ificación con comparadores de prec¡s¡óny con ¡nstrumentos neumáticos y electrónicos53. Describir la importancia de la transmisión en los compara-

dores de precisión.

57.

58.59.60.

Explicar la forma de actuar de un comparador de precisión conbarra, muesca y filo.¿Por que deben tener una carrera libre los comparadores deprecisión?Explicar la diferencia entre el comparador de precisión conmultiplicac¡ón combinada de palanca y rueda dentada y elcomparador con multiplicación por fleje tensor.Explicar la transmisión de un comparador de precisión conpalpador mecánico y amplificación eléctrica.¿Oué ventajas reporta la medición múltiple?iCómo se const¡tuye una medición múltiple?lQué ventajas t¡enen los instrumentos de medición neumá-t¡cos?

61. Describi¡ el procedimiento de medición por presión.62. Describi¡ el procedimiento de medición pordiferencia de pre-

srones.63. Describir el procedimiento de medición por volumen.64. Describir el procedimiento de medición por velocidad.65. La medición de longitudes con instrumentos electrónicos se

hace por medio de una cadena de medición.a) Citar cada uno de los instrumentos.ó) Explicar la diferencia entre indicación analógica y di-

gital.c) Explicar un principio de medición d€ long¡rudes.

66. Citar ejemplos de medición rinica, medición suma, y medi-ción diferencia con instrumentos electrónicos para longi-tudes.

Verificación con cal¡bres67. Explicar la diferencia entre calibres de forma y calibres de

cotas.

68. ¿Oué puede. verificarse con los calibres?69. ¿Cómo es posible determinar el (pasaD o <no pasar al emplear'

un calibre de tolerancias (calibre de exteriores o de inte-riores)?

70. ¿Oué significa la marca roja en los calibres de toleranc¡as?71. ¿Cómo debe ser la fuerza de verificación cuando se trabaja

con calibres de tolerancias?72. ¿Oué ocurre si un calibre de exteriores se aprieta con una fuer-

za superior a la admitida contra el eje a medir?

Medios para ver¡ficación de ángulos73. Definir la unidad angular radián e indicar la dependencia entre

grado y radián.74, En las escuadras de acero de 9Oo sE distingue la forma A, la

foema B y la forma C. Detallar estas escuadras e indicar suaplicación.

75. Con un luego dn galgas angulares formado por:6 galgas de t ' 5, 1 5, 30. 45 grados5 galgas de 1, 3, 5, 20, 30 minutos5 galgas de 1, 3, 5, 20, 30 segundos,componer las siguientes cotas angulares:

a) 63' 1 5' 35"b) 17" 45', 12"c) 38" 0' 5"d) 88' 12'e) 10" 37'38"Í) o" 16' 17"

Explicar la inseguridad de medición de 5' con un transpor-tador de ángulos unive¡sal.ZOué dice la regla de lectura para los transportadores uni-versales?¿Oué es un nivel de ángulos?¿De acuerdo con qué principio trabaja una regla de senos?¿Por qué se designa la regla de senos como un transportadorregulable?

81. Con una regla de senos ha de ajustarse un ángulo de 1 4o 1 0'.L = 2OO mm. ¿Oué combinación de galgas E es necesaria?

82. Describir la medición de conos con galgas cilíndricas y congalgas paralelas.

Trazado de piezas83. ¿Oué finalidad tiene el t¡azado?84. ¿Por qué y en quó casos se traza con lápiz o con la punta de

latón?85, ¿Cómo se preparan las piezas para que los trazos sean bien

visibles?86. ¿Por qué se parte, al trazar, de aristas de referencia?87. Citar las herramie¡rtas de trazar más importantes y dar ejem-

plos de su aplicación.88. lnscribir en unas circunferencias de diámetro 60, un cuadra-

do, un octágono, un triángulo, un hexágono, un pentágono yun heptágono.

27

54.

55.

56. 76.

77.

74.79.80.

TECNOLOGIA

cpoof!o(L

1980 Año

Figura 2-1. Disponibilidad de los materiales.Los primeros materiales los encontró el hombre en la natu-raleza (materiales naturales). Eran productos animales(lana, seda, cuero, cuerno), vegetales (madera, resina) o mi-nerales (cristales, piedras, arcilla). Los materiales industria-les actuales se obt¡enen generalmente de forma sintét¡ca(acero, metales ligeros, plásticos). Los componentes sonsubstancias básicas que se encuentran en la corteza terres-tre o en la atmósfera. La figura muestra el crecimiento delos plásticos, así como la importancia de los materialesmetálicos.

1 900

Madera Plást¡cosCuero Vidrio

Amianto CerámicaHomigón

Lubr¡f¡cantes y

lubr¡f¡cantesrefrigerantes

Abrssivosy pul¡mentos

P6gamentosProductos

de limp¡eza

Subdivisión de los metalesde acuerdo con criter¡os técnicos1. Densidad: metales ligeros y metales pesados (límite =4,5 g/cmr).2. Punto de fusión: Metales de bajo punto de fusión (por debajo de

1 OOO'C); metales de punto de fusión medio (entre 1 OO0 y2 OOO'C); metales de punto de fusión alto (por encima de2 000'c).

3. Estabilidad química: Metales nobles, p. ej., oro, plata, platino, ymetales no nobles, como hierro, cinc, aluminio, etc.

4. Significado para la industria: Metales férreos y metales no fé-rreos.

5. Elaboración (obtención de brutos, conformación, separación yensamblaje): mate?iales fundibles y materiales maleables.

CUERPOS Y SUS ESTADOS DE AGREGACIóN

Por cuerpo se entiende en fís¡ca toda cantidad limitada de unasubstanc¡a, por ejemplo, una placa de plástico, una pieza de acero

Cueroo sólido Las partículas de la substanciaestán f¡rrtemente unidas

Figura 2-2. Cuerpo sólido.

Líquido Las partlculas de la substancia(fundición) son fácilmente desplazables

Figura 2-3. Líquido.

2 Materiales

2.1 Propiedades de los materiales

2.1.1 Propiedades fÍsicas

SUBDIVISIóN DE LOS MATERIALES

Acero MetalesMateriales l¡geroscolables Metales

- pesados

Metalesno

a I eadosAleaciones

GasLas partfculas de la substancia

se mueven l¡bremente

Figura 2-4. Gas.

La bola pasa

La bola queda

Figura 2-5. Los cuerpoc sólidos se dilatan al calentarlos.

Materiales

redondo, una cantidad de agua o ácido en un recipiente, una cant¡-dad de hidrógeno o acet¡leno en una botella de cristal. Se habla decuerpos sólidos (plástico, acero), de llquidos (agua, ácido) y degases (hidrógeno, acetileno).

Los cuerpos sólidos tienen una forma y un volumen determina-dos. La forma del cuerpo puede modificarse por la acción de fuerzas,p. ej., por doblado, recalcado y prensado, permaneciendo el volumencasi invariable.

Las partfculas más pequeñas (átomos/moléculas) están muy juntas en unaposición fila, la cual no pueden abandonar por sf mismas. Ni siquiera aplican-do grandes presiones pueden separarse.

Los líquidos no tienen forma determinada y toman la del recipien-te que los contiene, formando una superficie casi horizontal. Por pre-sión tampoco puede reducirse apenas el volumen de un líquido.

Las partículas más pequeñas pueden desplazarse fácilmente, así como sepa-rarse.

Los gases no tienen forma y se ,"parten un¡formemente en elespacio de que disponen.

Las partículas están completamente libres, se mueven sin ningún orden y seencuentran a distancias relativamente grandes entre sf,

DIIATACIóN POR EL CALOR

Ensayo: La bola de acero de la figura puede pasar suavemente por elanillo a la temperatura ambiente. Si se calienta a unos 3OO"C quedaretenida en el anillo,

Ensayo: Se calienta una cantidad de líquido y otra de gas. La dilatación, aigual aportación de calor, es notablemente mayor que en los cuerpos sólidos.

Al aumentar la temperatura, los cuerpos se d¡latan entodas direcc¡ones y adqu¡eren un volumen mayor.

Observación: Toda substancia se compone de partíeulas (átomos o molécu-las) que se encuentran €n un cont¡nuo estado de movimiento, En los cuerpossólidos se trata de un movimiento de ida y vuelta alrededor de un punto filo;en los cuerpos lfquidos y gaseosos el movimiento es l¡bre y desordenado, y enlos gases incluso especialmente vivo.

Al aportarse calor aumenta la energía dinámica de las partículas,con lo que éstas tienden a apartarse de su posición de équilibrio, latextura de la substancia pierde consistencia y el cuerpo se dilata.

Al enfriar un cuerpo sólido se hace más lenta la oscilación de laspartículas, y el cuerpo se contrae. Casi todas las substancias se con-traen al enfriarse. La fundición de hierro, p, ej., se contrae en un 196

de su longitud inicial, en todas direcciones, al enfriarse después de lacolada.

Figura 2-6. Los llquidosse dilatan al calentar.los.

Figwa 2-7. Los gases sedilatan al calentarlos.

DEDE

ó00I orI soioc 400oE 100fg 200Q)oE 100oF

0

TEMPERATURATEMPERATURA

FUSIóN _SOLIDIFICACIÓN

I:

IiI

Ensayo: En dos crisoles de acero se calientan plomo y estaño. A una determi-nada temperatura -su temperatura de fusión- (plomo: 327"C; estaño:232"Cl', ambos cuerpos pasan al estado líquido.

Termómetro

Tiempo en s -*

Fusión y solidificación del plomoFigura 2-8.

Materiales

Ensayo: Se enfrían los metales lfquidos plomo y estaño. En un punto deter-minado para cada uno (temperatura de equilibrio) la temperatura se mantieneal principio constante durante un c¡erto tiempo. Durante este t¡empo se sol¡-difica el mater¡al. A continuación la temperatura sigue descendiendo unifor-memgnte,

La temperatura de fusión y la temperatura de solid¡fi-cación son ¡qualos.

Obse¡vación: mediante calentamiento hasta la temperatura de fusión, laenergfa dináinica de las partfculas de un cuerpo sólido se hace tan grande queya no pueden volver a su estado de equilibrio. La unión sólida se rompe y elcuerpo se vuelve llquido.

Al enfriar un cuerpo lfquiOo, la energfa dinámica de las partículasdisminuye, volviendo poco a poco a la unión sólida. En este proceso sedesprende calor, de forma que la temperatura permanece constanteun coño intervalo de tiempo. La temperqtuia al inicio de la solidifi-cación se llama temperatura o punto de equilibrio. En las substan-cias no cristalinas. como el vidrio, no exisfe esie.tipo de punto defusión.

TEMPERATURA DE EBULLICIóN _TEM PERATU RA DE CONDENSACIóN

Ensayo: En una probeta se calienta mercurio lfquido. A la temperatura óe ebu-llición (357'C) el metal se convierte en gas, pero en el borde superior de laprob€ta se depos¡ta de nuevo en forma de líquido, es decir se condensa.

Observación: A cbusa del calentamiento, las partfculas adqu¡eren, hastaalcanzar el punto de ebullición, una energía dinámica de tal magnitud queabandonan la unión líquida e irrumpen en el espacio, es decir el líquido seevapora.

MASA, PESO, DENSIDAD

Tener masa es una propiedád de to=da materia. Esto se explica por lacantidad y tipo de partfculas de que se compone el cuerpo. La masase exterioriza por la resistenc¡a del cuerpo a los cambios de su esta-do de movimiento.

Efemplo:

Un cuerpo permanece en reposo en tanto no áctúe sobre él alguna fuerza. Enel caso de arranque súbito (figura), el cuerpo bascula. Esto explica la resis-tencia (inercia) de la masa.

Como unidad de masa se emplea un cilindro de una aleación deplatino e iridio que se conserva en París, de 39 mm de diámetro y39 mm de altura (volumen V= 46,44 cm3). Su masa se designa por1 kg (un kilogramo). La masa de un cuerpo se determina compa-rándola con cuerpos de masa conocida (pesas de la balanza), La com-paración de masas puede hacerse con la balanza de brazos,

Ejemplo:

La masa de una pieza es m = 2 kg.

Peso. Todo cuerpo es atraído por la masa de la Tierra con unafuerza F6. Esta fueza se m¡de en N (newton). La unidad dg masa (elkilogramo) posee, debido a esa atracción, un peso de 9,8.l N,

Figura 2-9. Ebullición y evaporación del me¡curio.(Temperatura de fusión -38,9"C)

Reposo Arranque r€pentino

Figura 2-1O. La ma¡a se exterior¡za por la inercia.

Figura 2-11. Determinac¡ón de la masa por comparacióncon otfa contrastada.

6r=¡oG

E

€,=fE

'r=+

€ = e,81N

Tierra E=r'SDisminución del pesoal alejarse delcentro de la Tierra

31

toc0)

gfooo.EoF

Figura 2-12. El peso de un cuerpo depende del lugar.

Materiales

Ejemplo:

Una persona con 75 ^g de masa carga un ascensor con un peso de Fn =75 kg . 9,81 N/kg = 736 N.

Fórmula: Fu=m.9t Fo-m 9,81!- f. S SglKg

La magnitud de conversión g entre masa y peso,

s:e,81I:s,er 9+:s,81 +Kg s- Kg s-

se llama aceleración de ta graveOad.Fundamento: la velocidad de caída de todos los cuerpos que caen

libremente, aumenta a razón de 9,81 m/s cada segundo. La acelera-ción de la gravedad y el peso dependen del lugar y disminuyen alaumentar la distanc¡a a la Tierra. Así resulta que un cuerpo situado enla Luna tiene 1/6 de su peso en la Tierra, a causa de la menor masa deaquélla.

La densidad caracter¡za una substancia determinada.

Ensayo: Dos dados de metal igual tamaño, deV= 1cm3, están en equili-brio en una balanza. De esto uede deducir que ambos son del mismo ma-terial.

Ensayo: Si se compara un dado de aluminio con otro de cobre, ambos deV= 1 cmt, colocándolos en una balanza, ésta ya no está en equilibrio. Compa-rando con pesas contrastadas se comprueba que el dado de aluminio tieneuna masa de 2,7 g, y el de cobre de 8,9 g.

El cociente de la masa por el volumen de un cuerpo es su den-sidad (símbolo p, que se lee ro).

Ejemplo:

m: 17 ,8 ks, V:2 dn3

':+ ,:r#:L:''' #

I

n t/=ldmlH.erro -aoor"Masa div¡dida pe¡ Cinc Plomovolumen iqual Níquel Plstaá dens¡dad Cromo Manganeso

Tungsteno Vanad¡o

Figura 2-13. Densidad de los matorialés.

l/=lcm¡ V=0,37cm¡ /=0,13cm¡

V=0,11cm3 V=0,09cmr V=0,052cn!

Íigwa2-14. Los cuerpos de distintas substanc¡as t¡€nendiferente volumen a igualdad de masa.

Mag n esi oAlum¡n¡oT¡tan¡o

Densidad

Metales

MagnesioAluminioCincHierroGobrePlomoOro

AireOxígenoNitrógeno

1,29.10-31,43 10-31,25.10-3

de algunas substanc¡as en kg/dm3

No metales (gases a O"G)

1,742,707,137,868,93

11,3519.30

Dióxido de carbono 1,97 10-3Acetileno 1.17.10-3Aceite 0,9Madera de abeto 0,5

Forja Soldadura

Fundición Taladrado

Figura 2-15. Los materiales poseen divereas propieda'des tecnológicas.

2.1.2 Propiedades tecnológ¡cas y mecán¡cas

PROPI EDADES TECNOLóG ICAS

Estas propiedades indican el comportamiento del material al traba-jarlo.

Colabilidad. Se denominan colables los materiales que funden ypueden colarse en moldes a temperaturas rentables. p. ej. fundicióngris, plomo, estaño y aleaciones de cobre.

Maleabilidad. Son maleables los materiales sóli{os que,por laacc¡ón de fuerzas, admiten una variación plástica de la forma, con-

R

tt-

){

Materiales

servando su cohesión, p. ej. en el recalcado, la embutición, el pren-sado, el plegado.

Mecanizabilidad. Se dice que son mecanizables por corte oarranque de virutas, aquellos mater¡ales en los que, aplicando fuer-zas tecnológicamente razonables, puede romperse la cohesión delas partículas.

Soldabilidad. Soldables son los materiales en los que, por uniónde las substancias respectivas (soldadura por fusión o por presión)puede éonseguirse una cohesión local.

La templabilidad indica que la dureza del material puede modifi-carse por transposición de partículas.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Las propiedades mecánicas de un material describen su comporta-miento bajo la acción de fuerzas externas.

Resistencia de un material es su oposición al cambio de forma y ala separación, Las fuerzas externas que pueden presentarse comocarga son: tracción, compresión, flexión, cizalladura y torsión. Todafuerza externa genéra en el materialtensiones de acuerdo con el tipode solicitación, p. ej. tracción y compresión.

Elasticidad y plasticidad son propiedades de cambio de forma,denominado plástico si el cambio es permanente y elástico si no espermanente.

Ensayo: Una chapa fijada por un extremo se dobla con una fuerza pequeñahasta que se observa una fuerte resistencia. Suprimiendo la fuerza, el mate-rial vuelve a su posición de partida.

Observación: Un material se deforma elásticamente cuando es sometido a laacción de fuerzas externas, y vuelve a su forma pr¡mitiva al dejar de actuaraquéllas.

Ensayo: Si una chapa fijada por un extremo se dobla más allá de su límiteelástico, ya no recupera su posición inicial.

Observación: Un material se deforma plásticamente cuando experimenta uncambio permanente de forma debido a la acción de fuerzas externas.

La fragilidad y la tenacidad indican el comportamiento de un ma-terial bajo determinadas solicitaciones. Un material es tenaz si poseecierta capacidad de dilatación, y frágil si se rompe sin deformaciónpermanente notable, p. ej. el vidrio y la fundición gris.

La dureza de un cuerpo se designa como la resistencia que opo-ne a lá penetración de otro cuerpo duro. En los materiales duros no sepueden marcar fácilmente huellas ni rayas (conformar o cortar), Losfilos de las herramientas de corte, p. ej. cincel, sierra y broca, debenser más duios que el material a trabajar. La dureza evita que las super-ficies que se tocan entre sí se desgasten rápidamente. Materiales du-ros son el'acero templado, el metal duro, la fundición dura y el dia-mante.

2.1.3 Propiedades quím¡cas

PROCESOS OUíMICOS Y FíSICOS

En los trabajos de taller se desarrollan procesos físicos, químicos yatómicos. En el proceso de soldadura representado en la figura seextrae oxígeno y acetileno de botellas de acero (proceso físico). El

APPOLD. 3

Fuerzas de tracción y Fuerzas de cortadura encompresión en el estirado una unión remachada

Figura 2-16. En la solicitación mecánica actúan fuerzassobre el material.

Elastic idad

Figura 2-17. Cambio de forma elástica y plástica en eldoblado.

Figura 2-18. Dureza de los materiales.

33

Fuerzas de tracción enla embutición con estirado

Fuezas de compresiónen el recalcado

Material blando Comparación de durezas

34

Envoltura

Materiales

acetiieno se inflama y arde en presencia del oxígeno (proceso quí-mico).

El calor de la combustión calienta el material a soldar y funde lavarilla (proceso flsico). A causa de la alta temperatura de trabajo, elmaterial sufre un cambio de textura porque los enlaces atóniicos setransponen (procesos atóm¡cos).

Para comprender los procesos citados debe conocerse la estruc-tura de los mat€riales y su comportamiento. Para ello deben hacersediversas consideraciones sobre Oulmica, Ffsica y Física Nuclear:

En los procesos químicos se transforman substancias y se obt¡e-nen otras con propiedades distintas.

En los procesos físicos solamente tiene lugar un cambio de esta-do externo de las substancias (variación de la forma, de la resistenciay de la temperatura). Las substancias permanecen inalteiadas.

La Física Nuclear es la ciencia que estudia la estructura y las pro-piedades de los átomos.

REPRESENTACIóN DE LA ESTRUCTURADE LOS ÁrOnnOS

El investigador danés Niel Bohr (1885-1962) dio una imagen de la'estructura de los átomos. Según é1, el átomo es una especie de sis-tema solar inimaginablemente pequeño. El papel del sol, como cen-tro, lo desempeña el núcleo del átomo, y los planetas son los elec-trones, que se mueven a gran veloc¡dad alrededor del núcleo. Entre elnúcleo atómico y los electrones ex¡ste un (espac¡o vacíor¡, La masadel átomo está concentrada casi totalmente en el núcleo. Se compo-ne de partículas cargadas positivamente, los protones (protón, delgr¡ego: lo primero creado) y de partículas sin carga eléctrica, losneutrones (de neutro). Los electrones son partlculas cargadas nega-tivamente, casi sin masa (un electrón pesa sólo 1/1 836 del núcleodel átomo de hidrógeno).

Los electrones son atraldos por el núcleo atómico con carga posi-tiva, pero repelen la atracción de forma que giran alrededor del áto-mo, en trayectorias elípticas, a gran velocidad. El átomo es eléctr¡ca-mente neutro hacia el exterior, ya que la suma de lqs cargas negati-vas de la capa de electrones (suma de electrongs) es igual a la cargaposit¡va (suma de protones) del núcleo. El átomo de hidrógeno es elmás sencillo. Se compone de un protón y de un electrón, La masaatómica viene determinada por el número de protones y neutronesdel núcleo. El átomo de magnesio tiene 12 protones y 12 neutronesen el núcleo y 1 2 electrones en la envoltura. Los átomos son muy pe-queños. Asf, p. ej., el átomo de hierro tiene un diámetro de2/1O OOO OO0 mm 12. 'lO-t mm). En la cabeza de un alfiler de 1 mmde diámetro caben

102o:100000000000000000000 átomos de hierro

Los electrones se mueven alrededor del nrfcleo en diferentescapas más o menos alejadas del núcleo. También el número de elec-trones de cada capa es diferente. La capa más exterior-con excep-ción de la primera- puede admitir hasta ocho electrones. Una vezalcanzado este número máximo, se ocupa una nueva capa.

ELEMENTOS

Todas las substancias de la Naturaleza, rocas. minerales, plantas,aire, agua, animales y también el cuerpo humano, están formados por

Figura 2-19. Modelo atómico simplificado del oxígeno.

Materiales

elementos. En la naturaleza se presentan 92 elementos a los que hayque añadir 1 3 sintéticos. No obstante, sólo 88 son estables.

Los elementos no exiten en igual cantidad en nuestro planeta. LaTierra y la envoltura atmosférica se componen aproximadamente de:49% de oxígeno, 26% de silicio, 7,5% de aluminio; 5% de hierro;3,5% de calcio; 2,5/o de sodio; 2% de potasio; 2% de magnesio, 1%de hidrógeno, O,1% de carbono; O,O5% de azu'fre; O,O4Y" de nitró-geno y otros elementos,

SISTEMA PERIóDICO DE LOS ELEMENTOS

Si se ordenan los elementos por el número creciente de protones (olo que es igual, por su masa atómica creciente), resulta una serie en laque a cada elem€nto se le asigna un número de orden que corres-ponde a su número de protones.

Ejemplo para lós tres primeros períodos (capa de electrones):

1 H 2He3L¡ 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne

11Na 12Mg13Al 14Si 15P 16S 'l7Cl 18Ar

Dentro de la serie de elementos, un número determinado de losmismos tienen propiedades coincidentes.

El helio (2). el neón (10), y el argón (18) son gases nobles; elflúor(9) y el cloro (1 7) se combinan fácilmente con los metales; el oxfge-no (8) y el azufre (16) forman parte de muchos minerales. Ordenandolos elementos semejant6s, se forma el sistema periódico de los ele-mentos. Se obtienen de este modo siete filas horizontales (perlo-dosf y ocho columnas perpendiculares (grupos).

SUBDIVISIóN¡ OE LOS ELEMENTOS

Los elementos qufmicos se subdividen en tres grandes grupos cuyaspropiedades se diferencian entre sí: no metales, metales y gasesnobles.

No metales. HaV 22 elementos que son no metales. Conducenmal la electricidad y el calor. Dos no metales importantes son el hi-drógeno (H) y el oxfgeno (O), ambos son gases y al combinarseforman el agua. Los cuatro elementos: flúor (F) -un gas amarillento;cloro_(Cl) -un gas verde; bromo (Br) -un lfquido marrón; yodo (l)

-cristales sólidos, se designan bajo el nombre de halógenos (grie-go), que significa formadores de sales. Existen combinados enmuchas sales.

De la misma forma se tiene el oxígeno (O) y el azufre (S) en elgrupo de los que forman minerales, ya que se encuentran en muchosminerales metál¡cos

Biológicamente ¡mportantes son el hidrógeno (H), el fósforo (P) yel carbono (C). El carbono es un componente de todos los organis-mos vtvos.

Los gases nobles son el helio (He), el neón (Ne), el argón (Ar), elcriptón (Kr), el xenón (Xe) y el radón (Rn). Generalmente no se Gom:binan con ningún otro elemento.

Metales. 66 elementos son metales, Son todos opacos y brillan-tes como consecuencia de la reflexión de la luz. Los metales son bue-nos conductores de la eleCtricidad y del calor. lmportantes metalespesados lp > 4,5 9/cm3) son el hierro (Fe), el nfquel (Ni), el cobre(Cu), el cinc (Zn|, el estaño (Sn). el plomo (Pbf , el mercurio (Hg) el oro(Aul y el platino (Pt).

Figwa 2-2O. Subdivisión de los elementos (estado20'C).

65 sólidos 1 líquido 10 sólidos(mercurio) I

6 semicon-ductores

1 líquido 11 gageosos(bromo) I

6 gases nobles

Figura 2-21. Estructu¡a atómica de 8 elementos.

Análisis

Oxido demercuno

Astilla demadera inflamada

Mercuriocondensado

2Hg0-2Hg *02

Figura 2-22. Al calentarlo el óxido de mercurio se des-compone en mercurio y oxígeno,

Síntesis

Chapa de cobrg

Azufre

El cobre sepone al rojo

tu*S-(uS

Figura2-23. El cobre y el azufre se combinan formandosulfuro de cobre.

Materiales

A los metales ligeros (p <4,5 9/cm3¡ pertenecen elsodio (Na), elpotasio (K), el magnesio (Mg), el calcio (Ca), el aluminio (Al) y el ti-tan¡o (T¡).

La mayor parte de los metales no son nobles, es dec¡r, se combi-nan fácilmente más o menos con el oxígeno.

MEZCTAS Y COMBINACIONES OUíMICAS

Ensayos: el polvo metálico y el polvo de carbón forman una mezcla ne-gruzca. Por frotación en el agua o con un imán, es posible separarlos.

La mezcla de líquidos, la disolución de cuerpos sólidos y de gasesen líquidos, la evaporación de líquidos y la fusión de metales son pro-cesos físicos.

En las mezclas coexisten invariables varias sustan-c¡as. En una combinación química se obt¡enen subs.tancias distintas con nuevas prop¡edades.

La combinación de dos o varios elementos para formar una subs.tancia distinta, se llama síntesis.

Ensayo: Obtención de un compuesto químico partiendo del cobre y del azu-fre. Si se introduce una chapa de cobre en azuÍre líquido, se pone incandes-cente espontáneamente y se combina formando sulfuro de cobre. El com-puesto resultante es quebradizo, de color gris y no conserva ninguna de laspropiedades del cobre. Las combinaciones de los metales con el azufre sellaman sulfuros. La combinación en forma de mineral se llama pirita de cobre.

La descomposición de un compuesto químico en sus componen-tes se llama anál¡s¡s.

Ensayo: Descomponer una combinación de mercurio y oxígeno. La combina-ción se presenta en forma de polvo rojo. Si se calienta una pequeña cant¡dad,se deposita en las paredes de la probeta mercurio líquido. El oxlgeno se des-prende en estado gaseoso, y su presencia puede demostrarse por la llama-rada producida al acercar una viruta de madera incandescente.

Observación: La combinación se ha descompuesto químicamente. Estabaformada por los elementos mercur¡o y oxígeno.

Para formar un compuesto químico a partir de varios ele-mentos, o para descomponerlo, hace falta energía. Puedeser caloríf¡ca, eléctr¡ca o luminosa. A veces la reacción seproduce ya a temperatura ambiente (oxidación).

ESTRUCTURA DE LAS COMBINACIONES DE ÁTOMOS

Los elementos cobre y azufre combinados en la proporción 8:4 dansulfuro de cobre. Se pueden por tanto combinar 8 g de Cu y 4 g de S otambién 0,8 g de Cu y 0,4 g de S. Se plantea ahora la pregunta decuáles son las cantidades mínimas necesarias para que se produzcala combinación química. La Ouímica determinó con sus métodos quela partícula más pequeña era el átomo (del griego atomos = indi-visible).

El átomo es la partícula más pequeña de un elementomtco.

L

Hateriales

Los átomos poseen fuerzas de enlace químico con respecto a

otros átomos. Así, por ejemplo, un átomo de cobre se combina cohuno de azufre para formar una molécula de sulfuro de cobre.

molécula es la partícula más pequeña de una comb¡na-mrca.

Si una combinación química tiene que representarse en formaabreviada, se escriben únicamente los símbolos de los elementosque intervienen en la reacción. Se obtiene asr una fórmula química, lacual indica los elementos que intervienen en la reacción y el númerode átomos que participan en la misma.

En las ecuaciones químicas se escribe una flecha en lugar del sig'no de igualdad para indicar el sentido de la reacción.

Ejemplos:

Combinaciones de hierro y cobre con azufre

37

g+FeS1 átomo 1 molécula dede azufre sulfuro de hierro

Cu+S+CuS1 átomo 1 átomo 1 molécula dede cobre de azufre sulfuro de cobre

TENDENCIA DE LOS ÁTOUOS A ENLAZARSE

Las propiedades químicas del átomo dependen del número de elec-trones que se encuentran en la capa externa.

Los procesos quím¡cos tienen lugar en la envoltura deelectrones.

El átomo tiende a que la envoltura de electrones sea lo más esta-ble posible, es decir, en la primera capa2 y en las otras 8. Los meta-les tienen por lo general pocos electrones en la capa externa, el mag-nes¡o, por ejemplo, sólo 2 electrones en la tercera capa. El átomo in-tenta expelerlos con el fin de conseguir la capa estable de ocho.

ENLACE IóNICO

El oxígeno tiene seis elecirones en la capa externa, por lo que in-tenta robar a otro elemento los dos electrones que le faltan para con-seguir la capa estable de ocho. Si un átomo de oxígeno se encuentracon un átomo de magnesio, los electrones exteriores del magnesiopasan al oxígeno. De esta forma el átomo de magnesio se convierteen un ion positivo, y el de oxígeno en un ion negativo. Como conse-cuencia del diferente signo de sus cargas, ambas partículas se atraeny se produce la combinación química.

De átomo eléctricos neutros se forman iones por adición o sus-tracción de electrones. Pueden ser eléctricamente pos¡tivos, comopor ejemplo el Mg2+, o eléctricamente negativos como el O2-.También las moléculas pueden convertirse en iones por adición osustracción de electrones.

Magnesio Oxígeno

Enlace iónicoSise hacen reaccionar metales con no metales, se transmi-ten electrones. Los átomos de los metales se conv¡erten eniones positivos, y los de los no metales en iones negativos.

Figura 2-24. Combinación del magnesio y el oxígern.

Fe+1 átomode hierro

l

38

Figura 2-25. Molécula de oxígeno 02.

Ca rbo no Oxígeno

Figura 2-26. Molécula de dióxido de carbono COz.

lon metálico

' , - /. * / -..1 .. - . ¡Gas electrónico (electrones que se mueven libremente)

Figura 2-27. Representación esquemática del enlacemetálico.

Nombro

Materiales

ENLACE ATóMICO (enlace de pares de electrones)

Un enlace químico entre átomos no siempre tiene lugarcon despren-dimiento o aportac¡ón de electrones (ver combinación iónica en pá-gina 37). Principalmente en las combinaciones de no metales entresí (plásticos), la envoltura externa de electrones deltipo de los gasesnobles se obtiene compart¡endo electrones dos átomos (par de elec-trones).

Los gases sobre todo (oxígeno, hidrógeno y cloro) no existen enestado atómico sino en estado molecular.

Ejemplo: Los átomos de oxlgeno, combinados para formar la mo-lécula de oxígeno, tienen dos pares de electrones comunes. La fór-mula química de la molécula de oxígeno es por tanto 02 y la de hidró-geno H2.

Ejemplo: Los átomos de carbono y oxígeno que componen el dió-xido de carbono tienen cuatro pares de electrones comunes.

ENLACE METÁLICO

Todos los átomos metálicos poseen en su capa externa pocos elec-trones, desprendiéndose de ellos para convert¡rse en iones metá-l¡cos positivos. Los ¡ones metálicos son retenidos por los electronesnegativos, pudiendo moverse con gran libertad entre los iones me-tálicos como un <gas electrónico> (ver pág. 389). Los electrones másactivos condicionan las propiedades especiales siguientes de losmetales:

Conductividad térmica: El calor pone a los electrones en agita-do movimiento, que se transm¡te a otras partes del metal por su es-tructura cristalina.

Densidad en Punto I I

stcm, :: :"J'o'

0,531,84o,911.14

0,861 ,554,55.76.97)7.868,68,898,931 ,14

10,212,O10,5

8,641,286,7

16,6519,12',t,451 9,313,9611 34

+ + +

alt

Litio34

11'12

131920222324252627282930424641485051

7314187980a2

LiBeNaMsAIK

Ca

Ti

CrMnFe

CoNiCuZnMoPd

AgcdSnSbTa

PtAuHgPb

BerilioSod¡oM ag nesi oAlum¡n¡oPotas¡oCalcioT¡t8n¡oVanad¡oCromoManganesoH ¡erroCobaltoNfq uelCobreCincMolibdenoPaladioPlaraCadmioEstañoAnt¡mon¡oTántaloTungstenoPlat¡noOroMerc urioPlomo

180 13401285 2870

97,7 883659 1097658 227063,5 776

850 1 4391 690 35351700 30001 766 23001221 2152'I 535 28801490 32001455 30751084 2350419,4 906

2600 aprox.48001 554 3387960.5 1 980321 767232 2360630 'l 640

3030 41003400 47211773 aprox 44001063 2700- 38.9 357327 1 750

platoado brillante. ad¡t¡vo en ol6acionesgris acero, muy duro, ad¡t¡vo en aleacionesblanco ce¡a, blanco plata, marcadamente no nobl€el mst8l do consumo más l¡gero, baia dur€zam6tal l¡9610, muy maleable, colableblanco plata, muy blando, foma lejfasplata brillanta, componente d€l mámolres¡stents al calor en aloación, anl¡coros¡vores¡rtento a los ác¡dos, para refinar el eceroblanco plata, duro, quebradizo, rocubrim¡entosgr¡s acaro, no nobl€, psrs aleac¡on6s6n aleación muy translormabl€muy br¡llsnte. pars al6ac¡ono!gr¡s claro, tenaz para sleac¡on€s y recübrim¡ontosro.jo, buen conductor dal calor y la electricidadblanco plata, para cincado y alsscionosref¡nador d€l acero, da resistsncia y dureza al aceroel metal plat¡no más bsrato, for¡ablemstal noble; joyela, monedes, cub¡eno3emp¿rontado con sl c¡nc, aleac¡ón d€ Woodblanco plata, blando, d¡letablo, soldadura blandabr¡llante, ad¡t¡vo para soldadurs blandablanco grisáceo, duro, tenaz, d¡latable, res¡st. qulm.duro, gr¡s, res¡slento al calor, polvo s¡nter¡zsdometal nobl€, color pl8ta plomiza, joyelametal noblo, blando, dilatable, resistonto qulm.blanco plata, para barómetrosmuv bl¿ndo, soldsdura blanda. para aleac¡ones

Átomos de oxígeno

DATOS SOBRE LOS METALES

Materiales

Conductividad eléctrica: Si se aplica tensión a un metal, loselectrones se propagan poréste hacia el polo positivo de lafuente detensión. Esta propagación de electrones se denomina corriente eléc-trica.

COMBINACIONES CON EL OXíGENO

El aire es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, gases nobles, dióxido decarbono y vapor de agua. Los metales y no metales suelen estar encontacto con el oxígeno del aire. El oxígeno se Combina con muchoselementos y forma los óxidos.

Ensayo: Se calienta una chapa de cobre doblada varias veces. El metal con-serva su brillo en el interior aunque se caliente a alta temperatura. En el exte-rior se forma una capa negra de óxido de cobre por la adición de oxígeno.

Ensayo: En una probeta se calientan unos gránulos de sal (permanganato po-tásico). La substancia desprende oxígeno, e inflama una astilla de madera in-candescente en cuanto se acerca a la probeta.

Ensayo: Si se calienta una pequeña cantidad de polvo de magnesio, emiteuna llamarada y queda un polvo blanco de óxido de magnesio. Si se ha pesa-do previamente el polvo, con una nueva pesada puede comprobarse que lamasa del plato derecho de la balanza es mayor debido a la adición de oxíge-no.

Observación: El oxígeno es un gas pesable, incoloro, inodoro e insípido, queestá presente en la naturaleza en grandes cant¡dades. El aire contiene apróxi-madamente el217o de oxíge_no en volumen. Casi el 50% de la masa de la cor-teza terrestre se compone de oxígeno, así como el 89% del agua. En lassubstanc¡as sólidas y líquidas, el oxígeno se presenta principalmente combi-nado con ellas.

VALENCIA DE LOS ELEMENTOS

La capacidad de los átomos para unirse en moléculas se basa en lasfuerzas atómicas de enlace. Si se combina un átomo de hidrógenocon un átomo de otro elemento, se dice que este otro elemento esmonovalente. Si se combinan dos átomos de hidrógeno con uno deotro elemento, se dice que éste es bivalente.

Ensayo: En un tubo en U como el de la figura (disposición de Hofmann) hayagua acidulada. Si se aplica a los polos una tensión continua, en el cátodo(polo negativo) se acumula doble cantidad de gas que en el ánodo (polopositivo). Una.prueba con la llama demuestra que en el cátodo se haformadohidrógeno y en el ánodo oxígeno.

Observación: Dos partes de hidrógeno reaccionan con una parte de oxígenopara formar dos partes de vapor de agua. Partes iguales en volumen de variosgases cont¡enen el mismo número de moléculas. Así se puede decir que 1

átomo de oxlgeno forma 2 átomos de agua. El oxígeno es por lo tantobivalente. El hidrógeno, en cambio, es siempre monovalente.

La valencia de un elemento ¡ndica con cuántos áto-mos de hidrógeno se puede un¡r un átomo del mismo,o a cuántos puede sust¡tu¡r.

Algunos elementos tienen varias valencias. Así, por ejemplo, elhierro tiene dos y tres valencias, y el plomo dos y cuatro.

Ejemplos:En la combinación FeO, el hierro y el oxígeno son bivalentes. En la combi-nación PbO2 [óxido de plomo (lV)], el plomo es tetravalente. Trivalente es elhierro en Fe2O3 [óxido de hierro (lll)], y tetravalente el carbono en CO2 (dióxi-do de carbono).

El cobre con oxígenoda óxido de cobre

Figwa 2-28. óxidos metálicos.

Oxígeno

Astilla

Figura 2-29. La sal desprende oxígeno.

n1 D2 n1 tuZ

Masas iguales nr1 =n2 Masas desiguales n1=nt

Figura 2-3O; Variación de la masa por oxidación.

39

2 partes dehidrógeno

2Hz

1 parte deoxígeno

Oz

Agua(acidulada)

Molécula

2 partes de 1 parte devapor de agua oxígeno

2 partes dehidrógeno

Figura 2-31. El agua acidulada se descompone en hidrrigeno y oxígeno por la acción de la energía elécüica.

40

Ejercicios

Propiedades de los mater¡ales

Propiedades flsicas1 . Citar diversas substancias y ordenarlas en metales férreos, no

férreos y no metales.2. El cinc es sólido por debajo de 41 9'C y gaseoso por encima

de 9O6"C. ¿Como se explica la variación de los estados deagregación?

3. Una regla plana está contrastada para 20"C. ¿Con unatemperatura superior del instrumento de medición, mediráuna cota demasiado grande o demasiado pequeña?

4. Decir qué estado de agregación adquieren los metales hierro,cinc, plomo, mercurio, estaño y aluminio, a 4OOoC, y cuál a

1 0000c.5. ¿Cómo se explica la temperatura de equilibrio cuando se

calienta y cuando se enfría un metal?6. Fundamentar por qué se distingue entre masa y peso de un

cuefpo.7. La unidad de peso es el newton (N). Resulta: 1 N = 1 kg/m/s2.

¿Oué consideraciones condujeron a esa unidad?8. Si se carga un camión con una pieza que tiene una masa de

4O0 kg, los ejes quedarán som€t¡dos a un peso adicional de3924 N. Fundamentar la diferencia numérica de ambos datos.

9. Cuando un cuerpo pasa de la Tierra al espacio, varfa su peso,pero no su masa. Explicar la razón.

1O. Se calienta al rojo una bola de acero. ¿Varía el volumen, lamasa y el peso del cuerpo? Fundamentar las respuestas.

1 1 . Un cuerpo es más fácil de levantar en la Luna que en la Tierra.¿Por qué?

12. ¿Oué se afirma cuando se da para la densidad g=2,7 kg/dm3?13. 1 kg de acero y 1 kg de aluminio tienen volúmenes dife-

rentes. _¿Por qué?14. El acero a 2O"C y a 80OoC t¡ene diferente densidad. ¿Porqué?

Propiedades tecnológicas y mecánicas15. Algunos materiales son colables, otros mecanizables, solda-

bles o templables. ¿Oué propiedades son necesarias paraello?

16. Darejemplos en losque un material está sometido a tracción,compresión, flexión y torsión, respectivamente.

17. ¿Pot qué no pueden doblarse las piezas de fundición gris?18. ¿Oué propiedades debe poseer un mater¡al para que pueda

doblarse?19. Clasificar los sigu¡entes materiales: goma, plomo, acero para

muelles, piel, plastilina y hormigón, en mater¡ales elásticos,plásticos y frágiles.

Propiedades qufmicas

2O. Juzgar si cada uno de los siguientes procesos es físico oqufmico:a) disolución de un terrón de azúcar on agua

Materiales

b) combustión de ca¡bón de coquec) licuelacción de un metal al calentarlo a elevada tempera-

tura.21. ¿Oué elementos designan estos símbolos: Cu, O, Fe. Zn, S, Al,

P, Sb, Mg, H, He?22. ¿C6mo se explica que elementos como el oxlgeno y el hidró-

geno sean gaseosos a la temperatura ambiente?23. Explicar la diferencia entre mezcla y combinación.24. Describir el ensayo de la formación de sulfuro de cobre.25. Escribir las ecuaciones químicas de la formación de MgS (suF

furo de magnesio) y ZnS (sulfuro de cinc). ¿Oué elementos sehan combinado entre sí.)

26. ¿De qué elementos se compone la piedra caliza (carbonatocálcico) (CaCO3!, el agua (óxido de hidrógeno) (HzOl y la pie-dra de esmeril (sesquióxido de aluminio) (AlrO3)?Explicar la diferencia entre átomo y molécula.Dibujar el modelo atómico de Bohr del oxígeno y del carbono.¿En qué se diferencian las estructuras atómicas del carbono,del hidrógeno y del oxígeno?lCómo se explica que los gases nobles, como el helio y elneón, no ardan (no se combinen con el oxfgeno)?Explicar el proceso qufmico de la oxidación de un metal.Explicar en qué se diferencia el átomo del ion,¿Por qué parecen los átomos neutfos externamente?Nombrar los elementos que intervienen en las combinacio-nes: Fe2O, CuSO2, HNO3.

35. Ordenar los siguientes elementos en metales ligeros yhalógenos: Mg, Ca, Cl, K, F, Na, l, Br, Al.

36. Los iones pueden tener carga eléctrica posit¡va o negativa.lCuándo se diie que un ion es positivo?

37. Hablar sobre la existencia y propiedades del oxígeno.38. tOué se ent¡ende por valencia de un elemento?39. Los siguientes metales son bivalentes: Ca (calciof , Mg (mag-

nesio), Zn (cinc), Pb (plomo). Fo¡ma¡ sus óxidos.40. Detenninar la valencia de los elementos del ácido clohfdrico

(HCl!, el amoníaco (NH3), el agua (H¡O), la sal común (NaCl) yel óxido fénico (Fe2O3).

41. Esc¡ibir los resultados de las siguientes ecuaciones de re-acción:

27.28.29.

30.

31.32.33.34.

a) 2 CO+O.+c) 4 Al+3 Or+

b) 2 Hg+O,-d) FerO.+2Al+

42. Explicar por qué el oxlgeno y el hidrógeno se repr€senransiempre en estado molecular (O:; Hu).

43. Representa¡ las combinaciones CO2 y CHa como enlaces depares de electrones.

¡[4. Fundamentar la afirmación de que en una combinación quí_mica sólo s€ comparten electrones (cargas negativas) de lacapa ext€rna de la envoltura atóm¡ca.

45. lndicar las caracterfsticas esenciales del enlace iónico y delenlace metálico.

46. ¿Cómo se explica la conductividad térmica y eléctrica de losmetales?

Materiales

2.2 Textura de los materiales metálicos

2.2.1 Características comunes

ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES

Los líquidos tienen una ordenación atómica irregular, son cuerposamorfos (amorph, del griego = si.r forma). Toman la forma del reci-piente que los contiene.

Los metales han de tener la dureza y resistencia adecuadas a suempleo, ser lo suficientemente elásticos y poseer, en determinadascondiciones, una gran capacidad de d¡latac¡ón. Esto puede conse-guirse mediante los correspondientes tratamientos. Para compren-der las propiedades de los materiales es preciso conocer la estructu-ra de los metales.

En éstos, los átomos forman retículas espaciales de estructura re-gular. Si las retículas están limitadas por superficies planas, se ha-bla de cristales.

Observando al microscopio superficies de metales pulidas ydecapadas, se ven partes irregularmente limitadas. Son las superfi-cies de corte de figuras geométricas. Se reconoce entonces que losmetales se componen de partículas de forma regular (cristales).

En estado sólido, los metales son cristalinos.

Ensayo: La formación de cristales partiendo de una solución puede verse cla-ramente en el azufre. El azufre se disuelve en sulfuro de carbono (cuidado). Alevaporarse aquél (CS:), se deposita azufre líquido en forma de cristales.

Observación: Al solidificarse un material líquido se forman cristales que seunen entre sí para formar sistemas de cristales mayores. Al aumentar de tama-ño, los cristales se obstaculizan generalmente unos a otros, formando gran-des con¡untos irregularmente limitados, llamados granos o cr¡stal¡tas. Elcrecimiento term¡na en cuanto se ha solidificado la masa fundida. La imagenvisible de los granos se llama textura.

La textura metál¡ca está compuesta de muchas cr¡sta-litas (granos).

La forma de los cristales depende de cómo se ordenen los ionesmetálicos dentro del grano, al pasar del estado líquido al sólido. Elampaquetamiento de esferas (ordenación iónica) en cristalitas pue-de dar un cubo (sistema cúbico) o columnas hexagonales (sistemahexagonal).

Si se dibujan sólo los centros de los iones metálicos y se marcanlas limitaciones geométricas con rectas imaginarias, se obtiene laretícula espacial. La forma de la retícula depende de las fuerzas elec-trostáticas. Asl, por ejemplo, el hierro c, el cromo, el wolframio y elmolibdeno poseen una retícula cúbica centrada en el cuerpo, con 8iones en los vértices y un ion central; el hierro y, el aluminio y el co-bre forman una retlcula cúbica centrada en las caras, con 8 iones enlos vértices y 6-iones en las caras; el magnesio, el cinc y el titan¡otienen una retícula hexagonal.

En la retícula cúbica más sencilla, en la cual sólo los vértices es-tán ocupados por iones metálicos, no cristaliza ningún metal.

La maleabilidad de los metales depende de la estructuraret¡cular.

Figura 2-32. lmagen electrónica de una superficie dealuminio mordida con ácido (1O 0O0 aumentos).En estado sólido, los metales son cristalinos.

Crista I

Grano

41

EI

a

Figura 2-33.

caldo empieza Solidificaciónsolidificarse term¡nada

Formación de la textura de los metales,

Figura 2-34. La textura del acero se compone de muchascr¡sta litas.

Figura 2-35. O¡denación iónica (los iones representadoscomo esferas).

Cúbica H exagonal

42

Retícula cúbica Retlcula cúbicacentrada centrada

en las caras en el cuerpo

Figura 2-36. Ordenación iónica (los iones representadoscomo puntos).

Textura antes de lacarga de tracción

Alambre metálico Textura después de lacarga de tracción

Figura 2-39. Deformación plástica.

Materiales

En la conformación porfuerzas mecánicas, los iones metálicos sedesplazan entre sí. La resistencia al desplazamiento está condicio-nada notablemente a la obstaculización espacial de los iones metá-licos. Las retículas más maleables son las cúbicas centradas en elcuerpo, y las menos maleables las hexagonales. Debido a la densi-dad de la ordenación iónica, el pel¡gro de rotura al doblar magnesio ycinc es mayor que con el acero y el cobre.

2.2.2 Textura de deformación

FUERZAS ACTI.VASENTRE PARTíCULAS DE SUBSTANCIAS

La fuerza que actúa entre las partlculas más pequeñas de una mismasubstancia se llama cohesión. El campo de atracción de dos partícu-las es de 5O/1 0OO OO0 mm. La fuerza entre dos partlculas es real-mente muy pequeña, pero como en un trozo de metal hay muchaspartículas, para dividirlo han de emplearse fuerzas considerablescapaces de vencer la cohesión,

Las partículas de una substancia, como consecuencia de las fuer-zas reticulares o moleculares, pueden aferrarse a otros cuerpos. Porelemplo, el agua a las paredes del recipiente, el polvo y la tiza a loscuerpos sólidos. La fuerza de atracción entre las partlculas de dossubstancias se llama adherencia.

Dureza. La cohesión evita que otro cuerpo dañe la superficie de lasubstancia, es decir, que deje huella en él o lo penetre. La fuerza quese opone a esto se llama dureza y depende de la magnitud de lacohesión.

La energía calorífica reduce la dureza del material, ya que aumen-ta el movimiento oscilatorio de las partículas, de forma que aumentala distancia entre ellas y disminuye la cohesión.

La dureza es la resistencia que opone un cuerpo a sernetrado por otro más duro.

DEFORMACIóru eUSflClY PLÁSTICA

Ensayo: Un alambre de cobre (d = 1mm, l= O,5 m) es solicitado a tracc¡ónpórfuerzas exter¡ores crecientes. El alambre se alarga y se hace más delgado.

Observación: Por el efecto de fuerzas exter¡ores, las cristalitas se deforman yse deslizan entre sí.

Con fuerzas pequeñas se obtiene una deformación elástica. Lasdistancias entre los átomos en la retícula cristalina aumentan y elgrano se aiarga. euando cesan de actuar las fuerzas. los átomosvuelven a su posición de partida.

Para fuerzas mayores se presenta un alargamiento permanente(deformación plástica), hasta que, bajo cierta carga, se parte el mate-rial. El proceso puede representarse simplificadamente con unacristalita.

Deformación de una cristalita

En el proceso de solidificación del metal líquido, al cristalizarse pro-ducen irregularidades en la estructura de la retlcula. Asf. por ejemplo,

i

Cr¡sta lita

Materiales

queda incompleto un plano atómico perpendicular, terminando en:ualquier parte de la retícula. El cristaltiene allí un fallo que se llamadesplazamiento, ya que ahí existen átomos del plano incompleto queestán desplazados respecto de la retícula uniforme. El plano de laretícula perpendicular al plano incompleto se llama plano de desliza-miento.

Alrededor de los puntps defectuosos o fallos existen tensioneselásticas, ya que debido a la distancia menor entre los átomos seproducen compresiones encima del plano de deslizamiento, y,debido a la mayor distancia, tensiones debajo de dicho plano.

Si actúan fuerzas exteriores sobre el cristal, éstas generan ten-siones adicionales. En un punto defectuoso se producen por tantotensiones elevadas. La retícula desvía estas tensiones, propagándo-se el desplazamiento a lo largo del plano de deslizamiento. Si el des-plazam¡ento sale del cristal, se produce un escalón, o sea una defor-mación permanente del tamaño de una distancia entre átomos.

En la textura general, el desplazamiento se detiene, dentro deuna cristalita, en los límites del grano, en el que se acumulan lossiguientes desplazamientos, haciéndose las tensiones cada vezmayores. En cuanto alcanzan una determinada magnitud, comoconsecuencia de la acción de las fuerzas exteriores, en los cristalespróximos puede empezar también la propagación del desplazamien-to en un plano de deslizamiento adecuado, de forma que poco a pocoel material se deforma plásticamente.

2.2.3 Estructura de las aleaciones

ESTRUCTURA DE UN METAL DEUNA SOI.A SUBSTANCIA Y DE UNA ALEACIóN

Las aleaciones se forman mezclando metales conmetales o con no metales en estado líquido.

Con las aleaciones pueden controlarse ciertas propiedades de-seadas, tales como du¡eza, res¡stencia, elasticidad, resistencia al ca-lor o resistencia a la corrosión.

Metal de una sola substanc¡a

En estado líquido los iones metál¡cos se mueven libremente. Al soli-dificarse se observa un punto de retención en el cual la temperaturapermanece constante cierto tiempo. Durante este tiempo prosigue lacristalización partiendo de los llamados núcleos de cristalización(por ejemplo partículas de suciedad). Los átomos metálicos seapoyan unos en otros, actúan las fuerzas de enlace y forman cristales.Cada cristal crece como si los demás no existieran. Loscristales en crecimiento chocan entre sí de forma que las seriescontinuas de átomos se rompen de repente, continuando en los cris-tales próximos hacia otras direcciones. Las direcciones cambian portanto de grano en grano, formándose una textura cristalina cuyoslímites se llaman granos.

Aleaciones

El punto de solidificación de un metal cambia al alearse, dependien-do de la relación de la mezcla. En la figura pueden verse las curuas de

Punto defectuoso (desplazamiento)El desplazamiento se ha propagado en la cristalitaEl desplazamiento se ha propagadofuera de la cristaliia

Figura 2-4O. Desplazamiento.

caldo _

Fuerza deempule

Plano dedeslizamie nto

Límitesdel grano

ooo

Cristales enestadoc rec ie nte

Airee nc e rrad

Figura 2-42, Textura homogénea después de laficación.

Punto de reten-ción (se forman

1 100

1000

cri sta I es)

Figura

TiemPo*2-43. Curva de solidificación de un metal

Figura 2-41.Formaciónde la textura.

solidi-

¡| 1500

GTr 1l'00o

& 1300cb rzooF

puro.

Figura 2-44. Representación de la textura de un metalpuro.

Límites del grano

Metal puro

44

solid if icac ión

Fin

Cada metal formacristales propios

idif i-ton

'1000

Tiempo de enfriamiente

Ambos metales formanuna textura homogénea

Figura 2-45. Curva de solidificación de una aleación(cobre-níquel).

Desplazamiento-

Fue rza s

Plano dedeslizamiento

Plano de zd esliza mie nto

Despla za miento

Límites del grano

Figura 2-46. Los planos de desplazamiento no coinciden.

Materialessolidificación de dos aleac¡ones de níquel y cobre.

En el caldo los átomos de los metales mezclados están disueltosunos en otros. Al solidif¡carse, los átomos de los metales aleados for-man núcleos de cristalización desde los cuales parte el crecimiento delos cristales. Pueden aparecer dos retículas.

Mezcla de cristales: Los componentes de la aleación formancristales por sí mismos. Resulta por tanto una ser¡e de cristales di-ferentes, o sea que la textura no es homogénea.

Cristales mezcla: Los componentes de la aleación forman unaretícula común. En cada cristalita están contenidos los diferentesátomos metálicos y se habla de cristales mezcla, s¡endo la texturahomogénea.

DUREZA Y RESISTENCIA DE UNA ALEACION

Frente a un metal de una sola substancia, las aleaciones poseen unadureza y resistencia mayores, lo cual se expl¡ca por las irregulari-dades en la estructura de la retícula. Si los átomos de los compo-nentes de la aleación tienen un diámetro mayorque los átomos de lasubstancia base, producen una tensión en la retícula base. Si actúanfuerzas externas, esta tensión y la res¡stencia adicional consecuen-cia del tamaño diferente de los átomos, dificultan la propagación deldesplazam iento.

Si en los límites del grano se cortan dos planos de desliza-miento, se acumulan allí los desplazamientos y se produce unendurecimiento del material.

2.3 Materiales férreos

tu,20%Nió0 % tu, 40% Ni

'1500

'c1400

1300

1200

'1100

l-- 6'o#'?l'o v

toJooo-EoF

Fuerzas

Acero yh ¡ erro

Aluminio

Cobre Plomo

Producción mundial de los metales importantesen unidades volumétricas

Figura 2-47. El acero y el hierro fundido son los másempleados de todos los metales.

Mineralde hierro

2.3.1 Combinaciones en el mineral de hierro

ROCAS CON CONTENIDO DE HIERRO

Los minerales de hierro son géneralmente óxidos dehierro con acompañantes férricos, por e¡emplo, azufte,fósforo, manganeso, silicio y componentes terrosos,corylo cal, ,arcilla,y iqido salicílico.

Las substancias básicas componentes de los cuerpos terrestreshan formado combinaciones bajo la influencia de determinadascondiciones, como son el calor, la presión, el v¡ento y el agua. Porejemplo, el oxígeno, el azufre, el fósforo, el silicio y el carbono se hancombinado con los metales para formar minerales. El color pardorro-jizo del suelo prov¡ene de las combinaciones del hierro en los m¡ne-ra le s.

Los minerales son rocas. Los metales se presentan combinadosquímicamente en los minerales, mezclados con rocas. Los minera-les se aprovechan si desde un punto de vista económico contienensuficiente cantidad de metal útil. En los minerales de hierro el con-tenido mínimo del metal es del 25/o, y en los minerales de cobre elo,6%.

Según el metal aprovechable se distinguen minerales de hierro,cobre, estaño, plomo, cinc, níquel, etc.

Ensayo: En los óxidos minerales, el hierro está combinado químicamente conel oxígeno (figura 2-48).

Cnc

Lana de Amiantoa cero

Combinación del hierro con el oxígeno.

it

Soplete

Figura 2-48.

MaterialesS¡ se calienta fuertemente una chapa de acero o lana de acero, en la super-

ficie se forma una capa negra de cascarilla. La combinación tiene el mismoaspecto que la magnetita.

Observación: El hierro y el oxígeno se combinan químicamente formando óxi-do de hierro. Las combinaciones del oxígeno se llaman óxidos.

Ensayo: Reconocimiento de las propiedades magnéticas (figura 2-49) delacero y del mineral de hierro.

Se observa que el acero es atraído por un imán, pero no es así la hema-tites parda.

Observación: En el mineral, el hierro no puede estar en forma elemental, sinocomo combinación química.

En la probeta hay lana de acero brillante. Se cierra la probeta a); en laprobeta abierta b) se echan unas gotas de agua. Transcurridas varias horas seforma óxido en la probeta b). El aspecto de este óxido es comparable al mi-neral de hierro (hematites parda).

Observación: El óxido es la retrogradación del metal hierro al estado de mi-neral. El óxido y la hematites parda son básicamente una combinación dehierro con oxígeno del aire y agua.

Ensayo: En el mineral sulfurado el hierro está combinado químicamente conel azufre (figura 2-51 ).

Se mezcla polvo de hierro (Fe) y azufre (S) en la proporción 7:4. No se pro-duce ningún cambio. Con un imán se puede extraét el hierro de la mezcla. Sise calienta la mezcla se observa una incandescenc¡a repent¡na de la misma.Una vez frfa, la masa presenta un aspecto diferente y ya no es magnética. Essimilar a los minerales que cont¡enen azufre.

Observación: El hierro y el azufre dan como resultado la combinación químicadenominada sulfuro de hierro.

En la formación de los minerales de hierro, el hierro está combi-nado pr¡ncipalmente con oxígeno, azufrc y carbono. Se aprovechanlos minerales de hierro con un contenido del 25% al 7O% de estemetal. Minerales importantes son: la magnetita (Fe¡O¿) conSO a7íYode hierro; la-hematites parda (2Fe2O¡'3H:O) con 30 a 5O7o; lahematites roja (Fe2O3) con 30 a50%V la siderita (FeCO:), con 30 a45%.

2.3.2 Obtención del hierro bruto

REDUCCIÓN DE LOS ÓXIOOS METÁLICOS

Si de un mineral -el óxido metál¡co- se quiere obtener elmetal, debe eliminarse el oxígeno. La reducción se consigue conayuda de reductores, es decir, elementos con gran avidez por eloxígeno, hallándose el óxido metálico en estado líquido o sólido.

Ensayo: Si se mezcla en una probeta óxido de cobre con polvo de carbónvegetal (carbono), y se calienta fuertemente, el óxido de cobre negro adquierelentamente un color rojizo, es decir, se reduce a cobre. El carbono se com-bina con el oxígeno del óxido de cobre y se oxida conviertiéndose en dióxidode carbono (figura 2-53).

Otros reductores son el hidrógeno y el monóxido de carbono.

45

lmán

magnético no magnético(a ce ro) (m in e ra l)

(hemarites .ó'ardo)

Ensayo: En la hematites parda, el h¡erro está combinado con oxígeno y agua Figura 2'49. Propiedades magnéticas del acero y él(figura 2-5O). mineral de hierro.

Agua Oxígeno

igua I

a spectoMinerai

(hematitespa rda)

btFormación de óxido

Figura 2-5O. Combinación del hierro con el oxígeno y elagua.

E rmán separala mezcla

Cinta demag nesroardiendode hierro

y azufre

Hierro * azufre -

sulfuro de hierroFe+ S + FeS

Figura 2-51. Combinación del hieirro con el azufre.

Extracción del gasdel tragante

Montaca rgasi ncli nado

Gas del tragante

Calentador del aire

ca I ie nteConducción anularde aire caliente

Zona de

Mineral Coque

precalentamie ntoZona de reducciónZona de reduccióny carburación

Zona de fusión

Aire frío

lecho de fusiónFigura2-52. Esquema de la obtención de hierro bruto enun alto horno.

a

r(

46

2 Cu 0 + [- 2 (u * [0, Cu 0.H2- Cu +HrO

Figura 2-53. Reducción de óxidos metál¡cos.Ensayos con carbono e hidrógeno como reductores.

Gas del tragante

Gas reductor

-

Materiales

Ensayo: Si se hace pasar una corriente de hidrógeno por óxido de cobrenegro, y se cal¡enta la masa en un tubo de ensayo resistente a la fusión, seforma cobre rojo.

Observación: Los reductores extraen el oxígeno de los óxidos metálicos.

REDUCCIÓru OE LOS ÓXIDOS DE HIERRO

En un alto horno los óxidos minerales se reducen a metal concoque y monóxido de carbono como reductor.

1. Zona de precalentamientoFezO¡ . nHzO - FeO¡ * nHzO Se desprende vapor de agua.

2. Zona de reducción3Fezo¡ + co - 2Fetoq+ co21Fe3Oa*CO-3Feb*COzl

3. Zona de carburación3FeO*3CO-3Fe*3CO:1

3Fe*C-Fe3C

Los procesos que se desarrollan en el alto horno puedenrepresentarse en forma simplificada como se indica a continuación.

1 . En la zona de precalentamiento el mineral desprende azufre yagua.

2. Enla zona de reducción, el mineral es reducido a óxido de hierro(ll) por la acción del monóxido de carbono ascendente.

3. En la zona de carburación tiene lugar otra reducc¡ón a hierrometálico. Al mismo t¡empo el hierro absorbe carbono, s¡l¡cio,manganeso, azufre y fósforo.

4. En la zona de fusión se funde completamente el mineral. Las im-purezas se combinan con cal para formar la escoria. El hierro brutolíquido y enc¡ma la escoria más ligera, van a parar a la parte infe-rior del bastidor. A determinados intervalos de tiempo se deja salir(<sangrar) el caldo (en los moderncjs altos hornos por una aberturacomún).En los procedimientos de reducción directa, el mineral de hierro

se desliza lentamente por gravedad a un horno de cuba. El gas reduc-tor (CO, H2) calentado a 8OO"C entra en sentido contrario al mineral,eliminando el oxígeno contenido en aqué1. Se forma así la esponja dehierro, que se elabora hasta obtener acero. La metalización delmineral tiene lugar por vía d¡recta, es decir, sin fase líquida.

2.3.3 Hierro bruto, acero, fundición

DEL HIERRO BRUTO AL ACERO Y LA FUNDICIóN

avía hasta un 6% de carbonoasta un 3To de silicio (Si] y uní como pequeñas cant¡dades

de azufre y fósforo. Un contenido alto de carbono, azutrey fósforo hacen al hierro muy frágil; no forjable e insotda-ble. 'l'

c'óOl!o

c:9O6oCD

o

o!@coN

n5Gas de refrige.ración inerte

Figura 2-54. Esquema de procedimientodirecta.Ecuación de reducción:

Fe3Oa+CO ' 3FeO+COzi3FeO+3CO - 3re+3COzl

de reducción

Soplete

Materiales

H¡erro bruto rico en MnHierro bruto Pobre en Si

H-or¡-aLie-m-e¡s=M-alti ncal idad

Chata rraAd it¡vos

MineralCrisol LD

Aceros de

Aceros finos

(Cr, Mo, N¡, erc.)+ chatarra

Figura 2-55. Del hierro bruto al acero y al acero fino.

No aleado

47

Piezasde acerofundido

minado

Est¡ rado

Extrusionado

Grafito laminar

No maleabilizadaGrafito esferoidal

llr

Con un contenido alto de Si, al enfriarse se deposita el carbonoen forma de grafito. La superficie de rotura es gris (h¡erro bruto gris).Si predomina el efecto del manganeso, el carbono se combina alenfriarse con el hierro, formando carburo de hierro (Fe3C). Se obtieneuna superfic¡e de rotura blanca radiante (hierro bruto blanco).

El acero debe ser forjable, soldable y, a ser posible, templable. Loque se pretende en la obtención del acero es reducir el contenido decarbono y de los acompañantes del hierro. La transformación delhierro bruto en acero se llama afino.

Son procedimientos de afino el de inyección de oxígeno, elSiemens-Martin y el eléctrico.

De acuerdo con sus aplicaciones, las clases de acero se subdivi-den en aceros de construcc¡ón (construcción de vehículos,construcciones de acero, piezas para aparatos) y en aceros paraherramientas (herramientas de corte, herramientas de sujeción ypiezas para máquinas). Dentro de estos grupos el acero puede ser noaleado o aleado. Un acero está aleado si para mejorar sus propieda-des se le añaden metales como el cromo, nlquel, manganeso y vana-dio (véase pá9. a9).

iI

II

I4

c:9tt,

=rFq)Eootr

Aceros de construccióny de herramientasno aleados y de

como el aceroSiemens-Martin

Acero el

de alta resistencia alcalor, aceros de altaaleación resistentes

48 Matériales

En los aceros no aleados la resistencia y la dureza aumentan alaumentar el contenido de carbono, disminuyendo en cambio la sol-dabilidad y la forjabilidad.

El hierro fundido es un material de hierro colado con un conte-nido de carbono de 2,5 a 4,5%. Estos materiales se caracterizan,frente al acero, por un punto de fusión más bajo y una colabilidad másfácil. Para piezas de forma complicada. la fundición es la modalidadde fabricación más económica. Los materiales de hierro y acerocolados son la fundición, la fundición maleable y la fundición dura, Elacero moldeado es el acero colado en moldes.

2.3.4 Diversas calidades de aceros

ACEROS NO ALEADOS Y ALEADOS

El acero es un material versátil. Según su purcza, aditivos aleados ytratamiento, es blando o duro, resistente a la Íacción, al desgaste, a

la corrosión y al calor.El acero se puede forjar, laminar y fundir, así como me.canizar con

o sin arranque de viruta.

Según el contenido de elementos de aleación, las clases de acerose subdividen en aceros no aleados y aleados. Los aceros no aleadosse subdividen a su vez en aceros básicos, aceros de calidad y acerosfinos; los aleados sólo en aceros de calidad y aceros finos.

Los aceros básicos son aquellos cuyas propiedades. tales comoresistencia a la tracción, límite de fluencia y alargamiento de rotura,están dentro de unos límites determinados.

Los aceros de calidad, en lo qne respecta a caracterlst¡cas su-perficiales, soldabilidad, conformación en frío y en caliente, estánfabricados con gran cuidado. Pueden ser no aleados y aleados.

Los aceros finos son todos los aceros aleados y aquellos acerosno aleados que se diferencian de los de calidad por su mayorhomogeneidad y ausencia de inclusiones no metálicas (P y S, O.O35%como máximo). Se funden con el mayor cuidado, consiguiéndose asíuna textura especialmente uniforme.

Según su empleo se dividen en: acero cementado, acero bonifi-cado, acero rápido, aceros resitentes al calor, a los ácidos y a laoxidación, y acero para muelles. Aceros especialmente puros son losaceros al vacío

Los aceros no aleados son los que se obtienen cuando no sesobrepasan los siguientes porcentajes (el carbono no cuenta aquícomo componente de la aleación):

O,5% de S¡, O,8% de Mn, O,1% de Al, o O,1% de Ti, o O,25% de Cu.Los aceros de baja aleación poseen hasta el 5% de componentes

aleados.Los aceros de alta aleación poseen más del 5% de componentes

aleados. Sin embargo, no deben contener en conjunto más delO,O45% de fósforo (P) y azufre (S).

El acero moldeado es acero colado en moldes. Comparado conla fundición gris y la fundición maleable, posee una resistenciamecánica mayor. Para piezas sómetidas a altas solicitaciones seañaden al caldo metales de aleación. El material no se distingue del

tt

at

ddq

tiI

Acero aleadocon vanadio,

molibdenoy cromo

tt(

I

cromo y níquel

Figdra 2-56. Mgjora del acero por aleación.(Pie de rey y rueda dentada de acero aleado de calidad'Biela de acero fino aleadq).

!\I

- . - ---

'lit -

Acero aleado con cromo

Materiales

acero forjado. Sin embargo, el acero moldeado se contrae l27ol eldoble que la fundición gris (1%). Por esta razón las piezas moldea-das deben ser más regulares en sus secciones y más lisas en su formaque las de fundición gris.

LOS COMPONENTES DE UNA ALEACIÓNMODIFICAN LAS PROPIEDADES

Mientras que el carbono influye en la dureza, resistencia y alarga-miento del acero, para otras propiedades tecnológicas son dec¡sivosdiversos elementos de aleación:

El cromo aumenta la resistencia y la dureza, así como la resis-tencia a la corrosión y al calor, y la consistenc¡a del corte.

Válvulas, herramientas de corte, cuerpos de laminación y depósi-tos resistentes a los ácidos.

El cobalto hace más duro al acero, así como cons¡stente al corte.Aceros rápidos.El manganeso hace al acero más resistente al desgaste (templa-

do en frío), pero también peor mecanizable y sensible al tratamientotérmico. El manganeso puede sustituir al níquel en determinadoscasos,

Cadenas, bandajes para ruedas, espadines de aguja, aceros deherramientas indeformables, bandajes para dragas.

El níquel actúa afinando los granos y comunica al acero tenaci-dad, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión.

Cigüeñales, ruedas dentadas, cubertería, depósitos res¡stentes a

los ácidos, alambres para resistencias.El silicio proporciona elasticidad; el temple penetra y mejora la

resistencia del acero a los ácidos. Por encima delO,2%ó de silicio dis-minuye considerablemente la forjabilidad y la soldabilidad.

Muelles, chapas para dinamos y transformadores, acero resisten-te a la oxidación y al calor.

Elvanadio y el'molibdeno proporcionan dureza, resistencia al ca-lor y a la corrosión, y tenacidad.

Matrices para forja, matrices para prensas y herramientas de ca-lidad (llaves para tornillos).

El tungsteno hace al acero tenaz, resistente a la corrosión, y al ca-lor, así como consistente al corte.

Acero rápido, matrices para prensas y moldes para fundición porinyección.

2.3.5 Procedimientos de

PROCEDIMIENTO DE AFINO

obtención de acero

La eliminación de los acompañantes P, S, S¡ y Mn exis-tentes todavía en el h¡erro bruto, así como del porcentajede C. demasiado alto. se llama afino.

Ensayo: En una cuchara se calienta una pequeña cantidad de azufre y fós-foro. Con el oxígeno del aire arde el azufre con llama azulada de SO2 (olor pe-netrante). El fósforo amarillo se inflama ya con un ligero calentamiento(precaución) formándose una niebla blanca de óxido de fósforo-V (PrO5)

El acero se obtiene por transformación química del hierro bruto atemperaturas superiores a los 1 600'C. En esta transformación se

Figura2-57. Combustión de los acompañantes del hierromediante oxígeno.

49

Dióxido de

Oxíg e n

Pentóxido defósforo

Azufrc

Fósforo

II

n

50

Lanza de oxígeno(refrigerada por agua)

Carga:

Hierro bruto * chatarrarelación 3:'l

Cal viva (CaO)

Figura 2-58. Procedimiento de inyección de oxígeno.Convertidor LD/peso de la carga hasta 30O t

Materiales

desprende el carbono en forma de dióxido de carbono, formando losóxidos de azufrc y fósforo (escoria).

Si se hace pasar aire u oxígeno por el caldo, el fósforo se oxidaformando óxido de fósforo-V, el azufre forma dióxido de azufre, el sili-cio a su vez dióxido de silicio, el manganeso forma óxido de man-ganeso y el carbono dióxido de carbono.

PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE OXíGENO(Procedimiento de acero al oxígeno)

El más conocidó es el procedimiento LD, denominado así por la ace-rería austríáca de Linz-Donawitz.

Aproximádamente el 7O% de todos los aceros se obtienen por elprocedimiento de inyección de oxígeno, ya que es bastante más eco-nómico

-que el procedimiento Siemens-Martin.

El convertidor de acero al oxígeno (convertidor LD) se llena dehierro bruto líquido o esponja de hierro, chatarra y aditivos.. Con una lanza refrigerada poragua se inyecta oxígeno en el caldoá una sobrepresión de 12bar. En la oxidación del carbono y de losacompañantes del hierro se libera gran cantidad de calor, por lo queel caldo se pone en movimiento acelerado. Se neutraliza la elevadatemperatura por adición de chatarra fría. Mediante la adición de cal,los acompañantes tales como manganeso, silicio, fósforo y azufre, seunen formando escoria.

Los elementos de aleación para aumentar la calidad se añaden alfinal del afinado o a la salida. Los aceros obtenidos se llaman acerosal oxígeno o aceros por inyección de oxígeno.

PROCEDIMIENTO SIEMENS-MARTIN(Afino al horno)

La importancia particular del procedimiento Siemens-Martin es que permite obtener directamente acero decalidad partiendo de chatarra.

El horno Siemens-Martin es un horno fijo de llama en forma decuba. En el método de la chatarra, se llena al TOoA con chatarra deacero y el resto con hierro bruto y cal para formar escoria.

La temperatura de fusión y oxidación, de unos 1 8OO'C, se consi-gue mediante una llama abierta de gas o aceite, precalentando a

1 100"C el aire necesario para la combustión. El precalentamientotiene lugar en cámaras de precalentam¡ento, calentadas por losgases de salida.

El proceso de afino tiene lugarcon exceso de oxígeno. El silicio,fósforo y manganeso que acompañan al hierro, se transforman enóxidos no solubles que forman escoria con la cal. Por la formación degases de CO se llega a la cocción del baldo, con lo que se consigueun buen mezclado.

Si se añaden elementos de aleación (cromo, níquel, y otros) antesde terminar el proceso de fusión, se obtienen aceros de baja alea-ción.

PROCEDIM IENTO ELÉCTRICO

Los aceros finos, en particular los altamente aleados, seobt¡enen en hornos eléctr¡cos.

Con el acero de convertidor o Siemens-Martin se alimenta elhorno eléctrico, se purifica y se le añaden los elementos de aleación

it

alahimgnea

Figura 2-59. Sección de un horno S¡emens-Martin.

5

f

¿

T

I

\ t

Ouemador

Materiales

deseados. Las aleaciones de acero obtenidas de esa forma contie-ren, además del carbono y según las exigencias, cromo, tungsteno,rnolibdeno, vanadio, manganeso, tándalo, titan¡o, aluminio, boro, co-oalto, níquel, circonio, silicio y fósforo.

En el procedimiento al horno eléctrico se utiliza la acción del calorproducida por una corriente eléctrica. La generación de calor estálibre de impurezas, ya que no existe ninguna llama de gas que des-prenda azufre. Como carga se emplea chatarra de buena calidad yacero preafinado.

El horno de arco voltaico tiene dos o tres electrodos. Al conectarla corriente salta el arco voltaico desde las barras de carbón hacia elmaterial a fundir. El calentamiento de produce de forma muy rápida yla temperatura puede regularse fácilmente.

Se alcanzan temperaturas de fusión de hasta 3 800"C, por lo quees posible la aleación con tungsteno (temperatura de fusión,3 370'C) y molibdeno (temperatura de fusión,2 600"C), En el hornode arco voltaico se funden por tanto aceros altamente aleados talescomo los aceros rápidos. aceros resistentes a altas temperaturas yaceros resistentes a la oxidación y a los ácidos. Por su pureza se lla-man aceros finos, y por su forma de fabricación, aceros al hornoeléctrico.

En los hornos de inducción pasa corriente alterna por una bobinasituada alrededor del crisol. En el material a fundir se producen portanto corrientes parásitas que calientan el baño. Se emplea para la fa-bricación de aceros altamente aleados, de fundición aleada y defundición con grafito esferoidal (fundición nodular).

PROCEDIMIENTO DE REFUNDICIÓN

El tratam¡ento metalúrgico del caldo de acero se realiza cada vezmás por el siguiente procedimiento. Al colarlo en coquillas, el acerolíquido toma oxígeno, nitrógeno y vapor de agua del aire, descompo-niéndose este último a alta temperatura, en hidrógeno y oxígeno.

Al enfriarse un bloque se libera principalmente el hidrógeno di-suelto en el caldo. Esto origina en el interior del bloque altas pre-siones que conducen a la formación de fisuras en los granos y poros,las llamadas fisuras en escamas.

Procedimiento de refusión eléctrica con escoria. Por este mé-todo se obtienen bloques de acero fino con textura uniforme y bajoen sedimentos e inclusiones. El bloque de acero fino fundido en elhorno eléctrico hace de electrodo y gotea por una escoria, desem-bocando en una coquilla de cobre refrigerada por agua. La escoriahace las veces de resistencia eléctrica, generándose el calor de fu-sión necesario por el paso de la corriente a través de la escoria. En laescoria son retenidas al mismo t¡empo las substancias no deseadas ylos gases disueltos en el acero.

2.3.6 Colada del acero

Figura 2-60. Horno de arco voltaico.

51

V¡stageneral

EsquemaEl horno dearco voltaicoactúa solamentecomo reductordébil, por loque hay unapérdida pe-queña del va-lioso afino

La bobina de inducciónengendra en el caldocorrientes parás¡tasque mueven el baño,proporcionando un buenmezclado

Co¡rie ntesBobina parás¡tas

)

Figura 2-61. Horno de inducción.

Bloque de acero finoempleado como electrodo

Coquilla refrigeradapor agua

Escoria empleada comoresistencia eléctrica

Bloque deacero refundido

Flujo de corr¡e nte

Figura 2-62. P¡ocedimiento de refundición al horno eléc-trico con escoria.

Cuchara

Acero colado

CoquÍlla

Depósito al vacío

Figura 2-63. P¡ocedimiento de colada al vacío.

4 Alabomba de vacío

Recipiente al vacío

Cuchara

Caldo

Figu:a 2-64. Procedimiento de circulación al vacío.

Huella de azufre en la

sedimentación del bloque

Materiales

Los óxidos de hierro hacen quebradizo al acero en la elaboraciónen cal¡ente. El nitrógeno produce envejecimiento, y el hidrógeno pro-duce por su parte fisuras en las p¡ezas de forja y pequeños poros.

Las burbujas de gas que quedan en el acero son desplazadas par-c¡almente en un tratam¡ento térmico posterior. El tratamiento alvacíose emplea para obtener aceros pobres en gases. De esta forma sedesprenden los gases disueltos en el caldo, el cual se encuentra enun recipiente al que se ha hecho el vacío (de la misma forma que eldióxido de carbono disuelto en una botella de agua mineral).

En el procedimiento de colada al vacío, el caldo se vierte desdela cuchara a las coquillas, las cuales se encuentran en un recipiente alvacío. En este caso los gases se desprenden del chorro.

En el procedimiento de circulación al vacío, el acero lfquido seeleva desde la cuchara hasta un recipiente al vacío, por un tubo aspi-rador. Después de la desgasificación el acero fluye en sentido opues-to por otro tubo.

ACERO COLADO SIN CALMAR

Al solidificarse el caldo, el acero con el carbono y el oxlgeno des-prenden gases de óxido de carbono (ecuación: C * FeO - Fe f CO).Las burbujas de gas ascendentes originan un fuerte movimiento delacero que aún se encuentra en estado líquido, con lo que el carbono,el fósforo y el silicio son comprimidos hacia el interior todavla líquidodel bloque. El acero se descompone. Este proceso se llama sedi-mentación.

Las acumulaciones de fósforo en el acero producen fragilidad (pe-ligro de rotura en la conformación en frío). Las acumulaciones de azu-fre en el acero ocasionan fragilidad al rojo (peligro de rotura al traba-jarlo estando en estado incandescente). Altos contenidos locales deW, Ti o Mo producen puntos duros, que tienen como consecuenciaentallas que pueden conducir a la rotura de las piezas,

Se emplea para acero en bandas, chapa fina y alambre, en loscuales se ex¡ge más de la superficie que del núcleo.

ACERO COLADO CALMADO

Mediante la adición de aluminio, silicio o manganeso al colar elacero, el oxígeno se une a esos metales. Se forman óxidos metálicosque no pueden ser reducidos por el carbono (ecuación; 2FeO * Si -- 2Fe + S¡Or. El acero solidificado calmado posee una buenahomogeneidad, ya que de esta forma se evita la sedimentac¡ón. Elacero de calidad se cuela siempre calmado, pues en caso contrario eloxígeno oxida a los componentes de la aleación.

PROCEDIMIENTOS DE COI.ADA

Una gran parte del acero producido se cuela en bloques o en formacont¡nua. La elaboración posterior se hace por forja, laminación oextrusión.

En la fundición de bloques, el acero líquido se cuela en co-qu illas.

En la fundición continua el colado se hace por una coquilla abier-ta refrigerada por agua. Por absorción de calor en la coquilla se solidi-fica el acero líquido y se extruye en forma de cordón sólido entre losrodillos de retención y de apoyo, La velocidad de extrusión es de2 m/min. La rapida velocidad de solidificación del cordón se opone a

Figura 2-65. Acero colado no calmado.

Materiales

la formación de sedimentos y poros, con lo que se consigue una granhomogeneidad de la textura.

Con la colada continua ya no hace falta el laminado en bloquesque antes se ut¡l¡zaban normalmente, con bloques de fundición esta-cionaria y el revenido en horno de cubilote. La secciones transver-sales del cordón extruido pueden adaptarse a las formas del produc-to laminado, con lo que se reduceel trabajo posterior de confor-mación.

2.3.7 Materiales colados

Log;materialdÉ colados son aleac¡ones de hirerro y carbo-no con un 2 al 4%' de carbono que, debido a sus propie-dades, son aptos para la producción de fundición enmoldes.

Entre estas aleaciones figuran el hierro fundido con grafito lami-nar, el hierro fundido con grafito esferoidal, la fundición dura y la fun-dición maleable. Se funden en hornos de cuba.

HIERRO FUNDIDO

El hierro fundido con grafito laminar práct¡camente no tiene alarga-miento. La superficie de rotura es gris por el hecho de que el carbonose separa preferentemente en forma de grafito. En la superficie de ro-tura se presentan vetas de forma laminar con radios de curvaturapequeños, los cuales actúan como entallas y reducen portanto la re-sistencia. La viruta desprendida en la mecanización es quebradiza. La

resistencia a la compresión es elevada.Hierro fundido con grafito esferoidal. Por la adición de peque-

ñas cantidades de magnesio y cerio, esta fundición posee en su tex-tura depósitos de grafito esferoidal. Después de un tratamiento tér-mico se consigue una resistencia similar a la del acero (hasta700 N/mm2). Posee suficiente alargamiento y puede mecanizarse porarranque de viruta mejor que la fundición gris. Las propiedades mejo-radas de la resistencia se explican por la forma esferoidal del grafito,que reduce los efectos de entalladura.

Ensayo: Si se someten a la acción de una fuerza dos tiras de papel del mismotamaño, una de ellas (A) con muescas y la otra {B) con recortes circulares,primero se rompe la A, que representa hierro fundido con grafito laminar.

La fundición dura se obtiene por adición de manganeso y enfria-miento rápido delcaldo. De esta forma se consigue que el carbono sesepare en toda la sección en forma de carburo de hierro (FerC). La su-perficie de rotura tiene aspecto blanco. Se consigue una mayor resis-tencia mecánica, dureza y resistencia al desgaste.

FUNDICIóN MALEABLE

Distribuidor Dispositivode colada

Agua derefrig e ra ció n

Bebedero

El caldoseso lid ifica

Coquilla

Colada continua fundición

Figura 2-66. Colada del acero.

Plataformadel

Asce nsof

Camisa Conducción de aire

Horno previo DepósitoH¡erro bruto. trozos

de fundición, coque, cal

Predomina Hierro fundido con grafito laminarencia Mn

aSi

Adición de Mg\Hierro fundido con flrafito esferoidalÉ

Fundiciónmaleable bruta

53

Figura 2-67. Fusión del hierro fundido.

La fundición maleable es un material colado compuestode hierro y carbono, con propiedades similares a las delacero.

ln

54

G rafitoesferoida I

Flujofuerzas

Fuerza

El grafito t¡ene forma lam¡nar y El graf¡to t¡ene forma de esferasestá alojado en el material Si se aplastadas (esferoide). Si se so-somete el mater¡al a la acción de mete a carga, el flujo de fuerzas seuna fuerza, las láminas de graf¡to ¡nterrumpe ligeramente, la res¡s-¡nterrumpen el flujo de fuerzas y el tenc¡a es mayor.h¡erro fund¡do se parte

Figura 2-68. Ensayo con modelos (acción de la entalla enla fundición gris con grafitó laminar y fundición gris congrafito esferoidal).

Molde

Figura 2-6P. Colada del acero.

Ejercicios

Estructura de los mater¡ales metál¡cos

1. Ordenar correlativamente: cristal, cristalita y textura.2. ¿De qué depende la forma del cristal de un metal?3. ¿Oué diferencia hay entre átomo metálico, ion metálico y

el ectró n?

4. Dibujar una retícula cúbica centrada en el cuerpo e indicar elnúmero de iones.

5. lndicar la diferencia que existe entre la forma de la retícula delhierroayelcobre.

6. Explicar la diferente maleabilidad del cinc y el cobre a tempe-ratura ambiente.

7. lndicar cuál es la diferencia entre cohesión y adherencia.8. ¿De qué magnitud es la fuerza de cohesión que existe entre

dos particulas, en función:a) de la clase de material,b) de la forma de la pieza,c) de la distancia entre las partículas,d) de la cantidad de componentes de aleación?

9. Razonar sóbre la influencia que ejerce el calor en la cohesiónde las partículas.

10. Un metal se deforma: a) plásticamente; b) elásticamente.¿Oué diferencias se p.resentan?

11. Dibujar la variación de la textura metál¡ca en la deformaciónpl á stica.

Materiales

La fundición maleable bruta se obtiene en hornos de cuba y con-tiene del 2,4 a!3,4% de carbono, que aparece en forma de carburo dehierro (Fe3C) después de la solidificac¡ón. La fundición maleable bru-ta es dura y frágil. Las piezas fundidas deben por tanto recocerse.

Fundición maleable recoc¡da descarburada (<blanca>)

Las piezas fundidas se recuecen en atmósfera de oxígeno (hematitesroja o mezcla de gases oxidantes), a 1 000'C. El carburo de hierro sedescompone en hierro y carbono, ox¡dándose en los bordes el car-bono en forma de CO y COz. El material se descarbura por tanto en lascapas exteriores y la superfic¡e de rotura tiene aspecto blanco.

Fundición maleable recoc¡da no descarburada ((negraD)

Las piezas fundidas se envuelven con productos neutros (arena o gasprotector). En estado recocido el carburo de hierro se descomponeen hierro y en grafito en forma de escamas. Ahora la textura es unifor-me en toda la sección de la pieza. La superficie de rotura tiene as-pecto negro.

Aplicaciones: Palancas, bujes de ruedas, eslabones de cadenas,tambores de freno y piezas de máquinas.

ACERO MOLDEADO

El acero moldeado es un producto colado a partir de acero de con-vertidor LD, de horno Siemens-Martin o de horno eléótrico. Se cue-la tanto no aleado como con baja o alta aleación (véase pá9. 48).

12. Fundamentar que los desplazamientos son portadores de lasdeformaciones plásticas.

13. Comparar la retícula de un metal puro con la de una aleación.14. iCómo se forma una aleación de dos metales?1 5. Las aleaciones poseen, frente a los metales de una sola subs-

tancia mayor dureza y resistencia. Fundamentar este hecho enla diferente estructura reticular.

Materiales férreos

Combinaciones en el m¡neral de hierro y obtenc¡óndel hierro bruto

16. ¿Con qué elementos químicos se combina con más frecuen-cia el hierro en los minerales férreos?

1 7. Explicar la diferencia entre sulfuros minerales y óxidos mine-rales y designar estas combinaciones.

18. Citar los acompañantes del mineral de hierro conocidoscomúnmente como gangas.

19. Fundamentar que la herrumbre es una retrogradación del hie-rro a estado mineral primitivo.

20. ¿Cómo se explica que los metales de uso corriente no se en-cuentren generalmente en estado puro?

Pape

Alto horno

Materiales

21 . Explicar la diferencia entre oxidación y reducción.22. iPor qué va la reducción de óxidos metálicos acompañada de

una oxidación?23. El óxido de plomolV (PbO2) debe reducirse con hidrógeno. Es-

ciibir la ecuación de la reacción.24. La magnet¡ta contiene un 70% de Fe¡O¡, aprox¡madamente'

¿Cuántos kilogramos de óxido de hierro y de hierro puro estánconten¡dos en 5O0 kg de mineral? (Fe = 56 kg; O = 16 kg)'

25. ¿Oué misión tienen el coque y el monóxido de carbono en la

obtención de hierro bruto?26. ¿Cuál es la misión de los aditivos en el alto horno?27. Diferenciar entre los procesos que se llevan a cabo en la zona

de reducción, en la carburación y en la de fusión, en la obten-ción del hierro bruto.

28. ¿En qué se diferencia la extracc¡ón del metal de los mineralesen el prdcedimiento de reducción directa y el de alto horno?

29. El manganeso y el silicio como acompañantes del hierro brutodeterminan el aspecto de la superficie de rotura' Razonarlo'

D¡ferentes calidades de acerosy proced¡m¡entos de obtenc¡ón de acero

30. Fundamentar por qué el hierro bruto no puede trabaiarse di-rectamente en forma de piezas.

31. ZOué afirmación es correcta?a) El hierro bruto posee un contenido en carbono superior al

del acero.b) El hierro bruto t¡ene un punto de fusión más alto que el del

acero.c) El hierro bruto posee mayor alargamiento que el acero.

32. lndicar las diferencias entre:a) acero de calidad y acero finob) acero de alta aleación y acero de baja aleación'

33. ¿Oué componentes de la aleación de los que se indican a con-tinuación hacen que el acero sea tenaz, resistente al desgas-te, res¡stente al c'alor y duro?a) Silicio; b) Tungsteno; c) Manganeso; d) Cobalto; e) Cromo.C¡tar los posibles elementos de aleación de un acero rápido.Los acompañantes del hierro bruto tienen una tendencia su-perior al enlace con oxígeno que con hierro. ¿Cómo se apro-vecha esto en la obtención del acero?Explicar cómo se eliminan los acompañantes del hierro bruto,med¡ante el <afinor.Comparar el proceso de afino en el horno Siemens-Martin conel procedimiento de inyección de oxígeno.Citar las partes de que se compone un convertidor L-D.

¿Con qué medidas puede obtenerse acero de baja aleación,por el procedimiento Siemens-Martin?

2.4 Mater¡ales metálicos no férreos

2.4.1 Metales ligeros

ALUMINIO, símbolo Al

El aluminio fue descubierto en 1827 por Fr¡edrich Wóhler. No adqui-rió importancia hasta la invención de la máquina dinamoeléctrica(1 867), siendo necesarias para la obtención grandes cantidades deenergía.

55

40. Fundamentar el alto grado de pureza del acero al horno eléc-tric o.

41. Comparar el principio del horno de arco voltaico con el delacero al horno eléctrico.

Colada del acero

42. En la colada del acero, la absorción de gas por parte del me.tal empeora la calidad. Decir por qué.

43. ¿Oué se ent¡ende pbr vacío?44. Explicar la función y el principio del tratam¡ento alvacío para

el acero líquido.45, En la solidificación de un caldo de acero aparecen separacio-

nes de la fusión. ¿Qué se entiende por esto?46. ¿Oué efectos tiene la separación al trabajar un bloque de

acero?47. Lafalla de reposo del acero en la colada proviene de reaccio-

nes químicas. Especificarlas.48. Explicar por qué se obtiene acero colado calmado med¡ante la

adición de Al y Si.49. Diferenciar entre fundición en bloque y fundición continua.50. Decir las venta¡as de la fundición cont¡nua frente a las de la

fundición en bloque, en lo que respecta a:a) Texturab) Tiempo de trabajo de laminación para la fabricación de

semiacabados.

Materiales de fundición

51. lndicar cuál es la diferencia entre el acero y la colada dehierro y carbono.

52. En el hierro fundido, el grafito puede presentarse en formalaminar o esferoidal. Fundamentar la diferencia de res¡sten-cta.

53. Dibujar esquemáticamente la textura de una fundición gris la-minar y la de una fundición gris esferoidal.

54. ¿Oué significa <maleabilizarr?55. lndicar la causa del aspecto negro o blanco de la superficie de

rotura de la fundición maleable.56. Comparar los procesos de recocido para obtener fundición

maleable blanca y fundición maleable negra, partiendo defundición maleable bruta.

57. Explicar la diferencia entre acero moldeado y hierro fundido,en lo que se refiere a:a) propiedades de coladab) resistencia a la tracciónc) contenido en carbono.

58. Opinar sobre el empleo de materiales colados.

3435

36.

37.

38.39.

56

Transformador central eléctrica

Rectif icador

Generador

Células electrolíticas líquido

Figwa 2-7O. Fabricación del aluminio.

Materiales

Presentación y obtenciónNo se presenta puro como metal. Sin embargo, combinado es el me-tal más abundante en la Tierra (aproximadamente el 8% de la cor-teza). El mineral más rico en aluminio es la bauxita, En la ComunidadEuropea abunda en Francia, ltalia y Grecia. El corindón es óx¡do dealuminio cristalino. Puro y claro, es una piedra preciosa (zafiro, rubí,topacio, amatista).

De la bauxita se obtiene en primer lugar el óxido de aluminio puroAlzO¡ (arcilla). A continuación se elimina el oxígeno de la arcilla encélulas electrolíticas. Para reducir el punto de fusión de 2 OO0'C a

960"C, se añade criolita (Na3AlF6) como fundente. Los productos fi-nales para semiacabados (chapas, barras, perfiles, tubos) son alumi-nio puro Al 99,98 R o aluminio, p. ej., Al 99,5 (DlN 1712T3).

PropiedadesFísicas: Punto de fusión, 658oC; densidad, 2,7 kg/dm]. Después dela plata y el cobre es el mejor conductor eléctrico.

Ouímicas: Resistente a la corrosión, capa de óxido impermeable.Mecánicas: Resistencia a la tracción fundido, 160 a 320 N/mm2;

laminado, 150 a 4OO N/mm'. Alargamiento 2 a 35%.Tecnológicas: El aluminio se puede forjar, laminar (incluso en

láminas delgadas), estirar, mecanizar con arranque.de virutas, fundiry soldar por diversos procedimientos. La termita, empleada para sol-dar rieles entre otras cosas, es una mezcla de polvo de aluminio yóxido de hierro. En el alumetado se proyecta una mezcla de polvo dealuminio sobre el acero y se quema recociéndolo.

ALEACIONES DE ALUMINIO

Los elementos de aleación más importantes son el cobre, el silicio, elmagnesio, el manganeso y el cinc.

El magnesio y el manganeso forman con el aluminio unos cris-tales mezcla (véase pá9. 441, En este caso los átomos extraños di-sueltos son un obstáculo para los desplazamientos (véase pág. 43),lo que supone un robustecimiento del aluminio. Esta aleación dealuminio se des¡gna como no endurecible.

Con el cobre, cinc y silicio, el aluminio forma cristales mezcla a

unos 5O0oC. Si estas aleaciones se enfrían rápidamente, esa texturase mantiene también a temperatura ambiente.

La dureza aumenta si estas aleaciones se almacenan durante al-gún tiempo. Este tipo de aleaciones se denominan endurecibles.

Aleaciones maleablesEstán normalizadas en DIN 1725 T1 . Semielaborados comercialesson las chapas, bandas, tubos, barras, perfiles y piezas estampadas.

Aleaciones de coladaEstán normalizadas en DIN 1 725 T2, y se cuelan (en arena, en coqui-lla y a presión), poseen buenas propiedades de pulimentación, sonresistentes a las influencias climatológicas y al agub de mar, son me-canizables por arranque de viruta y soldables. Para caracterizar lasaleaciones de aluminio se indican las abreviaturas de los elementosquímicos por orden de participación porcentual.

MecanizaciónLa mecanización de las aleaciones de aluminio se hace con o sinarranque de viruta. La velocidad de corte (hasta 4O0 m/min) ahorra

Aleaciónmaleable

AlCuMg 1

Cu 3,5 .

Mg 0,4Mn 0.3 ,

Resto Al

.1 50 000A

. . 16 000 kwh

4,5 Res¡stencia hasta 4O0,'l ,0 N/mm2, para piezas de.1,0 máquina som€tidas a

altas solicitaciones

Aleaciónde colada

G-AlSi 10 Mg

si I 11M9 0,2 .,0,4Mn 0...0,5Resto Al

Piezas resistentes alas vibraciones, sol-dable, res¡stente aldesgasteyalaco-rrosión

atoñ e I a d-a s-A; b a uxita

T-tú;l a d-;-&;l u m i ;lóllntensidad de corri€nte 50 OO0A' .

Consumo de energía 15 OO0 kwh'Reducción de la arcilla a aluminio

Aleaciones de aluminio, DIN 1725, ejemplos

Materiales

t¡empo. El arranque de viruta se realiza con acero rápido o metal duro.Como refrigerantes se utilizan aceites, trementina o linimentoalcohólico. En la conformación en caliente deben mantenerse lastemperaturas con exactitud. La soldadura no presenta ninguna difi-cultad si se tiene en cuenta la gran conductividad térmica y la dila-tación por el calor.

MAGNESIO. símbolo Mg

El magnesio fue obtenido por vez primera en 1808 por Davy, peroimpuro. Como metal de consumo adquirió importancia cuando seconsiguió prensar aleaciones de magnesio, así como colarlas. Es elmetal de consumo más ligero.

Presentación y obtenciónPor su abundancia el magnesio ocupa el octavo puesto entre los ele-mentos químicos. En primer lugar se prepara el mineral (magnesita,dolomita, carnalita). La magnesita (químicamente carbonato demagnesio MgCO3) por ejemplo, se prepara eliminando CO2 paraformar óxido de magnesio MgO.

El magnesio puro se obtiene por electrólisis como en el caso delaluminio. En la electrólisis el oxígeno se separa del magnesio.

PropiedadesFísicas: Punto de fusión, 657"C; densidad, 1,74 kg/dm3, es decir,que 1 kg de Mg tiene aproximadamente 4 veces y media el volumende 1 kg de hierro.

O,uímicas: Suficientemente estable en presencia de aire seco.Aplicación: en pirotecnia, como desoxidante y como flash. El magne-sio ardiendo hay que apagarlo con arena, ya que el agua aviva lareacc ión.

Ensayo: Una cinta delgada de magnesio puede encenderse conun fósforo. El magnesio arde con llama clara de olor penetrante, for-mando óxido de magnesio. El metal puro se transforma pues quími-camente en la materia prima de partida.

Mecánica: En forma de metal puro tiene poca resistencia, 11O a200 N/mm2.

Tecnológicas: Fácil de mecanizar con arranque de viruta, admitela velocidad máxima de corte, fácilmente conformable y fundible.

ALEACIONES DE MAGNESIO

Por su facilidad de combustión y poca res¡stencia, el magnesio seemplea solamente aleado.

Las aleaciones son materiales de construcción ligeros. Los prin-cipales componentes de aleación influyen en diversas propiedades.

El manganeso aumenta la resistencia a la corrosión.El aluminio mejora el comportamiento mecánico.El cinc le comunica gran alargamiento y mucha resistencia.lgual que las aleaciones de aluminio, están normal¡zadas en alea-

ciones maleables y aleaciones de colada.

Ejemplo de aleación de colada magnesio, DIN 1729Fundición MgAl 8 Zn 1 con 7,5. . .9,O% de aluminio, 0,3. . .1 ,OVo decinc,0,15...O,3% de Mn, y el resto Mg. Resistenc¡a a la tracción24O...28O N/mm2. La densidad es de 1,8 kg/d.t, aproxima-damente.

APPOI-D.4

57

58 Materiales

Más del 95% de las piezas de aleaciones de magnesio fundidas loson por el procedimiento a presión, Las piezas son un 30% más.lige-ras y aproximadamente de la misma resistencia que las de iguales di-mensiones de fundición a presión de aluminio.

Estas aleaciones se emplean para piezas de motores (carter decigüeñal y carcasa de árbol de levas), cuerpos de ventiladores, table-ros de instrumentos, máquinas fotográficas, sierras portátiles ypiezas similares, que deben ser ligeras.

TITANIO, símbolo Ti

El t¡tan¡o es el material del futuro, ya que con su densidad baja poseeuna elevada resistencia,

PropiedadesDensidad 4,55 kg/dm3; punto de fusión 1 668oC; resistente a la co-rrosión y al calor.

El titanio se alea principalmente con aluminio y vanadio.

Ejemplo:TiAl 6V4

Con una resistencia a la tracción de 980 a 1 160 N/mm2, la aleaciónde titanio es un 43% más ligera que el acero más resistente, poseeuna gran resistencia al calorya la corrosión, asf como una buena re-sistencia a la fatiga.

Se emplea en aviación, propulsión y construcción de motores(bielas, muelles de válvulas y tornillos de dilatación).

2.4.2 Metales pesados

COBRE, símbolo Cu (cuprum)

Es el metal de consumo más antiguo, y junto con el aluminio es unmetal no férreo importante. Resulta inestimable en la electrónica yconstrucción de maquinaria,

Presentación y obtenc¡ón

El cobre se prgsenta principalmente en forma de mineral. Losminerales de cobre ¡mportantes son la calcosina (CuzS) y la calcopi-rita (CuFeS2). El elemento que acompaña al cobre, el azufre, se eli-mina en un horno de calcinación. Se combina con el oxígeno y formadióxido de azufre (SOt. El oxfgeno prosigue la oxidación del cobre,formando óxido de cobre (CuO).

CurS+2O, + SO.+2CuO

En el horno de cuba se obtiene el cobre biuto por reducción.Mediante afino al fuego y electrólisis se obtiene cobre puro.

PropiedadesEnsayo: Calentar por un extremo un redondo de acero y una varilla decobre de la nllsma longitud. Si se sostienen ambos por el otroextremo, se obiervará una mejor conducción del calor en el cobreque en el acero.

Materiales

Ensayo: Si se sujeta una bola de acero duro eotre una chapa de cobrey otra de acero, con dos mordazas de tornillo de sujeción, y seaprietan, se observará una huella más profunda en lá chapa de cobreque en la de acero.

Ensayo: Una chapa de cobre pulido se recubre de una cap'á de óxidonegro si se somete a la acción de una llama. :

Ensayo: Si se cubre una chapa de cobre con ácido acético diluido, seforma una capa verde venenosa (cardenillo).

Ensayo: Se conecta a un circuito con una fuente de tensión U = 4 V,una lámpara de incandescenc¡a de 4 V. Si se intercalan al circuito unalambre de hierro y otro de cobre de 1 m de longitud y 0,1 mm2 desección, la intensidad luminosa de la lámpara es mucho menor conlos alambres intercalados.

Valoración:

Física: Densidad p = 8,9 kg/dm3; punto de fusión 1O84'C; conducti-bilidad térmica frente al acero, unas ocho veces mejoc conductividadeléctrica frente al acero, unas 7 veces mejor.

Ouímica: En el aire el cobre se oxida formando óxido de cobre (l),CuO; en atmósfera de aire húmedo, el cobre forma con el dióxido decarbono una capa superficial protectora de carbonato de cobre(CUCO¡).

Mecánica: Resistencia a la tracción hasta 250 N/mm2; alargamientocon alambres medios, 30 a 5O%; dureza: sólo un 25% de la de acero.

Tecnología: El cobre puede forjarse, laminarse, repujarse, embut¡rse,mecanizarse con arranque de viruta, colarse y soldarse.

Consideraciones: En el trabajo en frío, por ejemplo el doblado, laretícula cristalina se deforma, aumenta la dureza y la resistencia. perodisminuye el alargamiento de rotura y la tenacidad. Mediante unrecocido intermedio a 600oC se elimina la dureza generada.

En estado líquido el cobre absorbe gases (oxlgeno, dióxido decarbono), por lo que los bloques de cobre colados presentan poros

Para el mecanizado con arranque se elige un ángulo de virutagrande. Se forman úirutas grandes y rizadas,

ALEACIONES DE COBR.E

Las aleaciones de cobre se forman con dos o más substancias. Com-ponentes de las aleaciones son el cinc, el estaño, el níquel, el alu.minio y el hierro,

Se distingue entre aleaciones maleables y aleaciones de colada.Las aleaciones de cobre se ind¡can por sus componentes.

Aleaciones de cobre y cincEstán normalizadas en DIN 17660. Sus propiedades caracterfsticasson buena colabilidad. mecanizabilidad, resistencia a la corrosión ytemplabilidad en frío, La dureza aumenta con el contenido de cinc.Suelen denominarse con el nombre genérico de latón si bien éstelleva otros componentes en pequeñas proporciones en su aleación,

Aleaciones de cobre, níquel y cincEstán normalizadas en DIN 17663. Med de nfquelesta aleación adquiere un iolor blanco plea paraaparatos de precisión, joyas, vitrinas, reg ompases,Se conocen con los nombres vulgares d y alpaca.

59

-üs

60

Aleaciones de cobre, DIN 17660 a OIN 'l 7663, ejemplo. Aleaciones de cobre y estañoEstán normalizadas en DIN 17662. Se componen de un 60% decobre como mínimo y cinc como principal aditivo. Sus propiedadescaracterísticas son alta resistencia mecánica y a la corrosión. asícomo buenas cualidades de deslizamiento. Las aleaciones decobre y cinc se emplean como material para cojinetes, ruedashelicoidales, tubos, membranas, muelles y manómetros. Se conocencon el nombre genérico de bronce.

Aleaciones de cobre y aluminioEstán normalizadas en DIN t7665; las piezas de acero sometidas alataque del agua y soluciones ácidas pueden ser sustitu¡das por unaaleación de cobre y aluminio; la aleación se compone de un 70% decobre y como elemento principal aleado el aluminio.

Ejemplos:

CuAl 8 Fe - Chapas para aparatos qufmicosCuAl 10 Fe'- Piezas res¡stentes a la oxidación, tales como árboles y tornillosCuAl 9 Mn - Piezas de cojinetes, ruedas dentadas y tornillos sin fin

Mecanización de una aleac¡ón maleablede cobre y c¡ncMediante la conformación en frlo aumentan notablemente laresistencia y la dureza, disminuyendo el alargamiento. Después deun recocido suave aumenta el alargamiento y disminuye la resisten-cra.

Ensayos:

1. Una tira de metal recocido se dobla fácilmente y conserva la formaadquirida.

2. Si la tira de metal se forja en frío, después se dobla con más dificultad y esmenos elásticai la du¡eza y la resistencia han aumentado.

3. Si se somete la tira una vez endurecida a un recocido suave, vueive a serblanda y maleable.

CINC, Símbolo Zn

Fue el metal de los alquimistas, pues daba con el cobre un metalparecido al oro. Actualmente es un material valioso y técnicamenteimportante debido a su buena aleabilidad.

Presentación y obtenc¡ónSus minerales son la calamina ZnCO¡ y la blenda ZnS.

Elaboración. En primer lugar se produce un concentrado del 67 al72Yo de cinc.

Siderurgia. Con el producto calcinado finamente molido y polvo decarbón se forman br¡quetas y se reduce con carbono. A continuaciónse evapora y condensa, obteniéndose cinc líquido. El cinc metalúrgi-co que se vende en el comercio es con un g9,b% de cinc. El cincrefinado, con 99,995% de cinc, se obt¡ene mediante destilación oelectrólis is.

PropiedadesFísicas: Densidad, p : 7,13 kg/dm3; punto de fusión 41goC.

Materiales

Aleación de Cu 58,5 .59,5cobre y cinc Pb 1,5..2,3CuZn 39 Pb2 Zn Resto

Troquelable, conformable;poca conformación enfrío por plegado, ro-blonado

Aleación de Sn 5,5. 7,5cobre y estaño Cu RestoCuSn6

Flejes, cojintes,muelles

Aleación de N¡ 11 .13cobre, níquel y 2n24..26cinc Cu RestoCuNi 122n24

Compresible, maleable;apropiado para trabajarlocon arfanque de v¡ruta

Materiales

Ouímicas: Buena resistencia a la corrosión; con el oxígeno el cincforma un óxido impermeable, ZnO,

Mecánicas: Resistencia a la tracción hasta 140 N/mm2; es quebra-dizo, pero calentado a 12O"C se puede mecanizar fácilmente, a

2O5oC es nuevamente quebradizo; se une bien al metal base en laoperación de cincado.

Tecnológicas: Tiene gran ¡mportancia como anticorrosivo (cincadoal fuego, a pistola o galvánico) y como componente de aleaciones; enla mecanización deben emplearse limas de estriado no cruzado; elcinc es colable. Formas comerciales: bloques, barras, chapas,alambre.

ALEACIONES DE CINC

Las aleaciones de cinc son de dos o tres substancias. Frente al cincpuro son más mecanizables y tienen mayor resistencia, hasta 250N/mm'. El cinc se alea con el aluminio y el cobre.

Las aleaciones maleables son coladas de cinc siderúrgico, cincrecuperado y aditivos.

Aplicación: Chapas, barras, piezas estampadas.Las aleaciones de colada, DIN 1 743, se elaboran en arena, en

coquillas y a presión. Se caracterizan por su buena colabilidad yprecisión dimensional.

La propiedad más importante de la fundición de Zn es que es muyfluida y que como fundición a presión rellena modelos complicados,

La capa exterior del metal lfquido solidifica rápidamente en elmodelo, volviéndose sólida y densa. En el interior se mantiene unatextura más o menos porosa. Generalmente no se requiere mecani-zado posterior con arranque de viruta. La resistencia a la tracc¡ón es

de unos 2OO N/mm2. Las temperaturas superiores a SO.C producenuna reducción de la -resistencia, y a OoC se presenta fragilidad.

ESTAÑO, Slmbolo Sn (stannum)

Al 3,5. 4,3 Paia altas exigen-Cu 0 0,6 cias de PrecisiónMg 0,02. .O.06 dimensionalResto Zn

61

GD-ZnAl 4(aleaciónfundida apresión)

La aleación cobre-estaño (bronce) dio el nombre de Edad del Broncea una época prehistórica.

Presentación y obtenciónMineral: El mineral más importante es la casiterita, SnO2.

Elaboración: En primer lugar se produce un concentrado que contie-ne del 60 al 7O% de estaño.

Siderurgia: En hornos de cuba o de llama se libera al mineral deloxígeno (reducción). El metal bruto se purifica mediante separaciónpor fusión o por electrólisis (refinado).

(Laseparaciónporfusiónconsisteendesmezclarvariosmetalesaprovechando los diferentes puntos de fusión.)

Propiedades

Físicas: Densidad, p = 7,3 kg/dmt; punto de fusión, 232"C-

Ouímicas: Resistente a la corrosión frente al aire, agua, muchaslejías y ácidos.

Mecánicas: Resistencia a la tracción, aproximadamente 30 N/mm2;alargamiento hasta el 4O%.

Aleaciones de colada de cinc af¡nado, DIN 1743, elemplo

1Ij¿

62

Soldadura blanda para metales pesados, DIN 1 7O7,ElemPlos

Materiales

Tecnológicas: No venenoso, fácil de conformar y muy ductil. A+2OO'C el estaño se vuelve frágil y quebradizo; por debajo de -20"Cse conv¡erte en polvo (peste del estaño). El fenómeno obedece a unaumento de volumen motivada por descomposición del conjuntoretibúlar.

Al doblar tiras de estaño fundido, los cristales rozan entre sí yproducen un ruido, el cgrito del estaño>.

El estaño es dúctil y por tanto se puede laminar bien. repujar ymartillar. Se pueden obtener láminas de hasta 0,01 mm de espesor(papel de estaño)'

El estaño es muy fluido en estado fundido y muy colable. Seemplea bomo metal de'recubrirn.iento. p, ej., hojalata, cuando no con-tiene plomo,

Ensayos:

1 . Calentar estaño en una cuchara de abero y observar como se forma ceniza.2. Mattillar una chapa de plomo y otra de estaño y ver que sucede con la

dureza y la deformabilidad.

ALEACIONES DE ESTAÑO

Los elementos importantes de aleación son el cobre, el plomo y el an-timonio.

Las aleaciones de estaño por colada a presión, con 1 2 a 1 8% deSb, 4,5% de Cu y cantidades variables de Pb, poseen una resistenciaa la tracción de 80 a 1 1O N/mm2. Por inyección a presión del caldo enmoldes metálicos se pueden fabricar piezas peqüeñas con unaprecis¡ón de f O,OO5 mm sobre la cota nominal, Estas piezas noprecisan ningún mecanizado posterior.

Hay que poner especial cuidado en eliminar el aire de losmodelos.

La designación de las aleaciones de estaño por colada a presiónes p. ej., GD-Sn 78 con 78% de Sn, cantidades variables de Sb, Cu yPb.

Debido al alto coste de los moldes, la fundición por presión soloes adecuada para fabricar piezas en ser¡e que no tengan grandes ex¡-gencias en cuanto a resistencia, p. ej., piezas para aparatos de radio ytelevisión, rodillos de números, piezas de accionamiento para conta-dores de gas y agua.

La soldadura con metales blandos se subdivide en:

Grupo A: Soldadura blanda de plomo-estaño y estaño.plomo,pudiendo contener también antimonio,

B: Soldadura de estaño-plomo con adición de cobre o plata.C: Soldadura blanda especial.

La designación de la soldadura con metales blandos se hacemediante el prefijo (L), con indicación del contenido en estaño oplomo.

PLOMO, Símbolo Pb (plumbum)

Es el metal de uso más antiguo y el más blando de los metalespesados. Recién cortado o fundido 6s blanco plateado; con el t¡em-po se recubre d€ una capa gris azulada debido a la oxidación. Elplomo es venenoso y no debe estar en contacto con los alimentos.

Presentación y obtenciónMinerales: lmportantes minerales de plomo son la galena (PbSl y losminerales mezclados.

L-PbSn 35 Sbcon ant¡monio

Sn 34.5...35.5 Soldadura ParaSb O.5 ..2,0 cobre, estaño, cincResto Pb con soldador Y lla-1 86 "C. . .225 "C ma

L-Sn 50 Pb (Sb) Sn 49,5 ,.50.5estaño-plomo Sb 0,12..'.0,5pobre en anti- Resto Pbmonio 1 83 'C. ..21 5 "C

Estañado soldadu-ra blanda fina, in-dustr¡a eléctrica.

L-Sn 60 PbAg Sn 59,5...60,5As 3,0...4,0Resto Pb1 78 "C... 1 80 "C

Electrónica, mecá-nica de precisión,construcc¡ón deaparatos eléctricos

'ú¿teriales

Elaboración: En primer lugar se produce un concentrado enri-quecido.

Siderurgia: Por calcinación y reducción -generalmente en

hornos de cuba- se obtiene el plomo de obra.Por refinación se obtiene plomo puro.

Propiedades

Físicas: Densidad, p = '11,34 kg/dm3, punto de fusión, 327"C'Ouímicas: muy resistentes a la corrosión, incluso frente a la mayo-

ría de los ácidos, pero no al agua regia (mezcla de ácido clorhídrico yácido nítrico). ¡Venenoso!

Mecánicas: La resistencia, dureza y elasticidad son bajas, p. ej.,1 5 N/mm2 de resistencia a la tracción; alargamiento hasta el 60%.

Tecnológicas: Poca resistencia a la deformación, pero muy con-formable. Es preferible la conformación en frío. El plomo se puedesoldar por diversos procedimientos (estaño, etc.) y colar fácilmente.Se puede aplicar sobre otros metales.

El plomo puro se emplea para cubrir tejados, para depósitos deácidos, cables, c¡ntas, estancar juntas, balas, protección contraradiaciones, en los carburantes como antidetonante, para marcha-mos y para aleaciones.

ALEACIONES DE PLOMO

Las aleaciones de plomo con I a 1O% dePb se emplean como metalde cojinetes, revestimiento de cables, placas de acumuladores, etc.El antimonio endurece la aleación' Combinaciones de plomo son,

entre otras, el minio y el blanco de plomo. El cristal de plomo poseeun elevado índice de refracción de la luz.

Los metales ant¡fr¡cc¡ón son aleaciones de plomo y estaño para coji-netes de fricción. Aleado también con antimonio recibe el nombre demetal antifricción blanco.

Ejemplo:

LgPbSn 9 Cd con 9% de estaño (Sn), 1 5% de antimonio (Sb), 1% de cobre, y0,5% de cadmio (Cd).

Posee buenas propiedades de deslizam¡ento, capacidad desuavizado y conducción del calor. La aleación se aplica sobre apoyosde acero, acero moldeado o fundición.

2.5 Materiales sinterizados

2.5.1 Gonceptos fundamentales

FABRICACIóru Y PROPIEDADES

Las materias primas en polvo se compr¡men para formarcuerpos y compactan med¡ante un proceso de recocido(= sinterizado).

La metalurgia del polvo o pulvimetalurgia se ocupa de lafabricación de polvo de metales, del prensado de este polvo para for-mar piezas y del sinterizado, que es un tratamiento térmico en el quelas piezas formadas, compactan por debajo del punto de fusión.

Pb (sb) sb 0.2 0.3 Tubos de desagüe

PbSbAs Perdigones

63

LsPbSb 1 2(plomo duro pa-ra coiinetes)

sb 10.5. 13Cu 0,3 .1 ,5N¡ 0. .0,3As 0 1,5Resto Pb

en construcc¡ónde maquinaria,buena adherenciasobre acero, paracasquillos de co-j i netes

sb20 38As 12 17

Aleaciones de plomo, DIN 17O3, ejemplos

.)

64

Figwa 2-71. Etapas de fabricación.Con el prensado se reducen los espacios huecos, aumen-tando las superficies de contacto entre las partículas depolvo.

Materiales

Mediante el sinterizado es posible compactar entre sí varias subs-tancias que solamente pueden alearse con d¡f¡cultad, y con las cua-les se consigue una gran dureza, resistencia, buen efecto de corte obuen deslizamiento. Las materias primas empleadas son, p. ej., hie-rro, cobre, estaño, grafito, níquel, tungsteno, t¡tanio, cobalto, tántaloy molibdeno.

Un inconveniente es que el moldeado de las piezas sinterizadassólo puede hacerse en una dirección, o sea en la dirección delémbolo, pero no transversalmente.

Etapas de la fabricacióna) La fabricación del metal en polvo tiene lugar por machaqueo y

molienda,, por pulverización o trituración de la substanc¡a de oar-tida hasta convertirla en polvo.

b) Tratamiento del polvo. Para eliminar los óxidos y la humedad, elpolvo se recuece. A continuación se mezcla de acuerdo con lacomposición deseada, añadiendo un producto deslizante (estea-rato de cinc).

c) Prensado del polvo, Para dar forma por compresión se empleanprensas mecánicas o hidraúlicas. La densidad deseada dependede la presión. Con las prensas de doble efecto se consigue unacompresión uniforme.

d) Sinterizado de las piezas prensadas. En hornos cerrados, la subs-tancia en polvo prensada, se calienta hasta los 4/5 de la tempe-ratura de fusión. Las distintas partículas de polvo se aglutinan asíun¡endo sus retículas.

Formación de la textura sinterizadaLas partículas de polvo sueltas sólo se tocan en unos pocos puntos.de forma que la cohesión entre ellas es muy pequeña. Por efecto dealtas presiones (40 a 80 kN/cm2) se aumenta la superficie decontacto entre las partfculas de polvo, y con ello su cohesión. Calen-tando las piezas prensadas hasta las proximidades de la temperaturade fusión, aparece una fluencia plástica. En los límites de los granosde polvo, los átomos de la substancia se desplazan y forman nuevosgranos. La formación de estos granos se realiza en diferentes direc-ciones, reduciendo los poros que ex¡sten. Las partículas se bloqueany forman una textura de sinterización igual a 1/7 aproximadamentedel volumen primitivo. De esta forma las fuerzas de adherencia entrelas partículas son totalmente efectivas, la pieza se ha vuelto sólida ydura. Las propiedades de los componentes del polvo puedenmejorarse en conjunto; así por ejemplo, la resistencia al calor deltungsteno, la resistencia del titanio, la resistencia a los ácidos del co-bre o del níquel, o la durezá del molibdeno.

Una característica importante de los cuerpos sinterizados es elvolumen de poros existente después del sinterizado. Dicho volumendepende de la compresión.

SINT-A hasta 60%SINT-B hasta 30%SINT-C hasta 20olo

SINT-D hasta 'l 5%SINT-E hasta 10%SINT-F hasta 7%

FiltrosCojinet€s de fricción, forrosPiezas de forma para máquinas coser y oficinaPiezas para máquinas (cementables, soldables)Piezas para relés (resistencia elevada)Segmentos dentados, cremalleras, contactos

Las cifras según la clase, p. ej., SINT-B 30 son los índices de los compo-nentes de la aleación.

Polvometálicocomprimido

Comparación de vólúmenespolvo suelto Polvoampntonado comprimido

Espacio

Partículas de polvo

Polvo sueltoamontonado

Polvocomprimido

Sinterización acabada formación de granospartículas de polvo sinterizadas@

Figura 2-72. Tratam¡ento térmico.Con la compresión y el calor aparece la fluencia plást¡ca Vse forman granos.

Émbolo de

Émbolocompresión A

L

Mateilales

2.5.2 Aplicaciones

MATERIALES SINTERIZADOS DE IMPORTANCIAEN LA INDUSTRIA

Cojinetes de fricción autolubricantes. El polvo sinterizado de lasaleaciones de cobre y estaño que se emplea como material para co-jinetes, puede absorber aceite hasta el 30% de su propio volumen. El

s¡nteritadg feima canales capilares finos que absorben el aceite y lodesprendbh cuandb gira el eje, lubrificándolo.

Metales durosPlaquitas de corte para herrarn¡ontas, La mayoría de los acerosaleados pueden utilizarse hasta una,temperatura de 40O a 600'C. Atemperaturas más altas pierden dureza y resistencia. Los materialessinterizados conservan todavía una dureza süliciente a temperaturasde 12OO a 15OO'C (diagrama al margen).

Los metales duros se componen de carburos duros de tungs'teno, t¡tan¡o o tántalo (los carburos son combinaciones de un metalcon carbono). Estos compuestos se incrustan o acoplan a un áglome-rante metálico tenaz de cobalto o nfquel. Mediante un prensado ys¡nterizado previos se obtiene primero un material preliminar, del quese cortan las plaquitas de corte deseadas. En el sinterizado de aca-bado, junto a la fase sólida se presenta otra líquida en la que eltungsteno, el cobalto y el carbono forman una solución' Después delsinterizado sólo es posible el mecanizado con muela.

Los metales duros se suministran en forma de plaquitas que sesueldan con latón a un mango o se engarzan. Antes de efectuar la sol-dadura al latón hay que fijar la posición de la plaquita por medio de unalambre. Como material de soldar se emplea latón o cobre electrolí-tico. Las flechas de la figura 2-75 indican que la resistencia al des-gaste del metal duro aumenta a costa de su tenacidad y viceversa,Mediante un recubrimiento de carburo de titanio (TiC) V nitruro detitanio (TiN) se consigue una elevada resistencia al desgaste y grantenacidad.

En las plaquitas reversibles de metal duro, los núcleos tenaces demetal duro se recubren de una capa superficial de TiC/TiN res¡stenteal desgaste.

Cerámica de corteLos materiales res¡stentes a las altas temperaturas, o Cermets,poseen componentes cerámicos tales como óxido de aluminio

0 m0 400 ó00 800 1000 Co 1¡.00

Temperatura+

Figura2-74. Dependencia entie dureza ytemporatura detrabajo de diferentes materiales para arranque de viruta.

65

fricción

IeoIo;@Nofo

Cuchilla Coiinete dePlaquita de corte Contacto

deslizante

Piezas de forma listas Para montar

Figwa 2-73. Aplicaciones de los materiales sinterizados.

Figwa 2-75. Simbolización ISO de los metales duros.

ie cortante oxicerámica

Normalización según ISOy DIN 4976 1 z

850 N/mm2 Plaqu¡ta de corte

Figuta2-76. Simbolización de una cuchilla do torno conplaquita de corte.

Recubrimientode TiC/TiN 1 lopm

Carburo detungsteno

Figwa 2-77. Plaquita de corte reversible, recubierta.

Ejercicios

MATERIALES DE METALES NO FÉRREOS

Metales ligerosComparar la densidad, el punto de fusión y el cómporta-miento químico del aluminio y el magnesio.Presentación y obtención del magnesio.Opinión sobre los materiales: MgAl 3 Zn, G-MgAl 19 Zn 2.En el aire, y a pesar de su elevada tendencia a combinarse conel oxfgeno, el aluminio es más resistente a la corrosión que elacero no aleado, ¿Cómo se explica esto?<Las aleaciones de aluminio no templableD están caracter¡za-das por un grado de endurecimiento. lndicar la designación ylos elementos de aleación.Con los elementos Cu, Zn y Si pueden obtenerse aleacionestemplables de aluminio. ¿Cómo se consigue esto?Explicar el significado de AlMg 5, AlSi 5, AlCuMgPb, G-AIS¡ 7Cu3, G-AlCu 5 Si 3.Aspectos importantes de la mecanización de las aleacionesde aluminio por arranque de viruta.Posible tratamiento superficial del aluminio.Citar aplicaciones de una aleación maleable y de una alea-ción colable, ambas de aluminio.Citar las ventajas de las piezas que se fabrican de aleacionesde colada de magnesio a presión.lndicar algunas aplicaciones de las aleaciones de colada demagnesio a presión,

Metales pesados

Comparar la densidad, el punto de fusión y el comportamien-to químico del cobre y el aluminio.Comparar la resistencia y el alargamiento del cobre y el alumi-nto.Comparar la conductividad eléctrica y térmica del acero, delcobre y del aluminio.Comparar la estabilidad del aluminio y el cobre frente al aire.

Materiales

(Al2Or) o dióxido de silicio (SiOz), así como componentes metálicostales como el cobalto (CO), cromo (Cr) y hierro (Fe). Si en lugar de losmetales se util¡zan óxidos metálicos, resultan los llamados materialesox¡cerám¡cos,

Las substancias de partida metál¡cas y cerám¡cas no se puedenalear entre sí, sino tan sólo sinter¡zarse. Estas substancias comb¡-nadas se designan con el nombre de Cermet (ceramic metals). En lasinterización se conservan las buenas prop¡edades de las substan-c¡as de partida, tales como la gran durezq del óxido de aluminio o labuena resistencia y tenac¡dad favorables del cromo. Las plaquitas decorte se componen, p. ej., de óxido de aluminio como portador dedureza y polvo metálico como aglomerante. Las substancias sesinterizan, obteniendo de esta forma su dureza y res¡stencia a latemperatura. Son más baratas que el metal duro y se suministrangeneralmente como plaqu¡tas de corte reversibles, es dec¡r, que nose af¡lan. Las plaquitas de corte se fijan a mangos de soporte ypueden emplearse varias veces dándoles la vuelta. La velocidad decorte puede ser dos veces superior a la de los metales duros,

El diamante es la substanc¡a cortante más dura. Con soportesadecuados, o en folma de discos de rectificar, perm¡te mecan¡zar elmetal duro.

17. Citar aplicaciones del cobre.1 8. Comparar la densidad y el punto de fusión entre el acero y el

cobre.19. Comparar las propiedades de una aleación de cobre y cinc,

con las de otra d€ cobre y estaño,¿Oué se entiend€ por <conformación en f¡lor?Explicar las des¡gnaciones: CuZn 40, CuZn 39 Pb 3, CuSn 6,CuNi 25 Zn 'l 5 (véase página 79).Aplicaciones de las aleaciones de cobre y cinc y de las decobre y estaño.Explicar la aleación CuAl 'lO Fe y dar una aplicación de ella.Resumir las aplicaciones del cinc.¿Oué proced¡mientos se emplean en el cincado?¿Cómo se comporta el cinc frente al oxfgeno, el agua y losácidos?Los vapores de cinc son venenosos. ¿En qué proceso detrabajo debe ten€rse esto en cuenta?ZPor qué debe calentarse el cinc para trabajos de plegado?Las piezas coladas de cinc no requieren por lo general ningrlnmecanizado posterior con arranque de viruta. Decir por qué.La resistenc¡a a la tracción del cinc depende de la tempera-tura. ¿Cuándo es crítica?Comparar la densidad. el punto de fusión, la resistencia y elalargamiento del estaño y del plomo.Propiedades del estaño para trabajos de fundición y repujado.¿Ouó se entiende por epeste del estañor y por cgrito delestañoD?Aplicaciones diversas del estaño puro y de las aleacionesdEestaño.

35. Explicar el significado de L-Sn 60 PbCu.36. ¿Oue propiedades tecnológicas especiales posee el plomoT37. ¿En qué se emplea el plomo?38. Explicar las aplicaciones del plomo duro, del minio, del plomo

blanco y del cristal de plomo.39. ¿Cómose comporta el plomofrenteal aire, aguayácidos? Pre-

vención contra el envenenamiento por plomo.

Aglome-rante

20.21 .

22.

23.24.25.26.

27.

28.29.

30.

31.

32.33.

34.

l

2.3.4.

5.

6.

7.

8.

9.10.

11.

12.

13

14

15

16

característico del grupo principal

rupo de aplicación de arranque de viruta

rT

Materiales

Materiales sinterizados40. Explicar la diferencia entre fusión y sinterizado de metales.41. Describir la fabricación de materiales sinterizados. LCómo se

explica la compactación del polvo metálico provocada por elsinterizado? ¿Cómo se explica la dureza y la resistencia alcalor de un material sinterizado?

42, Mediante s¡nterizado pueden unirse materiales con punto defusión muy diferente, p. ej., el cobre a 1 083'C y el tungsteno a3380'C. ¿Cómo se expl¡ca esto?

43. Comparar la resistencia al calor de los aceros de herramientasaleados, con la de los materiales sinterizados a 600'C.

44. ¿Oué composición pueden tener los metales duros?45. 2En qué grupo de arranque de viruta se subdividen los metales

duros?46. Aplicación de la plaquita de corte, de metal duro, K 20 lSO.47, lndicar el metal duro necesario para mecanizar: a) hierro fun-

dido aleado; b) aleación de cobre y cinc; c) fundición malea-

ble con viruta larga,¿Cómo puede mecanizarse el metal duro?Explicar el origen de la designación Cermet.Composición y propiedades de los Cermet.Comparar las herram¡entas de corte de metal duro con las deCermet en cuanto a velocidad de corte pos¡ble.¿Oué se ent¡ende por plaquitas de corte reversibles?Citar aplicaciones de la cerámica de corte.En el proceso de prensado de los materiales en polvo puedeconseguirse una densidad baja o alta de poros en las piezassinterizadas. ¿Oué se entiende por esto y cómo se consigue?El porcentaje de poios puede ser, p. ej.,60% para filtros,30%para cojinetes de fricción impregnados de aceite, 2096 pa¡apiezas de construcción. a) ¿Oué quiere decir esto? b) Citar lasclases correspondientes de material s¡nterizado.¿Por qué puede hablarse de ahorro de energía en lafabricación de materiales sinter¡zados, frente a las aleacionesmetál¡cas?

48.49.50.51.

52.53.54.

55.

56

2.6 Normalización de los mater¡ales metál¡cos

2.6.1 Designación del acero

formas y ta-

SUBDIVISIÓru OE LOS TIPOS DE ACERO

En la EURONORM se hace la subdivisión de los tipos de acero segúnsu composición química y sus propiedades.

Aceros no aleados. El porcentaje aleado no alcanza los límitesindicados en la tabla.

Aceros aleados. El porcentaje de un elemento aleado alcanza osobrepasa, como mín¡mo en un elemento, el límite fijado.

Subdivisión según las propiedades al usoLos aceros básicos son de escasa pureza y homogeneidad detexlura. No están aleados ni son adecuados para tratam¡ento térmico(bonificado, temple superficial).

Los aceros de calidad presentan una pureza mayor y unas carac-terísticas superfic¡ales mejores que los aceros bás¡cos. Pueden serno aleados o aleados. Los aceros de calidad no aleados son en gene-ral aceros de construcción para plegar y perfilar en frío, barras yalambre laminado para cstirado y chapas para embutic¡ón profunda,asf como aceros para conformación en frío y en caliente. Los aceros de-calidad aleados son aceros de construcción de grano fino, con altolímite de fluencia. Se emplean como aceros para tornos automáticos,para chapas, bandas, muelles y piezas de desgaste.

Los aceros finos poseen un bajo contenido de inclusiones nometálicas. Los aceros finos no aleados son apropiados para el trata-miento térmico, siendo, los aleados, aceros de construcción degrano fino con un límite de fluencia garant¡zado, de 42O N/mmtcomo mínimo. Se emplean para aceros de construcción, aceros paraherramientas y aceros con propiedades especiales.

Normalizar significa unif¡carmaños.

i

Soporte r 0038 RSt 37-2

Engranaje cónico 1.1 1 41 ck 15

Carcasa 0 7040 GGG-40

Figura 2-78. Gon la normalización pueden designarseabreviada y claramente los materiales.

Materiales

DESIGNACIóN DE LOS TIPOS DE ACERO

La designación se hacía hasta ahora segrln DIN 17006. Sin embargoesta norma se ha retirado. Hasta que aparezca la corrbspondientenorma ISO se forman abreviaturas por el sistema descrito en DIN1 7006.

Una designación completa consta de la parte de fabricación, dela parte de composición y de la parte de tratamiento.

En la parte de fabricación hay sólo letras, las cuales indican eltipo de fusión, así como las propiedades que resultan de la misma.

En la parte de composición figuran cifras y letras que indican lasprop¡edades de uso, resistencia a la tracción, composición químicay/o grupo de calidad.

En la parte de tratamiento figuran cifras y letras, que indican eltipo de conformación, el tratamiento térmico y el ámbito de la garan-tía.

ACEROS BÁS|COS

Glases de aceros básicosR. mayor que 69O N/mm2 V menor que O,O5% P y

ido de carbono > O,1O%

ACEROS DE CALIDAD

Aceros de calidad no aleados--- dad aleadosAceros de construcción en general,con B. < 5OO N/mm2.Otros con < 0,1O% C.Contenido de P

ACEROS FINOS

No aleados AleadosAcero fino Acero finoAceros de Acero de construcciónconstrucc¡ón COn acero res¡stente

al desgaste,-

Acero de con acero de rodamientos

construcc¡ón Ace¡o de her¡amientas1.. a á..calidad con acero ráPido

Acero res¡stentequímicamentecon acero inoxidabley acero resistente a lasaltas temperaturas

Contenido en P V/o S hasta O,03S%

Figura 2-8O. Subdivisión de las clases de acero segúnlas éxigencias en sus propiedades de utilización.

Aluminio AlCromo CrCobalto CoManganeso MnNíquel NiSilicio SiTitan¡o TiWolframio W(tungsteno)Vanadio V

0.100,300,100,800,300,500,050,10

0,10

Figura 2-79. Subdivisión de las clases de acero segúnlos componentes aleados.

A los aceros básicos y a los aceros de calidad no aleados, deno-minados (aceros de construcción en generalr, ss ¡aa asignan lasletras St y ei índice de la calidad (este número, multiplicadolor 9,g1y redondeado, da como resultado la resistencia garantiiada mínima ala tracción, en N/mm2), así como la cifra característica del grupo decalidad. Excepciones: St2, St3, St4 según DIN 1624.

I

DESIGNACIóru OE LOS ACEROS NO ALEADOS

Figura 2-81 . Sistema de designación.

Materiales

Ejemplos: ISt 37-2

Es un acero corriente dé construcción cón 37 X 9,81 N/mm2 - 360 N/mm2 deresistencia a la tracción y grupo de calidad 2 (véase pá9.73).srE 36Si en los aceros de construcción se da importancia al límite de elasticidad, sepone detrás de St la letra E. La cifra caracteiística indica entonces el límite defluencia.c55A los aceros de calidad no aleados, adecuados para el tratamiento térmico, seles asigna el símbolo C con la c¡fra característica del carbono, que es el conte-nido en carbono mult¡plicado por 100.Ck 45; Cf 53; Cm 35; Cq 35Para caracter¡zar la diferencia de los aceros finos no aleados, detras de la C seponen letras con los siguientes significados:

k = Aceros finos con bajo contenido en fósforo y azufref = Acero para temple a la llama y por inducciónm = Aceros finos con indicación del contenido máximo y mínimo de azufre.q = Aceros de cementación y bonificación adecuados para recalcado en frío.

DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS ALEADOS

En las normas se recogen pr¡ncipalmente aceros de bajaaleación, tal como se emplean en construcc¡ón.

En los aceros de baja aleación, la suma de los componentesaleados está por debajo del 5% de la mása. Los aceros de alta alea-c¡ón son los que poseen unos componentes aleados en proporc¡ónsuperior al 5%. Antes de la indicación del mater¡al se pone una X.

En las abreviaturas de los materiales se hacen f¡gurar solamente loselementos aleados necesar¡os para la caracter¡zac¡ón del acero.

Los números de aleación detrás de los símbolos indican el por-centaje de elementos aleados.

El contenido medio nominal de los elementos aleados resulta dedividir el número característ¡co por el multiplicador fijado para esteelemento.

Número característ¡co de la aleaciónPorcentaje = ' Mult¡pl¡cador

CODIFICACIÓN DE LAS DESIGNACIONESNORMALIZADAS DEL ACERO

Parte de fabricación

69

Figura 2-82. Subdivisión de los aceros no aleados

st 37 -2tra'característica lndicede Cifra característica

la clase para el grupo de c

Figura 2-83. Nombre abreviado para una clase de acero.

rAceros construc general

I rGrupo de calidadst 37-2

l_Resistenc ia tracción,360 N/mm2

rAcero calidad no aleadoI rÍndice del carbonoc55

L-ffi:o,ssz c

Figura 2-84. Designaciónaleados.

- Se indica el límite

| ¿" elasticidadstE 36

l_ Límite elasticidad,350 N/mm2

¡Acero fino no aleadoI rlndice del carbono

ck 45Lffi:0,+sz c

ab¡eviada de los aceros no

Figura 2-85. Subdivisión de los aceros aleados.

U = acero colado no calmadoR : acero colado calmadoRR = acero colado especialmente calmado

Ejemplos: USt 37-2; RSt 37-2

Aceros de alta aleaciónX 7 Cr 13

Lr,.oo,o 0",elementoquímico

Aceros de ba.ia aleación

34C¡ 4Lsí,nholo d"l

elementoquímico

70 Materiales

Parte de comPosiciónEl nombre abreviado se compone de las letras características, del ín-

dice de la clase y eventualmente de la cifra característica del grupo

de calidad o de los símbolos e índice de los elementos químicos'

A los nombres abreviados pertenecen también las letras carac-

terísticas que indican propiedades de utilización especiales:

O = adecuado para conformación en fríoZ = adecuado para estirado brillanteP = adecuado para estampaciónK = adecuado para laminación de perfilesRo= adecuado para la fabricación de tubos soldadosS = especialmente apropiado para soldarTT = aceros con indicación de la tenacidad a bajas temperaturasW = Aceros res¡stentes al calorA = Aceros resistentes al envejecimiento

Ejemplos: ROSI 37-2; RZSI 37-2; RPSt 37-2; RKSI 37-2; RRoSt 37-2.

índice de carbono

En primer lugarfiguran los datos sobre el contenido en carbono. Nohace falta el símbolo C del carbono. El porcentaje de carbono se indi-

ca en

Ejemplol Acero de cementación aleado: 20 MnCr 5; el índice de carbono es20; el acero cont¡ene 2O/1OO = O,2/" de carbono.

Multiplicador para las substancias añadidas

Los multiplicadores no son los mismos para todos los elementosaleados. Se colocan detrás de la abreviatura de la aleación, en lamisma secuencia que aquéllos.

Cromo Cr ...:,,..

Cobalto'Có r..:,:''

Manganeso MnNlquel Ni ',..i:rr,

Silicio SiTungsteno W

Ejemplo: Acero de cementación aleado 20 MnCr 5Los elementos de aleación son el manganeso y el cromoEl porcentaje de manganeso es 5/4 = 1,25%

Aceros de alta aleación

Son aceros con más del 5% en masa de componentes aleados. Antesde la indicación del material se pone una X. Todos los componentesde la aleación poseen el multiplicador 1; para el cartíono es 10O.Ejemplo: acero inxodable X 5 CrNiMo 18 13.

Parte de mecan¡zac¡ón

Las lettas lnforman sobre las prop¡edadés abanzádas porla elaboración posterior.

El significado es:U = no tratadoV = bonificadoN = normalizadoE = cementado

-Colado

calmadoI

I f-Apropiado para embutición brillante

RZS1- 4-2T T LCrrpo de catidad 2

I I Resistencia a la tracción|

-

410...540 N/mm2

I o""ro de construcción en general

DIN 17100, n.' de material 1.0044

Figura 2-86. Acero de construcción general,

Acero eléctr¡co

índice de carbono

E 34 CrMo 4 V12O

T T Bonificado a

I t 180 N/mm'4:1% de cromo

fh:o,3+y"de carbono

DIN 17200, n.o de mater¡al 1.722O.Os

Figura 2-87, Acero de construcción aleado.

índice de carbono

¿t8CrMoV67l- T- Bajo contenido en v

*L:O,7Yo molibdeno

2:1'5o/o de cromo

i3o:O,48Yo de carbono

N." material 1.2323

Figura 2-88. Designación de un acero fiiro de bajaaleación.

Acero de alta aleación

índice de carbono

-I--9¿¡6 porcentaie en

1 3% de níquel

1896 de cromo

*:0,05% de carbono

N.o de material 1.4439Figura 2-89. Designación de un acero f¡no de altaaleación,

.1.2.3.4.5.6.7 8.9Lím¡tedealargamiento x x x xEnsayoderecalcado x x x xTrabajoderesiliencia x x x xResistencia al calor xPropiedadeseléctr./magn. x

Figura 2-90. Cifra característica en cuanto al campo dela garantía.

% = recocido por texturaBF = recocido por resistenciaA = revenidoTM = tratado termomecán¡camente

i

t

Ejemplos: Ck 35 N; 34 Cr4 y

Nombre abreviado St 37-3Número del material 1 01 16

Grupo

Clase( Ece roProp¡em¡nadas en DIN 171OO

Grupo principal 1 (ac T TClase 72, acero fino I I

de construcción con ol I

Acero con 1 d€ Ct, I

0.2% de Mo. O,35%

Nombre abreviado 25 CrMo 4Número del matorial 1 72 18

mecán¡cas determ¡nadas en OIN 172OO

Acero bás¡co 1 0035Acero de construcc¡ón en gsneral 1.0123Acero de calidad, no aleado 1 0535(acero bonificablelAcero fino, no aleado 1.1203(acero de construcción)Acero f¡no, de baja aleación 1 2162(acero de herram¡entas)Acero f¡no, de alta al€ación 1 4432{ac6ro ¡nox¡dable}

Sr 33-2OSr 37-3c55

ck 55

21 MnCr 5

X 2 CrNiMo 19 14

Figura 2-91. Nombre abreviado y número del mate¡ial dediferentes aceros,.

Aceros deconstrucción

00 Ace¡os básicos

USt 37-2Sr 60-2

Acc.o! do c8l¡dodno ¡lqado¡

01 Sl 44-302 RSt 3803 StW 2304 c1505 c4506 c6007 u 10 s 10

Sign if icado:

00, 02,22: claseNúmero de material completo

Ejemplos: USt 37-2 (1.0036)RSt 38 (1 .0223)115CrV3 (1.2210)

aleados con Mn(S¡, T¡, MO}

50 13 Mn 1251 46 MnSi 453 12 MnTi 554 20 MnMo 35

Aleados con N¡(Mn, Cr, Mo)

56 14N¡662 11 NiMn 8 465 20 NiCrMo 269 33 NiCrMo 14 5

Aleaclos con Cr(Mo, V)

70 45C¡272 26 C¡Mo 477 51 CrMoV 481 50 CrV 4

Ace¡o de n¡truración

85 34 CrAIS 5

Aceros de const¡ucctón sol.dables de alta r€s¡s¡encia

89 TTSTE 3989 WSIE 39

Figura 2-92. Subdivisión de los aceros por clases(extracto de la nueva versión de DIN 1 7OO7).

/tl'J

Aceros resistentes aproductos químicos

Aceros rápidos

32 S't2-1 -4-533 S-3-3-2

Aceros ¡nox¡dables

40 X8Cr1741 X6CrMo1743 X2CrNi 19944 X 5 CrNiMo 18 1

45 X8CrTi 18

const¡ucción1'l Cm 3512 Ck55

20 Aleado con cr1O5 Cr4

21 AloEdo con Mn

21 MnCr 5

22 Alsado con crv115 CrV 3

23 Aleado con C¡Mo

21 CrMo 10

24 Aleado con w105 WCr 6

27 Aleado con Ni

50 NiCr 13

28 Aleado con V

145 V 33

Acoro para rodam¡entos

35 100 Cr 6 (W 3)

Ac€.o con prop¡edadesmagnéticas

37 AlNiCo 35O

72 Materiales

Ámbito de la garanilg.La cifra caractgríst¡ca para el ámbito de la garantía indica las propie-dades del acero que deben ser garantizadas por el fabricante (véasela tabla|.Ejemplos: RSt 37.7; St 33.4; St 37.8; St'r14.4

DESIGNAC¡óru OE LOS ACEROS MEDIANTENÚMERoS DE MATERIAL

Grupo principal de material (un dlgito). Grupo principal 0 para hierrobruto, grupo principal 1 para acero y acero moldeado,

Nrlmero de clase (cuatro dígitos). Los dos primeros números ca-racter¡zan la clase, los otros dos la composición química y las propie-dades mecánicas..

Nrlmeros anexos (dos dígitos), sólo para procedimientos espg-ciales de obtención y estados de tratam¡ento.

Las clases de los grupos principales son:

01, 02 Aceros de construcción en general03...07 Aceros de calidad, no aleados08,09 Aceros de calidad, aleados

Aceros finos no aleados

11,12 Aceros de construcción15...18 Aceros de herramientas

Aceros finos aleados

20...28 Aceros de herramientas32,33 Aceroe rápidos34 Aceros resistentes al desgástó40,..45 Aceros inoxidables47,48 Aceros resistentes a altas temperaturas50...84 Aceros de construcc¡ón85 Aceros de nitruración88 Aleaciones duras

2.6.2 Diferentes clases de acero

ACEROS DE CONSTRUCCIóN BÁSICOSY DE CALIDAD

Según DIN 1 71 OO, aceros de construcción en general son los acerosbásicos y los aceros de calidad no aleados, que por su resistencia a

la tracc¡ón y su lím¡te de fluencia se emplean en la construcción deedificios, puentes, depósitos, automóviles y m€quinaria.

Los aceros de forma y en barra, alambres laminados, productoslaminados y piezas de forja fabricados con aceros que cumplen estanorma, se emplean para piezas soldadas, forjadas y roscadas.

Al aumentar el contenido en carbono, aumentan también la resis-tenc¡a a la tracción, la dureza, la templab¡lidad y la resistencia al des-gaste. Al mismo tiempo disminuyen el alargamiento a la rotura, la

TffiLT u Ángulo

DrN 1024 DtN.t026 DtN 1028

00 Aceros básicos

tffifl ffiRedondo PlanoDIN 1013 u 670 DIN 1017

CuadradoDtN 1014

Figura 2-93. Ejemplos de peliles de acero normalizados.

Materiales

resiliencia, la conformación en frío, las propiedades de arranque deviruta, la soldabilidad y la forjabilidad.

El límite de fluencia y la resistencia de estos aceros disminuyencon la temperatura, por lo que para temperaturas superiores a 3OO'Cse emplean aceros aleados, los denominados aceros resistentes alcalor.

Grupos de calidadLos grupos de calidad se caracterizan con las cifras -2 y -3 al final delnombre abreviado. El grupo de calidad -1 , el acero Thomas, ya no se

fabrica.Los aceros de la calidad 3 se diferencian de los del grupo 2 en que

deben satisfacer exigencias más altas en lo que se refiere al compor-tamiento de rotura por fragilidad.

Ejemplo: St 44-2 y St 44-3.

Para el grupo de calidad 2, eltrabajo de resiliencia a OoC es de 27J, mientras que para el grupo 3 debe conseguirse lo mismo a-2OoC.

Los aceros del grupo de calidad 3 son por tanto más adecuadospara soldar.

Las altas exigencias en cuanto a la rotura por fragilidad de losaceros del grupo de calidad 3 condicionan por su parte exigenciasespeciales en lo que se refiere al tipo de desoxidación, de la compo-sición química y del estado de tratamiento de estos aceros'

Ejemplo: St 44-2.

Tipo de desoxidación R; composición química: O,O5O% de P,

O,O5O% de S, 0,009% de N, estado de tratamiento U.

Ejemplo: St 44-3.

Tipo de desoxidación RR; composición química: O,O4O% de P'

O,O4O% de S, O,OO% de N, estado de tratamiento N.

800N

mmfó00

500

lr00

300

200

100

00J 0,7 0,t 0,1 0,5 y" 0,7

Contenido en carbono -Figura 2-94. Dependencia de las propiedades de resis-tencia de los aceros no aleados, respecto del conten¡dode carbono.

0 100 200 100 400 0c 600

Temperatura-----

Figura 2-95. Variación de las propiedades de resistenc¡ade un acero no aleado.

Io

.9Eoooa

:9ooa;PEPoo!ooo!oooc

.@=

ofr

Ic

clo€o6Yci:oPF6

E

Clase de

St 33 1 0035

Tipo de

exento 310.540

Propiedades mecánicas y tecnológicascción ..Llmire de fluenciai-., r,l,tsuperior. en ¡7¡¡¡¡? :¡para

Alaf€amienta de rotura €n 96P éta longitudinaL,il.,rl, ,

e sores 1,.,rñm. . ,J";5 mm< 3'¡iió €spesores < 16 mm

185

usr 37-2RSt 37-2

St 37-3

1.00361 0038101 16

UR

RR360 51 0 't8

St 44-2Sr 44-3

1 00441 .0144

15R

RR430 580 215

st 50-2 1 0050 490 660 13

St 60-2 1 0060 590 110 335

St 70-2 1 0070 690 900 365

Figura 2-96. Extracto de DIN 171O0 (enero 198O).

ACEROS DE CALIDAD Y ACEROS FINOS

El aumento de la resistencia de los aceros de construcción en gene-ral, está motivado por el aumento del contenido de carbono, que a suvez disminuye otras propiedades mecánicas. Con pequeñas cantida-'1es de titanio, teluro y vanadio se consiguen una propiedades me-

J

74

Aceros de \Construcción \de calidad y finos-

/lAceros segúDtN 17100

II

2oo 3oo r.oo # soo

Lím¡te de fluencia+

Figura 2-97, Mejora de los aceros de construcción.

¡fi =oorzcSulfu ros

Ferr¡ta

Perlita=0,2 y" s

Figura 2-98. Acero para tornos automáticos (DlN l65l).

ck 10 (1 ,1121) 880Cm 15 (1 .1140) 88016 MnCr 5 (1 713r ) 85020 MoCr 4 (1 7321) 890

Figura 2-99. Aceros de cementación, extracto de DIN17210.

Materiales

cánicas mejores, así como por endurec¡miento, por tratamiento ter-momecánico y por la eliminación de influencias no metálicas. Losaceros de construcción pueden ser aleados y no aleados.

Aceros para tornos automát¡cos

Fundamentalmente mediante un mayor contenido de azufre(hasta O,2%1, se cons¡gue una buena mecanizabilidad. Las influen-cias de la sulfuración son causa de la rotura de la viruta. La adición deplomo mejora la calidad superficial.

Ejemplos:10 S 20;11 SMn 28;11 SMnpb 28.

Aceros de cementación

Los aceros de cementación son aceros de construcción con uncontenido de carbono entre 0,1 y O,2%. Se carburan en la capa ex-terna y a continuación se templan (ver cementación). El acero ob-tiene de esta forma una dureza y resistencia al desgaste altas en lacapa externa, mientras que el material del núcleo presenta una grantenac idad.

Se trata de acerosaceros finos aleados.

Ejemplos: C 1O; Ck 10;

Aceros bonificados

de calidad no aleados y de aceros finos o

16 MnCr 5.

l5

¡%I

g2so'20Q)T'o lq

.9E10oct,

!c

L20100

920920880920

11 00

I 1000

lHl..-mm¿

'P 800

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U f[NI lló:ü Aceros

50rG¡::114 Aceros alCrVCr-Mo

¿r? ei M(i.(

3.+:,Ci¿lJAceros alCróMo

/.0,.:l,l tt ¡t

2.8 Mñ ¡;

60 C.K óO

3S (Ki lgAcero de hasta '16 mm de diámetro

Campos de aplicación de los aceros

Con el bonificado (véase pág. 2gg) se consigue un aumento de latenacidad y de la deformación elástica para una resistencia dada. Losaceros de calidad no aleados y los aceros finos poseen un conten¡dode carbono de O,2 a 0,6%. Sólo se puede bonificar una capa superfi-cial delgada.

Si hay que apl¡car un bonificado penetrante a piezas grandes, ser'iecesitan aceros bonificables aleados.

como resistencia al desgaste y a la corros¡ón. Los aceros adecuadospara la nitruración se llaman aceros de n¡truración (véase pági-na 290).

Figura 2-1OO.bonificados.

31 CrMo 12 (1 851 5)34 CrAlMo 5 (1 8507)34 CrAlNi 7 (1 8ss0)

Válvulas, sin finesCilindros para motoresCigúeñales, ruedas dentadas

Figura 2-1O1. Aceros de nitruración, extracto de DIN17211.

rMateriales 75

ACEROS INOXIDABLES

X 7 CrAl 13 (1 .4OO2)X 40 Cr 1 3 (1 4034)

X5CrNi189 (1 4301)X 10 CrNiTi 18 9 (1 .4541 )

BombasAparatos domésticos

Aparatos médicosy químicosConstrucción

De esta forma se designan una serie de aceros de alta aleación,que se caracterizan por su estabilidad frente a las substancias queatacan químicamente (agua, aire, gases ác¡dos y lejías).

ACEROS PARA HERRAMIENTAS

Los aceros para herramientas se emplean para procesosde fabricación de corte v conformac¡ón.

Los aceros no aleados para herramientas (aceros al carbono),clases 1 5 a 1 8, son aceros finos con un contenido en carbono del 0,5al1 ,íYo de C. Se templan entre 750 y 85OoC y se revienen entre 2OO a

3OO'C.' La temperatura de trabajo no debe sobrepasar los 2OO.C.Cuanto más alto sea el contenido de C, tanto más alta es la dureza.Después de templados, los aceros poseen una capa superficial dura,y un núcleo tenaz no templado. Las distintas clases de calidad (W1 ,

W2, W3, WS) se diferencian principalmente en el espesor de la capadura una vez templado (profundidad de penetración de la dureza).

Los aceros aleados para herramientas, clases 20 a 28, tienencomo componentes cromo, manganeso, silicio, molibdeno, vanadioy tungsteno.

Los aceros para traba¡os en frío poseen, a una temFeratura detrabajo de 2O0'C, una dureza, tenacidad, consistencia de corte yresistencia al impacto mayores que los aceros no aleados para herra-mientas.

Los aceros para trabajos en caliente son aceros para una tempe-ratura permanente de 2O0'C. Propiedades importantes son la resis-te4cia mecánica, la resistencia al desgaste y la tenacidad, todas a

alta temperatura.Los aceros rápidos son aceros de alta aleación para herramien-

tas, clases 32 y 33. Mediante un enlace químico del carbono y el hie-rro con los elementos aleados, se forman carburos de acero rápido, p.

ej. el Fe¿WCr, los cuales son duros y resistentes al desgaste y a lasaltas temperaturas. La secuencia de los componentes es siempre lamisma: W-Mo-V-Co (porcentajes aproximados).

Ejemplos de aplicaciones:

S 3-3-2, acero para hojas de sierra para metales; S 6-5-2, acero para brocashelicoidales, fresas y herram¡entas de conformar; S 18-1-5, acero para cuchi-llas de torno y de cepilladoras.

DESIGNACIONES PARA BANDAS Y CHAPAS

Se trata de aceros dulces de calidad no aleados con un pequeño por-centaje de carbono. Se emplean para trabajos de conformado. Pararecubrim¡entos, las chapas deben poseer un tipo de superficie y unaejecución de la misma, garantizados. (Norma sobre formas de aceros,véase tabla en la página 77).

Para chapas y bandas se emplean los números de material 2 a 14para las distintas clases.

Figura 2-102. Extracto de DIN 17440.

1%C

67

Cr ca.r¡adorss, calibres,rod¡llos, Dunzones

'-#:0.38%

c i,".::"-ij;:,0"" ¿::".. o"."X 3g enrel

a: 1.2343

mientas de fragua

Figura 2-1O3, Aceros no aleados y aleados para herra-m¡entas.

1'

-il

Clases de calidadW1, W2; W3y f¡nes espec¡alesWS

r 1*3:r'oss¿ c

c 105 wl_--T

'Clase de calidad 1

Acero no aleado parah9Íram¡entasNúmero de clase 1.1545

Apl¡cac¡ón: cuchillas. ras-quetas, galgas, herramientasPara lrabajar la madera

76

Tipo de suparficie02 se admiten colores de reven¡do y cascarilla suelta03 Se ¿dmit€n poros, pequeñas gri€tas y arañBzos

l¡geros04 supelicie mejorads05 sin defoctos

Ejecución de la superlicicI liso un¡fome (pul¡do)m mate un¡former con mayor rugos¡dad

Figura 2-1O4. Tipo de superf¡c¡e y ejecución superficaal.

Materiales

Ejemplo:

St 1203 m, número de material 1.033003 m, Se trata de la designación de laclase St 12 con un máximo de 0,1% de C, una superficie (O3) laminada en frfo,en ejecución mate (m).

2.6.3 Formas comerc¡ales de los aceros

NORMALIZACIÓN DE LOS PRODUCTOS PI¡NOS DEACERO

Por productos planos se ent¡enden las bandas y chapas laminadasen frío, según DIN 1623, de espesor inferior a 3 mm, fabricadas conaceros dulces no aleados.

Por banda se entiende un producto plano que inmediatamentedesde la laminación se enrolla d¡rectamente. Tiene cantos l¡gera-mente bombeados, pero puede sum¡nistrarse también con los can-tos recortados.

Por chapa se ent¡ende un producto plano que se sumin¡stra ge-neralmente en planchas planas de forma cuadrada o rectangular. Suscantos están en estado bruto o recortados.

Según su empleo se subdividen en:Por el material: de acero, de cobre y de aluminio.Por el espesor: gruesa (más de 4.75 mm), fina (hasta 3 mm).Por el acabado superficial: galvanizada, chapeada, esmaltada,

c¡ncada al fuego, cromada, recubierta.Por el perfil: bombeada, acanalada, para b¡dones, con rel¡eve

romboidal, con tetones y ondulada.Por su aplicac¡ón: de calderas, de revestimiento, de barcos, mag-

nética, etc.

DesignacionesPara las cotas, así como para las desviaciones de las mismas y de laforma, son válidos los datos de DIN 1541. y para las propiedades ga-rantizadas del material, la norma DIN 1623. Para designartotalmen-te una chapa hay que indicar, p. ej.: 1 ) designación de la chapa; 2)espesor en mm y letra característica F s¡ se desea una bugna aproxi-mación del espesor; 3) anchura en mm y letra característica para elacabado de los bordes (NK = bordes cortados antes del laminado enfrío; GK = bordes cortados después del laminado en frío); 4) longituden mm y letra característica F si se desea una buena aproximación dela longitud, y letra S si se desea una buena aproximación de la plani-cidad de la chapa; 5) nombre abreviado de la clase de acero y sím-bolo de acabado superficial.

Ejemplo:

Chapa DIN 1541 - Sr 12O3 m-1,2O F x 1 500 GKF x 3OOO S(1) (2t (3) (4) (5)

Significado:(1) Designación de la chapa laminada en frío, dimensiones según DIN 1 541.(2) Acero St 1 2 con una res¡stencia a la tracción de27O a 41O N/mm2, dureza

65 HRB (según tabla DIN 1623). La superficie es laminada en frío (03),con pequeñas grietas, arañazos y nervaduras suaves. La ejecución super-ficial {m) es uniforme mate (DlN 1623}.

(3) Espesor 1,2O con una aproximación (F) de *0,O8 mm (según tablaDrN 1541).

(4) Anchura de 1 5OO mm con bordes cortados (GK) después del laminado enfrío y buena aproximación (F) de la anchura, de 3 mm.

(5) Longitud de 3 OOO mm y buena aproximación (S) de la planicidad, de1O mm. Desviación normal de la longitud (no se ha indicado F), de 9 mm.

Los productos siderúrgicos están normalizados según la forma.Los aceros en barra se suministran en forma de redondos, pla-

nos y cuadradillos, es estado laminado en cal¡ente, forjado o pulido.Los perfiles de acero se sumin¡stran en forma de ángulo, acero en

U, acero en T, acero en Z v en doble T, en diferentes medidas.

Acero en barra y productos planos, ejemplos

norma lizadas

L DIN 1028 - 80 x '10

L DIN 1029 - 100 x 50 x '10

L DIN 1022 - S 24x 4v

T DtN 1024 - 80TB DIN 1024 - 50

I DtN 1025 - 240

IB DtN 1025 - 120

IPB DrN 1025 - 220

IPE DrN 1025 - 360

EDIN 1017 - 40x12a DIN 59200 - 200x 10Bd DIN 1016 - 70x24kr DtN 1013 204kt DtN 1014 - 30z DtN 1027 - 100u DtN 1026 - 200

Ángulo de alas iguales y cantos redondeados, con 80 mmde ancho de alas y 10 mm de espesorÁngulo de alas desiguales y cantos redondeados, con 1 OO

y 50 mm de ancho de alas y 10 mm de espesorÁngulo de alas iguales y cantos vivos, con 24 mm de anchode alas y 4 mm de espesorAcero en T de 80 mm de altura y cantos redondeadosAcero en T de pie ancho, de 50 mm de altura, 10O mm deancho de p¡e y cantos redondeadosViga en I de pie ancho, con superficies para bridas, coninclinación hacia el interior, de 24O mm de altura.Viga enlde ala ancha con superficies para bridas, con incli-nación hacia el interior, de 120 mm de alturaViga en I de ala ancha con superficies para bridas parale-las, de 22O mm de alturaViga en I con superficies para bridas paralelas según laEURO-NORM internacional 19Acero plano de 4O mm de anchura y 12 mm de espesorAcero plano ancho, de 20O mm y 1O mm de espesorBanda de 70 mm de ancho y 1O mm de espesorRedondo, laminado, de 20 mm de diámetroCuadradillo, laminado, de 20 mm de diámetroAcero Z de 1OO mm de alturaAcero U de 2OO mm de altura

L20x3 2O0x24

L30x20x3..250x90x16

T20 T140TB 30 T860

r 80 ..r 600

rB 100. rB 180

IPB 100...rPB 1 000

IPE 80. IPE 600

D10x5..E150x60a 150x5 4250x60Bd 10x1.. Bd 150x5q8 ñ200El5 tr150230 ..2200u 30...u 400

2.6.4 Materiales fundidos/metales no férreos

DESIGNACION DE LOS METALES COLABLES

El nombre abreviado empieza con el símbolo de la fundición y unguión, el resto de la designación corresponde a la del acero.

Símbolos de la fundición

GS- = Acero moldeadoGG- = Hierro fundido con grafito laminar (fundición gris)

GGG- = Hierro fundido con grafito esferoidal (fundición nodular)GT- = Fundición maleable

GTS- = Fundición maleable recocida no descarburada( <n egra>)

GTW- = Fundición maleable recocida descarburada (<blanca>)

_-.!¡!-

78 Materiales

Hierro fundido con grafito laminar (tundiciúr gis)Se trata de un material de hierro y carbono, cuyo ccrteni<lo de car-bono tiene preferentemente la forma de grafito taminar(véase pági.na 53),

Eiempro sesún DtN 16e1lGG-tdl lsüti"rll1a Ia r-clln

Hierro fundido con grafito esferoidal (fundiciiir ¡¡oC¡rlSe trata de un material de hierro y carbono con contenido de grafitoesferoidal (véase pág. 53).

Ejempro según DrN 1 6s3lGcc-4ol iÍ.l5lTl&",f-*Fundición maleable

Se trata de un material de hierro y carbono con propiedades simi-lares a las del acero, en el que el carbono está conrtir¡ado formandocarburo de hierro (cement¡ta).

Ejemplo sesún DIN toszlGTwJó':6tResistencia a la tracción. min- ¿l{It il/mm2Alargamiento de rotu¡a, rrúrl. 5f

Acero moldeado

Se trata de un acero colado no aleado o aleadr.

Ejemplo: Acero moldeado para aplicaciones generalee =gún Dlt{ t681.

rcs-4sr 1iü""1.',1Íf"oo con una resistencia a b tncción de

Ejemplo: Acero moldeado res¡stente al calor, según Dl¡{ 172¡t5

lGSztMo4l l'.1"r:$1"#i:io de ca¡bono' o'22%.

Ejemplo: Acero moldeado inoxidable según DIN 17445

lc-,( 1, .' r4 I l".l::J;:i: "o",""illiJ,?',o,r'ffhl;;:noF

de cromo r4%,

Designación del hierro-fundidomediante el número de material

Ejemplo: Hieno fundido GG-2, número de materiat 0,602()

Significado: o. 60 20

I

1l

ll

il

i

j

iI

Grupo principal 0 = Hierro tundi¿o TClase 6O = Hi€rro fundido congrafito laminar. no aleadoNúmero de orden, establecidopara el GG-2O según DIN t69l

DESIGNACIÓN DE LOS METALES NO FÉRREOS

La base de la normalización de los matsriales son las hojas de la nor-ma DIN 170O. La normalización de los metales no féreos se sub-divide en tres partes: el nombre abreviado de la composición (parteprincipall. las letras características de la fabricación y aplicación, y elestado de tratamiento y propiedades especiales.

Materiales

Gomposición de los metales no férreosy aleaciones no férreas

Como nombre abreviado se escriben los símbolos químicos de loselementos. En las aleaciones, el primer lugar lo ocupa el metal con elmayor porcentaje, seguido de los sfmbolos de los elementos de alea-ción por orden de porcentaje. Los porcentajes pueden faltar entre losdatos.Ejemplo: ZnAl 14 Cu 3

Fabricación y aplicacionesLas letras características preceden a la composición, uniéndoseambas partes con un guión. Significado:

79

G- :fundido (en general)

GD-:tundición a presión

GK- =fundición en coquilla

GZ- =fu ndición centrifugada

Fabricaciónv

aplicacibnes

+

V- = aleación de corteprevio y de acabado

U- : aleación de refusión

Gl- : metal antifricción(metal para cojinetesl

L- : soldadura blanda

Estado d€tratamiento

y propiedadesespeCiales

+

Ejemeplo: G-ZnAl 14 Cu 3

Estado de tratamiento y prop¡edades esPecaales

Las letras característ¡cas del estado de tratam¡ento se colocan a con'tinuación de la composición (la parte principal). Significado:

a : endurecido zh : estiradoho:homogeneizado p :pr€nsadowa : templado en cal¡ent€ wh = laminado

Como sfmbolo de las propiedades especiales se indica, por ejem-plo, la resistencia a la tracción, Se pone la letra F detrás de la com-posición.

Ejemplos: G-ZnAl 14 Cu 3 ho ó AlMg 3 F 17

Compo-sición

+

Componente principal:Zn (83%|

Elementos de aleación:Al (14%) cu (3%)

Material Homogeneizado

80

Ejercicios

Normalización de los materiales férreos

Designaciones del acero1. Subdividir las clases.de acero según los componentes alea-

dos y las propiedades de utilización.2. Según la notma retirada 17006, la desiganción del acero

comprende la parte de fabricación, la parte de composición yla parte de tratamiento. ¿Oué dicen estas partes?

3. Citar los límites del acero no aleado respecto al acero aleado.4. Citar los elementos de aleación importantes.5. lndicar para el acero St 44 la resistencia a la tracción en

N/mm2.6. Decodificar las designaciones de los siguientes aceros de

calidad y f¡nos: St 37; St 52; C 60; Ck 60.7. Diferenciar las propiedades de los siguientes aceros: WSIE

29; TTSTE 29; ZSIE 30.8. lOué diferencia hay entre los ace¡os USt 37.7 y RSt 37.7?9. ¿En qué se caracterizan en sus designaciones, los aceros no

aleados, los de baja y los de alta aleación?10. Escribir de los siguientes nombres abreviados, los aceros no

aleados: Ck 45; 34 CrNiMo 6; C 60; 20 S 20.11. lndicar la influencia del carbono en la resistencia y alarga-

m¡ento de un acero no aleado.12. Decodificar las des¡gnaciones: PSt 5O-2; ZSt 60-2; WSIE 32;

OSt 44-3; ROSt 44-2; UZS| 44-2.13. ZOué diferencia existe entre las simbolizaciones St 44-2 y

St 44-3?14. Designar los aceros de la tabla de la página 71 que poseen la

clase: OO; 02; 17;22;33; 44;54.1 5. Un acero fino de construcc¡ón no aleado tiene que ser

utilizable para recalcado en frío. Dar la designación de uno'1 6. Designar un acero especialmente apropiado para soldar.

Diferentes clases de acero

17. lndicar qué aceros caracter¡zan un acero de cementación: C

60; C 1O; St 7O-2;34 CrNiMo 6; 11 MnSi 4.1 8. ¿Por qué medios se activa €n los aceros para tornos automá-

ticos la rotura de la virüta?19. ¿De qué forma se consigue un aumento de la resistencia en' los (aceros de construcción en generalr?20. Comparar, s€gún DIN 17'l O0 (véase la página 721, la

resistencia a la tracción, el lfmite de fluencia y elalargam¡entode rotura de los s¡guientes aceros: número de material 1 ,0O36y 1 .O144.

21. Explicar los nombres abreviados 55 Cr 3 y 42 CrMo 4.22. Comparar entre sí los aceros X 5 CrNiMo 181 3 y X 5 CrNiMo

'l 111.23. Determ¡nar la suma de loi componentes de aleación pata 2O

MnMo35yX12CrNi254.24. Asignar a los aceros con número de mdterial 1.7225;1.2419;

1.0727 y'l .4576 las clases correspond¡entes.25. ¿De acuerdo con qué cr¡terios se subdividen los aceros para

herra mie ntasT26. Decodificar las siguientes designaciones de aceros para26.' Ordenar los aceros C 80 Wl; C 60 W 3; 85 Cr 1; X 32 CrMoV

33; S7-4-2-5 en el esquema de los aceros para herramientas,27. Decodificar las designaciones siguientes de aceros para

herramientas: 1O5 Cr 4; X 40 CrMoV 51; 21 CrMo 10; S1 8- 1 -2-5.

28. lndicar la diferencia entre las chapas: St 14 03 m y St I 2 05 g.

Materiales

29. Escribir los nombres abreviados de los materiales exigidospor las siguientes piezas:a) barra de unión, clase Ol , resistencia a la tracción 600

N/mm2b) engranaje, clase BS, con Cr, Al y Ni aleados.c) forjados en estampa, lfmite de fluencia 34O N/mm2, clase

01.30. ¿Oué porcentaje de hierro contiene aproximadamente el

acero inoxidable X 2 CrMo 19 9?3l . Un acero aleado contiene 0,48% de C,1,25% de Cr y O,l % de

Mo. Determinar la c¡fra característica del carbono y los mul-tiplicadores. Escribir el nombre abreviado.

Formas comerciales de los aceros32. Explicar los s¡guie.ntes símbolos

alL80X40X10;b) u2ooxSoo;c) TB 50d) 10o x 2oo;elT50X5O;0L50x8x1ooLs;

33. Dar los nombres abreviados de los siguientes perf¡les:a) Acero en U de 5O mm de altura.b) Cuadradillo de 40 mm de ancho.c) Angulo de alas iguales y cantos agudos, de 45 mm de

ancho y 5 mm de espesor.d) Angulo de alas desiguales y cantos redondeados, de 1 50 y

lOO mm de ancho de alas y 14 mm de espesor.e) Viga de pletina (perfil en l) con caras paralelaj de 300 mm

de altura.f) Acero plano ancho, de 25O mm de anchura y 2O mm de

espesor.g) Redondo de 8 mm de diámetro.

Materiales fundidos y metales no férreos

a) Acero moldeado con O,2S% de C.b) Acero moldeado con O.22Vo de C, 1 ,25% de Cr y O,4% de

Mo.c) Aleación de cobre y cinc con 6O% de Cu.d) Fundición gris con 3OO N/mm2 de résistencia a la trac-

ción.e) Fundición a presión de cinc y aluminio, con 4g6 dealuminio.

Materiales

2.7 Co¡¡osión de

2.7.1 Causas de

los materiales metálicos

la corrosión

81

[ü

bsOxígeno

Oz

Agua(humedad)

Hzo

dos

TI)Sales minerales

?vr?/>N oCl

M9 Cl2

HCI

H2 S03H2 SOa

Hz C0¡OxidosS0zLU2

Pz os

Figura 2-1O5. lnfluencias químicas de d¡st¡nta índole.

ililbe

rcl

idex*

INFLUENCIAS OUíMICAS SOBRE LOS METALES

2Cu +Or- 2CuO2Fe +O.- 2FeO

r-|!r19rAzufre SFósforo P

Por regla general los materiales son influidos por la atmósfera. En

el a¡re se encuentran oxígeno, vapor de agua, humos, compuestoscon azufre y fósforo, gases de la combustión tales como dióxido decarbono o dióxido de azufre. ácidos diluidos tales como el ácido car-bónico, ácido sulfúrico y ácido nítrico. La mayor parte de los metalesestén combinados con el oxígeno, el agua, el azufre, el fósforo o elcarbono, en forma de minerales. Una vez que siderúrgicamente sehan deshecho estas combinaciones con gran consumo de energía,los metales tienden a volver al estado de partida. Esta es la causa dela destrucción (corrosión) que aparece en muchos metales.

Un metal es tanto más noble cuanto menos sea descom-puesto por la corros¡ón.

Comportamiento de los metales frente al oxígeno y elagua.

Ensayo: Se sostienen en la llama tiras metálicas pulidas de hieno (Fe),cobre (Cu) y cinc (Zn), con lo que pierden su brillo metálico y se recubren deuna capa de óxido. Las capas de óxido forman una espesa capa protectora yevitan que continúe la oxidación hacia el interior.

Figura 2-106. El hierro se combina con el oxígeno for-mando FeO.Mediante un fuerte calentam¡ento se fo¡man varias capasde óxido sup;rpuestas (Fe3Oa = óxido de hieno (ll-lll) yFerO¡ = óxido de hierro (lll)).

Oxígeno

Reacc ióndébit

Metal no férreo y oxfgeno

d€

Dy

nm

de

los

ttolfndehst9

;xnGN

lasDS:

El cobre forma óxido de cobre:El hierro forma óxido de hierro:Si se recuece hierro al aire, seforma cascarilla (Fe3Oa, exacta-mente Fe O. FezO¡)El cinc forma óxido de cinc: 2Zn +Or- 2ZnOEl plomo forma óxido de plomo: 2Pb +Or+ 2P6OEl aluminio forma óxido de aluminio: 4 Al +3 Oz- 2 AlzOtEl magnesio forma óxido de magnesio: 2 Mg+Or- 2 MgO

Formación de óxido. El óxido se forma por contacto del hierro y suscombinaciones con el oxígeno del aire y el agua. y tanto más deprisacuanto más ácido cóntenga el agua. La resistencia a la oxidación estanto mejor cuanto más bajo sea el contenido en carbono del acero.

Ensayos: Las superficies de dos piezas una de fundición gr¡s y otra de acero,se desengrasan y se pulen con tela de esmeril. Ambas piezas se mojan envarios puntos con agua pura y con agua que contenga ácido o sal.

Observaciones: Aparecen manchas de óxido, más pronto y más intensasen la fundición gris y en los puntos rociados con ácido.

Las pequeñas partículas de hierro de la superficie de la piezareaccionan con el agua y se comb¡nan con el oxígeno formandoóxidos. Aparece un óx¡do marrón poroso que posteriormente selevanta en forma de plaquetas. De esta forma el oxígeno y el agua

APPOLD. 5

Reacc iónfuerte

V¡rutas demagnesro

Figura 2-107. Acciónmetal€s.

V¡rutasde cobre

clorhldrico sobre

de hierro

del ácido

Oxígenoy agua pura

media fuerteMancha de óxido

Fundición gris(alto contenido de Cl

Oxígenoy agua acidulada

débil mediaMancha de óxido

Acero (bajó contenido de C)c-

,e Figura 2-1O8. El acero es más resistente a la oxidaciónque la fundición gris.

82

de óxido

Material base

Figura 2-1e9. La capa de óxido del acero se forma por laacción del oxígeno y el agua.

Materiales

pueden segu¡r penetfando hac¡a el ¡nter¡ory entar en contacto conlas partículas de hierro más profundas.

4 Fe+ 6 HrO + O, - 2 (FerO.' H2O) +¡lH2El acero resistente a los agentes atmosféricos se oxida al principio dela misma forma. La capa de óxido es, sin embargo, tan densa, queprotege al material base de la corrosión.

Comportamiento de los metales frente a las lejíasMuchos óxidos metálicos se combinan con el agua formando bases(hidróxidos), sus soluciones acuosas se llaman rlejíasr. Lejlasconocidas son: el hidróxido sódico, el amoníaco líquido y la lejía depotasa. Se utilizan para limpiar piezas sucias o rÍtiles de trabajo, asícomo grabar (corroér), por ejemplo, el aluminio.

Para comprobar la presencia de lejfas se emplea papel de torna-sol rojo, que vira a azul.

Las lejías poseen acción mordiente. Las substancias animales yvegetales, los colorantes y lacas son destruidos fácilmente. Se elimi.na la suciedad. Los mp rles también son atacados por las lejías.

Ensayo: En una copa de cristal con hidróxido sódico al 25% se sumerg€ untrapo de lana sucio y una chapa de aluminio.

Observación: La lana se hinca y la suciedad se d¡suelve. La chapa de alumFnio es atacada considerablemente.

Resumen: Las lejías se forman con los óxidos de metales no nobles,p. ej., el hidróxido sódico (NaOH), la lejfa de potasa (KOH!. el hidróxi-do de calcio (Ca(OH)r) (cal apagada), pero la solución de amoníaco(NH¿OH) también es una lejía.

Gomportamiento de los metales frente a los ácidosÁcidos inorgánicos importantes son el ácido clorhídrico (HCl), ,elácido sulfúrico (HzSO¿), el ácido nítrico (HNO3! y el ácido carbónico(HzCOr). Propiedades comunes de los ácidos son: a) tienen saborácido; b) atacan la piel, decapan y destruyen el tejido celular; c)atacan a los metales no nobles; d) destruyen y blanquean los colo-rantes; e) eliminan las capas de óxido de los metales.

Los ácidos se forman por regla general de la reacción de losóxidos no metálicos con el agua.

Ensayo: Si en una probeta con pie se quema azufre. se forma dióxido deazufre (S 4 O, - SOt. El dióxido de azufre se combina con el agua y da ácidosulfuroso (SOz * HzO - HrSO3).

Los ácidos se reconocen mediante indicadores. El papel indica-dor más conocido contiene tornasol.

El papel de tornasol azul vira a rojo con los ácidos.

Ácido clorhídrico

El ácido clorhídrico es uno de los ácidos más fuertes. Ouímicamentese compone de hidrógeno (H) y cloro (Cll. El HCI se llama cloruro dehidrógeno y es un gas de olor penetrante que, disuelto en agua, daácido clorhídr¡co. El ácido clorhídrico disuelve la mayoría de losmetales no nobles, asl como sus óxidos.

Ensayo: El ácido clorhídrico disuelve los óxidos mbtálicos.Se frota con un trapo impregnado de ácido clorhídrico al 5% una chapa de

cinc, acero o cobre oxidada,Observación: Los metales se ponen br¡llantes; los óxidos metálicos se han

Materiales

combinado con el ácido clorhídrico formando cloruros (ZnO * 2HCl - Zn Clz+ HzO).

Ácido sulfúrico

El ácido sulfúrico es un líqu¡do oleoso. Concentrado, el llamado ácidosulfrf rico fumante contiene solamente un 1,5% de agua. Lacomposición qulmica es hidrógeno, azuf¡e y oxfgeno (HzSO¿). Atacafuertemente y actúa sobre las substancias orgánicas carbonizándo-las. El ácido sulfúrico diluido se utiliza para eliminar las capas deóxido.

Ejemplo: El óxido de cobre se transforma qulmicamente en sulfato de cobre,debido al ataque del ácido sulfúrico.

(CuO * HzSO¡ - CuSOr * H2O). Las sales del ácido sulfúrico se llamansulfatos.

En:ayo: El ácido sulfú¡ico destruye la3 3ubstanc¡as orgánicas. Si se echanunag gotas de ácido sulfúrico concentrado sobre un terrón de azúcar o sobreun pliego d€ papel, al cabo de unos minutos aparecen puntos negros(carbono).

Con el agua se mezcla el ácido sulfrlrico altamente concentradocalentándose fuertemente.

Ensayo: En una ampolla tubular llena a medias de agua, se v¡erte lentamente,gota a gota, ácido sulfúrico concentrado, controlando la temperatura.

Observación: En el termómetro se comprueba un fuerte aumento de la

temperatura. Si se manipula ¡ncorrectamente, el ácido puede salpicar, produ'ciendo graves heridas en la piel.

Para diluir ácido sulfúrico echar s¡empre el ácido en elel aoua en el ác¡do.

Ácido carbónico

En la combustión de los compuestos de carbono (madera, papel,carburantes! se forma dióxido de carbono (COr). El aire respirado porlos hombres y los animales contien€ un 496, los gases de escapeproduc¡dos en las máquinas motrices de combustión ¡nterna, del 6 al12% de dióxido de carbono. Con el agua se combina el dióxido decarbono formando pequeñas cantidades de ácido carbónico (CO, +HzO - HrCO3). El aire húmedo y el agua cont¡enen siempre ácidocarbónico, por lo que atacan a los metales. Las sales de los metales yácido carbónico se llaman carbonatos, Asl, p. ej., el plomo y el ácidocarbónico forman una capa de carbonato de plomo diflcilmentesoluble qu€, al contrario que el plomo puro, no es soluble en agua,

El hierro se combina con el ácido carbónico formando carbonatode hierro (FeCO3), y el cobre forma carbonato de cobre básico (CuCO3. Cu(OH)r), una capa protectora impermeable de color verdoso(pátina).

Manipulación de los ácidos y lejíasLos ácidos y las lejías atacan la piel. tanto más cuanto más alta sea suconcentración. Los úapores de ácido clorhfdrico respirados destrü-yen las mucosas de la boca, nariz, pulmones y estómago. En caso decontacto accidental lavarse inmediatamente los ojos y la piel conabua abundante, durante 1 5 minutos por lo menos. A continuación,cubrir con venda esterilizada.

83

Cátodo

84rr

Materiales

Anodo(cobre)

odo: formación de Cátodo: Disolución delhidrógeno cinc

2Hr0'.2e---2Hr0+H, 7n-Znz'*2e-Reacción general

Zn * 2H30* - 2HrO*Hr'Zn2'

Figura 2-11O. Elemento galvánico.

Al manipular ácidos y lejías usar guantes y gafas protec-toras. Las botellas de ácido y lejía deben estar claramen-te rotuladas.

2.7.2 Clases de corrosión

INFLUENCIAS ELECTROOUíM ICASSOBRE LOS METALES

Si se unen dos substancias metálicas d¡ferentes med¡an-te un electrólitp, se produce la,descomposición electrqlí-tica por formación de elementos galvánicos. Son electró-litos el aire hrlmeds y el agua ac¡dulada o salina.

Ensayo: Si se vierte ácido sulfúrico (H:SO¿) en agua, se forman iones posi-tivos de hidrógeno y iones residuales eléctricamente negat¡vos. Ambos ionesforman con el agua el electrólito.

Ensayo: Una placa de cinc sumergida en ácido sulfúrico diluido se descom-pone por sus caras. Aparecen iones positivos de cinc en la solución. Los elec-trones negativos peÍmanecen en el cinc.

El mismo comportamiento que el cinc presentan otros metalestales como el magnesio, el aluminio, el hierro y el plomo.

Ensayo: En una solución de ácido sulfúrico, el cobre no presenta ningún signode descomposición.

La plata, el platino y el oro muestran el mismo comportamientoque el cobre.

Explicación: En un electrólito cada metal tiene una tensión de disolución queimpulsa a emit¡r iones metálicos. Los metales con una gran tensión de disolu-ción se dice que son electroquímicamente no nobles (hierro, cinc, aluminio ymagnesio). Los metales con tensión de disolución pequeña se dice que sonelectroquímicamente nobles (cobre, platino y oro).

Elemento galvánicoEnsayo: Se sumerge en ácido sulfúrico diluido una plaquita de cobre y otra decinc. Si se unen los metales con un conductor externo a la solución, pasa porél una corriente eléctr¡ca,

Esta disposición forma una fuente de tensión (un elementogalvánico). El cinc es menos noble que el cobre y se descompone.

Los iones cinc pasan a la solución, dejando por cada átomo doselectrones en la placa de cinc (polo negativo). Los electrones semueven a través del conductor hacia la placa de cobre. Estos elec-trones se combinan con los iones hidrógeno del ácido retenidos,formando hidrógeno, que se desprende.

El metal noble forma el polo positivo (ánodo), y el no noble, elpolo negativo (cátodo).

Clases de corrosión s¡n sol¡citaciones mecánicasEn la corrosión plana uniforme (figura 2-1 12) se produce una erosióncasi uniforme sobre toda la superficie, p. ej., óxido.

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Figura 2-111. Serie electroquímica de tensiones de losmetales respecto al electrodo de hidrógeno como po-tencial nulo.

Figwa 2-112.Corrosión plana.

Figura 2-113. Corrosiónen forma de picadura.

L

u>>>>,]sÉS=.

Figura 2-114. Corrosión en forma de grieta,

Materiales

La corrosión en forma de picadura (figura 2-11 3) se produce sóloen puntos de la superficie.

La corrosión en forma de fisura, en los casos de humedad (figu-rc 2-1 14), es debida a la diferente concentración del oxígeno en elagua.

La corrosión de contacto (figura 2-1 1 5) se presenta cuando seunen dos metales consecutivos en la serie de tensiones por medio deun electrólito. El resultado es la destrucción del metal menos noble.

La corrosión intercristalina (figura 2-116) se presenta a lo largode los límites de los granos y tiene como consecuencia la reducciónde la resistencia.

La corrosión transcristalina (figura 2-1 17l. se produce general-mente en el caso de una gran carga de tracción, y transcurre parale-lamente a la dirección de deformación dentro del grano.

Clases de corrosión con solicitación mecán¡caLa corrosión con grietas por tensión se produce por la tracción y porla acción de medios corrosivos. La formación de grietas tiene lugarde forma intercristalina o transcristalina. La corrosión con grietaspor vibración es un tipo de corrosión por fatiga producida por una so-licitación alternada.

2.7.3 Protección contra la corrosión

RECUBRIMIENTOS NO METÁLICOS

Por protección anticorros¡ón se entiende la separacióndel material metálico respecto del medio atacante, me'diante la aplicacién de capas de recubrimiento o reves't¡m¡éntos quo ev¡teh,lá corrosién o que la reduzcqn sufi-cientemente.

El aceitado y el engrasado se emplean en los casos en los que las

piezas deban ser br¡llantes (pie de rey). La grasa y el aceite no debencontener ácidos.

Pintar a brocha o a pistola, El minio de plomo forma una capaprotectora impenetrable de pintura de imprimación, sobre la que se

aplica la conveniente (óleo, barniz, etc.) de acuerdo con su apli-cac ión.

El esmaltado se hace mediante espolvoreo o aplicación conpistola de polvo de esmaltes y cocción posterior a 8OO ó I OOO"C. El

recubrimiento es resistente a los agentes químicos y al calor. La masade esmaltar se compone de polvo de vidrio, que es una mezcla decuarzo, feldespato, arcilla y colorantes.

Los recubrimientos plásticos se obtienen por inmersión en plás-tico líquido o bien por lacado. Las pinturas al aceite corrientes estánsiendo desplazadas cada día más por lacas de res¡na s¡ntética, celu-lósica y al clorocaucho. Por otra parte, existen lacas al horno que

secan a 'l2O ó 150'C y que proporcionan una buena proteccióncontra la corrosión.

RECUBRIM IENTOS M ETÁLICOS

Baño metálico. Una pieza limpia se sumerge en un baño metálico,

Eleclrólilo

Flu¡o de electrones

Figura 2-115. Corrosión de contacto.

Figura 2-11

Figura 2-1 17. Corrosión transcristal¡na.

ercÍ sta na

86

Magnesio lonesMg

(electrólito)

Materiales

p. ej. una chapa de acero en cinc. A cont¡nuación se deja escurrir elmetal sobrante, quedando una capa delgada. Un recubrimiento deeste t¡po es el cincado al fuego.

Acciones protectoras del estaño y el c¡ncEn la chapa de acero estañada con la superf¡cie dañada, el estaño eselectroquímicamente más noble que el hierro, de forma que los ioneshierro pasan a la solución. La corrosión prosigue por debajo del recu-brimiento metálico y forma óxido de hierro, que por su gran volumenhace saltar la capa de estaño (oxidación interna).

En la chapa de acero cincada con la superficie dañada, el cinc esmenos noble que el hierro y hace de cátodo. El cinc es destruido, porlo que se forma un flujo de electrones del cinc al hierro.

Procedimiento galvánico (niquelado, cromado, cobreado). Lapieza limpia se sumerge en una solución de sal metálica y se une porel polo negativo a una fuente de corriente continua. En el polo posi-tivo se fija el metal de recubrimiento.

Por la acción de la corriente eléctrica los iones metálicos carga-dos positivamente emigran de la solución de sal a la pieza, donde to-man electrones y se convierten en átomos metálicos neutros que sedepositan sobre la superficie de la pieza. Véase página 84.

El metal de recubrimiento se disuelve portanto en la misma canti-dad que se separan los átomos metálicos de la pieza.

Chapeado. Consiste en el laminado de capas metál¡cas finassobre un metal base. De esta forma se ahorra material caro.

A pistola. Con aire a presión se aplican metales líquidos, p. ej.plomo, cinc, e incluso acero, sobre una pieza.

RECUBRIM IENTOS OU íM ICOS

Pavonado. Se da a las piezas de acero una protección superficialnegra por combustión repetida con aceite a 4OO.C. Éste procedi-miento no proporciona ninguna protección permanente.

Fosfatado (llamado también bonderizado). Por rociado o inmer-sión se aplica una solución acuosa de fosfato de manganeso o decinc (sales de ácido fosfórico) a la superficie metálica, previamentedesoxidada y desengrasada. De esta manera se forma una capa pro-tectora de fosfato de hierro. Generalmente sirve de base para otrascapas protectoras.

El tratamiento superficial electrolítico consiste en una oxida-ción artificial para reforzar las capas de óxidos naturales de las alea-ciones de aluminio. Los defectos de planicidad, gr¡etas y arañazosson visibles después del tratamiento. La capa de protección es sóli-da y no se desprende.

Anodizado. En un baño con ácido sulfúrico empleado como elec-trólito se pone una placa de plomo (como polo negativo) y la pieza dealuminio (como polo positivo). Si se hace pasar una corriente con-tinua, en la pieza se forma una capa de óxido debido al oxígeno libe-rado, el anodizado (aluminio oxidado en el ánodo).

PROTECClÓN CATóDICA CONTRA LA CORROSIÓN

Si se une mediante un conductor la varilla de magnesio (figura 2-1 19)con el cuerpo de acero a proteger, el magnesio desprende iones (ele-mento galvánico). Los electrones liberados en e! magnesio flúyenhacia el acero y generan una tensión mediante la cual se evita que losiones se desprendan del hierro y destruyan el metal.

Capa dedañ

estaño

El estaño es más nobleque el hierro

Figura 2-118. Accionesmíento metálico.

El cinc es menos nobleque el hierro

protectoras mediante recubri-

Figura 2-1 19. Protección catódica contra la corrosión.

Materiales

2.8 Plásticos

2.8.1 FundamentosI

suBDtvrsrÓru y pnoprEDADEs

Orgánico indica que las moléculas de esta substancia son seme-jantes en su estructura a las de los organismos vivos.Sintético significa que la estructura de estas combinaciones quí-micas, al contrario que en las substancias naturales, es el resultadode procesos dirigidos por el hombre.

Características comunes importantes son:1 . Se fabrican partiendo de materias primas baratas y técni-

camente fáciles de obtener. En su mayor parte se trata de combi-naciones del carbono, con excepción de la silicona, que se derivade una combinación de silicio y oxfgeno.

2. Tienen una densidad pequeña, inferior a la del aluminio (p = O,9 a2 kg/dm3).

3. Generalmente poseen una superficie lisa y se pueden colorear,por lo que no hace falta pintarlos.

4. Tienen una superficie impermeable, son pues estancos al agua yal gas.

5. Son var¡adamente estables frente a los ácidos. debiendo adaptar-se esta estabilidad a la aplicación deseada,

6. Son malos conductores del calor, pero se dilatan fuertemente porefecto de éste. La estabilidad al calor y de forma son limitadas.

7. Casi todos pueden emplearse como aislantes eléctricos, ya queprácticamente no son conductores. En la combustión se convier-ten parcialmente en ceniza. ardiendo sin llama, pero sin embargodesprendén gases corrosivos, por lo que pueden producir gran-des daños en máquinas y herramientas.

8. Pueden mecanizarse fácil y rápidamente. Por colada, estampa-ción, laminación, soldadura, inyección o soplado pueden dárse-les las más variadas formas.

Termoplásticos, termoestables, elastoplásticosLos plásticos se diferencian por la combinación de las macromolé-culas: termoplásticos - combinación de las moléculas por fuerzasfísicas; termoestables - combinación guímica de retlcula estrecha;elastoplásticos - retícula ancha.

Ensayos: Una tira de resina fenólica (termoestable) y otra de poliestireno (ter-moplástico) pueden partirse fácilmente a la temperatüra ambiente. Si se ca-lientan ambos materiales, el termoestable sigue siendo quebradizo, pero, porel contrario, el termoplástico se defo¡ma con facilidad, El proceso puede repe-tirse cuantas veces se quiera con los termoplásticos.

Ensayos: Los termosstables se descomponen a altas temperaturas con des-prendimiento de vapores acompañados de mucho humo. Los termoplásticosse ablandan, se descomponen y arden con llama pequeña, goteando parcial-mente,

coMPosrcróru ouín¡lcn

Todos los plásticos contienen carbono e hidrógeno, y algunos oxíge-no, nitrógeno, azuÍre y cloro.

@óvRuedas dentadas Botellas Rgcipientes

Fenoplástiqos Cloru¡o de

Polietileno

TubosPoliestireno

p-elyi¡Xoduro

:

lnstalac¡ónsanitaria MateriÉileléctrico

Aplicaciones de los plásticos.

87

Polie -tileno

Pol i a m ida_, p_q[ plqpj-b_o

Piezas demáqqina

Figura 2-12O.

Figw¿'2-121 . Comportamiento de los tarmoestables ylos termoplásticos a temperatura ambiente y al calor.

Carbonización

Comportamiento atemperatura ambiente

Termoestdbles(resina fenólica)

Figura 2- 1 22. Comportamientotermoplásticos,

Comportamientoen caliente

Termoplásticos(polietile no)

de los tormoestables y

88 Materiales

1. Ensayo: En un tubo de ensayo se calienta PVC en polvo (cloruro de poli-vinilo). El plástico se descompone, quedando como residuo hegro carbono(C). Los humos desprendidos tienen el olor punzante del ácido clorhídrico(Hcr).

2. Ensayo: La llama del mechero Bunsen calienta la resina s¡ntética (amino-plástico). La substancia se carboniza, percibiéndose un olor a moníaco (NH3,

compuesto de nitrógeno e hidrógeno). Además se nota un olor pestilente acuerno quemado.

3. Ensayo: En un tubo de ensayo se calientan unos trocitos de polietileno. En

la abertura del tubo pueden encenderse los vapores grises ascendentes. Sedeposita carbono (C). En la pared ¡nterior del tubo de ensayo se forma agua(HzO)'

a parafi

¡¡ Olor del humoa ácidoclorhídrico (HCl)

Olor del humoa amontaco

Resinas¡ ntética

PVC

esiduo decarbono

(c)

Clorurodopolivinilo Am¡noplást¡cosComponentes: Componenles:

Carbono C Carbono CHidrógeno H H¡drógeno H

Cloro Cl Oxlgeno ONitrógeno N

Figura 2-123. Composición química.

Molécula reticulada Red espacial de moléculasOCarbonó @Oxígeno CHidrógeno

Figura2-124. Plásticos termoestables: Las moléculas defenol y metanal se unen formando una molécula de baque-l¡ta. Están unidas entre sí qufmicamente y forman macro-.noléculas reticuladas espacialmente.

2.8.2 Subdivisión tecnológica

DIVERSAS PROPIEDADES DE LOSY TERMOPIÁSTICOS

TERMOESTABLES

Termoestables

Ensayo: En un vaso de cr¡stal se cal¡entan 20 g de solución de metanal con 20g de una solución acuosa de fenol y un poco de amoníaco. La mezcla em-pieza a formar espuma y se conv¡erte en una masa amarilla clara.

Observación: Se trata de una resina fenólica (baquelita, nombre comercialpara las resinas sintéticas según el descubridor, Bakeland). El plástico se haendurecido al cabo de algunos días. Se compone de muchas moléculas defenol. La combinación de estas moléculas (análogo a un puente de unasmoléculas de fenol con otras) tiene lugar por el metanal (antigua denomi-nación, formaldehído). Muchos miles de moléculas de fenol y metanal secombinan y forman una complicada moléculg. de baquelita. Están reticuladasespacialmente, de donde proviene su durezd'y fragilidad. Un ligero calenta-m¡ento no puede cambiar las moléculas reticuladas espacialmente, por lo queno son deformables. Las combinaciones con redes espaciales sólo puedendestruirse químicamente por calentamiento, lo cual implica la destrucción delplástico.

Termoplásticos

Ensayo: En un vaso de cristal hay estireno líquido. Si se añade un catalizador(acelerador de la reacción) en la proporción 1:10, a una temperatura de unos20OoC se forma una masa espesa que solidifica después de algún tiempo. Dela masa pueden estirarse hilos.

Resultado: Las distintas moléculas de estireno se han combinado entre sí for-mando moléculas gigantes que están enlazadas como un hilo. Por esta razónse llaman moléculas filiformes. El proceso se llama polimerización (polys-griego: mucho; meres-griego: parte). Con esta designaqión se quiere expre-sarque se han unido muchas partes iguales. La cohesión interna de las partí-culas procede principalmente de fuerzas físicas.

Cada vez que se calientan los termoplásticos, las moléculas fili-formes se mueven entre sí y se produce la fluencia plástica de lasubstancia, y cada vez que se enfrían, se aglomeran por tramos (par-c¡almente cristalina) o b¡en en forma compacta enmarañada (amor-fa). Mediante alargamiento, es decir, estiramiento de la substancia,las moléculas filiformes se orientan de forma que aumenta diez ve-ces la resistencia longitudinal del plástico. De esta forma se explicapor ejemplo la gran resistencia al desgarro de algunas conocidas f¡-bras químicas (perlon, nylon).

Agua(HzO)

PolietilonoComponentes

Carbono C

Hidrógeno H

M eta nal

Olor del humo

Metanal Fenol

Fehol

Enlace químico

Materiales

Para la subdivisión de los plásticos son decisivos los elementoscomponentes.

ElastoplásticosSe componen de pocas cadenas de moléculas enlazadas en forma dehilos, que si no están sometidos a carga se presentan en forma deovillo. Se caracterizan por su elevada elasticidad y su gran alarga-miento. Los elastoplásticos pueden soportar grandes cambios de for-ma y volver a su estado primitivo después de cesar la acción de la

carga, es decir, que la forma de ovillo de las cadenas de moléculas seestira. Los elastolásticos soportan alargamientos de varias veces sulongitud original. Al contrario que los termoplásticos, los elastoplás-ticos no pueden fundirse de nuevo.

2.8.3 Fabricación de piezas

ELABORACIÓN DE PLÁSTICOS TERMOESTABLES

Los polvos de moldeo son plásticos termoestables mezclados consubstancias de relleno (cargas).

Entre los termoestables importantes están los fenoplásticos y

los aminoplásticos.Los fenoplásticos se componen de fenol (CeHsOH - del alqui'

trán de hulla) y metanal (HCHO). Del plástico se desprende olor a

ácido férrico- Los aminoplástlcos están compuestos de urea ymetanal. La urea se obtiene de amoníaco (NH¡) V dióxido de carbono(COz). Puesto que estos plásticos son frágiles, se les añaden cargasde relleno (piedra molida, fibra de amianto, serrín, trozos de papel). Elplástico gana así en resistencia y elasticidad, reduciéndose su fragi'lidad.

Los polvos de termoestables se moldean por prensado. Para ellose colocan en los moldes las cantidades necesarias de polvo calen-tado previamente. El molde va provisto de calefacción permanente.Una vez cerrado el molde, la masa lo rellena. El calentamiento sehace a una temperatura de 140 a 170'C y la presión aplicada es devarias centenas de bar, Una vez endurecido el polvo de plástico, seabre el molde y se expulsa la pieza.

El color natural de los fenoplásticos es pardoamarillento. Entreotras piezas, se fabrican con este mater¡al muebles de aparatos deradio, interruptores eléctricos, envases, cajas, discos y tubos. Losaminoplásticos son inodoros, inslpidos e incoloros. Se fabrican conellos piezas de electrodomésticos, teléfonos y artículos electrotéc-nicos. Ensayo de combustión: las probetas huelen a pelo quemado.

Las piezas formadas por moldeo a presión de láminas son másduras que las obtenidas por el moldeo de polvos. Están const¡tuidaspor capas de tela o de papel, como carga de relleno, impregnadas deresina fenólica, que se prensan en caliente. En forma de placas, seconocen como papel duro y tela prensada (celotex). Entre otras p¡e-zas prensadas fabricadas por este procedimiento figuran engrana-jes, casquillos para cojinetes, roldanas para poleas, revestimientos oaislamientos. Las substancias prensadas en capas son muy duras,dúctiles y se mecanizan bien por arranque de viruta. Algunas denomi-naciones comerciales son: Durcoton, Linex, Novotex y Resistex, paratelas prensadas, y Pertinax y Trolitax para papel duro.

La madera contrachapeada se obtiene uniendo hojas delgadasde madera mediante resinas sintéticas. Piezas acabadas por este sis:tema son: mobiliario, engranajes, estanterías, etc.

Molécula filiforme Molécula filiformeOCarbono CHidrógeno @Cloro

Figura 2-'125. Termoplásticos: Las rnoléculas filiformesestán unidas entre sí por fuerzas físicas. El modelo de la fi-gura está ampliado 1 millón de veces y esponjado. Real-mente los hilos están enmarañados de forma compacta.

Caucho natural Neumáticos de camión, apoyosde goma, cintas trasportadoras

Caucho depoliureta no

Rod¡llos móviles, espumas

CaLrcho de estireno Y Juntas, neumáticos de auto-brradieno (buna) móviles, perfiles

Caucho de silicona Forro aislante de cables.Juntas para altas soli-c¡tac¡ones térmicas yeléctr¡cas

Substancias pren.sadas en capas

Papel duroMadera dura

Madera prensadaen capasResopal

Estireno Activante

H H HHHHtrt¡tl(=( C-C-C-C-É if irelHi)Est¡reno Poliestireno

Fe noplásticos

Figuri. - ' 26. Estructura de los plást¡cos termoestables.

90 Materiales

Fuente de calor,/ñ/.ñ/ñ/{\ l{\ /l\

Depresión (aspirar)

Figura 2-129. Est¡radopor aspiración.

Pieza prensada Embolo

Canal de aire Serpentinescalefactores

Figuta 2-127. Estampación con molde.

Pisador Punzón

Plato de la matriz

Figura 2-130. Embut¡ciónprofunda s¡n matr¡z,

Semi-moldes

ant€s demoldear

Punzón (o macho) (molde)

Figura 2-128, Procedimiento de inyección.

ELABORACIóru OE TERMOPI.ASTICOS

Los termoplásticos se deforman plást¡camente calentándolos entre80 y 2OO'C y no pierden sus prop¡edades. A la temperatura amb¡en-te son sólidos y dúctiles. Plásticos de esta clase son el poliestireno,la poliamida y el cloruro de polivinilo.

En la colada por inyocción, los polvos de plástico se inyectan através de una tobera dosificadora en un molde refrigerado, dondesolidifican muy rápidamente y toman la forma del mismo, p. ej. jaulaspara rodamientos y ruedas dentadas.

El estirado por aspiración (moldeado al vacío) es una conforma-ción portracción (figura 2-1291. Es muyapropiada para piezas planasde gran superfic¡e. La matriz está conectada med¡ante orificios a unacámara de depresión. Al abrir una válvula, la plancha de plástico ca-liente es atralda hacia la matriz por la presión atmosférica y enfriada;p. ej., platos, bandejas.

La embutición profunda con punzón, figura2-13O, es un proce-dimiento de tracción y compresión especialmente apropiado para fa-bricar piezas redondas, p. ej. tubos, La plancha de plástico calentadaes conformada por el punzón frfo descendente. Para obtener unespesor de pared uniforme se calientan el plato de la matriz y elpisador.

En los trabajos con matriz y punzón, figura 2-131. es necesariouna exacta regulación de la temperatura de ambas piezas.

2.8.4 Termoplást¡cos

PIÁSTICOS IMPORTANTES

El cloruro de polivinilo (PVC) es el termoplástico más empleado y seobtiene con ácido clorhldrico (HCl) V acet¡leno (CzHz). Ambas subs-tancias de partida se combinan formando gas cloruro de vinilo. Porpolimerización se obt¡ene el cloruro de polivinilo, que es un polvoblanco.

El PVC duro sustituye en muchos casos a los metales. Se fabricaen planchas y en tubos (depósitos y tuberías). Las piezas se meca-nizan con arranque de viruta de la misma forma que los metales. Laresistencia a la tracción es de 60 N/mm2 a temperatura riormal y elalargamiento es del 300%. La conductividad térmica es muy peque-ña. El PVC duro es muy sensible al entalle, es insípido e inodoro, yres¡stente a las lejías y a los ácidos.

Canales de desgasificación Matriz

Figura 2-131. Embut¡c¡ón profunda con matriz.

Plancha de plásticoPisadorelástico

Lupolen, Trolen,Genathene,

Polimerización

Figura 2-1 32. Estructura de los termoplásticos.

Materiales

El PVC blando se fabrica como el PVC duro con adición de un (re'blandecedonr. Por este sistema consigue propiedades como las de la

goma blanda. Se colorea y se lamina en forma de hojas y planchas.Ejemplos de aplicación son las mangueras con o sin soporte textil y

el cuero artificial para tapicería. El PVC blando se corta. perfora y

suelda bien, pero viruta se mecaniza mal.El polietileno ( lietileno) es ligero lp = O'92 a

O,95 kg/dm3) y no agua. Es químicamente establefrente a ácidos, lej acado por la gasolina y los acei'tes lo dañan. El polietileno es inodoro e insípido, buen aislante y re-

sistente a la corrosión. Para uso permanente es adecuado hasta

70'C. Ejemplos de aplicación: material de embalaje, botellas para

produ léctricos.El midas. Estos materiales son de as'

pecto rgables y poseen una gran tenaci'dad y se estiran en hilos hasta alargarlosde dos a tres veces, se alcanza una resistencia cuatro vecés mayor,

Con .estos

hilos se fabrican fibras textiles res¡stentes, teñibles e

inarrugables.

PVC duro

Polietilenoblando

PVC blando

- 100

sólido

-50 0 50 100 150 .c 230TemPeratura-

-\-

DesccimPosiciónelástico plástico química

figura 2-134. Formas de estado de diferent€s tormo'plásticos.

COMPORTAMIENTO DE LOS TERMOPLÁSTICOSSOMETIDOS A CALENTAMIENTO

Los termoplásticos pueden adoptar un estado sólido termoelástico ytermoplástico. El plástico sólido es apropiado para trabajos de corte(limado. aserrado, fresado. taladrado. torneado f punzonado). Si secalienta el plástico sólido, en el ¡ntervalo de la temperatura de reblan-decimiento o de congelación (símbolo ET), la resistencia disminuyerepentinamente. El material pasa a un estado termoelástico seme-jante a la goma y se deforma fácilmente, En este intervalo se producela conformación ponplegado, estirado, einbutición profunda y estam-pado. Mediante enfriamiento posterior por debajo de la temperaturade congelación, la pieza adopta una forma estable. Si la pieza confor-mada se calienta de nuevo por encima del límite ET, entonces actúanen el material fuerzas residuales. Esto motiva que, por ejemplo, untubo adopte de nuevo la forma de la plancha anterior a la confor-mación.

Si se sigue calentando, el plástico pasa al intervalo de la tempe-ratura de fluencia (símbolo FT), o sea al intervalo termoplástico (flui-dol. Por encima del límite FT t¡ene lugar la formación de brutos, comola colada, el prensado err caliente, la estampación, extensión o unión,p. ej., soldadura. Las piezas fabricadas en este intervalo.tienen tam-bién forma estable en el intervalo termoelástico.

Resina fenólica

descompone

100 150.t 200

TemPeratura

-Figura 2-133, Comportamiento mecánico de algunosplásticos al calentarlos.

TemPeratura-Conformación de fabricación:

Corte Procedimientos Conformacióny unron

Figura 2-135. Comportamiento de los termoplásticosfrente a los cambios de forma.

Figura 2-136. Comportamiento de los termo€stablesfrente a los cambios de forma.

91

c:9o

ET;l-toooC'6 .9CE9FoQDO6O-cÉ<

I

l

It"r,no-

TemPeratura +

92 Materiales

Calentado por encima del intervalo termoplástico empieza la des-composición química del plástico.

2.8.5 Conformación y pegado

CONFORMACIóN DE LOS PLÁSTICOS

Los termoplásticos pueden conformarse sin grandes esfuerzos en gl¡ntervalo termoelástico. Al aumentar la temperatura, a partir del esta-do sólido-elástico aumenta la elasticidad de la pieza, de forma quecon pequeños esfuerzos se obtiene un gran alargamiento. Si elplástico se enfría pasando de nuevo del intervalo termoelástico alsólido-elástico, manteniendo una cierta fuerza de conformación, estaúltima casi se conserva.

Cámpo deapl¡cac ón

Itl-c9

€g6FN-

be)cBO

Figura 2-137. Conformación por plegado y <capacidadde memoriar del material.

Acero alta-aleado

jAcero de baja aleaciónAleación de t¡tanioAI

Acero no aleado'

0 50 100 2m 300 4m 500 600 700 000TemPeratura en oC

-Figura 2-138, Límites de temperatura de las aplicacio-nes de plásticos y metale¡,

V€locidad de corte en m/m¡n

Torneado [email protected] 10OO...15O0Talsdrado 60...80 200Fr€sado 200...500 Hasts lOO

3ü)...1000Hasts 1 OOO

Hasla 1 OOO

Avance sn mm/vuslta

Torneado0,1...0,3 0,1...0,2Teladrado 0,1 0,1...0,5Fr€sado 0,1..0,3 0,3 03

Angulo de viruia en "

Torneado 12. 25 0Fresado 20. 25 0...25

40..5025

Ángulo de salida €n o

Torneado 8 I 5Taladrado 6. 8 8.. 10Frssado 10 . 20 25.. 30

8...108. .15

25 ..30

Si la pieza moldeada se calienta de nuevo por enc¡ma del inter-valo sólido-elástico, s¡n ¡ntervención de fuerzas externas, se vuelvede nuevo a la forma primitiva.

Es conveniente trabajar con una velocidad de conformación alta.En la conformac¡ón lenta, con un grado d6 conformación alto, s9fórman unás f¡suras finísimas en el material que por efecto de la en-talla pueden conduc¡r a roturas. A temperaturas inferiores la forma-ción de fisuras es menor, aunque también lo es la estab¡lidad deforma de la pieza.

Una pequeña tendenc¡a a la recuperaclon ex¡geturas de conformación elevadas; grados elevados de con-formación ex¡gen bajas temperaturas de ella.

Mecanización de los plásticos por arranque de v¡rutaEn la mecanizac¡ón por arranque de viruta la temperaturs de trabajono debe subir demasiado. La mala conductividad térmica de losplásticos motiva la acumulación de calor en los puntos donde semecaniza, que en los termoestables hace que lleguen a quemarse yen los termoplásticos a que se reblandezcan.

lclorurc de pol¡v¡n¡loPoliest¡r€noPoli€t¡leno

93Materiales

Para evitar esto hay que procurar una buena eliminación de lav¡ruta y una buena refrigeración que suele ser por aire. Para evitar quese queme la punta de la herramienta se utilizan aceros rápidos o ace-ros para herramientas con filo de metal duro.

En los termoestables se producen virutas cortas y quebradizas, yen los termoolásticos, por el contrario, virutas largas y de buena eli'minación. Las acanaladuras y huellas deben evitarse debido a la ac-ción de la entalla. Las velocidades de corte pueden ser mayores queen el acero. En general se debe:

Trabajar con altas velocidades de corte y pequeñosavancgs.

PEGADO DE LOS PLÁSTICOS

Los plásticos pueden unirse entré sí por pegado.Los termoplást¡cos tales como el cloruro de polivinilo, el

plexiglás y el poliestireno se deshacen con un disolvente, y se uneninmediatamente después de aplicar el pegamento, Los pegamentosestán generalmente en un plástico diluido en el disolvente.

Los termoplásticos tales como el polietileno sólo pueden disol-verse en determinadas condiciones en un disolvente. Por esta causalas piezas de ensamble se graban previamente. El pegamento es porejemplo una resina epoxi. La resistencia de la unión pegada es menorque la de los materiales unidos.

Los termoestables se desengranan añtes de pegarlos y se raspanpara darles rugosidad. El pegamento, p. ej. una resina epoxi, se aplicapor las dos caras y debe endurecerse.

Pol¡amidE

fr.o$-*

Res¡stenc¡a I 18 tracc¡ón: plásticos

Aleac¡ón de Alno aleado

Acoro alsadoPlá3lico reforzado con f¡bra

5Oo' ' óoo- lcm 1s¡tR€sistonc¡a a la tracción:

melales v plást¡coo reforzados con fibra de vidr¡o

Figura 2-139. Comparación de la resistencia a la trac-ción de plásticos y metales.

2.A.6 Materiales comb¡nados

PIÁSTICOS REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO

Ester¡lla do fibra de vidrio

Modelo

Capa seDaradoraintermedia

1.' capa de resina

Capa cubriente de resina

Figura 2-1¿lO. Laminado a mano.

Fibra de vidrio

Plástico lfquidoRodillo gula

Poliet¡l€no

2.' éapa

Figura 2-141. Proced¡m¡€nto de enrollado húmedo.

94 Materiales

Materiales matriciales, materiales fibrososProcedimiento de fabricaciónComo masa base/material matricial se consideran los termoestablesy las resinas de poliésteres o resinás epoxi.

Los plásticos son tenaces pero tienen poca resistencia a la trac-ción. Las fibras de vidrio son frágiles pero, en cambio, son muy resis-tentes a la tracción. En los plásticos reforzados con fibras de vidrio secombina la alta resistencia a la tracción de las fibras de vidrio con latenacidad de los plásticos. Por lo tanto, se compensan la fragilidadde las fibras de vidrio y la baja resistencia a la tracción de los plásti-cos. En el sentido de las fibras se alcanza una resistencia a la trac-ción de 4OO a 5OO N/mm2, con una densidad de 1,4 a 1,g kg/dm3.

1. En el laminado a mano se coloca el tejido de fibra de vidrio y/oesterilla de fibra de vidrio en el molde provisto de una capa sepa-radora y de una capa de resina, se impregna luego con resina y se.aplica una capa cubriente de la misma,

2. En el procedimiento de enrollado se pasan las fibras de vidrio porun baño de resina y se va:. ¡rollando en un núcleo que gira (fabri-cación de tubos y depósitos).

3. En el caso de inyección de resina y fibra se intercalan fibras cortasen la prensa de inyección.

figwa 2-142. lnyección de fibras y resina sintética.

Ejercicios

de fibra de vidrio

7.

8.

9.

10.

11.

12.13.

14.15.

16.

1.

2.

3.

4.

5.6.

7.8.9.

10.

Corrosión de los mater¡al€s metál¡cos

¿A qué inf luencias 6stán somet¡dos los metales por laacción del aire?La capa de óxido de un metal no férreo representa muchasveces una protección. Explicarlo,¿Por qué se oxida muy lentamente el acero en localessecos?Comparar la ¡esistencia a la oxidación de la fundición gris,del acero no aleado y del acero de alta aleación.<El óxido se devora a sl mismor. ¿Oué afirma esta expresión?Citar algunas lejías y ácidos importantes e indicar su €struc-tura qulmica.¿Oué ef€ctos produc€n los ácidos en los metales?¿Por qué hay que rotular las botellas de lejías y ácidos?Explicar la destrucción de un metal por corrosión de contac-to, corrosión de grietas y corrosión de picaduras,Dar elemplos de protecciones superficiales no metálicas, me-tálicas y qufmicas.

Plásticos

1. Comparar: a) densidad; b) indeformabilidad; c) conductibili-dad térmica y d) mecanizabilidad entre el aluminio y un termo-plástico.Diferenciar los termoestables de los termoplást¡cos.¿De qué elementos importantes s€ componen qufmicamentelos plásticos?Muchos plásticos s€ obtienen por polimerización. Explicaroste concopto. ¿Cuál es la causa de la dureza yfragilidad delos termoestables?

5. ¿Oué propiedades de los plásticos condicionan sus límites deaplicación industr¡al?

6. lOué afirman las designaciones plástico endurecible yplástico no endurecible?Citar ejemplos de aplicación de plásticos endurecibles. /Ouéperm¡te det€rminar un ensayo de combustión?Las ruedas dentadas pueden fabricarse con láminas prensa-das. Describir la estructura del material.¿Oué misión tienen las substancias de relleno en los plásticosendurecibles?Diferenciar la estampac¡ón en molde de la embutición pro-funda.Comparar las propiedades mecánicas del PVC duro y el PVCblando.El PVC duro es sensible al entalle. ¿Oué quiere decir esto?lCómo se explica la alta res¡stenc¡a a la tracción del perlón ydel nylón (poliamidas)?Los polietilenos se emplean en objetos domésticos. ¿Por qué?Un tubo en U fabricado con PVC duro y calentado a l00oC notiene ya estab¡lidad de forma. /Por qué?tEn qué ¡ntervalos de estado pueden realizarse con más ven-taja el corte. el plegado y el prensado en caliente de los plás-ticos?

17. Explicar el conformado curvo de una varilla de plástico.18. ¿Porqué es másventajosotrabajarcon unavelocidad de con-

formación alta?19. Comparar los valores tipo para velocidad de corte yavance en

la mecanización por arranque de viruta del acero y los plás-ticos.

20. Comparar, en trabajos de torneado, los valores tipo de ángulode viruta en el acero y en los plásticos.

2.3.

4.

t

2.8.7 Resumen sobre los plásticos95

tenaz, se rompe diflcilmente, forma estable hídrico.hasta 60oC.

I

Mecanización: por arfanque de v¡ruta, s€pega y es soldable.

Como el PVC duro, fácilmente ¡nfla. Mangueras, láminas, mangos, enchufes,mable. cuero artificial, cJh¡enas y burletes.

Recipientes para uso domést¡co, conduc-ciones de agua, botellas, construcciónde aparatos.Mecanización: por arranque de viruta,puede pegarse, no soldable

Carcasas, piezas de lavadoras, p¡ezas deautomóv¡les

rClOnqtBO rBErp{iirjvlrNlrqü; lrtfnbi¡¡3 coñirárciltd¡: H¿italig,Vtnoirsx, .Vieto¡.ft, Vinidur, St¡i. Ace[a, Mipqlem ., ]r r

PVC duro tlesrstenc¡a a la lracc¡ón 30 N/mm2.,. se carboniza, hollfn intenso, no Tuberías, aparatos, accesorios, placas,50 N/mm'?, densidad 1,38 g/cmr, duro y gotea,olorpenetranteaác¡doclor- peliles.

PVC blando Res¡stenc¡a a la tracción 1O N/mmr..(con reblande- 14 N/mmr, densidad '1,2 g/cmt, de blandocedor) como la goma a correoso

POLIETILENO Nombre comerc¡al Hostalen, Vestolen. Lupolen

PE duro

PE blando

Ríg¡do, ¡rromp¡ble, res¡stencia a la trac. Fác¡lmente fundible, llama con nú_ción.25 N/mm2, densidad O.94 g/cmrforma cleo azul, s¡n nJ¡n, sus vaporesestable hasta +1 00oC, res¡stente a los ác¡dos huel€n a parafina.y lejfas.Blando, llex¡ble, superf¡cie sim¡lar a la cera,resitenc¡a a la tracción 1O N/mm2, formaestable hasta +80oC.

POLIPROPILENO Nombros comercial€s: Hostalen PP, Novolen, Vestolen p

PP Duro, rrrompible, densidad O,89 g/cm2, forma Fácilmente fund¡ble, sin hollín,estable hasta 13O"C, se quiebra por debajo goteade 0'C

POLIESTIRENO Nombres comarc¡ales: Polystyrol, HoEtyren, Vostyron, Styroflox

PS

EPS(Styropor)

Cajas, juguet€s, carcasas para aparatoseléctr¡cos, escaparates luminosos, mate-rial de embalaje, instrumentos dedibujo.

A¡slantes térmicos e insonorizantes,cuerpos flotantos. Con un ag€nte sct¡voy cslentándolo se cons¡gue un aumentode volumen de 20 a 50 veces.

POLICARBONATO Nombros comerciales: Msdrolon, Mak¡ofol, Lexan

Piezas de forma, láminas, aparatos mó-dicos.Mecanización: por aflanque de v¡rut¿,se pega y suelda, ¡nyectable.

Transparent€ como el vidrio, puede teñirse, Fácilmente ¡nflamable, em¡te luz.sens¡ble a los golpes, resislencia a la trac- mucho hollln, los humos t¡enen unc¡ón 50 N/mm']...75 N/mm2, reblandecimien- olor dulzón.to a +8O'C, resistente a los ác¡dos y lejlas,pero no a la gasol¡na y el benceno.Pol¡estireno espumado, dens¡dadO,O2 g/ cmt, buenas propiedades ¡sotérm¡cas

PC Resistenc¡a a la tracc¡ón 65 N/mm2, densr- Se funde, carboniza, no gotea,dad 1'2 g/cm], forma burbujas, con hollfn, auto-c¡miento 165'C, , ext¡ngu¡ble.puede teñirse, re

POLITETRAFLUORETILENO Nombros comorc¡ales; Teflon, Hostaflon

V6stsm¡d, F¡bras do pol¡am¡dE (nylon, perlon)

Llama azulada con borde amarillo. Elementos de máquinas (p ej., torni-gotea y estira hilos, el humo huele llos' casqu¡llos de coj¡netes, gulas, rue-hasta +1 Oo'C, temporalmente ¡rrom-

p¡ble hasta 18O'C, resistencia a la tracc¡ón a cuerno quemado60 N/mm'...80 N/mm2, dens¡dad 2,2 glcnz.

PTFE Blando, flextble y tenaz, res¡stente a los oro-ductos qulm¡cos, resistencia

" r" tr"i"¡ái se descompone, no arde

15 N/mm'.. 35 N/mmr, densidad 2,2 glcnt,buenas prop¡edades desl¡zantes entfe -9O'Cv+2

CFISTAL ACnítÍCO lwc plaxiglae, ptorhum, R63€rtgta.pMMA Claro com no astillable,ijÜiii[t""rir"- Gsisrente éricos. forma Emite luz' c¡ute' el humo huele

to) estable ha a la tracción a fruts'

55 N/mm2 muy lranspa-rente a la luz

Éibli,fit:ü té1llEE5¡tlil$tül.t4d tr r; uül; pEÉárit,túroii¡r r::Up Duro y qreUráaizo a blando, y elástico, in-

coloro, resistenc¡a a la tracc¡ón 15 N/mmr, No se fund€, llams br¡llante mucho

dens¡dad 1,2 si"Át, l" á"""olpo.¡"ib" ' hollfn' el humo t¡ene un olor dulzón'

empieza por encima de los 1OO.C.,-Él{st=+bó É6 'dÉr"Éi'*iür:g_tlry¡=¡!tr¡6¡+ .=J,"'r'"-:- rrr rr''r r::r r'-: .:':

,::..

GFK -€nsidad 1,6 g/cm', resisl€nc¡a a la trac-c¡ón 4oo N/mm2...soo N/mm2, duro y res¡s_tente a los golpes Se compone d6 plásticotermoestable (pol¡ést€r o res¡na spoxi) yfibra de vidrio. Durante la fabricación elplást¡co es líquido. endureciéndose acontinuación.

#i[( dhti| li flólrr]rir:f.rlrll¡.{¡i1r1¡rti':'r"illr r.rirrl r:r:'r'r r ':li' ..

CFK Dens¡dad 1,7 g/cm', res¡stenc¡a a latracc¡ón 80O N/mm2...1OOO N/mmr.

PLASTICOS REFORZADOS CON FIBRA OE EOBO

BFK Densidad 1,9 g/cmt, res¡stenc¡a a latracción 1 100 N/mm2

das denredas, rodtloa portador€s y con-ductores), cabl€s, cascos protectores,fibras textiles.

Co¡¡netes secos, juntas estancas, vál-vulas, revestimientos, a¡slanles olectro-técn¡cos.

Cr¡stal de seguridad, tejados. galas pro-tecioras.Mecanización: por arranque de viruta, sepega y suelda

Resinas para coladas (el endurec¡m¡entose produce por adición de un endure-cedor), adhesivo para metales, lacas.duras y res¡stentes a las rayaduras.

Construcc¡ón de embarcaciones, herra-mi€ntas especiales y moldes, tub€rlas,depósitos, p¡ezas para car.oceía, p¡ezasde aviones.M€canizac¡ón: por arranque d€ v¡rutacon metal duro. Uniones atornilladas,remachadas o pegadas.Las panes dañadas pueden repararse la-minándolas a mano.

Piezas para máquinas y vehículos. Capa-cidad de absorber grandes solic¡tacionesnincluso a altas tempsraturas.

sól¡do y resistente a los

l

96

figura 2-144, Procedimiento de ensayos de mater¡ales.

Materiales

2.9 Ensayo de materiales

2.9.1 Procedimientos mecan¡cotecnológicos

En los ensayos tecnológicos se investiga el comportamiento delmaterial durante su mecanizado (corte, conformado).

En los ensayos mecánicos se investiga especialmente la resis-tencia del material a la deformación y la rotura. De acuerdo con laacción de lafuerza que actúa se distingue la solicitación a tracción,compresión, flexión y cortadura. Los valores de la resistencia sondistintos según que la solicitación aumente en forma continua obruscam e nte.

Ensayo: Se somete una varilla de plástico a tracción con una fuerza crecienteen forma cont¡nua. La varilla se alarga y al alcarrzarse una fuerza demasiadogrande, se parte. Si la tracción es de golpe, la varilla se parte como si secortara con un cuchillo.

ENSAYOS EN EL TALLER

Estos ensayos no dan resultados numéricos, sino que indican sola-mente el comportamiento del material durante su mecanización.

Forjabilidad, Un acero plano se forja repetidamente, calentándolo,hasta que aparezcan grietas en los bordes. El ensanchamiento debeser de 1 a 1 t/z veces la anchura primitiva sin que aparezcan grietas.

Conformación en fríoUn acero plano (de 3 mm de espesor) se dobla en un tornillo desujeción hasta que aparezcan grietas. Un acero que puedaconformarse bien se puede plegar 180o.Ensayo de flexión en uno y otro sentido. Se sujeta un alambre enun tornillo y se dobla varias veces 1 8O' en un sentido y en elopuesto. Los aceros de alta resistencia se doblan con dificultad yresisten sólo unas pocas flexiones. Del número de flexiones hastaque aparece la rotura puede deducirse la resistencia, tenacidad ydeformabilidad del material.

Prueba de la lima. El arranque de viruta es menor en acerosduros, a igualdad de esfuerzo.

Prueba de embutición profunda. Una chapa fijada sélidamentese abolla con ayuda de una maza y aumentando progresivamente lafuerza empleada. Se observa la abolladura hasta que aparezcan lasprimeras gr¡etas.

Prueba de la chispa. Si se quiere comprobar la clase de acero deque se trata, hay que observar la chispa que resulta al esmerilar(véanse páginas 102-103 y tabla página 104).

Prueba del sonido. Esta prueba (principalmente piezas de fundi-ción) se hace dejando que la pieza cuelgue libremente y golpeándolacon suavidad. De esta forma puede distinguirse entre el acero mol-

FlexiónTracción Pandeo cortadura

Figura 2-1 43. Diferentes solicitaciones de la resistencia.

Muestran €l com- Proporcionanportamientode conoc¡mjentoslos mater¡ales sobre la es-lrente a las tuctura y t¡pofuerzas externas y de la texturaen el mec8n¡zado

Proporc¡onan in-formac¡ón sobrela composic¡ón ysobre fallos .(gr¡etas, poros,inclusiones)

Solicitaciones lnv€st¡gac¡óncontinuas, en re- de la texluraposo, por ¡mpul- en zonas esme'sos, per¡ódicB- rilsdas, conmente allernadas aumento al

mrcroscopro

Anál¡sis espectral,¡nvest¡gación porrayos X y ultraso-nido, procedi.miento del polvomagnét¡co

a)

b)

^1 ." f lexión

(.'r.r---2-" f lexión

Figura 2-145. Pruebade ensancham'iento.

Figura 2-146.Prueba de plegado.

La chapa se abolla

Figura 2-148. Prueba deembutición profunda para

chapa.

Figua 2-147. Pruebade plegado en uno

y otro sentido.

Objetivo del ensayo de materiales

d

bbIL

tflo

Glo¡¿

o6ocooT'oNoal!

la-IL

b.be¡s.

deda

enellyrtaily

merlabs

delar

d¡-olarol-

Materiales

deado (sonido limpio) y la fundición gris (sonido sordo), así comoentre las piezas con gr¡etas y poros.

Juicio ségún el aspecto. Se trata de comprobar la calidad super'ficial y los fallos externos, tales como poros, grietas y entallas.

Ensayos de abocinado y rebordeado en tubos' Estos ensayospermiten juzgar si los tubos se agrietan en sus extremos al

ensancharios. En la prueba de rebordeado, hay que ir abriendo el

tubo hasta que aparezcan grietas,

Medición de la dureza comparando las huellas

Este procedimiento de ensayo se refiere a la propiedad plástica del

material. Entre las dos mordazas de un tornillo de sujeción se aprie'tan dos placas de distinta dureza, p. ei., acero y aluminio, colocandoademás en medio una bola. De la diferencia de diámetros de la huellase obtiene un valor comparativo entre las durezas.

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TRACCIóN(DrN 50145)

La resistencia y propiedades de deformación de los materiales defi-nidos en las normas DIN son, p' ej', la resistenc¡a a la tracción R- el

límite de fluencia R". o el lfmite de alargamiento !, y e] at_a.rqaa911o

de rotura A. He aquT un ejemplo gara el acero C35 de DIN 172OOt

R-=600 N/mm2, 8",- y Rpo,z=360 N/mm2, A=2o7o.

Estos valores característ¡cos del material se determinan med¡ante un

ensayo de tracción.Fue¡za y alargamiento' Bajo la acción de la fue¡za F la probeta de

tracción se alarga de la longitud inicial l+ a la longitud L' El alarga'miento Al es la diferencia entre la longitud t y la longitud lo .

Huella

Bola de acer w@Figva2-151. Medición de la dureza por comparación delas huellas.

Ftgwa 2-152, Valorossión-alargamiento,

de alargamSento/diagrama tcn'

Figura 2-153. Relación entro ol alargamiento y la fuerzade ensayo para diversos motalo3,

Figura 2-149' Pruebade rebordeado.

Figua 2-150. Ensayode abocinado.

oe

oP.9o;iF:3 ó

:OAoooccg.!.3.9EEEaaaPPP!!!

Ejemplo: LL:2O4 mm-200 mm:4 mm.

Tensión y coeficiente de alargamiento. En el material de laprobeta somet¡da a tracción se producen tensiones. Si se divide lafuerza de tracción F por la sección inicial So, se obtiene la tensión:

Si se relaciona el alargamiento A¿ con la longitud inicialto, resulta elcoeficiente de alargamiento e de la probeta.

Se expresa en porcentaje:

Eiempto: r= # :1oo #

Eiemplo: s = -l+rn- . 1 oo = 2%.

ZUU MM

Al aumentar la Íuerza, el alargamiento, la tensión y el coeficiente dealargamiento aumentan tambfen. En el diagrama de tensión esta de.pendencia se representa mediante uná lfnea recta.

Alargamiento elástico, no proporcional y permanente

En el primer intervalo, el de alargamiento elóstico (e.f, el materialvuelve siempre a su longitud inicial L¡ una veZ suprimida la fuerza. Sise sigue alargando la probeta, el alargamiento aumenta en mayormedida que las tens¡ones, o sea que el material pasa del estado

Máquina para ensayo de tracción (esquemal

Íigwa 2-154. EnsaYo de tracc¡ón.

Se determina el se detem¡na ellímite elástico límite de fluencia

Figura 2-1 55. Transición del intervalo elástico al plásüco.

f m"/"1Alargamiento ..*

Figura 2-l 56. Diagrama tens¡ón-alargamiento.

Materiales

elástico al plástico. En este ¡ntervalo de alargamiento no proporc¡o-nal (eo) se produce un alargamiento permanente (e,1. Al cesar laacción de la carga, la probeta no vuelve a su longitud primitiva, sinoque queda con el alargam¡ento A¿.

Límite de fluencia y límite elást¡co. Según el tipo de mater¡al, elpaso del intervalo elástico al plástico es discont¡nuo (como en elacero de construcc¡ón) o continuo (como en el h¡erro fundido, aceroaleado y metales no férreos). En el caso del acero de construcción laretlcula atómica se pone en movimiento (intewalo de fluencia), lavarilla se alarga sin que aumente la fuerza. Como límite de fluenciasuperior i?., se designa la tensión a part¡r de la cual aumenta elalargamienio y disminuye la tracción. El fm¡te de fluencia inferior8". es la tensión más pequeña del intervalo de fluencia. Ejemplos: fl"*- 360 N/mm2i R.r= 3OO N/mm2. En el caso de transición contínua nose determina exactamente el límite entre el intervalo elástico y elplástico. El lím¡te elástico 8o de un material, según se indica en lasnormas DlN, es portanto la tensión para un alargam¡ento no propor-cional e, (para el acero es generalmente O.2%1, de fácil cálculo.

Ejemplo:19"o_r: 36O N/mm2 significa que para esta tensión el cuerpo sometido a trac-ción sufre un alargam¡ento permanente del O,2% (ql. Este valor resulta de q(alargamiento totaU menos e. (límite elástico).

Alargamiento de rotura y resistencia a la tracción. El alar-gam¡ento de rotura A es la variación permanente de longitud AL.,referida a la longitud inicial, después de la rotura de la probeta.

La resistencia a la tracción es la tensión que resulta de la fuerzamáxima F^ ¡efe¡ida a la sección inicial .50.

Ejemplos: So:50 mm2. F^:12O0o N, ^¿,:40

mm

F I:#* 1oo%:2o%

ll -t: l: 12ooo l¡ -600 N -I

"- s" | 5o mm2 --' mm2

ENSAYO DE RESTLTENCTA POR FLEXTON (DrN 5O1ls)

Se ensaya el comportamiento a la rotura que muestra un mater¡al alser somet¡do a flexión por golpe en un punto entallado. No se tratapor tanto de un ensayo estático, sino dinámico.

El ensayo se realiza en un dispositivo de péndulo que consiste engolpear con un martillo a modo de péndulo en el centro de una pro-beta apoyada en dos puntos. Después de la percusión, el trabajorealizado se marca en un indicador.

El trabajo de resiliencia es: A,: Fe(h, - hz) enJ

Teniendo en cuenta la sección de ensayo S, 3e puede calcular laresiliencia, a.

Ejemplo:

Valores determinados: Fc:25ON:. h1-h2:O.2 m; S:1 cm2

"*-+ :250-N 0.2 m :so +.) I Cm- Cm-

Los ensayos de resiliencia por flexión se realizan desde el acerohasta el acero moldeado para?eterm¡nar la tenacidad y deformabili-

de medicióñ

IcpqcoF

Alargamiento--

Acero aleado

lsm

J.'**5n0F

lm

Materiales

dad; calcular el envejec¡miento y controlar los procesos detratamiento térmico. Los materiales tenaces exigen un elevadotrabajo de resiliencia y los frágiles uno pequeño'.

ENSAYO DE DUREZA

La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de fomaesférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuer¿adeterm¡nada durante c¡erto t¡empo en el cuerpo a ensayar. Comoindicador de dureza se emplea la deformación permanente (plástical.

Ensayos con plast¡lina:

El cuerpo de penetración cónico se hace actuar sobre una probeta de plasti-lina con una fuerza de unos 10 N.

La posición de la agula está en 1OO.

La posición de la aguja está en O. La distancia desde O a 1 OO está subdivi-dida en IOO Dartes iguales.

El material semiduro es el 60% más duro que el blando. o el ¿[O96 másblando que la probeta de plastiliria dura. El número de conrParació'n dedureza es 60.

Ensayo de dureza Brinell, símbolo HB

Se comprime una bola de acero templada, de diámetro D = 2,5,5 o1O mm contra el mater¡al a ensayar con una fuetza F- Después deliberar la carga se mide el diámetro d dela huella con un d¡spos¡t¡voamplificador óptico. La dureza Brinell es un valor adimens¡onal resul-tante de:

3o* o" "¿7v777> oerc¡¡srón€ = Peso. r= longitrd del pómlulo-

Fi¡ürs 2-157. Érsryo dc cs¡¡arc¡¡ pc f,aúlnAguia v disr,osólidameate

R'ob€ta de Plas-fl¡ro ülina Handa JemKIfia

Figura 2-158- l¡ durrz¡ dc ¡n m¡terial s¿ &tenÉu pormedlo dc nirnac

del martillo

AB

c

F = valor numérico de la fuerza NA = valor numérico de la superficie de la

huella en mm2

La fuerza de ensayo debe tomarce de magnitud tal que se formeuna huella con un diámetro d:O,2- D ad=O,7 D.Pa¡a materialesblandos y bolas de ensayo pequeñas, la fuer¿a de ensayo debe sermenor. Se calcula partiendo del grado de carga y del diámetro de labola.

HudL .t¿ b

a = grado de cargaD = diámetro de la bola en mm Fi¡ura 2-1519. Ens4o d¿ d¡rcza Bri¡¡cl.

El grado de carga para el acero no templado y el hlerro fundido esa = 30; para los metales no férreos y sus aleaciones, a = lO; para elaluminio y el cinc. a:5: para los metales de cojinetes. a:2,5: onrael plomo y el estaño, a = 1,25.

Elemplo:

Ensayo de dureza de una aleación de cobre y cinc. Bola de ensayo 0:5 mm,grado de carga a = 1O, tiempo de actuación 3O s. Como fuer¿a de ensayo secalculaF=2451 N.

Si el diámet¡o de la huella es de d = 1,6 mm, esto corresponde a unnúmero de dureza Brinell de 121 , según la tabla o por cálculo. Fo¡ma deexpresarlo: 121 HB 5125O/3O. Fi¡ura 2-160. Ens¡yo de ú¡¡¡¿a V¡cker¡.

.¡I

t

Escala en J

Vrb¡úóaSlíúolo

Di¡m!üo dc tlboL de dEro

RFa d. dE|o

100 MaterialesEnsayo de dureza Vickers, símbolo HVEn este caso se emplea como cuerpo de penetración una pirámidecuadrangular de diamante. La huella, vista desde arriba, es un cuadra-do. El procedimiento es apropiado para aceros nitrurados ycementados en su capa externa, asl como para piezas de paredesdelgadas, de acero o metales no férreos.

La du¡eza Vickers HV se- calcula part¡endo de la fuerza F (en N) yde la superficie A len mm2¡ de la huella de la pirámíde, según lafórmula:

¡1y: -Q19?-

rreo"f- ; Hv:o,t89.fz

Y fucrza ¡nic¡'ldt oaryo

Figura 2-161. Enrayo de durcza Rockwell'

60HRC

Figwa 2-162. lñdicación de una du¡ez¡ Rockwell.

I

La diagonal d es el valor medio de las diagonales de la huella dr y dz.

Ejemplo:Una huella de ensayo con el valor medio de la diagonald = O,44 mm, con unafue¡za de ensayo F = 49O N da una dureza Vickers de 478. Tiempo de com-presión 30 s.

Segrf n DIN 5Ol 33 la simbolización es:478 HV 5O/3O. Significando: 478= du¡eza Vickers; 5O= valor numérico de la fuer¿a en N dividida porO,1O2, osea 5O:0,102 N = 490 N; duración de la compresión 30 s.

Ensayo de dureza Rockwell, símbolo HR

Para verificar aceros templados, el cuerpo de penetración es un conode diamante de 120 grados. El símbolo del procedimiento es HRC(véase figura 2-1621.

El cono de diamante se comprime en prímer lugar con una fuerzainicial Fo = 98 N sobre una superf¡c¡e plana y lisa.

A continuación se pone el reloj comparador en la marca 1OO.Después se carga el cono con una fueza adicional F1= 1371 N, sinchoque. Al cesar lafue¡za queda una profundidad de huella perma-nente fb. En el comparador puede leerse el valor de la du¡eza.

Se toma HRC= 0 cuando la profundidad de impresión es 0,2 mm.El valor de la dureza es HRC = 1OO cuando la profundidad es O mm.Luego, cada 0,OO2 mm son una unidad Rockwell. Si el cono ha pe-netrado por ejemplo f¡ = O,O8 mm, entonces resulta O,2 - O,O8 =O,12: Oj2 z O,OQ2 mm = 60 HRC.

ENSAYO DE 1A CHISPA DE ESMERII.ADOSi se acerca una probeta de acero a una muela de esmeril en movi-miento, los granos de la muela arrancan pequeñas partículas deacero, calentándolas hasta la temperatura de fusión. las partfculasincandescentes proyectadas dejan tras de sí, en función de la pres¡ónejercida y la composición de la probeta, una estela corta o larga,continua o interrumpida (estela principall, véanse las figuras 1 y 2(chispas características). Varias de estas estelas forman conjunta-mente un haz de chispas. Debido ala alta temperatura de las partl-culas emit¡das, se quema el hierro y los acompañantes del mismo, enparticular el carbono, el silicio y el manganeso, con ayuda deloxlgeno del aire. Puesto que los productos de la oxidación delcarbono, CO o COz, son gases, las partfculas saltan a unadeterminada distancia de la muela, con fenómenos explosivos,formándose nuevas estelas que se extienden en todas direccionesdesde los centros de explosión (figuras 3 a 8 del cuadro de chispascaractelsticas). La frecuencia de esta descomposición y la forma delas estelas depende de la composición del acero. Se di3tinguen lasformas de púas, floreada, de aspa, de gotas y d€ lanza.

lls probetas templadas dan generalmente una chispa.algo másclara y viva que las mismag probetas en estado recocido o bonifi-cado. [a presión ejercida influye en la longitud y densidad del haz dechispas y en la fr,ecuencia de la descompos¡c¡ón,

COTORES DE RECOCIDO CELS. COLORES DE REVENIDO+ CELS.

Pordoscu¡o 5500

Pardonojizo

Fojo oscuro

Ro¡o cereaoscufo

Ro¡o cefeza 7úo

Rojo cerezaclaro

Rojo claro

Fojo muy claro

Ro¡o omsr¡llerito

Rojo smar¡llentoclarc

8500

9@o

Amar¡llo claro

Blancoamarillenlo

r2(Xrc

r3000

Amar¡lloblancuzco

Amar¡llo paja

Amarillo dorado

Pardoamar¡llo

Pardoroj¡zo

2@o

2200

2300

2&o

2500

2@o

27l)0

2EOo

290o

3@o

3200

3¡loo

3óOo

R ojo

Rojo púrpura

Violeta

Azul ogcuro

Azul e¡am

Azul clm

Gris@lado

101

b aceros ileadc .ób fomañ dor cdor.6 d€ r€ven¡do coñ t6mperato6s má! €tevad¡s

Recocor es calentar hasta una temperatura determinada y mantener a Reven¡r es calentar después de templar, deformar en frío o soldar a

esta temperatura, con un enfr¡amiento poster¡or generalmente lento. una detem¡nada temperatura. De esta forma se cons¡gue una reduc-De esta forma se consigue normal¡zar la textura. ción de la dureza y un aumento de la tenac¡dad.

Con la autorización de Edelstahl-Vereinigung eV. Dússeldorf.

Es muy difícil que un haz de chispas, que se compone de particulas ¡ncandescentes en movimiento, se repita y dé una imagen quehasta cierto punto represente un estado de reposo. La finalidad deestas imágenes sólo puede ser, por tanto, mostrar las diferenciasesenc¡ales de forma y color, o sea las característ¡cas esenciales queen realidad varían notablemente de unas a otras. No son más queindicaciones que ¡nstruyen sobre el ensa}o de la chispa. Para afinaren la diferenciación, de forma que la prueba de la chispa sea real-mente una prueba diferencial, hace falta una práctica constante.

Diferencias de los metales férreos1. En los aceros de construcción y aceros para herram¡entas no

aleados, la chispa viene determinada por el carbono. Con un

_t

1o.2

lmágenes de chispasde esmerilado

Con autorización deEdelstahlwerke GmbH,Krefeld.

Chispascaracte-rísticas

104 Materiales

contenido mayor de carbono aumentan las explosiones de Cunidas a una ramificación lateral del haz de chispas.

2. En los aceros para herramientas aleados, la chispa varfa según loscomponentes de aleación, Los aceros para herramientas aleadosgeneran ondulac¡ones claras en la estela base.

Los aceros para herramientas aleados con molibdeno producen€stelas terminadas en punta de lanza. El acero aleado con cromo y

: vanadio da estelas interump¡das con chispas terminadas en formade lenguas. Los aceros rápidos producen haces de trazos casi sinexplosiones de C.

El material a ensayar puede determinarse mejor si al mismotiempo, o poco después, se esmerila un acero cuya composición seala misma y se compara con la probeta.

Aclaraciones sobre las imágenes 1 a 12 del cuadro en solor de chispas obtenidas por esmerilado.

I Acrro d. 0,15 C am¡rillocarnJrt!¿lón blanco

2 Ac.to dc 0,5 C

hmtmiantrrm rl.ldo3 Accro d. 1 Chcn'm¡ant!ano aleado

4 Acoro dc 0,55 Chcrr!- 1,0 S¡mi.ni6r 1,0 Mn¡lc¡docon Mn ys¡

6 Accro do 0,5 Chorrm¡cnt!3 1 ,4 Cl.loldo 0,7 Mocon Mo 0,3 V

E Accro dr 1 ChMlm¡cntlt I Mn¡lc¡do 1 Crqon CryW 1.2W

oltols l¡!s, poc.8 oxplo!¡encr dc C en forma dc púar.

CaW, tS¡

0,5 c1,0 s¡1,2 Ct2.OW

6 Aa.ro d. 2Chtfilmiant!! 12 Cld¡ alt¡ 0,8W¡lc¡ción d¡ C¡

9 Ac.ro O,9 C

tápido 4Cr2,6 Mo2,5V3.0 w

10 Acero 0,75 Cróp¡do 4 Ct

18W1V

11 Acüo q4 Cinox¡dr- 14Clblc

poc¡a ar(ploa¡ona3 dc C fina¡,con aapr¡ l¡rgas y clar6r,

7 Ac.ro drhffi!Írlcrt!¡rlaldo con

rclosnarsn¡6do

amarillo como 1

blanco már glaa

omlr¡llo muchaa oxplor¡one¡ de C,blanco rmpozando r lo! p¡e3 del

h€2, muy ra4lficadc

rmrr¡llo exploriones da C igual qu.en 2; antc¡ do lás c¡plor¡cnea ondulac¡onos cl¡n¡ cn laaatola blae y muchar nmifi-crc¡onrr lrtonbB pcqueñac,

sm!¡illo , ¡cm6iont€ a 2, pero !e va qu€amraniedo llr gl.l!. t.rminsn 6n pun-

te! ds l!ñzs.

Jojizo oatolEs muy finaa, chispmanorrnjadg v¡ya!, oalsla3 ¿cabad¿¡ en

loma de lengua.

rolo hacos cort6, rac@¡do conanrran¡ado poces elploaione: clar¿r do

C. y tomplado con muchaa.

ro¡o sdals l¡aEr ¡ úszoa, cós¡ linan¡rán¡ado oxplor¡on€r de C.

relo hecos dc ch¡¡psE a trazor, B¡n

€¡plo3¡ons de C

€neranirdo hec6con6conexplos¡on€sd€ C an foma da púas.

12 Accr¡o Orl Cro¡¡rtdr. lg Crt rlo. gNiác¡do.

6msrilloan!ronfado

6trl¿! l¡r3 a¡n €rplos¡onesdc C.

Muy atacable por €l mordiente

Figura 2'-163. Evaluación de imágenea de chispas do es-merilado.

2.9.2 Otros proced¡m¡entos

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO METALOGRÁFICO

Por ensayo metalográfico se entiende la obtención y valorac¡ón dem¡crografías, Las probetas de material se rect¡f¡can y pulen con el finde eliminar la rugosidad proc€dente de la fabricación y poderreconocer fallos del material, tales como inclusiones de escoria,óxidos y sulfuros, asl como gr¡€tas, poros y burbujas de gas.

Si se aplican ácidos a la superficie (soluciones mord¡entosl, secolorean los componentes de la textura o se vuelven rugosos, Bajo laacc¡ón de una fuento de luz, las probgtas tratadas de esta forma v¡stasal m¡croscopio muestran díferencias de luminosidad, debido a quelos colores o irregularidades reflejan la luz de forma distinta. En ciertomodo aparece la imagen de la textura.

IIf

:tI

Materiales

Ejemplos:

Por la riqueza en carbono, los contornos oscuroS delimitan los componentogde la textura. Una o¡ientación diforente de la retlcula cr¡stalina conduce a unarugosidad diferente de la supelicie, El diferente ataque del mordiente a loscompon€nt€s de la lextu¡a produce relieves en la euperficie. D€ esta forma sereconocen: lfmites de los granos y tamaño de los mismos, componentes dealeación, deformación de la cristalita por conformación en frlo, formación degrano basto, fallos de carburacíón e inclusión de gases.

PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO NO DESTRUCTIVOSEnsayo del polvo magnét¡co. Se emplea para determ¡nar grietas,inclusiones de cuerpos extraños y poros en la superf¡cie o en sus pro-ximidades, Con un aparato magnet¡zador s€ crea en la probeta uncampo magnético intenso. Como polvo magnético se ut¡liza polvo dehierro coloreado. que se espolvorea enc¡ma de la pieza,

En los puntos donde hay grietas o poros se distors¡onan las líneasde fueza. En estos puntos las llneas defuerza se desvfan, se compri-men y el polvo de hierro se acumula.

lnvestigacione3 con iayos X, Los rayos X y los rayos gammaatraviesan los cuerpos sólidos. La imagen ya sea sobre una pantalla osobre una placa fotográfica, de los rayos gue atrav¡esan el material,perm¡te ver todos los puntos de fallo, tales como poros, gr¡etas,escoria en los cordones de soldadura.

lnvestigaciones ultrasónicas. En el ensayo de materiales conultrasonidos se utilizan ondas ultrasónicas con frecuencias del ordende 1 0 millones por segundo. Una cabeza emisora transm¡te las ondashasta la pieza que se está ensayando. Las ondas se propagan en elmaterial. encuentran una grieta u otro fallo y se produce unareflexión. Un receptor percibe las ondas reflejadas e indica el puntodel fallo.

Procedimiento de penstracíón (DlN 541521. Se emplea paraseñalar fallos tales como grietas. arrugas. poros y fallos de aglo-meración que aparecen a menudo en la Superficie de las piezas.

Después de una limpieza previa se apl¡ca el producto ponotrante,p, ej., un colorante rojo. por rociado o a brocha, sobre la pieza aensayar, El producto que queda en la sup€rf¡cie de ensayo se eliminamediante un limpiador intermedio (disolvente líquido o en forma devapor).

Después del lavado intermed¡o se aplica un revelador que asp¡rahasta la superf¡c¡e el producto que ha penetrado y que se ha quedadoen los puntos con fallos, y que además está fuertemente coloreado,lo cual produce una señal clara y visible,

APLICACIONES DE DIVERSOS PROCEDIMIENTOS DEENSAYO DE DUREZA

105

Polvo de hie¡ro Compresión de laede lue¡za

lnclusión de un cuerpo extraño

de fuez¡ Acumulación dede hierro

Figura 2-164. Enrayo del polvo magnático.

o. débil ennegrecimientob= fuorte ennegrecimiento

Rayoa X

Rayoscatódicos

Figuta2-165. Esquema de los rayor X en una pieza conpofo8.

Flgu:a2-166. Ensayo de ult¡asonido (procedim¡ento del ecol.

I

CátodoincandeScente

Probota

Dureza Brinell HB +Figwa 2-167. Ensayo de dureza Brinell.Aplicación para la determinación de materia-les blandos y-semiduros, tales como meta-les ligeros, metales pesados no férreos, fun-dición y acero recocido y bonificado.

Cerámicacort€

duro

Acero de nitruración

Dureza Vickers HV +Figura 2-168. Ensayo de dureza Vickers.Aplicación para el ensayo d€ materiales se-miduros y duros, superficies templadas, ma-teriales de estructura uniforme.

Acero rápido

Acero cementacióncapa €nernal

Acero de cementación (sin tratarl

herramientasspués de templar)s (sin tratarl

010nx4050ó0't0Dureza Rockwell C HRC +

Figuta 2-169. Ensayo de du¡eza Rockwell.Aplicación al ensayo de mate¡iales duroscomo el ac€ro t€mplado.

Tubos de rayos X

Anodo

Aleación de cobre y cinc

APPOLD-6 'c

tu

106

Ejercicios

Ensayo de materiales

Ensayos mecánico-tecnológicos1. Comparar la resistencia a ¡a tracc¡ón de un alambre meüálico

sometido a carga estática y a carga dinámica.2. ¿Sobre qué propiedades de los materiales pueden sacarse

conclusiones con los ensayos de plegado en dos sentidos, dechispa y de rebordeado?

3. En una prueba de abocinado hasta la aparición de la primeragrieta, un acero plano de4OX 6 mm puede ensancharse hastal OO mm, y otro de 80 X 6 mm ñasta 140 mm. Razonar quéacero es más apropiado para foriarlo.

4. Describ¡r las imágenes de las chispas de un acero no aleado yde otro altamente aleado.

5. lndicar si en los materiales para: 1) cinceles. 2) canalonespara tejados,3f chapas para carrocelas de automóviles,4f ca'blas metálicos, son esenciales la capacidad de plegado,abocinado y embutición.

6. lndicar los símbolos empleados según las normas DIN en unensayo de resistencia a la tracción para sacción inicial,longilud inicial. longitud final, tensión, coeficiente de alarga'miento, fuer¿a de ensayo.Explicar los conceptos de coeficiente de alargamiento, llmiteelástico y resistencia a la tracción.Explicar las indicaciones: o= 2OO N/mm2 y e = 1,5%.

¿Oué significan los sfmbolos de alargamiento e., ep, q?

Explicaiqué datos son n-= 4OO N/mm2 y R.= 23O N/mm2.Se dan los siguientes valores de medición de un ensaYo deresistencia a la tracción: sección inicial 50 mm2, longitudinicial 4O mm, longitud linal 44 mm, fueza de tracción 21 OOO

N. Calculana) la tensión de tracción con la fuerza de ensayo dada.bf el coeficiente de alargamiento un¡tar¡o en %.Part¡endo de los valores de medición del diagrama fuerza'alargamiento determinana) para el punto (1!, el coeficiente de alargamiento e con la

máxima precisión.bl el lfmite de fluencia 4x y la resistencia a la tracción 8,,c) el alargamiento d6 rotura A.Datos: S¡ = 78,5 mm2, 4o = 1(X) mm.Dado un diagrama de tensión-alargamiento sin lfmite defluencia, se pide:al la denominación y magnitud de la tensión en (1), (2), (3) y

(at;bl el alargamiento del cuerpo sometido a ensayo, en los

puntos (1!, (21 v (41. con un alargamiento in¡c¡al ¿o =10O mm.

Materiales

0 10 m 15r¡n 25Alargamiento

-Sob¡e el ejercicio 12

14. ¿Po¡ qué no pueden carg€rse con su res¡stencia a la tracciónIl- las piezas que están en estado de se¡vicio?De un ensayo de resiliencia por flexión se obtienen lossiguientes valcres: S = 1 cm2, Fc = 3OO N, ár - ár = O,1 5 m.Calcular la -- ,stencia a la resiliencia a..l0ué indican una a* baja y alta de un acero?Diferenciar entre dureza y resistencia a la tracción.Analizar los símbolos normalizados HB, HV y HRC.Determina¡ la fuer¿a de ensayo y la dureza Brinell HB para elacero dados D = 5 mm, d = 1,8 mm y a = 3O.lndicar el material y la forma del cuerpo de penetración para:a) ensayo de dureza Brinell, b) ensayo de dureza Vickers,c) ensayo de dureza Bockwell C.

21. Comparar la profundidad de penetración respectiva de lasdurezas 40 HRC y 60 HRC.

22. Exglicar qué significa 150 HB 5/25O/3O.

Ensayos no destructivos23..lndica¡ los procedimientos de ensayo con los cuales se

reconocen los siguientes fallos:(1) poros en el interior de una pieza de máquina,(2) grietas superficiales en una rueda dentada,(3f gderas en un cordón de soldadura,(4f lnclusiones de cuerpos extraños en las proximidades de

la superficie de un volante de inercia.24. Explicar la posibilidad de reconocer el tamaño de los granos y

los lfmites de los mismos en una pieza.25. Representación del principio del ensayo con polvo magné-

t¡co.26. En el procedimiento de penetración se emplean productos de

penetrac¡ón, l¡mp¡ador ¡ntemedio y revelador. Asignar a estosproductos la correspondiente función.

cpOcoF

15.

16.17-18.19.

20.

7.

8.9.

10.11.

12.

13.

Sobre el ejercicio 13

| 3 Técnica de la fabricación

3.1 Procedimientos de fabricación

3.1 .1 Subdivisión

ronuecróN DE BRUTos, coNFonn¡rclóru. coRTE,ururóru, REcuBRrMrENTo,MoDrFrcAcróru oe LAs PRoPIEDADESDE LOS MATERIALES

La fabricación de una pieza consiste en modificar vna pieza en bruto,haciéndola gradualmente desde su estado primitivo al de acabadocambiando su forma o las propiedades del material que la compone.Cuando ya no hay que modificar nada más en la pieza, se la denomi-na pieza acabada.

La subdivisión de los procedimientos de fabricación se deduce delos conceptos de cohesión, de las partículas del material y de uniónentre los elementos componentes.

Obtención de la cohesión: Formación de brutos,obtención de la formaLa formación de brutos consiste en obtener un cuerpo sólido a partirde un material amorfo estableciendo su cohesión. Comprende, entreotras cosas, el moldeo de metales, masas cerámicás y plásticos, elprensado de polvos metálicos seguido de sinterización, el prensadode resinas sintéticas, el dar forma a las piezas por medio de depó-sitos electrolíticos, etc.

Conservación de la cohesión: Conformación,transposición de partículasConlormar es fabricar mediante la modificación por ductilidad (plás-tica) de la forma de un cuerpo sólido. Comprende, entre otras cosas,la conformación por presión (extrusión, forja, laminado), la conforma-ción por compresión-tracción (embutición, trefilado), la conforma-ción por tracción (estirado) y la conformación por plegado.

Modificación de las propiedades del material por medio de latransposición de partículas.

Comprende, entre otros, los procedimientos en que se modificala estructura interna del material como, por ejemplo, el endure-cimiento o temple, el revenido, el laminado de compactación, lamagnetización, etc.

Reducción de la cohesión: Corte.separación de partículasGortar es fabricar modificando la forma de un cuerpo sólido reducien-do la cohesión. Hay que distinguir entre división, o sea, separacióntotal. entallado, hendido y rotura, arranque de virutas, es decir,

Prensado deresinas sintéticas

de brutos.Figura 3-1. Formación

t3

refi a da

Figura 3-2. Conformación.

Arranque oe partículas Arranque

División por calor de virutas

Figura 3-3. Corte.

'to7

Fundición de metales

108

Figura 3.5. Mov¡miento rect¡línoo con velocidadconstant€.

Figura 3-6. Diagrama espaciot¡empo paraconstante.

Técnica de la fabricación

separac¡ón de partfculas del material (virutasf por medios mecán¡cos.,como en el torneado, taladrado. rectif¡cado, limado y aserrado;arrangue de partículas por medios térmicos, como, el oxícorte; eldesmontaje de piezas antes unidas como, por ejemplo. el desator-nillado y el desmontaje por presión, la limpieza de piezas por mediostales como el cepillado, el chorro de arena, el lavado y el decapado.Comprende también la separación de partículas del material como.por ejemplo, la descarburación del acero.

Aumento de la cohesión: Unión, agregac¡ónde partículas al mater¡al, ¡ecubrimientoUnir es juntar piezas.por yuxtaposición (inserción, enganche), porajuste y engarce (enchavetado, atornillado, contracciónl. por forma-ción de brutos (unión por prensado), por conformación (rebordeado,solape, roblonado) o por unión entre los materiales (soldadura,soldadura blanda,, pegado).

La agregación de partículas al material, por ejemplo, nitrógeno,modifica sus propiedades.

El ¡ecubrimiento consiste en aplicar a la pieza que se trabaja unacapa de material adherente (aplicación de material por pintura.v aporización, soldura de recargue, ga lva nizació n, proyección térm i-ca, etc.).

3.1.2 Fundamentos físicos

FUERZA Y MOVIMIENTO

Para coftar o conformar una pieza se necesitan fuerzas capaces devencer la resistencia que opone el material, por ejemplo, al cincel, lasierra, la lima o la broca. Las fuerzas también son absorbidas por lasherramientas y por los dispositivos de sujeción. Muchos de los pro-cedimientos de fabricación implican también movimientos como,por ejemplo, tornear, aserrar, fresar o taladrar.

La unidad de fuena es el newtoh (N|. Para explicar esta unidadhay que conocer los conceptos de masa, velocidad y aceleración.

Movimiento rectilíneo convelocidad constanteSi un cuerpo recorre esiacios iguales en tiempos iguales, su movi-miento se llama unifo¡me. Este tipo de movimiento es el que efec-túan, por ejemplo, todos los dispositivos de avance de las máquinas-herramientas.

Ejemplo de dos movimientos:1. Espacio recorrido:

tiempo2. Espacio recorrido

tiempoLa velocidad carccteriza la <rapidezn de un movimiento.

La velocidad (v) de un cuerpo representa el espac¡o reco.rrido (s) durante el tiempo (t)

iMovim¡ento

of =10s

perdido

velocidad

o 3,0!t'9. m

f; I 'o- 1.5o'6 1,0ot o,su¡

+3+ +5-6-7

Correderoscilante

En el movimiento de osc¡lación de la manivela, en los pun-tos de inversión del movimiento €l carro queda parado un¡nstante, su velocidad es cero, El movimiento se acelera en-tonces hasta su velocidad máxima, aproximadamente en elcentro del recorrido; a continuación se retarda hastapa rarie.

Figura 3-7.. Movimiento rectilíneo con velocidad va¡iable.

4t6l!,1ol-olol>t,

c-['rt:,Í + fili

Avance í :

#*"''' i

12J45678910s12

Tiempo de carrera-

Verocidad= j#flffi#:-tr

Técníca de la fabricación

Cálculos:

,,:I: ,, :ffi : o,z !L; ,":ffi : o,r !r

Unidades de velocidadLa unidad de velocidad es el metro/segundo (m/s); otras unidadesson: kilómeto/hora ( km/hl; metro/m¡nuto ( m/m in), kilómetro/segun-do-(km/s). He aquf algunos ejemplos de velocidades: velocidad decorte al tornear v = 40 m/min, velocidad instantánea de un vehlculov = 80 km/h, velocidad de la luz = 3OO OOO km/s.

Movimiento rectillneo convelocidad variableUn movimiento no es uniforme cuando la velocidad aum€nta odisminuye. Aparecen movimientos no uniformes en los movimientosde vaivén (henamienta de una máquina mortajadora, pistón de unmotor de explosión, émbolo de un accionamiento hidráulicol.

Movimiento rec'tilfneo aceleradode un cuerpoSi la velocidad aumenta, se produce una aceleración, si se reduce, elcuerpo se retarda,

Evaluación de una serie de ensayos:

Tenemos:

Av_ 0,5 m/s _1,0 m/s _1,5 m/sLt 1s 2s 3s

:0.5 m/s:0.5q'sSe tiene un movimiento uniformemente acelerado o retardado

cuando la velocidad cons€rva su dirección y sentido y se mantieneconstante la relación entre la variación de la velocidad y el intervalode tiempo necesario para ella. A esa relación se le denomina acelera-ción (símbolo a, o desacelercciín -al.

Acele¡ación =-Variación de la velocidad

TiempoLva:-^t

Ejemplos de aceleracion€s m?ci¡ao:Arranque de un automóvil a = 3 m/s2, vehfculo espacial en él deapegue a =lOO m/s2, disparo de un proyectit a = ¿I(D(XX) m/*.

Gálculo: Un vehlculo tiene una velocidad instantáriea vt= 1O m/s. tt= 4 s; al cabo de f2= 12 s su velocidad a8v2= 14 mls. Determinar laaceleración a.

a :vz- vt -1

4 m/s- 10 mls : n 6 mtz- tt 12 s- 4 s -'- s2

Sí ¡e consideran movimientos que parten del estado de reposo,resulta fr = o s YSr = o m, por lo que las fórmulas se simplifican así:

Lva:-.^t'

Tabla de valores

9//1 2 1 t, t 5

ta u I TiemPqr-

Figura 3-8. Movimiento ¡ectilíneo acelerado.

LOt;lsL r.s

tt!ro(,o605

0

109

Lv v--v. v--OA=-:4:-:Lt tz-tt tzrO'

't 10

Figura 3-1O. Velocidad de cafda y recorrido de caída.

Figura 3-1 1. Velocidad de corte.


Espacio recorr¡do con mov¡m¡ento un¡formonte aceleradoUn movimiento uniformemente acelerado puede representarse en undiagrama v - t pot una recta ascendente. La superficie del triánguloformado sobre la abscisa equivale al espacio recorrido,

Superficie del triángulo = r/z (Base . Altura)

l":t."t] o bien I ":.,*- |

Calda libreLa experiencia nos dice que todos los cuerpos sometidos al campogravitatorio terrestre se dirigen con un movimiento acelerado hacia elcentro de la Tiena. El movimiento se denom¡na rcaída libre¡o. Laaceleración es la aceleración de la gravedad g. Su valor medio es g =9,81 m/s2 = 10 m/s2.

La caída libre es un movimiento un¡formemente acelerado. Poresa razón le son aplicables las leyes del movimiento horizontaluniformemente acelerado.

I ':* I l*',""1Ejemplo:El tiempo que dura la caída de un cuerpo es de 4 s. ¿Cuáles son la velocidadfinal y la altura de caída?

y:g.t; v:9,91 m/s2.4 s:39,2 m/s

h:!-o-F: r,:i.s,Bt $.4, ",:28.5 .

Movimiento circular un¡formeObservación: Al taladrar, la broca helicoidal realiza un movimientode corte circular. A igual número de revoluciones, la velocidad decorte depende del diámetro de la broca y decrece, tendiendo a cero,hacia el centro de la sección transversal.

Núme¡o de revoluciones n

En la p e un motor se indica, entre otrosdatos, e (frecuencia de girof , por ejemplo. a= 28OO z de revoluciones realizadas en unminuto.

Número de revotuciones =

Velocidad angular

felo

"i

Vetocidad angular = @

El ángulo de giro no se m¡de en grados, sino en medidas de arco o(rad¡anes,t. Se obtiene la medida en radianes de un ángulo dividien-do la longitud del arco As por el radio r.

2,0

Tts

II ''p

0,5 '=|, t

'.| zg n"

Figura 3-12.diámetro.

La velocidad angular es independiente del


Ejemplo:

as:4 m. ¡:o.s m. or:¿H:e*:, rao

La unidad m/m da 1. Para saber que se trata de un ángulo, enlugar de escribir 1 se escribe rad (radiánf.

El ángulo tota¡ (36d1 tiene la medida en anco t9--2-Tr :2n, y

para z revoluciones se obt¡ene A9= 2 ' 'lf ' z.Por lo tanto, la velocidad angular se expresará asl:

111

As

'=T7z=1,5

lnt€rvalo de

Ls = 2t¡-¡.2

Ejemplo:

Dos discgs de d¡l¡nto diámetro, no importa cuales sean, posren la mismavelocidad angular si giran al mismo número da revoluciones.

Ejemplo: Determinar la velocidad en radianes de un disco que gira a28fl) ¡pm

co:z ¡' 28OO f-: 17584 ra'd :293 Eq.mrn mrn s

Velocidad periférica

La velocidad de un punto P de la circunferencia se denomina velo-cidad periférica v. Esta velocidad es. en cada instante, tangencial a lacircunferencia y depende del radio,

Para el cálculo se utiliza la misma ecuación fundamental v =Ls/Lt, en la que, para z revoluciones se tiene:

Eiemplo: dr:40 mm. d¿:30 mm

n:32o1-mtn

a=2r'n:2¡'32O 1mtn

@:2}1rctymrn

v=d'¡'nvr = O,O¡l m'¡'320 l- = n2 \mrn mn

vz-0,O3 m'¡-320 1 :SO.r Imrn mtn

Figura 3-13. l¡ velocidad lineal depende dcl diámetro.

Ejcmplo: zt:g, 22-12. o,-2ú!-mtn

":2' n':9'?9 j-=rSo-1-' z, 12 m¡n min

Figura 3-14. Tran¡mi¡ión por corea y trcnsmisión porengranajes.

La 2¡'zLt

^t

Ls:2¡.r.2,:b -2r'r-z

^f Lt

y como alt = 2lÍ . ,, fesulta

ln I - I

It/m¡n lradlminl

@.*;1@

Variaciones del número de revoluciones

[¡ transmisión por correas y la transmisión por engrana¡es de d¡st¡ntodiámetro o de d¡st¡nto número de dientes entre la rueda propulsora yla rueda arastrada permiten camb¡ar el núme¡o de revoluciones, Lascorreas planas y trapeciales transmiten el mov¡miento de g¡ro porarrastre, los engranaies lo hacen por empule, Por esa razón soniguales las velocidad€s per¡fér¡cas de las dos ruedas, propulsora yarrastrada. Si los diámetros de dos ruedas son dl f d2 (en las ruedasdentadas son los diámetros de los cfrculos pr¡mit¡vos), D¡ | D2 susrespect¡vos números de revolucion€s, I z¡ y zz sus respectivosnúmeros de dientes, se t¡ene:

Vt:Vzdr'n' nr:dz'r' nz

@obien@f,La rueda más pequeña, que tiene el número de d¡entes menor

tiene el mayor número de revoluciones; la rueda más grande, cuyonúmero de dientes es mayor, tiene menor número de revoluciones.

Long¡tud de viruta

Longitud de viruta

112

Forja sin estampa Unión remachada

Figura 3-15. Ley de la acción y la reacción de las fue¡za¡.

Fué¡za de ddformación

Fue¡za de tensión elástica Fuerza de corte


Ley de la acción y la reacciónSi una fuerza actúa sobre un cuerpo en reposo, se obtiene s¡empreuna fueea de igual magnitud pero que actúa en sentido contrar¡o.

Ejemplos:

En la forja sin estampa (a golpe de martillo!, a la lue¡za del martillo F1 se leopone una ¡eacción F2 de igual magn¡tud.

En una unión roblonada acúan en el remache fuerzas iguales y opuestas,Por esta ¡azón eslá solic¡tado a cortadura,

La unidad de lue¡za es el Newton t) (N)La magnitud ffsica fuerza (sfmbolo F) sólo puede reconocerse ymed¡rse por sus efectos. Estos efectos pueden ser, por ejemplo,deformaciones de los materiales (fuerzas de deformación al prensar,forjar o estampar), deformaciones por flexión (plegado, doblado),tens¡ones de muelles lluerza de tensión del muelle). corte demateriales (fuerzas de corte al aseffar, limar. tornear, fresar o tala-drar). También son efectos de fuerzas todas las variaciones delmovimiento de un cuerpo (fuerzas de aceleración en el arranque, o dedesaceleración al frenar algún elemento de una máquina).

Encayo: Un cuerpo de masa m = 2 kg se mueve sin rozamiento con lavelocidad vt= 2 m/s. En el instante At = 4 s actúa una luerza F que aumenta lavelocidad a v2= 4 m/s. La variación de la velocidad e¿ Lv = 2 m/s.

Para determinar la fuetza de aceleración nos valemos del razo-nam¡ento sigu¡ente:a) El producto de la masa por la velocidad se denomina (cantidad

de movimientoD (impulsol. Se tiene:

m.v1:2kg.ZI!:4 k9 m : m.vzssm'v2:2kg'+D:3@-;Figura 3-16. Electos de tas fuerzas.

,f---A!----1

v1 v1 .Áv = va

Figwa 3-17. Magnitud dinámica de la fue¡za.

n=lkgF=1 N

s

Estado de reposo (D Estado de movimiento O

-fr'Vt=m'Lv

m.Lv:4kQ ms

b! La acción exterior necesaria para modif¡car la cantidad de movi-miento de un cuerpo se denomina fue¡za. Es la relación entre lavariación de la cantidad de movimiento y el intervalo de tiempo enque se produce esta variación,

- m'Lv LvF=-E-:m.¡; t-=m-a

Lafuerza F que actúa sobre un cuerpo de masa rn es igual al pro-ducto de la masa m gor la aceleracíón comunicada a.

Fuerza = Masa Aceleración F:m.a

Cálculo:

v,:O I'sfr=0s

v-=1 !lz=1 s

Aceleración Ov,mfs_m3¿

r:n'a:n.^fi; F:2ke.'?+f 4t*:r "

unidad; ¡6¡!9p: ¡

zEt = F2

Forja sin estampa

n=1kgF=0N

o=0

Figura 3-18. Fuena de aceleración de I N.¡| lraac Newton, f.ico inglé. 116/.3-17271.

t


Una fuerza tiene la magnitud de 1 N cuando, aplicada a una masa de1 kg le produce una aceleración de 1 m/s2.

COMPOSICIóru Y DESCOMPOSICIÓNDE FUERZAS

Representación gráfica de una tue¡zaUna fuerza se representa gráficamente por medio de una flecha.

Ejercicio: Hay que dibujar una fuerza de 40 N, aplicada en A y queactúa hacia la derecha. Escala de fuerzas: 1 cm = 1O N.

La flecha que representa una luerza indica la magnitud. ladirección, el sentido y el punto de aplicación de la fuerza.

Fuerzas que actúan sobre una misma línea de acciónSi varias fuerzas actúan simultáneamente sobre una línea de accióncomún, la resultante es igual a la suma de las fuerzas actuantes.

Ejemplo: Fr:1 N, Fz-2,5 N

F:FtiFzi F:1 N+2,5 N:3,5 N

Acción de varias fuerzas en direcc¡onesdistintas

Observación: Al arrancar virutas con una cuchilla de torno se producen

fuerzas en distintas direcciones. Aparecen así la fuerza de corte F,y lafuerzade avance F, como componentes de la fuerza de arranque de virutas F

denominada fuerza sustitutiva o resultante.

Generalidades: La fuerza resultante F, de dos fuerzas F1 y F2 cuyas líneas deacción forman un ángulo entre sí, se obtiene gráficamente por medio delparalelogramo de fuerzas.

Ensayo: Las fuerzas F1 y F2 se ponen en equilibrio en el sistema de la figurapor medio de la fuerza resultante F,.

Si se trasladan las fuerzas F¡y Flen magnitud y dirección al punto deapllcación, la resultante es la diagonal del paralelogramo formado por ambasfuerzas.

Ley: ,Si sobre un punto actúan dos fuerzas que formanángulo entre sí, la diagonal del paralelogramo de lasfuerzas es la resultante de ambas.

Descomposición de fuerzasObservación: En una garra de su.ieción con suplemento de empuie, la fuerzaF se descompone en la fue¡za de sujeción Fr y o:Ja fuerza Fz que actúaperpendicularmente al apoyo.

Dada una luerza, puede s¡empré descomponerse en otrasdos cuyas líneas de acción pueden fijarse arbitraria-mente.

Ejercicio: El suplemento de empuje transm¡te una fuerza efectiva deF: 40 N. Hay que calcular las fuerzas F1 y Fz.

Por la punta de la flecha que representa la fuerza se trazanparalelas a las direcciones dadas. Las fuerzas parciales se limitanentonces en las intersecciones con las líneas de acción.

113

1 2 3 f.cm

F-t0 N

YlONA

Figura 3-19. Representación de una fuerza,

lndicación 3,5 NLínea de acción

Figura 3-20. Dos fuerzas sobre la misma línea de acción.

Línea de acción

1cmY1Nectura: 3.6 cm

I

;e

d

F2

n-latn

Itado: ^,orm 1 jft

F =1,ó cm

0- Figura 3-21. Gomposición de fuerzas.

Fuerza detonPieza

'Regletatope

- Dedo de sujeción

Lectura: ResultadoF1,3,ócm Fl=3óHF2, 1,8 cm Fz= 18 N

F= 1.0 N

1cmi10N

I

f-Línea de acciónI

'Escala de fuerzas 1

Garra de

Figwa 3-22. Descomposición de fuerzas.

114

EieCojinete +y=Constante

Figura 3-23. Rozamiento de deslizamiento

Forro de fricción Fo¡ró de fricción

Platos.de acoplamiento (embragrre)

Figura 3-24. Rozamiento deseado.

Rozamiento enel cojineteRozamientode rodadura

Rodamiento

Ejemplo: F¡=¡t¡ F,FF:0,005 10kN:50N

Deformación del apoyo

Figura 3-25. Rozamiento de rodadura (iz.).

Figura 3-26. Resistencia de traslación (der.!.

Ejemplo: F^:tt.F*FA:O,24.16 N=2,4 N

Figura3-27. indice de rozamiento de deslizamiento.

{Éi+,,,.,, :,o


ROZAMIENTO Y FUERZA DE ROZAMIENTO

Este rozamiento no se desea cuando impide el mov¡m¡ento, porejemplo de los ejes en los cojinetes o el deslizamiento de un cuerpo(figura 3-23).

En cambio. se desea ese rozamiento cuando hay que reducir elmovimiento o hay que detenerlo, por ejemplo, en los frenos, embra-gues de fricción, un¡ones por torn¡llos O clavos. Así se establece unrozamiento entre la pieza propulsora y la p¡eza arrastrada en el aco-plam¡ento a f¡icción (figura 3-24).

Tipos de rozamientoHay que distinguirlos por la forma y clase de movimiento de loscuerpos que intervienen en el rozam¡ento.

Fricción de deslizamiento

Se llama así al rozamiento entre cuerpos cuyas veloc¡dades en lasuperficie de contacto son distintas, por ejemplo, entre los ejes y loscasquillos del cojinete.

La fuerza de rozamiento F. aparece como consecuenciadel rozamiento como res¡stenc¡a mecánica contra elmov¡m¡ento relativo

La fuerza de rozamiento tiene sentido contrar¡o al del movimien-to y se debe a la rugosidad de las superficies de contacto (separa-ción y deformación de las partículas en contacto en las piezas).

El trabajo de rozamiento A^ es el trabajo necesar¡o paravencer el rozam¡ento convirtiéndose en calor (calor derozamiento) en su mayor parte.

Rozamiento de rodaduraLos cuerpos están en contacto en un punto o en la línea, por ejemplo,en un cojinete de bolas o de rodillos. Las velocidades son iguales enlas superficies de contacto. Uno de los cuerpos realiza un movimien-to de g¡ro (figura 3-25). El rozamiento de rodadura se produce por ladeformación del apoyo.

En los vehículos, al rozamiento de rodadura propiamente dichose le agrega, en el Suelo, el rozamiento de apoyo. La suma de ambosda la resistencia a la traslación (figura 3-26).

El rozamiento de rodadura es mucho más pequeño que elrozamiento al deslizamiento.

Rozamiento de adherencia

En este caso, la fuerza incidente no basta para producir el movi-m¡ento relativo de ambos cuerpos.

Magnitudes ffsicas

La fuerza de rozamiento puede medirse aplicando a un cuerpo unafuerza en el sentido del movimiento, de magnitud suficiente paraanular la acción de frenado del rozamiento.

+ v = Constante


índice de rozamiento

El índice de rozamiento queda definido por la fuerza de rozamiento F,y por la fuerza normal F" perpendiculara la superficie de rozamientoque aplica un cuerpo contra el otro.

Ensayo: La fuerza de rozamiento ft puede leerse en el dinamó-metro que acompaña al bloque de madera que se mueve a velocidadconstante. Para distintos valores de la fuerza normal F", el cocienteentre la fuerza de rozamiento y la correspondiente fuerza normaltiene siempre el mismo valor. Esta magnitud característica sedenomina índice de rozamiento (figura 3-27).

El índice de rozamiento es directamente proporcional a la fuerzade rozamiento e inversamente proporcional a la fuerza normal'

Si se cambian los materiales emparejados, por ejemplo, si enlugar de madera sobre madera aplicamos acero sobre acero, camb¡a-rá el índice de rozamiento.

Los índices de rozamiento para el deslizamiento son muchomayores que para la rodadura.

Ejemplos:Acero sobre acero, deslizamiento, en seco p

rodadura IL =Neumáticos de go-, deslizamiento, en seco, ,tma sobre asfalto rodadura p=

= O,2o,oo5= 0,8o,o24

Figura 3-28. Transmisión de un momento torsor.

MOMENTO TORSOR, LEY DE I.A PALANCA,PAR DE FUERZAS

Obse¡vación: Con una llave fija hay que apretar una tuerca de modo que seproduzca un momento de apr¡ete de 30 Nm. Para ello se necesita aplicar conla mano una fuerzE dada y un brazo de palanca determinado en la llave fija.

Momento torsorEnsayo: Una palanca de dos brazos está apoyada en D de forma que puedagirar. Si el peso F1 = 3O N se aplica sucesivamente en los puntos(DaO,se veen(Dque hay un efecto de giro de la palanca hacia la derecha,enO,el efectode giro es hacia la izquierda. En @, la palanca se encuentra en equilibrio.

Resultado: El efecto de giro puede representarse por los productos Fr ' l¡ sFz l:. Estos productos se denominan momentos torsores. La distanciamínima entre el punto de giro o punto de apoyo y la línea de acción de lafuerza se denomina b¡azo de palanca.

Se llama rnomento torsor el producto de la fuerza por elbrezo de palanca:M=F.lLa unidad del momento torsor es el newton-metro (1 Nm).

Ejemplo:

Para conseguir un momento torsor M = 3O Nm con una llave fija cuyo brazo depalanca tiene una longitud 1:20O mm, se necesita una fuerza:

o@o

Figura 3-29. Palanca de dos brazos en equilibrio.

M:F t t M-30-Nm:150Nt o,2m

116

Palanca de un brazo

Ejemplo:F2:1 00 N. rr:400 mm

f,: I 80 mm

. Fr'1,, '_ '',._100N 0,18m_ou"

' 0.4m

Figura 3-30. Distintos tipos de palancas.

Figura 3-31. Par de fuerzas en una terraja conempuñadura.

Técnica

Equilibrio de la palanca

Una palanca está en equilibrio cuando la suma de los momentos quegiran a la izquierda tiene el mismo valor que la suma de losmomentos que giran a la derecha.

Ejemplo:

Fr:30 N, lr:0,4 m, Fz:60 N, Iz:O,2mMomentos que giran a la izquierda: fr,:Fr'1,

fi,:aO n 0,4 m:12 Nm

Momentos que giran a la derecha: %:Ft'ltMd:60 N 0,2 m:12 Nm

,Mi:ZM¿ o bien Fr'lr:¡r'¡,

El brazo de palancr es siempre la longitud de la perpendicularlrazada desde el pu: de giro a la línea de acción de la fuerza.

Par de fuerzas

F = fuerza en N, ^s

= camino recorri-do en m, W = trabajo en Nm = J(joule) (de Joule, físico nac¡do en1818 y muerto en 1889).

Dos fuerzas paralelas de igual magn¡tud y sent¡dos opuestos que

actúan sobre puntos distintos de un mismo cuerpo forman un par defuerzas.

I

: , molaqnto

M:F, L*r, L:l{r,*r,)Fi:F2=Fm:L.zr; M:F r

2

EjemPro: h :'r:¡!;Ji ü,i .Í;

t lrojl*,"

TRABAJO Y ENERGÍA

Concepto del trabajoSi hay que desplazar el carro superior de un torno, hacer girar uncigúeñal o elevar una pieza, para modificar la posición del cuerpo hayqu plicar una fuerza a lo largo de un reiorrido As. Lo mismo hay quedecrr para tensar un muelle (cambio de forma). Cuando se llevan a

cabo procesos físicos de este tipo se dice que se <realiza un traba¡oW" (W : del inglés work).

I ".,, lSi el pun de una fuerza F se desplaza a lo

¡:: lac€iale, séroaliaf.unrtr€Fio ry .a¡i P:::

Si la fuerza F se mantiene constante durante todo el movimiento,el trabajo W es el producto de la fuerza que actúa en la dirección delmovimiento por el camino recorrido As.

El carro superior se desplaza(trabajo de desplazamiento)

La pieza se eleva(trabajo de elevación)

La manivela gira(trabalo de giro)

El muelle se tensa(trabajo de tensión)

trabajos físicos.

Palanca de dos brazos

Figura 3-32. Diversos


Ejemplo: Una pieza de masa m = 2OO kg tiene que elevarse a una altura á =4 m. Calcular el trabajo de elevación.

F:Fe:m.9; F:200 ks.9,81 -I!:t

SOZ trt

As:á:4 m

W: F' Ls; W:1 962 N .4 m = 7 848 N m:7 848 J

Concepto de enerqíaObservación_: Si en la fo-rja sin estampa la herramienta incide sobre la piezacon la velocidad v, ra pieza experimenta una brusca reducción de seición.

El trabajo empleado para elevar, tensar o mover un cuerpo haproducido en éste, por lo tanto, una capacidad de realizar un trába¡o.El cuerpo posee energía.

La energía es la capacidad que tiene ullizar un trabajo W. Las unidades de eneson iguales.

La capacidad de desarrollar un trabajo que adquierepor la altura a que está situado se denomina energía deenergía potencial.

II¡-oNa-

I

Línea de la fuerza

117

El área que queda pordebajo de la líneade la fuerzacorresponde al trabajo W

w=' ia'

"_'t5N_0,05ml/ = 0,375 Nm

123t,Recorr do s........-

5m ó

I

l/ =F.Asl/=30N 5ml/ = 150 Nm

Figura 3-33. Diagrama de trabajo de una fuerzaconstante.

un cuerpoposición o

Woo¡:Fe'h:m g'h

NOb:JEro

E)

5

Un cuerpo en movimiento tiene también una capacidad paradesarrollar un trabajo..Se denomina energía de movimiento o energíac¡nética. Depende de la masa y de la velocidad del cuerpo enmovim¡ento. Si se prescinde del rozam¡ento, la energía potencial y laenergía cinética son iguales.

Ejemplo: Una herramienta deforja de m = 1OO kg incide sobre una pieza conla velocidad v : 5,24 m/s.a) La energía cinética es:

w.^:T, **:9P94#=r 373 Nm

b) Su altura de cafda, teniendo en cuenta que Wr = Wo

Woo¡:m'9'h; h:W'"' 1373 Nm s2

m g :tooTl¡r¡1 .:r'4m

Principio de la conse¡vación de la energíaUna bola metálica se suspende de un hilo cAl desplazarla deA a B se eleva la altura á adqposición. Al soltar el péndulo, la energía de penergía de movimiento, cuyo mayor valor se alcanza al pasar la bolaoor la oosición más baia. A oartir de este ounto. la eneroía de movi-miento vuelve a transformarse en energía de posición, que vuelve aalcanzar su valor inicial en C, en caso de que no haya ninguna cesiónde energía al entorno (por ejemplo, resistencia del aire).

POTENCIA MECÁNICA

Observación: En la placa de características de un motor eléctrico encon-tramos, entre otras cosas, la potenc¡a P en kW y el número de revoluciones n

Recorrido del muelle s*

Figura 3-34. Diagrama de trabajo de una fuerzavariable.

PiezaYunque

Figura 3-35. Trabajo de rebaje en foria s¡n estampa.

Energía ,/ I. Energíade posición ./ I "-- de posición

l. Estado de reposo tnergla de movlm¡ento

2. Movimiento acelerado de descenso sobre un arco dec ircu nfere nc ia

3. Estado de máxima velocidad4. Movimiento retardado de ascenso sobre un arco de

c i rc u nfere nc ia5. Estado de reposo

Figura 3-36. Conservación de la enbrgía.

l"=n I

l- F. ^;-ll"=' I

118

P = 1,5 k\./

n =e20*

Figura 3-37. Potencia mecánica.

P F lAs^f

N.m J

-=_=wss N m s

lP=Fi-1

lP=M;1

Joule J newton-metro N. mI _-1_-1 _segundo s segundo s

watt-seoundo=t ____:__=1watt=1W

segunoo

Figura 3-38. Cálculo de la potencia mecánica.


en rpm. El dato de la potencia nos dice qué trabajo puede realizar el motor enun segundo.

La potencia P ie una fue¡za constante es el coc¡entede dividir el trabajo W por el intervalo de tiempocorrespondiente Af.

Potencia = - W F'LsAt A¿

Si tenemos en cuenta que As/At = '.', cbtenemos:

Potencia = Fuerza por velocidad P:F'v

En el movimiento de giro, el punto de aplicación de la fuerza peri-metral F se mueve a la velocidad periférica v, por lo que podemossustitu¡r v por 2t.r. n. Si ponemos también M (momento de giro) yen vez de F , r trl (velocidad angular) en vez de 2t , n, resulta:

Potencia : Momento de giro por velocidad angularP:M.A

Ejemplos:1 Un motoreléctrico de un aparato elevadortiene una potenciap= 1,5 kW

y un número de revoluciones por minuto n = 92O (n = j 5,33 rps). Calcularsu momento de giro.

P:M a; M=+; :15,5 Nm

Una pieza de Fo = 2500 N ha de elevarse a velocidad constante enA¡ = 1O s a una altura As = 6 m. Determinar la potencia necesaria para laelevación.

p:F Ls, "_2509.N

6m:t5OON-:15OOWLt 10s s

RENDIMIENTO

Observación: Un motor eléctrico toma de la red una potencia de 1 kW. Sinembargo, la potencia mecánica de salida es solamente de 0,9 kW. En latransmisión y transformación de la energía aparecen pérdidas por roza-miento y por calor.

Se antiende.por rend¡miento el coc¡ente de dividir lapot€nc¡a de salida Pz por la potencia de entrada,P,r,

El valor numérico es siempre inferior a la unidad = 1OO% y sirvede unidad de medida para la economía de una máquina o de unainstalación. El rendimiento se representa por la letra griega 4 (eta).

PLANO INCLINADO

Observación: Para elevar cargas pesadas y para nivelar máquinas se utilizanplanos inclinados (cuñas).

Potenciade entrada

100%

Potenciade salida

90%

.- Potencia de salida n _ P,'.-T6G;;i;-A;;;TE¡; ',, - P,

P t:

N.m J

-=_=wss N m=J s

F v

N.m J_=_=wSS

Nm

;

Figura 3-39. Rendimiento.

La segunda fuerza, que actúa perpendicularmentedenomina fuerza normal F".

Si un cuerpo se encuentra sobre un plano inclinado, su peso sedescompone en dos fuerzas componentes que actúan, respect¡va-mente, paralela y perpendicularmente al plano inclinado. Si el cuerpose desplaza en sentido ascendente a lo largo del plano inclinado,despreciando el rozanriento,lafuerza que habrá que aplicarserálaFs(fuerza de la pendiente) a lo largo del recorrido l; el trabajo realizadoserá, pues, W t= Fs. /. Con ésto, el cuerpo se eleva a la altura h, por loque se realiza el trabajo de elevación Wz= Fe 'h.

Resulta:

Wt:W, o bien F"'l:Fc h

119

ido de la fuerza =' Recorrido de la

Figura 3-40. Plano inclinado.

¿=$ =1P¡' 1m2

Figura 3-41. Generación de compresión por una fuerzanormal.

Fuerza exterior en N Fuerza exterior en N

Tensión

N/mm2

Esfu e rzocorta nte

de laen N/mm2

al apoyo, se

PRESIóN (presión superf¡cial) Y TENSIÓN

Presión y tens¡ón son fuerzas referidas a superficies.

1. La presión (superficial) indica la magnitud de la fuerza que actúaperpendicularmente a una superficie.

Fuerza normal _ FNrfesron = --sup"Eló"- lr:7

i¡

Cálculo: Una losa de cimentación de,4 = 4 m2 rec¡be una fuerzanormal de F" = 4OOOOO N. Calcular la presión superficial p.

^- F*. ^- 40000-0 N :looooo -\:rooooo p"P: A' P: 4m2 - 'vvvvv m2

La unidad de presión es el pascal (símbolo Pa).1 pascal es igual a la presión ejercida por una fuerza de 1 N sobre

una superficie de 1 m2.

Como 1 Pa suele ser demasiado pequeño para su aplicación prác-tica se ha introducido el bar.

400000 Pa:4 bar; 0,005 bar:500 Pa

1 bar:100000 Pa; 1 Pa:0,00001 bar

Cálculo:

2. Los ejes, los cojinetes, las ruedas dentadas tienen que transmitirfuerzas. Por esta causa, en la estructura interna de los materialesexisten fuerzas que se oponen a la rotura o deformación de lap¡eza. Una medida para la magnitud de la solicitación es la

tensión (símbolo a,lella griega sigma). Con esta denominación seentienden las fuerzas internas transmitidas por unidad de superfi-cie (1 cm2) o por mm2 de sección transversal.

FsTensión = a de la secc¡ón

Fuerza interior

Figura 3-42. Tensión normal y esfuerzo cortante

¡tEat.

en N 1mm2

Fuerza interiorenN I

.iI

120

Ejercicios

Fundamentos físicos

Ejercicios sobre 3.1.2

Fuerza y movimiento

1, Durante un movimiento de avance se miden recorridos deO,2 cm al cabo de 2 s,4 s y 6 s. Especificar y razonar eldesarollo del mov¡miento.

2. Una herram¡enta electúa una carrera de corte de 0,6 m encada uno de los intervalos de 3,4, b y 6 segundos. Dibujar eldiagrama s-f y calcular la velocidad.

3. Se da como velocidad media de corte el valor v. = 20 m/min.¿Oué nos d¡c€ est€ dato?

4. Razonar por qué un movimiento alternativo (de ida y vuelta)no es un movim¡ento uniforme,

5. Una cepilladora que parte del reposo alcanza, al cabo de0,8 s la velocidad constante de 2 m/s. Calcular la acerela-ción y el camino recorrido durante la aceleración.

6. Durante el intervalo de tiempo Af = 5 s la velocidad varfa de v¡

= 2 mls a v2= 10 m/s. Dibujar el d¡agrama y-f y calcular laaceleración.

7. Al arrancar un vehículo, en el primer segundo recorre 1 m, alt€minar el 20 segundo 4 m, después del 3.o g m y despuésdel 4o, 16 m.a) Dibujar el diagrama espacio-tiempo y explicar el desa-rrollo.b) Determinar la aceleración y la velocidad final para t = 4 s.

8. Una herramienta de fgrja cae sobre la pieza desde una altura


Cálculo: Un acero redondo de d = 30 mm ha de soportar una fuerzade 5OO0 N. La solicitación de la sección será:

n_F _ F.4 . SOOO N.4 N

":S:;4;; a:(3onmt-a,14: t'st ñ

Diferencias entre tens¡ón normaly tens¡ón de cortadura (esfuerzo cortante)La tensión normal se produce por las fuerzas internas F. perpen-diculares a la sección y el esfuerzo cortante se produce por las fuer-zas internas F* paralelas a la sección (transversal) cons¡derada.

FTensión normal d:3

FEsfuerzo cortante r=?

Las tens¡ones normales (símbolo o -- s¡gma) sonperpend¡culares a la superficie. Los esfuerzos cortantes(símbolo r = tau) están en el plano de la superficie.

de 1,2 m (s = 9,81 m/sz). ¿Cuál será su velocidad final?9. Con un tiempo total de calda de t = 4 s ¿qué espacio recorre

un cuerpo en el 1,o, 2,",3." v 4," segundos? tCuál es la alturatotal d€ caída?

1O. lndicar cómó se puede calcular el número de revoluciones deun mecanismo de cigüeñal.

1 1 . Comparar las fórmulas v = Ar/Af y a= AglLt en cuanto a suanalogfa.

12. El número de revoluciones de un motor es n = 14O0 rpm.Determinar su velocidad angular en rad/min.

13, Razonar por qué todo aumento constante del número derevoluciones de una máquina-herramienta implica un procesode mov¡m¡ento acelerado.

1 4. Dos poleas cuyos diámetros son dr = 20O mm V dz = 30O mmgiran a ht = hz = 12OO rpm. Comparar las velocidadesangulares y las periféricas.

15. Una brida de 24O mm de @ tiene que refrentarse a una velo-cidad de corte v = 24 metros por minuto. Determinar elnúmero de revoluciones rl en rpm.

1 6. Una piedra de amolar que parte del reposo alcanza una velo-cidad periférica v = 3O m/s en el tiempo f = 4 s. Dibujar el dia-gtama v-t.

17. Las fuerzas se determinan por sus efectos. lndica¡ cuatroefectos distintos de una fuerza.


Un cuerpo de m = 1O kg experimenta una aceleración a =2 m/s2. Determinar la nuerza aceleradora.Dar algunos e.jemplos de <fuerza y reacción>.

Composición y descomposición de fuerzas

20. Dibujar la fuerza F = 4OO N ascendente que forma 60o con la

horizontal. (Escala: 1 cm = 10O N).21 . Sobre un mismo punto actúan las fuerzas F¡ = 3OO N horizon- 31.

tal hacia la derecha, y Fz= 2OO N inclinada 45" hacia arriba.Determinar la fuerza resultante.

22. Dele¡mi¡ar gráficamente las fuerzas aplicadas a los puntosAy I de la figura.

23. Descomponer la fuerza F = 8O N en las direcciones de laslíneas de acción Wt y W¡

Rozamiento, lue¡za de rozamiento24. Un carro de 1,3 kN se desliza por las guías de un torno (¡r:

0,1). Calcular la fuerza del movimiento.25. ¿Cómo se explicarían las resistencias al movimiento en el

rozamiento de deslizamiento y en el rozamiento de rodadura?26. lndicar cuándo es deseable el rozamiento y cuándo no lo es.27. Un co.jinete de fricción (acero sobre aleación de CuZn) está

cargado con 2,5 kN. Calcular lafuerza de rozam¡ento en seco

¡r= 0,18 (el coiinete se agarrota) y con lubricación p= O,03.

Momento torsor, ley de la palanca, par de fuerzas.

28. El momento torsor de una manivela de l= 2O0 mm ha de serde M = 2OO Nm. Calcular la Íuerza necesaria.

29. lndicar cuándo se encuentra en equilibrio una palanca.30. Determinar, en los dos casos de la figura, la fuerza F3 que

hay que aplicar a la palanca y oefinir las clases correspondien-tes de palanca.

3.2 Formac¡ón de brutos

3.2.1 Procesos físicos

121

F¡?

¿Oué longitud ha de tener el brazo de palanca /¡ para man-tener en equilibrio una palanca de dos brazos con el momentoF2' 12= 110 Nm aplicando la fuerza F = 2O0 N?

Trabajo, energía, potencia, rendimiento32. Las unidades de momento torsor y de trabajo mecánico son

Nm. ¿Cómo se distinguen?33. Determinar el trabajo de recorrido de una máquina de Fn =

2 kN (¡.t = 0,3) que se mueve horizontalmente 2 m34. Una grúa eleva una carga m =:15 kg con velocidad constante

v = 2 m/s. Calcular la potencia útil en kW.35. La potencia humana constante es de 73 W aproximadamen-

te. ¿Oué trabajo en J se realizará en una hora?36. Una grúa de construcc¡ón se acciona con un motor de

P= 3,68 kW y es capaz de elevar a 6 m de altura una carga/n = 1 5O0 kg en 30 s por medio de un mecanismo de engra-naJes.a) Calcular el trabajo y la potencia.b) Determinar el coeficiente de rendimiento de la ¡nstalación.

¿Oué significa el rendimiento?

Plano inclinado, compresión y tracción37. Razonar por qué en el plano inclinado no se puede ganar tra-

bajo (energía).38. Un peso de 7 kN tiene que transportarse a 2,8 m de altura

deslizándolo sobre una viga de acero inclinada de 12 m delongitud. Determinar:a) Fuerza de tracción sin tener en cuenta el rozamientob) Posibilidades que se tienen de reducir la fuerza de

tra cc ¡ón.Convertir en bar una presión de 1 2 OOO Pa.

Una fuerza F = 2 OO0 N actúa a) sobre una superficie deO,2 m2 y b) sobre una superficie de 0,8 m2. Razonar sobre lapresión superficial.

41. Una tensión de tracción no debe exceder de 500 N/mm2.¿Oué significa esto?

Figura 3-43. Movimiento de una partícula sólida enel agua como consecuencia del movimiento de las molé.culas de agua,

18

19

3940

FUNDAMENTOS DE TERMODINÁUICN

Calor y temperatura

El calor es una forma de energía que cons¡ste en la ener-gía de movim¡ento de las moléculas. Cuanto más intensa-mente se mueven las moléculas, más cal¡ente está uncuerpo.

122

------_i-_l'


aAlambre calefactor

Calor de Calor de Calor derozamiento combustión resistencia eléctrica

Figura 3-44. Producción de calor.

de

Ensayo: Doblando repet¡damente a un lado y otro un alambre, el punto dedoblez se calienta.

a) Se produce calor por el rozamiento. Una parte de la energía me-cán¡ca se convierte en calor.

b) Se produce calor por la corriente eléctrica. Los electrones que semueven a través del alambre chocan dentro del conductorcon losiones metálicos y, en el ¡mpacto, aumentan su energía de osci-lación que se manifiesta por med¡o del calor.

c) Se produce calor en la combustión, es dec¡r, en un proceso de oxi-dación de las materias combustibles.

El nivel calorlfico de cada caso se caracteriza por una temperatu-ra determinada. La temperatura es una magnitud de estado. La medi-ción de la temperatura suele hacerse por medio de grados {') Celsius(Celsius, astrónomo sueco, 1 701 a 17441, Con ellos se expresa elpunto de congelación como O grados y el punto de ebullición delagua como 1O0 grados. La escala de temperaturas Kelvin (Kelvin, fí-sico inglés, 1824 a 1 907) parte del cero absoluto, -273"C. Los inter-valos de temperatura son los mismos. Se tiene: 273 K = OoC.2OoC=273K+20K=293K.

Medición de la temperaturaEl sentido del hombre para la temperatura, es decir, su capacidadpara evaluar la excitación térmica, es muy incompleto. Las varia.ciones debidas a la acción del calor de algunas propiedades de loscuerpos, como dilatación, fenómenos eléctricos, incandescencia, ra-diación, fusión, permiten desarrollar aparatos para medir con exactFtud las temperaturas.

Los termómetros se basan en el principio de la dilatación de ma-terias líquidas o sólidas. El mercurio y el alcohol se dilatan unifor-memente; se habla de termómetros de mercurio y de alcohol, Alaportarse calor, el líquido contenido en el depósito del termómetroexperimenta un aumento de volumen, lo que le hace elevarse por eltubo capilar soldado al depósito, El termómetro bimetálico está for-mado por dos metales de distinto coeficiente de dilatación soldadosuno a otro, por ejemplo, dos aceros al nfquel, uno al 2096 y el otro al36%. El bimetal se fabrica en espiral; al aumentar la tel¡peratura, elacero al nlquel del 36% se dilata más y la espiral adquiere mayor cur-vatura.

Pirómetro termoeléctrico (termoelemento). Si se calienta el pun-to de soldadura de dos alambres de distinto material, aparece unatensión eléctrica de contacto (termoefecto). La tensión depende dela diferencia de temperaturas entre el punto de medición (calienten yel extremo <frío> de los alambres.

Los electrones no se hallan ligados por igual en los dist¡ntos me-tales. Como consecuenc¡a se produce un camb¡o de electrones quedependerá de la temperatura. De esta manera. uno de los metales sehará positivo por la pérdida de electrones y el otro se cargará negat¡-vamente por la ganancia de electrones, C¡rcula una corriente eléctri-ca. Los termoelementos se hacen de cobre-constantán (hasta 6OO"C!y de platino-rod¡oplatino (hasta 16O0"C).

Se emplean p¡rómetros de radiación para la medición de tempe-raturas de metales al rojo o en fusión hasta unos 3 OOO'C. Las radia-ciones térmicas se recogen con una lente ópt¡ca y se llevan a un ter-moelemento. La escala del medidor de intensidad eléetrica se gra.dúa en grados Celsius o Kelvin.

ebullicióndel _agua

Aberturas deventilación

/F

-Calor\

o(¡)É.9.9.¿ót

Punto de fusióndel hielo

Figura 3-45. Termómetro de líquido (iz.l.Figura 3-46. Termómetro bimetálico (der,),

Escala (graduada en oC)

Amperímétro

termoeléctr¡caAlambre de

Conótantán

Figura 3-47. Termoelemento.

T€rmoelemento Medidorde corriente(microamperf metro)

Figura 3-48. En el pirómetro de radiación se condensanlas radiaciones de calor y calientan el punto de soldadurade un tehoel€msnto.

0€Caor\

Corrient'e eléctrica

Capilar

Lente Plaquita de platino


MEDICIÓN DE CANTIDAD DE CALOR

El calor es una forma de energía y se mide en joules (J).

La energía mecánica (unidad Nm), la energía eléctrica (unidadWs) y la energía calorífica son magnitudes físicas del mismo tipo(1 J= 1 Nm= 1 Ws). La cantidad de calorO que puedeaportarsea unbuerpo de masa m = 1 kg para elevar su temperatura en A0 = 1 K se

denomina capacidad térmica específica c. La unidad es kJ/(kg ' K)'

Ejemplo:Un cuerpo de acero de m = 1 50 kg cuya capacidad térmica esoecffica esc = O,4)B kJ/(kg . K) t¡ene que caléntarse desde 0¡ = 2OoC a d2 = 996o9(40 = 880 K). óeteiminar la cantidad de calor necesaria O. (d = theta,A = delta).

\

I o:rn-¿.e.l, o:1so kg'0,478 {{ tto K:63oso kJ

PROPAGACIÓN DEL CALOR

,Se denomine coltdr4cqión del calor a¡.transporte de calor¡.,un.éuerpó;, :. , .' rr' .:'

Hay buenos y malos conductores de calor. Son buenos conducto-res de calor los metales, aunque en distinto grado. Son malos con-ductores de calor los plásticos y el vidrio, que sirven como a¡slantes.

Ensayo: Tres varillas metálicas, una de cobre. otra de aleación CuZn y latercera de acero, de igual sección e igual longitud, se colocan a la vez en unallama por uno de sus extremos, Unas cerillas colocadas sobre ellas se van €n-cendiendo por el orden de su conductibilidad calorífica: cobre-aleación CuZn-acefo.

La conducción del calor se explica por el movimniento oscilator¡o de laspartlculas del material. La energla calorffica excita a los iones contenidos enla retlcula cristalina del metal lo que les intens¡fica el movimientos de oscila-ción alrededor de la pósición de reposo; este movimiento se transm¡te departlcula en partícula.

Flujo de calor (convección) es la transmisión del calor a través delos gases y líquidos en movimiento. Si una pieza caliente se enfría enel agua

-o en el aire, la energía calorífica se transmite a las partículas

llquidas o gaseosas en contacto con la superficie límite. Las dife-rencias locales de densidad que se producen son la causa del flujo.

Radiación del calor es la transmisión del calor sin ligazón algu-na con la materia, es decir, que se produce también en el espaciovacío (radiación solar). Se trata de ondas electromagnéticas de lon-gitud de onda del orden de 0,0O1 mm emitidas por los átomos delmaterial que están en oscilación.

DILATACIóN POR EL CALOR

más intensas ¡de lgs de losauCá: dá riú' aiiinentó n.

Ensayo: La bola de acero de la figura 3-52 puede pasar fácilmente por el ani-llo a la temperatura amb¡ente, Si se calienta a unos 30OoC, queda atascada enel anillo.

V =Fa

Figura 3-49. El calo¡ puede realizar trabajo.

c= o,rre fif

.f-1

Figura 3-5O. Capacidad calorlfica del agua y del acero.

Figura 3-51. Conducción del calor en los metales.

Las partículasdel líquido

,-ascienden

l

EI

I

.si,".{.}.."."'ñ Las partículas del sólido .

z ' \ oscilan en sus posiciones

Convección del calor Radiación del calor

de ac

FIL¡lo de calor

Figura 3-52. Convección de calor y radiación de calor.

124

La bola pasa a t¡avésdel orificio

Dilatación : A /

Al¡mentador

Semicaja superior

Semicaja linferior

@ El metal en fusión llena el molde@ Los niveles del líquido son iguales

(presión de gravedad)@ Se carga la cala superior (presión hacia arriba)@ Las impurezas suben (empuje ascendente)

Figura 3-54. Propiedades de los líquidos en reposo.

Figura 3-55. Los líquidosab¡6rtos.

llenan todos los espacios

Columna


Cuando se trata de piezas largas (alambres, tubos, pernos o ba-rras) se acusa más la dilatación longitud¡nal. Depende del materialque se caracter¡za por su coeficiente de dilatación lineal a (alfa), de lalongitud inicial /o y del aumento de temperatwa L,0.

Dilatación I ^¿:1"

- ¿.g I

Al enfriarse un cuerpo sólido, el movimiento osc¡latorio de laspartículas materiales en la retícula se hace más lento: El cuerpo secontrae. Casi todos los materiales se contraen al enfriarse, porejemplo, el hierrofundido se contrae el 1% de su longitud inicial entodas las direcciones cuando se enfía después de la colada.

COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES LíOUIDOS

El material en fusión tiene el mismo comportamiento que los líqui-dos. El molde de colada lleno permite apreciar lo siguiente: 1. Elmetal líquido llena todo el espacio del molde. 2. Dentro del molde,los niveles del líquido alcanzan la misma altura. 3. Hay que cargar laparte superior de la caja porque el material fundido ejerce una pre-sión contra ella. 4. Las impurezas del metal líquido se separan de élhacia la parte superior.

Todo líquido se adapta s¡empre a la forma del recipienteque lo cont¡ene.

Ensayo: Si se llenan con agua los vasos comunicantes de la figura 3-54, ellíquido se adapta a los recipientes.

Las partículas de un líquido pueden desplazarse con facilidad entre sf.Están sometidas a la fuerza de atracción de la Tierra y llenan el volumendisponible a partir de su parte inferior.

Todo líquido está somet¡do a la presión de gravitación.

Las capas superpuestas de un líquido ejercen una presión debidaa la gravedad. Es la fuerza ponderal del líquido que se ejerce sobre1 m2 de superficie.

Ensayo: En el ensayo de la figura 3-55, la membrana de goma se deforma porla presión de la columna líquida.

El peso del líquido que carga sobre la membrana es:

Fe:m'9t m:V'p:A'h'p (g:Fallbeschleunigung)

Por lo tanto, la presión

^_Fc _ m'g _ A'h'e'g .P-A - A - A '

Ejemplo:

Datos: /n = 5m

oi:l'r',?oo";h

La_ bola se quéda A/=5n 0,000012 $- r,OX

atascada A¿ = O,oo á rt rr'^

A/=2,l.mm

Figura 3-53. Aumento de volumen y d¡latac¡ón l¡neal.

Figura 3-56. Presión de gravedad y presión de colada deun líquido.

La presión del líquido (presión d9 colada) del hierro fundido (p = 7 kg/dmt :7 A0O kg/mtl en un molde de h = O,21 m de altura es:

p:O,21 m'7OO0 kg/m3"10 m/s2:14700 Pa:O,147 bat

Sólo depende de la densidad y altura del líquido, es decir, es independiente.de la forma del recipiente.

En los vasos comun¡cantes un m¡smo líquido en reposoalcanza la misma altura en todos ellos.

Material de colada


En los vasos comunicantes hay equilibrio de presiones cuando la

altura del lfquido es igual, es decir, si pt = pz.Si estos vasos contienen todos el mismo líquido, tendremos:

P't: ht Y Pz:hz'Q'9, asl Pues, ht:hz.

Contra la superficie de la tapa de un líquido encerrado seuna pres¡ón hacia arriba.

Un líquido ejerce una presión hacia arriba en cualquier punto desu superficie cuando la superficie del líquido está más alta en algúnlugar. Si es á la diferencia de alturas entre la superficie de la tapa,A y elnivel del lfquido, la presión hacia arriba Fs es:

Fo:A'p: Fo:A'h.O'g

Fígura 3-57. En los vasos comun¡cantes los líquidosalcanzan el mismo nivel,

Ejemplo:Superficie útil de la tapa de un molde:A = 5OO cm2' Punto más alto del líquidoen el depósito alimentador por encima del nivel de la tapa: á = 10 cm' Calcu-

lar el empuie hacia arriba:

Fo:0,05 m2'0,1 m. 7000 kg/m3' 10 m/s2:350 N

Este empuje hacia arriba debe contrarrestarse embridando la cajao colocando pesos encima de la tapa.

Empuje hacia arriba

Todo cuerpo sumergido en un líq!ido experimenta una fuerza F¡ (em-puje) dirigida hacia arriba. Su magnitud es equivalente al peso F6 ¡o =V . Puo

.g de la cantidad de lfquido desalojada por él (Principio deArquímedes, 9 = aceleración de la gravedad).

F¡: Fert Ft:V'Qc,'9

Ensayo: Un cuerpo experimental de V= 5O cm3 tiene un peso F6¡ = 4 N. Enel agua, su fuerza de inmersión sólo es F62 = 3,5 N. Por lo tanto, elempuje ascensional efectivo es Fo = Fet - F.,z= V' qtn.' I = 0,5 N.

Por lo tanto, las impurezas contenidas en una fusbn experimen'tan un empuje ascens¡onal. Como su densidad es, en general, menorque la del material en fusión, las partículas son empujadas haciaarriba y se reúnen en el depósito alimgntador o en la superficie de lacolada.

Líquidos en c¡rculac¡ón

Por medio de los sistemas de canales de colada del molde, corre todoel metal en fusión necesario para obtener la pieza. No se deben pro-ducir arrastres de arena, aire ni gases que puedan llegar y quedar enla pieza de fundición moldeada.

Vertido. La forma del reborde de colada @ permite el movi-miento hacia arriba del metal, con lo que las partlculas de escorias,espuma y burbujas de aire van hacia la superficie.

La protección contra escorias O retiene el metal en fusión, quepuede asl fluir limpio y calmado hacia el embudo de colada.

En el embudo de colada O debe conseguirse un flujo uniformesemejante a un chorro líquido que caiga libremente. Al pasardel em-budo al conducto @ no deben produc¡rse torbellinos.

Figura 3-58. Los líquidos eiercen una presión hacia arribacontra la superficie de la tapa.

V=50cm3

F61 =4N

ens,Escoriasagua

f 0rlc=1i fundiFet=

(9¡r )

Empujerascendente

Fuerza degravedad

Figura 3-59. Empuje ascendente en los líquidos'

Figura 3-6O. Colada con transición del embudo al canal

ascendente impide lacafda de la placa

Fs=A pf t=A h c g

Nivel del lfquido a igual altura

PÍ4'e'g p¡ h2'e'9

I

Ejempl,o:

á:0.3 m

s:9,81 m/s2

v:¡T s n

,:6;," po,^v:2,4+

Figura 3-61. Velocidad de salida y altura del líquido.


Estas condiciones se cumplen s¡ se tienen en cuenta las condi_ciones físicas de los líquidos en movimiento.

velocidad de salida. La verocidad con ra cuar er metar en fusiónfluye desde el embudo ar morde es tanto mayor cuanto más arto seencuentre el nivel del líquido sobre la abertura de salida.Se

Corrientes laminares

bule

Corrientes turbulentas

y: velocidad en m/sg: aceleración de la gravedad en m/s2/,: altura del líquido en m

Corr¡ente laminar y corriente turbulenta. Si un líquido se deslizapor un canal en capas paralelas, la corriente se denomina laminar. Laampliación de-la sección transversal reduce la velocidad de la co-rr¡ente, el estrechamiento la aumenta.

Si la sección se amplía gradualmente, se mantiene la corriente la-minar. Si se amplía mucho la sección o las transiciones son bruscas,se forman espacios muertos y torbellinos y la corriente es turbulenta.Si la corriente se rompe junto al borde, se produce una depresión conlo que, en la colada, se arrastran aire y gases.

Velocidad de flujo. Si la corriente es laminar, las velocidades soninversamente proporcionales a las secciones de paso.

y' _ te v1; v2: velocidades en m/s ;

v2 51 Sr j Sz: secciones de paso en m2

Corriente volumétrica (caudal|. Es el flujo en volumen por segun-do que pasa por una tubería o por una abertura. Depende de lavelocidad y de la sección.

Ejemplo:

V:z!'o.oozm,:o.oo¿ It'ss

3.2.2 Formación de brutos med¡ante fundición

Figura 3-62. Dos tipos de corriente.

FUNDICIÓN CON MOLDES PEfiDIDOS

Métodos de moldeo y colada1. Con moldes perdidos y modelos permanentes:, (molde de caja, molde de plantilla, molde de máscara)2. Con modelos perdidos:

(método de colada de precisión, método de colada con moldelleno)

3. Con moldes permanentes:(fu.ndición en coquillas, fundición centrifugada, fundición a pre_sión, fundición compound)

Sección .9


Construcción de los modelosLa figura de la pieza de fundición utilizada para la confección delmolde se denomina modelo. El modelo se construye de madera,metal o plástico de acuerdo con los planos técnicos. En la construc-ción de los modelos se ut¡liza una escala de contracción cuya lon-gitud es mayor que la proporción en que la pieza fundida se contraedesde el comienzo de la solidificación hasta alcanzar la temperaturaambiente (hierro fundido 1%, aleación de cinc 1,57", acero fundido2%1, Para protegerlo de la humedad, el modelo lleva una capa de pin-tura cuyo color está normalizado según el material que se haya defundir (fundición gris = rojo, fundición maleable = gris, acero mol-deado = azul!.

Formación de los moldesLos moldes se hacen de arena o barro, a mano o mecán¡camente, encrisol o en cajas de moldear.

Para moldear en cajas se utiliza arena de moldear. Está formadapor arena de cuarzo de grano pequeño y un aglomerante (que es unafina capa de arcilla) que rodea todos los granos de la arena. Esta capade arcilla adquiere su capacidad aglomerante humedeciendo la

arena. En la actualidad, en lugarde arena suele utilizarse un aglome-rante de resinas sintéticas. Las propiedades que ha de tener la arenapara moldear son plasticidad, estabilidad, resistencia al calor y per-meabilidad a los gases,

Los huecos de la pieza fundida se obtienen colocando machos a

los que el metal en fusión envuelve. Los machos se moldean en cajaspara machos. El macho ha de tener mayor resistencia que el molde.Poi esta razón se preparan con una arena especial (arena paramachos). Una vez seco, el macho se coloca en la semicaja inferior.

Preparación del molde para la coladaUna vez moldeado el modelo en la semicaja inferior, se le da la vuel-ta y se le coloca la semicaja superior. El modelo se dota con los em-budos de vertido y alimentación, Una vez practicados los orificios deventilación, se sacan las maderas de vertido y alimentación y se le-vanta la semicaja superior. Se saca el modelo y se cortan las en-tradas.

Se vuelve a colocar la semicaja superior y se embrida a la infe-rior, o se le colocan pesos enc¡ma para que no se levante al efectuarla colada.

La colada se efectúa en el taller de fundición. La pieza fundida enbruto tiene la forma del modelo con la mazarota y rebosadero y conlos huecos formados por los machos.

Métodos espec¡ales de formación de los moldesEl molde abierto con placa superior es apropiado para modelos muygrandes. Se utiliza para ello una placa superior. De esta manera, lasupeficie queda más perfecta que con el molde ab¡erto sin la placa.

Método de moldeo con máscara. En lugar de los moldes maci-. zos de arena y de los machos llenos, se utilizan máscaras de paredes

delgadas y machos huecos. Para la preparación de estas máscaras demoldear se utiliza arena para moldear (cuarzo) y resina sintética en laproporción 1O:1 a25:1. El material de moldearse vierte o sopla sobrela placa del modelo (a) que se ha calentado a 3OO"C. Al reblande-cerse la resina sintética se forma una capa de 5 a 1O mm de espesor(b). Una vez retirado el material sobrante, la placa modelo se lleva a

una estufa de caldeo (c) hasta que se endurezca la capa adherida almodelo. Una vez endurecida, la máscara puede retirarse de la placa

mente d¡cho

Figura 3-65. Preparación del molde para la colada.

Figura 3-66. Pieza fundida en bruto.

Caja superior (placa)

Figura 3-63. Plano de un modelo,

127

Arenapara moldes Regleta para la arena

Salientespara gurarlas cajas

Orificios de

Modelo

Modelo encajado, espolvoreado, lleno de arena, compacta-do, con orificios de aireación practicados.

Figura 3-64. Caja inferior del molde.

AlimentadorSalida de aire

del macho Embudo de vertidoSemicai Embudo de

coladasupenor

Semicajinferior

atreacron

Escorias

Alimentador Canal de colada

Rebabas de colada

Figura 3-67. Molde abierto con placa superior.

Racimozde'colada

Masacerámica b)

Figura 3-69. Método de fusión de cera

128

c)

d)

Figura 3-68.

Modelo de espumade plástico

Colada y gasificacióndel modelo

Figura 3-7O. Mótodo de colada con molde lleno.

Figura 3-71. Fundición centrifugada - Colada en moldespermanentes.Las coquillas o los canales de colada pueden desplazarseen sentido longitudinal.

Endurecimiento de la máscaraen el horno

con mascafa

Canal decolada Molde de colada


modelo para formar el semimolde terminado (d). El métodoeconóm¡co y puede automatizarse.

FUNDICIÓN CON MODELOS PERDIDOS

Método de fundición de precisión

Se utiliza mucho el método de fundición de cera. Para ello, primerose funde el modelo de cera por el método de inyección (a). Losmodelos de cera se reúnen para formar un (racimo de fundición¡¡uniéndose todos al embudo de colada a través de los conductores.Los modelos de cera se sumergen en una masa cerám¡ca o se ¡m-pregnan con ella de modo que se forme una cáscara alrededor delmodelo (b). El molde así preparado se mete en una estufa de caldeocon lo que la cera se funde y se elimina (c). En el molde asíformadose vierte el material fundido. Este método permite una gran preci-sión de dimensiones (para una pieza de 115 mm de longitud, aproxi-madamente tO,1 2 mm), y una buena calidad de la superficie (profun-didad de las asperezas 25 ¡tml. Así puede prescindirse, en muchoscasos, de un laborioso trabajo de rectificación.

Método de molde llenoAl efectuar la colada desaparecen los modelos insertos en el molde.Para la construcción de los modelos suele utilizarse espuma de plás-tico gasificable. Esta espuma es barata y puede cortarse con un alam-bre caliente. También puede fund¡rse el plást¡co directamente paraformar los modelos (a). El modelo se coloca en arena para moldearcon aglomerante plástico de endurecim¡ento en frío. Al efectuar lacolada, el modelo se mantiene en el molde y se gas¡f¡ca a través de lacorriente cal¡ente de fundición (b).

El método es económico ya que lo es la preparación del modelo;los modelos son de una sola pieza y así no dan rebabas en la colada.

FUNDICIÓN EN MOLDES PERMANENTES

En general, la fundición se hace en coquillas o lingoteras. La coquillaes molde permanente y está construida con fund¡ción gr¡s decalidad o de acero aleado, Por lo tanto, su construcc¡ón es bastantemás cara que la de un molde de arena. Por ello, la fundición en coqu¡-lla sólo resulta económica si hay que fabricar un número elevado deprezas.

Fundición estáticaEl material fundido se vierte en el molde, previamente calentado, pormedio de un caldero de colada. Los ga'ses gue se forman escapan a

través del alimentador y de las juntas del molde.

Fundición centrífugaEste método es económicamente apropiado para la fabricación detubos, cuerpos cilíndricos y para fundir casquillos de cojinete. Elver- 'tido en el molde y la solidificación del mater¡al en fusión se produ-cen con la coquilla en rotación bajo la acción de la fuerza centrífuga.De esta manera, la fundición es compacta y de grano fino.

Fundición a pres¡ón

La fundición a presión es una fabricación económica cuando el nú-mero de piezas es muy elevado. Su aplicación es para la fundición de

Placa del modelo

Motor de accionamiento


metales no férreos. El metal, en estado pastoso, se introduce a pre-sión en moldes permanentes de varias piezas. Durante la solidifica-ción se mantiene la presión. Las operaciones de un proceso de fundi-ción de este tipo son: cierre del molde, introducción del metal a pre-sión, apertura del molde y expulsión de la pieza.

La fabricación se realiza con una precisión de dimensiones quellega a 0,1 mm para un número de piezas de 4OO y más por hora. En

comparación con la fundición de arena, los gruesos de las paredespueden ser menores, por lo que se consigue ahorro de material. A lasventajas económicas se les oponen los inconvenientes del elevadocoste de los moldes y el peligro de porosidad de las piezas fundidaspor inclusiones de aire. Hay que distinguir dos métodos: 1.o, elmétodo de cámara caliente y 2P, el método de cámara fría.

Fundición compoundLas piezas de fundición gris o de acero colado se trasiegan con otrometal, por ejemplo, aluminio o cobre. En las superficies de la mazaro-ta, los metales se tienen que unir entre sí por difusión. En la fun-dición compound o compuesta cada metal conserva sus propieda-des. Así, en los cojinetes de fricción, el cuerpo base de acero man-tiene su resistencia y la capa que lo recubre, de aleación de Cu-Sn,mantiene sus propiedades deslizantes.

PROCESO DE FUNDICIÓN

El metal que llega a los hornos de fusión se v¡erte en el molde concalderos manejados a mano, con horquillas o con grúa. El embudo decolada debe mantenerse siempre lleno durante el proceso de coladaporque, de lo contrario, se podrlan arrastrar partículas de escorias oaire por la formación de remolinos. Se da por terminada la coladacuando queda lleno el alimentador. Cuando se ha enfriado lo sufi-ciente, se destruye el molde, se saca la pieza y se limpia.

Procesos de solidificación. La pieza fundida, al enfriarse, se haceprimero viscosa, luego plástica y por último sólida. Hay que diferen-ciar pues tres fases:

1. Fase de contracción fluida, Se aprecia por el descenso del nivelde líquido en el alimentador.

2. Gontracción de solidificación. Se produce durante la solidifica-ción y se llega a formar un embudo. Este embudo no debe quedaren la pieza, sino en el alimentador para impedir que se produzcancavidades de contracción.

3. Gontracción lineal. Es la última fase de la solidificación hasta al-canzar la temperatura ambiente. Esta contracción se tiene encuenta en el modelo utilizando la escala de contracción. Las cuan-tlas de contracción longitudinal son del 296 para el acero colado,del 1% para la fundición gris, del 1p5% para el aluminio y del1,5?6 gara la fundición de aleaciones de CuZnSn, aproximada-mente.

Ejemplo:Long¡tud de la pieza fundida acabada (acero) /s = 450 mm. Cuantía de con-tracción 2%. Longitud necesaria para el modelo (modelo de color azul):

\:lo+2/lOo lo; /r:45o mm+'ft-.+So mm:459 mm

La escala de contracción tiene una longitud realde 459 mm cuando la lec-tura indica 45O mm.

APPOLD. 7

Cilind¡o

Exoulsores t 17 -Embolo inferior elásticoFigura 3-72.. Fundición a presión, método de.la cámaraÍria.

Molde de colada

Aire comprimido(30 a 50 bad

129

Materialpastoso

Embolo de oresión.

tÉ;;":;;d';;;""' É

. I PlacaPlaca posterior I d"l"nt"r"

aldero de colada

Vástagos extractores :oe

Figura 3-73. Fundición a presión, método de la cámaracaliente.

Contracción fluida

Contracción de solidificación

Contracción lineal

Figura 3-74. Procesos de solidificación.

Baja el nivel del líquido

Desplazamiento del macho Fundición irregular

Figura 3-75. Defectos en la fundición.

EjerciciosFormición de brutosProcesos físicos1. Explicar las formas posibles que existen de producir

calor.2. Explicar las diferencias entre las escalas de tempera-

turas de Celsius y Kelvin.3. Explicar la construcc¡ón y funcionamiento del termó-

metro de líquido.4. Convertir 2O'C en K y 293 K en oC.

5. Explicar cómo indica la temperatura un termómetro bi-metálico.

6. .A 20'C, dos varillas, una de aluminio (a = 0,00OO24m/m . K) y otra de acero (a = 0,000012 m/m . K) tie-nen una longitud de 1,2 m. /Oué dilatación experimen-tarán calentándolas hasta 120oC?

7. Un anillo de acero de 4OO mm de diámetro se calientaa 200 K. ¿Oué diámetro tendrá entonces? (a = O,O0O0a 2OO K. ¿Oué diámetro tendrá entonces? (d =O,OOOO12 m/m . K).

8. Dar elemplos de transformación de energía mecánicay eléctrica en calor y viceversa.

9. ¿Oué indica la magnitud para el acero c = 0,478kJl(kg . K)?Al calentar una pieza ¿cómo se modifica la energía quehay que aportar con las magnitudes m, c y L,0?Dar ejemplos de conducción de calor, flujo de calor yradiación de calor.¿Cómo se explica la d¡latac¡ón lineal por el calor y dequé magnitudes depende?Una pieza de acero dem = 50 kg a 65'C se ¡ntroduce,para eliminar las tensiones, en un horno de recocido a550"C. Calcular la cantidad de calor necesaria,c = 0,67 kJl(kS . K), s¡n tener en cuenta las pérdidas.


DEFECTOS EN LA FUNDICION

lnclusión de escorias. Las escorias y los óxidos metál¡cos no se hanretenido al efectuar la colada. El embudo de colada no se ha mante-nido lleno durante el vertido.

Poros en la estructura de la fundición. El material fundido no seha solidificado uniformemente. La solidificación se produce de fuerahacia adentro. En los lugares más gruesos de la pieza se forma así unhueco al que se denomina poro o cavidad. Para evitarlo, conviene quelas piezas fundidas tengan un espesor uniforme de pared (principiode construcción).

Burbujas en la estructura de la fundición. La arena de moldearhúmeda desprende hidrógeno y oxígeno a la temperatura de colada yestos gases penetran en la estructura del material.

Grietas en la p¡eza de fundición. Los cambios de sección sehan hecho constructivamente demas¡ado cortos por lo que lasolidificación de las zonas gruesas del material se efectúa con de-masiada lentitud. Para evitar gr¡etas y porgs, en los puntos demayor sección se alojan en el molde unos hierros de enfriamiento.De esta manera puede controlarse el proceso de enfriamiento.

Desigualdad de espesor de las paredes. La pieza tieneespesores desiguales en dos zonas enfrentadas. El macho se ha des-plazado durante la colada.

Zonas marginales regruesadas y abombam¡entos redondeados.Si el molde no se ha compactado suficientemente, cede bajo la pre-sión del material de fundición.

Se aporta una cantidad de calor de 8OO kJ a una pieza deacero de 40 kg. ¿A qué grado de temperatura se calienta lamasa?

¿Oué cantidad de calor se libera al enfriar 1OO kg de hierrofundido de 40O'C a 2O"C? c = O,7 tJ/(kS.K).¿Oué afirmación es la correcta? La presión de un líquidodepende de su volumen, de la altura del líquido, de la superfi-cie del fondo, o de la densidad del líquido.

lnclusiones de escorias Poros dondeaumenta el espesor

Grietas en la estructurade la fundición

14

15

16

23

24

18

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20

1 7. En los metales fundidos en estado líquido, las impurezas sedesplazan hacia arriba. Explicarlo.Para una tapa de acero colado (p = 7700 kg/m3) de 360 X 30mm, calcular la presión y la fuerza de compresión contra lasupeflor.Un chorro de líquido cae libremente en un embudo de colada,desde una altura á = 15 cm. Calcular la velocidad remanente.En una corriente laminar con yr = 1,5 m/s, la sección de pasoaumenta de Sr = 3 cm2 a Sz= 5 cm2, Calcular la velocidad dela corriente y el caudal en la parte de sección ensanchada.

Formación de brutos por fundición

¿A qué se llama modelo en fundición?¿Por qué no sirve para el acero moldeado un modelo construi-do para fundición gris?Explicar la diferencia entre fundición con molde perdido yfundición con modelo perdido.Explicar la diferencia entre los métodos de fusión de cera y defundición con molde lleno.

10

Burbujas en la estructurade la fundición

t3

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3-

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¡.,-oet-


25. Comparar, desde el punto de vista económico, la <fundicióncon molde permanente)'y la <fundición con molde perdido>.

26. La fundición centrifugada se caracteriza por su estructuracompacta. Explicarlo.

27. El método de fundición a presión es más adecuado para

s¡stemas de trabajo automáticos. Explicar por qué.

28. En la fundición a presión, comparar los principios del método

3.3 Gonformac¡ón

3.3.1 Conformacióny compres¡ón

por fuerzas de tracción

CONFORMACIóN POR COMPRESIÓN CON RODILLOS

En el laminado, la pieza se conforma de modo contínuo opor fases, aplicándole una compresión por medio deherramientas giratorias.

Para la fabricación de productos laminados, el acero se funde enmoldes para lingotes (coquillas o lingoteras) en los que se solidificapara formar lingotes del tamaño deseado, que se colocan luego enhornos de foso para igualar las temperaturas. Los lingotes, uniforme-mente recocidos (aproximadamente 1200'C) se llevan al tren delaminación para formar chapas, perfiles laminados de acero, alambreo tubos.

Fabricación de perfiles laminados y chapasEn el tren laminador duo existen dos cilindros accionados en senti-dos opuestos. Estos cilindros pueden ser lisos para la fabricación dechapas y placas o perfilados para la fabricación de perfileslaminados.

En el tren de laminación duo los t¡empos de enfriamiento songrandes porque después de cada pasada los cilindros tienen quegirar en sentido contrario.

En el tren laminador trio se evita el cambio de sentido de giro delos cilindros mediante la colocación de un tercer cilindro.

Fabricación de tubosEn el tren laminador oblícuo Mannesmann, dos cilindros en formade doble cono hacen girar el lingote, lo abatanan y abren el núcleo. Elcuerpo hueco que se forma adquiere la dimensión deseada laminán-dolo por medio de un mandril (Método (a paso de peregrinor).

131

de cámara caliente y del método de cámara fría,Explicar las fases más importantes de la solidificación de unmaterial fundido.¿Cuál puede ser la causa de la formación de poros, burbujas ygrietas en las piezas de fundición?En los moldes de arena, las cajas de molde se cargan o seembridan. Explicar por qué.

Paso de Cilindro superior

Cilindrosupenor

Cilindrointermedio

inferiorPaso de trabaio

Tren de larni¡ación trío Tren de larninación duo

Figura 3-76. Fabricación de chapas y varillas de acero.

#tutuffiBarras de acero Perfiles de acero

Figura 3-77. Productos de un tren de laminación.

Vástago del mandril

Pieza Mandril

Figura 3-78. eaminación de tubos con mandril.

Figura 3-79. Aspecto de las fibras en las piezas tornea-das y en las laminadas.

29

30

31eaneo

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CONFORMACIóN SIN ESTAMPA

132 Técnica de la fabricación

Modificación de la estructura interna por la forja

illo Las piezas forjadas tienen una disposición de las fibras más favorabler arranque de viruta y pueden someterse a

s. La forlabilidad del acero se reduce alde carbono. El azufre hace al acero quebradi-

foro lo hace quebradizo en frío.el límite elástico del material. Los granos no

o que se desplazan, deslizándose sobre losrmrres enrre granos y cambiando de lugar, sin perder la cohesión.

Escasa- derormación dét srano 9:.n:1lt-,1'-n1':',-1Tj:'l"l-d:- !-"-iT,"t,li :lo-:l¡l"lt-l '","?ldeformación de los granos, en la zona 2 la deformación es mayor, loFigura 3'8O. Modificación de la ostructura en la forja. mismo que el desplazamiento de los granos y en la zona 3-3 la

deformación y el desplazamiento vuelven a ser menores.

Fogón de la fragua APâgar con aguaDispositivos de caldeo

Brasas Fragua de forja: Sirve para calentar piezas pequeñas. ComoAletas refriger.acióconducro de aire combustible se utiliza hulla.granulada con poco azufre. que arde muy

Envotventerefrigera :rrb9n. uie1, fe:st: T,an9:a, el calor.se manrie.ne en el interior del fuego y

tlráilr. ¿"""""ir. H Jt-áta+-Regulador cónico se evita la oxidación de la pieza a forjar,Toria de aire del aire Hornos de forja: Sirven para calentar piezas grandes. Se caldean

con gas o con gasóleo.

Figura 3-81. Fragua. Temperatura de forjaLa temperatura de forja depende del material. Conviene que la formafinal se dé a las piezas con el mínimo caldeo posible ya que, si elcalentamiento es demasiado prolongado o demasiado fuerte, laestructura del acero se hace de grano grueso, quebradizo y poco

1200 I I I I I I resistente.Al rojoblanco,el acerocomienzaachisporrotearyse

ü

I

I "c oxida. El acero quemado no puede ya ut¡lizarse, En la zona del calorT lloo de temple azul (29OóC a 350"C), la ductilidad del acero es muy baja.I E- l^ ^^, J^--^^;Á^ ^^ I-!^ ^^ ^.^¡.,^^- +^^î^^^^ ^^ r^^ ^-i^+^ri.^^,i r I I zlLomrenzo oe ra roria En la cot,formación en frío se producen tensiones en las cristalitas5 1000 que, comenzando con una consolidación, acaban formando fisuras.P Las fisuras de tensión aparecen también cuando el calenta-3 coo miento es demasiado rápido porque la diferencia de temperaturasE

F ,oo entre.las capas interior y,exterior d"_l1pl"j. se hace mu.y grande. Elcalentamiento del acero hasta unos TOO.C se hace muy lentamente;

700 por encima de esta temperatura hay que hacerlo con rapidez para

o 0,2 0,i 0,6 o,B ,, -tisi\i evitar la descarburación de la capa marginal y la formación de granoProporción de carbono+ grueso. El enfriamiento de las piezas forjadas hay que hacerlo lenta y

Figura 3.g2. Temperature de forja d€ tos aceros no uniformemente, Las tensiones pueden reducirse por medio delrecocido.al€ados.

El cobre puro se forja en frío; el aluminio entre 400'C y 50O'C.

Oxidación de,los mater¡alesLos materiales caldeados se combinan en su superficie con el

Cuerno anguloso Orificio circular Orificio cuadrado oxígeno del aire. Se forma una capa de cascarilla (batiduras o esca-mas del hierro) que se desprende fácilmente. La pérdida de materialdebida a la capa de cascarilla se denomina pérdida o merma po¡

ttoltoro""' -\ ){su'"n. redondo combustión'

Bancada,-) k // Herramientas para la forjaEl yunque es de acero de construcción, la tabla del yunque es una

Yunque de recalcar placa de acero endurecido soldada al yunque.Como martillos se necesitan los siguientes: Martillo de mano de

Figura 3'83. Yunque' 1 a 2 kg. martillo macho o martillo de herrero de 4 a 12 kg,.y martillodestajador para picar las escorias en determinados lugares. Eltrabajode conformación necesario se realiza por medio del peso del martillo,y aún más por la velocidad de impacto. Un martillo de doble peso


tiene doble capacidad de conformación, pero un martillo de igualmasa cayendo desde el doble de altura tiene en el impacto elcuádruplo de la energía cinética.

Las tenazas de herrero tienen las ramas muy largas y han de serelásticas para que la mano no sufra calambres al sujetarlas. La bocade las tenazas ha de ser la apropiada para sujetar el perfil de la pieza.

Método de forja s¡n estampa (forja a golpe de martillo)Estirar es forjar a golpe de martillo, con lo que la sección transversalo el espesor de la pieza se va reduciendo gradualmente y la pieza seve forzada a estirarse en direcc¡ón longitudinal preferentemente.

Planear o alisar es est¡rar con poca reducción de sección paraconseguir superficies lisas.

Escalonar o rebajar es estirar para conseguir un cambio bruscode sección. Se practica una entalladura o acanaladura en la pieza ydesde allí al final se forja para conseguir la sección deseada.

Recalcar es forjar a golpe de martillo reduciendo una de lasdimensiones de la pieza. Si sólo hay que recalcar una zonadeterminada, esta zona se caldea antes de comenzar la forja sinestampa.

Repujar es forjar a golpe de martillo para producir cuerpos dechapa planos o huecos por medio de un estirado local, con lo que sereduce el espesor de la chapa.

Abombar es forjar a mart¡llo una chapa mediante un estiradogradual localizado para curvarla. El espesor de la chapa se reduce.

Al forjar con martillo hay que tener en cuenta lo siguiente:

El acero de construcción ha de calentarse hasta el rojoblanco y el acero para herramientas hasta el rojo cereza.

Lo primero que hay que forjar son las zonas que seenfrían con más rapidez.

Antes de forjar hay que eliminar la cascarilla.El martillo debe estar fuertemente sujeto al mango.El golpe circular es peligroso, no debe darse nunca,Para sujetar la pieza deben utilizarse tenazas con

anillo de seguridad.Las tenazas no deben sujetarse contra el cuerpo.

CONFORMACIÓN POR COMPRESIÓN EN ESTAMPA

Estirado con la Estirado sobre elpeña del martillo cuerno del yunque

Planeado (alisado) Escalonado o rebajado

Ipieza se enfría

a ambos lados dezona que se ha

recalcar

133

Recalcado en elextremo de la pieza

Figura 3-84.

Recalcado en elcentro de la pieza

Forja sin estampa.

En la conformación 6n estampa,formación (estampas) se muevenestampa ab¡aza o rodea la formafabricar.

las herramientas de con-la una contra la otra. Lade la pieza que se ha de

Mart¡llo de repu.jar

Figura 3-85. Repujar.Si la pieza a conformar en estampa se calienta hasta la tempera-tura de forja, se habla de forja en estampa.

Las estampas son moldes permanentes 'en los que la piezapreconformada se bate o comprime en frío o al rojo y toma así laforma del hueco de la estampa. Las piezas muy grandes o de formasmuy variadas se forjan en estampa en varias operaciones (cigüeña-les, bielas). Ventajas: costes de fabricación bajos, mejor exactitud dedimensiones, supeficies limpias.

Como el coste de fabricación de las herramientas es muy elevado,la forja con estampa sólo es apropiada para la fabricación de gran-des series. Los materiales empleados en las piezas forjadas enestampa, son los aceros aleados y sin aleación, el cobre y sus alea-ciones y las aleaciones de magnesio.

Forma inicial

Figura 3-86. Abombar.

i"t


Estampa superior

Pieza con rebabas

Esta m pa

Superficies de fijación

Figura 3-88. Estampa de forja con pieza.

Mater¡ales: Para las estampas planas son adecuados los aceros alcarbono templados al agua (O,9"/o de contenido de C); si lasmodif¡caciones de forma son muy grandes, se util¡zan acerosaleados con adiciones de cromo, níquel y molibdeno. Las zonashuecas se fresan de la pieza maciza. Para que las piezas terminadasse puedan retirar fácilmente de la estampa, ésta debe llevar incli-naciones laterales (moldes interiores 1 :5, moldes exteriores 1:10).Como el material al enfriarse se contrae, y la estampa, al calentarsepor el contacto con la pieza, se dilata, deberán tenerse en cuentadimensiones de contracción con exceso de 1,2 al '1 ,5o/o.

Compresión en molde - Secuencia de trabajoForja sin estampa, forma previa -forja en estampa-:- recocido paraeliminar tensiones.

La forja sin estampa realiza el princ¡pal trabajo de conformaciónprevia y en el molde intermedio con objeto de que la estampa deacabado no sufra tanto en sus formas y dimensiones exactas.

Recalcado en molde

Esta m pa

de cabeza

Figura 3-87. Molde de estampa.

Figura 3-89. Secuencia de trabajos en la forja conestampa.

1 . Recalcado libre

Pleza forjada recalcada

Figura 3-9O. Diferencia entre forja sin estampa y conestampa

Con él se aumenta la sección del material inicial.

Las máquinas recalcadoras llevan las dos mordazas de las estam-pas una contra otra; de esta manera sujetan fuertemente el mater¡albruto y el troquel colocado en el carro recalcador recalca la pieza. Lasoperaciones se realizan con un solo calentamiento.

Ventajas frente a la forja en estampa: ausencia de inclinacionesde la estampa; económico, ya que la pérdida de material pormermade combustión es menor.

CONFORMACIÓN POR EXTRUSIóN

Prensas de extrusiónEl material caldeado se comprime mediante un émbolo contra unaboquilla y sale con la forma de ésta, bien sea mac¡zo o cubriendootras piezas, como por ejemplo, envolturas de cables.

L

Oúitar las rebabas

Temperatura .de forja

2. Recalcado con estampa

'otJTécnica de la fabricación

Prensas de embuticiónCon ellas se fabrican cuerpos huecos de paredes delgadas a partir dediscos (platinas) aprovechando la capacidad de fluencia de determi-nados materiales.

Los más apropiados son el plomo, el zinc, el cobre, el aluminio ylas aleaciones de aluminio y CuZn.

Se coloca en una matriz una platina con la forma de la sección dela pieza terminada. El diámetro del troquel o punzón ha de sermenorque el diámetro de la matriz en una cuantía igual al doble del espesorde las paredes del cuerpo hueco que se ha de fabricar. El portantil dela prensa oprime el troquel contra la platina. De esta manera, elmaterial se ve obligado a fluir por la ranura anular que queda entre eltroquel y la matriz forzado por el movimiento del troquel, La fluenciadel material se facilita colocando un cono redondeado en el frentedel troquel o abombándolo ligeramente. El diámetro del troquel ha deser unos 0.2 mm menor que el diámetro del canto de inyección. Alretirarse el troquel, un rascador tira de la pieza hacia abajo. Con lasprensas de embutición se fabrican tubos, latas y otros cuerposhuecos de paredes delgadas con buena rentabilidad.

CONFORMACIóN POR ESTIRADO DE DESLIZAMIENTOY EMBUTICIóN PROFUNDA

EstiradoEn el esti¡ado por deslizamiento, la pieza se hace pasar, a tracción,por una herramienta de trefilado fija (hilera o anillo estirador).

En el estirado por laminación, la abertura está formada por cilin-dros. La pieza puede ser maciza o hueca.

Por medio del estirado por deslizamiento de cuerpos macizos se

obtienen alambres y varillas.El esti¡ado de alambres hasta 5 mm de grueso 'se hace en

máquinas de estirar alambre (tref¡ladoras). El alambre se hace pasar,tirando de é1, por un anillo estirador con cabezal en forma de cono,hasta que se ha conseguido la sección deseada' Los alambres muyfinos se hacen pasar por hileras de metal duro o de diamante' Comolos cristales del material se deforman, el mater¡al se endurece y hayque recocerlo.

Por medio del estirado por deslizamiento de cuerpos'huecos seobtienen cojas y tubos.

Para el estirado por deslizamiento de trozos de tubo se compri-me un troquel cilíndrico contra un lingote cuadrangular, calentado alrojo blanco, que está en una matriz cilíndrica' De esta manera seforma un cilindro hueco con fondo (copa)' La copa precomprimida secoloca en un mandril y se empuja a través de varios anillos estira-dores de calibres decrecientes. El cuerpo hueco va teniendo cada vezparedes más delgadas a igualdad de diámetro interior'

Embutición profundaPara la embutición profunda se necesita una matriz de embuticiónque puede ser abierta (anillo de embutición) o cerrada (molde de

135

cable)

Figura 3-91. Prensa de extrusión piezas macizas (iz.)Figura 3-92. Prensa de extrusión piezas huecas (der.).

Troquel

cFE¡s13

ts

Lleb

Figura3-93. Prensas deembutición para fabricarcuerposhuecos de paredes delgadas.

Corona de

Figura 3-94. Estirado por deslizamiento de cuerpos mac¡'zos (trefilado de alambres).

lntroducción apresión del macho

Figura 3-95. Fabricación de la copa.

Tubo

Figura 3-96. Est¡rado por deslizamiento de un tubo.

oque alrojo

Moldelíndrico

.l

Extractor

136

Macho de embutir

Su plemento

Pl ati na

Figura 3-97. Embutición profunda de un cuerpo huecosencillo.

Macho deembutir Pisador Pisador

Anillo deembut¡r

Supl eme nto

(accionado por muelles) Anillo deembutir ,f,,,n

( extracto r)

Figura 3-98. Herramienta de embutir con separadorHerramienta de embutir con extractor (der'}.


embut¡ción). En la embutición profunda con herramientas, el materialse comprime con un troquel para hacerlo pasar por el anillo deembutic¡ón. En la embutición profunda con medios activos, elmaterial se embute en una matr¡z rígida. Los medios activos puedenser líquidos, gases, campos magnéticos, etc.

Embutición profunda con herram¡enta rígida:La herramienta de embutir está formada por el macho o punzón

de embutir, el anillo de embutir y el pisador.Un dispositivo sujeto al anillo de embutir centra el disco de

mater¡al (platina).El pisador mantiene sujeto el material, y luego el punzón o

macho, que va hacia abajo. embute la pieza a través de los cantosredondeados del anillo de embutir.

Si el cuerpo hueco tiene que embutirse totalmente por el anillo deembutir, un rascador impide que la p¡eza sea arrastrada por el punzónen su movimiento de retroceso. Si la pieza conserva un borde en suparte superior, un extractor accionado por un muelle la empuja hacia

arr¡ba sacándola del an¡llo de embutir.Sólo los materiales idóneos para la embutición puede resist¡r sin

agrietarse o desgarrarse la intensa defórmación. Estos materiales(chapa de acero para embutición profunda, chapa de CuZn(CuZn37l,chapa de cobre y chapa de aluminio), a pesar de su gran índice dealargamiento, han de tener también suficiente resistencia.

Las piezas cuya altura es grande en proporción a su sección,tienen que embutirse en varias etapas. El número de etapas se eligede modo que, por ejemplo, en las piezas cilíndricas el diámetro deembutición y, por tanto, el del punzón de embutir de la fase siguien-te, sea, aproximadamente, 1/: menor que los de la fase anterior. El

diámetro de la pieza embutida en la primera etapa debe ser,aproximadamente, r/s menor que el del disco de chapa.

3.3.2 Conformación por momento flector

PROCESOS EN EL PLEGADO

Modificación de la estructura del material

La capacidad de flexión de un material depende de su ductilidad.Muchos metales y aleaciones se pueden curvar en frío, algunos,cuando el radio de curvatura es pequéño, han de calentarse antes a

déterminadas temperaturas. El zinc, por ejemplo, ha de calentarse a

150'C, y una aleación de magnesio lo ha de ser a 300"C.En el plegado, las fibras del material de la cara interior se aplas'

tan y las de la cara exterior se extienden. El concepto de fibras sirvepara simplificar la explicación de los procesos que se producen en elmaterial; en realidad, lo que se deforma es la estructu,ra. Los granosdel lado externo se estiran y los del lado interno se aplastan. Sólo se

encuentra sin modificar la capa de fibra neutra. Cuando el radio de

curvatura es muy grande, esta fibra se encuentra aproximadamenteen el centro de la zona de flexión. Cuanto más pequeño es el radio decurvatura, más se desplaza del centro la fibra neutra.

En el grano, los átomos se ven obligados a pasar de su posiciónnatural a otra nueva. La tensión de tracción de la capa exterior se

aproxima así al límite de elasticidad, haciéndose percept¡ble la

estricción en la zona de tracción de la pieza curvada. En la zona decompresión, el material se aplasta visiblemente hacia los lados. El

Forma embutidaterminada

Trozode chapa

2." fase

1.' fase

Figura 3-99. Conformación en varias fases de embutición

Granosalargados

Alargamiento Estructu rasin modificar

AplastamientoG ranosaplastados

Figura 3-1O0. Modificación de la estructura del materialen el doblado.

Pieza


estiramiento y el aplastamiento de'la estructura producen, por tanto,una deformación longitudinal junto a una deformación transversal. Elalargamiento reduce la sección y el aplastamiento la aumenta.

Resistencia de la pieza al curvarlaLa resistencia que opone la pieza a las fuerzas de flexión depende dela temperatura, del material, de las dimensiones de la sección y de suposición con respecto al eje de curvatura. La resistencia a la flexiónse representa por r9o" y tiene como unidad N/mm2.

La resistencia a la curvatura crece proporcionalmente a laanchura de la pieza. A doble anchura del materialse estira o aplastael <Joble número de fibras. En la flexión o curyatura de piezas según elplano de la superficie principal,.a igualdad de radio de curvatura las fi-bras se estiran o aplastan mucho más, en comparación con las curva-das por el lado estrecho por lo que las fuerzas de flexión o curvaturanecesarias han de ser tamb¡én mayores.

Radio de curvaturaEl radio de curvatura depende de la ductilidad del material, de suespesor, de la forma de la sección, del sentido de laminación y delcalentamiento de la pieza.

Cuanto mayor sea el radio de curvatura, menor será elpeligro de rotura.

Recuperación elástica en el plegado.

Al doblar una pieza, no todos los cristales de la zona curvada tras-pasan el límite de elasticidad. Cuando ya-no actrlan las fuerzas deflexión, estos cristales vuelven a su posición inicial y el material serecupera algo elásticamente. Esto se nota tanto más cuanto máselevado es el lfmite elástico del material y cuanto mayor es el radio decurvatura; por esta razón, la pieza ha de doblarse más de lo nece-sano.

PROCEDIMIENfOS DE CONFORMACIÓN POR PLEGADO

Plegado libreLa forma de la pieza se da libremente, por ejemplo, plegado a mano oen el tornillo de banco.

En las chapas (especialmente en las de metales ligeros y susaleaciones) que han de doblarse, hay que fijarse, al hacer el trazado,en la dirección de laminación. Las generatrices de plegado han deciuedar, a ser posible, en posición transversal a la dirección delaminación. Si siguen la dirección de laminación y el radio de cur-vatura es pequeño, se forman fisuras capilares en la cara exter¡or yalgunos pliegues de aplastam¡ento en la cara interior.

Cuanto más acusado es el doblado, mayor es el peligro de fisuras.Al hacer el trazado . conviene evitar siempre los efectos deentalladura.

Si hay que ¡ealizar plegados perpendiculares entre sf, es conve-niente elegir la dirección de doblado de la chapa de modo que lapieza quede oblicua con respecto a ella, a ser posible formando unángulo de 45o.

Ejemplo: Doblar una brida de pletina de acero.

Operaciones:1. frazar la pieza y doblarla en el tornillo de banco.

137

Secc ión

Figura 3-1O1. Modificación de la sección en el doblado.

Figura3-102. Resistencia alplegadoenfunción del espe'sor del material y de la posición de la sección.

Recuperacióne lástic a

Plegadode 90o

Figura 3-1O3. Angulo de plegado que hay queconseguir: 9Oo.

Bo,ue de doblado tranversal a Borde de doblado enla dirección de laminación

Figura 3-1O4. Tener en cuenta la dirección de laminaciónal plegar.

I

Taladros

Doblado de canto

c.9Eoo!oo

o

138

Pieza terminada

Figura 3-1O5. Plegado de una brida oe pletina.

Figura 3-106. Curvado de tubos.

Asiento de Bigornia

Línea deplegado

(dirección de laminación) Proceso de plegado

Figura 3-107. Trabajos con la bigornia.

Horno de Ventiladorcaldeo Embudo de embutir

+Tira para Cadena de tracciónhacer tubos üentilador

r-rTécnica de la fabricación

2. T¡azar la altura y doblarla con ayuda de un suplemento.3. Colocar el taco de doblado y doblar la otra patilla.

En el curvado de tubos se corre el peligro de que se aplasten. Poresta razón, hay que rellenarlos o bien utilizar una buena guía en lamáquina curvadora de tubos. Los tubos con arcos muy abiertos se do-blan sin rellenarlos. Los tubos est¡rados o laminados de pequeño diá-metro pueden doblarse en frío. Para doblar en caliente, la cara inte-rior debe calentarse más que la exterior para que no puedan formar-se pliegues. El radio de curvatura debe ser, como mínimo,3 veces eldiámetro del tubo. La costura de soldadura del tubo debe estar en lazona neutra para evitar tensiones de tracción o compresión.

Plegado con bigorniaLa pieza se dobla en la bigornia hasta que apoye entre el troquel opunzón de plegado y la bigornia. Debido a la recuperación elástica, lapieza debe comprimirse contra la bigornia.

Las herramientas de doblado o plegado doblan las chapas o flejesde acero para formar los perfiles más diversos. Las herramientas deplegado en estampa están formadas por un troquel o punzón supe-riory una bigornia. Para que el material no se desgarre al doblarlo, elradio de curvatura no ha de ser inferior al mínimo admisible. Como laestructura de las chapas y flejes es fibrosa a causa del proceso de la-minación, el borde de curvatura ha de sertransversal u oblicuo a la di-rección de las fibras. A causa de la recuperación elástica, el ángulo deplegado del troquel y de la bigornia han de ser algo menores que lorequerido por la pieza terminada.

También se incluye entre los procedimientos de fabricación pordoblado en estampa el redondeado y el acanalado. En el redondea-do la pieza se comprime contra una zona redonda de la estampa, co-menzando por un borde de la pieza, de modo que ésta toma la formaredonda mediante un curvado gradual. En el acanalado en estampa,el troquel comprime una acanaladura (generalmente para rigidiza-ción) en la pieza.

Plegado a tracciónLas tiras de chapa o los flejes se hacen pasar a tracción por una herra-mienta de conformación, por ejemplo, una boquilla de trefilar, con loque se doblan tomando la forma deseada.

Plegado por arrollamientoEn este sistema, la pieza se curva continuadamente empujándola através de una herramienta cuya superficie activa es curva. De estamanera se doblan, por ejemplo, alambres, chapas, tubos, etc.

Las chapas se conforman con una herramienta de doblar.por arro-llamiento, para formar bisagras y refuerzos o rebordes de rigidez.Antes de comenzar la operación, el extremo de la pieza debe doblar-se porque de lo contrario, se mantendría recto. La pieza con el cur-vado inicial se introduce en la parte inferior de la matriz de arrolla-miento con el canto doblado hacia arriba. El arrollamiento se formaen el rebajo cilíndrico de la matriz a medida que la pieza va entrando.

Plegado cilíndricoLa aplicación del momento flector se hace por medio de unos rodi-llos o cilindros. Por este método, doblando un fleje de acero en senti-do longitudinal pueden formarse tubos.

En el método Fretz-Moon, el fleje de acero se dobla para formarun tubo al pasar entre unos cilindros perfilados, a continuación se ca-

'i 2." operación 3." operación

Taco de plegado

la pieza

Figura 3-108. Plegado a tracción

Técnica de la fabricación 139

de enrollamienio

Curvado inicial de la pieza

Figura 3-109. Método deenrollar.

trabajo de la herramienta de

Pieza

Cilindro superior

Cilindro inferior

Figura 3-1 11. Curvado con cilindros.

lienta a la temperatura de trabajo en el horno continuo de túnel y sesuelda para formar un tubo sin fin en unos rodillos de soldadura. El

calentamiento del fleje de acero se hace por medio de quemadoreslaterales de gas.

En el curvado con cilindros, las piezas planas (chapas, perf¡les deacero) adquieren forma cilíndrica o cónica.

El curvado de perfiles de acero se realiza ventajosamente encilindros de curvar ped¡les. Dos cilindros inferiores con cojinetesfijos se accionan a mano o por medio de un motor. El cilindro su-perior puede variar su colocación con respecto a los cilindros infe-riores modificando así el radio de curvatura.

En el plegado ondulado las chapas, alambres, etc., adquieren cur-vaturas o dobleces uniformemente repartidos por medio de cilindrosperfilados.

En el perfilado por laminación, las tiras de bhapa, flejes, btc.,toman la forma de perfiles rectos o anulares por medio de pares de ci-lindros perfilados que, en muchos casos, están colocados consecut¡-vamente para realizar diversas operaciones de curvado o doblado.Por este sistema, las piezas adquieren una notable rigidez. Así se la-minan acanaladuras en cuerpos redondos como, por ejemplo, cubos(acanalado en cilindros). En estos cubos se puede también curvar elborde superior (rebordeado en cilindro) para aumentar su rigidez'

En el doblado redondo, los flejes, perfiles, tubos, etc., se doblanen forma continua en la dirección del brazo en torno a un mandrilcurvador.

PROCESOS DE CONFORMACIÓNPOR APLANADO Y ENDEREZADO

Figura 3-1 1O. Representación esquemática del procedi-m¡ento de Fretz-Moon (plegado con cil;¡circ !aminador).

Troquel " ,n*\n", 'f

Figura 3-1 12. Curvado de un tubo de cobre.

Figura 3-1 13. Plegado ondulado.Figura 3-114. Perfilado en cilind¡os.Figura 3-1 15. Acanalado en cilindros.

Figura 3-1 16. Aplanado a golpes(enderezado por flexión)

Cilindros conformadores

Prensa enderezadora

't 40

Figura 3-1 17, Aplanado a presión(enderezado por flexión).

aplanadores

Cilindrosde apriete

Figura 3-118. Principio de funcionamiento de una apla-nadora de chapa (enderezado con cilindros).


FundamentosLas causas de las deformaciones de los materiales son las tensionesinternas, el calentamiento o enfriamiento unilateral, los choques, losgolpes, la mecanización unilateral con arranque de virutas, etc. En elaplanado y enderezado se corrige el trabajo de conformación. Me-diante compresión o golpes se aporta al material energía mecánica obien se le aplica energía térmica por medio de una llama.

La pieza se lleva a su forma primitiva, en general, por medio deflexiones, pero también por medio del ala¡gamiento, forjado s¡n es-tampa o conformado en estampa.

Enderezado por flex¡ónLa pieza se lleva libremente a su forma, Golpeándola (martillo) o porpresión (punzón) se crea el estado plástico.

Según el espesor del material, el enderezado se hará en frlo o encaliente.

Los pequeños trabajos de enderezado se real¡zan sobre una placaenderezadora (una placa plana de acero colado), los grandes se efec-túan en prensas de enderezar.

Aplanado entre rod¡llosLas chapas, barras, alambres o tubos se conforman haciéndolospasar a través de unos cilindros (en general varios en línea) en recto odándoles una forma curva determinada.

Enderezado en estampa

Después de la conformación en prensa de las piezas forjadas en ca-liente, estas piezas se deforman (alabean) al enfriarse. Por esta razónse enderezan posteriormente en una estampa.

Enderezado por extensiónLos alambres, barras o chapas pueden enderezarse por medio deconformación por alargamiento para eliminar dobleces o abolla-duras.

Enderezado por estiradoLos perfiles de acero pueden enderezarse por estirar la capa interior,demasiado corta (obligar al material a desplazarse en dirección lon-gitudinal).

Por medio de la conformac¡ón en frío (enderezado, dobla.blado, forja, alargamiento) aparece, como fenómeno se.cundar¡o, el endurecimiento en frío y el aumento de la du-reza del material. Puede eliminarse con un recocido inter-medio.

Enderezado por calentam¡entoSe cal¡enta la parte convexa de la pieza, es dec¡r, la cara demasiadolarga. De esta forma se aumenta la curvatura. Al mismo tiempo apare.cen, sin embargo, por el aumento de volumen de la zona caldeada,grandes llegar allímite de riorpro-duce un argo. Alenfriarse a se en-dereza por sl misma. Se ayuda a ello con unos golpes con el martillo,

Figura 3-1 19. Ende¡ezado de alambres (enderezado porestirado).

Figura 3-120. Enderezado de un angular deestirado.

acero por

Figura 3-121. Enderezado por calentamiento.


MÁOUINAS DE CONFORMAR

El carro de la prensa lleva la parte superior de la herramienta decorte o embutición o la matriz superior. Tiene que moverse con exac-titud porque de eso depende la calidad del trabajo. La parte inferiorde la herramienta (matriz, estampa inferior) va sujeta a la mesa o pla-to de la prensa.

Prensa de husilloLos discos de fricción accionados por un motor eléctrico contransmisión por correas trapeciales hacen girar un husillo helicoidalde varios pasos dentro de una tuerca de husillo unida al puente delbastidor de la prensa. En el extremo inferior del husillo va el carro guia-do exactamente por cuatro guías. Las partes principales de esta pren-sa son muy robustas para que puedan absorber con seguridad lassolicitaciones bruscas a que están sometidas.

Prensas de cigüeñal y de excéntricaEn estas máquinas, el movimiento de giro del accionamiento setransforma en movimiento rectilíneo del carro por medio de uncigüeñal o de una excéntrica (cigüeñal de discos) a través de un em-pujador y una articulación esférica.

Prensas de rodilleraAl girar el cigüeñal, la palanca acodada es estirada por la barra detracción. De esta manera, el carro se desplaza hacia abajo con granfuerza.

Prensas hidráulicasSe utilizan, sobre todo, para los trabajos de embutición profunda,porque en ellas se puede regular con independencia de unas conotras, la fuerza de embut¡ción, la velocidad de embutición y la pre-sión del pisador.

EÍr la prensa hidráulica de simple efecto sólo se mueve el carro,en la de doble efecto se mueven el carro y el pisador independiente-

Cigüeñal Husilloa de tracción

i,de ajuste

PalancaCigüeñal

(a rticu lada)Husillo

Carro dela prensa

roscado

Figura 3-124. Prensa de cigüeñal (iz.f.El carro se ajusta con el husillo modificando así la longitudde la carrera.Figura 3-125. Prensa de rodillera (der.).Con el husillo de aluste puede variarse la longitud de la ca'rrera.

Accionamiento

141El ejemotorconserva susentido de giro

Barra deacoplamiento

Husillo (de filetesmúltiples)

t,F

Figwa 3-122. P¡ensa de husillo.Por cambio del disco de fricción se invierte el sentido delmovimiento del husillo.

Casquillo excéntrico

uelle

i lladel cigüeñal

de acopla-miento con uñas

Articulac ión roscadode bola

Carro de la prensa Carrera máximaFigura 3-123. Prensa excéntrica.El casquillo excéntrico que gira sobre la muñequilla del ci-gúeñal está unido al eje motor por medio de un anillo sujetocon una uñas a la cara frontal y que puede soltarse.Si se suelta el anillo de uñas, puede hacerse girar el cas-quillo excéntrico para modificar la longitud de la carrera.

CarroPisador P=30Obar

Cojfn

Figura 3-126. Prensa hidráulica con acumulador depresión.

del carro

de la prensa

máximo

na

b

l,rl

uDD

iiDelü-compresc

Carro dela prensa

I mínimo

De la bombde presión

orta


mente uno del otro, y en la de triple efecto se mueve también el platoinferior.

Las prensas hidráulicas se accionan por medio de un acumuladorde presión o directamente por medio de bombas de émbolo sumer-gido con varios émbolos. En el funcionamiento con acumulador seutiliza agua con un 2%o de aceite anticorrosivo, en el accionamientodirecto, el líquido empleado es aceite especial para mecanismoshidráulicos.

I

t

29.

30.

31.

I

3

4

56

Ejercicios

Conformación

Conformación por fuerzas de tracción y compresión

Explicar el método de fabricación denominado <confor-mación¡.Citar un ejemplo de cada uno de los procedimientos de con-formación por medio de fuerzas de tracción, fuerzas de com-presión y fuerzas de flexión.¿Oué subgrupos hay en el procedimiento de fabr¡caciónrconformación por compresión>?lndicar los procesos de fabricación de chapas en el tren delaminación duo y en el trío.Explicar un procedimiento de laminación de tubos.Dibujar el esquema-y explicar la laminación de anillos. Piezainicial: un trozo de tubo. Este se lleva entre dos cilindros queensanchan el anillo.ZCómo se representaría una laminadora de roscas?lndicar las diferencias entre forja sin estampa y forja con es-tampa.lndicar las venta¡as de la conformación en cal¡ente.¿Oué materiales son forjables y cuáles no?¿Por qué es mayor la resistencia de las piezas forjadas que la

de ias mecanizadas con arranque de viruta?Uelectos de forja por temperatura muy baja o muy alta.Con el martillo y las tenazas se pueden producir accidentes.Decir las causas.Explicar qué es <merma o pérdida por combustiónD.lndicar las diferencias entre estirar, rebajar y recalcar.¿Cómo se comporta la chapa en el repujado y en el abom-bado?Citar las reglas de trabajo para forjar.¿Cuándo se habla de forjar con estampa?lndicar las diferencias entre prensado en moftle y recalcadoen molde.Enumerar las ventajas e inconvenientes de la forja con es-tampa.En la forja con estampa ¿qué hay que tener en cuenta al pre-parar los huecos de la estampa?Describir la frecuencia de trabajo en la forja con estampa (fi-gura página 134).La cabeza de un clavo se obtiene por recalcado en molde.Explicarlo.El troquelado completo es un prensado con molde sin forma-ción de rebabas. Ejemplo: las monedas. Explicar la fabri-cación.¿Oué condición debe cumplirse para que se pueda hablar deconformación por extrusión?

26, Explicar las prensas de extrusión para forros de cable.27. El material inicial utilizado en las prensas de extrusión y en

las prensas de embutición es muy distinto. Explicarlo.'28. ¿Oué materiales son los adecuados para las prensas de embu-

tic¡ón?

q

Citar como mínimo cinco objetos fabricados con prensas deembutición.¿Oué tienen en común el estirado portracción y la embuticiónprofunda?¿En qué se diferencian el estirado por tracción y el estiradopor laminación?

32. Explicar con un ejemplo el estirado por tracción de un cuerpomaclzo.

33. Comparar la fabricación de tubos por estirado por tracción ypor laminación.

34. En el est¡rado por laminación, las varillas se estiran entre doscilindros. Comparar esle procedimiento con la laminación deba rras.

35. Explicar qué es la <embutición profundar.36. lndicar las diferencias entre embutición profunda y repujado.37. ¿Oué se necesita para la embutición profunda?38. ¿Oué se entiende por (embut¡c¡ón profunda con medios

act¡vos?39. Normalmente, los fregaderos se obtienen por embutic¡ón

profunda. Explicar su fabricación.

Conformación por momento flector40. Razonar por qué el plegado es un procedimiento de confor-

mación.41. Explicar las solicitaciones del material en la parte del plegado.42. Razonar por qué la resistencia al curvado depende del

espesor del material y del eje de curvatura.43. lndicar la relación que existe entre la dirección de laminación

y el eje de curvatura,44. Explicar la influencia de la calidad de la superficie del ma'

terial en el plegado.Explicar la relación de dependencia del radio de curvatura.¿A qué se debe la recuperación elástica en el plegado?

lOué importancia tiene la fibra neutra en el curvado?Explicar los cambios de sección de una pletina en el plegado'Razonar por qué en los planos se indica siempre el radio decuNatura interior de los cantos doblados.Comparar los procedimientos de conformación por tracción,compresión y plegado.lndicar las diferencias entre curvado sin máquina y con ci'lindro,Dibujar un esquema de un d¡spositivo para plegar con es'tampa.lndicar las diferencias entre acanalar y rebordear.Citar las posibilidades que hay de dar a una chapa mayor ri'gidez a la flexión.loué diferencia hay entre curvar tubos con soldadura y sinella?Razonar la siguiente regla de trabajo: En el curvado en calien'te de tubos con relleno de arena sólo debe utilizarse ar€nas€ca.Distinguir entre embutición por tracción y plegado portracción.Explicar el estirado con cilindros y el curvado con cilindros'

7.8.

9.'t 0.11.

t2,13.

14.15.16.

17.18.'l 9.

20.

21.

22.

23.

24.

45.46,47.48.49.

50.

51.

52.

53.54.

55.

56.

57.

58.

25


Explicar la fabricación de tubos por el procedim¡ento Fretz-Moon.Hay que curvar un tubo. ¿Oué método hay que aplicar: redon-deado cilíndrico o curvado con cilindros?Citar procedimientos conocidos de fabricación de tubos sinsoldadura y con ella.Clasificar los procedimientos de conformación por flexión enconformación por plegado con movimiento rect¡líneo de laherramienta'y movimientos giratorio de la herramienta.El procedimiento de conformación <enderezaD no está nor-malizado. ¿Por qué?

¿Oué condición debe cumplirse para utilizar el procedimientode <enderezador?¿Oué causa tienen las deformaciones no deseadas de laschapas?¿Cuándo se ut¡lizan para enderezar los martillos de madera,goma o metales ligeros?

3.4 Separac¡ón por secc¡onado

3.4.1 La cuña como filo de herramienta

FUNDAMENTOS DE LA SEPARACIÓN DE MATERIALES

Separar es fabr¡car modificando la forma de un cuerposólido, en el cual se el¡m¡na la cohesión en el lugar de laseparac¡ón.

Seccionado. Arranque de virutaSeccionar es separar distintas partes de la pieza a trabajar sin pro-ducir virutas, p. ej., corte con el filo de las tenazas, cincelado en po-sición de trabajo vertical, corte con tijeras o cizalla.

Arranque de viruta es separar por medios mecánicos (cepillado,limado) pequeñas partes de material con herramientas cuya forma decorte está exactamente determinada, o bien con herramientas cuyoscortes no tienen forma determinada alguna (amolado).

Ángulo y planos en la cuña de corteTodos los filos cortantes tienen en común su forma de cuña. La sec-ción de la cuña tiene forma de triángulo invertido. La intersecciónentre ambas supeficies laterales de la cuña es elfilo cortante. El án-gulo formádo por estas superf icies se denomina ángulo de la cuña B.

Acción de seccionado de la cuña de corteLa fuerza aplicada a la herramienta de separación actúa inicialmentesobre el filo. Si la fuerza es lo suficientemente grande, se supera lacohesión del material y en la pieza se forma una entalla. El materialdistribuye la presión hacia los lugares de menor resistencia y formaun cordón junto al filo. En caso de seguir introduc¡endo la cuña se ge-neran grandes fuerzas laterales de separación que ensanchan la en-talla y producen un agrietamiento. Las fuerzas laterales provocan fi-nalmente la separación brusca del material (rotura).

Todo proceso de separación con herramientas de filo cor-tante se compone de entallado y rotura.

143

67. Al aplanar una chapa se golpea sobre la abolladura. ¿Oué con-secuencias tiene esto?

68. Un perfil de ácero está deformado por tensiones internas.Explicar la operación de enderezado por medio de llama.

69. Hay que enderezar un alambre torcido.70. Explicar por qué se necesita más fuerza para enderezar pie-

zas torcidas que para curvarlas.71. Estudiar el efecto de los golpes con el martillo en una pieza

apoyada de plano o en varios puntos.72, El enderezado con calentam¡ento es más rápido si la pieza

está sujeta. Explicar la operación y dibujar el croquis del dis-positivo de süjeción correspondiente.

73. Diferenciar cuatro tipos de prensas.74. Explicar la elevación y descenso del carro en una prensa de

husillo.75. ¿Oué ventajas tiene la prensa hidráulica con respecto a las

demás prensas?

59

60

61

62

63

64.

65.

66.

Entalla Agrietamiento Rotura

Figura 3-127. Seccionar y cortar por arranque de vi¡uta.

Figura 3-128. Ángulo y planos en la cuña de corte.

Cincel Cizalla

de viruta ,

Figura 3-129. Acción de seccionado de la cuña de corte.

Ángulo de la cuña /l=l0o Ángulo de la cuña É=ó0o

Figura 3-130. Descomposicióir de fuerzas en la cuñade corte.

Fuerza del martillcfi = 25,1+ N

ddLong¡tud de la flechacuna

Línea deacción

de fuerzalrz = 30mm

Lonsitud o"lt" tlecri"de fuerza

l¡n = 25,4mm

Figura 3-131. Paralelogramo de fuerzas,

Materialdesplazado


DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS EN I.A CUÑA DECORTE

La fuerza F aplicada al filo de la cuña se descqmpone. alpenetrar ésta en el material, en dos fuerzas laterales Fr yFz. Esas fuerzas de separación dependen del ángulo de lacuña B, y son tanto mayores cuanto más delgada sea lacuña.

Experimento: En el modelo de cuña se divide la fuerza F aplicada alfilo de lacuña, p. ej., fuerza de un martillo, en dos fuerzas Fyy F2perpendiculares a losflancos de la cuña,'las cuales son verificadas mediante un dinamómetro.

Esta descomposición de fuerzas en la cuña puede determinarsegráficamente con ayuda del paralelogramo de fuerzas.a) Las fuerzas se representan por medio de flechas. La longitud de la

flecha indica la magnitud de la fuerza, fijándose de acuerdo con laescala de fuerzas.

b) Las líneas de acción de las fuerzas de separación discurren per-pendiculares a los flancos del filo de la herramienta.

c) Las magnitudes de las fuerzas laterales Fr y F2 son el resultado delparalelogramo de fuerzas formado, de acuerdo con la escala defuerzas elegida.

EjemploEscala defuerzas 1O N: 1 cm. Longitud de lasflechasdefuerzasFlyF2=3 cm.Magnitudes de las fuerzas Ft = Fz = 3 cm . 1O N/cm = 30 N.

3.4.2 Corte con cuña

PROCESO DE CORTE CON CUÑA

Cortar con cuña es secc¡onar p¡ezas con uno o dos filos enforma de cuña. con lo cual se fuerza a la pieza a sepa-rars€. En el corte con cuña y en todos los demás procedi'm¡entos de separación con cuñas de corte están condicio-nados los tamaños del ángulo de la cuña, y la fuerza, asícomo las característ¡cas de los mater¡ales de la herra-m¡enta y de la paeza a trabaiar.

Cuando se introduce con fuerza una cuña de corte de gran ánguloen un mater¡al con el fin de producir la separación de la pieza, la cuñadebe desplazar una cantidad relativamente grande de material de la

pieza. Por medio de las superficies de la cuña, las cristalitas del ma-terial son desalojadas, acumuladas, aplastadas, comprimidas y defor'madas. Cuantas más cristalitas participen en este proceso de confor-mado, mayor deberá ser la fuerza de introducción de la cuña. Alm¡smo tiempo, la magnitud de la fuerza depende también de las fuer-zas de cohesión de las cristalitas y de las estructuras del material, asícomo de su dureza y consistencia.

Para un ángulo de cuña pequeño, se necesita poca fuerza, porquesólo debe desalojarse y deformarse un poco de material. Pero una

cuña de ángulo pequeño sólo es aplicable cuando las fuerzas decohesión del material son reducidas, es decir, cuando el material es

blando. En materiales duros, la cuña de corte-delgada se quebraría.

Los materiales duros y consistentes neces¡tan un gran ángulo decuña y grandes fuerzas. Los blandos y menos consistentes adm¡-ten un ángulo de cuña pequeño y fuerzas reducidas.

Cincel paracortar en elyunque en

frío

Fuerza separadora F2

F2

rur'"n,"," o uperricie derotura rotura

Figura 3-132. Desplazamiento del material.

Cincel pararenel

yunque enca liente

Tajadera Yunque

Figura 3-133. Corte con cuña en calíente y en frío(con tajaderal.

il+


El material del filo de la cuña debe ser siempre más duro que el dela pieza a tr

En materiales duros se produce una gran superficie de roturacuando la fuerza necesaria para deformar es mayor que la cohesióndel material en el punto de rotura, En materiales blandos la super.ficiede rotura es menor o no ex¡ste.

Cuando se corta en el yunque con tajadora actúan dos cuñas eg-frentadas, en cuyo proceso el ángulo de cuña también debe esco-gerse de acuerdo con la dureza del material (material incandescen-te = blando/material frío = duro).

HERRAMIENTAS DE CORTE CON CUÑA

Se distingue entre herramientas de corte con cuña de unsolo filo y de dos filos:

A los primeros pertenecen toda clase de cinceles así como lossacabocados con cuña exterior para la fabricación de discos o concuña interior para agujeros. La pieza debé tener los bordes rectos; elcordón queda en los recortes. El cortatubos, es a pesar de sus tresdiscos cortantes, una herramienta de corte con cuña de un filo. Lastres cuñas de corte se van aproximando mediante la fuerza de un hu-sillo. De este modo, el tubo se deforma dentro del campo elástico ygenera la fuerza de reacción. En cuanto g¡ra el aparato, las ruedas decorte penetran en el material.

A las herramientas de corte con dos filos de cuña pertenecentodas las que tengan forma de tenazas, los alicates de corte, la tijerade palanca y el cortador de pernos. Dado que aquí sólo se utiliza lafuerza manual, se debe hacer uso de la multiplicación por palanca.

3.4.3 Cizallado

CORTE CON CIZALLA

Cizallar es cortar un mater¡al por medio de una herra-mienta de corte de dos filos, la cizalla, en la cual los filosse mueven el uno hacia el otro.

Mientras que el cincel de un solo filo penetra en el material, enlas cizallas trabajan enfrentadas dos cuñas. Los filos en forma decuña, aquí llamados cuchilla superior y cuchilla inferior, se deslizanuna junto a otra. El material es primeramente entallado por amboslados por los bordes cortantes. La presión de las cuñas provoca el en-durecim¡ento del material por trabajo en frío, con lo que aumenta enresistencia, de manera que la cuchilla sólo penetra hasta cierta pro-fundidad. Con el subsiguiente aumento de la presión, se vence la re-sistencia a la tracción del material, la estructura se separa (se rompe)y ambas superficies de rotura se deslizan entre sí. La superficie deseparación de una pieza presenta debido al proceso de cizallado, unaforma irregular. Las zonas externas son lisas, las internas son bastas ycon arranques.

Ángulo de despullo y juego de los filosLas cuchillas superior e inferior de las cizallas tienen cuñas de corte.

145

Materialesdos

#--Piezatr:T-¡ ->=,Recortes+

Figura 3-134. Sacabocados. Figura 3-135. Cortatubos.

lz [,

Figura 3-136. Tenazas (DlN 5241).

Figura 3-137. Alicates de corte lateral (DlN 5238)

Enta llado Corte

Ángulo de despullo Ángulo de la cuña

Angulo de \

entalla i

'.luego defilos

Superf iciede corte de la entalla

Superficie de rotura

Corte transversaldel cizallado

ces

Figura 3-138. Efecto delmaterial.

proceso de corte sobre el

Pisador

Figura 3-139. Destalonado, juego de filos y acción depalanca de las cuñas de corte.

Punto de giro


El ángulo de la cuña m¡de entre 75o y 85o. Parb que las cuñas norocen contra la superficie de corte de la pieza y la dañen, po-seen un ángulo de despullo (afilado despullado) de unos 2o. Un juegoentre los filos de 1/1O a'l/2O del espesor del material evita queaquéllos se dañen mutuamente. Para evitarlo con toda seguridad, lascizallas manuales tienen una tensión previa de O,1 hasta O,2 mm ysólo se tocan por el otro extremo. Al óortar, el punto de contactocorre a lo largo de las cuchillas.

Si el juego entre los filos es demasiado giande, se introduce ma-terial entre las cuchillas, se dañan los filos y queda rebaba en elmaterial.

Acción de palanca de los filos de corteLas superficies oblicuas de los filos, al actuar en oposición y en movi-miento paralelo, provocan la rotación de la pieza. En las cizallasmanuales esta rotac¡ón se evita sujetando la chapa. Por este motivolas cizallas para chapa gruesa llevan un pisadorque sujeta la chapa yabsorbe el gran momento torsor que se produce al cizallar.

Movimiento y pos¡c¡ón de los filosEn la cizalla manual o tijera, ambas cuchillas giran sobre un mismopunto, por lo cual el material se corta en forma progresiva (corteabierto-cruzado), a diferencia del corte cerrado, en el cual el cortecompleto del material se realiza en forma repentina. Las cizallaspáralelas cortan con todo el filo, presionando en un movimientovertical de la cuchilla superior y tirando con movimiento oblicuo.

ACCIóN DE LA PATANCA Y FUERZA DE CORTE

La fuerza de corte necesaria para el proceso de cizallado se consi-gue mediante una acción de palanca. En la tijera de la figura 3-141 ,

el perno O representa el punto de apoyo de la palanca, las empuñadu-ras y las cuchillas son respectivamente los brazos de palanca/, y/r.Mediante fuerza muscular se genera un momento de giro de magni-tud Mt= Ft' ltLey de la palanca

El momento de giro generado por la fuerza muscular produce en elborde de corte un momento equivalente Mz= Fz' 12(fuerza de cortepor distancia al punto de giro).

Existe equilibrio, cuando los momentos son iguales y de sentidoopuesto.

Ley de la palanca

Momento de giro a la derecha = Momento de giro alaiz-qu¡erda

Ft.lt Fz'rz

Ensayo: Determinación de la fuerza de corte.Una chapa de aluminio ofrece al cortarla con una tijera de niano una con-

trafuerza de 30O N. Con la fuerza aplicada Fr = 60 N la chapa se puede cortaren la posición 1 (12 = 3 cm), pero no en la posición 2 ll2 = 6

"^¡.

Cuchilla superior

Cuchilla inferior

lngulg ae la cuña p=zs:.es'Angulo de despullo a=1,59.3o

Juego de los filos duranteel cizalladoArriba: El juego de los filosdebe reducirse para lograrun corte l¡mpio.Abajo: Con un juego grandela pieza se ladea, la cizallano corta, es <forzada>.

Las tijeras tienenuna tens¡óninicial.Esta tensión debeser de 0.1a 0,2 mm.

Pieza

Punto de corte

Presión en cruz

Figura 3-140. Procedimiento de corte con tijera.

Cuchilla superior

rAngulo de inclinación

Tracción en cruz

Fuerza manúai f'

Resistencia del material:

Figura 3-141 . La ley de la palanca en.el cizallado.


Observación: La magnitud de la fuerza de corte depende de la posición delborde de corte de la pieza respecto del punto de giro.

¡-:Fr'|,, r"_60N 15cm=150N; t,_60N l5cm_3OON' l, 6cm ' 3cm

Angulo de inclinación de la cuchilla de la tijeraUna chapa desplazada demasiado hacia el perno de la tijera resbalahaciá fuera. Así pues ha de tenerse en cuenta la acción de empuje dela fuerza de corte. Ambas fuerzas pueden ser compuestas en un para-lelogramo de fuerzas. La pieza resbala cuando la fuerza resultante esmayor que la de rozamiento entre la pieza y los filos,

Un ángulo de abertura de 14o es el más apropiado; si el ángulo esmayor, la pieza resbala de la cizalla; si es menor, la sección de corte ycon ello lafuerza de cizallado deberán ser mayores. En la tijera ma-nual, el ángulo de abertura se reduce al ir cerrándose las cuchillas,con lo cual la fuerza a aplicar ha de ser constantemente mayor. En lacizalla paralela el ángulo de las cuchillas es el mismo en cualquierposición. Con la cizalla de palanca y la de agujeros se corta hasta elextremo.

EL TRABAJO CON LA TIJERA MANUAL PARA CHAPA(TTJERA DE HOJALATERO)

Las tijeras manuales para chapa son utilizadas para cortar chapasfinas de lusta 1,2 mm de espesor. La elección se realiza de acuerdocon el tipo y forma del corte.

Las tijeras rectas se utilizan para cortes pequeños rectos o ligera-mente curvados. Está normalizada en DIN 6438.

Las tijeras para corte continuo se utilizan en cortes de piezaslargas y rectas.

Las tijeras curvadas (para agujeros) tienen una quijada de cortediseñada para el recorte de formas interiores. Ejemplo de de-signación: cizalla DIN 6438-L25O.

Las tijeras para piezas curvadas poseen quijadas de corte estre-chas, para poder recortar cualquier perfil curvo.

En las cizallas vibratorias manuales eléctr¡cas para chapa, lacuchilla superior ¡ealiza el movimiento de corte mientras la inferiorpermanece inmóvil.

En todas las tijeras de mano hay cortes a la derecha y a la iz-quierda, La designación se rige por la posición de la quijada inferioren la dirección de corte. Manejar s¡empre la tilera de manera que elcorte sea visible y el desperdicio quede bajo la cuchilla superior.

crzALLAs

Las cizallas de palanca tienen una cuch¡lla inferior fija y una su-perior móvil. El ladeo de la chapa se evita mediante un pisador regu-lable al espesor de la misma. El filo de la cuchilla de corte superior esalgo curvo longitudinalmente, para que en las correspondientes posi-ciones de cizallado el ángulo de abertura permanezca invariable,

En cizallas pequeñas, la fuerza manual es transmitida a la cuchi-lla mediante una palanca asimétrica de brazos desiguales y una pa-lanca acodada. Durante el proceso de corte varían los brazos de pa-

147Pieza

=*Ángulo de inclinación grande Ángulo de inclinación pequeño

Figura 3-142. Ángulo de inclinación de las cuchillas de lat¡jera.

Brazo de Palanca Brazo de Palanca

mano Pafa

Figura 3-144. Tijera de cort6 continuo (iz.).

Figura 3-145. Tijera para agujeros (der.!.

Figura 3-146. Corte exterio¡ de superficies circulares.A la izquierda: correcto, el corte es visibleA la derecha: incorrecto, el corte no es visible

Figura 3-147. Cizalla eléctrica manual para chapa.Se coloca en el borde de la pieza y se guía a lo largo de lalínea de corte.

Brazo de palanca

Figura 3-

3-143. Tijera derectos de chapa.

palanca con cuchilla debasculante.

l

il

t'

Figura 3-149. Cizalla de palanca con movimiento para-lelo de la cuchilla superior.

. Brazos de palanca ymomentos de giro.

Cuchilla superior


lanca. Las cizallas de palanca con movimiento paralelo de la cuchillasuperior (cizallas paralelas) poseen un engranaje y un segmento den-tado. Los brazos de palanca permanecen en este caso invariables.

Las cizallas de palanca cortan chapas de hasta unos 6 mm de es-pesor. Hay versiones especiales que posibilitan cortar ródondos,cuadrados y perfiles.

Las cizallas de palanca de mesa sirven para cortar bandas largasy estrechas de qhapa fina. Para mantener ¡nvariable el ángulLde ciza-llado en 14",|a cuchilla superior es de forma curvada. Con ello seaplica la misma fuerza en toda la longitud de corte.

Se utilizan cizallas circulares y curvadas para recortar a volun-tad círculos y curvas. En los cortes curvos la chapa debe guiarsemanualmente.

DEFECTOS EN EL TRABAJO DE CIZALLADO

Los cortes presentan demasiadas rebabas: El juego entre los filos esdemasiado grande.

El gasto de energía es muy grande: Las cuchillas se han desafila-do. La pieza debe desplazarse hacia el punto de giro de las mordazasde corte.

Las cuchillas de corte presentan mellas: Solicitaciones excesi-vas de los filos por cortar piezas demasiado gruesas o duras. Alarga-miento del brazo de palanca mediante la inserción de un tubo.

El corte presenta desviaciones respecto de la línea de agrie-tamiento: Guiado inexacto de la cizalla. La grieta no era visibleduranie el corte.

Llevar las chapas de cantos v¡vos s¡empre con guantes.El brazo de palanca de las cizallas debe levantarse y ase-gurarse firmemente después de su utilización. Asegurarfuertemente las chapas por med¡o de un pisador. Noaumentar el momento de giro alargando el brazo de pa-lanca. No sobrecargar la cizalla.

3.4.4 El corte de forma

HERRAMIENTAS DE CORTE

Proceso en la herramienta de corteEn primer lugar, por el contacto con el macho y a causa de la defor-mabilidad en frío del material, la plancha queda algo comprimida. Amedida que avanza el punzón aparece en su contorno una fuerza depenetración que abomba a la chapa, Al penetrar más el punzón, sufuerza de corte supera a la resistencia a la cortadura del-materialy co-mienza la separación de éste con más supelicies de corte limpias,pero antes de terminar del todo el corte, la resistencia a la rotura delespesor de material que queda por cortar es menor que a la corta-

G@Corte parcial o incisión

aPerfora rG

R eco rta r

Figura 3-151. Cizalla de palanca de mesa

Figura 3-152. Cizalla circular.

Figura 3-153. Trabajos con herramientas de corte.


dura y se desgarra, quedando entonces una superficie de separaciónrugosa y con rebaba.

Herramienta de corte sin guía

con la placa de corte.

Herramientas de corte con guías

Herramientas de corte con guía de placa

una placa guía orienta al troquel de forma precisa y tira del material

desoués del corte. La placa guía y la de corte son mantenidas en suposición por medio de pasadores cilíndricos y fijadas a una caja porta-

matriz poi medio de tornillos con suplementos de aprox' 8 mm de es-

pesor (guías laterales)'

Herramienta de corte progresivo (mátriz escalonada)

Precisa de varios troqueles montadÓs en forma secuencial en una

placa. A cada golpe de la prensa se producen en la tira de material

nu"uo, seccionados, hasta terminar la pieza separándola de la tira' El

movimiento de avance de la tira de material entre corte y corte debe

ser constante.El pasador centrador colocado en el troquel asegura la posición

exacta de la forma inter¡or y exter¡or de la pieza. El pasador limitador(tope) fija la magnitud del avance de la tira después.de cada carrera primerde trabajo del troquel, determinando así también el ancho de des-

perdicio de tira entre piezas cortadas.

Herramienta de corte con columnas de guía

En esta herramienta el troquel es guiado, según el tamaño, por dos,tres o cuatro columnas templadas y íectificadas.

Las columnas de guía se alojan en la parte inferior de la prensa

con un ajusté a presión. La parte superior de la herramienta de cortese desliza a lo largo de casquillos templados, guías de bolas o solo en

las perforaciones de la parte superior, finamente mecanizadas.

Matriz de corte completoEsta herramienta multiforme se utiliza para piezas que hayan de tenerunas medidas muy exactas y fabricarse en grandes cantidades. El

troquel principal corta la forma exterior de la pieza y actúa al mismotiempo como placa de corte para la forma interior. Con ello se

asegura lá posición respectiva de la forma exter¡or y la interior. Eltroquel de corte principal para la forma exterior está unido a la parte

inferior de la herramienta de corte por medio de pasadores. La placa

de corte y los punzones nécesarios descansan en la parte superior'Esta disposición asegura que los recortes caigan por el interior delmacho princ¡pal. Este empuja la pieza hacia la placa de corte situadaarriba, de la cual es extraída una vez terminada mediante un extrac-tor. El extractor debe también guiar los punzones hasta que penetrenen el material.

149

Figura 3-154. Trabajos conguía.

Figura 3-155. Cortescon guía de placa.

herram¡entas de corte sin

Punzón

Placa guía

CentradorLim itador

Figura 3-156. Tipo de trabajo realizado con una herra'mienta de corte progresivo.

Pasador de sujeciónColumna de guía

Parte superior

nzón de corteExtractor

Regleta guíaPlaca de corte

Parte inferior

Las matrices de corte completo trabajan con columnas de guía.

Con estas herramientas se evitan las excentricidades que puedenpresentarse en el corte progresivo (escalonado). La posición exactade las perforaciones respecto de la forma exterior depende sólo de la

exactitud de la matriz. Figura 3-157.

-Q+Pieza

Herramienta de corte con guías de columnas.

PunzónPlaca

Punzón

Placa de corte

I

Resortes de Parte superior

a de presión

Placa de corteExtractor dela piezaPunzón de formaPunzón perforador

zón de cortepr¡nc¡pal

Parte inferiorección transversal

Extractor

Figura 3-16O. Herramienta de cuchilla para corte y pelo-ración en una ¡ola (der.|.

Superficie de Cuña de corte

Sentido de trabajo(dirección de corte) rficie de corte

destalonada=ángulo de=ángulo de cuña=ángulo de

figura S-i6r, Acción de arranque áe viruta en la cuñade corte.

Recalcar Arranque Empujar hacia arribaprevio y separacióny corte

Figura 3-162. Formación de viruta con ángulo de ataquepequeño.


Troquel de corte con cuch¡llas

Se utiliza para recortar formas ¡nter¡ores y exteriores en lfnea cerradaen cuero, cartón, plástico, goma y materiales de juntas. Los filos,semejantes a cuchillas, poseen un ángulo de cuña de aprox.2Oo.

Para conseguir bordes de corte rectangulares, los filos de lascuch¡llas son verticales por el interior para las formas exteriores, y porel exterior para las formas ¡nteriores. Con herramientas de corte deeste tipo pueden rcalizü también las formas interiores y exterioresen un solo proceso de trabajo (herramienta comb¡nada). Paraproteger los filos, se colocan debajo del material que se va a cortarbases de madera dura o tela prensada.

3.5 Separación por arranque de v¡ruta a mano

3.5.1 Forma de actuación de la cuña de corte

FORMA DE LA CUÑA Y TRABAJO DE ARRANOUEDE VIRUTA

Para ello, las superficies deben ser lo más planas posible, lafuerza empleada reducida, el tiempo de trabajo corto y el de duraciónde la herramienta (vida útil) lo más largo posible. Para lograr esosobjetivos debe prestarse atención al ángulo del filo de laherra m ienta,

El ángulo de cuña B es el formado por la superficie de ataque(hombro del útil) y la superficie destalonada. Cuanto menor es el ángu-lo de cuña, menor es el gasto de energía (véase la descomposición defuerzas en la cuña). Pero el ángulo de cuña debe estar adaptado almaterial a trabajar. Una cuña estrecha se parte cuando la dureza delmaterial a trabajar es demasiado grande.

Cuanto más duro sea el mater¡al, mayor ha de ser elángulo de cuña.

El ángulo de despullo es el formado por la superficie destalonaday la de corte. De él dependen el rozamiento y el calentamiento delmaterial. Debe escogerse de manera que la herramienla corte consuficiente libertad. Los materiales blandos requieren un gran ángulode despullo, pues producen una gran fricción y calentam¡ento.

El ángulo de ataque, influye en la forma de la viruta. Es el ánguloformado por la superficie de ataque y el plano de referencia de laherramienta (superficie imaginaria perpendicular a la supelicie decort€)..

Angulo de ataque pequeño (7 entre Oo y 8"). El mater¡al esfuertemente recalcado delante de la cara de ataque. En materialesduros se forma delante del corte un arranque prematuro. Lospedacitos de material arrancados se deshacen en virutas fragmen-tadas. La mayor fuerza de corte se presenta justo antes del arranquede los pedacitos de viruta, Debido a ese camb¡o en la fuerza de corte,la herramienta se flexa alternativamente y da como resultado que lasuperficie de trabajo no sea plana. Cuanto más duro sea el material ymás gruesa la viruta, más básta será la superficie de corte.

Figura 3-158,

Cabeza


Angulo de ataque grande. Se produce sólo un pequeñoaplastamiento del material. La viruta no se fragmenta, sino quepermanece unida y plástica. Como la herramienta sólo está sometidaa pequeñas variaciones de carga, la superficie de trabajo resulta lisa.

EFECTO DEL ÁNGULO DE ATAOUEPOSITIVO O NEGATIVO

Si el ángulo formado por la superficie de ataque y la perpendicularqueda fuera de la cuña, se dice que es positivo. El filo de laherramienta realiza una acción cortante. Si dicho ángulo queda

dentro de la herramienta se tiene un ángulo de ataque negativo, Laherramienta trabaja rascando. Al rascar, el arranque de material esreducido.

Los ángulos de despullo y de cuña son s¡empre valorespositivos, El ángulo de ataque puede tener también unángulo de valor negativo.Angulo de despullo * Ángulo de cuña * Ángulo de ataqueCuando l, es posat¡vo: ú+P+Y:9O"Cuando 1, es negat¡vo: a+p-y:tQ"

3.5.2 Gincelado

HERRAMIENTAS DE CINCEI-ADO

Como subgrupo del proceso de fabricación, el arranque de virutacon filos de perfil geométrico determinado, está el cincelado.

Los nombres de las partes del cincel son: cabeza, mango y filo.El cincel debe ser más duro que la pieza a trabajar. Los materialesempleados en la construcción de cinceles son aceros paraherramientas aleados.

El cincel sirve para seccionar y arrancar virutas, Los valores empGricos para el ángulo de cuña del filo del cincel son:aluminio y sus aleaciones blandas B= 3Oo a 4Oo; cobre B= 5Oo a 60";aceros al carbono s¡n templar, fundición gris, acero fundido B = 65oá 7O"; ácero aleado, fundición dura B = 75" a 85".O Cortafríos: el tipo de cincel más corriente. Para labrar superfi-

cies, separar y qu¡tar rebabas.@ Saeta, punzón de mano: para eliminar el material que queda

entre taladros.@ Cincel de contornear: el filo es convexo. Para cortar ranuras

curvas y redondeadas en chapas.@ Cincel agudo: el filo cortante y el mango forman una cruz. Para

abrir ranuras.@ Buril de boca redonda: para hacer ranuras de engrase en

cojinetes.

EL MARTILLO COMO HERRAMIENTA DE PERCUSIóN

Se compone de cabeza (peña y cot¡llo) y mango. La calidad del acerodebe ser como mínimo C45. Para evitar daños en cierto tipo de

151

Figura 3-'163. Acción córtante con ángulo de ataquepos¡tivo.

Ángulo deataque negativo

Figura 3-164. Acción de rascado con ángulo de ataquenegativo.

Figura 3-165. Cincel plano.

Figura 3-166. Distintos tipos de cinceles.

Corte en el tornillode banco

Figura 3-167. Distintos trabajos de cincelado.

toe)

Figura 3-168. Gincelado de bordes.Al final arrancar viruta de fuera hacia adentro.

Mov¡m¡entode corteSude ataque Superf icie

destalonada

Figura 3-169. Formación de viruta en el aserrado.

Figura 3-170. Ángulos del diente de sierra.a:ángulo de despullo = 38o/j:ángulo de cuña = 50'r:ángulo de ataque = 20


piezas, se ut¡lizan martillos de plomo, cobre, goma, plást¡co omadera.

El mango debe ser de madera de fresno de fibras rectas y susastillas. En el martillo macho (martillo de fragua), debe ser de nogalnegro. El peso del mart¡llo debe estar adaptado ala pieza, al material,y a la fuerza de aplicación.

El martillo obtiene la energía necesaria de su masa (m) y de suvelocidad (v), la cual le es proporcionada por la mano o el brazo.Fórmula: Wk m v2. A doble masa doble energía, pero a doblevelocidad la energía se cuadruplica.

TRABAJOS DE CINCEI.ADO

La elección del cincel correcto se hace en función del trabajo a

rcalizat. El golpe que ha de darse sobre el centro de la cabeza, debeseguir la dirección del eje del cincel. La mirada debe seguir elproceso de corte.

Durante el trabajo de cincelado la pieza debe estar fuertementesujeta. Al afilarel cincel debe conservarse el ángulo de cuña correcto(comprobar con calibre de ángulos). Debe ser refrigerado conven¡en-temente para evitar el recocido del filo. Las estrías resultantes delafilado son eliminadas con una pieza de repasar. Con ello se lograuna mejor capac¡dad de corte.

igro de accidente

Debido a la fuerza del martillo se forma en la cabeza delcincel una rebaba que, por la acritud del material, es duray frágil y debe ser rebajada con la muela. -Las virutasdespedidas ponen en peligro al operario y a sus compa-ñeros, por ello, durante el trabajo de cincelado debe

3.5.3 Aserrado

FORM:\CIÓN DE VIRUTA EN EL ASERRADO

En la sierra trabajan var¡as cuñas de corte una tras otra.

Las sierras se emplean para separar, y para mecanizar aberturas yranuras.

La fuerza F de arranque de v¡ruta de la sierra es producida por elmovimiento horizontal de la hoja de sierra como diagonal delparalelogramo de fuerzas, que está compuesto por la fuerza verticalaplicada F., por ejemplo, la manual, y la horizontal de avance oempuje (fuerza de corte F").

Relación entre el paso de los dientes de sierray el materialLos dientes son cuñas de corte pequeñas situadas unas tras otras. Laforma de los dientes y los huecos entre los mismos (entredientes) sedeterminan de acuercdo con el material que deba ser trabajado. Los

os

ies

usarse gafas de protección.- Substituir inmediatamentelos mangos de martillo defectuosos. -Prestar atención a

las normas sobre prevenc¡ón de accidentes.

-l

Se distingue

anchomediofi no


entredientes recogen las virutas durante el aserrado y las guían paraexpulsarlas de la ranura de corte. Por ese mot¡vo, en materialesblandos deben ser mayores. En materiales duros el efecto de corte decada diente es menor, pero es mayor el número de dientes atacandoal mismo tiempo. El número de dientes también se rige por la longitudde corte. Como mínimo dos dientes deben atacar siempre en la pieza.Por ello, p. ej., para tubos debe escogerse un paso de dientes muyfin o. Figura 3-171. Corte sin agarrotamiento mediante

ondulado.

Figura 3-172. Corte sin agarrotam¡ento mediantetr¡scado.

Figura 3-173. Sierra de mano para metales.

Carrera de trabaio Plato cigüeñal

Figura 3-174. Sierra'mecánica de arco.

I

Figura 3-1 75. Hoja deacero deuna sola pieza con d¡entesdestalonados.

materiales blandosmateriales durosmateriales muy duros

Corte de s¡erra s¡n agarrotamientoPor arranque de viruta se calientan el material y la hoja de la sierradebido a la fricción. Este calentamiento puede produc¡r en ambos lasoldadura en frío de pequeños fragmentos de metal en la ranura delcorte (agarrotamiento), provocando el bloqueo de la hoja. Para evitaresto, la ranura debe ser-más anbha que el espesor de la hoja de sierra.Esto se consigue med¡ante el trisCado, ondulado, o vaciado hueco dela hoja de sierra.

En el triscado (fundamentalmente para trabajar materialesblandos) cada uno de Jos dientes, dos a dos sé doblan alterna-da y simétricamente hacia la izquierda y la derecha.

En el ondulado se dobla un mayor número de dientes (aproxima-damente seis o siete) hacia la izquierda y el mismo número hacia laderecha respectivamente. El ondulado es especialmente indicadopara dentado fino.

Gon vaciado hueco o recalcado hojas de sierra más fuertesobtienen filos de diente más anchos, para facilitar el corte sinbloqueo.

ASERRADO MANUAL DE METALES

Se trabaja por empuje, por lo cual los dientes están orientados ensentido contrario al mango y tienen en general triscado ondulado. La

hoia se tensa por medio de una tuerca de mariposa para evitar lavibración.

Para que los dientes de la hoja de sierra no se partan, al comenzara serrar la hoja debe estar ligeramente inclinada respecto del borde.Este debe serrarse con los dientes de pequeño paso del principio dela hoja. De ese modo, la sierra engrana inmediatamente; los bordesde corte son afilados y limpios. La hoja sólo debe cargarse en la

carrera de trabajo.

SIERRAS MECÁNICAS PARA METALES

La sierra mecánica de arco tiene varias aplicaciones. La transmisióndel movimiento a la hoja se realiza mediante excéntrica y biela con locual la.hoja de sierra es conducida a razón de 30 a 150 carrerasdobles por minuto, en una longitud de hasta 650 mm. La sierramecánica de'arco traba ja por tracción. Durante la carrera de ietorno,la hoja es levantada mediante una excéntrica.

La sierra circular está indicada para el trenzado de piezas grue-sas o anchas. Se utilizan discos de acero de una sola pieza o condientes postizos.

APPOLD .8

Número de dientes

18Z./25 mm242/25 mm322/25 mm

{

ó = Espesor de lahoja de sierra

o

ó = Espesor de lahoja de sierra

Pasador de fijación

trabajo Plato cigüeñal

154

Figura3-176. Hoja deacerodeuna solapiezacon dientespost¡zos.

Figura 3-1 77. Hoja de sierra con dientes postizos de ac'tuación diferente.


Los discos de sierra de una sola pieza se utilizan para tronzartubos de acero de poco espesor de pared y metales no férreos. Losdientes van triscados o destalonados.

Los discos de sierra de dientes postizos constan de un cuerpo dehoja de acero para herramientas y segmentos dentados de acerorápido de alto rendimiento. Se utilizan para serrar acero y materialesde fundición. Primero el afilado frontal del diente ejecuta un pequeñoarranque de viruta y a continuación el afilado lateral determina laanchura del corte, arrancando virutas de la derecha y de la izquierda.

El paso de los dientes debe estar adaptado a la longitud del cortey al material, ya que la viruta permanece en los entredientes durantetoda la longitud de aserrado.

Regla nemotécnica: Paso fino de dientes para cortes cortos ymaterlales duros, paso ancho de dientes para cortes largos ymateriales blandos.

El avance es, en la mayoría de los casos, regulable sin escalo-nam¡ento. En sierras grandes el avance se ajusta automáticamente a

la correspondiente fuerza de corte. Como medio de refrigeración ylubricación se utiliza taladrina (mezcla de aceite y agua).

En la sierra de cinta, una banda de sierra sinfin corre sobre dosrodillos (casi siempre el inferior es el de accionamiento). Como lacinta de sierra es estrecha, se pueden ¡ealizar cortes cunr'os.

La tronzadora (máquina de corte rápido) tiene un disco de aceroque alcanza velocidades muy elevadas (velocidad l¡neal de hasta8O m/s) y unas escotaduras muy finas en forma de dientes en laperiferia. El disco de tronzar ejerce una gran fuerza contra la pieza a

cortar. El calor de fricción producido calienta el mater¡al en el puntode corte de manera tan pronunciada, que éste se funde y esexpulsado de la ranura de separación por la fuerza centrífuga.

Prevención de accidentes

Las máquinas de serrar entrañan un gran riesgo de acci-dentes. Las bandas de sierra de cinta deben encerrarse encápsulas y las de sierra circular bajo cub¡ertas. Al serrarde lado a lado pueden produc¡rse heridas con gran fac¡l¡-dad. Las hojas demasiado tensas pueden partirse.Comprobar si la sierra tiene fisuras. Sujetar las piezaspequeñas o guiarlas con un trozo de madera. Noaumentar la fue¡za de corte máó de lo necesario.

3.5.4 Limado

FORMA Y SUBDIVISIóN DE LAS LIMAS

Las,,:,!lr¡as sgnj;ierÍa ;r,de ",pqfá lvirUtá- r . :ri,, ,,ll;",'i,, ,

Las limas se forjan de un trozo de acero apropiado y se recuecen.Posteriormente se rectifican y se enderezan. Una vez tallada o fresadala picadura superiory la inferior, las limas se templan y la espiga se so-mete a un revenido.

Limas talladas y fresadasDurante el limado actúan varios filos de cuña de la lima simul-táneamente. La resistencia al arranque de viruta ejercida por elmaterial debe ser superada por el empuje de la mano. En materiales

t¡

Figura 3-178. Sierra circular.

t = Paso de los dientes/ = Longitud de corte

Movimientocorta nt€

Movimientode avance

Figura 3-179, Movimiento de avance de la sierrac ircular.


duros sólo pueden desprenderse, pues, virutas pequeñas, y grandessi el material es blando. Por ello, las limas de taller para mater¡alesduros tienen una cuña de cone con un ángulo de ataque negativo.Existen limas talladas con un cincel para limas, que realizan unaacción de rascado.

Las limas fresadas para materiales especialmente blandos tienenun ángulo de ataque de 0". Producen un efecto cortante y posibilitanun gran arrastre de material, Sus huecos entre rayados, grandes yredondeados, facilitan la evacuación de la viruta. Las limas fresadasestán'normalizadas en DIN 8349, en limas con dentado t hasta 3.Las limas de dentado 1 para gran arrastre de material, tienen 3,5d¡entes por cada cm de cuerpo de lima, las de dentado 2,4,7dientes/cm y las de dentado 3, 7,1 dientes por cm de longitud, parapequeños arrastres de material.

Tipos de picado de las limas

Para trabajar materiales blandos como plomo, aluminio, estaño, zincy cobre se utilizan limas de picado sencillo. En éstas las virutas no seincrustan fácilmente.

En el picado sencillo en diagonal las virutas son despedidaslateralmente, en el picado sencillo en arco son despedidas haciaambos lados. lnterrupciones en las cuñas de corte (ranuras de roturade las virutas) actúan rompiendo la viruta y facilitan su evacuación'

Las escofinas tienen un picado graneado y según su longitud ynúmero de picado, 7 a 28 estrías por cm2 de supelicie labrada'Encuentran aplicación en madera, cuero y tejido prensado (ilustra-ciones v, pá9. 1 56). Para trabajar materiales más duros, como acero,materiales fundidos, y aleaciones no férreas, se emplean limas depicado en cruz (picado doble). En las hojas de éstas limas el picadosuperior y el inferior están tallados con distintos ángulos y distan-cias entre estrías. En el lugarde cruce del picado inferiorcon el supe'rior, se forman cuñas de corte con ángulo de ataque negativo. Cadacuña produce estrías en el mater¡al, pero al estarordenadas en formacontinua, se evita la pronunciada formación de estrías en la pieza.Normalmente el picado inferior es más grueso que el superior. Laclase y el ángulo del picado se rigen por el tipo de aplicación.

Densidad y valor de picadoEl número de estrfas por cm de longitud de lima en la dirección deleje de ésta se denomina densidad de picado. Están normalizadas li-mas con densidad de picado del 6 al 34, referido a las estrlas superio-res del picado en cruz. A mayor densidad de picado, menor distanciaentre estrías. Una lima estampada de una longitud determinada sefabrica en cuatro densidades de picado diferentes, clasificadas conlos números 1 al 4 (valor de picado).

Ejemplo: Longitud de lima (sin cola) 25O mmValor de picado: 1

Densidad de picado: 8234

13 17 21

Subdivisión y denominaciónSe distinguen las limas de taller, limas para llaves y limas de afilado.Las formas de las secciónes transversales se denominan con lasletras desde la A hasta la H. Mediante marcas se ¡nd¡ca en qué ladosdel cuerpo de la lima están trabaiados los picados. Denominación deuna lima de taller de forma A, de 2OO mm de largo y valor de picado 3:

Lima de taller DIN 7261 - A 2OO - 3

Figura 3-18O. Lima de mano.

Movimiento de corte

Materialacumulado

Cincel de tallarFigura 3-181. Limas talladascon ángulo de ataque n€gativo y acción de rascado.

Superficie de ataque Movimiento de corte7=0 <F

Dientes fresados

Figura 3-182. Picado inferior

155

Mango de la lima (madera)abrir el agujeropefo no quemarlo

Anillo de metal (abrazadera)evita la rotura delmango

EspigaDespués de fabricar t

la lima se reviene la esPiga.En ella se coloca el mango

Cuerpo de la limaExisten diversos tamaños,picados y secciones transversales

Dientes de escofina

de los dientes de la lima.

Cuña de .on" Picado zuperior

Picado inlerior

Picado inferior 7Oo, picado superior 51o

Figura 3-183. Limas con picado cruzado.

8 muescas

LupaLupa Longitud de

lima 250

'Valor de picado 1:---Elll"Valor de picado 2:Densidad de picado 8 -vDensidad de picado 13

Figura 3-184. Densidad de picado y valor de picado.

Z=15o d=35o

Cuña de

rl

V

156Lima plana de

Forma &&punta Lima cuadrada

estría s


Limas especiales son, entre otras, las limás de disco y las limasde vástago iotativas (llamadas también (turboD o limas demovimiento c¡rcular). En las limas de disco la pieza a trabajar espresionada contra la placa rotativa. Las limas de vástago sonaccionadas, directamente o a través de un eje flexible, por un motoreléctrico. Se aplican al trabajo de formas y ranuras de engrase. Laelección válida es: materiales duros: división fina de dientes y bajarrevoluciones. Materiales blandos: división gruesa de dientesvelocidad más elevada.

EL TRABAJO CON LA LIMA

Elección de la lima

De lá correcta adaptación de la lirna a!-trabajo ¡limadorequ€r¡do dependen él t¡empo invertido y el aeabadosupelf¡c¡al de la pieza.

Las limas con una densidad de picado pequeña levantan másmaterial y con ello acortan el tiempo de trabajo, pero producen rayasde limado más pronunciadas. Si la utilidad funcional de la pieza exigeun acabado determinado de la superficie, debe indicarse en losplanos técnicos por medio de símbolos. Según DIN ISO 1302 debeindicarse la rugosidad media,g" en pm (1 pm = 0,0O1 mm) o elnúmero de grado de rugosidad N asignado. Por profundidad de lasasperezas se entiende la distancia entre el punto más alto y el másbajo del pefil de la supeficie (perfil real). Como rugosidad media sedesigna la desviación media del perfil real respecto de un perfilmedio calculado.

Ejemplo: Un acabado superficial p significa que una superf icie limada tieneuna rugosidad media ,9" = 6,3 pm.

Rugosidades medias que pueden obtenerse con el limado, de R"= 12,5p.m a R, = O,2 pm, grado de rugosidad números NlO hasta N 4. Losprincipales trabajos de limado son el limado superficial, el desbaste, elacabado y el acabado fino.

El limado supeficial se realiza para eliminar irregularidades depiezas duras de fundición. Para ello se utilizan preferentemente limasusadas.

Se desbastan piezas cuando el rebajado del material debesuperar los 0,5 mm. Las limas de desbatar tienen una densidad depicado de 6 al 10. Las rayas de limado son palpables y visibles a

simple vista. lndicación en planos ,,C ó "9.El acabado se realiza para un rebaje de mater¡al de 0,5 a 0,2 mm.

Las limas de acabado tienen una densidad de picado del 1O al 34. Lasuperficie de la pieza es alisada. Las rayas del limado son todavíavisibles a simple v¡sta. lndicación superficial en planos 9 o 9.

El acabado fino se realiza para un rebaje de mater¡al de menos deO,2 mm. Se utilizan limas de acabado doble con densidades depicado entre 40 y 70. Las limas de acabado doble no están norma-lizadas. Las rayas del limado ya no se distinguen a simple vista.lndicación superficial en planos 9 o 9.

Cuidado de la limaLas virutas adheridas a las limas de pequeña densidad de picado selimpian con la ayuda de una carda; en limas de alta densidad depicado, por medio de un limpiador de limas (CuZn 58, lOOX- 20X 2,chapa). Frotando la lima con t¡za se reduce la adherencia de lasvr ruta s.

Lima plana paralelaK/ '&

ro,â /LJ_r/ F $/L¡ma tr¡angular'lu

Media caña Redonda Lima - Lima planacuchilla de taller paralela

Figura 3-185. Fo¡mas de las secciones transversales delas limas.

Lima plana de punta, de taller

Ambas superficies anchas tienenpicado cruzado, los costadostienen picado sencillo

Ambas superficies anchas tienenpicado cruzado, el lomono tiene picado

Figura 3-186. Designación de las limas y explicaciones.

i,cado superior

Picado inferior

Picado de escofina

Figura 3-187. Limas con distintos picados.

Figura 3-188. Limas de vástago.

on

as

Figura 3-189. Presentación del valor medio de larugosidad.

Perfil real

Perf ilmedio

Perfil básico

Picado cruzado

Picado con

!@E,ooct))o

Valor medio de la rugosidad en ¡rm


Reglas de trabajoPara proteger las piezas utilizar mordazas de protecciónapropiadas. No tocar las superficies a trabajar, pues lalima engranaría defectuosamente. Engrasar finamente lassuperficies limadas en la dirección del limado.Para controlar mejor el arranque de la víruta, el movimien-to de la lima debe ser cruzado y capa por capa.

SUJECIóN DE LAS PIEZAS

Todas las piezas deben fijarse en lo posible en el centro de las mor-dazas del tornillo de banco. Las superficies ya trabajadas se protegenmediante mordazas de material blando. Pueden fiiarse chapaslargas en eltornillo de banco mediante angulares de sujeción. Las es-pigas pueden limarse fijándolas mediante un tornillo de mano y colo-cándolas sobre una madera para limado. Si lor bordes de la piezadeben ser biselados, se utilizará para su sujeción una mordaza de fija'ción inclinada,

Prevención de accidentesNo debe trabajarse con una lima sin mango. En caso deencotrar res¡stenc¡a, la cola se clava con facilidad en lamano. Al caerse una l¡ma sin mango, puede producirheridas en los p¡es.Comprobar que el mango esté fijado firmemente, quetenga el tamaño adecuado y que no esté roto. Vigilartambién que la iluminación sea correcta y suficiente.

3.5.5 Rasqueteado

RASOUETEADO Y MARMOLEADO

El rasqueteado y el marmoleado conforman la terminación demuchos métodos de fabricación. En los trabajos de limado, cepilladoy fresado, siempre quedan rayas en la superficie trabajada, Si sehacen deslizar entre sí superficies de piezas con rayas, éstas operanuna gran resistencia al deslizamiento y las superficies se desgastanconsiderablemente.

Mediante el rasqueteado se eliminan los rebordes de las rayas.Las porciones de supeficie portante aumentan de esta forma en un8O%. Las superficies rasqueteadas proporcionan un cierre herméticoperfecto.

La rasqueta es una herramienta de arranque de virutaLa rasqueta debe arrancarviruta fina. Para lograrlo, durante el rasque-teado la herramienta se inclina respecto a la pieza. De esta formatrabaja con ángulo de ataque negativo.

Las rasquetas normalizadas en DIN 8350 son la plana (forma A)para el rasqueteado de superficies de piezas planas, la rasqueta trian-gular (forma B) y la rasqueta triangular acanalada (forma C) para:riezas abovedadas. Para estas superficies tamb¡én se aplican otrosipos de rasqueta, como la de cuchara y para el rasqueteado final la

rasqueta bruñidora.En el rasqueteado en desbaste de una superficie plana

Rugosidad me.dia R. en ¡lm 02 04 08 16 32 ó3 12,5

Índice óCrrrdêir{rr{ N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10

Desbaste

Acabado fi

Figura 3-19O. Rugosidad media e índice de rugosidad.

Angulares de sujeción

Madera para limado

Mordaza desujeción inclin

Figura 3-191. Fijación de piezas para limarlas.

lndicación É = Ángulo de la cuña(85" 100")en planos T = Ángulo de ataque (negativo)

Figura 3-192. Ángulo en la rasqueta plana.

J

Mordazas de protección

Rasqueta plana +_c.+€-J].t l<-

s

Rasqueta triangular

Rasqueta tr¡angular acanaladaIq

Figura 3-193. Formas de las rásqueta3

i

158

rasqueteado

Mecanizado previo a lima, cépillo o fresaFigura 3-194. Movimiento de rasqueteado.

Figura 3-195. Mármol para ént¡ntar.

Zonas de contacto Zona baia Zonas deZonas de contacto los bordes

delos bordes

(azul)

(sin t¡nta)

Figura 3-196. Superficie entintada de una pieza,

Zona cónica de entrada

= Ángulo de ataque l0

= Angulo de despullo


mecanizada, deben darse con la rasqueta pasadas largas y con fuerzacreciente, en sentido oblicuo a las rayas, para evitar que laherramienta se enganche. Para evitar la ondulación del material,después de cada pasada debe variarse su orientac¡ón 90o.

Mediante el marmoleado se alisa la planicidad del materialrasqueteado en desbaste. Con un trapo o una badana se apl¡ca almármol una fina capa de tinta china (azul de Berlín) y se frota la piezasin apretar, camb¡ando constantemente de dirección.

En la superficie de la pieza se forma una imagen, en la cual laspartes no tocadas por la tinta por estar huecas (concavidades)permanecen con brillo metálico, las partes en contacto, en cambio,se ponen de color azul claro y las partes de los bordes, debido a latinta arrastrada, azul.

En el rasqueteado de acabado las partes salientes (las menosmarcadas por la tinta) se rebajan con movim¡entos cortos yligeramente arqueados (rasqueteado localizado). Se ha logrado unabuena acción de deslizamiento entre las superlicies de dos piezascuando, después del rasqueteado de acabado, son visibles entre 5 y1O puntos distribuidos regularmente (puntos de contacto) por cm2 desuperficie de la pieza.

En piezas grandes se pasa una regla de filo sobre la misma.

Para el rasqueteado de desbaste no es necesariomarmolear. Rasquetear s¡empre con una herramientaafilada. Al retroceder debe separarse la rasqueta de lagieza. Para ¡ealizar el rasqueteado localizado, lasuperficie de la pieza debe haber sido rasqueteadapreviam¡ente. Utilizar el mármol sólo para el marmo-leado.Aplicar sólo una fina capa de tinta.Después de su utilización. el mármol debe limpiarsecon un trapo de lana limpio y con ace¡te, engrasarse ytaparse.

3.5.6 Escariado

PROCESO DE ESCARIADO

Mediante el escariado se cons¡gue unu nr"n precisión demed¡da, forma y acabado superf¡c¡al de agujeros cilíndri:cos y cón¡gos,

Con los escariadores se realizan taladros con gran precisión demedida y acabado superficial, con lo que se consigue un buenasiento para pasadores cilíndricos y cónicos, y las espigas y pernospueden ajustarse con un juego reducido.

El ángulo de ataque de la cuña es de aproximadamente 0o, demanera que se ejerce una acción de rasqueteado. Como el procesode arranque de viruta se distribuye entre varias cuñas de corte (6 a141, cada filo arranca una viruta muy fina. El orificio se taladra con undiámetro algo menor, de modo que quede el espesor que se va alescariar. Para escariadores no extensibles debe ser como máximo0,3 mm, menos de radio y para escariadores extensibles 0,1 mmmenos de radio.

Las virutas arrancadas se quiebran. En el punto de rotura puedequedar una pequeña concavidad en la pared. Si el escariadortuvierauna disposición simétrica, las virutas se quebrarían siempre en elmismo lugar. Los dientes se engancharían en las concavidades y

Pieza

Figura 3-197. Acción de rasqueteado del esca¡iado¡.

5o

Escariadores manualeslzquierda: No extensible,ranurado recto, corte ha-cia la derecha.Centro: Escar¡ador ranura-do en espiral con ranura-doaizquierdasoadere-chas, ángulo de espiral- 250.Derecha: Escariador cóni-co, escariador de acabadocon cono 1:50.

iral a

izquierdas

sp¡ral aderec h as

Figura 3-198. Escariadores manuales no extensibles'

formarían la llamadas marcas de retemblado que d¡sminuyen la

calidad de la terminacióq super{icial. Los escariadores t¡enen por elloun número par de dientes, pero distribución angular desigual.

ESCARIADORES

En los escariadores de ranurado en esp¡ral, durante el proceso de

corte la fuerza de corte se descompone en dos una hor¡zontal y otravertical. En el caso de que la espiral sea a derechas, actúa la fuerza

vertical del mismo modo que en un sacacorchos y el escariador es

arrastrado hacia el interior del aguiero. En el caso de espiral a

izquierdas, la espiral y la dirección de giro tienen sentidosopuestos. Por ese motivo, dichos escariadores no son arrastradoshacia el interior del agujero.

Los escariadores no extens¡bles se fabrican de una sola pieza

(acero para herramientas o acero rápido). Los manuales tienen en elextremo del vástago cilíndrico un cuadradillo para fijarld al

giramachos.Los escariadores ajustables se ajustan después de cada afilado.

Mediante un perno cónico el cuerpo cortante ranurado puede calarsehasta 1/1 OO del diámetro nominal. En otros escariadores las

cuchillas incorporadas pueden a justarse en cualquier medidaintermed¡a en una superficie, jnclinada, dentro de un campo diame-tral determinado, por eicm'plo, de 60 a 65 mm.

Aplicaciones: Para táladros pasantes o agujeros c¡egos de hasta1 \ d de profundidad (o/ = diámetro del taladro) se emplean esca-riadores de ranurado recto, mientras que para grandes profundi-dades se ufilizan los de ranurado en espiral' En este caso los escaria'dores de espiral a derechas sólo se emplean para agujeros c¡egosprofundos.

3.5.7 Tallado de roscas

FORMA DE LAS ROSCAS

La rosca comparada con un plano inclinadoLa forma básica de toda rosca es una entalladura que sigue elcontorno de un plano inclinado arrollado alrededor de un cilindro.

Ensayo: La espiral de una rogca puede representarse haciendo rodar un pernoroscado sobre un papel y con un papel de calco debalo' Del desarrollo de unarotación resulta un plano inclinado. Su pendiente equivale al paso de la rosca.

Figura 3-199. Número de dientes y su distribución en losescariadores.Para evitar las marcas de retemblado, los escariadores tie-nen un número par de dientes y una distribución angulardesigual.

Figura 3-2OO. Escariador manual extensible'Ltfiiación de las cuchillas se realiza mediante p¡ezas de

sujeción o en ranuras por medio de tuercas. Las cuchillasson desplazables sobre planés oblicuos.

Figura 3-201. Rosca y plano inclinado.

Figura 3-202. Medidas principales de una rosca.Rosca mét¡ica lSO.

Figura 3-203. Sentido de giro de las roscas.

Figura 3-2O4. Número de hilos de las roscas,

¡ Técnica de la fabricación

Medidas principales de una roscaEjemplos para rosca métrica lSO, de acuerdo con DIN 13, dedominación M 12:

Diámetro nominal (mayor básico) de la rosca d = D = 1 2 mm, pasoP ='l ,75 mm, diámetro efectivo (en los f lancos) d2= Q2= 10,86 mm,diámetro del núcleo d¡ = 9,8 mm, diámetro mínimo Dr = 10,1 mm,profundidad de la rosca ht= 1,O7 mm, profundidad de la rosca H=0,95 mm, redondeado R -- O,25 mm, ángulo de flancos 60o.

Sentido de giro (dirección del avance)

Según el sentido de giro ee puede distinguir la rosca a derechas (enel sentido de las agujas del reloj) y la rosca a izquierdas. Las roscas a

izquierdas se des¡gnan con la denominación <LH> (Left hand = iz-quierda) por ejemplo M 20 LH.

Las roscas a izquierdas son necesarias en los casos en que unarosca a derechas se aflojara, p. ej., en los pedales de bicicleta o enhusillos para movimiento longitudinal en un determinado sentido degiro (tensor).

Número de hilosExisten roscas de uno y varios hilos. La rosca tiene tantos hilos comocomienzos de rosca presente. Las roscas más comunes son de unsolo hilo. En las roscas de doble hilo el avance es por ejemplo eldoble del paso de las roscas de un solo hilo, de manera que con unpequeño giro se consigue un gran movimiento axial (prensas de husi-llo, tornillos sin fin). Ejemplo de denominación: Tr 48 X 16 P8.

AplicaciónPara uniones atornilladas se emplean las roscas de fijación, quet¡enen un efecto autóblocante y no pueden aflojarse sin influenciasexteriores. Para transformar un movimiento rotativo en uno lineal seutilizan roscas de movimiento. Estas no cumplen la,función deapriete. Mesas de trabajo y carros de máquinas herrarfien,las sonmovidos mediante husillos con este tipo de roscas. ¡'

PERFILES DE LAS ROSCAS

Rosca métrica ISO DIN 13

Se trata de una.rosca triangular con 60o de ángulo de fiancos. Sedistingue entre roscas regulares (normales) y roscas finas, Lasroscas finas tienen un paso más pequeño. Por ello pueden apretarsecon maé fuerza y ofrecer mayor seguridad contra el autoafloja-miento. Por su pequeña profundidad de rosca, precisan poco espacioy por ello la sección del núcleo se debilita poco. Son recomendablespara el atornillado de,árboles rebajados, ejes huecos y tubos deparedes delgadas.

Las roscas regulares se designan con la letra M y el diámetronom¡nal de la rosca, p. ej., M 10. En las roscas finas se indica ademásel paso, p. ej., ¡{ 10 X 1,5.

Roscas WhitworthTienen un ángulo de flancos de 55o. Vienen construidas de acuerdoal sistema inglés (pulgada) y son necesarias en repuestos y tepara-ciones. Las roscas Wh¡tworth para tubos desempeñan un papelespecial en la instalación de cañerías.

Debe distinguirse entre roscas cillndricas interiores y roscascilíndricas (tilN ISO 2281 o cínicas (DlN 2999) exteriores. El cono es

Figura 3-206.

Rosca de movimiento.

Figura 3-2O5.

Rqsca de fijación.

Figura 3-2O7.gosca métrica ISO'

Campo de diámetrosnominales de 1 a

3OO mm. Designaciónp. ej. M 10.

Figura 3-2O8.Rosca métrica fina lSO.Campo de diámetrosnominales de 1 a

1 OOO mm. Designa-ción p. ej. M 10 X 1.

Rosca a derechas

ColineteVolante de mano

t


Figura 3-209.Rosca Whitworth.

Campo de diámetros nominalesde 1 /4" hasta 6". Designa-ción p. e.i. 1r/2".

Figura 3-210. Rosca para tuboscon conexiones no estanqueizadaspor la rosca (cilíndrica! DIN lSO228Designación abreviada p. ej. G 1.

de 1/1 6. En la construcción de cañerías se emplea'casi exclusi-vamente el roscado según DIN 2999, pues con él se cons¡gue laestanqueidad entre metales. Los tubos se designan de acuerdo consu diámetro nominal (DN), tamaño característico que se tiene encuenta para la conexión de piezas en los sistemas de tuberías. Notienen ninguna unldad en especial, representan aproximadamente eldiámetro interior de las pie2as de la tubela en mm. Estos diámetrosnominales representan la rosca Whitworth para tubos, que en casode ser cónica tiene la designación nRu y nGn en caso de ser cilín-drica. Por otra parte, la medida en pulgadas correspondiente aldiámetro nom¡nal DN se indica sin sfmbolo de pulgada, p. ej.,R1 /2.R1,G1/2,vG1.

Rosca trapecial DIN 103. Debido a la forma trapecial el pie de larosca es más ancho, y ésta admite altas cargas axiales en ambossentidos. Puede rectificarse en los cantos. Aplicación: husillos detorniiios de mesa, husillos de movimiento de mesas, y carros demáquinas herramientas.

Rosca en diente de sierra DIN 513. El flanco de carga es casiperpendicular al eje de la rosca. Por ese motivo la rosca admitegrandes cargas en un sent¡do. Aplicación: prensas de husillo,husillos de aparatos elevadores y máquinas de ensayo de rotura,

Rosca redonda DIN 405. La forma de rosca redonda hace queésta sea prácticamente inmune a la suciedad y a las averías. Aplica-ción: Husillos de acoplamiento y frenos de vagones, husillos paragrandes válvulas y correderas.

TALLADO DE ROSCAS INTERIORES

Se utiliza un juego de machos de roscar (machos para roscado endesbaste, intermedio y en acabado con perfiles de rosca y longitudesde corte diferentes) para el roscado de taladros ciegos y pasantes(profundidad 1 ,5 veces el diámetro de la rosca).

La cantidad de material a arrancar se distribuye entre tres machosde roscar, mediante lo cual se consigue un roscado limpio y no seexige demasiado a cada herramienta, Para ahorrar costos de tiempo yherramientas, para el roscado de taladros pasantes {profundidad pordebajo de 1,5 veces el diámetro de rosca) se utilizan machos pararoscado manual de tuercas (de entrada larga) y machos pararoscado manual con un solo corte. Dándole filos oblicuos en la zonade entrada de los machos de un solo cone, se facilita la salida de laviruta y se reduce el largo de la entrada de la herramienta,

El diámetro del taladro del núcleo debe ser siempre mayor que eldel núcleo de la rosca. Vale como fórmula empfrica: diámetro deltaladro del ntlcleo de la rosca = djámetro exterior de la rosca menos

Figura 3-211. Rosca Whitworthcónica para tubos DIN 2999.

Tamaños nominales de rosca Ede 1/16 hasta 6. Desigriaciónp. ej. R 1.

Figuia 3-212. Rosca trapecial.

Campo de diámetrosnominales de 8 a 3O0 mm.Designación p. ej. Tr 40X 7.

Figura 3-213. Roscaen diente de sierra.

Campo de diámetrosnominales de 22 a3OO mm. Designaciónp.ei.S48X8.

Figura 3-214. Rosca redonda.

Campo de diámetrosnominales de 8 a200 mm. Designaciónp. ei. Rd 40 \, t/t.

11ó

Macho de desbaste éZlí,táT"i?'u¡"t^Figura 3-215. Juego de machos de roscar.

Ángulode entrada

Figura 3-216. Macho para toscado manuai de tnrcas-

162

Figura 3-217. Machocorte.

Corte inicial de descortezado

Entradacorta

para roscado manual de un solo

Mater¡alacumu lado

Figura 3-218. Acumulación de material.

la terraia con mangos

Figura 3-219, Terraja.

Con peines de roscar Con mordazas de corte

Figuta 3-220. Mordazas de rosca¡ (peines).

Ejercicios

SEPARACIÓN POR SECCIONADO

La cuña como f¡lo de herramienta

1. Distinguir entre seccionado y corte por arranque de viruta.2. Nombrar los ángulos y planos de la cuña.3. Describir la acción de seccionado por la cuña de corte.4. En una cuña actúa, en sent¡do vertical, una fuerza F = 20 N.

Calcular, para ángulos de cuña B= 30'y B= 60", las fuerzaslatera I es.

5. lndicar la relación entre ángulo de cuña, gasto de energía yt¡po de material.

Corte con cuña

6. Describir un proceso de cizallado'7. Distinguir entre la resistencia a la cortadura y a la tracción de

un material.


el paso. Los diámetros de brocas para taladrar agujeros de nuéleoestán normalizados en DIN 336.

Razonamiento: Al ir roscando un agujero, las pequeñas. partG

cuias de material arrancado presionan contra los hilos de rosca.

Como además el macho debe expulsar el mater¡al que se va cortando,si el agujero es demas¡ado pequeño se corre el r¡esgo de que seatasque la herramienta y se parta.

Para que el macho de roscar entre bien, los taladros del núcleo seavellanan por ambos lados a 90'. Materiales de lubr¡cación facilitanel corte limpio de los flancos de la rosca y ev¡tan la rotura de hilos derosca. Se utiliza aceite de corte para el acero y la aleaciones de cobre;y petróleo para las aleaciones de aluminio. La fundición gris se roscaen seco.

TALLADO DE ROSCAS EXTERIORES

Las roscas de pernos se tallan con terrajas.El diámetro del perno debe se aprox.1 /5 del paso de rosca menor

que el diámetro de la rosca. Deb¡do a la fricción de agarre durante elroscado, se produce una presión que empuja los fragmentos dematerial contra la ar¡sta de la rosca. Debido a ello, el material seacumula y presenta un diámetro de rosca agrandado.

Ejemplo:Rosca métrica ISO M 12. Diámetro de la rosca d = 12 mm, Paso = P :1,75 mm.Diámetro del perno:d1:d-Pl5:12 0,35 mm:11,65 mm

Reglas de trabajo: fijar firmemente la terraja en su marco y mango;el extremo del perno debe estar biselado a aprox.45o. Colocar laterraja en ángulo recto respecto al eje del perno y roscar con unafuerza leve.

Existen terrajas con mordazas de corte radiales o tangenc¡ales(roscado con peine), que pueden ser reafiladas en el taller. Lasterrajas simples tienen cabezas de intercambio rápido con mordazasde corte fijas. Con ellas pueden roscarse incluso tubos cortos. Lasterrajas de roscado tienen un ajuste grueso o fino, de manera que envarias pasadas pueda realizarse el roscado exacto. Las mordazas decorte intercambiables deben ser elegidas según el número de hilospor pulgada, es dec¡r el paso de rosca.

¿Por qué el juego de filos de las cuchillas de cizalla no debeser demasiado grande?¿Cuándo trabajan las cizallas en corte por tracción?Explicar el ángulo de despullo y la tensión inicial entre lascuchillas de corte.¿Por qué se necesita menor fuerza cuando la pieza seencuentra más introducida, en la tijera de mano?Con un ángulo entre filos elevado, la pieza resbala fuera de laboca de la tijera. Razonar por qué,Mencionar las nociones principales de prevención contraaccidentes en el trabajo de cizallado.

14. Razonar por qué los materiales muy frágiles no pueden serseparados mediante cizallado.

1 5. Explicar la función del pisador en la cizalla de palanca.16. Fundamentar porqué el brazo de palanca de una cizalla no

debe ser prolongado mediante un tubo.

8.

9.10,

11.

12.

13. ,

I


Corte con cizallaDistinguir entre cizallado y perforación.Describir la construcción de una her¡amienta de corte.¿Cómo trabaja una herramienta de corte progresivo?lOué función cumplen el perno centrador y el perno limitadorde las herramientas de corte progresivo?lCómo es la construcción de la herramienta con columnas degufa?Describir el proceso de trabajo de una herramienta de cortecompleto.

163

41. Explicar la diferencia entre densidad de picado, valor depicado y paso de dentado.

42. Diferenciar entre las indicaciones 9vV y ordenarlas deacuerdo al tipo.de trabajo de limado a que correspondan.

43. ¿Parc qué trabajos son apropiadas las limas: a) de picadoarqueado, b) picado simple oblicuo, c) picado con ranuras derotura de viruta?

44. Mencignar seis tipos de lima de acuerdo con la forma de sucorte transvefsal.

45. ZPorquét¡enen el picado superiory el picado inferiorángulosd¡stintos respecto del eje de la lima en el picado cruzado?

46. En el acabado aún se observan rayas. ¿Cómo puede evitarlo?47. Mencionar ejemplos de aplicación del tornillo de mano,

(entenalla) de la mordaza de sujeción lateral y de los ángulosde sujeción durante el limado de piezas.

Rasqueteado48. Comparar la cuña de corte de una rasqueta con la de una lima.49. ¿Oué modificaciones en la superficie de la pieza se cons¡guen

mediante el rasqueteado?

50. ¿Cómo se hacen visibles los puntos salientes de una super-fic ie?

51. Fundamentar por qué la dirección de rasqueteado debe sermodificada constantemente.

52. Describir el proceso de trabajo necesario para conseguir unasuperficie rasqueteada completamente plana.

53. ¿Cómo se reconoce la calidad de una superficie rasqueteada?54. Después del reafilado de una rasqueta se produce un ángulo

de cuña de menos de 90'. ZOué consecuencias puede aca-rrear esto?

55. ¿Oué mantenimiento requiere el mármol?

Escariado

56. idad del escariado.57. ceso de arranque de viruta en el escariado'

58. los distintos tipos de escariadores'

59. distribución angular desigual del dentado de

los escariadores'

Roscado

60. Fundamentar los d¡stintos diámetros del perno y de la roscaen el tallado de una rosca €xterioi.

61. ¿Cuál es la influencia de un diámetro de núcleo de taladro de-masiado pequeño o demasiado grande en la calidad de la

rosca?62. Establecer el plan de trabajo para el tallado de una rosca inte-

rior M 1O.63. Aplicación del juego de machos de roscar.64. Comparar un macho de roscar para acero con uno para alumi-

nio65. Se mecanizan los siguientes materiales: acero;'{gndición gris,

aleaciones de aluminio. lndicar qué tipo de lubribación se re-quiere en cada uno de los casos.

Movimientodeaproximación Herramienta:cepillo o cuchilla

17.18.19.20.

21

22

Separación por arranque de v¡ruta a mano

Fo¡ma de actuac¡ón de la cuña de corte

23. Ordenar en forma relativa: ángulo de ataque, ángulo de

despullo Y ángulo de cuña.24. Resaltar las relaciones entre ángulo de ataque, viruta arranca-

da, viruta plást¡ca, tipo de mater¡al, y calidad de la cuña de

corte.25. Comparar la acción de arranque de viruta con ángulo de

ataque posit¡vo y con ángulo de ataque negativo.

Cincelado26. Ordenar los siguientes trabajos con sus cinceles correspon-

dientes: desbaibado, recorte de partes de chapa, cincelado de

ranuras, separación de chaPas.27. Describir el cincel como herramienta de arranque de viruta'

28. Explicar la relación existente entre profundidad de corte y

ángulo de ataque.29. ¿Cémo se cincelan correctamente los bordes de una pieza?

3O. Comparar los ángulos de cuña adecuados para el trabajo en:

a) acero moldeado, b) cobre.31. ¿bué objeto cumple el repasar con piedra el filo del cincel?

32. Áccidenies durante el cincelado: a) debido a una herramientadefectuosa, b) debido a un trabajo mal ejecutado'

Aserrado

33. Comparar las acciones de separación del cincel con los de laslerra.

34. lnformar sobre la elección de la sierra correcta para el trabajode materiales blandos, duros y muy duros.

35. Fundamentar el corte con sierra sin agarrotamiento.36. ¿Oué fuerzas actúan durante el movimiento de trabaio de la

sierra y cuales durante su retroceso?37. ZCómo se explica la mayor eficiencia de las sierras mebá-

nicas comparadas con las sierras manuales?38. ¿En qué manejo inapropiado pueden romperse los dientes de

una sierra?39. Mencionar los peligros de accidente en las sierras mecánicas.

Limado

40. Distinguir entre la acción de separación de una lima tallada deuna l¡ma fresada.

3.6 Corte por arranque de v¡ruta con máqu¡na

3.6.1 Procesos de arranque de v¡rutaPieza a mecanizar

Figura 3-221. Cepillado y mortajado.

Movimientode corte

ajadora

SUBDIVISIÓru OE LAS MÁOUINAS

, " .)

164

Mov¡miento de corte Pieza a mecanizar


Las máquinas motr¡ces realizan la transformación de la energíade una a otra forma, como por ejemplo, de la energía eléctrica o

térmica a mecánica. Se distingue entre máquinas térmicas, máqui-nas hidráulicas y máquinas eléctricas.

Las máquinas productoras están accionadas por máquinas mo-trices y se utilizan para la fabricación. Otras máquinas realizan el

transporte de las materias primas y elementos de producción. Se di-viden en:

1. Maquinaria generalGrúas, excavadoras, bombas, maquinaria textil, maquinariaagrícola, maquinaria para envasado.Maquinaria de moldeoMoldeadoras, máquinas de fundición.Máquinas-herramienta de deformaciónMartillos de forja, prensas, laminadores.

4. Máquinas-herramienta arranque de v¡ruta y separaciónLimas, cizallas, tornos. taladros, cepillos, mortajadoras, fresa-doras, rectificadoras, sierras, brochadoras, máquinas de elec-troerosión.

Máquinas para ensamblarSoldadoras, roblonadoras.Máquinas para variar las características del mater¡alMáquinas de temple.

PROCESOS DE ARRANOUE DE VIRUTAEN MÁOU INAS-HERRAM IENTA

.. :

La formación de las v¡rutas viene determinad,a por el t¡pode herramienta y por los movimientos de trabajo. .

Los procedimientos usuales de mecanización son cepillado, mor-tajado, torneado, taladrado, fresado y rectificado. Las máquinas-he-rramienta utilizadas dan forma a las piezas con la ayuda de herra-mientas o útiles.

Mediante diferentes movimientos de trabajo la pieza a mecani-zaryla herramienta se llevan la una a la otra de manera que se posi-b¡l¡te la formación de la viruta. Según la norma DIN 6580 se distin-guen los movimientos de corte, avance, posicionamiento y aprox¡-mación.

Por medio del movimiento de corte se consigue el arranque de la'viruta ya sea por giro o traslación de la pieza a mecanizar o de la he-rramienta. En el cepillado y mortajado se mueve de forma rect¡línea laherramienta o la pieza a mecanizar. El arranque de viruta se consiguemediante un movimiento rectilíneo de corte. En el torneado, taladra-do, fresado y rectificado, el movimiento de corte es circular.

Por medio del movimiento de avance se arranca la viruta a lo lar-go de múltiples giros o traslaciones; en el torneado, taladrado y fre-sado se consigue con movimiento de corte circulary continuo, y en elcepillado y mortajado con movimiento de corte rectilíneo y de vaivén.

Por medio del movimiento de posicionamiento se colocan, antesde empezar el mecanizado, la herramienta y la pieza a mecanizar enposición de trabajo, es dec¡r, se aproximan hasta tocarse.

El movimiento de aproximación determina la profundidad decorte de la herramienta y se consigue por aproximación mutua de laherramienta y la pieza a mecanizar.

Movimiento efectivo. En el torneado, taladrado, fresado y rectifi-cado actúan simultáneanrente los movimientos de corte y avance,

Movimientode avance

Herramienta:cuchilla de torno

Figura 3-222. Torneado.

Movimiende avánce

2.

3

Movimientode corte

- Movimientohelicoidal

5

6

I

I

ti

I

Pieza a mecánizar

Figwa 3-223. Taladrado.

Movimiento de cortefresa

am ienta

Pieza a mecanizar

iento de aproximación

Movimiento deaprox¡mac¡ón Mov¡miento de avance

Figwa 3-224. Fresado.

Herramienta: muela

Movim¡ento deav¡nce longitudinal

**Mov¡miento deavance circular

Figura 3-225. Rectificado.


Figura 3-226. Mortajadora horizontal.Movim¡ento de corterectilíneo - herramientaMovimientos auxiliaresrectilíneos - herramienta y pieza

con lo que aparece un movimientodenomina movim¡ento efectivo.

Figura 3-227. Cepilladora.Movimiento de corterectilíneo - piezaMov¡m¡entos auxiliaresrectilíneo - herramienta

compuesto (resultante) que se

Figura 3-228. Torno.Movimiento de cortecircular - piezaMovimientos auxiliaresrectilíneos - herramienta

Figura 3-229. Fresadora.Movimiento de cortecircular - herramientaMovim¡entos auxiliaresrectilíneos -

pieza

165

ESTRUCTURA Y MOVIMIENTOS DE TRABAJODE LAS MÁOUINAS-HERRAMIENTA

2. Sujetar la herramienta y3. Realizar los movimientos de trabajo.

En el bastidor (bancada o armazón) de la máquina están alojadoslos elementos construct¡vos que soportan y mueven la herram¡enta y

la pieza a mecanizar. Según sea laforma detrabajarde la máquina, lapieza a mecanizar o la herramienta realizan movim¡entos rectilíneoso circulares.

Pieza a mecanizar o H erramienta

movim¡ento rect¡líneo

La pieza a mecanizar o

CarrosCorrederasMesasEmpujadores

mov¡miento circular

la herramienta están sujetas a

Husillos de trabajo, comoHusillo del cabezalHusillo de la fresaHusillo portamuela

E3 Bastidorfi-rXl Pieza a mecanizart Herramienta

Movimiento de corteMovimientos de avance,posicionamiento y aproximación(movimientos auxiliares)

HG Engranaje de velocidades principalVG Engranaje de velocidades de avance

Figura 3-230. Rectificadora crlínd¡ica.Movimiento de cortecircular - herramientaMovimientos auxiliarescirculares y rectilíneos - pieza

Figura 3-231. TaladradoraMovimiento de cortecircular - herramientaMovimientos auxiliaresrect¡líneos - henamienta

Ii

- -r'-r+-

166

Y reciben el movimiento por medio

Husillos roscados y tuercasCremalleras y piñonesCigüeñalesAccionamiento hidráulico

Estas piezas de la máquina están soportadas

Guías rectilíneasVías o carriles de deslizamiento


Cojinetes de fricciónRodamientos

EngranajesCorreasVolantes de fricciónCadenas

Superficie de corte

Plano de referencia (efectivo)

Plano del filo (efectivo)

Figura 3-234. Sistema dereferencia efectivo.

Para poder mecan¡zar piezas con diferentes herramientas, losmovimientos de trabajo deben realizarse a velocidades variables.Para poder variar la velocidad de traslación en movimientos rect¡-líneos y la velocidad de giro en movimientos circulares, se montanengranajes de velocidades escalonadas o con regulación continua.Por ello se distingue entre el engranaje de velocidades principal,para variar el movimiento de corte, y el de velocidades de avance,para variar el movimiento de avance.

Movimientoefectivo

la cuchilla (KME)

Figura 3-232. Sistema de referencia.

Hombro

Corte secundario

Filo principalSuperf icie

Superf icie destalonada principal

destalonada secunda Punta redondeadad- de la cuchilla

Figura 3-233, Sistema de referenciarelacionado a la herramienta.

GEOMETRíA DEL CORTE

En la designación de las superficies y ángulos de las he-rramientas de corte de las máquinas-herramienta dearranque de viruta, se han seguido las no¡mas DIN 6580y DIN 6581.

Sistema de referenciaLa cuña de corte de una herramienta se define en un sistema de refe-rencia formado por tres planos.

Sistema de referencia relacionado a la herramienta

Se refiere solamente a la herramienta, de modoque el plano de cortecontiene al movimiento de corte y los otros dos planos son respecti-

Plano de referencia

definición de

Plano de definición de a'laPlano de definrción de

Plano del filo (SE)

Figura 3-235. Designación de las superficies


vamente perpendiculares a é1. Hay que suponer este sistema con laherramienta en posición de trabajo sobre la pieza a mecanizar y sesupone además que la herramienta y la pieza realizan los movimien-tos de avance y corte, apareciendo con la composición de estos dosmovimientos el movimiento efectivo en una posición oblicua.

S¡stoma de referencia efeitivoEn el mecanizado de la pieza el plano de la superficie de corte (su-perficie de la pieza) contiene al movimiento efectivo. Esta superficiese desplaza helicoidalmente en la periferia cilíndrica de la pieza a

mecanizar, por lo que coinciden el avance y el paso de hélice. Por elloel ángulo de despullo a de la herramienta se transforma en el ánguloefectivo de despullo d' de menor magnitud. Con el ángulo de ataqueY sucede lo contrario. La magnitud de estas variaciones depende dela magnitud del avance. En el roscado a torno la variación de los án-gulos es muy grande, ya que el avance coincide con el paso de rosca.

Siempre que los mov¡m¡entos de corte y avance se rea-lizan al mismo tiempo, los ángulos de la herramienta setransforman en ángulos efectivos.

TAMAÑO DE LOS ÁruCUIOSEN LAS CUCHILI.AS DE TORNO

Ángulo de filo p (beta) 6vct'lt ú i-ú^Las cuchillas de corte con ángulo de filo pequeño penetran fácil'mente en el material pero con materiales duros también se rompencon facilidad.

Metales blandos 4F = 40" a 5O", por ejemplo AlMetales tenaces 4É = 55' a 75o, por ejemplo St 44Metales duros y frágiles 40= 75" a 85o, por ejemplo G'CuSn

Ángulo de ataque 7 (gamma) a ''' i'[' ;"'t ,'a

lnfluye en la formación de la viruta y en la fuerza de corte. Su mag-nitud va de *3Oo hasta -5o y depende del material de la pieza a me-canizar y del de la herramienta.

47 grande: buena salida de la viruta, fuerza de corte pequeña

47 pequeño o negativo: fuerza de corte grande, gran res¡stenciala cuchilla

167

Ángulo de ataque y (gamma)

Ángulo del filo p ibeta)

Ángulo de despullo c (alfa)

Fígura 3.237. Angulos de posición y de la punta de lachilla.

Figura 3-238. lnfluencia del ángulo de posición sobre ladirección de las fuerzas de corte y sobre la forma de lasección de la viruta.Ángulos de posición pequeños producen formas favorablesde la sección de la viruta pero esfuerzos radiales altos.

ivo

Ángulo de despullo cReduce la fricción entre

(alfal ¡ilc,lertüala pieza y la herramienta: a= 5o a 12o.

El .{a debe ser tanto mayor cuanto más blando ydúctilsea el ma-terial y cuanto mayores sean el diámetro y el avance.

Cuanto mayor sea 4a más basta será la superficie del corte.

Angulo de la punta e (epsilon)

Cuanto mayor sea e mayor será el calor descargado, ya que tambiénes mayor la cantidad de material de la herramienta fuera de la zona de

Figura 3-236. Designación de los ángulos.

Superficie rugosas = avance

Figura 3-239. Ángulo dea) .{tr negativo (--) la v¡ruta se enrosca hacia la pieza a

mecantzarb) .{tr positivo (*) la viruta se desprende de la pieza a

Ef€ctos

Viruta arrancada

O =19"

Arranque de par-tículas aisladas deviruta del mat€r¡al;no hay viruta con-tinua; superficierugosa de la piezamecan izada.

o

Las partfculas deviruta formadas enla zona de cortese separan en es-camas. En parte sevuelven a soldarformando unavi ruta.

Viruta plásticaó

Deformación delmaterial (flujo) enla zona de corte;no hay separacióviruta continue.

¿: profundidad de corter = redondeamiento de la punta

Avance grande: viruta más gruesa, rendimiento de cortegrande.Redondeo pequeño de la punta: surcos profundos en lasuperficie.Avance pequeño: viruta más delgada, rendimiento de cortepequeño.Redondeo grande de la punta: surcos poco profundos en lasuperficie.Figura 3-240. lmportancia del avance, de la profundidadde corte y del redondeo de la punta.

corte. Esto alarga la vida útil de la herramienta ya que cuanto menorsea la influencia del calorsobre el filo más lentamente se embotará.

Avance pequeño, hasta I mm 4€ = 9OoAvance grande, más de 1 mm 4€ > 90"

Angulo de posición rc (kapa)

lnfluye en la distribución de las fuerzas de corte, en la forma de lav¡ruta y en la vida útil de la herramienta. La magnitud de rc debe fi-jarse entre 30o y 9Oo.

Es conveniente K= 45"

Ángulo de inclinación ), (lambda)

Se favorece el desprendimiento de la viruta y la duración de la herra-mienta cuando el filo está inclinado hacia la pieza a mecan¡zar.

Con grandes cargas, grandes ángulos de inclinación4),=0oa+1Oo

SECCIÓN DE LA VIRUTA

El tamaño de la sección de la viruta en mm2 se calcula a base de laprofundidad de cone a y del avance s, y la forma depende del ángulode posición r. La profundidad de corte depende de la forma y di-mensiones de la pieza a mecanizar.

Avance pequeño: superficie mecanizada limpia, mayor t¡empoprincipal (tiempo del arranque de viruta).

Profundidad de corte a grande: buena descarga de calor en la for-mac¡ón de la viruta. Buena sección de la viruta cuandoa es de 3 a8 veces mayor que s.

FORMACION DE LA VIRUTA

En la formación de la viruta influyen muchos factores.

Q =72o

orAlOoOLcoLl

.9!9oE!

.ü:5!.=.-"oE.ooE

6 0¡cLo cf o-oho.:EIuooqEaEg;o9,ons!óEoEo3€ r-ccos€!:6.i69sEb

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I

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Figura 3-241. Recrecido del filo

1Técnica de la fabricación

La viruta se forma por el arranque con fuerza de partícul.as del mate-rial y su deformación. La formación de la viruta está influenciada por laresistencia y la deformabilidad del material de la pieza a mecanizar,por la magnitud de los ángulos de ataque y de despullo, por la velo-cidad con que se produce el arranque de la viruta (úelocidad decorte), por las características de la superficie a mecanizar, etc. En lasuperficie de contacto entre la v¡ruta y la pieza a mecanizarse produ-cen altas temperaturas, de hasta 700'C, por la deformación del ma-terial. Aproximadamente 'l/5 de esta cantidad de calor es absorbidapor la herramienta, que sufre un desgaste prematuro. Por medio deuna refrigeración y lubricación con emulsiones de agua y aceite sedisminuye la formación de calor y se descarga el existente.

Recrecido del filo de corteEn la mecanización de materiales blandos y tenaces se puede for-mar un recrecido indeseado, el llamado <filo recrecido¡, que produceuna superficie rugosa y agrietada. En fracciones de segundo se fijansobre el filo de la herramienta partículas de material yforman un re-crecido que aumenta la rapidez de la rotura y que, al romperse, dejauna mella en la superficie de la pieza. Se evita este recrecido pormedio de mayor velocidad de corte, pulido de la superficie de ataque(hombro de la cuchilla) y mayor espesor de la viruta.

3.6.2. Torneado

ESTRUCTURA DE LOS TORNOS

Finalidad del elemento constructivo Tipo de construcción y acc¡onam¡ento

169

Bastidor y bancada

Soporte de todas las partes fijas y móviles: cabezal, carro, contra-punto, órganos de tracción, etc. Absorción de todas las fuezas delmecanizado.

Construcción rígida tipo cajón, laterales de la bancada con nerva-duras para evitar deformaciones y vibraciones. Fundición grisespecial o construcc¡ón soldada.

Cabezal

Soporte del husillo de trabajo y del cambio de velocidades prin-cipal.

Caja de engranajes, rígida, exenta de vibraciones, de fundicióngns.

Engranaje de velocidades principal

Transmisión del movimiento de accionamiento hasta el husillo detrabajo. Movimiento de corte del husillo de trabalo con 8,9, 12,16, 18 ó 24 velocidades de giro. Aproximadamente de 20 a 2 000r.p.m., giro a derechas o izquierdas del husillo de trabajo.

Accionamiento por motor y correas trapeciales o por motorembridado.En egenral de engranaje de ruedas corredizas, menos frecuente-mente de regulación continua.Doble embrague de disco múltiples con freno.

Husillo de trabajo

Transmisión del movimiento de corte a la pieza a mecanizar.Absorción total de las fuerzas de mecanizado (fuerzas radial yaxiai).

Eje hueco de acero aleado o de fundición gris; soportado por coji-netes ajustables de fricción o rodamientos.El talón del husillo soporta el plato de garras o el elemento de suje-ción. Alojamiento cónico para el punto.

Eje de transmisión

Conexión y desconexión, giro a derechas o izquierdas del husillode trabajo.

Accionamiento del doble embrague de discos múltiples por mediode palancas.

Engranaje de velocidades del avance

Transmisión del movimiento de corte a los órganos de tracción(husillo de roscar y barra de cilindrar) para conseguir 60 a 80 avan-ces longitudinales, transversales y de roscado.

Accionamiento del husillo de trabajo a través de engranajes heli-coidales y dentados.Engranajes Norton, cónicos o de ruedas corredizas-

170

órganos de tracción

Transmisión del movimiento de giro desde el cambio de veloci-dades del avance hasta la placa de maniobra del carro.Barra de cilindrar para avances longitudinal y transversal.Husillo de roscar para el avance de roscar.


Barra de cilindrar: eje con ranura longitudinal para la rueda des-plazable Z¡Husillo de roscar: husillo roscado con rosca trapec¡al (métrica oinglesa); paso de rosca muy preciso.

Carros de la herram¡enta (carro)

Soporte y movimiento de la herramienta. Constituido por los tres carros y su placa de maniobra

Placa de maniobra

Soporte de los engrana jes. Transformación del movimiento de girode los órganos de tracción en movimiento longitudinal del carroportaherramientas y movimiento transversal del carro transversal.

Transmisión de fuerzas de la barra de cilindrar mediante engra-naje cilíndrico y helicoidal. lnterrupción del accionamiento de losavances long¡tudinal y transversal cuando el tornillo sin fin bascu-lante gira hacia abajo durante elcilindradd. Transmisión de fuerzaspor el husillo de roscar y la tuerca del husillo durante el roscado.

1. Carro de bancada

Soporte de los elementos constructivos del carro. Movimiento lon'gitudinal manual o mecanizado.

En forma de H. Movimiento longitudinal por cremallera, acciona-do a mano con volante o automático por la barra de cilindrar.También por el husillo de roscar y la tuerca del husillo.

2. Carro transversal

Movimiento transversal o plano de la herramienta, manual o me-can izado.

Accionable por manivela o la barra de cilindrar por el husillo deroscar a la izquierda. Longitud del desplazamiento legible en la

escala del tambor.

3. Carro superior

Soporte de la herramienta. Mov¡m¡entos longitudinal y oblicuo a

mano.

Movimiento po manivela. Longitud del desplazamiento leg¡ble enla escala del tambor, Fijación de la oblicuidad por medio de platograduado giratorio incorporado.

Portaherramientas

Soporte de la herramienta por fijación. Portaherramientas para soportar una o varias herram¡entas.

Guías de bancada

Soporte y guía del carro y del contrapunto. De fundibión gris especial por ser parte del bastidor. Superficies dedeslizamiento: fundición dura o templada a la llama, cepillada,rect¡f¡cada y rasqueteada.Formas: guías lisas, prismáticas o de cubierta.

Contrapunto

Contrasoporte de la pieza a mecanizar. Soporte de herramientastales como brocas, escariadores, herramientas de roscado.

Desplazable longitudinalmente sobre su propia guía lisa. Despla-zable transversalmente unos 15 mm.Barrenado cónico en la pínola.

El torno de roscar y cil¡ndrar es una máquina-herram¡en-ta de utilizac¡én múlt¡ple para el método de fabricación(p¡eza a p¡ezan (máquina de múltipfEs usos). Con él sepuede real'zü todo tipo de trabajos de torneado medían-te el empleo de accesorios adicionales. Los numerosostipos de torno especiales son aprop¡ados para la fabr¡-cac¡ón en ser¡e. para el mecan¡zado de piezas muy gran-des o muy pegueñas o para procesos espec¡ales de tra-bajo, como por ejemplo el destalonado de herramientasde fresar (máquinas de uso único).

El accionamiento del movimiento longitudinal o transversal delcarro por medio de la barra de cilindrar se interrumpe cuando se girahacia A la palanca del tornillo sin fin basculante. El tornillo sin fin


Motor deaccionamiento

Transmisiónpor correas

Engranaje de velocidadesde avance

Cremallera

Husilloroscar

Barra decilindrar

Movimientolong¡tudinaldel carro.

ma nual

CabezalEngranaje de velocidades principal

Hus¡llo de traba¡o Contrapunto

Órganos de tracción

Husillo de roscar

Barra de cilindrar

Eje de transmisión

Carro superior

lndicación deoblicuidad

Carro de bancada

Contrapunto Carro de bancada

Figura 3-245. Guías de la bancada.Gufas aparte para el carro de la bancada y para elcontrapu nto.

171

Car¡oCarro de bancadaCarro transversalCarro superiorPortahe rram ¡entas

Placa de maniobra del carro

Gulas debancada

Bastidor y bancada Cubeta de virutas

Avance transversal manual Figwa 3'242' Torno de cilind¡ar y de roscar'

Accionamiento delá tuerca del husillo

Carro transversal

Acc¡onamiento deltornillo sin fin

basculanteAvances I

ze

CremalleraAnillo graduado

(1 graduación = O,O5 mm de aprdximación)

Figwa 3-244. Car¡o de la herramienta.

ornillo sin fin basculanteFigura 3-243. Placa de maniobra y mecanismos de lamtsma.Movim¡ento transversal por medio de la barra de cilindranz r-z 2-lo.r,illo sin f in-rueda hel icoidal-z 3-z¡-zs-h usil lodel avance.Avance longitudinal medio de la barra de cilindrar: z1 az4 como en el caso rior y después z1-zs-cremallera.Movimiento longitudinal por medio del husillo de roscar.La tuerca del husillo acoplada une el husillo de roscarcon elcarro de la herramienta.Movim¡ento longitudinal manual: rueda de maniobra-Z 6-2 1-z s-ctemallera.

desciende y deja de engranar con la rueda helicoidal. El acciona'miento se interrumpe también cuando el carro alcanza un final de ca'rrera. por lo que se para. El tornillo s¡n fin gira aún un poco sobre larueda helico¡dal que está inmóvil, se desplaza así en direcc¡ón axial,separándose del trinquete y cae un poco hacia abajo. De ahí le vieneel nombre de tornillo sin fin basculante.

¡

I

172

Madera

Cáncamodetra nsporte

Barra en el orificiode transporte

Figura 3-246. Suspensión de un torno.Los tacos de madera protegen las palancas contradespedectos.

Figura 3-247. Prano de la fundación.

Figura 3-248. Nivelación de una máquina-herramientacon niveles.


INSTALACIóru Y UIITITENIMIENTO

La empresa fabricante suministra con cada máquina unas ¡nstruc-ciones de servicio que deben guardarse en el despacho del maestrode taller y estar siempre a disposición del operario de la máquina ydel mecánico de mantenimiento. Las ¡nstrucc¡ones de servicio con-tienen las sigu¡entes instrucciones:

Transportea) Proteger la máquina contra golpes y sacudidas.b) Asegurarse de que tenga cáncamos u orificios para la fijación de

los cables.c) Proteger las partes salientes (palancas de accionamiento, husi-

llos) contra desperfectos producidos por los cables o cadenas, in-terponiendo tacos de madera.

d) Comprobar el peso de la máquina respecto a la capacidad decarga de grúas, cables o cadenas.

Montajea) Antes de instalar la máquina ver el plano de cimentación, la fun-

dación y las patas de la máquina.b) La circulación debe estar seca.c) Utilizar elementos de fijación apropiados (tornillos de empotra-

miento o apr¡sionadores). Según sean las condiciones del edifi-cio la máquina deberá montarse sobre marcos de acero, placasamortiguadoras o tacos de caucho-metal antivibratorios.

NivelaciónEmplear niveles correctos.Limpiar las superficies de apoyo de los niveles con disolventes degrasa.Después de apretar los tornillos y de la prueba de funciona-miento, comprobar la nivelación de la máquina.Comprobar todo con el plano de montaje.

Puesta en marchaa) Las conexiones eléctricas deben hacerlas los electricistas.b) Limpiar la máquina a fondo.c) Comprobar si las cajas de engranajes están llenas de aceite y en-

grasar la máquina.d) Asegurarse de conocer el manejo de la máquina.e) Poner la máquina en marcha'sin carga, primero a baja velocidad

aumentándola después poco a poco.

Mantenimientoa) Retirar las virutas diariamente o a cada cambio de material. Lim-

piar la máquina a fondo una vez por semana y comprobarla bien.b) Engrasar puntualmente la máquina de acuerdo con las instruc-

ciones de engrase y vigilar constantemente el nivel de aceite.c) Utilizar únicamente los aceites y grasas indicados en las instruc-

ctones,d) Reajustar los rodamientos y guías en su momento,

a)b)

c)

d)

ReglaGuía del carro

Figura 3-249. Plano de engrase de un torno.


del mango A q cuadrada Zá rectangula¡ @ rcircular

1012 16202532 h 202532 t 050

10 1216 20253210121620253210 1216202537

debe ser consc¡ente del peligro de accidentes que en-ia la máquina.

Figura 3-250. Herramientas de tornoar en posición detrabajo, normalizadas según lSO, formas y dimensionesde los mangos.

Cuchilla deesquinas interiores

ltsotlDIN ¡+971-

Cuch illade interiores

[so I'lorN 4y,3

Cuchilla lateralescalonada

f-rso ól

DIN L98O

Figura 3-251. Cuchilla de tronzar (izda.).Figura 3-252. Cuchillas de formas (de perfiles).

Figura 3-253. Discos de formas (de perfiles).

Figura 3-254. Cuchilla para interiores (izda.).Figura 3-255. Cuchilla para roscado de interiores (cenrro).Figura 3-256. Barra de taladrar (dra.).

.C5u:::

Cuch¡llade tronzarflsoIlDIN ¿.981

Cuchilla Cuchilla con Cuchilla de Cuchilla Cuchilla frontalrecta mango acodado esquina escalonada plana escalonadal-rsoTl nso¡ lrsotl f rso-il f rsotDrN /+971 DtN 4972 olN ¡,978 DtN 497ó DtN 497?

(

HERRAMIENTAS DE TORNEAR

Las herramientas de tornear con placas de corte de metal duroestán normalizadas en DIN 4971 a 4981 y las herramientas con pla.cas de corte de acero rápido en DIN 4951 a 4965.

Las normas fijan:

la forma de la herramienta,las formas y dimensiones de las secciones, así como la longitud de losman9osla distancia acodada de la herramientalas magnitudes de los ángulos de ataque y despullo y la disposiiiónde las placas de corte.

Sobre cada mango se puede montar la placa de corte corres-pondiente al material de la pieza a mecan¡zar. Las formas ISO 1 , 2, 3,5, 6 y 7 (figura 3-250) se fabrican como cuchillas a izquierdas o aderechas.

Ejemplo de la desilnac¡ón de una cuchilla de torno:

Herramienta ISO 2 DIN 4972 L 25 q K 10

_lTipo de herramienta T

L = a izquierdas (R : a derechas)Mango cuadrado, 25 mm de ladoTipo de metal duro

174

Placa de formación de la viruta

Elemento de sujeción

Soporte desulecron

Suplemento de material cerámico de corteFigura 3-258. Dispositivo de sujeción de las placas decort€ revers¡bles sin ángulo de despullo (dispositivo desujeción de las placas reversibles de material cerámico decorte).


p:50"...55'B* 0,5 mmR>t(|-2.t)

Radio de la curva de salida e:!1+!2t 2

Figura 3-257. Placas de corte reversibles de melal duroo de materiel cerámico de corte según DIN 4997.

Las cuchillas de tronzar tienen el filo oblicuo.Las cuchillas de forma (herramientas de perfiles) no deben

cambiar de forma (perfil) con el afilado, por lo que no tienen ángulode ataque. Sólo pueden ser afiladas en la superficie del hombro.

Los discos de forma (discos de perfiles) se util¡zan en la pro-ducción en serie de torneado de perfiles. Se pueden afilar confrecuencia s¡n perder la forma.

Las placas de corte (DlN 771, 4g5O) son de acero de herramien-tas templado (acero rápido) o de metal duro. Están rectificadas por susuperficie de apoyo, van soldadas a mangos normalizados de alta re-sistencia y tienen ángulo de despullo y destalonamiento.

Las placas de cortes reversibles son placas ya-preparadas parasu uso, de metal duro o de cerám¡ca de corte. Se fijan al mango áe laherramienta y cuando se embotan se giran o se les da vuelta d; forma

Ángulo de ataque = 1Oo, positivoNormalizado en ros destaronados para todos ros trabajos de acabadoy d_e_desbaste ligero. Buena formación de viruta con avances de O,Oga 0.25 mm.

Ángulo de ataque = 50, positivoPara trabajos de desbaste de materiales que producen viruta larga yde piezas de fundición de pared dergada. Buena formac¡ón de vñutácon avances de O,25 a 0,6 mm.

Forma

85" 900 550 750 550

A B c D E H K

850

L M 0 P R s TAngulo

de desoulloo o 'la 0 o o :10 0 o

F P

B>t(x2.t)

Figura 3-259. Formas y tamaños de losde virutas.


Ángulo de ataque = 5o, negativo

Particularmente apropiado para materiales que producen viruta corta,así como para el mecanizado con cortes interrumpidos de piezas dematerial que producen viruta larga.

Figura 3-261. Designación de metales duros medianteletras (P, M, K), números (Ol ,1 hasta 50) y colores {azul,amarillo, rojo).

MATERIALES DE CORTE

Para su elección se determinan el material de la pieza a mecani-zar, la velocidad de corte deseada y el acabado de la superficie, asícomo la frecuencia de utilización y el precio.

Figura 3-260. Ángulo entre cantos para losescalones de guía de virutas.

175

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P01 2P01 3P01 4

F Acero y fundición de acero

P'l 0 F+Sch Acero y fundición de acero

P15 Sch+Sp Acero y fundición de acero

P20 ^ Acero. fundición de acero,¡cn ¡ bP fundición maleable

P30 e^ Acero, fundición de acero,vP fundición qrts y maleable

P40P50 Sp Acero. fundición de acero

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M

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LÍ9;E:€sE33€o

M10 SchSch + Sp

Acero, lundición de acero,fundición maleableAcero templado; fundición gris

M15M20

Sch rSo Acero, fundición de acero,fundición gris y fundiciónmaleable

M30 SP Acero alta resistencia al calor,Fundición de acero, fundición gris

M40 Acero dulce para tornos auto-máticos, metales no férreos

oo N

EKoolctqo@'EOoEE3E-eÉ@.:

K01K05

F+Sch Fundición dura, fundición gris,. acero templado, metales no férreos,

materiales no metál¡cos

K10K20

Sch t_ So Fundició_n gr¡s, fund¡c¡ón dura, meta-les no férreos, mater¡ales no metá-

K30 c^ Fundición gris, metales no férreos yoP materiales no metál¡cos

K40 ^ Metales no férreos Y5P no metálicos

Angulo de apertura 0

g = positivo I = negat¡vo qr=oPara acabado ytorneado interio

Para desbaste tara tornead(rxterior

9= O" a lOo

_l

176

Figura 3-262. Fuerzas sobrela cuchilladetorno y sobre lapreza.La herramienta debe sujetarse f¡rmemente y lo más en cortoposible.


Cuando se quiere conseguir un alto rendimiento de corte (canti-dad de viruta por minuto) a velocidades de corte elevadas, la durezadel material delfilo a altas temperaturas es dec¡siva. Se entiende pordureza a altas temperaturas la temperatura admitida por el materialdel filo. Si se sobrepasa esta temperatura, la herramienta pierde sudureza y con ello su capacidad de corte.1. Acero de herramientas no aleado(Acero al carbono)Dureza hasta 25OoC (523' K)Para herramientas poco utilizadas, como cuchillas de forma, para elmecanizado de metales ligeros.2. Acero de herramientas de baja aleaciónDureza hasta 4OO'C (673' K)

Permite mayor velocidad de corte que el acero al carbono.

3. Acero de herramientas de alta aleación(Ace.ro rápido; SS; HSS)Dureza hasta 6OO.C (873' K)

Aleado con tungsteno, molibdeno, vanadio y cobalto; utilizado en

brocas, fresas, escariadores y cuchillas de torno y de cepillo.Se distingue entre aceros rápidos de rendimiento normal, medio

y alto.4. Metales durosDureza hasta 9OO"C (1 1 73" K)Se utilizan para placas de corte y se sueldan a los mangos de acerode las herramientas o se fijan mecánicamente a ellos. Vertabla ad-ju nta.5. Material cerámico de corteDureza hasta 1 3OO"C (1 573" K)

Las plaquitas de óxidos metálicos sinterizados se sujetan al porta-herramientas. Son aún más resistentes al desgaste que los metalesduros, pero muy frágiles. No son apropiadas para corte <discon-ti nuor.6. Diamantes industrialesDureza hasta 9OO.C (1 1 73" K)

Sólo pueden ser utilizados con avances muy bajos (O,O2 a 0,06 mm) yprofundidades de corte muy pequeñas, pero a velocidades de cortemuy altas (superiores a 1 OOO m/min). Se emplean para taladrado ytorneado finos.

Figura 3-263. Sujetar la cuchilla en corto(¡zda.).Figura 3-264. Sujetar la cuchilla firmemente.

SUJECIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE TORNEAR

Durante la formación de lp viruta actúan sobre la cuch¡llay sobre la pieza que se mecan¡za fuerzas cuyas magn¡tu-des y direcciones deben ser conoc¡das y que el disposi-tivo,de sujeeión debe soportal ,con segur¡dad.

Fuerzas en la cuchillaLa fuerza de corte F" se origina por el arranque de viruta. Su magni-tud depende del material de la pieza a mecanizary de los ángulos defilo de la cuchilla. F. actúa a flexión sobre la herramienta.

La fuerza de avance F, actúa en el torneado cilíndrico para-lelamente aleje de la pieza a mecanizar; perpendicularmente a su di-rección aparece la fuerza pasiva Fr.

La fuerza de arranque de la viruta F es la resultante de las fuerzasFr, Fpy Fr. La fuerza F produce una reacción igual y de sentido contra-

l-_

l


rio que debe ser soportada por el elemento de sujeción de la piezaque se mecanrza.

En la sujeción de la herramienta hay que observar por lo tanto la'siguientes reglas fundamentales:

1. Sujetar en corto la cuchillaSi sobresale demasiado de la suPerf¡c¡e de sujeción,forma un brazo de palanca largo, por lo que puede vibrar,flexarse, doblarse o romperse (superficie basta, varia-ción de los ángulos (efectivos) de la herramienta).

2. Sujetar la cuchilla firmementePara que no salte del portaherramientas (peligro de acci-dente) y no sea arrastrada por la pieza giratoria (desper-fecto) la cuchilla debe estar firmemente sujeta.

PortaherramientasAdemás de las garras de sujeción y de los portaherramientas múl'tiples se utilizan para la fabricación económica los portaherramien-tas de cambio rápido. Con ellos se pueden sujetar rápidamente y

colocar en posición de trabaio las herramientas necesarias (cuchi'llas, brocas, escariadores, peines de roscar) para un proceso de fa'bricación.

Fijación de la altura de la cuchillaLa posición en altura de la cuchilla respecto al centro de la pieza a

mecanizar (eje de giro) influye en el ángulo de despullo a y en el deataque 7 y con ello en la formación de la viruta.

Estos dos ángulos varían en bastantes grados cuando la herra-mienta se sujeta por encima o por debajo del eje de giro u obli-cuamente a é1. En trabajos difíciles de deóbaste es conveniente colo-car la cuchilla hasta un 2V" del diámetro de la pieza a desbartar porencima del eje de giro.

En todos los trabajos con cuchillas de forma y trabajos deroscado, torneado cónico y de cortar y tronzar, la cuchilladebe estar siempre exactamente en el centro.

Dism inución

Figura 3-267. Portaherramientas de cambio rápido.

de despullo

Figura 3-268. Cuando la cuchilla de torno para exterioresestá sujeta por debajo del centro {figura de la izquierda), opor encima en el caso de cuchilla para interiores (figura dela derecha! las variaciones de los ángulos en ambos casosson iguales.

Figura 3-265. Taladrado conFigura 3-266. Fijación de lacorte.

broca helicoidal (izda.).altura de la punta alta de

dg ataque dasmrnuyen.de despullo aumentan.

Torneado exterior

del ángulo

APPOLD - 9

178

Aumento del

ataque aumontan.Los ángulos de despullo disminuyen.

7,c = ángulos afilados7',c'= ángulos variados (ángulos efectivos)

Corona dentada

Rueda cónica

Rebaje interior de

Rosca plana(forma espiral)

cuatro lados para llavede cuadradillo, para ajustede las garras Ga¡ras duras

o blandasFigura 3-270. Funcionamiento de un plato universal detres garras (plato con rosca helicoidal)


Figura 3-269. Cuando la cuchilla de torno para exterio-res está sujeta por encima del centro (figura de la izquier-da) o por debajo en el caso de cuchilla para interiores (figu-ra de la derecha| las variaciones de los ángulos en amboscasos son iguales.

SUJECIóN DE LAS PIEZAS

El plato universal de tres garras se utiliza para sujetar piezas re-dondas, lr¡angulares y hexagonales. Las tres garras se sujetan pormedio de sus guías a una rosca plana con forma helicoidal. La caratrasera del disco roscado lleva corona dentada en la que engranantres p¡ñones cónicos con rebaje interior de cuatro lados y situadosa 1200.

El movimiento de aprieto de las garras se cons¡gue girando los pi.ñones cónicos con una llave de cuadradillo. Se pueden apretar haciaadentro (garras de exteriores) y hacia afuera (garras de interiores).Los escalones en las garras amplían las posibilidades de sujec¡ón.Las piezas en forma de barra se introducen en el agujero del husillode trabajo y se sujetan con las garras,

El plato un¡vorsal de cuatro garras se utiliza para la sujeción dep¡ezas cuadradas y octogonales.

Mantener limpias las superficies de apoyo y las roscas delhusillo de trabajo para la colocac¡ón de los platos un¡ver-sales. No dejar nunca la llave puesta en el plato, ni frenaréste con la mano cuando esté q¡rando.

Sujeción entre puntosEn caso de que la pieza tenga que girar con un movimiento perfec-tamente circular, se montará ésta entre el punto del cabezal y elcontrapunto. El plato de arrastre y el perro (o corazón) transmiten elmovimiento de giro a la pieza a tornear, En cada una de las caras fron-

Disminución de los ángulos de despullo

Punto

Figura 3-271. Sújeción entre puntos.

Téc'n,ica de la fabricación

tales de la pieza a tornear (refrentada) se taladra un orificio decentrado con un ángulo cónico de 60o. El ángulo cónico de los cen-tros taladrados debe ser igual al de los puntos de sujeción para que lapresión superficial permanezca baja y no se dañen los puntos desujeción. Los puntos del cabezal y del contrapunto deben estarperfectamente alineados para que la pieza a tornear no resulte có-nica. Los puntos de sujeción (fijos o g¡ratorios) con sus vástagoscónicos (cono Morse o métrico) se introducen en los casquillos cóni-cqs,-del punto de cabezal y contrapunto. Soportan la pieza a tornear yabsorbén parte de las fuerzas del arranque de viruta,

Luneta fijaLas piezas a tornear largas y estrechas se apoyan en la luneta fijb paraevitar su flexión durante el mecanizado. También se emplea la lune-ta fija para el mecanizado de la cara frontal de piezas largas asf comoen el taladrado o roscado con macho de roscar. La luneta se fija a lasguías de la bancada del torno. Las mordazas de apoyo deben colo-carse de modo que la pieza gire con un movimiento perfectamentecircular. Para evitar el agarrotamiento entre la pieza a tornear y lasmordazas de apoyo van éstas recubiertas con una capa de acero tem-plado o con placas de una aleación de cobre y estaño (bronce), metalduro o plástico. Frecuentemente se colocan también rodillos deacero.

Luneta móvilDebido a que en el mecanizado de piezas largas y delgadas la cu-chilla tiene que correr a lo largo de toda su longitud, la luneta debemoverse también. La luneta móvil está abierta por su parte delanteray llevaSólo dos mordazas de apoyo que evitan que la pieza a mecani-zar se separe de la cuchilla. Se atorn¡lla la luneta al carro de ban-cada, en posición posterior a la pasada de la herramienta y con lasmordazas sobre una parte ya mecanizada de la pieza. En trabajos deacabado de una pieza que está ya casi a su medida exacta la lunetatambién puede ir por delante de la herramienta.

Mandriles o núcleos de fijaciónSe emplean cuando el taladro y la superficie periférica de la piezade!en estar exactamente centrados.

Mandril fijo. Su diámetro coincide con el del taladro. El mandrilestá templado y rectificado con una ligera inclinación cónica de1:400. Con ello se consiguen grandes esfuerzos de sujeción. Unextremo del mandril tiene una superficie de arrastre. Las caras fronta-les están centradas para la sujeción entre puntos. Los mandriles seencajan con una prensa para mandriles o golpeándolos interponien-do un elemento blando (madera).

Mandril de expansión. Sobie un mandril cónico de torneado sernonta con una tuerca anular(de rosca fina) un casquillo exteriormen-te cilíndrico e interiormente cón¡co y ranurado-por ambos lados contres hendiduras. De esta forma se expande el casquillo y se aprietadesde dentro contra el taladro de la pieza a tornear. El mandril de ex-pansión se monta entre los puntos del torno.

Mandriles de pinzas

Se utilizan para sujetar con rapidez, exactitud y seguridad piezas ci-líndricas cortas y de pequeño diámetro.

Los mandriles'de pinzas tienen en la parte delantera un conoexterior y están provistos de ranuras situadas a 12Oo. El cono exte-rior se aprieta contra el cono interior del husillo de trabajo por medio

Rodamiento de rodillos conanillo interior cónico

Figwa 3-272. Punto de sujeción girator¡o.Se utiliza para velocidades de giro altas y piezas pesadas.

Figura 3-273. Taladros deBroca de centrado,

no plana

contrado según DIN 332.

Flgwa 3-274. Luneta fija.

Placa de

Figura 3-275. Luneta móü|.

de bancada

180

Figura 3-278.Plato de sujeción.Pieza sujetacon garras.

Superficie de arrastre

Figura 3-279. Plato de sujeción.Pieza sujeta sobre un angular yequilibrada con contrapesos.


a mecantzal

Tuerca de apriete

Mandril de torneado

illo de sujeción

Figwa 3-277. Mandriles de pinzas.

de una tuerca de racor o mediante una llave de pinzas introducida porel hueco del husillo de trabajo.

Con el fin de mantener la exactitud de giro de las pinzas, sólopueden utilizarse para sujetar piezas cilíndricas, de superficie sin re-babas y con diámetros dentro del campo nom¡nal.

Plato de cuatro garrasSe utiliza para sujetar piezas de gran d¡ámetro o de forma as¡métr¡ca,El ajuste de cada una de las cuatro garras es independiente. Se lespuede ¡nvertir la posición por lo que pueden emplearse tanto comogarras de interiores como de exteriores.

Primero se sujeta la pieza a ojo y después se centra con un gra.mí1, o con un comparador si así lo ex¡ge la precisión del mecanizado.

Como el plato lleva diversas ranuras dispuestas en sentido radial,las piezas fUeden sujetarse asimismo con tornillos y elementos auxi-liares o sobre un angular de sujeción, un soporte de silla por ejemplo.El equilibrio se consigue con contrapesos.

VELOCIDAD DE CORTE Y NÚMERO DE REVOLUCIONES

Velocidad de corte en el torneado

La unidad de medida es m/min. En trabajos aislados el tornero ex-perimentado estima la velocidad. En fabricacionés en serie, la velo-cidad de corte más conveniente (óptima) viene ya fijada en la hoja deorden de trabajo.

La magnitud de la velocidad de corte se rige por:1. El material de la pieza a mecanizar.2. El mater¡al de la herramienta (acero rápido, metal duro). .

3. La magnitud del avance (estado de la superficie, desbasté, aca-bado).4. Duración de la herramienta.

Para la fijación exacta de la velocidad de corte hay que tener encuenta además del ángulo de posición. el tipo de lubrificación y refri-geración, así como la exact¡tud de la máquina.

Velocidad de corte altaVentajas: tiempo de producción corto; menos costelnconvenientes: la herramienta se embota rápidamente y tiene que

ser afilada con frecuencia; pérdida de tiempo-y dematerial caro, por ejemplo metal duro, y costos demano de obra.

l

I

I

ii

Figura 3-276. Mandril de expansión.

Material

-

Mater¡alde corte

-

Sr 33 44 Sr60 St 85Aceroaleado850 1 000N/mm2

Acero deherra m

bb-zuGG-30

GTSGTW

Cobre CuZn G-CuSn Aluminiopuro

SS PO1 SS P10 SS P1O SS M2O SS MzO SS M1O SS K10 SS K2O SS K2O SS K20 SS K2O

EEcoooc@

01

o

9Eooco

60240480

315280250

280236212

212't70150

190150't32

635045

150106

90

150106

90

1120500335

1320600400

630355265

400 2360224 1320170 1000

o260

240480

60 28043 23636 212

40 25038 20024 180

25 18018 14015 125

24 15017 118't4 106

9506,3 405,3 36

32 12522 9019 15

43 12530 9025 75

63 100053 45048 300

125 118095 53080 355

63 50048 28040 212

300 2000170 1120125 850

60 45 250 53 300 34 180 85 7'tO

08

o!tcIoao

60240480

34 21224 17020 150

22 18016 14013 't25

14 11210 908,5 80

12 958,5 157,'t 67

3427

24

13 909.5 63853

34 9014 6312 53

34 75028 33525 224

56 90043 40036 265

43 35532 20027 150

118 150067 85050 630

1660

240480

25 't25

18 10014 90

17 9012 71

10 63

11 531,5 436,3 38

856

5

161311

9,5 756,7 535,6 45

13 759,5 53

19 45

25 67021 300I 200

36 80027 35522 236

36 31527 18022 132

75 125043 71032 530

Figura 3-280. Valores de la velocidad de corte en el torneado en m/m¡n (según AWF 58) con K= 45".

181

400

100

1ó0

1t*0

120

100

90

80

70

ó0

50

t*0

l0

20

18

1ó-

1ii

12

10

9

8-

1.

ó.

3

.gE

EcooÉoo

.ott!opoIo

50 ó0 70 80 90 100 150 200l0 r,0

Diámetro en mm --------lb

Figura 3-281.Refrentado transversal.

Figura 3-283.Cilindrado longitudinal.

Figura 3-285. Perfiladomediante giro de manivela.

Figura 3-282.Rsftentado longitudinal.

Figura 3-284.Cilindrado transvorsal.

Figura 3-286. Perfiladocon herramienta de perfiles.


Velocidad de corte bajaVentajas: larga duración de la herramienta.lnconvenientes: mayoe t¡empo de producción de la pieza.

El correcto valor medio entre un tiempo de producción de la pie-za lo más corto posible y una duración satisfactor¡a de la herramien-ta, se ha obtenido en múltiples ocasiones y recop¡lado en tablas.

Número de revolucionesUna vez que se ha seleccionado la velocidad de corte hay que fijar lavelocidad de giro correcta de la pieza a mecanizar en el cambio develocidades principal. Se da en r,p.m. (revoluciones por minuto). Elnúmero de revoluciones depende de la magnitud del diámetro de lapieza a mecanizary de la velocidad de corte seleccionada. Se puedecalcular a partir de estos dos datos o determinar con un ábaco.

A velocidad de corte constante:

diámetro grande, número pequeño de revoluniones por m¡nutodiámetro pequeño, número grande de revoluciones por minuto

TRABAJOS DE TORNEADO

Los trabajos más ¡mportantes de torneado con arranquede viiuta son el refrentado, cilindrado, perfilado y tornea-do de roscas. En el arranque de virutase distingue entredesbaste y acabado.

Desbaste. Arranque de viruta con las condiciones de corte con-venientes (velocidad y ángulos de corte y sección de la viruta) para

obtener el máximo rendimiento de corte, sin tener en consideraciónla exactitud de medidas y forma de la pieza mecanizada'

Acabado. Arranque de viruta con la f¡nal¡dad de obtener una de-terminada exactitud de medidas y forma de la pieza mecanizada, sintener en consideración el rendimiento de corte.

Refrentado es el torneado para la obtención de una superficieplana perpendicular al eje de giro de la pieza trabajada.

En el refrentado transversal se realiza el avance perpendicu-larmente el eje de giro de la pieza (figura 3-281). En el refrentadolongitudinal se realiza el avance paralelamente al eje de giro de lapieza (figura 3-282l..

En el acabado y para pequeños diámetros de la pieza a meca-niza¡, la herramienta avanza de dentro a afuera. En el desbaste y paragrandes diámetros es mejor avanzar de fuera a adentro. Si la cuchillano está exactamente en altura del cambio de la pieza, queda unapunta de material. El tronzado transversal es el refrentado transver'sal con la finalidad de separar la pieza trabaiada.

Gilindrado es el torneado para la obtención de una superficiecilíndrica circular.

En elcilindrado longitudinal se realiza el avance paralelamente al

eje de giro de la pieza (figura 3-283) y en el cilindrado transversalperpendicularmente al eje de giro de la pieza (figura 3-284).

Pe¡filado es el torneado en el que se consigue el perfil de la piezapor medio del control manual del movimiento de avance (giro demanivela), con plantilla (pieza patrón) o con programa (figura 3-285).

En el perfilado con cuchilla de perfil (figurd 3-286) se reproduceen la pieza trabajada 'el perfil de la herramienta.


Roscado es obtener con una herramienta de perfiles una super-ficie roscada, siendo el avance por cada reVolución igual al paso de larosca.

Torneado de roscas es el roscado con avance paralelo al eje degiro de la pieza trabajada utilizando una herramienta de roscar para laobtención de una rosca (figura 3-297l..

To¡neado con peine de roscar es el roscado con avance paraleloal eje de giro de la pieza trabajada con un peine para la obtención deuna rosca,

Terrajado es el roscado con avance paralelo al eje de giro de lapieza trabajada, utilizando una terraja o un cabezal de roscar para laobtención de una rosca.

Moleteado. Las superficies para manipular tornillos y tuercas nodeben ser escurridizas. Las herramientas de moletear deben, ya en laprimera vuelta de la pieza a mecanizar, estar sometidas a fuertepresión para que los dientes de la herramienta queden marcados enuna sola vuelta de la pieza y formen las entalladuras.

RAA moleteado con entalladuras paralelas al eje; RBL moleteadoa izquierdas; RBR moleteado a derechas; RG moleteado a izquierdasy derechas; RK moleteado cruzado.

EJEMPLO DE TRABAJO

Ejercicio:

Exact¡tud de formasLa desviación permisible de la forma geométrica del cilindro (falta deredondez, sinuosidades de las generatrices del cilindro) debe estardentro de las tolerancias de medida, caso de no exigirse en el planouna mayor exactitud de formas. El estado de la máquina-herramientainfluye esencialmente en la exactitud de formas.

La redondez del cilindro depende de la sujeción del husillo detrabajo del torno. En el torneado entre puntos es también importanteel guiado por el contrapunto de la pieza.

1.

2

El rodamiento del husillo de trabajo no debe estardefectuoso, y en caso necesario hay que reajustarlo.La pieza tiene que ser redonda y estar perfectamentecentrada. Los puntos han de tener la superficie lisa.

La rectitud del cilindro depende de la exactitud de las guías delcarto.

1, Las guías de la bancada no deben estar desgastadas atramos.

2. El reajuste de las guías del carro debe ser real¡zado atiempo.

Figura 3-287. Tallado de roscas al torno,

183

RAA R BL RBR RG RK

Figura 3-288. Fornías de moleteado.

Figura 3-289. Herramienta de moletear en posición detrabajo.

1,6t l0.t,t\V \V/Juego máximo,Ss =E [0Juego mínimo:S*=10 ¡1¡

ffiffiNffiffi

Exactitudde medidas

Figura 3-29O. Relación entreexactitud de forma y rugosidadpieza mecanizada al torno.

exactitud de mcdkL¡,de la supe.rñcie cn rrne

Aspecto de la superficie

184

Figura 3-291. Dependencia de la profundidad de las ru'gosidades de la velocidad de corte v, del avance s y de la¡edondez de la punta r.

Figura 3-292. En esta posición la fuerza de prueba pro'duce un esfuerzo flector mucho mayor sobre el calibre deherradura, por lo que puede doblarse.

Marcas de tolerancias -1O. -29


Rugosidad de la superficieVer tamb¡én capftulo 5.3. <Superficies técnicas>. La rugosidad de lasuperficie debe alcanzar solamente una fracción de la tolerancia demedida admisible. Está indicada en el plano (figura 3-290) con un valormedio aritmético de R.= O,4 ¡r,m en las superficies de ajuste y de R,=1,6 ¡lm en las demas superficies.

La tabla adjunta indica las profundidades de la rugosidad quepueden alcanzarse aproximadamente dependiendo de la velocidadde corte, del avance y de la redondez de la punta, utilizando un tornoy herramientas comunes.

La tabla muestra el valor medio de la profundidad de la rugosidadr9r. La relación entre R, y R" es aproximadamente 1O:1. Paraconseguir la profundidad de rugosidad R.= 1,6 se debería trabajarcon valores de la línea 3 o 6 de la columna Tipo n.o. Para superficiesde ajuste con r9" = 0,4 podrfan utilizarse los valores de las lfneas 5 o9. Hay que observar sin embargo que estos valores no siempreconducen a los mismos resultados, ya que la profundidad de cortedepende además del estado de la máquina, de la refrigeración ylibricación, de la formación de la viruta. €tc.

1. Utilizar únicamente herramientas correctamente af¡-ladas.

2. La pieza a mecan¡zar y la herramienta no deben vibrara altas velocidades de corte. Cuando lo hacen las

causas pueden ser coj¡netes del husillo de trabajos defec-- ,tgosos, una herram¡enta ¡ncorrectamente su¡eta o las

vibraciones prop¡as de la máquina.3. Una buena refrigeración y lubr¡cación de la zona de

corte me¡oran la superficie obtenida.

Exactitud de medidas

Sólo cuando se observan las tolerancias prescritas se ajustan fun-cionalmen'te ambas piezas. Durante el proceso de torneado eltornero debe observar siempre la variación de medida de la piezamecanizada. En el desbaste está dada por el avance de la herra-mienta y se lee en el tambor de medida del husillo de despla-zamiento transversal (medida del radio). Se prueba con el calibre si lamedida real está dentro de las medidas límite o de la tolerancia.

GalibresCalibre de tolerancias 60 g 6; calibre macho de tolerancias 60 H 7.Los lados <pasar del calibre deben poder pasar sobre la pieza meca-nizada. Los lados (no pasa), tan solo deben apuntar.

L Las superficies de la pieza mecan¡zada y las demed¡da deben estar l¡mp¡as de virutas.

2. No deben apretarse con fuerza los calibres sobre lap¡eza. Un apriete exces¡vo deforma el calibre y lasuperf¡c¡€ de la pieza.

Medición con med¡dor de palanca de contacto (palpador)

Cuando no se disponga de los calibres apropiados se pueden probarlos pernos con un calibre de herradura con indicador. Este aparato sepuede ajustar a la medida nominal con galgas paralelas, discos demedición o calibres machos; las marcas de las tolerancias se colocan

Herradura

dor de precisión

_,Tornillo sin fin

Husillo de mediciónregulable

Yunquemóvil

Galga paralela

Figura 3-293. Ajuste de un medidor de palanca decontacto con galgas paralelas.

Fuerza de medición o de comprobación,por ejemplo aquí es F6 = 25 FM


Soporte de galgas congalga paralela de 60 mm

lndicador de precisión

Marcas de tolerancia

Figura 3-294. A¡uste de un medidor de interiores con gaFgai paralelas en un soporte para galgas (marcas de tole-rancia de la figura: t0 Y +30).

en -10 y -29.Para el taladro puede utilizarse un medidor de inte-

r¡ores con indicador. Las marcas de la tolerancia se colocan en O y*30.

1. Proceder escrupulosamente al posicionar los apara'tos de med¡da y al hacer las mediciones.

2. Observar todas las posibles causas de error, comotemperatura, paralaje, Íuerza de medición, ilumina-c¡ón, etc.

1. Girando el carro suPeraor(corredera de la herramienta)

Para conos cortos con ángulo cónico entre Oo y 1 80"'Trabajos prgparativos. Girar el carro portaherramientas forman-

do un ángulo iguát a la m¡tad del ángulo del cono indicado en el plano

Husillo Carro transversal

Rodarn husillo

Figura 3-295. Medición con el medidor de inter¡oresa) Determinar la medida mayor (glD transversal al eie.b) Determinar la medida menor ((kD a lo largo del eje.

185

Figura 3-296. Torneado cónico modificando la posicióndel carro superior (de la herramienta).

Figura 3-297. Torneado cónico con dispositivo de tor-neado cónico.El soporte de suleción tiene que suietar al carro y a la regla'mieniras que el carro de bancada con el pie y el patín realizael movimiento de avance.

TORNEADO CONICO

Apoyo del husillo

Soporte desujeción (fijo)

_ Pqso de rosca de la pieza _ Zt .Zz

Paso de rosca del husillo de roscar Zz .Zc

Figura 3-299. Funcionamiento conjunto de las distintaspartes dgl torno en el roscado.

Ab¡erto Cerrado

Figura 3-3O0. Funcionamiento de la tuerca del husillo.


o calculado a base de valores dados. Comprobar con comparador,pieza, modelo, calibre, macho de conos o galgas angulares.

Torneado. Girando a mano la manivela se da el avance a laherramienta. El giro irregular de la manivela produce una superficierugosa u ondulada, por lo tanto sostener la manivela con ambasmanos, una sobre otra. Longitud máxima del cono = carrera máximadel carro, Los conos largos se pueden componer a part¡r de variassecciones de cono, caso de que los escalones que aparecen en lasuperficie del cono no afecten a la utilización del mismo o elimi-nándolos por ulterior mecanizado, por ejemplo rect¡ficándolos.

2. Ut¡l¡zando un d¡spositivo de torneado cónicoPara conos largos con ángulo cónico de hasta 2Oo.

Trabajos preparativos. Fijar la regla de guía formando un ánguloigual a la mitad del ángulo del cono. Mover el carro de bancada pordebajo de la pieza y fijar firmemente el dispositivo de sujeción.

Torneado, El carro de bancada recibe el mov¡miento de avancelongitudinal de la barra de cilindrar. Con ello el patín sigue la reglainclinada y desplaza al carro transversal. Se aproxima la cuchillagirando la manivela del husillo del carro transversal. Longitud máxi-ma del cono = longitud de la regla. La composición del cono a partirde secciones de cono es posible como en 1.

3. Descentrando el contrapuntoPara cónos largos y estrechos.

Trabajos preparativos. Se desplaza lateralmente la partesuperior del contrapunto en la medida s. Medir la magnitud deldesplazamiento con comparador o medidor de profundidades o leerlas divisiones del nonio en el contrapunto.

Torneado. El carro de bancada recibe el movimiento de avenceuniformemente de la barra 6¿ cilindrar.

TORNEADO DE ROSCAS

La relación entre las velocidades de giro del husillo de trabajo ydel husillo de roscar, necesaria para un determinado paso de rosca,se consigue intercalando ruedas dentadas.

Engranaje de velocidades del avance. Para un determilado pasode rosca se puede seguir una instrucc¡ón de manejo para obtener lasposiciones requeridas de las palancas de acoplamiento.

Ruedas de cambio. En máquinas viejas se monta por separado unjuego de ruedas de cambio con números de dientes previamentecalculados para realizar el accionamiento apropiado del husillo derosca r,

Preparación de la pieza a roscar. Antes del mecanizado de larosca exterior hay que tornear el bulón al diámetro exterior requeridoy para el roscado interior del taladro, al diámetro del nrlcleo.

Preparación y ajuste de la her¡amienta de roscar, Su perfil decorte debe co¡ncid¡r con el perfil normalizado de la rosca a tornear(triangular, trapecial, redondo). La cuchilla debe afilarse con una

Figura 3-298. Torneado cónico desplazando elcontrapunto.

21,Z2,21,yZa = Ruedas de cambio Tuerca del husillo(acoplam¡ento)

Mecanismo de Hus¡llo de trabaio P:

torneado

lI

i

'1


plantilla de afilar y repasarse después con la piedra de aceite. Parano desfigurar su perfil no puede darse a la henamienta ningún ángulode ataque y debe montarse exactamente en el centro y mantenerseperpendicülar al eje de la pieza a tornear.

Tallado de la rosca. La medida real del perfil de la rosca seconsigue después de 8 a 1 2 pasadas. El primer corte sólo alcanza unapequeña profundidad (ajuste con la escala graduada). Después delpr¡mer corte se comprueba el paso de Josca. A cada pasada siguien-te la herramienta t¡ene que llegar de nuevo hasta la posición inicial.a) Si el paso de rosca del husillo de roscar es múltiplo perfecto del paso de

rosca de la pieza mecanizada, se puede desconectar el embrague yconducir el carro a su posición de origen por medio de la manivela.

b) Si los pasos de rosca de la pieza a mecanizary del husillo de roscarson delmismo sistema de medidas (inglés o métrico) y si el segundo es múltiploperfecto del primero, se puede proceder como en el caso antetior, con lasola diferencia de que la tuerca del husillo debe acoplarse siempre denuevo en la misma posición inicial.

c) Si los dos pasos de rosca no son del mismo sistema de medidas, la tuercadel husillo debe permanecer acoplada y el carro ser llevado de nuevo a laposición de origen del roscado haciendo funcionar la máquina marchaatrás. Si se desacoplara no se podría determinar de nuevo la posiciónexacta de encaje. Las máquinas modernas t¡enen una velocidad rápidapara la marcha atrás.Antes de cada pasada se aproxima la herramienta a la pieza a

roscar; en el roscado a derechas se descentra un poco a la izquierda yen el roscado a izquierdas a la derecha para que sólo corte un filo dela cuchilla. La última viruta fina se corta con ambos filos a la vez. Paraobtener una rosca limpia se debe refrigerar y lubricar abundante-mente la zona de corte.

EJEMPLO DE TRABAJO

Rectificado Rectif icado

187

Figura 3-301. Formas de las cuchillas de roscara) triangular, b) trapecial, c) en diente de sierra, d) redonda.

roscar exter¡ores

Figura 3-3O2. Ajuste de la cuchilla de roscar para talla-dos exter¡ores e interiores con la plantilla de afilar. La pun-ta de la cuchilla debe quedar perfectamente perpendicu-lar al eje de la pieza.

Pla ntillade aiuste

Cuchilla deroscar interiores

Última pasada2." y sucesivaspasadas

Figura 3-303. Aproximación de la cuchilla de roscar en eltallado de una rosca a derechas.

Rectif icado

1." pasada

DrN 509


Desarrollo del trabajo

Serrar 2¡l{l mm do longitud de redondode acero, do O 50, de materiil 41 Cr4.V.

D€ acuerdo con la sierraempleada

Sujetar lá p¡eza en un plato de tres garras.Centrarla con broca de centrar o hel¡.coidal y de ávellanarColocar medio punto en el contrapunto.Refrentar la cata fiontal con la cuchillatso 3. 75 02 450

Pretornear el lado corto de la pieza encuatro secc¡ones con la herramienta ISOtso 1.Sección I

Sección llSección lllSéccióñ lV )'.

04 ) ess

) +so

Dar la vuelto a la pieza a mecanizar.Centrar.Colocar medio punto.Tornear en 238 mm de longitud elextremo con ISO 3 75 o2 450Cambiar el punto.Pretornear el lado largo de 18 p¡eza encuatro secc¡ones con la herramientatso 1

Sección I

Sección llSecc¡ón lll )-

04 ) :ss

) aso

Trasladar el punto de sujeción de la piezaTornear el cilindro primitivo del s¡n f¡ncon ISO 2Calcular y calar las ruedas de cambio parala rosca de módulo de dos pásos lpaso derosca hel¡coidal P= I r). Tornear el p€rfildel s¡n f¡n con la cuch¡lla de perf¡les {he-fa!!!ienta de roscar) mediante aprox¡rna-ciones alternat¡vas al lado dgrecho y al iz-'qu¡erdo. Una vez term¡nado el primerpaso de la rosca, desplazar el carro supe-r¡or en una longitud mitad del paso derosca (ut¡lizar galgas paralelas) y tornearel segundo paso.

Precaución:

A causa del gran paso de rosca la superf¡-c¡e desialonada izqu¡erda de la cuchillade perf¡les t¡ene que ser reaf¡ldda cón unmayor ángulo a'.

150

45

01 900

2A

Mejorar el eje sin fin pretorneado a1 OO0 N/mmt

Sujetar la pieza entre puntosTornear a su medida exacta el lado conode la pieza con ISO 3 y tornear eJ rad¡o R2Achaflanar él lado derecho con ISO 2 ytornear a su longitud el sin f¡nMecanizar con ISO 7 la ranura para laarandela de seguridadRanu.ar la entalladura con la cuch¡lla F deperf¡les.

P¡ecaución:En el ranurado hay que colocar la herra-m¡enta a la altura del centro de la pieza amecantzar

150

150

5

5

0,1

0,1

a

manoa

mano

1 400

1 400

90

90

itüd a d¡sirec¡ón

Sección lV o- 2,5 mm

Sección lll o= 5,5 nmSección ll o= ó,0 mm

Sección ¡ o= 1,5 mm

o = ¿.,0 mm

o=1,0 nmo=ó,0 nmo=5,0 mm

Sección lVSeccióñ lll$ección llSección I


017,22 sobremedidara rectificado

Dar la vuelta a la pieza a mecanizarColocar el perro chapeado con Al o CuTornear de acabado el lado largo de lapieza con ISO 3 y tornear los radiosTornear el chaflán con ISO 2Ranurar la entalladura con la cuchilla F deDerfi les

Tornear de acabado el pel¡l del s¡n lincon la cuchilla F d.e pertiles (ángulo deflancos de la rosca 40') dejando O,1 mmde sobremed¡da para el rectificado de losflancos de la rosca

Precauc¡ón:

Refrigerar y lubricar con aceite de corte

Girar el carro de la herramienta 2'50' ytornea. el cono dejando 0,2 mm de so-bremedida para el rect¡licado.

Precaución:

El g¡ro uniforme de la manivela produceun avance uniforme y una superf¡c¡e lim-p¡a y con pocas estrías

1 400

1 40090ts0? ls03

EjerciciosCorte por arranque de viruta con máqu¡naProcesos de arranque de viruta1. lndicar la diferencia entre máquinas motrices, máquinas

productoras y máquinas-herramienta.2. Mencionar máquinas-herramienta de arranque de viruta y

sepa rac i ón.3. lndicar la diferencia entre los mov¡mientos de corte, avance,

pos¡ciónamiento y aproximación.

28

a

mano14Ot¿

Tallar la rosca M 1 8 X 1 con la cuchilla deroscar (ángulo de flancos 60')

Tallar la rosca M 1 2 con la cuchilla de ros-car (ángulo de flancos 60o)

Precaución:

Hacer el perfrl de la rosca con aproxima-c¡ones alternativas Repasar el perfilcompleto en la última pasada con unaaoroximación oequeña

4 ¿En qué máquinas-herramienta realiza la herramienta elmovimiento de corte, y en cuáles lo realiza la pieza ameca n izar?

5. Explicar los cuatro t¡pos de movim¡ento en el torno, en lacepilladora y en la fresadora.

6. ¿Oué tres funciones t¡enen todas las máquinas-herramienta?7. ¿En qué máquinas-herram¡enta es circular el movimiento de

corte y en cuáles rectilíneo?8. ¿Oué funciones tienen los engranaies de velocidad prrncipal y

de avance?

F

il

¡

190

9. ¿Oué finalidad tiene un s¡stema de referencia?10.

11.12.

lndicar la diferencia entre el sistema de referencia de la herra-mienta y el sistema de referencia efectivo.Denominar las superficies de la herramienta.Explicar la disposición de los cinco ángulos principales de laherramie nta.

13. Explicar qué es el ángulo de posición <lappar.14. ¿Oué influencia tiene el ángulo de posición en la dirección de

las fuerzas de corte?15. Explicar la situación y efecto del ángulo de inclinación.16. ¿Oué factores determinan la sección de la viruta?1 7. ¿Oué significa un avance pequeño y una profundidad de corte

grande?1 8. lndicar la diferencia entre rotura, corte y fluencia de la viruta.1 9. ¿Oué se entiende por recrecido del corte y cómo puede ser

ev¡tado?2O., ZQué efecto tiene sobre la herramienta el desarrollo de calor

en el punto de corte?

Torneado

2'l . Describir la estructura de un torno de roscar y cilindrar.22. lndica¡ la diferencia entre tornos de uso único y de usos

múltiples.23. ¿De qué elementos constructivos está formado el carro?24. iaué función especial t¡ene la placa de maniobra del carro?25. ¿Cuáles son los órganos de tracción de un torno?26. ¿Oué función tiene el engrana.je de velocidades principal?27. Mencionar los puntos más importantes que deben ser

tenidos en cuenta en el transporte, montaje, nivelación,puesta en marcha y mantenim¡ento de las máquinas'herramienta.

28. 2Dónde deben guardarse las instrucciones de servicio de las

máquinas-herra m¡enta?29. ¿Oué significado tiene la designación de:

(Herramienta de tornear ISO 3 DIN 4978 h25 K 10D?

30. Mencionar algunos tipos de cuchillas de torno.31. 2Oué ventajas esenciales tienen las placas de corte rever-

sibles?32. Mencionar diferentes materiales de corte.33. Explicar las características de los metales duros indicadas por

las letras P, M y K y los colores distintivos.34. Sobre una herram¡enta de tornear actúan tres fuerzas. ¿Cómo

se llaman y en qué direcciones actúan?35. ¿Oué produce una herramienta montada en largo?36. iOué ventajas t¡enen los portaherramientas de cambio rápido?37. ZOué ángulos de la herramienta varían cuando se monta ésta

por encima del eje de giro de la pieza?38. ¿Cómo varían los ángulos de la cuchilla cuando se monta por

debajo del eje de giro de la pieza?

3.6.3 Fresado

FORMACIÓN DE VIRUTA

En el fresado el movimiento circular de corte es realizadopor la herramienta. Los movim¡entos aux¡¡¡ares sonreal¡zados por la p¡eza a mecanizar o por la herramienta,según el t¡po de la máquina.

Formación de viruta y ángulos en la fresa. La fresa es una herra-m¡enta de múltiples dientes que arrancan viruta uno tras otro. Cadadiente de la fresa tiene los tres ángulos básicos d, P,f en el filo de la


39. Mencionar los elementos demecantzar.

de las p¡ezas a

40. Describir la fijación entre puntos41. Explicar el funcionamiento y empleo de la luneta fija.42. Explicar el funcionamiento y empleo de la luneta móvil.43. En qué casos se utilizan los mandriles de fijación?44. ¿Cómo funcionan los mandriles de pinzas?45. ¿Oué ventajas tienen los mandriles de pinzas?46. ¿Oué función t¡ene un contrapeso en la fijación de piezas en el

plato de sujeción?47. ¿Oué se entiende por <velocidad de corteD?48. ¿De qué depende la magnitud de la velocidad de corte?49. Determinarlavelocidadde corte a partirde latablaAWFde la

página 0O0 para los siguientes casos:Avance

Material Duración de la herramienta Herramientaa) O,4 480 cc-30 M 10b) 0,1 60 Acero aleado M 20c) O,2 24O At SSd) 1,6 60 st 85 P 10

50. ¿Oué ventajas e inconvenientes tienen las velocidades decorte alta y baja?

51. Determinar con el diagrama de la página OO0 el número derevoluciones (velocidad de giro) para los siguientes diámetrosde pieza y velocidades de corte:

a) 65 mmb) 300 mmc) 23 mmd) 600 mme) 115 mm

35 m/min50 m/min

200 m/min10 m/min50 m/min

52. Mencionar y describir d¡stintos trabajos de torneado.53. ¿Oué formas de moleteado hay?54. ¿Oué se entiende por exact¡tud de formas?55. ¿Oué partes del torno influyen en la redondez y rectitud de la

pieza mecanizada?56. Describir el procedimiento para el torneado cónico.57. Describir el torneado de roscas con el torno.58. ¿Oué interdependencia existe entre el husillo de roscar y la

pieza mecanizada en el torneado de roscas?59. ¿Cómo se ajusta la herramienta de roscar en la posición

correcta?60. ¿Cómo se aproxima la herramienta de roscar después de cada

pa sada?61. ¿Por qué en el torneado de roscas o en el perfilado la herra_

mienta debe estar a la altura del centro de la pieza amecan izar?

62. ¿Por qué en el torneado de roscas con paso grande debe sercuidadosamente observado y eventualmenté aumentado elángulo de incidencia en uno de los lados de la herramienta?

Forma dela v¡ruta

Movrmiento de avanceFigura 3-304. Formaciónde viruta en el fresado.

Hombro

Figura 3-305. Ángu$osde la fresa.

Movrmrentode cone

-Superf iciedesta I o naé

É[i,l;


cuña. La magnitud del ángulo del filo se fija principalmente deacuerdo con el material de la fresa y de la pieza a mecanizar. Haytrestipos de fresas:

H para materiales duros y tenacesN para aceros, fundición gris blanda y metales no férricos.W para materiales blandos y tenaces.

Fresas de dientes aguzados o fresados. Tienen filos rectos y seemplean para mecanizar superficies planas. Las fresas embotadas seafilan por la superficie destalonada. Con ello se reduce su diámetropero sin menoscabo de su utilización.

Fresas destalonadas. Su superficie destalonada se hace enforma helicoidal con un torno especial. Los filos curvados tienen laforma de la pieza a mecanizar, por ejemplo el flanco del diente. Paraque la forma del filo permanezca invariable sólo se puede afilar lafresa en la superficie de ataque con G : Oo.

Fresas de planeo perimetral. El eje de la fresa es paralelo a lasuperficie de trabaio y las virutas tienen forma de coma. Dado que elespesor de la viruta es irregular y para profundidades de corte peque-ñas la fresa sólo ataca con un diente cada vez, la fresa y la máquinaestán sometidas a esfuerzos ¡ntermitentes, La superficie fresadaqueda ondulada. Las fresas con dientes oblicuos reducen el esfuerzointermitente a que están sometidas.

Fresas de planeo perimetral y frontal. El eje de la fresa esperpendicular a la superficie de trabajo. Las virutas son de espesoruniforme y la máquina trabaja suavemente. El eje de la fresa debeestar perfectamente perpendicularr la pieza para que la superficie detrabajo no resulte cóncava.

Fresado en sentido contrario al avance. El avance tiene sentidocontrario al movimiento de corte del diente. Este procedimientopuede realizarse en todas las fresadoras. Tiene el inconveniente deque la fresa resbala al atacar la pieza por la parte con poco creci-miento de la superficie de corte y por ello se embota rápidamente. Elrendimiento de corte es bajo.

Fresado en sentido del avance. El iavance y el movimiento decorte tienen el mismo sent¡do. Las ventajas son: mejor ataque decorte, mayor duración de la fresa, mayor profundidad y rendimientode corte. No deben fresarse en el sentido del avance piezas con unacapa superficial colada o laminada. Este procedimiento sólo esrealizable con fresadoras que tengan un dispositivo de fresado ensentido del avance. El husillo de avance no debe tener juego.

FRESAS Y VALORES DE MECANIZADO

Las fresas son út¡les de acero de herramientas de cortemúltiple. Gada diente puede cons¡derarse como un filo decorte ¡ndependiente.

Forma de las fresasLas formas y tamaños de las principales fresas están normalizados.Sin embargo, se consigue bajo plano cualquierforma de fresa apartelas normalizadas.

Atención al fijar los valores de mecanizado

191

Espacio parala viruta

q uenogran

e pequeño f grande

Figura 3-306. Fresas de d¡entes aguzados para materia-les duros y blandos.

Figura 3-307.D e sta lo n a m ie nto.

¿ = profundidad de corte

Figura 3-309.Planeado perimetral.

Figura 3-31 1. Fresado ensentido contrario al avance.

Figura 3-308.Fresa destalonada,

Figura 3-31O. Planeadoperimetral y frontal.

Figura 3-312. Fresado ensent¡do del avance.

Figura 3-314 Fresac ilíndric a-frontal.

Hombrotctena da

Sección de la viruta

Figura 3-313. Fresa cilíndrica.

192

Figura 3-3 1 5.Fresa de disco.


Muchas de estas condiciones de mecanizado que influyen esen-cialmente en el arranque de viruta se establecen por práctica expe-rimental. Proceder del siguiente modo:

1. Elegir la velocidad de corte de acuerdo con la tabla paraaceros rápidos y duros y aplicar los siguientes coeficientes:

Fresado en sentido contrario alDesbaste = valor de la tablaAcabado = valor de la tabla X

Fresado en sentido del avance:Acabado = valor de la tabla X

Ejemplo:

Fresa de acabado de acero con una resistencia aproximada de 650 N/mm2.Valor de la tabla: 18 m/min X 1,25 = 22 m/min.

2. Fijar la velocidad de giro de acuerdo con la velocidad de corteelegida y el diámetro de la fresa.

Ejemplo:

Fresa cilíndrica de 50 mm @

1000 v 1OOO 22m/mtn--:146/minr'd 3 50m

3. Fijar el avance. La velocidad de avance en las fresadoras se f¡ja enmm/m¡n. La tabla contiene valores empíricos del avance por d¡entede fresa (S.).

El avance Sr depende del material de la pieza a fresar y de laforma de la fresa. Si un diente de un material determinado puede, porejemplo, soportar un S. de 0,1 mm y la fresa tiene 1O dientes, elavance puede alcanzar el valor S: 0,1 X 1O = 1 mm por revolución.Si la fresa gira, pore¡emplo, a 100 r.p.m. la velocidad de avance¡l=S X n = 1 mm X 1OO r.p.m. = 100 mm/min.

Ejemplo:.S2 según la tabla = O,15 mm/z¡ z = 8; u = SzX ZX n = O,15 X 8 X 140=168 mm/min. Tomar el valor próximo inferior.

Figura 3-321. Valores de lapara fresado.

ava nce:

1,25

1,5

Figura 3-317. Plato de cuchillas.

Figura 3-316,Fresa cónica.

#Figura 3-319.

Fresa de formas

Figura 3-318.Fresa de mango.

Material .iépidó:¡{g's:.l

!¡fn/

r'] t. 3,,,r l.o. j:: 5 2 5

GG-15GG-25GTW-40st 50 60sr 60 70st 70 85st80 110st100 120GS-45CuSnCuZnAIG.AIPI ást¡cos

18 2216 2016 2020 2418 2012 1612 1610 1416 2040 5050 60

250 350250 35055 70

o,2o.2n)o,20,15o,10,15o,10,1 50,1 5o,20,10,1o.15

0,1 50,15o,20,150,1o.10,1

0,10,150,15o,20,10,1

0,15

o,o7o.o7o,o70,070,060,060,1

0,070,070,070,07o,o1o,o7o,'l

o.o7o,o70,070,070,06o,060,060,050,07o,o7o,o70.o7o,o7o.o7

o,o7o,o7o,o70,070.06o,060,o60,050,07o,o70,o70,07o.o70.07

0,30,30.30,3o,2o,2o,150,1

0.2o,20,30,150,150,1 5

55 6545 6045 6080 12070 10060 10060 9060 9050 8080 100

100 120400 800400 600160 200

o,2o,20,150,150,'15o,15o.10.10,150,15o,20,10,15o,2

0,30,3o,20,2o,2o,20,150,10,2o,20,3o,2o.20,3

I

Figura 3-320. Tren de fresas. velocidad de corte y del avance


4. Profundidad de corte a. En fresas cilíndricas hasta 5 mm, enfresas de discoa = ancho de la fresa, en fresas de mango fuertesa =diámetro de la fresa, en caso de fresado en sentido del avance a hastala altura del diente.

Para profundidades de corte mayores debe reducirse la velocidadde corte o el avance.

CONSTRUCCIóN DE LAS FRESADORAS

Además de las fresadoras para la producción en serie(fresadoras de planear) y parc casos espec¡ales (fresado-ras de ranurar y otros) las más empleadas son las fresa-doras de consola. Aquí sólo se tratará de estas máquinas.

Fresadoras de consola

Son apropiadas para la producción de pequeñas piezas por elmétodo de fabricación <pieza a pieza> (y con control programadotambién para la producción de series pequeñas y medianas de hastaunas 20OO unidades). La herramientarealiza el movimiento principaly la pieza a fresar todos los movimientos auxiliares. Las caracterís-t¡cas constructivas de todas las fresadoras de consola son iguales.

EstructuraEl bastidor sopofta todos los elementos tales como la consola conel carro o corredera transversaly la mesa, el motor principal con caja de

Ca rne ro

Figura 3-322. Cabezal de una fresadora vertical.

193

a a,a'ontrasoPorteMesa

Carro transversal

Consola

Bastidor

Figura 3-323. Fresado¡a universal.

194

Avance longitudinal = sy rharchq rápida

Avance transversal =y marcha rápida

Avance vertical = s/3y marcha rápida

Figura 3.324. Movimientos auxiliares.

Las tuercas son presionadasen sentido opuesto por medio

un dispositivo para que nohaya juego

Fueza sobre el husillo originada Fuerza de avance poren el fresado en sentido del avance el giro del husillo

Figura 3-325. Dispositivo de fresado en s€ntido delavence.


veloc¡dades y husillo portafresas, el carnero con contrasoporte. Elengranaje de velocidades princ¡pal tiene en general 1 8 velocidadesde giro (2O r.p.m. a 4OO r.p.m.) y está fabr¡cado como engranaje deruedas desplazables.

La consola es desplazable verticalmente sobre el bastidor ysoporta al carro transversal. En todas las fresadoras modernas elaccionamiento del avance y su motor están incorporados a laconsola. El engranaje de velocidades del avance se regula en hasta 24posiciones distintas con avances de 1O hasta 1000 mm/min.

El carro transversal está situado entre la consola y la mesa ypermite el desplazamiento transversal de esta últ¡ma.

La mesa está provista de ¡anuras long¡tudinales para la sujec¡ónde la pieza a mecanizary realiza el movimiento de avance longitudi-na l.

El carnero con sus dos contrasoportes sujeta al mandril de lafresa.

Tipos de fresadoras de consolaa) Fresadoras hor¡zontales con husillo portafresas horizontal.b) Fresadoras verticales con hus¡llo portafresas vertical.c) La fresadora universal se diferencia de la horizontal por dos

ca racte rístic as.La mesa puede girarse 45o en ambos sentidos alrededor de un eje

vert¡ca l.El cabezal se puede unir a través del juego de ruedas de cambio

con el husillo alargado de la mesa, de forma que la pieza a fresar recibeun movimiento adicional de giro.

Con esta máquina también se pueden fresar por lo tanto brocashelicoidales, €scariadores de dentado oblicuo, fresas, ruedasdentadas y ruedas helicoidales.

Movimientos aux¡l¡aresEn las fresadoras de consola todos los movimientos aux¡liares sonrealizados por la pieza a mecanizar. La mesa realiza el movimientolong¡tudinal, el carro el transversal y la consola el vertical. Elavance vertical se realiza usualmente a sólo 1/¡ de la magnitud delavance horizontal. Los tres movimientos se pueden ejecutar tambiéna marcha rápida para reducir el tiempp de ajuste. Ya que en elfresadocon fresas grandes y potentes la velocidad de giro es baja y el avancepuede ser rápido, y viceversa, el engranaje de velocidades principal yel del avance suelen ser en general independientes uno del otro.

Dispositivo de fresado en sentido del avanceCuando la mesa arrastra a la pieza a mecanizar hacia la fresa, losflancos izquierdos del husillo se apoyan en la tuerca de éste. La fresaagarra entonces a la pieza a mecanizar Que es empujada por la mesaen la misma dirección y arrastra a la pieza, a la mesa y al husillo consacudidas bruscas hacia la derecha, hasta que los flancos derechosdel husillo se apoyan en la tuerca (juego de los flancos). A óausa deeste (avance> indeseado puede romperse la fresa. Este fuegopeligroso de los flancos puede eliminarse por medio de una tuerca decompensación que se desplaza hacia la izquierda por un dispositivoque la presiona contra el flanco derecho del husillo.

Fresado en va¡vénEn el mecanizado de series pequeñas o medianas se colocan en laparte delantera de la mesa levas de control. Estas levas controlan pormedio de contactos los movimientos de la mesa, por ejemplo, el de

tfI!aG

na

Tuerca de

Pieza a mecanizar

Figura 3-326. Fresado de vaivén.


avance, el de marcha rápida, a derechas, a izquierdas, o la parada.Con este control por levas se pueden mecanizar las piezas con conti-nuidad (ininterrumpidamente y sucesivamente) utilizándose dosútiles de sujeción rápida para cada una de las piezas a mecanizar.Mientras se está fresando en un extremo se puede cambiar la piezaen el otro. Esta secuencia de trabajo de vaivén acorta aprec¡a-bleme¡te el tiempo total de producción.

Fresado en vaivén con control programadoEl desarrollo ulterior del fresado en vaiven incluye también el controlautomático del movimiento transversal del carro y el movimientovertical de la consola. Según sea el sistema de control los impulsospara el cambio del avance a la marcha rápida, para el ajuste transver-sal o en altura y para la parada, se dan por medio de levas, tarjetasperforadas o cintas perforadas. El conjunto de los impulsosnecesarios para el mecanizado de una pieza determinada se llamaprograma. Si se le ha introducido a la máquina uno de estosprogramas, la máquina mecaniza la pieza automáticamente.

SUJECIóN DE LA HERRAMIENTAY DE LA PIEZA A MECANIZAR

Fuerzas actuantes sobre la fresa

La fuerza de corte F" se origina al arrancar la viruta. Su magnituddepende principalmente del material, de los ángulos del filo, de la

magnitud del avance y del ancho de la fresa. Al aumentar la fuerza decorte también aumentan las otras fuerzas. La fuerza de corte (luerzatangencial) es aplicada por el accionamiento del husillo portafresas.Actúa en el husillo portafresas y en el mandril de la fresa como fuerzarotatoria o momento torsor. La fuerza radial F" se origina por lapresión de la pieza mecan¡zada sobre la fresa; está dirigida hacia elcentro de la fresa y ejerce un esfuerzo de flexión en el husilloportafresas. La composición de las fuerzas F" y F. origina la fuerza dearranque Fz. Cambia de sentido con el giro de la fresa.

Sujeción de las fresasEn la sujeción de la fresa actúan un momento torsor y una fuerzaflectora. En las fresas cilíndricas, fresas de formas y cabezalesportacuchillas, el momento torsor es en general muy alto. Por lo tantoestas fresas se sujetan por elementos de arrastre de formacomo chavetas, y superf icies o aristas de arrastre. Diámetrospequeños de fresas requieren momentos torsores reducidosmanteniéndose el rendimiento de corte, al mismo valor.

Las fresas de mango a causa de su pequeño diámetro, se fijan ypor tantq su pequeño momento torsor, por fricción, es decir por

195

+ Avance--r> Marcha rápida

- Arra nque. Parada

Figura 3-327. Fresado de vaivén con control programado.

Fresado en sent¡docontrario al avance -\

Fuerzas sobre la

12

F?

Figura 3-328. Fuerzas sobre la fresa y sobre la pieza.

oc

arlBrazo depalanca

oc6h

ttco.9troGOJo

Desfavorable- ¿Ú.=o!t

adecor -5H

hasorable

Figura 3-329. Diámetros pequeños de la fresa requierenmomentos torsores pequeños en el husillo portafresas.Figura 3-330. Montar fresas con dentado oblicuo deforma que la fuerza de empuje axial está dirigida hacia lamáquina.

Figura 3-331. Ejemplos de sujeción de la pieza.1. Sujeción por fricción: Las superficies de la mordaza es-tán unidas a las de la pieza por rozam¡ento. Sólo puede apli-carse una fuerza limitada.2. Sujeción por arrastre: Las superficies opuestas del ma'terial transmiten fuezas de cualquier magnitud.

Corto

Husillo de la fresa

Figura 3-332. Transmisión por arrastÍe de forma de lafuerza de corte desde la caia de cambios principal hasta eldiente de la fresa.

r96

C h aveta Llave

Fresa cilíndrica front

Trinquete

Contrapunto

Pieza a mecanizar

Perno de arrastre

Husillo del divisor

Plato d¡v¡sor

Figura 3-333. Divisor para la división d¡recta.El plato divisor es intercambiable con otros platos con dis-tintos números de muescas (círculos de orificios)

I de vuelta = 5 d¡stanc¡as entre orificos en el círculode 1 5 orificios, o de 6 en el de 18 orificios

\

Figura 3-334. Disco de orificios - indicado I de vuelta demanivela,Disco I 15 16-17-18 lg tO orificiosDisco ll 2'l -23 27 29-31 33 orificiosDisco lll 37-39 41 43-47 -49 orificios


medio de portabrocas, pinzas de sujec¡ón u orificios cónicos, defijación.

Para absorber el esfuerzo flector se montan los soportespróximos a la fresa. En las fresas de mango montadas al aire se eligenavances cortos para que el esfuerzo flector sea bajo.

Fuerzas actuantes sobre la p¡eza a mecanizarEn elfresado en sentido contrar¡o alavance, la fresa empuja a la piezahorizontalmente (F1) y en las posiciones altas del diente actúa endirección vert¡cal (Fr). En el fresado en sentido del avance las fuerzasactúan algo más favorablemente ya que no aparece n¡nguna fuerza deelevación y por esta razón se pueden realizar cortes más profundos.La sujeción de la pieza tiene que soportar solamente la fuerza Fr queactúa horizontalmente pues la F2 pres¡ona la pieza contra la mesa.

Sujeción de la pieza a mecanizarLas piezas pequeñas se sujetan en general por med¡o de mordazas.Para las diversas formas de las piezas y los distintos proced¡mientosde trabajo hay mordazas rígidas, or¡entables, abatibles y de cierrerápido y algunas con elementos prismáticos incorporados para lasujeción de piezas cilíndricas. Las piezas grandes se sujetan como enlas cepilladoras o mortajadoras directamente a la mesa.

PROCEDIMIENTOS DE DIVISIÓN

Para la mecan¡zac¡ón de secc¡ones cuadradas o hexa.gonales, ruedas dentadas y de bloqueo, fresas. escaria-dores, etc., la p¡eza a mecan¡zar, prev¡amente torneadacon secc¡ón cilíndrica, tiene que ser g¡rada un c¡ertoángulo después de cada fase de trabajo y sujetada firme-mente, de nuevo.

División directa con el divisorSe sujeta la pieza a mecanizar entre el punto del divisor y el contra-punto. Oueda unida al plato divisor por intermedio del perno dearrastre y el husillo del divisor. El plato divisor tiene en general 24muescas u orificios, de forma que puede fijarse en cada una de lasposiciones con un trinquete. Se pueden consegu¡r todas lasdivisiones correspond ientes a los submúltiplos de 24: 24, j 2, 8, 6, 4,3 y 2. Después de fresar una superficie, un diente o una entalladura,se gira el plato divisor el número necesario de muescas y se fija.

División indirecta con el cabezal divisor universalLa pieza a mecanizar se sujeta aquítambién entre el contrapunto y elpunto del cabezal divisor o en un plato de tres garras. La pieza a me-canizar y el husillo del divisor están unidas a través del perno dearrastre. El husillo del divisor se gira con la manivela por intermediode un juego de rueda helicoidal de 40 dientes y tornillo sin fin de unpaso. Cuarenta vueltas de la manivela producen una vuelta del husillodel divisor y, por lo tanto, de la pieza a mecanizar.

En la mecanización de una pieza, por e.jemplo una rueda denta-da, se conoce el número de divisiones p, así como el número depasos del tornillo sin fin (de un paso) y el número de dientes de larueda helicoidal (z = 40). Los cabezales divisores ant¡guos tienenruedad helicoidales con 60 u 80 dientes. El número de vueltas de la

oo\\o'\o+{l",o

"o/

J


manivela se calcula como sigue:

Vueltas de la manivela =zD*:-p

Cuando el número de divisiones requerido es mayor que 40, se le da a

la manivela sólo una fracción de vuelta.

Ejemplo:

Una rueda dentada tiene 120 dientes. p = 12O; z = 40vueltas de la manivela. n*:#:+

Para poder dar I de vuelta de manivela u otra fracción, se utilizan discoscon 1 8 juegos distintos de orificios (círculos de orificios). Se puede dar Iexacto de vuelta con los círculos de I 5, 1 8, 21 , 27,33 y 39 orificios y concualquier otro óírculo cuyo número de orificios sea múlt¡plo de 3. Para I devuella con un disco de 15 orificios se fija la manivela cada 5 orificios; con undisco de 1 8 cada 6, con uno de 21 cada 7, etc. Elegir siempre el círculo demayor número de orificios para conseguir la división más exacta.

Cálculo:

Para conseguir la fracción { con los discos de orificios existentes:

,.:;-#:+-#, ""

decir, de 5 en 5 orificios con el círculo de 15 orifi-

cios, o mejor de 1 1 en 1 1 con el de 33 orificios ó 13/39.

Figura 3-335. Cabezal divisor universal (representaciónsimplificada).1 Carcasa, 2 Husillo del divisor. 3 Rueda helicoidal con 40d¡entes, 4 Tornillo sin fin de un paso, 5 Disco de orificios,intercambiable, 6 Manivela, 7 Espiga indicadora, 8 Tijera, 9Perno de trinquete del disco de orificios, 1O Perno d€ trin-quet€ para división directa, 11 Plato divisor para divisióndirecta, 12 Perno de arrastre, 13 Pieza a mecanizar, 14Fresa

División de compensación (división diferencial)Con la división indirecta sólo pueden realizarse aquellas divisionesen las que la fracción 4Olp se puede simplificar de forma que el deno-minador resultante sea ¡gual al número de orificios de uno de loscírculos de orificios ex¡stentes.

La rueda cilíhdrica dentada, solidaria del disco de orificios, girasobre el eje del tornillo sin f¡n.

El movimiento de g¡ro es transmit¡do desde la manivela deldivisor hasta el disco de orificios a través del tornillo sin fin, de larueda helicoidal, de las ruedas de cambio, del engranaje cónico y delde la rueda cilíndrica dentada. Según sean la3 ruedas de cambio sepuede hacer girar al disco de orificios en el mismo sentido o en sen-tido contrario al de la manivela del divisor. Si se suprime la rueda in-termedia z, en un g¡ro a ¡zquierdas de la manivela, el disco de orifi-c¡os g¡ra a derechas. La distancia de las ruedas de cambio se ajustapor medio de una palanca. A cada cabezal divisor le corresponde unjuego normalizado de ruedas de cambio con los siguientes númerosde dientes:

40 44100

Disco de orificios

Tornillo sin

Maniveladel divisor

Ru€das dentadasfijas

Estructura de un dispositivo de diüsión

Husillo del divisor

Rueda helicoidal

197

de la f¡esa

a a mecantzar

zL

Figura 3-336diferencial.

24 24 28 32 3648 56 64 72 86

4 ,i=1:1

Z" "'.8$o .o?'

e\d îi'o'frñTo

198

Giro contraric

Figura 3-337. Giro en sentido contrario o en el mismosentido del plato divisor en la división diferencial.Cuando p es mayor que p' giro del plato en sentido con-trario.Cuando p es menor que p' giro del plato en el mismo sen-t¡do.


Ejemplo:

Calcular el nrlmero de vueltas n. de la manivela del divisor para los números

40 no se puede73 simplificar40 _2074 37

40875

: 1S

etc..

Las divisiones en 71, 73,77 y 79 partes no se pueden ¡ealiza¡ por divi-s¡ón ind¡recta; hay que hacerlas por división diferencial.

En la división diferencial se calcula el número de vueltasrk de la maniveladel divisor para un número de divisiones elegido mayoro menor. Este númerode divisiones auxiliarp' hay que elegirlo de forma que se obtenga fácilmentecon los platos divisores existentes. Para llegar al número de divisiones desea'do p dabe girarse el plato divisor por valor de la diferencia entre el númeroauxiliar de divisiones y el deseado, en el mismo sentido o en sentido contra-rio al de la manivela del divisor. Este giro de compensación o diferencial deldisco divisor se consigue por medio de las ruedas de cambio cuya relación detransmisión hay que calcular. Hay que realizar por tanto dos cálculos:

1." Cálculo del número de orificios del cfrculo a partir del número auxiliarp'.2.o Cálculo de las ruedas de cambio para el giro diferencial del plato divisor.

Ejemplo:

Hay que fresar una rueda dentada con 71 dientes.p = 71; número auxiliar de divisiones elegido p'= 7O.

1." cálculo:Cálculo del número de orificios y del disco de orificios como si hubiera quefresar 70 d¡entes.

de 12 en 12 orificios en elcfrculo de 21 orificios

2." cálculo:Cálculo de la rueda de cambio para el giro diferencial del plato div¡sor'

¡:9tp'_ plp'

:9oo-ltl:4 . -l: -4 - -32 rueda motriz

- 70 \, " " t - j 7- -56 r.ueda accionada

Hay que tener en cuenta el signo del resultado. Si es negativo hay que gi'rar el plato divisor en sent¡do contrar¡o al de la manivela, y si es pos¡t¡vo en elmismo sentido. El sentido de giro del plato divisor se logra intercalando o eli'minando una rueda de cambio intermedia.

Con números grandes de divisiones pueden sgr necesarias hasta 4 ruedasde cambio.

Elemplo:

P:293 P':3O0 (elegido)

1."' cálculo:

40 40 2 2 distanc¡as entre orificios enn':7: ¡oo

: t s el cf rculo de 1 5 orificios

2.o cálculo:

¡ -P o' - pt:ffi troo-rtsl :ffi z

280 28 4'7 32'28 ruedas motrices: 3oo: 30:6 5

: A40 ruedas accionadas

de divisiones p de 70 a 80.

- _40 _4O _4 _12"*- p-70-7-2140 no se puede71 simplificar40 1072 18

4040412p'70721


Fresado helicoidalEn la mecanización de brocas helicoidales, escariadores o fresas dedientes oblicuos, hay que fresar ranuras de forma helicoidal. Para ellola pieza a mecanizar debe realizar dos movimientos:1. Avance rectilíneo (por medio de la mesa).2. Movimiento de giro (por medio del cabezal divisor).

Ambos movimientos se realizan al mismo tiempo, de modo pare-cido al roscado en el torno, de forma que la herramienta sigue unalínea helicoidal en la periferia cilfndrica de la pieza a mecanizar. Tam'bién aquí hay que calcular las ruedas de cambio que transmiten elmovimiento de giro del husillo de la mesa al husillo del cabezal divi'sor con la pieza a mecanizar.

Para calcular las ruedas de cambio deben ser conocidos los pasosde rosca del husillo de la mesa y de la pieza a mecanizar' Se puededeterm¡nar el número de dientes de las ruedas de cambio por la rela'ción de esos dos pasos de rosca, ya que ésta es igual a la relación detransmisión de las ruedas de cambio. Hay que introducir en el cálcu-lo la relación 40:1 del cabezal divisor:

Paso de rosca del husillo de la mesa ' 40

Angulo de posición oblicua pFigura 3-338, Fresado de ranuras helicoidales con elcabezal divisor universal.El engranaje de avance de la fresadora acciona al husillo dela mesa. El movimiento de giro es transmitido desde el husi-llo de la mesa hasta la pieza a mecanizar a través de lasruedas de cambio, de los engranajes cónico y frontales, deldisco de orificios, del perno de arrastre, de la manivela, deltornillo sin fin y de la rueda helicoidal. El cabezal divisory lapieza se mueven en marcha oblicua al husillo de la fresa, acausa del girado de la mesa superior correspondiente al án-gulo de paso.

Angulo dedespullo

Angulo de posición oblicua p

199

Pieza amecantzar

Avancelongitudinal

e circular

Husillode la mesa

Carro transversal(fiio)

Relación del número -de dientes

. P-.40'- P.'l

Ejemplo:

Una pieza de 200 mm de diámetro debe ranurarse helicoidalmente con unpaso de hélice (de rosca) de 1 5OO mm. Paso de rosca del husillo de lamesa = 6 mm.

. P,-40 6.40 240 4.6P.1 1 500 1 500 6.25

_ 32 24 ruedas motrices48.100 ruedas accionadas

La mesa tiene que g¡rarse un ángulo igual al ángulo de po-sición B.

Cálculo del ángulo de posición p

Perímetro de la piezatan P:- Paso de hélice de la pieza

Continuación del ejemplo:

,^" p : #

:'ol;Ho -,tt% : o,+r e

AFILADO DE LAS FRESAS

Por el arranque de viruta acaban embotándose los filos de la fresa ycon ello se reduce la limpieza y exact¡tud de la super{icie mecani-zada. Por lo tanto, hay que afilar la fresa a tiempo. Sólo se puedenconseguir los ángulos prescritos por medio de máquinas rectificado-ras. Las fresas de dientes punt¡agudos se afilan por su superficie des-talonada. Lds fresas de formas sólo se pueden afilar por su hombropara que se conserve la forma del filo y no cambie'el perfil de la fresa.

Figura 3-339. Af¡lado de los d¡€ntes de fresas cilíndricasy de las cuchíllas de los cabezales de cuchillas.La magnitud exacta del ángulo de despullo queda asegura-da pa!' el ,Jedo de apoyo.

-UP

Figura 3-3rSO. Afilado de una fresa d€stalonada (fresa deperfiles).

a poyo


EJEMPLO DE TRABAJO

Hay que fresar la parte inferior de un cono de sujeción deacero St 37. La parte superior puede ser mecanizada á vo-luntad.

Valores de trabaio:y : velocidad de corte en m/min¡ : velocidad de giro en r.p.m.sz: 3V3rlc€ en mm/dienteu : velocidad de avance en mm/min

Desarrollo del trabajo1. Planear a medidas reales con una fresa cilíndrica frontal las su-

perficies exteriores de la pieza en bruto (55 X 55 X 115)

El ajuste en paralelismo y angularidad de la pieza referente a lafresa se realiza con galgas y transportadores de ángulos estando laherramienta parada.

Fresa cilíndrica frontal DIN 1880, A 60 X 30, 8 dientes

Valores de trabajo posibles

ffi

Fresa cilíndricafrontal DIN 188O

li

Tornillo para ranuraen T DIN 787

Ütil de fijac¡ónDrN 6314

DrN 6326

A.iuste de posición con ángulode tazat de 1 35"-45'

Ajuste paralelocon ángulo detrazar y galga

Ajuste angular conángulo de trazar

Pasada de desbaste a = 5 mmPasadadeacabadoa=1 mm

112 0.1 5 120125 0,15 150

sz

La pieza a mecanizar se fija firmemente con uno o dos útiles defijación. El apoyo lateral debe estar 1 a 2 mm más alto que la pieza a

mecanizar para que el útil de fijación al flexar por la fuerza del tor-nillo, aprieta la pieza con seguridad.

2. Mecanizar la pieza de 35 mm a 20 mm de altura y 65 mm deanchura con la fresa cilíndrica frontal DIN 1880, A lS X lS,1O dientes.


t2025

Fresa cilíndricafrontal DIN 1880

s,

3 pasadas de fresado ensentido del avance

o:1,)

a) Fresado en sentido contrario al avance3 pasadas de desbaste a = 4,5 mm1 pasada de acabado a = 1,5 mmo bienb) Fresado en el sentido de avance

(sólo con el d¡spositivo para ello)2 pasadas de desbaste a = 7 mm1 pasada de acabado a = 1 mm

a=4 5

1620

2025

17 0,15 10090 0,15 135

90 0,15 135112 0,1 5 110

contrario al avance

Fresa de perfil semicircularSoporte (convexo) DIN 856

Soporte

Valores pequeños de trabajo a causa de la gran anchura de la fresa.Sujetar la fresa de forma que la fuerza axial esté dirigida hacia la

máquina. Colocar los contrasoportes cerca de la fresa. Fijar la pieza a

mecanizar en un tornillo paralelo robusto.

3. Mecanizado del redondeado con la fresa de perfil semicircularDIN 856, convexa, radio 1O mm, A 90, 14 dientes.

Valores de trabajo posibles sz

2 pasadas a =Tornillo paralelo

Husillo de la fresa

16 0,07


4. Ranurar con la fresa de cajear DIN 326

Fresa de cajear de mango cónico, A 14.


lpasadaa=6mm 23 560 0,07 80

Se puede ajustar la fresa con un juego de galgas de 18 mm dealtura al centro de la pieza subiendo cuidadosamente la mesa. Es

aconsejable intercalar un papel fino entre la fresa y la galga, parasaber en qué momento entran en contacto y evitar que se dañen.

Ajustar la pieza a mecanizar con un transpoÍtador de ángulos de45o en el sentido longitudinal de la mesa.

5. Fresar la ranura en cola de milano con la fresa cónica DIN 1833,60", 12 dientes.


lpasadaa=5mm l0 125 0,O7 80

Con esta herramienta tan delicada hay que emplear una velocidadde corte y un avance pequeños. Se puede ajustar exactamente la pro-fundidad del fresado del siguiente modo: acercar cuidadosamente(prueba del papel) la pieza a mecanizar a la fresa. Desplazar la piezalateralmente y ajustar la profundidad de fresado con el husillo delcarro transversal. Leer en el tambor graduado de éste la profundidadde fresado.

6. Fresar el agujero rasgado con la fresa de cajear DIN 263, A 14

Valores de trabajo pos¡bles sz

4pasadasa=5mm

reducción de cono Morse

Ajuste de la profundidadde fresado

frczado del agujero rasgado

Fresa de cajear DIN 3

sz

Boquilla

Ajuste de altura

. con galgaconrca cte

.s2

ü

800.0756023

No variar el aluste en altura de la mesa. Trazar la longitud de la ra-

nura y marcarla con el granete de control. Colocar los útiles de fi-jación delante y detrás del ustar los topesde <parada> del avance de s sucesivas de

forma que la fresa pare en ndo alcanza la

mitad de la marca granete e cada pasada

aproximar a mano la pieza a mecanizar hacia la fresa los a = 5 mm dela aproximación, y conectar de nuevo el avance.

ObservaciónLas velocidades de giro calculadas a partir de la velocidad de corte ydel diámetro de la fresa elegidos, están redondeadas, por exceso o por

defecto, en las tablas de velocidades normalizadas para máquinasherramienta. La velocidad de avance ¡r (mm/min) hay que calcularlacon la velocidad de g¡ro real disponible de la máquina.

Para la elección de la velocidad de corte v y de la del avance s2 se

utilizan valores tabulados válidos tan sólo para su util¡zación en

fresadoras de gran rendimiento. En máqüinas menos potentes hayque reducir loi valores de trabajo al 40% o 5O%.

APPOLO. IO

Profundidadde fresado

A¡uste de los topes de desconexión a 60 - 1 4 = 46 mm

I202

Figura 3-341. Proced¡m¡ontos de trabajo comprendidosdentro del (taladrado y avellanado>,


3.6.4 Taladrado, avellanado, escariado

PROCEDIMIENTOS DE TRABAJO

Se entiende por taladrado el procedímiento de arranquede viruta con movimiento de corte. c¡rcular y en el cual laherramienta sólo tiene movimiento de avance en la direc-ción del eje de giro. El taladrado comprende distintosprocedimientos de mecanizado tales como avellanado yescar¡ado.

eA

auxiliar Superficie destalonada

. Filo transversal

ilo princi de la puntade la broca

Ranurareceptorade viruta( ranurahelicoidal)

Superf iciedel hombro

HERRAMIENTAS PARA TALADRAR

Las herramienlas para taladrar son de dos filos, de acefode herramientas, para mecan¡zar piezas macizas de mate-rial o para agrandar o mejorar orificios ya existentes.

Filos y ángulos de las brocasLas brocas helicoidales tienen dos ranuras receptoras de la viruta deforma helicoidal. Permiten la salida de la viruta y la entrada del líqui-do de refrigeración y lubricación a la zona de corte.

Los biseles (resto de la periferia del cilindro original) guían labroca en el orificio que taladra. Son estrechos para reducir el roza-miento contra las paredes del orificio. Los bordes de los biselesconstituyen los filos auxiliares de la broca. Las superficies de laranura espiral receptora de la viruta y las superficies destalonadasconstituyen los filos principales. Con un afilado correcto los filosprincipales son líneas rectas. Para conseguir esto las superficies des-talonadas se afilan en forma curvilínea.

En la punta de la broca se forma el filo transversal, como inter-sección de las dos superficies destalonadas. Es la continuación del

ilo

J

I

Taladrado hueco

Procedi.m¡ento

Objeto ilét,trabajo H erramie nta ,,Máquinahirrramienta

Agulerea-do prevro

feladiado

Aboñu¡ads agu-lefos

Taladradoprofundo

Taladra dohueco

Ensancha-m¡ento delaladros

Avellana-do plano

Avellana-do cónico

Avellanadostornillos, etc

Agujeros en mac¡zo

Agujeros que posteriormenteson agrandados, avellanados oalisados

Agrandado (mejora de la super-f¡c¡e y de la pos¡ción del tala-dro) de agujeros previamentetaladrados o provenientes de lafu ndic ión

Mecan¡zado de superficies fron-tales de cubos v o¡etes

Agrandado {mejora de la super-fic¡e y de la pos¡c¡ón del tala-dro) de agujeros previamentetaladrados o proven¡entes de lafu nd¡c¡ón

Taladros profundos en macizo

Taladros profundos en macizocon grandes diámetros

Broca esp¡ral

Broca espiral

Broca esp¡ralAvellanadorAvellanadorhueco

Avellanador plano

Avellanador dees pr 9a

Avellanador deesp rg a

Avella nadorcónico

Barra de taladrarde una o doscarasCoronas dela ladrar

Broca largaBroca de cañón

Broca hueca

Taladradora demonlant€Taladradora radial

Taladradora deplantillasTaladradora dehu s illo smúltiples

Torno

Ma ndr¡nadoraTaladradora depla nt¡ llasTornos, lresadorasy talad.adoras

Taladradoraprofunda

Talad radoraprofunda

Figura 3-342. Designaciones de las partes de la broca.


filo principal pero produce un efecto de rascado, absorbiendo aproxi-madamente los 2/3 de la fuerza de avance. Con un ángulo de 55" la

, pérdida de potencia es mínima. La fuerza de avance puede reducirseaún más por adelgazamiento de la punta, pero en cambio se reducesu resistencia al desgaste,

El ángulo de ataque de la herramienta (y) coincide con el ángulode acanaladura y disminuye hacia el núcleo de la broca. Como entodos los filos de herramientas de arranque de viruta, se elige grandepara trabajar mater¡ales blandos y lo más pequeño posible para mate-riales duros.

Broca espiral tipo N 7= 1 6'a 30'para materiales con desprendi-miento normal de virutaAcero y fundición de acero hasta 700 N/mm2 o:118"Aleaciones de Cu desde CuZn 40, nfquel, o:14O"acero inoxidable

de la brocaFigura 3-343. Filos y ángulos de la broca.

Tipo N

Tipo H

Tipo W

Figura 3-344. Las brocas se fabrican de tr€s t¡pos.

Tipo N Tipo H

C Afilado en cruz Avellanador hueco

203

f, TBisel-,-_TAnq ataque

Supe rf icie

,-del hombro

1ó"..

100..

350..

Ang. Puntap¡Ang. filo

ilo auxiliar

Extremo del f¡lo

Filo princípal

-¡ns. (* despullo

Ranura receptorade viruta

perf, princ ipaldestalonada

Filo

ffi"Adelgazado

Broca espiral tipo H 7 = 10o a 13opara mater¡ales duros y frágilesAleaciones de Cu hasta CuZn 40Acero de alta resistenciaMateriales prensados, roca

Broca espiral tipo W 7 = 35o a 40'para materiales blandosAluminio, cobreAleaciones de cinc

a:1 1 8'o:140'a: 80'

o:1 4O"

o:1 18'

El ángulo de despullo (a) se forma por el destalonado y va enaumento desde la periferia hasta el centro.

El filo en forma de cuña de la broca puede conocerse por mediode una prueba.

Prueba: Se hacen rodar sobre una hola de papel de calco azul dos brocas, unapara acero y otra para material prensado y quedan marcados los ángulos defilo, de ataque y de despullo.

El ángulo de punta (o-sigma) está formado por los dos filos prin-cipales. Las magnitudes de los ángulos, dependientes del material a

taladrar, están fijados empíricamente en la norma DIN 1414. Paramateriales con gran resistencia al arranque de viruta y poca conduc-tibilidad térmica (plásticos) hay que elegir la broca con un ángulomenor.

Cinco afilados especiales según DIN 1412:

A filo transvorsol adelgazadoPoca fuerza de avancemejores condic¡ones de corte

Ac6ro hasta 9OO N/mm2

B como A" poro cm t¡lo pr¡nc¡pal corregidoComo A, ángulo de f¡lo aumentadopara materiales duros

Acero d€ más de 90O N/mm2, acero de

muelles, acero al Mn, fundición dura,

aleaciones de Mg

C alilado en cruzEl filo transversal se transformaen dos filos auxiliares

Acero de más de 900 N/mml

D af¡lEdo de doble conoLos s€ns¡bles extr€mos de losf¡los 6stán rebajados

Fund¡c¡ón gr¡s, fund¡ción durs,fundición maleable

E puntr centralBuen centrado, no se formanrebabss al taladrar

Ale8ciones de Al, cobre, cinc,

68tratif¡cado de paPel

D Afilado de doble cono

B Filo transversal adelgazado con E Punta centralfilos principales corregidos

rj

I

1

¡c

unrio

vh

4Strctnt

30rl

¡.-5=ctonsu lt¿

204

Husillo de lata ladr

Husillo dedesplazam¡ento

Corredera

Cuchilla

Figura 3-345. Portabrocas (mandril portabrocas).

Superficie destalonada

Superficiedel hombro

Filo auxiliar

Extremodel filo

de corteFilo principalMovimientode avanceViruta

Canal de

Cabezal portacuchillas

Figura 3-346. Broca de un solo filo. Figura 3-347. Broca

Avellanador hueco

Con el avellanador hueco, llamado también de cuatro filos, se ave-llanan orificios prev¡amente taladrados o provenientes de la fundi-ción o antes de ser escariados. Gracias a la forma del avellanadorhueco, rígida y fuerte, se obtienen orificios rectos.

PortabrocasCon el portabrocas se taladran los orificios cortos a su medida real. Laherramienta de taladrar se ajusta radialmente a la magnitud del ta-ladro. El portabrocas se emplea principalmente en la taladradora decoordenadas. Con una veloc¡dad de corte alta, un avance pequeño ycojinetes del husillo de alta calidad, se pueden mecanizar orificioscon gran precisión y buen acabado superficial.

Broca de un solo filo para taladrado profundo

Se taladran con ellas orificios profundos (de hasta A 80\. Trabajansobre macizo y tienen dos filos comprendidos dentro de un ángulo de120". La punta de los filos debe estar perfectamente centrada paraque no se desplace la broca. Los tres biseles dan a la broca un buenguiado a lo largo de toda su longitud. El líquido de refrigeración ylubricación es introducido a presión hasta la zona de corte a través deun canal.

Broca huecaConsta de un tubo y un cabezal portabrocas. En la parte frontal delcabezal van montadas, dependiendo del diámetro, de 2 a 1 6 cuchi-llas. Para reducir la carga sobre las cuchillas sus filos son de diferen-tes anchuras de forma que cada cuchilla sólo arranca una parte delancho total del corte. Un fuerte chorro de líquido de refrigeración ylubricación expulsa las virutas.

PROCESO DE ARRANOUE DE VIRUTA

En el taladrado la broca actúa como una herramienta demúltiples filos. Gomo el filo transversal tamb¡én actúa enla dirección del avance, la broca t¡ene tres filosprincipales. Según DIN 6581 se d¡st¡nguen incluso dosfilos auxiliares y dos extremos de filo.

Mediante el avance de la broca en la dirección de su eje se intro-ducen los filos principales en el material y arrancan viruta. Se dis-tingue entre movimiento de corte y movimiento de avance. Comodiagonal de ambos mov¡m¡entos, en el paralelogramo de movimien-tos, aparece el movimiento efect¡vo de la broca.

!dt+L

PieLa amecln zar

Movimientoefectivo Plano de

corte

Ángulo dedespulloefectivo

Figura 3-348. Proceso de arranque de viruta.

7t De 2 a 16 cuchillas

oooo

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Figura 3-349. Formación del ángulo de despullo efectivo.

ovrm te ntoTécnica de la fabricación

El plano de corte queda en la dirección del movimiento efectivo.Como consecuencia de esto varían en el taladrado los ángulosefectivos de ataque y de despullo. Como puede deducirse de la fi-gura, el ángulo de ataque aumenta, El ángulo de despullo efectivo esmenor que el ángulo de destalonamiento.

Cuando se trabaja con materiales blandos y grandes diámetros debroca con avances rápidos, la broca debe tener un ángulo de des-pullo grande (aproximadamente 7o) para que el efectivo a' resulte losuficientemente grande.

Velocidad de corte y avance

Como base de la economía se requiere un alto rendimiento de meca-nizado. Se entiende por rendimiento de mecanizado el volumen deviruta arrancado de la pieza a mecanizar en un minuto.

La velocidad de corte v, éxpresada en m/min., eS el trayecto enmetros recorr¡do por el bisel de la broca en un minuto.

El avances, expresado en mm, es la medida de la penetración dela broca en el material de la pieza en una vuelta.

Un aumento de la velocidad de corte significa, para una broca de-terminada, un aumento de la velocidad de giro n (en r.p.m.) y con elloun aumento de la profundidad de penetración en cada período detiempo y como consecuencia del rendimiento de mecanizado.

Con un aumento de la fuerza de avance aumenta éste y con elloigualmente la profundidad de penetración y el rendimiento del me-canizado.

Una velocidad de corte y una fuerza de avance mayotes suponenun calentamiento y un desgaste del filo de la herramienta tamb¡énmayores. La velocidad de corte más económica depende del mate-rial de la pieza, de la refrigeración y de la duración de la broca bajocondiciones de corte en caliente.

Valores orientativos de la velocidad de corte v y del avance s parabrocas de acero rápido

St 60 gris l¡geros23

Figura 3-351. Rendimiento de mecanizado.

Longitudes des-iguales de los fi-los, filo transver-sal fuera del ejede la broca.

Consecuencias:1. Esfuerzo des-

igual

Filos con ángu-los distintos al ejede la broca.

Consecuencias:1. Distinta longi-

tud de losfilosMayor cargasobre un filoBroca des-viadaOrificio tala-drado dema-siado grande

Figura 3-352. Consecuencias del afilado incorrecto.

Figura 3-35O. Velocldad de corte.

Movimiento de corte

Velocidad de corte v-*r-_-tl'-' " 2l

,l!d9octlOG

E:EO69EE

v en m/min 30.. 40s en mm 0,1 . 0,4

30...60 100.1500,1 ...0,6 0,1 0,6

P:+, ":f; an,

Broca desviadaOrificio tala-drado dema-siado grande

Comprobación delángulo de la puntay simetrla

Filos con ángulosdistintos al eje dela broca, filo trans-versal fuera deleje-de la broca.

Consecuencias:1. Mayor carga

sobre un filo2. Brocadesviada3. Orificio tala-

drado dema-siado grande12 ..30

0,1 . 0,6

2.

3.

4.

Para brocas de acero de herramientas v se feduce a la mitad deestos valores y para brocas con f¡los de metal duro aumentan cuatro ocinco veces. Los avances permanecen aproximadamente iguales.

La velocidad de giro, el diámetro de la broca y la velocidad decorte están relacionados entre sf:

El recorrido per¡férico del filo de la broca en una revoluciónsr = d . ¡r. El recorrido per¡fér¡co del filo de la broca en n revolucioness = d 'Í' n. La velocidad de giro de la broca se expresa en revolu-ciones por minuto, de forma que la fórmula de velocidad de corte re-su lta:

Comprobación del Comprobaciónángulo del filo ángulo del filotra nsve rsa I

Figura 3-353. Comprobación del ángulo de afilado con laplantilla.

ECONOMíA AL TAI.ADRAR

v :!: d' T' n ; @. " -l u "n-T-

Rueda cónica

Mordazas

Figura 3-354. Mandril de tres mordazas

0H usilloportabrocas

Caballete escalonadoDrN 6318

Punta deexpulsión

Mango(cón ico)

Figura 3-355. Sujeción con eje cónico.

Mesa de trabajo

Casquillo

Figura 3-356. Sujeción a la mesa del taladro.

Taladrado concasquillo

I

Figura 3-357, Esfuerzo aumentado en la b¡oca.

Ejemplo:

Datos: v =

v-d n n:


24 m/min., d = 10 mm = 0,O1 m. Calcular n.

24m/min -^- 1n: :/bb=]0.01 m 3.14 min

TRABAJOS DE TAI.ADRADO

Sujeción de la brocaEl mandril con mordazas de sujeción se f¡ja al husillo del taladro. Elmango cilíndrico de las brocas pequeñas se sujeta con un mandril detres mordazas, o con un mandr¡l de cambio rápido en máquinas fun-cionando y cuando hay cambios frecuentes de broca. Para brocas pe-queñas se utilizan además casqu¡llos suplementarios. Las brocasgrandes se encajan por su mango cónico en el husillo del taladro y sequitan con una chaveta cónica.

Sujeción de la pieza a mecan¡zarLas piezas a mecanizar deben sujetarse para que no las arrastre elgiro de la broca. En el taladrado de orificios pasantes los filos prin-cipales de la broca se agarran al final del recorrido en el mater¡al deforma que aparecen grandes esfuerzos g¡ratorios sobre la p¡eza quese perfora.

Las piezas largas se colocan sobre una base de madera o deacero y se sujetan a mano. Las piezas cortas se aseguran bien en untornillo portapieza, o con entenallas o dispositivos de taladrado. Laspiezas cilíndricas se sujetan firmemente en pr¡smas de taladrar.

Defectos del taladrado y causas de la rotura de la brocaPieza a mecan¡zar: Graneteado defectuoso, de forma que la punta dela broca no t¡ene guía. Sujeción floja de forma que la broca se en-gancha.

Herramienta: La broca chirría por tener gastados los biseles deguiado. El husillo del taladro t¡ene excesivo juego axial. Elección in-correcta del tipo de broca. Afilado incorrecto de la broca. Las brocasafiladas defectuosamente se embotan pronto y producen orificiosinexactos.

Taladrado: Se calienta la broca por haberse elegido una fuerza deavance y una velocidad de corte excesivas. El taladro es más profun-do que las ranuras de la broca helicoidal. El taladrado de piezas incli-nadas sin uso de casquillos de taladrado. Variación de la fuerza decorte como consecuencia de rechupes e inclusiones de escoria no vi-sibles. lnsuficiente refrigeración y lubricación.

La refrigeración disminuye la temperatura del filo y la lubricaciónel rozamiento entre la broca y la pieza que se trabaja. Los líquidos derefrigeración y lubricación son emulsiones. Son imprescindibles parataladrar acero, aluminio y aleaciones de Cu y Zn. Se taladran en secolas aleaciones de Mg, las fundiciones de hierro, el caucho endure-cido y los plásticos.

Como líquidos de refrigerac¡ón y lubricación se utilizan aguajabonosa o emulsiones de taladrado.

Taladrado sin casquillos de taladrar: Resbalamiento de la brocasobre superficies inclinadas y guiado inestable en el taladrado coni nterru pciones.

Taladrado de piezas de fundición: El filo se engancha en los espa-cios huecos (rechupes), el esfuerzo de corte aumenta en las capas decolada duras y en las inclusiones de materiales duros.

dn

Chaveta cónica

Manguitoreductor

Garra de suleción DIN 6314

sulec ión

lnclusión dematerial

duro


AVELLANADO

El avellanado es un taladrado con una herramienta de doso más filos llamada avellanador.

Se emplea para desbarbar orificio$ con cantos vivos,avellanado de perfiles (figura 3-358), para ensanchar{abertura de taladros} orificios provenientes de fundicióno previamente taladrados y dejarlos a medida real (figuia3-359), para el avellanado profundo de rebajes cilíndricos(figura 3-360) y para el avellanado plano de superficiesplanas (figura 3-361).

Elección del avellanadorHay diferentes modelos.

Los avellanadores cónicos se fabrican con diámetros de 8 a80 mm. Con ángulo de punta de 60o se emplean para desbarbar, de75o para alojar las cabezas de los roblones, de 90" para alojar lascabezas cónicas de tornillos y de 1 20' para recalcar cabezas de ro-blones.

Los filos de cuña se afilan sin ángulo de ataque. Empleando de 1Oa 12 filos en la periferia se evita el enganche y las vibraciones en elorif icio.

Los avellanadores helicoidales se emplean para ensanchar (me-canizar) taladros. Por su forma son similares a las brocas helicoi-dales pero tienen tres o cuatro ranuras de recogida de viruta en lugarde dos. El guiado en el orificio del taladro es mejorque el de la brocahelicoidal. El orificio queda liso.

Hay avellanadores helicoidales de plena medida para avellana-dos a su medida efectiva y de medida menor para escariado ulterior.

Los avellanadores planos se emplean para elavellanado plano desuperficies salientes y no lisas de piezas de fundición. Producen su-perficies planas para el asiento de cabezas de tornillo y tuercas.

Los avellanadores de espiga, con espiga de guiado fija o recam-biable, se emplean para el avellanado profundo de superficies planas ypara el as¡ento de cabezas de tornillos cilíndricos.

Mediante las espigas de guiado se consigue que el avellanadoquede perfectamente centrado en el orificio.

ESCARIADO

El escariado con escar¡adores mecánicos sirve para me-can¡zar orificios cilíndricos. Con el escar¡ado se consi-gue un mejor acabado de la superficie y un diámetroexacto. Por regla general corfesponde a la clase de tole-rancia H7.

Los escariadores mecánicos se diferencian de los manuales por:1 . mango cilíndrico o cónico2. parte cortante pequeña y mayor longitud de cuello y3. entrada pequeña.

La parte cortante y la entrada pueden ser pequeñas porque elescariador va bien guiado a lo largo del husillo del taladro. paraahorrar los caros aceros de herramienta se ha desarrollado el esca-riador sin vástago con su elemento portador para grandes diáme-tros de escariado (18 hasta 100 mm).

Todos los escariadores se fabrican con ranurado recto o heli-coidal, así como con mango cilíndrico ó cónico.

Figura 3-358. Avellanado¡cónico (avellanado deperfiles).

Figura 3-360. Avellanadorde espiga (avellanado planoprofundo).

Figura 3-362.

Orificio cónico1:30

Figura 3-363.Escariador sin mango.

207

Figura 3-359. Avellanadorhelicoidal (ensanchamientode orificios).

Cuchilla.Espiga de

gu ia clo

Figura 3-361.Avellanador plano(avellanado plano)

Escariadores mecánicos.

1:30Portaescariador(dibujado a pequeña escala)

{

t

Su jeciónpor cuña

Figura 3-364. Caja de cambios de una talad¡adora decolumna.


TALADRADORAS

Taladradora de columnaConsta de pie, columna, mesa y cabezal con husillo. El husillo realizaun movimiento circular de giro como movimiento principal y un movi-miento rectilíneo y ax¡al como movimiento de avance. La posición delhusillo no es var¡able, de forma que la pieza a mecanizar debe sermovida por debajo de la herramienta. Con estas máquinas se puedetaladrar, avellanar y escariar, así como roscar si están preparadas paraello. Según el tamaño de la máquina se pueden hacer taladros hasta30, 50, 80 y 1OO mm de diámetro.

Taladradora de husillos en líneaEstá constituida por una mesa rectangular con dos hasta cuatro ca-bézales con su husillo correspondiente. Se emplea para pequeñasseries de piezas con diferentes procesos de trabajo; por ejemplo, enel primer husillo está instalada una broca helicoidal, en el segundouna de tres filos y en el tercero una avellanadora. La pieza pasa su-cesivamente de husillo en husillo y en cada uno de ellos recibe el me-canizado correspondiente.

Taladradora de husillos múlt¡plesEl husillo situado en el cabezal transmite el movimiento de giro pormedio de ruedas dentadas a numerosos husillos articulados (hasta32). Cada uno de estos hus¡llos articulados puede llevar una herra-mienta, de forma que pueden mecanizarse al mismo t¡empo varios ta-ladros, con lo que se reduce esencialmente el tiempo de produc-ción, por ejemplo, el mecanizado de cajas de engranajes, bloques demotores, etc.

Obtención del movimiento de corte. El motor eléctrico acciona, através de un embrague de seguridad que se desconecta por sobre-carga, el mecanismo PlV. Con ello se puede variar sin discontinui-dades la velocidad de giro. El husillo de taladrado recibe el movi-miento de giro a través de un engranaje de ruedas corredizas.

Obtención del movimiento de avance. Este movimiento se reci-be siempre del husillo de taladrado. Por eso se puede indicar la mag-nitud del avance en mm/revolución. Un mecanismo de chavetamóvil multiplica o redúce el número de giro. El eje y el piñón delavan-ce son accionados a través de un juego de ruedas helicoidales. Elpiñón engrana en el dentado del casquillo del,husilloy lo mueve conel mismo hacia abajo. Una vez soltado el enclavamiento entre ruedahelicoidal y eje del avance puede accionarse el avance a mano.

Taladradora radialSe emplea para el mecanizado de grandes piezas que no pueden mo-verse sobre la mesa y colocarse debajo de la herramienta. La cons-trucción especial de la máquina permite colocar el husillo con su he-rramienta sobre el punto de trabajo. Para que se pueda realizar elmayor número posible de trabajos distintos, con la pieza una vezsujeta al pie de la máquina, el husillo de taladrar ejecuta hasta 24 ve-locidades de giro, por ejemplo desde 20 hasta 2 OO0 r.p.m., y otrostantos avances, desde O,O5 hasta 2 mm.

Motor /

+Mecá nico

Avance

Manua I

90'

Figora 3-365. Taladradora radial.

I

TALADRADORA DE COORDENADAS


trumentos de m ezaq de precisión-y1am.bién para traba y dértrazado¡,, ' ; '

Sus características particulares son:

1 . Construcción especialmente rígida para alcanzar alta precisión,también con carga máxima de la máquina.

2. Exactitud particularmente grande de todas las guías y cojinetes.3. Velocidades de giro del husillo altas. Según el tamaño de la má-

quina, 3 OO0 r.p.m. o más para el taladrado de precisión.4. Avances pequeños (0,02 mm) para el taladrado de precisión.5. Mesa móvil según dos ejes perpendiculares (desplazamiento lon-

gitudinal y transversal), y lectura de los desplazamientos enambas direcciones con exactitud hasta 1 ¡lm.

Sistema de coordenadasDesde un origen de coordenadas se puede determinar exactamentecualquier punto mediante una abscisa y una ordenada.

Ejemplo:

Abscisa = Desplazamiento longitudinal de la mesa 37,650 mm.Ordenada = Desplazamiento transversal de la mesa 27,5O0 mm.

De esta manera se puede localizar y fijar cualqu¡er punto de lapieza a mecanizar por sus coordenadas.

La acotación en el plano de la pieza a mecanizar se hace tambiénen un sistema de coordenadas. Para la medición de los desplaza-mientos de la mesa los fabricantes han desarrollado diferentes siste-mas de medición. En la máquina de la figura 3-367 se ha empleado elprincipio del micrómetro; en otras máquinas van incorporadas dosreglas graduadas, estancas al aire y al polvo, con escalas de preci-sión que se ven y leen con dispositivos ópticos (lentes de aumento).Hay que tener en cuenta que la longitud leída no siempre coincide,con la exactitud de 1 pm, con el desplazamiento realde la mesa. Lasvariaciones de temperatura de la máquina, las resistencias porrozamientos de las guías de deslizamiento, etc., causan una desvia-ción adicional, por lo que se puede contar con un error en la exactitudde la posición (exactitud de la situación de la pieza a mecanizardebajo del husillo de trabajo) de 3 ¡rm.

Fijación del origen de coordenadasPara poder emplear el sistema de coordenadas hay que colocar elorigen de coordenadas de la pieza a mecanizar exactamente debajodel eje del husillo de trabajo. Si se representa el punto origen decoordenadas con dos líneas trazadas sobre la pieza a mecanizar, ocon un punto graneteado o con un pequeño taladro (hasta 5 mm dediámetro), el eje del husillo de trabajo se fija con un microscopio.

MANDRINADORA FRESADORA HORIZONTAL

La mandrinadora fresausos múltiples para laros de p¡ezas y para

En estas máquinas se mecanizan principalmente grandes carca-sas de cajas de engranajes y estructuras de máquinas. La pieza sepuede mecanizar en todas sus caras verticales mediante el giro de lamesa.

Figura 3-367. Sistema de coordenadas según el principiodel micrómetro (desplazamiento long¡tud¡nal).

Figura 3-368. Microscopio para la fijación del origen decoordenadas (izda.).Figura 3-369. Palpador de bordes HD (dcha.).Con él se puede ajustar exactamente al borde de una pieza yemplearlo como borde de referencia para mediciones pos-teri o res.

209

Carro delportabrocas

Mesa deta lad ra dora

Origen de coordenadasHusillo de roscar concompensación de errores

Lectu ra:Regla graduada 1mnTambor O,O1 mmNonio 0,OO1 mm

Husillo de taladrar

Figura 3-366. Taladradora de coordenadas.

210

Monta nte

Husillo de taladrar

Técnica de la fabricacEcnica de t

Pome

taladr

bezal del husillo

del plato

s ode

0{--

grratoía

+ - + Mov¡miento de avanceMovimiento de

\+-/ postctonamtento

Con

Fosición dE€ de mecar

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G€ de mecan

h de mecaniz

F=rizado de ur

Carro transversal\ B"n""d.

4- Movimiento de corte

Figura 3-370. Mandrinadora fresadora horizontal con mesa de mov¡miento én cruz y contrapunto (cabeza móvil).

Superf icie de lapteza a ntzaf

Mes

Regla

ador

Figura 3-371. Ajustar el husillo detaladrar sobre el puntode taladrado.

Con esta finalidad la máquina puede realizar un gran númerE':ura de un omovimientos. Para alcanzar el punto de taladrado se puede ajustdn-sillo de talialtura el cabezal y en posición transversal la mesa. Los desS€nto de avarm¡entos (distancias del punto de taladrado en dirección f¡e¡i¿6¡¡le del contra¡vertical) se leen en escalas graduadas provistas de nonic1/10 mm. ¡¿ de mecani

Para una limitación más precisa de los desplazamientos:c:nizado de tden ponerse en las escalas graduadas galgas paralelas o com¡ui riza una cucdores. Las máquinas modernas tienqn escalas graduadas de pantra fijados¡ón con aparatos ópticos de lectura que permiten una precisió:lectura de 1/1 00 mm. Con este sistema de coordenadas sobra enchos casos el trazado de la pieza a mecan¡zar. rición de m

EJEMPLO DE TRABAJO¡- de mecani,

Ia:o de una ro

-------Comparador

Regla graduadavertica I

La pieza a mecanizar, por eiemplo la carcasa ae unaf t-'

I lStitjide engranajes, se coloca por medio de la mesa g¡rab.--:rdad de la

en las posiciones de mecanizado I a lV. girando B: = avance (

dedor de su eje vertical. En cada posición se mec¿una cara de la Pieza.


Posiciones demecanizadoof-

Correderaplato

Carro del platocon manivela

Figura 3-372. Ejemplo de mecanizado de la carcasa deuna caja de engranajes.

Contrapunto

Posición de mecanizado l:Fase de mecanización l/1

Mecanizado de una superficie saliente. La herramienta se sujeta conun portaherramientas a la corredera del plato. Mientras el plato gira lacorredera se mueve automáticamente hacia el centro con lavelocidad de avance establec¡da.

Fase de mecanización U2

Abertura de un orificio con barra de taladrar y cuchilla. La barra se fijaal husillo de taladrar y recibe de él el movimiento de giro y el mo-úimiento de avance axial. La barra de taladrar está guiada por el coji-nete del contrapunto.

Fase de mecanizac¡ón l/3Mecanizado de un orificio grande. Para el gran diámetro del orificiose utiliza una cuchilla para taladrar. El portabrocas que la sostiene seencuentra fijado a la barra de taladrar. Los movimientos son comoen 2.

Posición de mecanizado ll:Fase de mecanizac¡ón lUlTallado de una rosca exterior. Se sujeta al plato, que es el que realizael movimiento de giro, un carro del plato en el que se monta la he-rramienta con forma de gancho. Se consigue la aproximación para laprofundidad de la rosca por medio de la manivela del carro. En estecaso el avance (igual al paso de rosca) lo realiza la pieza.

Fase de mecanización ll/2Mecanizado de un orificio. Los taladros cortos y próximos al cabezal

211

el cepilladoFigura 3-373. Movimientos en

Figura 3-374. Ángulos en las herrami€ntas de cepillar ymortajaf .

\


pueden realizarse con un portabrocas montado al aire en el husillo.Los movimientos son como en l/2.

Fase de mecanización lll3Roscado con macho de roscar. El macho de roscar (en general deun solo filo y de rendimiento alto) se sujeta en el husillo de taladrarcon un casquillo adicional. El macho de roscar no debe deslizarse niaxial ni radialmente, ya que con un avance forzado por el husillo secortaría mal la rosca o se romperla el macho de roscar.

Posición de mecanizado lll:Fase de mecanización lll/1Corte del resalte de un ojete de fundición. La barra de taladrar tiene eldiámetro del orificio, consiguiéndose en él su guiado. La cuchillamontada en la barra de taladrar se sujeta con una cuña.

Fases de mecanización lll/2. lll/3 V lll/4Perforación, mecan¡zado y escariado de un orificio. Las herramien-tas (broca helicoidal para la perforación, avellanador helicoidal parael mecanizado a la medida de escariar y escariador para el escariadodel orificio) se colocan una tras otra en el husillo de taladrar.

Posición de mecanizado lV:Fases de mecanización lYll V lVl2Rebajado interior y exterior de un cubo con avellanadores desmon-tables. Se sujetan los avellanadores sobre un portaherramientas conespiga de guiado en el husillo de taladrar. La espiga tiene el diáme-tro del orificio y da a la herramienta el guiado necesario.

PROCESO DE TRABAJO Y HERRAMIENTAS

CepilladoLa pieza a mecanizar realiza el movimiento de corte y la herramientalos movimientos de avance y aproximación, Este proceso es apropia-do para mecanizar superficies largas y estrechas. Cuando es posible,se sujetan varias piezas, una tras otra, a la mesa de la máquina (pro-ducción en serie).

Ventajas frente al fresado: poco calentamiento de la pieza meca-nizada (deformación), gran exactitud (O,O2 a O,O4 mm) y herramien-tas baratas. lnconvenientes: tiempos largos de mecanizado (carrerasen vacío) y potencia requerida alta (movimientos de piezas pesadas yde la mesa de la máquina).

MortajadoLa herramienta realiza el movimiento de corte y la pieza los movi-mientos de avance y aproximación. Este proceso es apropiado para elmecanizado de superficies cortas y para la producción <pieza a pie-zar. El mortajado horizontal se aplica para el mecanizado de formasinteriores.

Avance s y profundidad de corte a. El avance se realiza paso apaso en el momento de cambio de las carreras de retroceso a la detrabajo. Aquí también es válido avance pequeño y profundidad de


corte grande. El ángulo de posición rcdebe serde45o. En el mortaja-do vertical, K es en general de 90o a causa de los movimientos de lamesa paralelos o perpendiculares al filo de la herramienta.

Cuchillas de cepillar y mortajar. Tienen las mismas designa-ciones que las cuchillas de torno normalizadas y pueden estar cubier-tas con placas de metal duro. Para el mortajado vert¡cal son nece-sarias herramientas especiales.

Elevación de la herramienta en la carrera de retroceso. La herra-mienta debe levantarse de la pieza mecanizada durante la carrera deretroceso para no rozar con su filo la pieza mecanizada y no em-botarse antes de t¡empo. La máquina levanta automáticamente la he-rram ie nta.

213

Herramienta de mortajarde cuatro bordes

Figura 3-375. Avance s y profundidad de corte a en elcepillado y mortajado.

Figura 3-376, Elevación de la herramienta en la carrerade retroceso.

l,'. ,'li / -

Fund¡ciónhasta GG-

Figura 3-377. Valores orientativos de la velocidad decorte en el cepillado y mortajado.

0

oL

-t

Velocidad de corte. Se fija de acuerdo con el tipo de material dela pieza a mecanizar y de la herramienta, y de la magnitud del avance(rugosidad de la superficie). En el mortajado, por lo general, se eligenvalores empíricos de la velocidad de corte y de la frecuencia de ca-rreras, mientras en el cepillado de piezas largas se determinan conexactitud debido al tiempo de mecanizado largo (planificación deltrabajo).

A partirde la longitud de la carrera y de la velocidad de corte ele-gidas hay que calcular el número de carreras dobles por minuto yajustarlo en la máquina.

En muchos casos es suficiente

Número de carreras dobles/min :

la fórmula empírica:

Velocidad de corte en m/min1.,2 X Long¡tud de la carrera en m

ESTRUCTURA DE LAS CEPILLADORAS

El movirrliento de corts, rectilfneo, es real¡zado por lamesa de la máquina con las piezas a mecan¡zar sujetasfirmemente sobre ella. Los demás mov¡m¡entos los rea-liza la herramienta.

Bancada. Soporta la mesa sobre sus guías de deslizamiento y dalugar al accionamiento de la misma. Los montantes están colocadosa los lados.

Montantes. Tipo de cajas nervadas, están unidos en la parte su-perior por el cabezal superior fijo, de forma que el conjunto cons-t¡tuye un puente rígido.

Mesa. Soporta las piezas a mecanizary es movida por un accio-namiento mecánico (ruedas dentadas y cremallera) o por un acciona-miento hidráulico (cilindro y émbolo).

Travesaño. Es ajustable sobre las guías de deslizamiento ver-tical de los montantes. Durante el proceso de trabajo está encla-vado. Los carros del travesaño son desplazables sobre guías de desli-zamiento horizontales.

Carros. La máquina puede soportar hasta cuatro carros, dos en eltravesaño y uno en cada uno de los montantes. Los carros del tra-vesaño pueden realizar horizontalmente el avance o la marcha rápi-da y los de los montantes verticalmente.

Marerial Avance 6n mm/cafrora Hem-

) rt o,4 o6 l: 16 25 4

St37 a

Sr 44c22sl 70c60Acerosaleados

Fund acerohasra GS-52:undición grirasta GG-26

Fundición Al

36

200

25

6

85

16

12

18040

7522

4212

256,5

2612

28I

1601a

6718

3610

205

2410

267

14025

6014

308

174

21

255,6

12520

5312

256

'15

3

191

225

11218

'10

5

166

4

10016

9

14

90

P30SS

P30SS

P30SS

P30SS

K 10SS

s20SS

2',t4

Travesaño

Corredera dela

Ca rroPlaca delde he

Mesa

Bancada Topembio

del cMecanismo de de velocidades

velocidades del avance

Mesa

TopeConm de

CremalleraEngranaje de ruedas

dentaclas enla bancada

electromag né1¡co

trabajo (4 vel )

AccionamientoFigura 3-379. Accionamiento mecánico de la mesa decontrol.El tope por medio del conmutador de control cierra un cir-cuito de baja tensión y por un relé acciona el circuito detrabajo conectándose así el acoplamiento electromagnéti-co reversible.

Correderas de la herram¡enta. Son giratorias montadas en loscarros y realizan los movimientos de avance y de marcha rápida ensent¡do de su eje longitudinal.

Placas de retenida de las herramientas. Levantan la herramien-ta de la pieza mecanizada durante la carrera de retroceso.

Accionamiento principal en tres vers¡ones

Accionamiento mediante motor regulable de corriente coñt¡nua. Sepuede variar la velocidad de corte sin discontinuidades. Los topes dela mesa varían el sentido de giro del motor.

Un motor trifásico con veloc¡dad y sentido de giro constantesacciona la caja de cambios pr¡nc¡pal.

Mediante el desplazam¡ento de trenes de ruedas dentadas en lacaja de cambios se pueden obtener, por ejemplo, cuatro velocidadespara la carrera de trabajo y dos para la de retroceso. Los topes de lamesa controlan el embrague electromagnético reversible.

Con un accionam¡ento hidráulico la mesa se mueve por efectode la presión del aceite.

La bomba regulable suministra caudales variables de aceite, deforma que se puede regular sin discontinuidades la velocidad de cor-te. Los distintos volúmenes del cilindro por delante y por detrás delpistón producen, a igualdad de caudal de aceite, una carrera de tra-bajo de la mesa lenta y de retroceso rápida. Los topes de la mesa con-trolan el camb¡o del movimiento.

En los tres tipos de accionamiento se fija, mediante los topes dela mesa, la longitud de la carrera y los puntos de inversión del movi-miento.

Accionamiento del avance. Todas las herramientas son acciona-bles con avance paso a paso o a marcha rápida. Un motor accionacon un movimiento giratorio el s¡stema del avance. Los topes hacen

Acc ionde mor

Eje de mandodel avance

Montante

Punto deconexión eléctrica

Figura 3-378. Cepilladora de doble montante.

Cilindro Émbolo Tope

Bloqüe demando

Vástago émboloPálanca controlVarillas control

Retorno de aceite

Aceite a presión de Embolo distribuidorla bomba regulable

Figura 3-380. Accionamiento hidráulico de la mesa concontrol.

reversible


que en el punto trasero de inversión de la mesa se transmite parcial-mente este movimiento giratorio a través del engranaje. realizándoseun reajuste de los husillos del carro, de los carros y del portahe'rram ientas.

ESTRUCTURA DE LAS MORTAJADORAS

Mortajadora vertical

La herramienta rea¡za el movimiento rectilíneo principalen dirección vertical.

Bastidor y bancada. Están atornilladas entre sí o fundidas en unasola pieza. El bastidor lleva el carro y aloja el engranaje de veloci-dades principal. La bancada soporta a la mesa redonda, móvil enctuz, y lleva el dispositivo de avance.

Carro. Es desplazable en las guías de deslizamiento verticales ypuede inclinarse lateralmente o hacia adelante. Se puede fijar laposición y longitud de la carrera.

Mesa, Consta de los carros longitudinal y transversal y de la mesaredonda giratoria. Los movimientos longitudinal, transversal y de giroconstituyen movimientos de avance.

Accionamiento del carro. En máquinas pequeñas se realizamediante mecanismo de cigüeñal, corredera oscilante o biela girato-ria. Las máquinas grandes vienen con accionamiento hidráulico delcarro.

Dispositivo de avance. En los accionamientos mecánicos serealiza el avance y el retroceso por medio de un mecanismo de cruzde Malta y en los hidráulicos con un cilindro y émbolo.

Mortajadora horizontal

La herramienta realiza el movimiento rectilíneo principalen dirección horizontal.

El proceso es apropiado para la mecanización de superficies ex-teriores planas o contorneadas en piezas de hasta 8OO mm de longi-tud (produccióii <pieza a piezan).

Bastidor. Tiene forma de caja y soporta por su exterior el carro yla mesa, aloja interiormente la caja de velocidades y al acciona-miento del carro (mecánico o hidráulico).

Carro, Se desliza sobre guías de deslizamiento regulables. La po-sición y longitud de la carrera también son regulables.

Soporte de la mesa. Es ajustable sobre unas guías de desliza-miento verticales. A su vez lleva otras guías sobre las cuales la mesaefectúa deslizamientos horizontales.

Mesa. Tiene forma de caja con ranuras en T y orificios para las su-jeción de la pieza a mecanizar.

El movimiento de posicionamiento es vertical y el de avance hori-zontal.

Engranaje de velocidad principal. La transmisión del movimien-to de giro se realiza desde el motor (de polos conmutables) a través

215

MontanteCarro

Variación de laposición de la carrera

Soporte de laherramienta

Mesa redonda

Carro tr

Carro longitudinal

Bancada

Husillo del avance Mecanismo divisor

Figura 3-381 . Mortaiadora vertical.

Figura 3-382. Accionamiento del carro de una mortaja-dora vertical.

t./f,/

Carrera de retroceso/Carrera larga

Figura 3-383. Variación de la longitud de la carrera enuna mortajadora vertical.

Variación de la posición de la carrera

Variación de la longitudde la carrera

Carre¡a de trabaio

216

Círculo dela manivela

laci

Soporte mesa

Art¡cu-

Círculo dela manivela

Gorrón manivela

Rueda de la correderaCorredera oscilanteHusillo de ajuste

manivela

Husillo paravariar el radiode la manivela

en alturaFigura 3-384. Accionamiento mecánico del carro de lamortajadora horizontal.

H usillo M

Ca rre raace rca da

nde


de un engranaje (de 3 a 8 velocidades) hasta la rueda de la corre'dera. El sentido del movimiento se varía por efecto de una correderaosc¡ la nte.

Dispositivo del avance. La mesa recibe su movimiento deavance horizontal (0,2 a 5 mm/carrera) a través de un mecanismo de

cigüeñal, una b¡ela, un trinquete con su rueda y un husillo.

FORMA DE ACTUACIÓNDE LA MORTAJADORA HORIZONTAL

rf a nta cá-n a th lin-d

Accionamiento mecánico del carro(corredera oscilante)El motor acciona, por intermed¡o del engranaje de velocidades prin'cipal, la rueda de la corredera que lleva el gorrón de la manivela'Éste es a¡ustable radialmente y soporta el taco de la corredera (debronce) el cual se desliza en la corredera y la pone en movimientoosci la nte.

Una velocidad alta de la carrera de ¡etroceso (carrera en vacío)ahorra tiempo de producción. El gorrón de la manivela gira con ve'locidad constante en su trayectoria circular. Con una carrera de tra-bajo a el gorrón debe correr un trayecto mayor (más tiempo), con unacarrera de retroceso p uno menor (menos tiempo). Como los trayec'tos recorridos por el carro en las carreras de trabaio y de retrocesoson iguales pero realizados en tiempos distintos, la velocidad es ma'yor en una carfera que en la otra. cuanto mayor es la carrera, mayor es

la diferencia de velocidades.Variación de la longitud de la carrera. Si el gorrón de la mani-

vela se desplaza hacia afuera en la rueda de la corredera describe uncírculo mayor y la corredera oscilante oscila más ampliamente; la ca-rrera aumenta. Si el desplazamiento del gorrón es hacia adentro, lacafterc disminuye.

Variación de la posición de la carrera. La posición de la carreradebe adaptarse a la posición de la pieza a mecan¡zar. Para ello se

afloja la tuerza de fijación del perno de arrastre y se desplaza el carrocon el husillo regulador.

Fijación de la magnitud del avance. El disco excéntrico giratorioacciona al tr¡nquete mediante el gorrón y la biela de carrera, pro-duciendo un movim¡ento oscilante. El trinquete arrastra a su rueda enuna sola dirección y desplaza a la mesa.

Desplazamiento del gorrón del disco excéntrico hacia afuera. Amayor amplitud de la oscilación del trinquete y su rueda, mayoravance.

Desplazamiento del gorrón del disco excéntrico hacia adentro.A menor amplitud de la oscilación del trinquete y su rueda, menorava nce.

Accionamiento hidráulico del carroEl motor eléctrico acciona la bomba de aceite. Girando la bomba va-ría el caudal de aceite y con ello la velocidad del carro. Los topesregulables situados en el carro controlan su movimiento. Con lop to-pes se pueden variar la posición y la longitud de la carrera.

Carrera detrabajo. El aceite entra en la cámara % del cilindro. Lavelocidad del carro es pequeña porque debe llenarse un volumenmayor del cilindro; la fuerza de avance es grande ya que el aceitepresiona contra la superficie grande del émbolo.

Taco de lacorredera

I(a

\""'

tfG

c,"

s

Variación de 7V2la posición

Y de la carreraCorredera oscilante

Figura 3-385. Variaciónde la longitud de lacatrera.

Ca rreraalejada

Figura 3-386. Variación dela posición de la carrera.

tre

c

t +-r-' -T*olongación del eie de

sct¡

aBiela de carrera la rueda de la corredera

excéntrico

Gorrón

Tri nquetea del trinquetelo de la mesa

Figura 3-387. Dispositivo del avance.Para invertir el sentido del avance se gira el trinquete1 800.

Vástago del+Carrera de trabajo

Bloque ---Carrera retrocesomando Embolo (carrera en vacío)

Cilindro

ace¡te regulablesin discontinuidadesTubo de aspiración

ed

sdsl

sl

émbolo

srp,

ptfzl

E.

Regulación de la bomba - c¿ud¿l gglate,te = o

Caudal f,rcnde de aceite

Figura 3-388. Accionamiento hidráulico del carro.

-lTécnica de la fabricación

Car¡era de retroceso. El aceite entra en la cámara V, del cilindro.La velocidad del carro es grande porque se llena un volumen menordel cilindro; la fuerza dé avance es pequeña ya que el aceite pre-siona contra la superficie pequeña del émbolo.

SUJEC]ÓN DE LAS PIEZAS

La resistencia que ofrece el mater¡al al:arranque de,viru-tas produce grandes fuerzas en la p¡oza mecanizada. Lamagnitud de estas fuerzas depende de la resistencia delmaterial y de la sección de [a viruta.

Fuerzas sobre la p¡eza mecanizada

La fuerza mayor es la fuerza de corte que actúa en el sentido delmovimiento de corte y su magnitud puede calcularse. En el cepilladoesta fuerza puede alcanzar los 2OO kN o más.

Estas grandes fuerzas tienden a separar o desplazar a la pieza me-canizada de su fijación. Esto debe evitarse mediante elementos desujeción correctamente elegidos y montados.

Pensar primero con deten¡miento qué fuerzas actúan enlas distintas direcciones; fijar después los elementos desujeción.

Una fuerza de corte grande debe ser absorbidd fundamentalmen-te porun tope que debe sertan ancho como la pieza mecanizada para

evitar con seguridad el efecto de giro al principio y al final del me-ca nizado.

Los perros de sujeción actúan según la ley de la palanca. Por ellose deben fijar los tornillos lo más cerca posible de la pieza a me-canizar y crear allí la mayor parte de la fuerza. Como calzos se uti'lizan piezas en forma de escalera, puentes, piezas prismáticas deacero u otras que sean regulables en altura.

Las mordazas de sujeción con forma de media luna se ajustanellas mismas a la altura de la pieza a mecanizar. El tornillo defijacióndebe trabajar vertical para que no salte la mordaza.

Las cuñas de sujeción son apropiadas para piezas que no tienen, salientes ni superficies en las que se pueda fijar algún otro elemento

de fijación. La pieza a mecanizar debe tener no obstante una alturasuficientemente grande y se emplean varias parejas de cuñas en cadasujeción.

Las piezas a mecanizar planas se pueden sujetar con dedos desujeción cuando las fuerzas de corte son pequeñas por ser tambiénpequeños la profundidad de corte y el avance'

Las piezas pequeñas se pueden sujetar bien en tornillosportapieza si se utilizan calzos de altura adecuada y se encajan en el

o momento del cierre del tornillo mediante golpes de martillo. La fuer-' za de corte debe actuar preferiblemente contra la mordaza fiia.

Las piezas cilíndricas se soportan y sujetan bien con prismas.

EJEMPLO DE TRABAJO

Ejercicio: Mecanizar la pieza principal de un dispositivode taladro med¡ante mortaiado.con mortaiado¡a hori-- zontal.

Fuerza de corteF" uerza pasiva Fo

Figura 3-389. Fuerzas sobre la pieza mecanizada.

Tope correcto

Figura 3-39O. El tope absorbe lá fuerza de corte.

Fuerza de sujeción Fuerza de sujeción

Figura 3-391. Sujeción con perros.

Figura 3-392.Mordaza de sujeción

Pieza a

217

Figura 3-394. Sujeción de piezas planas

Ca lzoFigura 3-395. Sujeción en el tornillo portapieza.

Centro de giroPieza a mecanizarBrazo de palanca

Fuerza de corte

Figura 3-393. Cuñas de sujeción:

Dedo de sujeción Bloque de

Fuerza de sujeción

Prismas

Calzos

214

-,----@I85r-

100

Piezas

ts05

0_1-2-3

Pasadas

d1 =4mma¿ =5m m

o¡ =5mm

PasadasSoporteelástico

Cuch illarecambiable HSS

elást¡co

Elevación

Sección de la cuchilla

f

@

Placa del portaherramientasCuchilla recambiable

Tuerca


Desarrollo del trabajo1. Marcado de la pieza en bruto de 70 X 70 x 105 en una cara

frontal y colocación de granetes de control (30"), El orificio deA20 y ajuste H 8 se taladra con la taladradora y se escaría a mano.

2. Fijación de la pieza a mecanizar en el tornillo portapiezas.a) Tener en cuenta la magnitud y sentido de las fuerzas de corte y

elegir un tornillo portapiezas lo suficientemente grande.b) Ajustar el paralelismo de las superficies exteriores respecto al

orificio con ayuda de la espiga auxiliar (redondo de acero esti-rado) y piezas pr¡smáticas.

c) El calzo paralelo no sólo sirve para nivelar la pieza, sino tambiénpara evitar que se vuelque,

d) Fijar la pieza a mecanizar de forma que no haya que cambiar lasujeción muchas veces.

e) La pieza debe poderse medir también después de fijada'3, Valores posibles de trabajo para el desbaste y acabado exterior(DH = carrera doble).

Desbast€ con ISO 1

Acabado con ISO 3Acabado con ISO 5

182522

4, Fijar la pieza al revés y mecanizar la cara opuesta como en elpunto 3.5. Mecanizar la ranura. Se supone aquf que no se dispone deninguna fresadora con la que se pueda mecanizar la ranura máseconómicamente. Como herramienta se emplea ünq*^cuchilla consoporte elástico que se levanta al engancharse el filo;:de-la herra-mienta en el material, evitándose así la rotura de la misma. Se meca-niza la ranura en tres pasadas. En las pasadas 1 y 2 se gira la cuchilla1o, aproximadamente, hacia la derecha y en la pasada 3 hacia la iz-quierda el mismo ángulo, para conseguir un corte lateral libre de laherra m ienta.

Pasada de desbastePasada d€ acabado

50t25

1025

a manoo.25

6. Mecanizado de la ranura por encima del orificio.Fijar la pieza al revés y mecanizar hacia arriba con la barra de mor-

ta¡ar.¡Atención! Para este trabajo hay que desconectar la elevación

automática de la herramienta y fijar con la clavija de sujeción la placamóvil de la herramienta.

Velocidad de corte 1O m/min., aproximadamente,Avance a mano a voluntad.Se cambia la barra de mortajar por el portaherramientas y se

aprieta fijamente con la tuerca ranurada en la placa del portaherra-mientas.7. Mecanizado de las caras frontales.

Pasadas 1 y 2

Una pesadaide acsbado cada una con ISO 5 25


3.6.6. Brochado

HERRAMIENTAS, FORMACIÓN DE VIRUTAS,VALORES DE TRABAJO

Este procedimiento de mecanizado sólo es apropiado para laproducción en serie, ya que para cada perfil de brochado hay que fa-bricar una herramienta de alto costo.

Denominación de las partes de la brocha

El mango sirve para fijar la brocha al carro de abcionamiento de la

brochadora.La guía debe adaptarse con un juego pequeño, por ejemplo aius-

te ISO H7196, en el orificio premacanizado en la pieza y guiar la he-rramienta durante la entrada.

La pafte de arránque de v¡rutas se reparte en zonas de desbaste yacabado, siendo en este último muy pequeña la profundidad decorte.

La parte de calibrado no tiene ningún diente sobresaliente y noarranca viruta. Sus cuatro o seis dientes sobrepasan a los de cortedespués del afilado de la herramienta. El extremo de la herramientatiene otra guía con la que la brocha se adapta al orificio pasante alfinal del brochado.

Formación de virutasLa herramienta se mueve solamente en sentido longitudinal (movi-miento de corte). Hay un arranque de viruta continuado ya que losdientes tienen un resalto y por lo tanto no es necesario ningún movi-miento de avance. Este resalto dé los dientes (profundidad de corte)está de acuerdo con el tipo de material y hay que conservarlo invaria-ble al afilar las herramien_tas e.mbotadas. Para que el rizo de virutaquepa holgadamente en el espacio para la misma, hay que retocarlopor rectificado después de varios afilados de los dientes.

Procedimiento de brochadoPara conseguir el rendimiento óptimo de mecanizado se debe teneren cuenta lo siguiente:

1. Correcto resalto del diente. Si es muy grande, se sobrecarga laherramienta y puede romperse. Si es muy pequeño, la herramien-ta tien€ que ser muy larga o se tienen que emplear dos o más bro-chas para un perfil determinado.

2. Correcta velocidad de corte, Demasiado grande: poca duraciónde la herramienta. Demasiado pequeña: pérdida de tiempo,antieconómico.

3. Una refrigeración-lubricación correcta aumenta la duración de laherramienta, disminuye la luerza de tracción y da un mejor aca-bado de la superficie.

4. El afilado a t¡empo es condición previa para un buen acabado su-perficial y una fueza de tracción pequeña. Hay que detectar a tiem-po el embotamiento de la herramienta. Comienza cuando en losbordes de los filos aparecen chaflanes y redondeamientos, la fuerzade tracción aumenta excesivamente, la pieza mecanizada muestrasobremedidas y las superficies brochadas resultan rugosas.

219

Variación de la forma de la sección de la brocha

Figura 3-396. Erocha para el brochado interior de uncuadrado.

Forma de lapieza brochada

Figura 3-397. Brocha para brochado oxterior.

Avance (profundidadde corte)

la viruta

Figura 3-398. Formación de viruta en el brochado.

Material

\{

st 70Acero aleadoAcero tenazAcero blandoFund¡ción grisAleacronestales ligeros

Figura 3-399. Valores orientativos decorte en el brochado.

Aceite de corteAceite de corteAce¡te de corteEmuls¡ón de corteEn seco/Aceite cort€Al: EmulsiónMg: En seco

la velocidad de

R,2

forma de barra (bro-n el interior de un ori-o interior) o a lo largo

3 4,5 4,5 5,5 4,5...6t 1...2 ¡

Vatores J 1...2 [vatoreeinretiores[

,.3::.% J sup.r¡o'|es

Máx¡ma velocidad dela máquina

Contacto

220

Manómetro

Carro de arrastre

Tornillo

Brocha paraexte rio re s

Dispositivode sujeción

Pieza amecanrzar

Figura 3-4O2. Representación esquemática de unabrochadora vertical.


Carro dea rrastre

ManómetroCo nta ctoPieza a mecanizar

Brocha

Tope

Mesa

Bomba de regulación

Figura 3-401. Representación esquemática de unabrochadora horizontal.

BROCHADORAS

La fabricación de una brocha sólo es económ¡cá para elmecanizado de gran número de piezas. Por lo tanto, lasbrochadoras son máqu¡nas para la produoción 6n ser¡e.

Están equipadas, cuando es necesario y posible, con alimenta-dores automáticos de piezas (dispositivos de carga de piezas) .o ins-taladas en líneas (transferD. Las brochadoras modernas tienen gene-ralmente accionamiento hidráulico.

Ventajas del accionamiento hidráulico:

1. Movimiento de corte (movimiento de tracción) uniforme, sin brus-quedades ni vibraciones.

2. Regulación continua de la velocidad de tracción.3. La fuerza de tracción se regula por medio de un manómetro, es

decir, es ajustable.

Estructura general del accionamiento hidráulicoUn motor eléctrico acciona una bomba cuyo caudalvariable tiene unaregulación continua. De la bomba, el ace¡te a presión pasa alcilindrode accionamiento a través de un sistema de control (válvulas de con-trol, de retención, de sobrepresión, etc.). Variando el caudal de labomba se varía también la velocidad del émbolo. En el cilindro de ac-cionamiento o en la tubería a presión está conectado un manometroque indica la presión del aceite en bars durante la carrera de trabajo.Como la superficie del émbolo sobre la que presiona el aceitepermanece constante, el manómetro indica directamente la fuerza detracción del émbolo si su escala está graduada en N. El manómetropuede también actuar sobre un presosta,to regulable que desconectala máquina en caso de sobrecarga.

Fijación de las piezas

En el brochado de interiores es suficiente, en la mayoría de loscasos, fi,ar la pieza a mecanizar contra un s¡mple tope fi¡amentesujeto a la mesa de la máquina. Este tope debe soportar alapieza amecanizar contra el movimiento de corte y evitar los desplazamien-tos laierales.

En el brochado de exteriores se debe sujetar siempre la pieza a

mecanizar con un dispositivo que la soporte contra las fuerzas de cor-te actuantes en un solo sentido.

I

II1

1t

rc

20212223

Figura 3-403. Brocha para exteriores.


Fijación de las herramientasLas herramientas de brochado de interiores se introducen a travésdé la pieza a mecanizar y se fijan al carro de arrastre por medio decuñas. Las máquinas totalmente automáticas sujetan la herramientahidráulicamente. Las herramientas de brochar largas se sujetan enambos lados y una vez concluido el proceso de brochado la dejan denuevo en la posición de partida.

Las herramientas de brochado de exteriores se montan sobreplacas de apoyo y se atornillan junto con ellas al carro de arrastre.

Ejercicios

Corte por arranque de viruta con máqu¡na

Fresado

1. Describir los movimientos en el fresado.2. lndicar la diferencia entre fresas de dientes aguzados y fresas

destalonadas.¿En qué se dferencian las fresas tipo H, N y \Af.r

lndicar la diferencia entre planeado perimetral y planeado pe-r¡metral y frontal en lo referente a la disposición de la fresa y aldesarrollo de los movimientos.Describir cómo se forma la viruta en el planeado périmetral yen el planeado perimetral y frontal.lndicar la diferencia entre los movimientos del fresado en elsent¡do del avance y del fresado en sentido contrario alavance.¿Oué ventaias e ¡nconvenientes tienen el fresado en sentidodel avance y en sentido contrar¡o al mismo?Mencionar y describir algunas formas típicas de fresas.¿Por qué se dan los valores del avance s, en forma de tablas?Describir las características constructivas de las fresadoras deconsola.

11. Describir los movimientos en una fresadora de consola.12. ¿En qué se caracteriza una fresadora universal?1 3. Explicar el funcionamiento del d¡spositivo del fresado en sen-

tido del avance.lCómo funciona el fresado de vaivén?¿Oué ventajas t¡ene el fresado de'vaivén con control pro-gramado?Describir las fuerzás que actúan sobre la pieza mecanizada enel fresado en el sentido del avance y en sentido contrar¡o almrsmo.

¿Con qué hay que tener.cuidado en la sujeción con fresas dedientes oblicuos?Describir la ventaja del diámetro pequeño de las fresas enrelación con las fuerzas.lndicar la diferencia entre la sujeción por arrastre y la suje-ción por fricción de la pieza mecanizada.Describir la división directa con el divisor.Describir la estructura del cabezal divisor universal.Explicar la división indirecta con el cabezal divisor universal.Calcular en los siguientes ejemplos el giro de la manivela ocada cuántos orificios hay que fijarla y en qué círculo de ori-ficios, cuando la rueda helicoidal tiene 4O dientes y existenlos s¡gu¡entes círculos de orificios en el plato d¡v¡sor:1 5, 1 6, 1 7, 1 8, 1 9, 20,21 ,23,27 ,29,31, 33, 37, 39, 41 ,43,47, 49.E.jemplos:a) Rueda dentada con 160 dientes.b) Polígono de 14 lados.c) Dentado con 36 entalladuras.d) Eje multienchavetado con 9 ranuras.

221

e) Rueda helicoidal con 76 dientes.f) Brida con 45 taladros.g) Círculo de orificios con 136 orificios.

24. ¿En qué casos particulares debe emplearse la división dife-rencial?

25. Describir el procedimiento de la división diferencial.26. Describir los movimientos en el fresado helicoidal.27. ¿Por qué deben afilarse las fresas de perfiles solamente por la

parte del hombro?28. ,¿Qué superficies del diente se afilan en las fresas de dientes

aguzados?29. ¿Con qué medios auxiliares se puede aproximar una fresa a su

posición correcta sobre la pieza a mecanizar ya sujeta?

Taladrado, avellanado, escariado

30. Citar e indicar la diferencia entre los d¡st¡ntos procedimien-tos de trabajo incluidos en el concepto de (taladrado y ave-llanadoD.

31. ¿En qué consiste la diferencia entre taladrado y ensancha-miento de orificios?

32. lndicar la diferencia entre taladrado profundo y taladradohueco.

33. Describir los movimientos en el taladrado y en el avellanado.34. ¿Oué función tiene el bisel de la broca?35. Comnparar el efecto de arranque de viruta del filo principal y

del filo transversal.36. Hacer un bosquejo del filo de una herramienta (filo de corte de

la broca) e indicar los ángulos.37. ¿En qué se diferenc¡an entre sí las brocas helicoidales del tipo

N,Hvw38. lndicar el tipo apropiado de broca helicoidal para taladrar: q)

CuZn 40, b) mater¡al prensado, c) aluminio.39. lndicar algunos de los afilados especiales de las brocas heli-

coicia les.40. ¿Oué finalidades se consiguen con los avellanadores huecós?41. iPara qué traba.los se emplea un portabrocas?42. lndicar los usos de las brocas de taladrado profundo y de tala-

drado hueco.43. ¿Por qué debe aumentarse el ángulo de despullo de la broca

en caso de avances grandes?44. Explicar el concepto de rendimiento de mecanizado.45. lndicar la diferencia entre velocidad de corte y velocidad de

gtro.46. Relacionarla velocidad de corte, el avanceylafueza de avan-

ce con el rendimiento de mecanizado.47. ¿Por qué no se puede aunlentar con facilidad el rendimiento

de mecanizado?48. lndicar las posibles causas de los siguientes defectos de tqla-

drado: a) orificio del taladro demasiado grande, b) los filos dela broca no se embotan con uniformidad, c) la broca sedescentra.

3.4.

7

5

6

8I

to

1415

16

17.

18.

19.

20.21 .

22.23.

222

49. ¿Cómo se sujetan las brocas con: a) mango cilíndrico, b)mango cónico?

50. Asignar el avellanador apropiado para los siguientes traba-jos: desbarbado de un orificio, avellanado profundo, ensan-chamiento de un orificio.

51. /Por qué tienen los avellanadores cónicos diferentes ángulosde punta?

52. ¿Por qué no tienen en general los avellanadores ángulo deataq u€?

53. iPorqué no son apropiadaslasbrocasparatrabajarcomoave-I I ana dores?

54. tOué defectos pueden producirse a causa de filos embotadosy posición incorrecta de la pieza a mecanizar?

55. Razonar por qué hay que procurar una buena salida de la viru-ta y una buena refrigeración y lubricación.

56. ¿En qué se diferencian los escariadores mecánicos de los ma-nuales?

57. /Por qué en los escariadores mecánicos puede ser corta lasección de filos?

58. ¿Oué finalidad económica tiene la fabricación de los escaria-dores sin mango?

59. Describir la estructura de una taladradora de columna.60. ¿Oue ventajas tienen las taladradoras de husillos en línea y las

de husillos múlt¡ples?61. Explicar la relación existente en una taladradora entre el mov¡-

miento de corte y el de avance.¿Para qué traba¡os es apropiada la taladradora radialT¿Oué ventajas particulares t¡enen las taladradoras de coor-denadas?¿Cómo está formado un sistema de coordenadas?Describir el ajuste del husillo de taladrar sobre el origen decoordenadas en una taladradora de coordenadas.

66. Describir el ajuste del husillo sobre un nuevo punto a taladraren una taladradora de coordenadas.

67. Describir la estructura de una mandrinadora fresadora hori-zonta l.

68. /Para qué trabajos es espec¡almente apropiada la mandrina-dora fresadora horizontal?

69. ¿Mediante qué movimientos se coloca el husillo de taladrar deuna mandrinadora fresadora horizontal sobre un nuevo puntoa taladrar?

70. ¿Por qué muchas de las mandrinadoras fresadoras horizonta-les tienen mesa g¡ratoria?

Cepillado y mortajado71. Explicar la diferencia entre cepillado y mortajado.

3.6.7 Rectificado

ARRANOUE DE VIRUTA CON FILOI NDETERM I NADO GEOMÉTRICAMENTE

Los discos abras¡vos son cuerpos compactos formadospor partículas abras¡vas y aglomerantes que, med¡ante unrápido mov¡m¡ento de giro, fuerzan al abrasivo a arrancarviruta de la pieza que se trabaje.

Los granos embotados se separan del disco dejando a otros gra-nos de cantos vivos en pos¡ción de corte.


¿Por qué en el cepillado o mortajado debe levantarse la herra-m¡enta durante la carrera de retroceso?ZCuál es la regla práctica para calcular el número de carrerasdobles en el cepillado o mortajado?¿Cómo se limita y se controla en una cepilladora el movimien-to de la mesa?Explicar el accionamiento hidráulico de una cepilladorc potmedio de un bosquejo.Citar ejemplos de trabajos de una mortajadora vertical.¿Cómo se varlan la longitud y la posición de la carrera en unamortajadora vertical con accionamiento mecánico?¿Cómo se varían la posición y longitud de la carrera en unamortaiadora horizontal con accionamiento mecánico delcarro?Explicar el accionamiento por corredera oscilante en una mor-tajadora horizontal.¿Cómo funciona el disposit¡vo del avance de una morta¡adoraho rizo nta l?Describir el accionamiento hidráulico del carro de una morta-ladora horizontal.¿Oué venta¡as tienen en las cepilladoras y mortajadoras unacarrera de trabajo lenta y una carrera de retroceso (o en vacío|rápida?¿Oué fuerzas actúan sobre la herramienta y sobre la pieza me-canizada en el cepillado y mortajado?¿De qué depende la magnitud de las fuerzas de arranque de vi-ruta en el cepillado y mortajado?Describir el efecto de la ley de la palanca en la utilización deperros y garras de sujeción.¿Por qué debe emplearse en el ranurado un soporte elásticopara la cuchilla?

Brochado87. ¿Oué ventajas tiene el procedimiento de brochado?88. Describir la estructura de una brocha por medio de un

bosquejo.89. Representar algunas de las formas que pueden obtenerse

mediante brochado de interiores.H acer un bosquelo de algunas de las formas que pueden obte-nerse mediante brochado de exteriores,¿Por qué no es necesario en el brochado el movim¡ento deava nce?

iOué ventajas tiene el accionamiento hid¡áulico en el procesode brochado?Describir la forma constructiva de una brochadora hidráulica.¿Por qué debe fijarse en el brochado de exter¡ores la pieza amecanizar a la mesa de la máquina?

72

7a

79

80

81

82

73.

74.

75.

76.77.

83

84

85

90

91

92

6263

6465

86

93.94.


Composición del disco abrasivoPara adaptar las propiedades del disco abrasivo al material de lapieza a mecanizar, se varían distintas características:

abrasivos = materiales de los que están compuestos los granos.granos = tamaños de las partÍculas abrasivas.grados de dureza = resistencia de la aglutinación,consistencia5 = porosidad del disco abrasivo.aglomerantes = Materiales que aglutinan a las partrculas abrasivas.

ConsistenciaSe entiende por cons¡stencia el tamaño y número de poros del mate-rial que compone el disco y la proporción de abrasivo y aglomeranteen el volumen total.

1234567891011121314

223

Consistencia

Consistencia

cerrada

a bierta

AbrasivosLos abrasivos más usuales actualmente son los óxidos de aluminiofundidos en horno eléctrico y llamados corindones. Se utilizan tam-bién los carburos de silicio que, como todos los carburos, son muyduros y quebradizos. El diamante y el nitruro de boro se empleanprincipalmente en bandas abrasivas.

Coridón

Carburo de

GranoSe entiende por grano el tamaño de las partículas abrasivas. Losnúmeros de grano corresponden al número de mallas por pulgada deltamiz donde han sido cribadas las partículas. Para el diamante y eln¡truro de boro la designación corresponde al ancho de malla deltam¡z en pm.

Grado de dureza

Se entiende por grado de dureza del disco abrasasivo, la caracte-rística del aglomerante de sujetar los granos abrasivos o de dejarque se rompan. Una aglomeración es dura si mantiene los granos lar-go tiempo y débil si los granos se separan fácilmente.

Extraord¡nariamente blandoMuy blandoBlandoMedioDu¡oMuy duroExtraordinariamente duro

AglomeranteLas distintas materias aglomerantes dan al disco abrasivo un com-portamiento quebradizo o elástico.

3036465460

68

101214162024

108090

100120150180

220240280320400500600800

1 0001200

AE

HLPTX

BCDFGlJotKMNOORSUVWYZ

Figura 3-404. Caracterización de un disco abrasivo.

A Diamante


AglomeranteAglomera nteAglomeranteAglomeranteAglomeranteAglomeranteAglomera nteAg lomera nte

cerám rcode silicatode cauchode caucho reforzado con material fibrosode resina sintéticade resina sintética reforzada con material fibrosode goma lacade magnesita

Ejemplo: Disco abrasivo D lN 69120-A 4OO X 50 X 1 27-A60K5 V-60

Designación de un disco abrasivo con forma de corona A, de diá-metro exter¡or dt= 4OO mm, anchura ó = 50 mm, orilicio dr= 127 mm,abras¡vo corindón A, grano 60, grado de dureza K, consistencia 5,con aglomerante cerámico V, para velocidad periférica hasta60 m/s.

SUJECIÓN DEL CUERPO REbTIFICADOR

dichos r¡esgos. La infraeeién,"a las nórmas da lugar a res-ponsabil¡dad civil y penat

Extracto de algunas normas: La sujeción de los cuerpos de rectificar sólopodrá ser realizada por personal experimentado y responsable.

1. Comprobación del cuerpo de rectificar antes de su fijación

Todos los cuerpos de rectif¡car deben someterse, libremente suspendidos, a

una prueba de sonido antes de ser fijados a la máquina Los cuerpos derectificar defectuosos no deben ser utilizados. Se suJeta el disco por suorificio y se le golpea ligeramente. El tono del sonido debe ser claro, sintintineos ni crepitaciones

2. Sujeción con bridas

Los cuerpos de rectificar deben fijarse con bridas de fundicrón gris, acero o si-milares, a menos que el tipo de trabajo o el cuerpo m¡smo de rectificar noexijan otra clase de sujeción. Las bridas deben tener diámetros iguales paraque el disco no esté somet¡do a flexióny se rompa. Al disco debe fijarse sólouna superficie anular.

El diámetro de la rida s se rige por el diámetro D del disco abrasivo y debeexceder de:al 1/3 D cuando se empleen cubiertas de protección,b\ 2/3 D cuando no se empleen cubiertas de protección y en vez de ello sesujete el disco con placas intermedias nuevas de gomacl 1/2 D para discos cónicos.

Entre el cuerpo de rectif¡car y las bridas de sujeción deben intercalarseplacas de material elástico (gomas, papel blando, fieltro, cuero o srmilares)Estas placas intermedias deben igualar las ruoosidades de la superficie deldisco y conseguir un buen asiento de las bridas para que su fuerza de apriete sedistribuya uniforrnemente sobre el disco

Una vez montado el cuerpo de rectificar hay que someterlo a una pruebade roda,ie de cinco m¡nutos de duración como mínimo y a plena velocidad defuncionamiento. Hay que prever una zona de seguridad adecuada

3. Cubiertas de protección

Las máquinas rectificadoras deben estar equipadas con cubiertas de pro-tección reajustables y de un material resistente tal como acero, fundición deacero o fundición maleable,

224

Figura 3-405. Formas geométricas de cuerpos de rect¡-ficar según DIN 69120 a 69186.1) Disco recto2) Disco de segmentos para rectif¡cado plano3) Disco de plato para afilado de herram¡entas4) Discos de copa cilíndrico y cónico5) Muelas de vástago

Figura 3-406. Sujeción con bridas der cuerpo derectificar.

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I,n Técnica de la fabricación

Las cub¡ertas de protección deben reajustarse de acuerdo con el desgastedel cuerpo de rectificar.

Cuando no puedan utilizarse las cubiertas de protección, se emplearándiscos cónicos o rectos con las placas intermedias de goma prescritas.

4. Equilibrado

Los elementos de máquinas o las herramientas con velocidades periféricasaltas deben equilibrarse para evitar que el desequilibrio existente produzcavibraciones que perjudiquen la calidad del trabajo o el acabado de la super-fic¡e y destruyan los cojinetes del husillo.

Los discos de rectificar deben equilibrarse ya preparados para la sujeción,con bridas y husillo, en caballetes o mejor en balanzas equilibradoras. Losdiscos de rectificar grandes y de alta velocidad se equilibran dinámicamente,es decir, el desequilibrio se dete¡mina haciéndolos girar en máquinas equili-brad ora s.

5. Rectificado

Los discos de rectificar correctamente seleccionados se afilan por si solosmediante la rotura de los granos abrasivos. Cuando no sucede asíy el disco seembota, debe ser rectificado. Para el rectificado de máquinas hay que empleardiamantes de rectificar.

6. Velocidad periférica

Los cuerpos de rectificar no deben sobrepasar la velocidad periférica máximaindicada en la placa de características.

Procedimientos de rect¡f¡cado (DlN 5889 E)

: 1.. , : :' ;t¡ i,,, ' I ',.r,': Los prricedimientos de ieótificado se diferencian entre sípor las distintai clases de los movim¡entos de avance y

,;, !e apr.pximaciótu mientras que.el movimie.nto de cqrte,,:;'fo t**ilt"a siémÉré la herramienta. ' ,,

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Rectificado plano

El rectif icado plano se realiza para conseguir superficies planas. En elrectificado periférico la herramienta giratoria tealiza el corte con susuperficie periférica y en el rectificado lateral con una de sus superfi-cies laterales. En el rectificado longitudinal la dirección del avanceprincipal es paralela a la superficie mecanizada. En el rect¡ficadogiratorio el movimiento de avance es circular.

Rectificado cilíndricoEl rectificado cilíndrico se realiza para conseguir super{icies cilín-dricas circulares.

En el rectificado cilíndrico exteriory longitudinal la pieza gira y sedesplaza axialmente. El avance longitudinal es, para cada vueltacompleta de la pieza, igual a2/t de la anchura del disco para que sesuperpongan las pasadas del disco.

En el rectificado cilíndrico exterior y transversal (rectif icado enprofundidad) la dirección del avance principal es perpendicular(transversal) a la superficie mecanizada. El rectificado cilíndricointerior se realiza para rectificar orificios. Son usuales los rectifi-cados cilíndricos interiores periféricos longitudinal y transversal(rectificado en profundidad). El diámetro del disco no debe sobrepa-sar los 2/: del diámetro del orificio para que la superficie de contactoentre el disco y la pieza mecanizada no sea excesivamente grande, a '

fin de evitar un calentamieto elevado y una mala evacuación de lasvi ruta s.

APPOLD - 11

Figura 3-4O7 Rect¡ficadoplano y longitud¡nal,periférico.

Figura 3-4O9. Rect¡ficadoplano y giratorio, periférico.

225

Figura 3-4O8. Rectificadoplano y long¡tudinal, lateral.

liFigura 3-41O. Rect¡f¡cadoplano y g¡ratorio, lateral.

io

a-n,5.la

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Ebalde

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Figura 3-41 1. Rect¡ficadocilíndrico, exterior yperiférico. longitudinal

Figura3-412. Rectificadocilíndrico, exter¡or y perif érico,transversal

,/á4¿

226

Figura 3-413. Rectificadocilíndrico, interior Yperiférico, longitud¡nal

Figura 3-416. Rectificadohelicoidal, extenor ylongitudinal

Figura 3-414. Rectificadocilíndrico, interior yperiférico. transversal.

Figura 3-417. Rectificadode perfiles, exter¡or ylongitudinal

Cuerpo de rectifrcarregulación

Pieza a rectificar

Figura 3-415. Rectificado cilíndrico, exterior. periférico ylongitudinal (rectificado cilíndrico sin centros).


Reglas de trabajoSe puede rectificar en tres etapas

Rectificado de desbaste: Arranque de virutas fuerte, mejora de la

forma de la pieza mecanizada Eliminación de estríasRectificado de acabado: Mejora del acabado superficial,

medidas finales de acuerdo con ISO-calidad 5

Rectificado fino: Mejora ulterior del acabado superficial deacuerdo con ISO-calidades 3 y 4.

Para estas tres etapas son apropiados los siguientes d¡scos yprofundidades de corte:

Desbaste: Grano 40 a 60Profundidad de corte

Acabado: Grano 80 a 1OOProfundidad de corte

Acabado fino: Grano 200 a 3OOProfundidad de corte

Sobremedida para el rect¡f¡cado. Depende deltamaño de la cota,por ejemplo, el diámetro, y oscila entre 0,1 y 0,6 mm.

Aproximación (profundidad de corte). Según el procedimientodel rectificado varía de O,OO2 a O,O3 mm,

Rectificado en seco: El polvo producido debe ser aspirado.Rectificado húmedo: Para piezas templadas y cuando el disco

debe desgastarse poco, se rect¡fica en húmedo. El líquido refri-gerante y lubricante (agua con aditivos de carbonato sódico, jabón,aceite, etc.) descarga el calor y el polvo.

Rectificado de perfiles, rectificado por generación, etc.

Las figuras 3-41 5 a 3-41 8 muestran otros ejemplos de rectif¡cado, ta-les como el cilíndrico sin centros, de roscas, perfiles, por generación.Además son posibles otras muchas combinaciones de rectificadosperiféricos o laterales con movimientos longitudinal, transversal,giratorio y oblicuo con superf¡cies a mecanizar interiores o exterio-

RECTIFICADORAS

Las rectificadoras son máqu¡nas herram¡entas de granprec¡s¡ón. Las piezas con ellas mecanizadas t¡enen granexact¡tud de forma y med¡das y presentan un magníficoacabado superf¡cial. Esto se cons¡gue rned¡ante unaconstrucción especial de la máquina.

Bastidor de las rectificadoras con forma de caja. Son rígidos yevitan las vibraciones propias.Soporte preciso del husillo de reciificar. Se emplean rodamien-tos pretensado o cojintes de fricción con juego ajustable.Accionamiento del husillo de rectificar por correas planas o,para máquinas potentes, correas trapeciales (los engranajes deruedas dentadas provocan el giro irregular del disco).Avance de la mesa por accionamiento hidráulico. Sus ventajasson funcionamiento suave y regulación cont¡nua de la velocidad.Aproximación precisa del carro de rectificado mediante husillosde rosca fina con compensación de juego y posibilidad de lecturahasta 1 pm.Protección estanca al potvo de las guías de deslizamiento confuelles contra el polvo del rectrficado.Dispositivo de reajuste movido con el carro para el ajuste exactoy correcto de la forma del disco.

10 a 30 ¡rm

5 a 15 ¡rm

1a8¡rm

Cuerpo de

Pieza a rectificarFigura 3-418. Rectificado por generación,

rectif

/1

2

3

4

5

6

continuo.

7


Sujeción de las piezas

En la sujeción de las piezas a rectificar no tiene tanta importancia laabsorción de grandes fuerzas de corte como la exactitud de laposición, por lo que se intenta resolver el problema con elementosde fijación sencillos. En el rectificado plano se emplean tornillosportapieza muy precisos o dispositivos especiales de sujeción,aunque en generalse utilizan platos magnéticos. Para los electroima-nes se necesita corriente continua. Esto presupone gastos adicionalesy peligro porfallo de corriente, por lo que se emplean cada vez máslas placas de imanes permanentes (independientes de la red). Laspiezas sujetas magnéticamente ret¡enen un magnetismo residualque tiene que ser ellminado con aparatos de desmagnetización.

Rectificadora plana con mesa circularEn la mesa circular se fijan varias piezas de la misma altura y serect¡fican con avance continuo (ininterrumpido) con la cara frontaldel disco de segmentos. Esta máquina es particularmente apropiadapara la producción en serie.

Rectificadora plana con mesa largaEn ella se rect¡fican super{icies planas con la periferia del disco oranuras con los laterales del mismo. La mesa está soportada porguías de deslizamiento en el bastidor con forma de caja. Es accio-nada hidráulicamente. Con los topes colocados en la mesa se ajustatanto la posición como la longitud de la carrera. El carro es despla-zable verticalmente sobre las guías de deslizamiento del montante.El propio montante puede desplazarse en sentido transversal almovimiento de la mesa. En ambos tipos de máquinas el carro constade un motor eléctrico cuyo eje prolongado soporta el disco derectificar. El motor y los rodamientos del eje están diseñadosespecialmente para este fin.

227

Volante de aproximación

Figura 3-419. Rectificadora plana con mesa circular pararectificado plano, lateral y girator¡o

Volante para eldesplazamiento vertical

Portahusillo de rectificar Columna

Aparato de reajusteMovimiento vertical

Mov¡miento transversal

Movimiento longitudinal

Mesa

.h...: \.

Volante para elmovimiento transversal

Pupitre de mando

Desplazam ie ntotra nsve rsa I

Figura3-420, Rectificadora plana con mesa larga (representada para rect¡f¡cado plano, periférico y longitudinal)


Fpro,.lmlMesa superiorinclinable

\Disco de rectificar,representado sin lacub¡erta de protec

Contrapunto

Mesa irtferiorTope de la mesa

Caja de controlCabezal del husillocon motor y engrade velocidades Bastidor co'n el accionamiento

h id rá u lico

Figwa 3-422. Rectificadora cilíndrica do exter¡ores.Para el rectificado de un cono, se gira la mesa superior unángul,o igual a la mitad del ángulo del cono. La cubierta deprotección del disco de rectificar no está representada.

Rectificadora de herramientas un¡versalLa rectificadora universal es una máquina para el afilado de herra-mientas pequeñas y medianas. Es particularmente apropiada pararect¡ficar herramientas cilíndricas y cón¡cas con ranurados helicoi-dales. Puede emplearse además para el afilado de escariadores,avellanadoras, brocas de roscar, fresas cilíndricas, cónicas yfrontales de los más diversos tipos, así como cabezales portacuchi-llas, cuchillas de taladrar, etc. y para hombros de útiles, superficiesdestalondas y despullos. Para el mecanizado de fresas para fresadopor generac¡ón y demás herramientas helicoidales se emplea undispositivo helicoidal que también es utilizable para el destalonadoax¡al de brocas avellanadoras. Se pueden instalar accesoriosespeciales en esta rectificadora de herramientas universal para elrectificado cilíndrico, plano y de interiores de piezas de pequeñasdimensiones, así como el afilado de los piñones mortajadores parala mecanización de ruedas dentadas cilíndricas y helicoidales.

Rectificadora c¡líndr¡ca de exterioresEs apropiada para el rectificado de superfic¡es exteriores cilíndricas ycónicas, ya sea longitudinal o transversalmente. Partiendo de piezascilíndricas se obtiene cualquier forma de la supelicie exter¡orempleando discos de perfilcs.

Un dispositivo hidráulico acciona la mesa inferior, que se muevesobre guías de deslizamiento. La posición y longitud de la carrera seajustan por medio de topes dispuestos en la mesa. Para el rectificadode conos hay que girar la mesa superior un ángulo de valor igual a lamitad del ángulo del cono. El cabezal y el contrapunto se puedena¡ustar a la longitud de la pieza a rectificar. El cabezal aloja un motoreléctrico y un cambio de marchas con dos o cuatro velocidades degiro (giro de la pieza). Con la manivela ll se prueba el desplazamien-to y ajuste de la mesa. Con la manivela I se puede desplazar radial-

Carrocon motor

Íigura 3-421. Rectificadora de herramientas universal.


mente hacia la pieza el carro con el disco y el motor de acciona-miento (aproximación). Se pueden apreciar valores de aproximaciónde hasta 1 ¡rm en el tambor graduado de la manivela l.

La pieza a rectificar está siempre sujeta entre dos puntos fijos.Con ello se evita la transmisión a la pieza del juego radial de un puntogiratorio.

Rectificadora cilíndrica universalEsta máquina se diferencia de la rectificadora de exteriores cilín-dricos normal por el dispositivo de rectificado de interiores montadoen el carro para rectificar orificios. Consta de un brazo giratorio en elque se pueden montar husillos de rectificar interiores de distintaslongitudes. Un pequeño motor eléctrico acciona el husillo derectificar interiores por medio de una correa. La pieza a rectificardebe sujetarse de forma que la fuerza de sujeción no la deforme. Porello se emplean en general mandriles especiales o se rectifican lasmordazas del mandril de acuerdo con el diámetro exterior de la piezamecanizada para conseguir un buen as¡ento.

Rectificadora cilíndrica sin centrosLa pieza a rectificar, sin ninguna sujeción, es guiada entre el cuer-po de rectificar y el droco de regulación, y recibe los avances lon-gitudinal y circular del disco de regulación que gira lentamente yes de aglomeración blanda. Para conseguir el avance longitudinal eldisco de regulación debe estar inclinado hacia adelante en un ángulode hasta 3o: a mayor inclinación corresponde mayor velocidad deavance. Una vez han pasado todas las piezas a mecanizar, hay queaproximarcada vez el disco de regulación. La pieza debe pasarvariasveces por la máquina hasta que alcance su medida efectiva. En elrectificado de profundidad el disco de regulación no t¡ene ningunainclinación y la pieza es introducida en la máquina mediante undispositivo especial. El disco de regulación es movido hacia la herra-mienta con una cruceta de accionamiento hasta que se alcanza lamedida efectiva mediante la limitación ejercida por un tope.

EJEMPLO DE TRABAJO

Estado de la pieza antes del rectificadoEl calibre tiene un rectificado fino en toda su superficie y estátemplado. Los puntos de centraje están ya taladrados y han sido utili-zados en el torneado. Hay una sobremedida de 0,3 mm para el rec-tificado.

Procedimiento de trabaioRectificar longitudinalmente en tres fases: rectif¡cado basto, deacabado y fino.

R ectif icadoraRectificadora cilíndrica universal con 150 mm de altura de puntos.

229

Figura 3-423. Dispositivo de rectificado cilíndricointerior en una rectificadora cilíndrica universal.

Alimentaciónde piezas

Motor del disco de

Carro intermedio

Figura 3-424. Rectificadora cilíndrica s¡n centros. prepa-rada para el rectificado en serie.

Cuerpo derect¡fica r

Aparato dere aj uste

Motor de larect ifi c ado ra

iF---,---7---!__lCabezal del

e circularHusillo ¡ecambiable derectificar interiores

tiene

Templado y rectificado

Moleteado en cruz 1

Callbre de montaje Acero de herramientas aleado

230

Fuerza de aproximación Carreras hasta 2OOlmin

Piedras abrasiva


Preparación de la pieza

El calibre debe tener además de una gran exactitud de medidas unagran exact¡tud de formas. Hay que rectificar los puntos de centrajeya que no siempre son perfectamente redondos y ello influyefavorablemente en la exact¡tud de formas de la pieza rectificada.

Preparación del trabajo de rectificado1. Seleccionar el disco de rectificar para el desbaste acabado y

afinado en una tabla de discos de rectificar. Sujetary equilibrar losdiscos.

2. Colocar el disco de desbaste en el husillo de rectificar de lamáquina. Comprobar la velocidad de giro más alta permisible yhacer un giro de prueba.

3. Antes de comenzar a trabalar hay que controlar la posición cerode la mesa superior. Con esta finalidad se sujeta entre puntos unaespiga de prueba y se le da un rectificado de repaso; esta espigatiene también rectificados los puntos de centraje y debe estarsiempre preparada para este trabajo. Midiendo los diámetros enambos extremos de la espiga se comprueba si la máquinarectifica cilíndrica o cónicamente.

4, Fijar la velocidad de avance de la mesa en relación con lavelocidad de giro de lp pieza a rect¡f¡car y con la anchura del disco.El avance a cada vuelta de la pieza es menor que la anchura deldisco.

5. Fijar la longitud y la posición de la carrera de la mesa. El discodebe rebasar los extremos de la pieza al menos en r/¡ de suanchura.

Sujeción de la pieza

1. Sujetar el perno de arrastre a la pieza a rectificar.2. Limpiar y desengrasar concienzudamente los puntos fijos y los

orificios de centraje.3. Colocar la pieza a rect¡f¡car y apretar con una ligera presión el

contra pu nto.4. Girara mano la pieza y comprobar si gira libremente y sin juego.

Desarrollo del trabajo1. Desbastar con el disco A 36 K 8 V. Mecanizar en 3 a 5 pasadas

con una aproximación de unos 0,02 mm cada pasada hasta dejaruna sobremedida de 0,1 mm. Durante el cambio de disco hay quedesmontar la pieza rectificada.

2. Acabar con el disco A 46/60 K 8 V. Mecanizar con una aproxima-ción de 0,01 mm cada pasada hasta dejar una sobremedida de0,02 mm. Para el cambio de disco hay que desmontar la piezarectificada.

3. Afinar con el disco C 24O J 5 V. Mecanizar con una aproximaciónde O,OO5 mm, intercalando numerosas' mediciones, hastaalcanzar la medida final.

BRUÑIDO

Husillo de rectificari nte ri o res

EklcóSktc. I

ano 120 " 5óo f 'et"

a..m.ecanlcar(casqurllo)

Longitud de la carrera

Longitud de la carrera

'Figura 3-425. Bruñidor de segmentos.

rÍ


Según sea el desarrollo de los movimiento se distingue entrebruñido de carrera larga y de carrera corta. Ambos proced¡m¡entospueden emplearse tanto para superficies interiores (orificios) comopara exteriores (ejes).

Bruñido de carrera larga. La herramienta (bruñidor) estáequipado con cuatro o más piedras abrasivas y realiza al mismotiempo un movimiento girator¡o y una carrera longitudinal. La carrerase realiza de forma que la herramienta rebasa en !/¿ de su longitud,por arriba y por abajo, los extremos de la pieza mecanizada. Estos dosmovimientos producen una trayectoria helicoidal. Con ello se mejora,además del acabado superficial, la forma cilíndrica de la superficiemecanizada. Este procedimiento no influye esencialmente en la

forma cilíndrica del orificio. Dos conos situados en el interior de laherramienta presionan a la piedras abrasivas hacia la periferia y pro-

ducen el movimiento de aproximación.La pieza a mecanizar (un bloque de motor, un casquillo cilíndrico

y similares) es movida por debaio de la herramienta mediante la mesa

de la máquina con un movimiento según dos ejes perpendiculares. El

bruñidor, móvil mediante una articulación de rótula, pende del husillode la máquina de forma que pueda adaptarse a la posición del orificioa mecanizar. El movimiento rotativo del husillo de la máquina se

consigue mediante un motor eléctrico, una caja de velocidades conregulación continua y una transmisión por correa o cadena. El

movimiento longitudinal se consigue mediante un accionamientohidráulico con el que se puede regular la longitud y posición de la

carrera y su velocidad.Para que el bruñidor pueda adaptarse perfectamente al eje del

orificio a mecanizar no debe estar unido rígidamente al husillo de la

máquina. Para ello se dispone entre uno y otro una articulación decruceta (articulación Cardan).

Bruñido de carrera corta (rectificado vibratorio). Este procedi-miento está caracterizado por un tercer movimiento adicional. Almovimiento giratorio de la pieza mecanizada y al longitudinal de laherramienta (piedra abrasiva) se añade un movimiento vibratorio dela herramienta de 1 a 5 mm de amplitud y 7OO a 1500 ciclos/min. Latrayectoria es una línea ondulada con desplazamiento helicoidal enla periferia de la pieza mecanizada. La curvatura de la piedra abrasivase amolda a la de la pieza mecanizada de manera que unido ésto almov¡m¡ento triple se mejora la forma geométrica no sólo en sentidodel eje del cilindro sino también la forma circular.

En ambos procedimientos se cumple que la longitud y anchura dela piedra abrasiva, y por lo tanto su gran superficie, mejoran la formade la pieza mecanizada y porel contrario disminuye la presión yconello aumenta el tiempo de mecanizado.

3.6.8 Superacabado y lapeado

LAPEADO

El lapeado es uh procedimiento de mecanización conarranqüe de viruta mediante abrasivos sueltos y s¡n com-pactar. Es apropiado p.ara conseguir una exact¡tud deforma y una calidad de acabado superficial extremas yuna estrecha toleranc¡a de medidas.

Cadena

Articulaci

H erram¡enta

Pieza a mecanizar

Caia de cambios

Figura 3-426. Bruñidora.

231

Presión | 5 N/cm2

Trayectoria del rectif icado Avance

/rr"orâbrasiva

Movimiento dela pieza amecanrzar

Vrbraciones 70O a 1 5O0/m¡n

Figura 3-427. Bruñido de carréra corta.

Líqu¡do de lapear Superficie del disco de lapear

Figura 3-428. Proceso de lapeado.

Accionamiento hidráulico

Superficie de la pieza

-:

:

232

Discos de laPear del discoMovimiento

éntrico de la jaula

Jaula de lapear

Y Pteza amecanizar cilíndricao de caras paralelas

Accionam del disco

Figura 3-429. Lapeadora de dos discos.Lapeado cilíndrico: piezas cilfndr¡cas.Lapeado plano: piezas de caras paralelas.

P¡eza a mecanizar(calibre de herradura)

Figura 3-43O. Lapeadoplano con un solo disco.

Figura 3-431. Lapeadora.

Expansióna máquinao a mano

Pieza a mec

Figura 3-432. Lapeadocilíndrico exterio¡.

Figura 3-433. LaPeadocilíndrico interior.

Aleación CuNi, aguay gránulos decarburo de boro ode diamante

Movimiento oscilatoriode 2O a 25 KHzy O,1 mm de altura

Espiga de tala.drar

Figura 3-4í14. Lapeado oscilatorio.El movimiento oscilato¡io de la espiga arÍanca, con los grá-nulos abrasivos, v¡rutas diminutas de material,


Proceso de lapeado

El elemento abrasivo en forma de gránulos, carburo de silicio,corindón fino, carburo de boro o diamante, con un tamaño de granode 18 a 150 pm, se mezcla con un líquido (aceite, petroleo, u otros)conocido como líquido o medio de lapear, Este líquido de lapear, quese introduce entre las superf¡c¡es de la pieza a mecanizar y la deldisco de lapear, las cuales se mueven una contra otra con unapequeña presión, realiza el arranque de viruta en dichas superficies.La superficie de la pieza mecanizada es la más trabajada, porque losgránulos del abrasivo actúan como filos de cuchillas sobre ella,mientras que se asientan en la superficie blanda o porosa del discode lapear. Otra teoría habla de la rodadura de los gránulos deabrasivo, del tallado de muescas en la superf¡cie, de la compactac¡óndel material de la pieza mecan¡zada y del desprendimiento dediminutas partículas del material de la misma.

Procedimientos de lapeado

Lapeado plano. Sirve para la obtención de superficies planas y serealiza con dos discos o con uno solo. En el procedimiento delapeado con dos discos se colocan las piezas planas a mecan¡zar enuna jaula entre dos discos que giran en sentidos opuestos. La jaulatransm¡te a las piezas un movimiento radial adicional para que losdiscos no déjen estrías anulares en ellas.

En el procedimiento de lapeado con un sólo disco se coloca lapieza sobre un disco giratorio y se mueve a mano con una ligerapresión en dirección radial y sentidos alternativos.

Lapeado cilíndrico, Las superficies exteriores de piezas redondaspueden ser lapeadas también en las lapeadoras de dos discos. Laspiezas se colocan tangencialmente en la jaula y adquieren por mediode su movim¡ento excéntrico, una gran exactitud de formas.

Para el lapeado cilíndrico exterior se emplea también la mordazade lapear, La pieza a mecanizar recibe su movimiento de giro pormedio de una taladradora o un torno y la mordaza se cierra a mano,ejecutando a la vez una presión y un movimiento en dirección axial.

Para el lapeado cilíndrico interior se emplean mandriles deexpansión. El proceso de trabajo es igual al de la mordaza. En amboscasos hay que alimentar cont¡nuamente a los útiles con líquido dela pear.

Otros procedimientos de lapeado son lapeado de perfiles,lapeado oscilatorio y lapeado a presión.

3.6.9 Lubricación refrigerante

La energía produc¡da por el arranque de virutasse transforma en calorPor el arranque de virutas de la pieza a mecanizary en la zona de corte(1 ) se origina calor por fricción. Estas fricciones por deslizamiento seproducen entre la viruta arrancada y el hombro (2), así como entre lasuperficie mecanizada de la pieza y la superficie destalonada de laherramienta (3), fricciones que generan calor. La mayor parte de estecalor es descargado por las virutas. El resto es absorbido por la

Pieza a mecanizar Mandril


herramienta y por la pieza. La energía de arranque de virutas y conella el calor producido aumentan con la velocidad de corte y con elempleo de ángulos pequeños de despullo y de ataque.

Efectos del calor sobre la herramienta y la p¡eza.

Al producirse gran cantidad de calor la pieza a mecanizar se dilata ydeforma..

El filo de la herramienta permanece en contacto, por lo que secalienta más que la pieza a mecanizar. Una elevación excesiva detemperatura en la zona de fricción entre la pieza a mecanizar, superfi-cie destalonada y superficie de corte produce un gran desgaste en elfilo de la herramienta. Se observan redondeamientos de los cantos ydesgastes en las superficies de ataque y destalonamiento.

Ventajas de la lubricación refrigerante1. Disminución de la fricción entre la pieza a mecanizary la super-

ficie de ataque de la herramienta, así como entre la viruta des-prendida y la superficie destalonada de la herramienta. Esto seconsigue por medio del efecto de lubricación y refrigeración dellíquido de corte.

2. Descarga del calor de la zona de desprendim¡ento; se consiguepor el efecto refrigerante del aceite de corte.

3. Limpieza de la zona de corte, de forma que la viruta desprendidano interfiera en el proceso de arranque de viruta.

Mediante la refrigeración y lubricación se alarga por lo tanto, laduración de la herramienta y se reduce la profundidad de las rugosi-dades de la superficie de la pieza mecanizada. La potenc¡a requeridapor la máquina heriamienta es menor y se puede trabajar con velo-cidades de corte rnayores.

En trabajos de desbaste el efecto de refrigeración es el másfavorable, dada la gran cantidad de viruta arrancada; en trabajos deacabado lo es el efecto de lubricación, ya que permite conseguir elpropósito de una superficie limpia.

Los productos usuales para la lubricación y refrigeración en elmecanizado de metales por arranque de viruta son las emulsiones delubricación refrigerante (aceite mineral en agua).

Las emulsiones (del latín emulgere = ordeñar) son conglomera-dos de líquidos no miscibles entre sí. Se utilizan aceites minerales yagua. Los aceites minerales se obt¡enen del petróleo por medio de sudescomposición por destilación (separación por vaporización)y refinado (purificación), así como las gasolinas, querosenos, gasoils,asfaltos y aceites lubr¡cantes.

En la emulsión las gotas de aceite están en suspensión en el aguasiendo el aceite el que produce el efecto de lubricación y el agua el derefrigeración. Mediante aditivos se consigue que las moléculas seadhieran a la superficie del metal formandé una película lubricantepermanente.

La emulsión debe cubrir toda la zona de corte con un chorreouniforme y a poca presión.

No deben arrojarse al alcantarillado estas emulsiones.La suciedad, el envejecimiento y la acidificación reducen la capa-

cidad de lubricación. Hay que prever por lo tanto, depósitos deaceites suficientemente grandes y con posib¡lidad de limpieza.

No utilizar la emulsión para lavarse las manos, ya que existe elpeligro de enfermedades cutáneas por ataque de bacterias.

Velocidadde corte v ..*

Figura 3-436. Temperatura de la herramienta en funciónde la velocidad de corte (izda.).Figura 3-4Í17. Aparición de desgastos en la herramienta.

- aceiteFigura 3-438,

-Activador oMolécula de agua

Emulsión lubr¡cante refrigerante.

Velocidad de cort€ v*Figura 3-439. La lubricación refrigerante prolonga la vidade la herramienta y aumenta la velocidad de corte posible.

233

Fricción en lazona de corte

Viruta

Herramienta

Fricción en el hombro

superficie destalonada

energía de arranque

Fricción en la

Figura 3-435. Transformación de lade viruta en calor.

Temperatura dela herramienta

Embotamiento del filoFilo dcuchil

Desgaste elo_

Desgaste del hombro

l-oco¡'=¡EIgloÍso!tcpooJo

tm 200 300 mmtn

Sin lubricación refrigerante

lubricación refrigerante


3.7 Separac¡ón por eros¡ón

3.7.1 Erosión térmica

Según la norma DIN 8590 se ent¡ende por erosión un pro-cedimiento de fabricación en el que se arrancan partí-culas del material por medios no mecánicos. Hay que dis-tinguir entre erosión térm¡ca, química y electroquímica.

Erosión térmica es la separación de partfculas por la acción delcalor, mediante un medio como el gas, la chispa eléctrica, el arco vol-taico, rayos luminosos, rayos láser o rayos iónicos, etc. Aplicación:Moldeo de materiales extremadamente duros, generación de apertu-ras microscópicamente pequeñas en microelectrónica, etc.

EROSIÓN TÉRMICA POR GAS

En el apañado 3.13.2 <Soldadura por fusión a gasD, sedescriben y representan gráficamente los gases, grilería,aparatos e instalaciones necesarios para la aplicación deeste procedimiento.

Proceso de erosiónEn la separación por erosión térmica (denominada también en lapráctica oxicorte), el material se erosiona por medio de una llama degas y oxígeno. Es condición necesaria que el material se inflame yarda a una temperatura inferior a la de su punto de fusión. (Obsér-vense las chispas que saltan del acero en la fragua - esto es arder.)Esta condición la cumple el acero que contenga hasta un 1 ,6% de C;

en efecto, su temperatura de fusión es de unos 1 SOOoC, superior a ladel óxido, que es de 1 35O"C. Por esta razón, sólo se funde el óxidoque es expulsado de la ranura de fusión.

Como la temperatura de ignición del acero aumenta al aumentarsu contenido de carbono y, por otra parte, d¡sminuye la temperaturade fusión, no se cumplen ya en la práctica las condiciones para lacombustión del material cuando el contenido de carbono excede del1,6%.

Soplete cortadorEstá formado, en principio, por la tobera calefactora y la tobera decorte. En general están colocadas en anillo. Con un carro-guía, en loscortes circulares con dispositivo centrador se consigue un corte uni-forme con distancia invariable de la tobera a la pieza a cortar. Tam-bién se utilizan máquinas de cortar que pueden incluso trabajar conmando electrónico de acuerdo con planos y negativos fotográficos.

Trabajos de corteLa distancia de las toberas a la pieza ha de graduarse de modo que elcono de la llama no alcance a la pieza. Cuando la zona de corte llegaal amarillo se abre la válvula del oxlgeno de corte y en ese momentocomienza el corte propiamente dicho.

La velocidad de corte, la distancia de las toberas, el tamaño de lastoberas de corte y caldeo y la presión del oxlgeno se eligirán deacuerdo con el espesor de la pieza. La sobrepresión del gas combus-tible debe serde O,1 aO,4 ba¡, la del oxígeno, para chapas de espe-sor inferior a 10O mm, será de 3 a7 ba¡. Cuando el cort€ se haga bajo

Figura 3-44O. Boquilla escalonada.Venta¡a: Como el precalentamiento sólo se realiza en elsentido de corte, la influencia del caloren el contorno de lazona de cofte es escasa y el canto del corte es vivo.

Boquilla calefactora

Boquilla de corte

Figura 3-441. Boquilla anular.Ventaja: Como consecuencia del precalentam¡ento portodos los lados, el corte se puede realizar en cualquierdirecc ión.

Oxígeno

Figura3-442. Formas de boquillas de cort€ escala 1:1.

Figura 3-443. Soplete de corte con carrillo de guía.La distancia del soplete depende del espesor de la pieza.

Ruedecilla de guía Punta centradoraSoplete de corte

i,\\

Boquilla calefactoraBoquilla de corte

Mezcla de gas

Figura 3-4Q. D¡spos¡tivo sencillo para cortes ci¡culares.


el agua, en la zona de la llama deberá haber una presión suficientepara la expulsión del agua.

AplicacionesEn la construcción de depósitos: cordones en V y doble V. En lasconstrucciones metálicas: corte de las vigas con sopletes manuales.En la construcción mecánica predomina el corte de máquinas. En

construcción naval: preferentemente se utiliza el corte programado.En la industria chatarrera: normalmente se apl¡can los sopletes ma-nuales. En el montaje de tuberías: corte de tubos para derivaciones.

EROSIÓN TÉRMICA POR CHISPAELÉcrR rcA (ELEcrRoERostóN)

La erosión por ch¡spa eléctrica o oleétroeros¡ón. es unprocedimiento de fabricac¡ón en el que las ehispas eléc-tricas aportan el calor y la energía mecán¡ca necesar¡ospara producir la erosión de partículas pequeñas del ma.terial.

Proceso de erosiónEn la erosión con chispa eléctrica, la herramienta y la pieza se conec-tan a un generador de continua y se aproximan entre sí lo suficientepara que salten chispas eléctricas entre los dos materiales eléctri-camente conductores. Estas chispas producen, por medio de forma-ción de aglomeraciones fus¡ón y vaporización, unas pequeñas depre-siones en forma de cráter, tanto en la pieza como en la herramienta,Para que la descarga eléctrica de cada chispa se produzca en un es-pacio limitado, se expulsen las partículas arrancadas del material ypara lograr la necesaria refrigeración del material y de la herra-mienta, se desarrolla todo €l proceso d€ntro de un llquido no conduc-tor, el dieléctrico. Los lfquidos apropiados son el petróleo, el aceitede transformadores o el agua desionizada. El proceso de erosión sedesarrolla simultáneamente en la piezay en la herramienta. Utilizan-do para ésta determinados materiales, como el cobre, grafito, alea-ciones de cobre y cinc (latón) o de tungsteno y eobre, la proporciónde erosión puede modificarse hasta un 99,5% en la pieza y un 0,b%en la herramienta. Mod¡ficando la energla eléctrica aportada se regu-la la cantidad de erosión. el\iempo activo y la calidad de la super.ficie a las condiciones deseadas. Mayor aportación de energla dadescargas mayores que actúan con más violencia y con mayor ero.sión, cráteres más grandes y, por tanto. una supelicie más irregularen la pieza (desbaste). Una menor aportación de energía produce losefectos contrarios (alisado).

lnstalaciones de electroeros¡ónAdemás de la máquina propiamente dicha, en la que se aloja la piezay la herramienta y las mueve; se necesita un depósito de dieléctrico,con bomba de impulsión y filtro, y una instalación eléctrica. En el ge-nerador de impulsos se produce una corriente continua de 80 a 3OO Vque se transmite a la pieza y a la herramienta a través de un emisor deimpulsos con frecuencias de 0,2 a 5OO kHz.

Máquinas de electroerosión para taladrar y fresarEstructura: bastidor de la máquina con mesa móvil en cruz como por-tapiezas. En la parte superior del bastidor va el cabezal de la máqui-na, que puede regularse verticalmente, como portaherramientas. Las

para lavado

Figwa 3-447. IV|áquina para erosión por chispas parataladrar y rebajar.

Formación delcanal dedesca rga

Figura 3-445. Repreeentación esquemática del procesode erosión.

de la máquinaHerramienta (electiodo)

de lavado

Dielécimpulsos lntersticio para las chispas

Figura 3-446. lnstalación de electroerosión.

Mando de los ñovimientosCabez¿il dela máquina

la mesa

Avance

Herramien

Depósito dedielé'ctricoabieho

Ajustelongitudinal

Ajustetra nsversa I

Conducto de ida

235

Vaporizac iónexplosivadel caldo

Proceso deperforación porionización deldieléctrico

Formacióna burbuja

II

b) Lavado a presión

236

Figura 3-44$. Procedimientos de lavado.

Figura 3-449. Taladrado por electroerosión de unamatriz de ostirado.

H erramienta:electrodo cont¡nuode alambre

Pieza

Figura 3-45f. Corte por electroerosión con olectrodo d€alambre continuo.


máqu¡nas modernas llevan un control numérico con el que puedenaccionarse según un programa los movimientos a lo largo de los tresejesX.YyZ.

Lavado

Para que no puedan formarse, dentro del dieléctrico, puentes con-ductores entre la herramienta y la pieza que ¡mpedirían la formaciónde chispas, el material erosionado de la pieza debe eliminarse inme-diatamente por medio de un buen lavado. Según la forma y tamañode los electrodos se iueden utilizar los lavados en chorro, a presión opor aspiración. En los casos más difíciles se combinan estas posibili-dades y se facilita el proceso de lavado levantando de vez en cuandolos electrodos.

Procedimiento de trabajo

La gran ventaja de la electroerósión consiste en que puede aplicarsea todos los materiales que sean buenos conductores eléctricos, cual-quiera que sea su dureza, con buenos resultados tanto en formacomo en acabado superficial. Pueden mecanizarse de acabado asf to-dos los tipos de metales duros y los aceros templados para herra-mientas. Se pueden evitar totalmente las temidas deformaciones yfisuras de temple en la fabricación de placas de corte o de matricesde embutición.

Figura 3-45O. Moldeo por electroerosión de un semi-molde para plásticos.

El taladrado por electroerosión es un procedimiento sencillo enel que el electrodo, en forma de varilla o de alambre, penetra per-pendicularmente én la pieza. De esta manera pueden practicarse or¡-ficios de cualquier forma. Si al electrodo de varilla se le da un movi-mi€nto excéntr¡co alrededor de su eje vertical, pueden practicarsecon él or¡f¡c¡os de diversos tamaños. Si se reduce la excentricidad demanera continua manteniendo el avance en d¡recc¡ón vertical, se obtiene un taladro de forma cónica.' La embutic¡ón por electroeros¡ón se utiliza preferentemente parafabricar estampas de forja y moldes de acero para máquinas de mol-deo por inyección para metales no férreos y para plásticos. Tambiénen este caso se puede trabajar con un mater¡al ya bonificado o tem-plado. Los electrodos de grafito o metál¡cos se fabrican por procedi-m¡entos usuales como colada. prensado, arranque de virutas a manoo a máquina, etc,

Corte por electroerosión. Se utiliza también en construcción deherramientas para fabr¡car matrices y estampas de formas compli-cadas. El electrodo de alambre continuo, de menos de 1 mm de diá-metro (o menor, hasta 0,2 mm) permite cortes de la forma deseada yde cantos suficientemente vivos. Por medio de la mesa en cruz de lamáquina, que puede moverse manualmente o por mando de compu-tadora con la pieza sujetada, pueden cortarse todas las formasimaginables, regulares o irregulares. La precisión de la forma y laexactitud de la posición dependen, como siempre, de la calidad de lamáquina.

a) Lavado a chorro

c) Lavado a presión d) Lavado por aspiración


3.7.2 Erosión

Principio de funcionam¡entoLa erosión del material se efectúa en una acélula electrollticaD quoconsta de dos electrodos metálicos y un electrolito. El electrolito esun líquido buen conductor de la electricidad como, por ejemplo, unasolución de sal comrjn (NaCl f HzO), o una solución de nitrato sódi-co (NaNO3 + HzOl que baña a ambos electrodos.

Se aplica una corriente continua de modo que la pieza que se hade erosionar, por ejemplo Fe, haga de electrodo positivo o ánodo y elotro electrodo, por ejemplo cobre, sea el cátodo o negativo.

Al pasar la corriente eléctrica por el líquido conductor, el ánodopositivo reacciona con los iones negativos del electrolito. Se formansales metálicas que se disuelven en el electrolito. El ánodo sedisuelve.

Procedimiento de trabajo

Se conocen muchos procedimientos electroquímicos, como eltorneado EQ, el rectificado EO, el desbarbado EQ, el bruñido EO, ellapeado EO, el taladrado EO, etc. que a veces se aplican en compa-ñia de arranque de viruta, especialmente cuando la delgadez de pare-des de la pieza no soportala el arranque mecánico de viruta, o cuan-do hay que ev¡tar tensiones internas en las capas exteriores. Ademásde estos procedimientos tiene gran importancia la embutición EO.Una instalación de embutición EO está formada por la máquina pro-piamente dicha con el dispositivo de embutir, el generador con sudispositivo de mando y la alimentación y preparación del electrol¡to.

Máquina. Soporta la pieza anódica sujeta a una mesa en cruz. Enel cabezal de la máquina, con movimiento vertícal (s = 0,1 a20 mm/min) se encuentra sujeta la herram¡enta catódica. La máqui-na ha de ser muy robusta porque se producen esfuerzos muy grandes.

Dispositivo de embutición. Forma un espacio cerrado alrededorde la pieza y de la herram¡enta: por este espacio circula el electrolito ala presión de 5 a 5O bar.

Generador. Suministra la corriente continua de 20 a 30 voltios.Además, la parte eléctrica de la instalación incluye los dispositivosde mando y regulación para la tensión, la intensidad, la desconexiónpor cortoc¡rcuitos, el funcionamiento de la máquina y la alimenta:ción de electrolito.

Alimentación y regeneración del electrolito. lncluye: regulacionde la temperatura, de la presión y del valor del pH (concentración deiones hidrógeno) y la eliminación del material producido por laerosión de la pieza.

AplicacionesEste procedimiento, que es muy caro, sólo puede aplicarse en aque-llos casos en que se exijan condiciones especiales que resultan de laforma de la pieza, de exigencias particulares respecto del estado finalde los materiales y las características de la superficie que no sepuedan cumplir con otros procedimientos. Ejemplos de aplicación:

Rotores de turbina a partir de la pieza maciza, X 20 Cr Mo V 1 2 1

Anillos de molde para briquetas, 50 Cr V 4Levas, prótesis de acero para caderas, etc.

Ánodo:Formación de cloruro férricoFe+2Cl - FeCl2

Cátodo:Formación de lejfa:2Na+H2O - 2NaOH+H2l (se desprende)

Disolución:Formación de hidróxido férricoFeCl2+2NaOH - 2 NaCl+Fe(OH)zel hidróxido férrico Fe(OH)2 precipita

Figura 3-452. Principio de funcionamientoelecttoquímico.

Figura 3-453. Egtructura de una ¡nstalación electroquf-mica de embutición.

237

A

56

78

I10

11

34.35.

36.

37.

38.

39.40.

41 .

42.43.44.

45.

46.47.48.49.50.51.

52.53.54.

55.56.

12.

13.'t4.

15.

16

17

238

EjerciciosSeparación por arranque de virutas con máquina 32.

Rectificado 33.1. ¿De qué se compone un disco abrasivo?2. ¿Cuáles son los cinco datos que determinan la composición

del disco abrasivo?3. lCómo arranca v¡ruta un disco abrasivo?4. ¿Pot qué proceso mant¡ene una muela su efectividad (al rec-

tificar)?lOué funciones t¡ene el aglomerante en un disco abrasivo?Explicar la denominación: Disco abrasivo DIN 69 120 - A 3O0x 40 x 127 - C 90 M8V-60.Dibujar algunas formas de cuerpos de rectificar.¿Cómo se comprueba, antes de colocarlo, si un disco abra-sivo tiene grietas?¿Por qué han de tener el mismo diámetro las dos bridas de su-jeción para el montaje de un disco abrasivo?¿Por qué hay que colocar unos suplementos elásticos entrelas bridas y el disco?¿Oué propiedad han de tener los materiales con los que seconstruyen las cubiertas protectoras de los discos?¿Por qué hay que equilibrar dinámicamente los discos quegiran a gran velocidad?¿Por qué hay que rectif¡car los discos?¿Cómo se averigua la máxima velocidad periférica admisiblepara un disco abrasivo?lndicar las diferencias entre los procedimientos de trabajo(rectificado plano perimetral longitudinab y (rect¡ficado planoperimeiral rotatorioD.lndicar las diferencias entre los procedimientos de t,abaic(rect¡f¡cado exterior circular-longitudinal planor e (inter¡orcircular longitud¡nal planoD.lCuál es el diámetro máximo que puede tener un disco abra-sivo para el rectificado circular interior?

18. Explicar el <rectificado exterior longitudinal de un perfil>.19. Citar sobremedidas y profundidades de rectificado usuales.20. ¿Cuándo es ventajoso el rectificado en húmedo?21 . ¿Oué condiciones especiales han de cumplir las rectificado-

ras?22. ¿Cómo se consigue que la mesa de la máquina se mueva sin

brusquedades?23. lndicar las diferencias constructivas de las rectificadoras pla-

nas de mesa longitudinal y de mesa circular.24. Describir los mov¡mientos en las rectificadoras planas de

mesa longitudinal y de mesa circular.25. ¿Cómo se sujetan, con rapidez y seguridad, las piezas a las

mesas longitudinal y circular de las rectificadoras?26. ¿Oué peligro existe al sujetar la pieza con electroimanes?27. ¿Oué tratamiento ulterior precisan las piezas cuya sujeción se

ha hecho magnéticamente?28. ¿En qué se diferencia una rectif icadora cilíndrica exterior de

una rectificadora cilíndrica universal?29. ¿Cómo pueden sujetarse las piezas en una rect¡f¡cadora cilín-

drica exterior?30. ¿Por qué las rectificadoras cilfndricas tienen siempre para

sujetar las piezas puntos fijos en el cabezal móvil?31. Describir la construcción y funcionamiento de una rectifica-

dora cilíndrica sin puntas.


¿Por qué la rectificadora cilíndrica sin puntas es apropiada pa-ra la fabricación de series muy grandes de piezas?/Cómo hay que preparar los puntos de centraje de las piezassi se exige grair precisión?

Bruñido y lapeado

Describir el objeto del bruñido.lndicar las diferencias entre bruñ¡dos de carrera larga y de ca-rrera corta.Explicar la construcción de un bruñidor para acabado de inte-ft ores.¿Por qué el bruñidor y el husillo de la máquina no deben es-tar rígidamente unidos entre s?Describir los tres movimientos de trabajo en el bruñido decarrera corta,¿Cómo puede mejorarse la forma de la superficie de la pieza?Explicar el objeto del procedimiento de lapeado y su desa-rrollo.¿Oué se entiende por <medio de lapearr?lndicar las diferencias entre lapeado plano y cilíndrico.Explicar qué es el lapeado oscilante.Describir el procedimiento de lapeado a mano.

Separación por erosión

E¡osión térmica

¿Oué se entiende por <erosiónr como procedimiento de fabri-cación?¿Oué es <erosión térmica>?¿Oué es <oxicorter según la determinación normalizada?Explicar el proceso erosivo en la erosión térmica con gas.¿Cómo está construido el soplete de corte?ZCómo hay que regular el gas combustible y el oxígeno?lndicar algunos campos de aplicación de la <erosión térmicacon gasD.

¿Oué se entiende por electroerosión?Explicar el proceso de erosión por electroerosión?¿Cómo se consigue que la electroerosión sea mayor en la pie-za que en la herramienta?¿Oué misión tiene el dieléctrico?Explicar la composición de una instalación de electroero-s¡ón?¿Oué procedimientos de lavado se util¡zan?¿Dónde se ut¡liza con mayorventaja el procedimiento electro-erosión?lndicar las diferencias entre los métodos de electroerosiónpara taladrar, rebajar y cortar,

Erosión electroquímica

57.58.

59.

60.61.

62.

63.

Explicar el proceso erosivo en la erosión electroquímica,Explicar la composición de una máquina para la erosión elec-troquímica.Dar algunos ejemplos de aplicación de la erosión electro-química.lndicar las diferencias entre la electroerosión y la erosiónelectroquím ica.

3.8 Unión por apr¡ete y por introducción a presión3.8.1 Procedimientos de unión

.-'------


suBDrvrsrÓru seeÚru Los pRocEDrMrENTosDE FABRICACIÓN

Se entiende por composición la aplicación (junta en la cabeza de uncilindro), la inserción o encaje (bolas en un cojinete), la introducción(tubo telescópico), el enganche (muelle de tracción), la expansiónelástica (arandela elástica). Al rellenar, los materiales se introducenen cuerpos huecos o porosos (neón en tubos fluorescentes, aceite enlos cojinetes). En la unión por apriete y por introducción a presión setrata de impedir, por medio de una fuerza de adherencia, que las pie-zas se suelten involuntariamente.

Esto puede hacerse por medio de tornillos, grapas, abrazaderas,aiustes fijos (introducción a presión, acuñado, clavado, contrac-ción). En la unión por formación de brutos se introduce o aplica unmaterial amorfo (colada en un molde). La unión por conformaciónpuede hacerse con la ayuda de cuerpos en forma de alambre(trenzado, tejido, anudado) o dando forma a piezas de chapa(plegado, rebordeado, entallado) o con piezas auxiliares de unión(remachado, engrapado, cosido). Entre los procedimientos de uniónse encuentran también las uniones de materiales por medio de la

soldadura, la soldadura blanda y los adhesivos.

SUBDIVISIÓru SECÚru LA DESMONTABILIDAD

La elección del procedimiento de unión depende, muchas veces, deque la unión esté prevista para desmontarse o que tenga que perma-necer indesmontable. Las uniones desmontables se realizan, porejemplo, con torn¡llos, chavetas, cuñas, y también por ajuste, aprietoo contracción. Las piezas con unión indesmontable sólo puedensepararse destruyendo el medio de unión, por ejemplo, los roblones,o la unión en sí como, por ejemplo, el cordón de soldadura.

SUBDIVISIÓru SECÚru EL TIPO DE CIERRE

Si, por ejemplo, una palanca ha de transmitir un movimiento de giro(momento torsor) a un eje, la unión entre la palanca y el eje puede serporfuerza (palanca enclavada), porforma (palanca enchufada) o pormaterial (soldadura).

Uniones con c¡erre de fuerza

Para que la palanca transmita con seguridad el momento torsor al ejey no resbale, las paredes del agujero de la palanca han de comprimir-se con una fuerza radial suficientemente grande. Todas las unionescon cierre de fuerza pueden patinar o resbalar si la fuerza radial y, portanto, el rozamiento, no son suficientemente grandes.

Uniones con c¡erre de formaEn estas uniones. las superficies conformadas transmiten elmomento torsor por su apoyo mútuo. Estas uniones no pueden nun'ca deslizar ni tienen resbalamiento, transm¡ten forzosamente elmomento torsor y el mov¡miento.

Uniones por el mater¡alLa conexión de las piezas se consigue por fuerzas de adherencia opor fusión entre ellas. Se encuentran entre estas uniones por pega-mento, soldadura con latón y blanda y soldadura por fusión.

239

Desmontable lndesmontable

Figura 3-454. Uniones según la desmontabilidad.

Llave de tuercas

Transmisión por cadena

Cierre de forma

Capa de difusión

Cierre por el materialFigura 3-455, Uniones según la forma de cierre de launión.

Palanca de enchufe

Tenaza

!Z

Destornillador

Figura 3-457. Elección correcta de los destornilladores yllaves para tuercas.

Figura 3-456. Llaves para tuorcas.

Cierre deÍuerza

3 Resistencias deI' rozamiento

Fuerza manua

Paso de rosca Paralelogramode fuerzas

Figura 3-458. Fuerzas que actúan en la rosca.


3.8.2 Uniones por torn¡llos

FUERZAS ACTIVAS

El apriete por med¡o de tornillos da uniones con c¡erre defuerza fuertes en las que las piezas se mant¡enen un¡daspor las fuerzas de rozamiento entre la cabeza del tornillo,la tuerca, la arandela y la pieza.

Herramientas para atornillarPara conseguir las fuerzas de rozamiento necesarias es preciso apli-car una fuerza de tensión previa suficiente, lo que se consigue pormedio de un momento de apriete.

Las herramientas para apretar los tornillos y las tuercas son eldestornillador, la llave de doble boca, la llave de estrella, la llave detubo, la llave de gancho y la llave dinamométrica. Utilizando la llavedinamométrica, los tornillos y tuercas adquieren la fuerza de tensiónprevia correcta si se les aplica el momento torsor prescrito. Hay queajustar el momento torsor de apriete según la solicitación que debaser absorbida por la unión.

Errores en el trabajo: Lesiones en las cabezas de los tornillos ypeligro de accidentes por resbalamiento de la llave s¡ la aberturade ésta es excesiva. Deterioro de la ranura del tornillo si se eligeun destornillador inadecuado.

Momento torsor de aprieteS¡ se aprietan el tornillo o la tuerca con una llave fija cuyo brazo tienela longitud / y se aplica manualmente la fuerza F, el momentoaplicado a la llave tiene la magnitud F . /. Con esto, explicándolo deforma sencilla, en el tornillo aparece una fuerza tangencial Fr. De laecuación de la palanca de la figura adjunta resulta (tuerca M8, fuerzamanual F = 40 N, brazo de palanca / = 2OO mm):

. F'l 40 N 200 mm/.1 : -: -:---""":1000Nr 6mm

Cierre de fuerza

Sobre un trozo del hilo de un tornillo, y como consecuencia de lafuerza tagencial F1, actúan las fuerzas siguientes:

Fuerza F2 a lo largo del eje del tornillo (fuerza de tensión previa).Hace que el vástago del tornillo esté solicitado a tracc¡ón y que loselementos que se han de unir trabajen a compresión. De esta manera,el vástago del tornillo se alarga y adquiere una fuerza de tensión.

En las superficies de contacto de la cabeza del tornillo y de latuerca con las piezas que se unen aparece una fuerza de rozamientoque es la que produce la unión por cierre de fuerza.

Ejemplo: Fuerza normal Fr : 800 N, coeficiente de rozam¡ento p = O,3,Fuerza de rozamiento FR = O,3 . 8OO N = 24O N

Si la fuerza de tensión previa es demasiado pequeña, resbalaránlas piezas unidas hasta que el vástago del tornillo apoye contra lasparedes del orificio y se forma una unión por cierre de forma.

Fuerza F¡ perpendicular al hilo del tornillo. Hace que se esta-blezca una fuer¿a de rozamiento entre los hilos de la rosca de la tuer-ca y del tornillo. Esta fuerza de rozamiento tiene importancia para elautobloqueo del tornillo. Cuando el tornillo está apretado impide que

Ft_'l - tonc i'l -

r1

Sen d

Bien

Figura 3-459. Fuerzas y pendientes (pasos de rosca).

Ii

Iil

I@

il!

fItfirl

c


se suelte la tuerca ya que se opone al movimiento de deslizamientode la tuerca sobre el hilo del tornillo.

La fuerza Fz a lo largo del eje del tornillo y la fuerza normal Fry

dependen del paso del tornillo. Entre dos tornillos, las mayores fuer'zas se producen en el que tiene menor paso de rosca.

AUTOBLOOUEO DE LAS ROSCAS

Autobloqueo significa que el torn¡llo y la tuerca, cuandoestán apretados, no pueden soltarse sin la acción deinfluencias exter¡ores.

El autobloqueo se obtiene gracias alafuerza de rozamiento entrelos hilos de la rosca. Este rozamiento depende del coeficiente derozamiento y de la fuerza normal (fuerza perpendicular).

Fuerza de rozamientoCuando un tornillo está apretado actúa el rozamiento de adherencia.Es una fuerza resistente que ha de vencerse para que puedan des-lizar entre sí dos cuerpos en reposo (tornillo y tuerca). Depende de la

fuerza normal (perpendicular) al hilo y de las características de lassuperficies de contacto, indicadas por los coeficientes de rozamien-to. Cuanto más lisa es la superficie, mejor engrasada esté y más finosea el grano del material, menor será el coeficiente de rozamiento ymenor el efecto de autobloqueo.

En el rozamiento de adherencia, el coeficiente de rozamiento delacero con acero es deO,2 a 0,3 si las superficies no tienen un acaba-do fino o han sido tratadas especialmente.

Fuerza normal y paso de roscaLa fuerza normal se deduce del triángulo de fuerzas formado en lahélice del tornillo. El que el autobloqueo sea bueno, suficiente o nulodepende, sobre todo, de la pendiente de la línea de flancos del hilo,ya que la rosca actúa como un plano inclinado. Esta pendiente oinclinación queda determinada por la magnitud del paso de rosca P ydel perímetro del tornillo (= base del triángulo). Paso y perímetro de-terminan la pendiente. Cuanto menor sea la pendiente, mejor será elautobloqueo. Si a ( 15o, resulta un autobloqueo suficiente.Cuando se desea un buen autobloqueo, o si es necesario tenerlo, seutilizarán roscas de paso pequeño (rosca fina).

Las roscas finas tienen otras dos ventajas:Por su pequeño paso de rosca, con fuerzas de torsión relati-

vamente pequeñas se pueden obtener fuerzas de apriete relativa-mente grandes.

Al ser pequeña la pendiente, los hilos de rosca tienen que estarmuy juntos. Esto da como resultado pequeñas profundidades derosca por lo que ésta puede tallarse en tubos de paredes delgadas.

Las roscas de gran pendiente tienen un comportamientototalmente opuesto. Su autobloqueo es pequeño o nulo, y las tuer-cas o los vástagos (pernos) avanzan granles recorridos en direcciónaxial por vuelta. Por esta razón, se utilizan en husillos roscas con dos,ires o más hilos.

DESGASTE Y PROFUNDIDAD DE CARGA

Las roscas triangulares no son apropiadas para tornillos de movi-miento, porque si el movimiento es frecuente, los flancos se des-gastan y se reduce así la capacidad de carga del tornillo. La rosca

Pequeño autobloqueo, o nulo

Figura 3-462. Paso de rosca y autobloqueo.

f = Profundidad res¡srente f = Profundidad reslstef = Profundidad res¡stente

reducida por el desgaste

Figura 3-463. Desgaste y profundidad ros¡stente en:Roscas tr¡angulares:La profundidad resistente 7 disminuye por desgaste hastael valo¡ f, La rosca se rompe a causa de las solicitaciones.Roscas trapecialesLa profundidad res¡stente no se reduce a pesar del des-gaste causado por los frecuentes movimientos de,giro. Nohay peligro de rotura.

241

Segmentode tuerca

,R

á Paso de rosca

Superficiesde contacto FR =É

Figura 3-460. Uniónpof rozamiento.

Fat Ft

Figura 3-461.Autobloqueo.

Ff

¿lle¡ehEE

nertodela

2a

la

b).bsra,ón.llanto

),3.

ránlas

;ta-ler-rel¡ue

Gran autobloqueog

f = Profundidad res¡stente

242

Figura 3-464. Talladora de roscas con cabézal de cambiorápido.


desgastada se (desgarraría> si la carga fuese grande' Hay e'cep-c¡ones cuando las fuerzas son muy pequeñas, entonces se ut¡l¡zantornillos de acero templa.do y, portanto, el desgaste es casi nulo, por

ejemplo, husillos para aparatos de medición.Además, el rozamiento en las roscas trapeciales es menor por su

menor ángulo de inclinación de los flancos (30') en comparación conlas roscas triangulares (60").

FABRICACIÓN OE ROSCAS CON MÁOUINA

Talladora de roscas. Fabricación de roscas triangulares de escasaprecisión, sobre todo roscas métricas y roscas para tubos. Haycabezales roscadores de cambio rápido para los distintos tipos y ta-maños de roscas. En otras roscadoras los equipos de terrajas son in-tercambiables.

Torneado de roscas. Fabricación individual de todas las formas ytamaños de roscas con buena precisión. A cada vuelta del perno, laherramienta ha de avanzar una longitud igual al paso de rosca por laacción del husillo de roscar.

Peine para roscar. Fabricación en serie de pequeñas roscas trian-gulares en máquinas semiautomáticas y automáticas. Roscas paratornillos y tuercas.

Fresado de rosca larga. Fabricación en serie de roscas demovimiento. La fresa talla la rosca en una sola pasada. Se mueve a lolargo de la pieza sobre un husillo de roscar mientras la pieza gira len-tamente.

Fresado de rosca corta. Fabricación en serie de roscas trián-gulares. La fresa de rosca con estrías perfiladas sin pendiente tieneque ser más larga que la rosca a tallar en una longitud igual al paso derosca. Deb¡do al avance de la pieza o de la herramienta, se talla la

rosca en sentido inverso. La rosca queda terminada con 1 1/6 devuelta de la pieza. Sirve para tallar tornillos y tuercas.

Tallado de roscas por torbell¡no. Fabricación en serie de roscasde movimiento. Este tallado es semejante al fresado de rosca larga.La pieza gira y realiza el avance. El portaútil gira a gran velocidad conigual sentido. En el mismo se colocan radialmente las herramiehtas.que son semejantes a las cuchillas de torno. Si las herramientasestán dirigidas hacia afuera, se pueden tallar también roscas detuercas de gran tamaño.

Rectificado de roscas. Con muelas de varios perfiles se puedenfabricar roscas triangulares finas partiendo de barras en bruto, porejemplo, husillos templados para aparatos de medición. Las muelastienen un perfil cilíndrico torneado sin paso. También se tallan roscascon muelas de un solo perfil y se repasan las roscas fabricadas conmuelas de varios perfiles.

Laminado de roscas con rodillo. Fabricación de roscas triangula-res arranque de viruta por impresión de.l perfil de la rosca. No se inte'rrumpe la fibra del material y el tiempo de fabricación es corto. La pre'cisión es escasa por defectos de paso de rosca cuando éstas sonlargas.

Laminado de roscas con planchas. Como en el laminado deroscas con rodillos.

DIMENSIONES Y TOLERANCIA DE LAS ROSCASDimensiones de las roscas

Las dimensiones establecidas para las roscas no pueden mantener-se con exactitud en su fabricación (ver ajustes). Por esta razón,también las dimensiones de las roscas tienen tolerancias y, portanto, límites de tolerancia. En la figura 1 se representa el perfil deuna rosca ISO métrica. Las roscas de los pernos y de la tuerca tienen

Figura 3-465. Torneadode roscas.

Figura 3-467. Fresadode roscas largas.

Figura 3-466. Peinadode roscas.

Figura 3-468. Fresadode roscas cortas.

Figura 3-469. Tallado deroscas por torbellino.

Figura 3-47O, Rectificadode roscas.

Figura 3-472. Laminado deroscas con planchas.

:3

Figura 3-471.de roscas con rodillos.


Figura 3-473. Una rosca queda perfectamonte definidapor cinco magnitudes'

Tuerca TorniiloD¡ámetro exterior (diám. nominal) o : dDiámetro sobre los flancos (no visible) o, = a,Diámetro del núcleo D1 + d3

PasoP:PAngulo de los flancos dt * üz q : d

sus campos de tolerancia. El campo de tolerancia de la tuerca (agu'jero) se encuentra en la pa,te superior sobre la llnea cero (llnea roia) y

es, por lo tanto, un campo de tolerancia H (en la figura 6H). El campode tolerancia del perno (eje) está por debajo de la línea cero (en la

figura, 6 g). De esta manera, el par de roscas cumple las condicionesde ajuste óon juego pequeño del sistema de agujero base.

Observación: Para no confundir las tolerancias ISO para dimensiones longi-tudinales con las tolerancias para roscas, en éstas se ponen los números por

delante de las letras y se unen con un guión, por elemplo: M 8'6 h'

Ajuste de roscasSegún que se trate de roscas de movimiento en los husillos, deroscas de fijación en los tornillós o de roscas de estanquidad en lastuberfas, se establecen también en las roscas ajustes con juego,ajustes indeterminados y ajustes fijos a presión mediante la determi-nación de la ubicación y magnitud (calidad) de los campos de tole-rancia correspondientes.

Hasta ahora se han normalizado los ajustes para roscas ISOmétricas a partir de 1 mm de diámetro. Para las roscas de tuercas(roscas interiores) y para las roscas de pernos (roscas exteriores) seadmiten calidades de tolerancia para determinar la cuantía de la tole-rancia y campos de tolerancia para determinar su pos¡c¡ón.

Roscas de tuercaCalidades de tolerancia 4Campos de tolerancia

Roscas para pernos:Calidades de tolerancia 3Campos de tolerancia a

89f g h

Las calidades que se han de elegir dependen de las clases de tole-rancia para roscas Tl (antes f = fina), T2 (antes r¡ = media), T3 (antesg = gruesa) y los actuales grupos de atornillado (longitudes de rosca)S (short = corta), N (normal), L (larga). Se utilizan para:

o S Calidades inferiores a 6o N Calidad 6o N Calidades superiores a 6

Figura 3-475. Calibre macho pasa para roscas.

243

Figura 3 cas.

IJ3

sn

F

n

5678GoH

4567bcde

11 {f}T2 (m)13 (s)

rf-

n,orle9n

Campo de tolerancia 6H

r Campo de tolerancia 69

Figura 3-476. Anillo calib¡e pasa para roscas.

244

Figwa 3-477. Plant¡lla para roscas.

Alambre de

Figura 3-478. Medición del diámetro sobre los flancoscon el micrómetro con la ayuda de alambres de medición ocon muesca y cono.

Figura 3-479. Galibre de boca de tolerancia para roscascon rodillos de medida para (pasaD y (no pasaD.


La posición de los campos de toleranc¡a depende de que la roscaquede como tal (pulida), se fosfate o reciba un galvanizado de pro-tecc i ó n.

Eiemplos:

Rosca de tuerca tolerada: M 2Ox2-7 GRosca de tornillo tolerada: M 8-6 hAjuste de la rosca: M 6 7 H/8 gAjuste de la rosca: M 20 x 2-6 H/5 g

VERIFICACIÓN DE LAS ROSCAS

Verificación con med¡os sencillosLas roscas talladas a mano se comprueban en el talleratornillando enellas, como prueba, la contrapieza (tornillo o tuerca). Si las roscasajustan bien, la tuerca puede pasar a todo lo largo de la rosca deltornillo sin agarrarse. Las roscas están perfectamente talladas siconcuerdan en cinco medidas principales: diámetro exterior, diáme-tro del núcleo, ángulo de los flancos, paso de rosca y diámetro sobrelos flancos. El ángulo de los flancos y el paso se comprueban conplantillas para roscas. Si el perfil de la rosca está bien y el paso es elcorrecto, entre las superf¡c¡es de comprobación de la plantilla y losflancos de la rosca no se debe ver ninguna rendija que deje pasar laluz. Si es necesario, el paso de rosca puede determinarse,tambiénutilizando un pie de rey. Para ello se mide un múltiplo del paso derosca. por ejemplo diez pasos, En ese caso, el resultado de la lecturahay que dividirlo por 10.

Verificación con cal¡bres de tolerancialgual que para los ajustes cilíndricos normales, en las roscas sepuede también comprobar si cumplen los límites de medidas pormedio de calibres de tolerancia (calibre macho de tolerancia, anillocalibre o calibre de boca de tolerancia).

Las roscas de tuerca o roscas interiores se comprueban pormedio de calibres macho de tolerancia de roscas (ver figura en lapágina anterior).

El extremo con rosca larga es el lado pasa del calibre macho.Tiene que poderse enroscar. El extremo opuesto termina en un talóncilíndrico, sin rosca, y es el lado no pasa. No debe poderse enroscar.

Las roscas exteriores se comprueban con anillos calibres o concalibres de boca de tolerancia para roscas. Para el calibrado se ne-cesita siempre un anillo pasa y un anillo no pasa. Los calibres de bocade tolerancia para roscas tienen la ventaja de que pueden ajustarse a

la tolerancia de una dimensión nominal deseada con un calibrado deajuste de foscas. Con los calibres no se puede comprobar si la roscaestá aplanada o si la posición de los flancos es asimétrica.

Medición de roscasPara comprobar también, de algún modo, la forma de una rosca, hayque medirla. foda variación del ángulo del flanco (defecto de forma)se acusa en la dimens¡ón del diámetro sobre el flanco, por lo que, enla mayoría de los casos, bastará medir el diámetro exter¡or y el diá-metro sobre el flanco de la rosca de un tornillo. El diámetro sobre elflanco se mide en el taller con el micrómetro en el que se colocan lamuesca, el cono o tres alambres de medidores normalizados. Enambos casos la lectura realizada ha de transformarse por cálculo enmedida del diámetro sobre el flanco.

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DESIGNACIÓN DE LOS TORNILLOS

Los tornillos son elementos mecánicos de unión para rea-lizar, en la mayoría de los casos, un¡ones con cierre de a

Tornillo para madera

de to¡nillos.

tue¡za.

Según la Norma DIN-lSO 1891 , los tornillos se diferencian por larosca, la forma de la cabeza, la forma del vástago, el extremo deltornillo y la forma de accionamiento.

Designación por la rosca

Rosca métrica, rosca Whitworth, rosca Whitworth de tubo, rosca detornillo para chapa, rosca de tornillo para madera, la rosca de tornillode corte.

Tornillos de cabezaDesingnación por la forma de la cabeza

Hay tornillos de cabeza hexagonal, de cabeza cuadrada, de cabezatriángular, de cabeza octagonal. También se utilizan mucho los torni-llos de cabeza semiesférica, de cabeza avellanada, de cabezalenticular y de cabeza cilíndrica que, en su mayoría, tienen ranuraspara su accionamiento.

Designación por la forma del vástago

La mayoría de los tornillos t¡enen vástago macizo, es decir, el diá-metro del vástago es igual al diámetro de la rosca. Si el vástago es

delgado, su diámetro es igual al de los flancos. Si el vástago es dedilatación, su diámetro es menor, que el del núcleo, En los tornillosde ajuste, el diámetro del vástago tiene asiento de ajuste, Se utilizanlos tornillos de ajuste para fiiar partes de una máquina en la posiciónentre sí o para absorber fuerzas transversales. Estas uniones son máscaras por su ajuste lH 7/k 6). Es más económico un tornillo devástago macizo combinado con uno o dos pasadores de ajuste.

Designación por el extremo del tornillo

La mayorfa de los tornillos tienen el extremo lenticular o cónico; lostornillos para madera acaban en punta. Algunos tornillos tienen en elextremo un pivote.

Designación por la forma de accionamiento

Las formas de cabeza poligonal pueden apretarse con una llave detuercas. Las cabezas circulares neces¡tan formas de accionamientoencajadas en ellas, por ejemplo, hexágono interior, cuadrado interior,ranura, ranura en cruz, orificio en cruz. Además, los tornillos puedenaccionarse por medio de mariposas muletillas o mangos moleteados,etc.

Tipos de tornillosLos numerosos tipos de tornillos en uso pueden designarse exacta-mente por su forma. Sin embargo, además de la forma hay que indicardiversas medidas como, por ejemplo, diámetro de la rosca, longitudde la rosca, longitud del vástago.

Espárragos

Su ventaja con respecto a los tornillos con cabeza consiste en quelos espárragos que han de soltarse con frecuencia quedan con su

Figura 3-482. Diámetro del vástago en relación con el dela rosca.

Tornillo derosca cortante

Figura 3-48O. Tipos

Figura 3-481. Designacioneshexagonal DIN 931.

Figura 3-483.Tornillo de cabeza

cillndrica con hexá-gono interior,

F¡gura 3-486. Formas de lasnurados.

de un torn¡llo de cabeza

Figura 3-484. Figura 3-485'Tornillo de cabeza Tornillo de ajuste

hexagonal con con cabezavástago macizo. hexagonal.

ffitfft@CabezalCabezal Cabeza

avellanadal cilíndricalcon ranuralenticular bbombadd en cruzcabezas de los tornillos ra-

Cuerpo de lamaqutna

fundición gris Figura 3-488. Dispositivod€ enroscar.Figura 3-487. Espárrago.

pof

cpoGo€

III

246

Extremos de Tornillo con vástagorosca s

Tuerca decorona

Tuerca deagujerosen cruz

tuefc as.

tr'lim

I uercacuadradaW

Tuercara nurada

@Tuerca

hexagon al

';T:"::^Figura 3-490

Ejemplo:

las tuercas.

Figura 3-493. Arandelacuadrada en forma

de cuña.

@@Tornillo prisionero

Tuerca hexagonal

Figura 3-491. Designación de

Figura 3-492.Arandela con bisel.

Tornillo

Figura 3-489. Utilización de los tornillos prisioneros y delos to¡nillos con vástago.

Formas normalizadas de


extremo roscado a la pieza de la máquina por lo que no se daña larosca que va en la pieza, por ejemplo, los espárragos de cabeza cilín-drica. Los espárragos se enroscan en el cuerpo de la máquina pormedio de un dispositivo de apriete (tuerca hexagonal larga y tornillode cabeza).

Tornillos pr¡s¡oneros

Están roscadas en toda su longitud y t¡enen una ranura para apretar-los. Con ellos se aseguran contra deslizamiento o giro algunas pie-zas de máquinas como anillos de ajuste, casquillos de cojinete, etc.Los tornillos con vástago son una versión del prisionero y se utilizanpara fijar piezas desmontables.

DESIGNACIóN DE TUERCAS

Las tuercas se han de poder aflojar, apretar y asegurar bien. Se fabri-can de diversas formas según a qué se destinen. Así hay tuercashexagonales, tuercas de sombrerete, tuercas de corona, tuercas demariposa, etc.

La rosca interior de la tuerca ha de coincidir con la exterior deltornillo.

Para la resistencia de una unión con tornillo y tuerca es impor-tante la longitud de la rosca de la tuerca, Es ésta la que determina elnúmero de pasos de rosca resistentes. En la mayoría de las tuercas, laaltura de la tuerca es igual a la longitud de la rosca. Excepción: porejemplo, la tuerca de sombrerete. Altura de la tuerca normal= 0,8 ve-ces el diámetro nominal de la rosca. Sólo deben utilizarse tuercasmás bajas, con un altura (0,5 . d cuando las fuerzas son pequeñas ocomo contratuercas. Si las fuerzas son muy grandes se ut¡lizan tuer-cas peraltadas con una altura )1 . d.

Exact¡tud de las medidasLos tornillos y tuercas normalizados se fabrican con distintos gradosde exactitud, según la Norma DIN 267. Las diferencias se encuen-tran en las exigencias de exactitud, respecto a la calidad de la super-ficie, la precis¡ón de las dimensiones, las tolerancias dela rosca, ladesviación en el centrado y la desviación angular de la cabeza y delvástago lver pá9. 2421.

Arandelas (arandelas de asiento)El objeto de las arandelas es aumentar la superficie de apoyo de latuerca o de la cabeza del tornillot Sin la arandela, la tuerca dañaría elmaterial de la pieza, que suele ser más blando. A cada unión atornilla-da le corresponde una arandela adaptada a ella. Su diámetro essiempre mayor que el diámetro de la tuerca o de la cabeza deltornillo. Es absolutamente necesaria en el caso de agujeros rasgadosy en apoyos oblícuos,

RESISTENCIA DE LOS TORNILLOS Y TUERCAS

La fuerza de tensión previa no debe provocar en el material ningúnalargamiento residual. El vástago del tornillo no debe, pues, solici-tarse por encima de su límite de fluencia. Si se sobrepasa la resis-tencia a la tracción por encima del límite de seguridad (límite derotura) se produce la rotura. Los valores de la resistencia del límite defluencia r9. o del límite de alargamiento R*., y de la resistencia atracción 8. para los tornillos de aceros nó aleados o de aleación

Tapa levantable

Figura 3-494. lndicación de la resistencia.


pobres según la Norma DIN 267 se indican por medio de dos

números que, en general, están separados por un punto.

Ejemplo de designación: Clase de resistencia 8.8

El primer número da la centésima de la resistencia a la tracción en

N/mm2. Por lo tanto, el primer número, multiplicado por 1 O0 nos da la

resistencia a la tracción del material de que está hecho el tornillo:

R-:8 100 N/mm2:800 N/mm2

Si se multiplica por 1O el productb de ambos números se

obtiene el límite de fluencia (o el límite O,2 del alargamiento)'

Ejemplo:8.8: F0.,, = 8'8 10 N/mm2 = 640 N/mm2

En total, las Normas DIN reconocen nueve parejas de números'Estas parejas de números se denominan <clases de resistenciar¡' Son

las siguientes:

3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9 12.9

Eligiendo una clase de resistencia mayor, para una fuerza detensión previa F" dada, la sección del tornillo puede ser menor. De estamanera, el empleo de tornillos de mayor resistenc¡a ahorra espacio,material y costes, aunque los tornillos, en sí, sean más caros.

La resistencia de la tuerca ha de corresponderse con la resisten-cia a la tracción del tornillo empleado; por esa razón, los grados deresistencia son los mismos que para los tornillos. La resistencia a latracción se indica también por su centésima parte.

Ejemplo:Tornillo 6.8, tuerca correspondiente de índice 6 por lo tanto:resistencia a la tracción 600 N/mnÉ.

UNIONES POR TORNILLOS CON CUELLODE DILATACIÓN

Algunos tornillos se cargan con fuerzas pulsator¡as, esdecir, la lue¡za que han de absorber aumenta hasta unvalor máx¡mo y luego vuelve a reduc¡rse, por ejemplo, lostornillos de la culata de los motores. En estos casos seutilizan tornillos con cuello de dilatación. Estos tornillostienen un vástago largo cuyo diámetro es algo menor queel diámetro del núcleo de la rosca.

Tres estados de policitación en los tornilloscon cuello de dilatación

l. Sin carga: El tornillo t¡ene su longitud normal, los componentestienen su espesor normal.

ll. Con tensión previa: Al apretar el tornillo con una fuerza deter-minada, se alarga. Al mismo tiempo, los componentes se com-primen y se hacen más delgados. En el tornillo actúa la fuerza detensión previa. F".

lll, En carga: Si, además, actúa sobre el tornillo una fuerza de servi-cio F", el tornillo se alarga más. Entonces, la fuerza de tensiónprevia se reduce a la tensión previa residual F" porque, alalargarse el tornillo, los componentes se dilatan.

La ventaja de los tornillos con cuello de dilatación consiste enque, si las fuerzas de servicio son grandes y aumentan súbitamente,

el torn¡llosólo aumentaen este valor

1. Sin carga 2. Con tensión previa 3. Con carga

dilataciónrvalo de

de rotura

F" : Fuerza de tensión previa apretando eltorn¡llo con una llave dinamométrica

Fi : Fuerza de tensión previa residualFB :Fúena de servicio, por ejemplo, presión de un

gas o de un llquido, presión de explosión, etc.F2iF3:Fuerzas que actúan sobre el tornillo

(La deformación de la pieza seha indicado con trazo gruesopara mejor comPrensión)

Figura 3-495. Fuerzas que actúan sobre un to¡nillo concuello de dilatación.

Escala demomentostors¡ón en

Varilla de torsión

Tubo

Llave enchufable

247

Al recibir la carga,la fuerza en Fuerzas actúan sobre

deNm

Figura 3-496. Llave dinamométrica.

Tornillo

.lI

-

EmboloCojinete de biela Bloque del cilindro Carcasa de turbina

Figura 3-497. Ejemplos de aplicación de los tornillos concuello de dilatación.

Tornillo Vástago de aluste Anillo Resaltede ajuste o cónico centrador centrador

Figura 3-498. Unionei atorn¡lladas con sol¡c¡tac¡óntransversa l.

Seguro

Figura 3-499. Casos de leguro.Los números I, ll, lll y lV indican para qué casos puedenutilizarse los seguros para tornillos.


la solicitación del tornillo sólo aumenta en una cuantía escasa pues-to que, al aumentar la fuerza de servicio se reduce la de tensiónprevia. La luerza de tensión prev¡a se calcula de modo que la tensiónprevia residual sea suficiente para hacer estanca la unión entre laspiezas. Por esa razón, los tornillos con cuello de dilatación seaprietan siempre con una llave dinamométrica. Si en lugar de los tor-n¡llos con cuello de dilatación se colocasen tornillos de vástagomacizo, el proceso que hemos explicado sólo se produciría en elcorto núcleo de la rosca. El campo de extensión o dilatación seríamuy corto y, además, el efecto de entalladura de los pasos de roscadebilitaría la sección del núcleo. Para durar igual tiempo con lamisma solicitación, estos tornillos tendrían que ser de mayor tamaño.

SOLICITACIONES TRANSVERSALES DE I.AS UNIONESATORNILLADAS

En los casos normales, los tornillos sólo están solicitados en sentidolongitudinal. Si se presenta una fuerza transversal cons¡derable, elvástago del tornillo trabaja a esfuerzo cortante y entonces, eseesfuerzo cortante se ha de absorber por medio de tornillos de ajuste,pernos pris¡oneros, an¡llos centradores o rebordes centradores.

SEGUROS PARA TORNILLOS

Si las uniones atornilladas están sometidas a vibracio-nes, pueden aflojarse por sí solas, Se necesitarán segu-ros en todos estos casos y además lO exijen las normasde seguridad, cuando de la seguridad de estas un¡onespuedan depender v¡das humanas, por ejemplo en vehícu-los, ascensores, telefér¡cos, etc.

Casos de segurosAntes de colocar un seguro, hay que pensar qué partes deben unirsepor medio del seguro.

En las uniones atornilladas se presentan cuatro casos decolocación de seguros:

l. Si la rosca está en la pieza de la máquina, sólo puede asegurar-se la cabeza del tornillo contra la pieza de la misma.

ll. Si en un espárrago se asegura la tuerca contra el perno (1), eltornillo y la tuerca aún pueden aflojarse. En cambio, si la tuercase asegura contra la pieza de la máquina, el seguro es efectivo.Si el espárrago t¡ene dist¡ntos pasos de rosca en sus extremos yla tuerca se coloca con cierre de forma con la pieza de la máqui-na, el seguro es completo.En los tornillos con tuerca se asegura el perno contra la tuerca.Ciertamente que el tornillo puede girar junto con la tuerca, perono puede soltarse, Si se asegura la tuerca contra la pieza de lamáquina (2), el tornillo podrá aflojarse.En lugar del caso lll pueden también asegurarse la cabeza deltornillo y la túerca contra la pieza de la máquina, el caso (3)sigue siendo inseguro porque la tuerca puede aflojarse.

Seguros por cierre de forma

Con los seguros por cierre de forma puede impedirse por completoque se aflojen las uniones por torn¡llos. La unión no podrá aflojarsehasta que se quite el seguro.

I

I

Ii

IIt

I

ilt.

lv.

Caso lV

Figura 3-5OO. Seguros con cierre de forma.

Figura 3-5O2. Obturación sin juntas ¡ntercaladas.

lmpermeabilización con juntas planas

Las juntas planas de materiales blandos (amianto, goma, resinas sin-téticas con aditivos) se utilizan para presiones bajas o medias.a) Cartones para juntas (cartones 1 t según DIN 3754) en espesores

deO,5a4mm.b) y c) Juntas listas para montar con inclus¡ones o rebo¡des metá-

licos de Cu o Al.d) Juntas de metal ondulado con recubrim¡ento de mater¡al

blando. Figura 3-5O4. Obturación con juntas planas.

r APPOLD- 12


no lo impide totalmente.

Seguro por medio de adhesivos

Para asegurar tornillos y tuercas se utilizan pegamentos o suple-mentos de plástico. El pegamento se aplica a la rosca y se pega a laspiezas una vez atornilladas. La unión puede soltarse, en general, pormedio de calor.

Las resinas epoxídicas se endurecen por reacción químicaformando un aglomerante duro y tenaz entre las piezas metálicas ín-timamente unidas, por lo que si se utilizan estos productos no senecesita rosca en los agujeros ciegos al colocar los pernos, Estosproductos sintéticos no permiten que se desenrosquen los pernos olas tuercas.

IMPERMEABILIZACIóN DE LAS UNIONES ROSCADAS

En muchos casos, las cámaras o huecos de las máquinaso aparatos deben cerrarse de modo que los Productosque se encuentran a pres¡ón o s¡n presión (gases, líqui-dos) no puedan sal¡rse ni puedarr entrar los productos nodeseados como polvo. suciedad y limaduras.

Estanqueidad sin juntas intercaladasEn determinadas máquinas, como por ejemplo, bombas deengranajes, no pueden colocarse juntas para la estanqueidad de lascámaras a presión porque, por su espesor, modificarían la exactapos¡ción de las piezas. En ese caso, el aceite a presión de la cámarade presión pasaría a la cámara de aspiración entre el lado frontal delos engranajes y la tapa de la bomba. Mediante un rectificado fino oun rasqueteado se obtienen superficies planas de obturación. En lascarcasas para altas presiones, las superficies de contacto se frotanuna contra otra con agentes esmerilantes sueltos (<lapeador). Paraque las piezas no se deformen, los tornillos se aprietan en variaspasadas y siguiendo un orden determinado.

lmpermeabilización con masilla de juntas

Las superficies de contacto que no pueden mecanizarse bien y quepor esa razón no son planas, se ¡mpermeabilizan con masillas espe-ciales. La masilla debe amasarse bien antes de aplicarla para que seauniformemente elástica. La masilla se aplica en forma de cordóndelgado sobre la superficie de contacto (sin extenderla con la espá-tula), Al apretar los tornillos, la masilla se extiende entre las super-ficies, de acuerdo con la presión aplicada, e iguala sus irregula-r¡dades.

WTuerca Seguro

(Elast¡c-stopD Arandela elásticaIll dentada l, ll, lV

3-5O1. Seguros con cierre de fue¡za

Ta pa

Seguro

Figura

Superficies estancas rect¡-ficadas o rasqueteadas

Cuerpo debomba

Orden de apriete de lostornillos 1 ...8

?

Orden de apriete de lostornillos 1...8

Figura 3-503. Obturación con masilla de juntas.

Culata del motor

I

r, il, lv

Fibra o nylon

Pieza

Tapa de cierre

Y

250

Figura 3-5O5. Obturación con juntas perfiladas.

Ejercicios

Unión por apriete y por introducc¡ón a pres¡ón

Procedimientos de unión

1. Citar cinco grupos de los procedimientos de fabricación.2. ¿En qué grupos se incluyen: redoblar, insertar, clavar,

anudar?3. ¿Oué procedimiento de unión sela apropiado (concepto

general), para:a) Unir tubos por soldadura blanda,b) Rebordear el borde de un baldec) Llenar de bolas un cojinete,d) Embeber con ace¡te una junta?

4. C¡tar tres uniones desmontables y otras tres indesmontablesno aflojables.

5, ¿Por qué se incluye la <contracción) entre las uniones des-montables?

6. Al hablar de no desmontable podemos referirnos a un pega-mento o a una unión, Explicarlo.

7. ¿En qué puede basarse el cierre de una unión?8. Citar un ejemplo de cada uno de los tipos de cierre de

untones.9. ¿Oué forma de cierre hay en un tornillo de banco?

1 O. Explicar los efectos de las fuerzas en los dist¡ntos tipos decierre de uniones.

Uniones roscadas

1 1. Explicar los tipos de las roscas métricas.12. ¿Po¡ qué una tuerca con rosca Whitworth no se adapta a un

perno con rosca métrica?13. Explicar: M 8, M 10 X 1,5, 1.14. lndicar las designaciones para una rosca de tubo de3/4"

cónica y para otra cilíndrica.15. Citar tres formas de roscas para husillos.16. Explicar el procedimiento de unión ratornillafr.17. Citar las medidas principales de una rosca.18. Explicar el concepto de (paso de roscar.19, lndicar las roscas de un tensor.20. ¿Por qué son distintas las roscas de los pedales de una

b¡c ¡cleta?21. Hay que determinar el número de pasos de una rosca,

¿cómo?Explicar el concepto de (autobloqueo> en las roscas.¿Oué ventajas t¡enen las roscas de paso pequeño?¿Oué ventajas tienen las roscas de paso grande?


Para presiones altas se utilizan juntas duras metál¡cas (Pb' Cu, Al,hierro dulce, metal Monel, aceroV 2 A). Para ello, las superf¡cies de lajunta han de ser planas y no deben tener ningún desperfecto.

lmpermeabilización con ¡untas perfiladas

a) Juntas tóricas de goma, de anillo cerrado y dlmens¡onesnormalizadas. Al montarlas no deben retorcerse ni morderse'

b) Juntas de caja y esp¡ga. No vienen afectadas radialmente por elmed¡o a pres¡ón. Han de montarse con esmero.

c) Juntas metálicas estr¡adas con ala interior, con 1 a 5 estrías'Obturan por aplastamiento de las estrías. El apriete irregular de

los tornillos inutiliza estas juntas.

¿Oué misión tienen las roscas de movimiento?Citar ejemplos de roscas de movimiento.Designar exactamente la rosca del husillo de roscar de untorno.¿Oué partes de una unión por tornillos efectúan el cierre defue¡za?Comparar las llaves de boca y las de estrella por la forma deusa rl as.Dibujar el esquema de las superficies de ataque de undestornillador en relación con la ranura de la cabeza de untornillo.Citar los defectos que s€ cometen al apretar tornillos.Explicar qué es el (momento torsor de aprieter,¿Cómo actúa la fuerza de tensión previa sobre el eje deltornillo?

34. ¿Oué acción ejerce la fuerza de tensión previa?35, Dibujar el esquema de las fuerzas que actúan en una rosca

cuyo pendiente es de 3Oo y la fuerza normal es de 600 N.36. ¿Oué condición tiene que cumplirse para que haya autoblo-

queo?37. Explicar qué es el <rozamiento de adherenciar,38. ¿Oe qué depende el coeficiente de rozamiento?39. Explicar la fórmula F^= lt' Fn.40. Explicar con un ejemplo qué relación existe entre el

pendiente de la rosca y el diámetro de la rosca.4'l . ¿Oué roscat¡ene mayorpendiente: la M 16 conP= 2, o la M

48conP=5?42. Explicar la diferencia que hay entre paso de rosca y pendien-

te.43. ¿Oué relación existe entre la pendiente y la magnitud de la

fuerza de apriete?44. ¿aué s€ entiende por <profundidad resistente> de una rosca?45, ¿Por qué se desgasta menos una rosca trapecial que una

rosca triangular?46. ¿Po, qué una rosca.triangular sólo debe emplearse excep-

cionalmente como rosca d€ movim¡ento?Citar procedimientos de fabricación de roscas a mano.Dibujar la sección longitudinal del perfil de una rosca e indi-car sus dimensiones principales.Razona¡ las diferencias entr€ los diámetros del perno y de larosca en el tallado de rosbas exteriores.Las mordazas de roscar tangenciales tienen ventajas para eltaller. Explicarlas.

25.26.27.

28.

29

30

31.32.33.

222324

47.48.

49.

50.

ión

AI,

ll.

Lese.rel

as.de

t

I¡


5l. ¿Por qué hay que cambiar las mordazas de roscar (terrajas)para las roscas de tubos?

52. lnfluencia que t¡ene sobre las característ¡cas de la rosca queel diámetro del orificio del núcleo sea demasiado pequeño odemasiado grande.

53. Establecer un plan de trabajo para tallar una rosca interiorM 10.

54. ¿Cuándo hay que ut¡lizar machos de roscar de pasada única?55. Comparar los machos de roscar para el acero y para metales

ligeros.56. Se mecanizan los materiales siguientes: acero, fundición

gris, aleación de aluminio. Explicar la lubricación.57. Comparar la fabricación de una rosca en torno o con peine

de roscar.58. lOué diferencia fundamental existe entre fresa para roscas

largas y fresa para roscas cortas?59. ¿En qué métodos de fabricación de roscas se conservan las

<fibras del materialD?60. ¿Oué posibilidades se tienen en el taller para tallar roscas

exteriores y qué aplicaciones tienen?61. Explicar las dimensiones principales de una rosca.62. Explicar la posición del campo de tolerancia de una rosca

con dimensiones toleradas.63. Explicar la diferencia entre los campos de tolerancias H 6 y

6H.64. ¿Qué significan M 10-6 H y M 1O-6 h?65. Con los datos del ejercicio anterior, componer un a.iuste de

roscas.66. ¿Oue se puede comprobar en una rosca con un pie de rey?67. Explicar la diferencia entre un calibre macho de tolerancia

para roscas y un calibre (pasaD para roscas.68. iOué ventajas tienen los calibres de boca de tolerancia para

roscas?69. ¿En qué se distingue el lado pasa de un calibre macho de

toleranc¡a para roscas?70. ZCómo se ajusta el calibre de boca de tolerancia con rodillos

para rosca para una tolerancia determinada?71. ¿Oué dos medidas de la rosca son las que mejor informan

sobre su forma?72. ¿C6mo puede medirse el d¡ámetro <invisible> sobre los

fla nc os?73. No todo se puede medir en las roscas con calibres, pero es

necesario comprobar exactamente una rosca. ¿Cómo hayque proceder?

74. ¿Cuándo posee una rosca un cierre de fuerza y cuándo unode forma?

75. ¿Oué características diferenciales existen para los tornillos?76. Explicar que es la <forma de acc¡onamientoD.77, Cita¡ tornillos <sin cabezar.78. Los orificios para los tornillos de chapa tienen que cumplir

una condición especial. ¿Cuá[ es?79. lndicar cinco formas distintas de aplicación de los tornillos

según la forma de su cabeza.80. ¿En qué se diferencian los vástagos de los tornillos?81 . Explicar la diferencia entre las uniones con tornillos de vás-

I tago macizo y con tornillos de ajuste.82. Las cabezas cilíndricas de los tornillos suelen tener meca-

nizadas las formas para su accionamiento. Citarlas.83. Citar diversas formas de cabezas de tornillo ranuradas.84. lOué ventajas tienen los tornillos con ranura en cruz?85. Citar diversas formas de acc¡onamiento de tornillos para

atorn¡llar a mano.86. ¿En qué se distingue la parte de atornillar en un espárrago?87. ¿Para qué se utilizan los tornillos prisioneros?88. Citar formas de tuercas.89. Designación exacta de una tuerca hexagonal90. ZPara qué sirvén las tuercas bajas?

251

91. ¿Oué ventaja tiene una tuerca de corona?92. ¿Con qué herramienta se apr¡etan las tuercas de ranura?93. ¿En qué se diferencian los tornillos en cuanto a precisión?94. ¿Con qué exactitud se fabrican las tuercas cuando no se

indica nada concreto?95. Debalo de las tuercas suele colocarse una arandela. Expli-

car por qué.96. ¿Por qué son tan ¡mportantes los datos sobre las propie-

dades de los materiales de los tornillos y tuercas?97. Explicar qué son el límite de alargamiento y la resistencia a

la tracción.98. Explicar las designaciones de los materiales para los

tornillos 4.6, 5.8, 6.8.99. ¿Oué vehtaja tiene la elección de una clase de resistencia

más elevada?1O0. ¿Oué tornillo podría util¡zarse en lugar del M 1 2-4.8? Tener

en cuenta la sección.101. ¿Oué tuerca se necesita en el ejercicio 1O0?102. Situar un tornillo 6.8 en un diagrama tensión-alargamiento.

Dibujar un esquema.103. Explicar la ventaja del tornillo con cuello de dilatación.104. Explicar los tres estados de solicitación en los tornillos con

cuello de dilatación.105. Citar ejemplos de aplicación de los tornillos con cuello de

d¡latac¡ón.106. ¿Cómo puede impedirse que se retuerzan los tornillos con

cuello de dilatación al apretar la tuerca?107 ¿Cómo funciona una llave dinamométrica?108. ¿Por qué lo primero que se alarga en un tornillo de vástago

macizo es la rosca y en uno de cuello de dilatación es elvástag o?

109. ¿Cuándo equivaldría la fuerza de alargamiento de un tornillode vástago macizo a la de un tornillo con cuello de dilata-ció n?

1 10. tCómo pueden absorberse las fuerzas transversales en unaunión atornillada?

1 1 1. ¿En qué consiste la diferencia entre un anillo centrador y unresalte de centraje?

112. En una unión atorn¡llada deben evitarse los esfuerzos cor-tantes. ¿Cómo se consigue?

1 13. Entre dos uniones atornilladas con torn¡l.los iguales ¿cuálfallaría primero a esfuerzo cortante?

114. ¿Cuándo son necesarios los seguros para tórnillos?115. Explicar los cuatro casos típicos de seguro.1 16. Explicar las diferencias entre los seguros para tornillos que

funcionan por cierre de fuerza y por cierre de forma.117. ¿Por qué son más eficaces los seguros para tornillos que

actúan por cierre de forma que los que actúan por cierre defue¡za?

1 18. ¿Cuándo hay que recurrir a los productos adhesivos comoseguro para tornillos o tuercas?

1 1 9. Explicar las tensiones inversas entre los filos de contra-tu e rc as.

120. Comparar los seguros por cierre de forma. por cierre defuerza y por material en cuanto a su efecto.

121. Citar cinco casos prácticos de seguros para tornillos y¡azonar la aplicación del seguro.

122. ¿Oué misión tienen las juntas?123 ¿En qué condiciones pueden estanqueizarse las superficies

sin intercalar juntas?124 ¿Pot qué no hay que aplicar con espátula las masillas?125. De qué son las juntas planas.126. Citar juntas perfiladas127. ¿Pot qué es i¡nportante el orden de apriete de los tornillos?128. ¿Por qué hay que cambiar por completo las juntas planas

después de desmontarlas?

i

In

le

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252

Figura 3-5O6. Unión de piezas con pasadores.


3,8.3 Uniones con pasadores

Las uniones con pasadores t¡enen dos misiones:1. Unir piezas como volantes de mano, palancas, peque-

ños engranajes. manivelas, etc' a ejes.2. Fijar piezas, como tapas de carcasas. regletas, topes,

piezas de herramientas de corte, etc. para asegurar-las contra deslizamientos y para que queden en su po-

sición primitiva cada vez que se monten' Lospasadores están solicitados a esfuerzo cortanté.

PASADORES CILÍNDRICOS

Los diversos tipos de pasadores cilíndricos se diferencian por laforma del extremo (cónico, bombeado, biselado), por la toleranóiade medidas (m 6, h 8, h 1 1), por la calidad de su supelicie y por elmaterial (acero para herramientas o acero de construcción).a) Pasadores de ajuste templados. Son de acero para herramientas

por lo que pueden resistir grandes esfuerzos transversales. Extre-mos cónicos a 30'. Se utilizan en la fabricación de herramientaspara montajes, moldes de acero.

b) Pasadores de ajuste normales. Son de St 50 o de St 60 y seutilizan en la construcción de máquinas como pasadores de ciza-llamiento (pasadores de seguridad).

c) Pasadores de unión. Son de St 40 a St 50 y sirven para funcionessecundarias, por ejemplo, para charnelas y articulaciones en lasuniones móviles.Unión con pasadores cilíndricos. Los orificios para los pasado-

res se taladran con una cota inferior en 0,1 a 0,3 mm y se escarian a

H 7 (ajuste a presión) o H 9 (ajuste con juego). Los orificios pararemaches no se escarian.

Disposición de los pasadores. Los pasadores para fijar la posi-ción de piezas deben disponerse a la mayor distancia posible entresí, para que por las condiciones favorables de la palanca, resultenpequeños los esfuerzos cortantes.

PASADORES CÓNICOS

Tienen una conicidad de 1 :50. El diámetro menor es igualal diámetronominal porque el orificio debe practicarse de acuerdo con é1. Sepueden soltar cuantas veces se quiera sin que se perjudique la efec-tividad de la unión.

Las roscas en los pasadores sirven para asegurarlos si hay vibra'ciones muy fuertes o para quitarlos de los orificios ciegos.

PASADORES ESTRIADOS

En la superficie lateral, de forma cilíndrica llevan tres entalladurasque forman resaltos. La forma y la longitud de las entalladuras son lasque determinan los tipos de pasador. No es necesario escariar losorificios para pasadores estriados.

PASADORES DE TENSIóN (CASOUILLOS DE TENSIóN)

Se fabrican por arrollamiento de un fleje de acero para muelles. Alintroducir los casquillos en los orificios, que no se escarian, por la

fuerza elástica del muelle se aprietan contra las paredes. Estas

uniones pueden soltarse frecuentemente.

cl rasaqor corrruu uurr Asegurado. pivote roscado

i Figura 3-5O8. Pasadores cónicos.

o) Pasador deaiuste templado

Figura 3-5O7. Pasadores cilíndricos.

I

>1,50

Extra íb I e

Pasadores estriados de mulet¡lla,de aiuste, cónicos, con esp¡ga

cillnúrica, y cilfndricos; clavo entallado

Figura 3-509. Pasadores estriados'

Tala-drado

Fijar

de la cota

escálonado Escoriado Calado

Pasador estriado Parafijación y seguro

Calado

Figura 3-51O. Pasadores de tensión )casquillos de

tensión).

Tope

c) Pasador cónico con


3.8.4 Uniones enchavetadas

Las chavetas tienen una inclinación de 1 :100. Al introdu-cir la chaveta con la fuerza F quedan sujetos entre sí el ejey el cubo.

FUERZAS EN I-AS UNIONES ENCHAVETADAS

Las fuerzas normales Fn producen un rozamiento por medio del cualse transmite el momento torsorM,., del eje al cubo. Por esta razón, launión con chavetas puede considerarse como una unión con cierrede fuerza. Las caras laterales de la chaveta sólo intervienen en latransmisión del momento torsor cuando éste se hace mayor que lafuerza de rozamiento. En ese caso, la unión con chavetas funcionacomo unión con cierre de forma. Como los cubos (ruedas) fijados conchavetas no tienen un movimiento concéntrico exacto, la unión conchavetas sólo puede utilizarse para fines de segundo orden.

TIPOS DE CHAVETAS

La chaveta embutida se coloca en las ranuras del cubo de la rueda ydel eje y, si es solicitada con cierre de forma, es capaz de transmitirgrandes momentos torsores.

La chaveta plana sólo puede actuar con cierre de forma condicio-nalmente, por lo que sólo puede transmitir momentos torsores redu-cidos. En el eje sólo se aplana una zona.

La chaveta cóncava sirve para fijar ruedas pequeñas colocadasulteriormente sobre ejes ya montados. Como no actúa con cierre deforma, tampoco puede transmitir momentos torsores grandes.

La unión por chavetas tangenciales se utiliza cuando hay quetransmitir momentos torsores muy grandes y de sentido de giro alter-nativo. El momento torsor se transmite exclusivamente con cierre deforma.

TIPOS DE MONTAJE DE LAS CHAVETAS

Las chavetas se utilizan como chavetas de empuje cuando a amboslados de ellas existe espacio suficiente para introducirlas y extraer-las. La ranura del eje ha de tener una longitud superior al doble de lade la chaveta. Puede establecer con exactitud la posición axial delcubo.

Las chavetas con talón sólo se utilizan cuando no es posible ex-traer la cuña empujándola por el extremo opuesto. La chaveta puedequitarse con un extractorde chavetas. La posición axial del cubo pue-de establecerse exactamente. ¡Debe tenerse cuidado con las chave-tas de talón cólocadas en el extremo de un eje!

Las chavetas embutidas tienen los extremos redondeados y secolocan en una ranura de la misma forma que hay en el eje. Como elcubo de la rueda se monta con dificultad (gran inercia) y la posiciónaxial del cubo no se puede establecer exactamente, este tipo dechavetas se utiliza poco.

Con las chavetas transversales se establecen uniones rígidasentre los extremos de barras. Las aberturas para la colocación de laschavetas se taladran, estampan o liman.

Ejemplos de designación de chavetas:

posible fijar exactamentela posición axial del cubo

Figura 3-513. lntroducción de una chaveta de empuje.

Figúra 3-511. Fuerzaschavetas.

Chaveta embutida

Chaveta

Chavetacilíndrica

Chavetasentidos

tangencial parade giro alternados

Calado

Figura 3-512. Tipos de chavetas.

ExtracciónBotador de

./, /chavelas..,'út,'--.;r--'l

Chaveta y chavetero del ejede extremos redondeados

Figura 3-515.Chaveta embutida.

Fuerza parai ntrod uci rla chaveta

Fuerza paraextraer la chaveta

Chaveta planaChaveta cóncavaChaveta plana con talón

DIN 6883- 10xGx50DIN 6881 - 1Ox4x25DlN6884- 8x5x20

253

Cubo

\L Parte acoptada,.\ p. eJ., pnstonero

Figura 3-514.Chaveta de talón.

Figura 3-516. Unión por chavetas transvefsales.

254

I

It:

Figura 3-518. Asientocónico para eje y cubo.

Figura 3-517. Fuerzas en el as¡ento cónico.Líneas continuas: cono esbelto, grandes fuerzas

FN PerPendiculares, FN,

líneas a trazos: cono pronunciado, fuerzasperpendiculares F¡ pequeñas.

Figura 3-519, Asiento cónico para herram¡entas,

Figura 3-52O. D¡spositivo deelástica.

tensión con arandela

L

Apr¡ete

s¡llo

Ca I e ntado

Figura 3-521. Contracción para fijar una manilla.


3.8.5 Uniones a pres¡ón

En la unión a pres¡én ex¡ste una sobremedida entre laspartes interior y exter¡or. Las fuerzas necesar¡as para laun¡én pueden actuar a lo largo de la pieza de unión (¡ntro'ducción a pres¡ón) o rad¡a¡mente (contracción, dilata-ción). (Véase tamb¡én pá9. 343.)

UNIONES A PRESIóN CON ASIENTO CóNICO

El pivote cónico se introduce a pres¡ón en el taladro cónico con lafuerza F. Por la pendiente de la superficie lateral del cono se produ-cen unas fuerzas normales Fn grandes que, a su vez, producen el ro-zamiento entre el pivote y el cubo de la rueda.

Conos esbeltos (conos de adherencia), por ejemplo, de conici-dad 1:2O, producen fuerzas normales grandes y, por lo tanto, un granrozamiento entre ambas superficies cónicas.

Conos pronunciados (conos centradores), por ejemplo, de coni-cidad 1:5, a igualdad de fuerza de compresión F producen fuerzasnormales menores y menos rozamiento. Puede montarse y desmon-tarse con mayor facilidad.

Ventajas del asiento cónico: Mayor facilidad de fabricación. La

unión puede soltarse cuantas veces se quiera sin perjuicio de laefectividad; el centrado es exacto y, por lo tanto, el eje y el cubo de larueda giran perfectamente concéntricos.

Un inconveniente es que no puede fijarse exactamente en direc-ción axial la posición del pivote cónico y el cubo de la rueda.

Fabricación y montaje. La conicidad del cono y del taladro de-ben coincidir lo más exactamente posible para que las caras late-rales de ambos conos asienten perfectamente. Las superficies decontacto se tornean con precisión o se rectif ican perfectamente. Enlos asientos cónicos para fijación de herramientas, por ejemplobrocas helicoidales o fresas, las superficies cónicas de as¡ento estántempladas. Todo despelecto de las superficies de asiento por pre-sión o por golpes reduce el rozamiento e impide que el giro sea exac-tamente concéntrico.

UNIONES A PRESIóNCON ELEMENTOS DE TENSIÓN

Dos anillos de acero bonificado que encasta uno en otro, se dilatan o

comprimen por la acción de la rueda del tornillo F, produciéndose asíla fuerza normal F" que se necesita. La fuerza normal se reduce deelemento en elemento por lo que, como máximo, se colocan cuatroelementos.

UNIONES A PRESIÓNPOR CONTRACCIÓN Y DILATACIÓN

Las piezas, al calentarlas, se dilatan, al enfriarse se contraen. En elcaso de contracción, la pieza fabricada con ajuste a presión se ca-lienta. Se corre así el peligro de combustión (oxidación) y defor-mación. La pieza caliente se comprime y enfría sobre la parte in-terior. En el caso de dilatación, la pieza interior se enfría a muybaja temperatura y se introduce así en la pieza exterior. No se produ-cen así ni combustiones, ni deformaciones ni cambios de textura delos materiales.


3.9 Unión por composición

3.9.1 Uniones con bulones

Composición significa componer (unir) presas, por ejemplo, por apli-cación, inserción, introducción, enganche.

Los bulones se utilizan como ejes cortos para unionesarticuladas o para sostener rodillos de rodadura, poleaspara cables, etc.

FORMAS DE LOS BULONES

Siempre es más económico utilizar bulones con medidas norma-lizadas que fabricarlos especialmente.

Los bulones se suministran con orificio para pasador o sin é1. Enel pedido de los bulones o al elegirlos se ha de tener en cuenta lalongitud de empotramiento. Se calcula sumando los espesores de to-das las piezas, el de la polea y un juego axial.

MATERIAL DE LOS BULONES

Los bulones trabajan a flexión y a cortadura.Bulones sin cabeza: acero redondo estirado de 9 S 20 K, St 50 K,

c35K.Bulones con cabeza: St 50, St 60, C 35.Bulones con pivote roscado: Material para tornillos 5.6.

MONTAJE DE LOS BULONES

Las uniones con bulones son, casi siempre, uniones móviles. Por lotanto han de preverse ajustes con juego. Los vástagos de los bu-lones tienen una tolerancia h 11. En la mayoría de las uniones ar-ticuladas con bulones es válida la regla siguiente: el bulón debeasentar fijo en la horquilla; el ojo de la pieza, que suele ser másancho, ha de girar sobre el bulón. Para este caso, los taladros de lahorquilla tienen un ajuste holgado ajustado, porejemplo, H 8 a H 11,y los de los ojos un ajuste con mayortolerancia, porejemplo, A 11, B

11, C 1 1, D 1 1, D 9. S¡ el bulón se emplea en piezas giratorias de lamáquina (poleas para cable, ruedas de rodadura, etc.) el ajuste entreel bulón y la rueda será como en un cojinete de fricción y el taladrotendrá tolerancia según E g o D 10. Para poder engrasar el bulón seemplean en este caso bulones con orificios axiales de engrase y en-grasadores roscados (niples).

SEGURO DE LOS BULONESCONTRA DESPLAZAM IENTO AXIAL

Los pasadores de aletas son baratos y de fácil aplicación. Sin em-bargo, sólo pueden utilizarse una vez.

Anillos de seguridad (anillos Seeger), absorben grandes esfuer-zos axiales. Las ranuras anulares t¡enen que tener los cantos vivos yhan de tallarse exactamente con las medidas de la tabla.

Las arandelas de seguridad pueden colocarse fácilmente, perosólo absorben esfuerzos axiales reducidos.

Los aníllos elásticos son anillos de alambre de acero introdu-cidos en una ranura semitórica hasta la mitad de su diámetro.

orificios para

Figura 3-523. Bulones con cabeza con orificios parapasadores o sin ellos DIN 1434, 1435, 1436 y 1439.

Figura 3-524. Bulones con pivote roscado DIN 1438.

Figura 3-525. Seguro de los bulones contra desplaza-miento axial.a) Anillos de seguridad para ejes DIN 471b) Anillos de seguridad para taladros DIN 472c) Arandelas de seguridad para ejes DIN 6799d) Anillos elásticos para ejes y taladros DIN 9O35

Figura 3-522. Bulones sinpasadores o sin ellos DIN

Pasador

cabeza con1433.

255

srnara n de las

conra n dela s

It¡

B

nD

n

D

¡

o

rl

F

F

YFe

Longitud nominal

I OrejetaF=Fuerzas de flexión

I

Chaveta de guía, forma

Figura 3-527.El cubo está fijo.

illos de presiónI

A Chaveta de guia, forma E

Figura 3-528. El cubo es desplazable.

Figura 3-526. Funcionamiento de la un¡ón con chavetasde ajuste (paralelas).

Taladro para


3.9.2 Uniones por encaje (inserción)

Por medio de las un¡ones con chavetas de guía y otrasun¡ones análogas (árbol acanalado, etc.) se transmitencon cierre de forma los momentos torsores.

UNIONES CON CHAVETAS DE GUíA(CHAVETAS PARALELAS)

Las chavetas de guía o chavetas paralelas tienen sus caras opuestasparalelas y transmiten el momento torsor por apoyo de sus caras la-terales en la ranura. Entre elfondo de la ranura del cubo de la rueda yla chaveta de guía puede haber un huelgo de 0,2 mm como máximo.

Dos formas de montale de las chavetas de guíaEl cubo de la rueda está f¡jo, cuando los momentos torsores songrandes y la zona de montaje es bien accesible: acoplamientos, rue-das en los extremos de un árbol. Entre la chaveta y la ranura se prevéajuste a presión. Montaje: Colocar derecho el cubo de la rueda, y gol-pearlo fuerte con un martillo intercalando antes un trozo de tubo paraprotegerlo. Si la zona de montaje es poco accesible, por ejemplo enel montaje de una caja de cambios, y si la unión ha de desmontarsecon frecuencia, habrá que prever ajustes de transición entre la chave-ta de guía y la ranura.

Cuando el cubo de la rueda es desplazable, como en las ruedascorredizas de las cajas de cambio y cuando los momentos torsoresson pequeños, la longitud de la chaveta de guía tiene que corres-ponderse con la longitud de desplazamiento más la anchura cieicubo. Estas chavetas de guía (también denominadas chavetas dedeslizamiento) se fijan a la ranura del árbol con uno o varios torni-llos, asegurándolas así contra posibles caídas (téngase en cuenta lafuerza centrífuga cuando el número de revoluciones es grande). Entrela ranura del cubo de la rueda y la chaveta de guía se elige un ajustecon juego amplio para que el cubo pueda deslizarse fácilmente. Unajuste con juego más estricto (no ajuste a presión) es el que se eligeentre la ranura del árbol y la chaveta de guía para que ésta puedamontarse fácilmente a pesar de su longitud.

UNIONES CON LENGÜETNS

Este tipo de chavetas se ajusta por sí mismo a las ranuras oblícuas delcubo de la rueda y se fabrican fácilmente. La lengüeta transmite omomentos torsores (grandes dimensiones, normalmente en árbolescilíndricos) o sólo tiene que fijar el cubo de la rueda (pequeñas di-mensiones, asiento cónico). La sección del árbol se debilita por laprofundidad de la ranura.

UNIONES CON EJES PERFILADOS

Los perfiles poligonales tienen la ventaja de que apoyan en tres purFtos, por lo que se centran por sí mismos. No hay efecto de enta-lladura, su fabricación es sencilla (los árboles se tornean y rectifican.los cubos se brochan).

El estriado triangular tiene la ventaja de que los numerosos dien-tes dan por resultado una buena distribución del momento torsor yofrecen una buena posibilidad del ajuste fino de la pieza enchufadasin la necesidad de cambiar la forma del árbol ni del cubo. Es nece-sario un seguro lateral o una compresión sobre la pieza encajada pormedio de un tornillo de sujeción.

Figurá 3-53O. Asiento cónicocon lengüetas ¡edondas. Figura 3-531. Perfil poligonal.

Figura 3-532.Estr¡ado triangular. Figura 3-533. Unión en el

mecanismo de dirección.

ÁrFdel .-g,'.'entode dirección


El árbol acanalado (DlN 5461 a 5465) se encuentra en cualquierengranaje. Tiene la ventaja de que un gran número de ranuras (4 a2Olse hacen cargo constantemente de la transmisión uniforme de lasfuerzas en todo el perímetro. Téngase presente que los árboles aca-nalados na tienen ninguna <pendienter ni (apriete).

El árbol acanalado, el perfil poligonal y el estrellado se han desa-rrollado para cubos desplazables y por sus ventajas han sustituido alas chavetas de deslizamiento. Estas tres uniones pueden transmitirgrandes momentos torsores con cambio de sentido de giro.

FABRICACIÓru OC CHAVETEROS

En fabricación pieza a pieza, los chaveteros de los cubos se fabricanen mortaiadoras verticales. En la fabricación en serie, es más eco-nómico brochar los chaveteros en brochadoras o mortajadoras dechaveteros. En el mecanizado de los chaveteros para chavetas deguía, los cubos se colocan rectos sobre la mesa de la máquina. Loschaveteros para uniones con chaveta tienen una inclinación de1:10O. Al mortajar estos chaveteros el cubo ée coloca inclinado pormedio de un apoyo cuneiforme, En el brochado, la brocha lleva un su-plemento cuneiforme en su parte posterior.

Los chaveteros de árbol son siempre paralelos al eje del árbol. Enla fabricación pieza a pieza se fabrican con fresas cilíndricas sobrefresadoras de consola mientras que en la fabricación en serie sehacen en fresadoras para chaveteros. Los chaveteros de árbol largospara chavetas cónicas y para chavetas con talón, o para chavetas deguía de cara frontal recto, se fresa con fresas de disco en fresadorasde consola.

VERIFICACIÓN DE CHAVETEROS

Una unión con chavetas de gula durará mucho tiempo sin compli-caciones para el servicio y no se deteriorará al cabo de poco tiempode uso si se cumplen concienzudamente las tolerancias de medidasadmisibles y los datos de ajuste. Para la profundidad del chavetero,se admiten tolerancias de O,1 a O,3 mm, según el diámetro.

La profundidad de los chaveteros de los cubos puede medirsecon el pie de rey. Las anchuras del chavetero se m¡den con el calibrede tolerancia o con galgas paralelas. Los aparatos para la verifi-

Figura 3-534. Árbol acanalado con seis ranuras.

Figura 3-535. Fabricación de chavete¡os en cubos,

Figura 3-536. Fabricación

257

Tolera ncia (intercam b iable)no Pasa

Esca I a

aJus-table

Lado pasa

a, Aluslar a cero o, Meolr c) Comprobación de un chavetero decubo en un eje hueco

Figura 3-537. Aparato para comprobación de chaveteros.a) Ajustar a cero el calibre: Colocar el calibre sobre el e.je y ajustar a 0 la escala del aparato.b) Medir la profundidad del chavetero y calibrar su anchura: introducir el calibre en el chavetero y leer la

profundidad. El lado de pasa G debe penetrar en el chavetero, el lado no pasa A no debe entrar.c) Comprobar un chavetero de cubo en un eje hueco.

a) Ajustar a cero b) Medir


cación de chaveteros sust¡tuyen a todos los demás procedimientosde ensayo que, en muchos casos, son laboriosos. Cada uno de estosaparatos lleva-un juego de pies de rey para los distintos anchos dechavetero y tolerancias.

EjerciciosUniones por apriete y por introducción a presión

Uniones con pasadores

1. ¿Cuáles son las dos misiones de los pasadores cilíndricos, có-nicos y entallados?

2. ¿Pot qué se colocan lo más alejados posible entre sí lospasadores para fijar la posición_ de piezas?

3, lndicar las diferencias entre los distintos tipos de pasadorescilfndricos.

4. ¿Oué se ent¡ende por pasador de c¡zallam¡ento?5. ¿Oué ventajas de aplicación tienen los pasadores cónicos?6. /Qué relación de conicidad t¡enen los pasadores cónicos?7. ¿Parc qué sirven los pivotes roscados en los extremos de los

pasadores cónicos?8. lndicar las diferencias entre las dist¡ntas formas de pasado-

res entallados.9. ¿Por qué no hace falta escariar los orificios para los pasado-

res entallados?1 O. ¿A qué se debe la adherencia de los anillos entallados en sus

orificios?1 1. ¿A qué se debe el asiento de los casquillos de tensión en los

taladros?12. lndicar ejemplos de utilización de los distintos tipos de pa-

sadores.

Uniones con chaveta1 3. Explicar la acción de las fuerzas en las uniones con chaveta.14. ¿Pot qué puede producirse desequilibrio en las uniones con

c haveta?1 5. Explicar los distintos tipos de chavetas con respecto al crite-

rio del cierre de forma,1 6. ¿Oué inclinación tienen las chavetas (a excepción de las cha-

vetas tangenciales)?1 7. ¿Cuándo se utilizan chavetas de empuje?1 8. Citar las venta.jas e ¡nconven¡entes de las chavetas con talón.19, ¿Por qué las chavetas tangenciales se montan desplazadas

120"?20. ¿aué posibilidades hay de sustituir chavetas embutidas?21. Explicar una unión por chavetas transversales.22. ¿En qué casos se utilizan chavetas tangenciales?

Uniones a presión

23. Citar ejemplos de uniones a presión longitudinal y trans-versal.¿Oué condición tiene que cumplir toda unión a presión ?Explicar el concepto de <resbalamientoD en relac¡ón con lasuniones con cierre de fuerza y de forma.Explicar el funcionamiento de un as¡ento cón¡co.¿Por qué un cono esbelto asienta mejor que otro pronun-ciado?¿Oué ventajas e ¡nconvenientes tienen los asientos cónicos?¿Cómo deben mecanizarse las superficies laterales cónicasde los asientos cónicos?¿Por qué se ut¡lizan, como máximo, cuatro elementos ten-sores en los elementos de tensión por muelle anular?Explicar la diferencia entre las uniones por contracción y pordilatación.

32. ¿Oué significa el cascarillamiento con relación a unión apresión?

Unión por compos¡c¡ónUniones por bulones

33. ¿Oué es un bulón?34. lndicar las diferencias entre las distintas formas de bulones.35. ¿Oué se entiende por <longitud de empotramientoD en los

bulones?30. ¿Oué tipos de solicitación se presentan en los bulones?37. Citar y explicar los materiales utilizados para los bulones.38. ¿Por qué se indica la resistencia del material en los bulones

con pivotes roscados?39. Explicar las designaciones de mater¡al para los anillos de

seguridad de acero para muelles HRC = 44 a 49 o HV= 44OOa 51OO N/mm2?

40. ¿Cómo se aseguran los pernos?41. ¿Oué regla vale para la elección de ajustes, si hay que fabricar

una unión por horquilla?42: lndicar las diferencias entre los anillos de seguridad para ejes

y los de agujeros.

Uniones por enca¡ado

43. ¿Cómo actúan las uniones enchavetadas?44. ¿Oué diferencia existe entre las uniones con chaveta y las

uniones con chaveta de guía?45. lndicar las diferencias entre los dos tipos de montaje de las

chavetas de guía:a) el cubo está fijob) el cubo es desplazable.

46. ¿Por qué hay que fijar al fondo del chavetero o ranura del ár-bol las chavetas de guía largas (también llamadas chavetas dedeslizamiento)?

47. ¿Aqué se rige la elección de los a.justes entre la chaveta deguía y el chavetero o ranura?

48. ¿Porqué la chaveta de deslizamiento sólo se ut¡liza en aque-llos casos en que aparecen fuerzas reducidas?

49. Explicar la unión con lengüetas.50. ¿Oué ventajas tiene una lengúeta con respecto a una chaveta

de guía?51. lndicar las ventajas de un árbol con perfil poligonal.52. ¿Dónde se emplea el estriedo triangular?53. Explicar el funcionamiento de un árbol acanalado.54. ¿Ouéventajastienen el perfil poligonal, el árbol acanaladoyel

estriado tr¡angular con respecto a la unión con chaveta deguía?

55. ¿Cómo puede fabricarse un solo chavetero de cubo?56. ¿Oué máquinas se ut¡lizan para la fabricación en serie de cha-

veteros de árbol?57. ¿Cómo se fabrica un chavetero inclinado?58. ¿Oué longitud han de tener los chaveteros?59. ¿Con qué exactitud se han de fabricar los chaveteros?60. ¿Cómo puede medirse un chavetero de cubo?61. ¿Oué aparatos de verificación se necesitan para medir las an-

churas de los chaveteros?62. Explicar el funcionamiento de un aparato de comprobación de

chaveteros.

24.25.

26.27.

28.29.

30.

31.


3.1O Unión por conformación

3.10.1 Uniones remachadas

La unión se realiza por conformación de las piezas a juntar o de laspiezas auxiliares de unión. Ejemplos para piezas de unión y los pro-cedimientos de unión correspondientes:

Cuerpos en forma de alambre: unión por tejido, tors¡ón o anudado,Chapas: unión por plegado y rebordeado,Tubos: unión por laminado, abocardado y acanalado.Las piezas auxiliares de unión pueden ser: remaches o roblones,

remaches huecos y grapas. Las uniones por conformación están ase-guradas en general contra el aflojado involuntario por cierre de forma.

FUNDAMENTOS

El remache ha perdido importancia y se sustituye, en la mayoría delos casos por la soldadura, o el pegado.

Los remaches se utilizan, por ejemplo, en aquellos lugares en queel calentamiento pudiera provocar cambios de textura. Se utilizancon frecuencia remaches especiales para uniones especiales.

Los remaches o roblones en bruto están formados por el vásta-go y la cabeza. La longitud del remache se mide sin contar la cabezaen los de cabeza semiesférica; en los remaches de cabeza avella-nada, la longitud incluye la cabeza.

Un remache ha de tener la longitud suficiente para incluir la lon-gitud de fijación y un suplemento para formar la cabeza de cierre. Lademasía de longitud se encuentra en la tabla. Como fórmula prác-t¡ca para los remaches de cabeza semiesférica puede valer:

Suplemento - (1 a 2,5) d1

(aumentando con la longitud del remache y con el diánretro delremache en bruto)Un remache de cabeza avellanada necesita de 1 a 2 mm menos.

FABRICACIóru OE UNIONES REMACHADAS

Se necesitan el sacarremaches, la contrabuterola y la buterola. Paraacelerar el trabajo se ut¡lizan mart¡llos de aire comprimido y eléc-tricos.

Las piezas que se han de unir han de asentar planas unas sobreotras. Se deben taladrar conjuntamente. Los bordes de los taladrosse han de dejar planos. El taladro para remaches (d) ha de practi-carse de modo que el remache pueda penetrar en él sin presión.

Los remaches de acero de pequeño diámetro, hasta 8 mm, suelenremacharse en frío. En el remachado en caliente el extremo del vás-tago se calienta al rojo blanco y la cabeza al rojo.

El remache o roblón introducido en el taladro se hace pasar poracción del sacarremache. Luego se recalca el vástago con el martilloy se forma la cabeza de cierre con la buterola. En caso necesario serefundirán las dos cabezas.

259

¡B

I

I

Contrabuterola

Sección de cizalladura

Figura 3-542. Solicitacióna esfuerzo cortanto en el

¡emachado en frío.

Figura 3-538. Remachede cabeza semiesférica,

Figura 3-54O. Dimensiones del remache.

Apretar el ¡emache

Figura 3-541. Operaciones del remachado.

Figura 3.539. Remachede cabeza avellanada,

dr- remache en bruto¿ = roblón remachadoz = demasía de longitud

/-longitud del vástagodel remache

s=longitud de sujeción

Figura 3-543. Solicitacióna compresión en el remachado

en caliente.

remache

Hueco

-*Q)

Cortadurasimple

Figura 3-544. Remachado simple (un solo esfuerzo'decortadura) con remaches en hilera.

260

F¡9ura 3-545. Remachado doble (dos esfuerzos de corta-dura) con remaches en hilera,

Costura en cadena (dos hileras)


SOLICITACIONES DE I.AS UNIONES REMACHADAS

En el remachado en frfo, el remache llena el agujero. Las fuerzas queproducen la compresión de las chapas son relativamenté pequeñasLas fuerzas de tracción que reciben las chapas se transmiten p(rmed¡o del vástago del remache que, al mismo tiempo, está solici'tado a esfuerzo cortante (unión de forma),

r= tensión de cortadura en N/mnÉS: sección del remache recalcado en mnÉrn: número de secciones portantes del remachE,

n = número total de remaches

Los remaches en caliente se contraen al enfriarse en las direcciones longitudinal y transversal. Se produce una fuerza de aprique comprime las dos chapas de modo que no pueden deslizarseser solicitadas (unión con cierre de fuerza).

MATERIALES PARA LOS REMACHES

Los materiales para los remaches son aceros no aleados con pococontenido de carbono (DlN 1 71 1 1). Ejemplo: USt 36-2 con O.14% decarbono, 260 N/mm'z a 360 N/mm2 de resistencia al cizallamiento.Se utilizan también el cobre, aleaciones de cobre y zinc, aluminioplásticos. Para que no se produzcan corrosiones, el remache yp¡eza han de ser del mismo material básico.

TIPOS DE UNIONES REMACHADAS

Las uniones remachadas se distinguen por la forma en que lasse unen entre sí. Con el solape, las chapas o placas se colocan usobre otras, En el remachado con cubrejuntas se colocan lasa tope y se unen por medio de una o dos bridas o cubrejuntas

Costura de remaches y distancia entre remaches, Cuandoque transmitir fuerzas considerables, se colocan varios reLas costuras remachadas pueden tener una o varias hileras demaches y pueden realizarse como costuras en filas correspontes o alternadas.

Los agujeros disminuyen la sección de la chapa y debilitan porefecto de entalladura. En la sección transversal de la pieza, lassiones de tracción no se reparten uniformemente, sino que secen picos de tensión junto a las paredes de los agujeros. Porpérdida de resistencia, los agujeros para los remaches debenuna distanc¡a mínima entre sí y al borde de la pieza,

Distancia al canto, Si en las estructuras de acero hay queperfiles por medio de, por ejemplo, cartelas de nudos, loshan de distar del canto lo suficiente para que se puedan remacharcabezas.

REMACHES ESPECIALES

La zona del remache es accesible por ambos lados.Los remaches huecos son casquillos con un borde plano en u

de sus extremos. Una vei ¡ntroducido en el agujero del remache,otro extremo se abate con una herramienta, Se utilizan para chadelgadas, cartón, cuero.

Los remaches con cabeza de hongo sirven para unir chapasgadas; se colocan de modo que la cabeza asiente sobre un apoyoy se remachan por el otro lado.

n=2

Costura en zig-zag (at tresbolillo)

Figura 3-546. Un¡on€s con remaches.

Figura 3-547.Remache hueco.

Figura 3-548. Remache concabeza de hongo Para

chapas finas.

Figura 3-549. Termor¡emaches (remaches explosivos).

F¡9ura 3-550. Remache ciego para chapas delgadas (re-mache con punzón).

e=1,5-de;0,8 t

I = 2,6d+15n0e = 1,5d

---eÉL6¿--- --

Remache colocado

ión Técnica de ta fabricación

Los procedimientos siguientes se aplican cuando la zona del re-mache sólo es accesible por un lado.

Los termorremaches llevan un espacio hueco en el extremo delvástago. En este hueco se encuentra una carga explosiva. Al ca-lentarlos (120'C a 130'C) explota la carga y por expansión forma la

cabeza de cierre en el extremo inaccesible.Los remaches ciegos son remaches huecos en cuyo interior va

una espiga, cuyo extremo es cónico o esférico. Cuando el extremo dela espiga pasa a través del remache, éste se ensancha e incluso,según la fuerza aplicada, se separa la cabeza de la espiga.

Los remaches de expansión están ranurados por un extremo. Alintroducir a golpes un vástago entallado el extremo del vástago delremache se extiende.

DEFECTOS EN EL REMACHADO

Los defectos reducen la resistencia del remachado y del remache.Los agujeros no alineados y las cabezas desplazadas modifican launiformidad d ducen la fue

DCO:--- Lo mismo ocu re demasiad¡demo' ¿á reduce la r ntroducidost,I tuerza o mal apretados reducen la resistencia y la estanquidad.lla

Los remaches de ácero de más de 8 mm de diámetro y lascosturas que deban ser res¡stenies y éstancas, tienenque remacharse en caliente.

3.10.2 Uniones de chapas

Para unir chapas, además del remachado y la soldadura,hay una serie de proced¡m¡entos espec¡ales.

Unión por graneteado. El extremo de una pieza se introduce en otra.Las piezas, en su zona de unión, se presionan por puntos. Para ello seutiliza el granete.

Unión por abocardado. Una pieza hueca se ensancha por mediode otra pieza encajada en su interior, de modo que queda unida concierre de fuerza o de forma a la pieza exterior. El abocardado se efec-túa por medio de herramientas o por la acción de medios activos, porejemplo, un fluido a presión.

Unión por acanaladura. A la acanaladura en una chapa se la pue-de denominar nervio. La fabricación de una acanaladura suele hacer-se con una máquina acanaladora que consiste en dos cilindros per-filados que g¡ran en sentidos contrarios; a través de ellos se hacepasar la chapa que así queda conformada. Para unir piezas se intro-duce por encima de la pieza con acanaladura la contrapieza de pare-des delgadas y se le imprime una acanaladura coincidente con la dela otra. La acanaladura se puede practicar también conjuntamente endos piezas de chapas delgadas.

Unión por bordón. Se entiende por bordón un reborde confor-mado, generalmente en el extremo de un tubo o en un fondo. Parabordonar, el borde de la chapa se estira o se recalca. La unión se rea-liza uniendo con cierre de forma una pieza tubular con la otra pieza,por medio del bordón. Para dar rigidez a los bordes de la chapa pue-de insertarse un alambre en el bordón.

Figura 3-551, Defectos en el remachado.

Cápsula

Figura 3-552. Unión por graneteado.

261

rto

queÉas.poflici-

leC-ietebal

taasnaszasas.hayles-fe-en-

relen-du-strdar

lnir[esbs

Figura 3-553. Uniónpor aboca¡dado.

noel

ES

el-so

Figura 3-555. Unión por bordón.

Abocar-

Rodillo acanalador

Tubo

262

Doblar los cantos Aplastar

Figura 3-556. Unión por engatillado (plegado).

Figura 3-558. Unión porlóbulos retorcidos.


de recalcar

Figura 3-557. Unión por lóbulos doblados.

Unión por engat¡llado. Se utiliza el engatillado para un¡r chapasdelgadas cuyos bordes pueden doblarse bien y que sean poco apro-piadas para soldar. El engat¡llado se realiza en varias operacionessucesivas. En primer lugar, se doblan los bordes de las piezas, se en-cajan uno en otro y luego se aplastan conjuntamente. Para que laschapas no se desenganchen, el pliegue suele recalcarse.

Unión por ensamble. La unión se hace introduciendo una piezaplana o varios lóbulos u orejetas de una p¡eza en unas ranuras de la

otra pieza y luego se doblan, se retuercen o recalcan.

3.11 Unión con

3.11.1 Uniones

pegamentos (adhesivos)

pegadas

Se entiende por adhesivos los pegamentos, las colas y las masillas.

APLICACIÓN DEL PEGADO

El pegado de metales completa o sust¡tuye al remachado, la solda-dura o el plegado. En la actualidad se pegan las superficies exte-riores de aviones, puentes, estrubturas de tejados y de ventanas, pie-zas de automóviles, etc. Otros ejemplos son el pegado de tubos, dezapatas de freno y de plaquitas de corte en herramientas.

0,1 0,2 0,3 0,4 s 0,5 0,6 0,7 0,8

t-Figura 3-559. Distribución de las tensiones y resistenciamedia a la cortadura por tracc¡ón en la unión pegada de unsolape.

o:¡!l6lrlo'o€

" l.'oe.396E3.9Foo(EO

Recalcado

mm¿

40

30

20

10

aton Técnica de la fabricación

, Ventajas e inconvenientes del pegado

El pegado tiene ventajas especiales para la unión de materiales d¡fe-: rentes (aluminio sobre acero o acero sobre vidrio). Se consiguen asl

superficies lisas, uniones sin fisuras, igualdad de resistencia en todala sección, efecto de aislamiento y ahorro de peso.

La distribución de tensiones es uniforme en toda la unión pe-gada sometida a carga por lo que se consigue una gran resistenciapara las cargas permanentes. La unión pegada atenúa las oscilacio-

6' nes y es estanca a los gases y al agua. A las temperaturas empleadaspara el pegado no se producen en las piezas metálicas ni tensionesinternas ni deformaciones.apas Las uniones pegadas tienen el inconveniente de su sensibilidad alpro' los golpes y a los choques y apaDnes mación. Para conseguir la resi los

t 9n- dos componentes tienen que proe las Los períodos de goteó y de e o p. pleo condicionado en la fabricación en serie.

lrczade la

FORMA DE ACTUACIÓN DEL PEGAMENTO

La acción del pegamento se debe a su cohesión y adherencia contrala pieza.

Experimento: Dos placas de vidrio se superponen y se vuelven aseparar. Las superficies de apoyo se mojan ahora con agua. Las dosplacas se adhieren ahora fuertemente y no se pueden separar másque por deslizamiento. Son capaces de resistir grandes esfuerzos detracción pero no resisten más que esfuerzos tangenciales muy redu-cidos.

La adherencia puede aumentarse mediante d¡versos tratamientossupeliciales. La cohesión garantiza que las partículas de masa delmismo mater¡al se mantengan unidas, La cohesión depende, entreotras cosas, de la temperatura y determina el estado de agrega-ción de la materia. Una cohesión fuerte aumenta la resistencia inter-na; la cohesión débil debilita la textura del material. De esta manera,la cohesión es determinante tanto de la viscosidad del pegamento alaplicarlo como de la resistencia que tendrá después del endure-cimiento.

SUPERFICIES Y ADHERENCIA

Las superficies que se han de pegar se deben limpiar cuidadosa-mente, es decir, han de quedar exentas de suciedad y de grasa paraque las moléculas del pegamento puedan adherirse directamente almat€rial.

La viscosidad del pegamento tiene que ser la adecuada para la ru-gosidad de la superficie, es decir, las irregularidades superficialestienen que rellenarse de pegamento aplicando sobre ellas una capalo más uniforme posible. Como el aplanamiento de la superficie es di-flcil de conseguir, la adherencia será tanto mayor cuanto menor seala aspereza supeficial.

TIPOS DE PEGAMENTOS

Los pegamentos son resinas s¡ntéticas susceptibles de endureci-miento, bomo las fenólicas, las poliamídicas o las epoxfdicas cuyadureza y viscosidad pueden modificarse por la adición de plasti-ficantes.

Figura 3-560. Distribución de tensionea.

iilla s.

FrdaFiguravidrio.

Placas de

3-561. Efecto de adherencia entre placas de

Solape unidocon pegamento

Superf icieprezas

de las

Cohesiónen la capade pegamento

olda-exte-, pte-s, de

Adhe¡enciaalasuperficie

vid¡io

Figura 3-562. Funcionam¡ento de la unión pegada.

264

U niones: Solicitaciones:

Solape A esfuerzo cortante(bien)

Técnica de Ia fabricación

1 . Por la temperatura de aplicación hay que distinguir entre pega-mentos en frío y pegamentos en caliente.

Los pegamentos en frío endurecen por reacción química a tem-peratura ambiente (20'C). El período de endurecimiento varía, se-gún el pegamento, entre 5 segundos y varios días. Los pegamentosen caliente endurecen en un plazo de 5 minutos a varias horas calen-tándolos a 1 50'C hasta 25OoC. Algunos pegamentos necesitan, paraendurecer, una compresión que puede llegar a 300 N/mrn'.

2. Po¡ su composición hay que distinguir entre pegamentos do unsolo componente y pegamentos de dos componentes.

Los pegamentos de un solo componente son pegamentos qufmi-camente completos que llevan un disolvente. El endurecimiento seproduce al aire por evaporación del disolvente. Por esta razón, nodeben unirse las superficies que se han de pegar hasta que la pelícu-la de pegamento apl¡cada haya perdido su humedad.

Los pegamentos de dos componentes no actúan hasta que semezclan sus dos componentes, pegamento y endurecedor. Como elproceso de endurecimiento se inicia rápidamente, la mezcla, una vezrealizada, tiene que aplicarse dentro de un plazo de tiempo (períodode goteo) determinado.

FORMA DE I.AS UNIONES PEGADAS

Debe tenerse en cuenta la solicitación de la zona pegada. Deben evi-tarse las solicitaciones a tracción ya que la unión se carga desfa-vorablemente y la resistencia a tracción, del pegamento no es muyelevada, Las solicitaciones tangenciales son muy desfavorablesporqu€ provocan tensiones de tracción en el pegamento. Convieneaplicar solicitaciones a esfuerzo cortante combinadas con fuerzas detracción, compres¡ón o torsión. La resistencia de la unión pegadadepende también del tipo de pegamento, de las dimensiones de lasuperficie de solape y del espesor de la capa aplicada. La resistenciaal calor es de 200oC para las resinas fenólicas y de 40OoC para lasresinas poliamfdicas.

MODO DE HACER Y DESHACER UNA UNIÓN PEGADA

Las superficies de la zona que se ha de pegar t¡enen que tratarsepreviamente. Las impurezas deben eliminarse por desengrasado,lavado, frotado, etc., para que la adherencia pueda actuar. Sólo seconsigue una superficie activa eliminando varias capas hasta llegar,al<núcleo del materialr. Se logra esto por lijado, esmerilado. chorro dearena, etc Las instrucciones para el uso del pegamento indican eltratamiento de las superficies de adherencia. La superficie no debequedar rugosa, sino que debe conseguirse una base de adherenciaóptima.

Solapeen rebaje

Solapedoble

A tracción(mal)

A arrancamiento(muy mala)

Figura 3-565. Uniones pegadas y solicitaciones.

Solapesencillo

Cala y esPiga

Solape biselado Tapajuntas simple Tapaiuntas debl€

Figura 3-564. Forma do las uniones pegadas.


La elección del pegamento t¡ene una importancia decisiva. En

caso de duda se realiza una prueba de humectación, es decir, se apli-ca una gota de pegamento a la superficie de contacto y se observa suexpansión. Cuanto más se extienda, mayor es la adherencia.

La unión pegada exige un asiento fijo de las piezas que se unen.Si las superficies son rugosas, el pegamento y el endurecedor se apli-can a ambas caras, si las superficies son lisas sólo se aplican a una de'ellas. El espesor de la capa de pegamento debe tener entre 25 y1 O0 pm. Las piezas que se pegan no deben moverse hasta el endure-cimiento. Con muchos pegamentos basta una ligera compresión, enlos pegamentos de contacto se necesita una compresión fuerte.

Para deshacer uniones pegadas se puede utilizar una acc¡ón me-cánica para la rotura de la adherencia o de la cohesión, y también sepuede conseguir por tracción y por exfoliación. Puede lograrse tam-bién por calentamiento (80'C a 250'C según el tipo de pegamento)con el cual los pegamentos termoplásticos se funden y los termo-estables se descomponen.

3.12 Unión por soldadura blanda y fuerte

3.12.1 Fundamentos

La soldadura blanda y fuerte es un procedimiento tér-mico del tipo unión por el material para la unión de ma'teriales metálicos con ayuda de un metal de aportaciónen estado líquido, cuya temperatura de fusión sea muy in-ferior a la de los metales que se unen, que los moja sinfundirlos.

PROCESO DE LA SOLDADURA BLANDA Y FUERTE

Hay que distinguir entre soldadura con metales de aportación cuyatemperatura de fusión es inferior a los 450o (estaño), llamada sol-dadura blanda (o al estaño) y con metales cuya temperatura de fu-sión es superior a los 450o (cobre, latón) llamada soldadura fuerte(o amarilla).

El proceso se realiza en tres fases:1. Mojado: Una vez caldeado el material a la temperatura de tra-

bajo, el metal auxiliar fundido comienza a mojar la superficie de lapieza. Se llega a una íntima unión entre el metal de aportación fluidoy el material base sólido por lo que se forma una capa de algación deespesor igual al diámetro de algunos cristales.

2. Fluencia: Al formarse la aleación se libera calor que sirve parasuministrar energía para que el metal de aportación se extienda por elespacio estrecho entre las piezas. En ello, el metal fluido está so-metido a un efecto de capilaridad (efecto de succión).

Experimento: Si se sumerge en agua un tubo de vidrio de escaso calibre, seobserva que el líquido asciende por el tubo más arriba de la superficie dellíquido, Lo mismo ocurre si se absorben los lfquidos en las esponias u otrosmateriales porosos.

Conclusión: Las moléculas del líquido se adhieren a las paredes que las ro-dean. Esta fuerza de adherencia es mayor que la cohesión en el interior del liquido, Las moléculas son atrafdas hacia arriba junto a las paredes. Cuantomenor sea la distancia entre las paredes más arriba asciende el líquido.

El hueco entre las piezas de unión ha de ser lo más estrechoposible (de 0,05 mm a 0,2 mm). Si es demasiado grande, se dificultala penetración y fluencia del metal de aportación.

1. El metal deaportación está

265

Por encimade la temperaturade traba¡o

Máximatemperaturade trabajo

Mínima temperaturade trabajoPor debajo dela temperaturade trabajo

I

¿

)

I

I

¡

¡

4. El metal de aportación se quema(formación de grano grueso)

3. El metal deaportación fluye (

2. El metal deaportación

sólido

Tiempo

Figura 3-566. Proceso de soldadura blanda y fuerte, ytemperaturas de trabajo.

Espacioentre las piezas

líqu id

El metal de aportación El metal de aportaciónha penetrado no penetra

Distancia correcta Distancia demasiado grande

Figura 3-567. lnfluencia del espacio entre las piezas -Soldadura de hendidura.

F

Metal dea porta c iónI

¡,,IIt

PiezasEfecto de succión

z,

Soldadura de ranu¡a.

266

clorhldr¡codiluido

Zinc

Zn+2HO-ZnCh,Hz I

Figura 3-572. Preparación del ácido de soldar.


Mientras que en la soldadura de hendidura el estrecho espacioentre las piezas se llena de metal en estado líquido preferentementepor efecto de capilaridad, en la soldadura de ranura el espacio, más

ancho, se llena gracias a la fuerza de la gravedad.3. Aglomeración: El metal de aportac¡ón en estado líquido pene-

tra a lo largo de los límites de los granos del material base con lo queambos materiales se difunden el uno en el otro, es decir, el metal deaportac¡ón y el material base se penetran mutuamente. Esta forma dealeación, en la que uno de los metales se conserva sólido, se deno-mina difusión, que sign¡fica la migración de átomos aislados hacia lacapa de mezcla.

La resistencia de la capa de difusión es mayor que la del metal deaportación, De esta manera, las uniones en que el espesordel metalde aportación puro es escaso tienen mayor resistencia.

CONDICIONES PARA UNA BUENA SOLDADURABI.ANDA Y FUERTE

1. Las superficies de los metales que se han de unir han de estarlibres de impurezas. En particular, las grasas y los óxidos impidenel contacto del metal de aportación con las superficies metálicas.

2. El calentamiento favorece la formación de óxidos. Los fundentestienen que disolver los óxidos metálicos formados e impedir laformación de otros nuevos durante el calentamiento.

3. Las piezas y el metal de apoñación han de tener la temperatura detrabajo necesaria en la zona de unión. Esta temperatura es la míni-ma temperatura superficial de la pieza en la zona de unión, a lacual el metal de aportación la moja, se extiende y puede difundir-se en el metal base. La soldadura blanda yfuerte se realiza a tem-peratura superior a la de trabajo (temperatura de soldar). La tem-peratura de soldar se aplica solamente, en muchos casos, a lascapas exteriores del metal de aportación de modo que éste se ca-lienta en la zona de fusión entre las temperaturas del líquido y delsólido.

3.12.2 Materiales para soldadura blanda y fuerteLa temperatura de trabajo depende de la iomposición de la aleacióndel metal de aportación.4. La temperatura activa del fundente y el intervalo de fusión del

metal de aportación tienen que estar en concordancia.

FUNDENTES

Muchos metales están recubiertos por una capa de óxido que im.pide que los moje el metal de aportación. Aunqu€ esta capa se di-suelva, vuelve a formarse, especialmente por la aplicación de calor.Los fundentes. los gases protectores o el vacío pueden disolver e im.pedir la formación de capas de óxido.

Elección del fundenteDe acuerdo con los criterios siguientes:1. Temperatura de trabajo del metal de aportación.2. Procedimiento de soldadura.3. Materiales que se han de unir.

Ma portac

tPegador delos materiales

unión por el material

Figura 3-569. Soldadura correcta e ¡ncorecta.

Piezas

Figura 3-570. Condiciones para una buena soldadura.

ÉffiÁcido

Clorurc amónico y zinc(ácido para soldar);corostvo

Cloruro de zinc - cloruroamónico (pasta parasoldar); corros¡va condic¡o-nalmenle

Res¡nss s¡n adirivo (colo-fonia); no corrosiva

Compuoslos de boro yfluoruros (para matales deaponación de aleación conpl ate)

Compuestos de boro(bórax) (para metales d€aporlac¡ón de aleacióncon cobre y z¡nc)

Compuestos de boro, sil¡-cato3, fosfEtos (para me-tslas d€ Eportac¡ón de alt¿tempgrstura de fus¡ón)

Figura 3-571. Fundentes.


Los fundentes tienen que actuar desde por debajo de la tempe-ratura de trabajo hasta por encima de la temperatura de soldar. Seaplican a las zonas de unión en forma líquida o en pasta para quepuedan actuar inmediatamente con el calentamiento. Los restos defundente tienen que eliminarse después de la soldadura porque pue-den producir corrosiones.

Fundentes según DIN 8511

Los fundentes (F) se diferencian por su utilización según sean parametales pesados (S), metales ligeros (L), soldadura blanda (W),soldadura fuerte (H).

Los fundentes para soldadura blanda se dividen en corrosivos(1 1), corrosivos condicionalmente (21) y no corrosivos (31).

En los fundentes para soldadura fuerte se indica la temperaturade acción, por ejemplo:

1 = 550oC a 800'C, 2 = 75OoC a 1 1OO"C

METALES DE APORTACIÓNPARA SOLDADURA BI-ANDA Y FUERTE

Los metales se suministran en forma de bloques, barras, hilos'alambres, varillas, cintas, láminas, piezas conformadas, polvos,pastas.

Metales de aportación para soldadura blanda

Para la soldadura blanda de metales pesados y ligeros se utilizanaleaciones de los metales siguientes: estaño (Sn), plomo (Pb),antimonio (Sb), cobre (Cu), plata (Ag), cadmio (Cd) y zinc (Zn)' Estánnormalizados en DIN 1707 y su temperatura de fusión es inferior a

450'C. Los procedim¡entos de trabajo para soldadura blanda son:soldadura con soplete (a llama) (WL'FL), baño de soldadura (WL-LO),soldadura con soldador (WL-KO) y soldadura de inducción (WL-lL).

Fabricación de fundentesLos fundentes para la soldadura blanda son el ácido de soldar y laspastas de soldar. El ácido de soldar se utiliza para la soldadura deestaño, cobre, aleaciones de cobre y acero. Se prepara en el mismotaller con ácido clorhídrico diluido al que se añade zinc. En la reac'ción se desprende hidrógeno (iprecaución!). El ácido de soldar es ladisolución acuosa del cloruro de zinc. En la zona de soldadura, unavez caliente, se produce con dicho líquido la reacción siguiente:Se forma ácido clorhídrico: ZnClz * HzO - ZnO I 2 HCI que' porejemplo, en el cobre elimina la capa de óxido formándose cloruro cú-prico: 2 HCI i CuO - CuClz * HzO.

El cloruro cúprico es expulsado por el metal de aportación enestado líquido.

3.12.3 Procedimientos de soldaduraEjemplos de la Norma DIN 1707

Grupo A: Metales de aportación de aleación plomo-estaño para soldadurablanda. Se utiliza para para traba¡os de fontanería (lampista) y hoja-

267

s¡mu ltán eame nte

10 20 l0 /+0 50 60 70 80 90 100

Conten¡do de estaño'%+100 90 80 ?0 ó0 50 40 r0 m 10 0

+Contenido de plomo-%

Figura 3-573. Diagrama de estado de metales de apor-tación plomo-estaño y estaño-plomo para soldadurablanda.

Ig2eooE

F

esta ño

r¡stales m¡xtos de'lestaño

IJ-N Éa

@o-,_o E

¡-H!tOo II

I

268

' 1000

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A9 Contenido-%

Figura 3-574. lntervalos de fusión de metales de apor-tación de soldadura fuerte con contenido de plata.

Metal deaportación Metal de soldar

¡ ns e rtadoZona de soldarca le ntada Calentamiento

lazona de soldar

Figura 3-575. Formas de aplicar el metal de aportación.


latería. Ejemplo de designación: L-PbSn 20 Sb (metal de aportacióncon un 20% de contenido de estaño).

Grupo B: Metales de aportación de aleación estaño-plomo para soldadurablanda, Se utiliza en trabajos de electr¡c¡sta. Ejemplo de designa-ción: L-Sn 60 PbCu (metal'de aportación con un 60% de contenidode estaño).

Grupo C: Metales de aportación para soldadura blanda especiales. Aplica-ciones para mecánica de precisión, técnicas del frío y termotécni-ca. Ejemplo de designación: L-SnAg 5 (3 a 5% de plata).

Grupo D: Metales de aportación para la soldadura blanda de materiales alu-mínicos. Ejemplo de designación: L-CdZn 20.

Metales de ,aportación para soldadura fuerteLos metales de aportación para soldadura fuerte (amarilla) son alea-ciones de los metales siguientes: cobre (Cu), estaño (Sn), plata (Ag),zinc (Zn). cadmio (Cd) y fósforo (P). Su intervalo de fusión com¡enza(sólido) entre 550 y 960'C y termina (lfquido) entre 600 y 970'C. Latemperatura de trabajo se encuentra o en la línea de líquido o unos 1OK por debajo de ella.

Ejemplos de las Normas DIN 8513 T 1 a T 3T 1 Metales de aportación de aleación con cobre. Preferida para el acero y el

níquel. Las tempgraturas de trabajo están comprendidas entre 71O y1 100"C. Ejemplo de designación: L-CuZn 46.

T 2 Metales de aportación de aleación con plata con menos del20% de plataen masa. Preferida para mater¡al€s sensibles al calor, La temperatura detrabajo está comprendida entre 71O y 860'C. Ejemplo de designación:L-Ag 12.

T 3 Metales de aportación de aleación con plata con un 20% de plata en lamasa como mínimo. Contienen Ag, Cd, Cu, Zn, Sn, Mn, Ni y se prefierenpara soldar plaquitas de metal duro. Las temperaturas de trabajo estáncomprendidas entre 610 y 960"C. Ejemplo de designación: L-Ag 83.

SUBDIVISIÓru OE LOS PROCEDIMIENTOSDE SOLDADURA

La clasificación de los proced¡mientos de soldadura según la normaDIN 8505 son:1. Por la temperátura de lfquido del metal de aportación: soldadura

blanda (hasta 450'C), soldadura fuerte (más de 450"C), soldadu-ra a alta temperatura (más de 9OOoC).

2. Po¡ el tipo de la zona de unión:Soldadura de aplicación (recubrimiento), soldadura de hendidura(espacio estrecho), soldadura de ranura (espacio ancho).Por el portador de energía.Por el tipo de eliminación de óxidos:con ayuda de fundentes, en atmósfera de gas reductor, en at-mósfera de gas inerte, al vaclo.Por la forma de añadir el metal de aportación:con material aplicado, con material insertado, con depósito demater¡al, en baño de soldar.

6. Por la forma de ejecución:soldadura manual, soldadura mecanizada, soldadura automat¡-zada.En los talleres suele soldarse con aplicación manual del metal de

aportación eliminando la capa de óxido con un fundente. El calen-tamiento, en soldaduras pequeñas, se hace con soldador eléctrico,en las soldaduras largas se hace con llama de gas. En las insta-laciones de tuberías se util¡za cas¡ exclusivamente la soldadura dehendidura. lndustrialmente se utiliza, a ser posible, el material deaportación insertado (cuadros de bicicleta).

| 900

o5 800€oCL

E 700oj-

l1

I

3.4.

Figura 3-576. Equipo5

Figura 3-577. Soldador de propano.


TRABAJOS DE SOLDADURA BLANDA Y FUERTE

Programa de trabajo en una soldadura blandacon soldadorLas piezas que se han de unir se adaptan una a otra, se limpian y semojan con el fundente.

El soldador eléctrico se calienta hasta una temperatura encima dela temperatura de trabajo y se limpia con una piedra de cloruroamónico para quitarle la capa de óxido. Con el soldador se funde unpoco del metal de aportación y se aplica a la zona de unión. Se distri-buye éste (estaño) a lo largo de la costura de unión. A continuación selimpia del fundente de la zona de unión y se pasa un trapo húmedo.Como sólo se consigue una buena resistencia si la distancia entre laspiezas de unión es estrecha, durante la operación de soldadura laspiezas se comprimen con unas tenazas. con una entenalla o con elsoldador.

Programa de trabajo en una soldadura a la llama conmaterial de aportaciónDepende de que se haya previsto una soldadura de hendidura (capi-lar) o de ranura. Es importante la preparación de la costura. Las jun-tas de soldadura han de tener siempre forma de V para que el metalpueda llegar hasta la ¡aí2. En la soldadura de hendidura es impor-tante la colocación de las piezas a la medida justa (distancia de O,O2a 0,5 mm). El metal de aportación tiene que rellenar el espacio entrelas piezas. Esto ocurre por efecto de capilaridad con lo que el materialde aportación asciende, en contra de la gravedad, tanto más arribacuanto menor es la distancia entre las piezas. Con una distanciab = O,2 mm el metal de aportación asciende unos 7 mm.

Ante todo hay que eliminar la capa de impurezas de la zona deunión con tela de esmer¡l o con lana de acero. La aplicación del fun-dente se efectúa con brocha en las soldaduras grandes; en las pe-queñas se aplica junto con el metal de aportación. La zona de uniónha de calentarse lo más uniformemente posible. Cuando se hayaalcanzado la temperatura de trabajo, se funde el metal de aportaciónjunto a la pieza. Es importante que el metal de aportación no se man-tenga bajo la llama para fundirlo, s¡no que se funda por el calor de lapieza. Cuando el metal de aportación comienza a fundirse se retira lallama.

Después de la operación se deja enfriar la pieza al aire. En la sol-dadura fuerte, si el material base lo permite, a los 4OOoC se pue{eenfriar en agua. Los restos de fundente se disuelven en el aguacaliente o se eliminan con un cepillo.

Otros procedimientos de soldaduraEn la soldadura por ihducción, el calentamiento del metal aportadose efectúa con ayuda de una bobina de inducción. Ejemplo:soldadura de plaquitas de metal duro en los mangos de las cuchillasde torno.

En la soldadura por inmersión, las piezas que se han de unir secalientan en un baño de metal de aportación fundido a la tempe-ratura de soldar; sólo es posible para soldadura blanda. Ejemplo: pla-cas de conexiones para electrónica.

Al horno se ejecutan soldaduras blandas y fuertes. En general seunen varias piezas. El metal de aportación se introduce en las juntasde unión, las piezas se unen, se mantienen juntas y se llevan al hornoa la temperatura de soldar. Se puede efectuar la soldadura con fun-dente, con gas protector o al vacío, Ejemplo: soldadura de loscuadros de bicicleta.

aportac¡Ón dealeación con cobre

La llama, con exceso de acetileno,debe llevarse de modo que calientemás el mango de la herramienta quela plaquita del metal duro

Figura 3-578. Soldadura Figura 3'579. Soldadurafuerté con llama. blanda con soldador.

Figura 3-58O. Hendidura

Figura 3-581. Aplicación correcta y defectuosa del me-tal de aportación en una junta en V (ranura de soldar).

: - o,l 0l mm 0,5{ o Anchura ranura+Figura 3-582. Relación entre la anchura de la ranura y laaltura de ascenso del metal de aportación.

269

de sol

sdes

270

Peligro de fisuras

lnclusión de fundenteConsecuencia:

formación de elementoslocales y corrosión

El metal de aportación no ha penetradoCausa: insuficiente calentamiento

Figura 3-583. Unión por soldadura defectuósa.


En la soldadura de bloques, las piezas que se han de unirse pro-veen de un anillo de metal de aportación para soldadura blanda confundente y se colocan sobre un bloque metálico caliente. Ejemplo:objetos de adorno, piezas de electrónica.

La costura de unión debe limpiarse antes de soldar,p¡ezas deben acoplarse bien, la temperatura de sodebe elegirse de modo que no sea muy super¡or a la desión del metal de aportac¡ón.

Después de soldar, eliminar los restos de fundente.Deben mantenerse cerradas las botellas de ácidosoldar y las de ácido clorhídrico (formación de óxidos).

3.13 Unión por soldadura

3.13.1 Fundamentos

Soldar es un¡r|os mater¡alés, eñ la zone de soldadura, uti-lizando calor o tue¡za, o ambos a la vez, con un aditivo desoldadura (material de aportación) o sin é1.

SUBDIVISIÓru OE LOS MÉTODOS DE SOLDADURA

La soldadura tiene muchas aplicaciones; por esta razón se han desa-rrollado muchos procedimientos. Se han definido en las Normas DIN1910 Tl a TlO.

Los procedimientos de soldadura se subdividen según lossiguientes conceptos:1. Tipo de material básico:

soldadura de metales, de plásticos, de otros materiales.2. Finalidad de la soldadura:

soldaduras de unión (ejemplo: unión de piezas), soldaduras derelleno (ejemplo: rellenar un carril desgastado)'

Soldadura por

+

Soldadura a presión

J

Soldadura porfusión a gas Soldadura por resistenc¡a

Soldadura al arco Soldaclura a tuego

Figura 3-584. Métodos ¡mportant€s de soldadura.

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Varilla de soldar

Soldadura a fuego

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PooFigura 3-585. Procedimientos de soldadura.


3. Tipo de soldadura:soldadura a presión (soldadura con aplicación de una fuerza), sol-dadura por fusión (soldar fundiendo los materiales en una zonadelimitada).

4. Forma de hacer la soldadura:soldadura a mano, soldadura mecánica, soldadura automatizada,En los trabajos de taller no se emplean más que unos pocos de

los procedimientos posibles.En la soldadura a presión tienen importancia:

- la soldadura por laminación de tubos, en la que las superficies decontacto se calientan y se efectúa la soldadura sin material deaportación,

- la soldadura a la forja en la que las piezas, previamente calen'tadas, generalmente en la fragua, se forjan sobre el yunque parasoldarlas, con lo que se producen considerables deformaciones,

- la soldadura a presión por resistencia.En la soldadura por fusión, el procedimiento más comúnmente

utilizado es

- la soldadura por fusión a gas y la soldadura por fusión al arco.

TRANSFORMACIóN DEL MATERIAL

Para la práctica, es decisivo saber qué propiedades tiene el cordón desoldadura después del enfriamiento, ya que el material, en la zona desoldadura, está sometido a diferencias de temperatura superiores a

los 2 O0O K. Deben tenerse en cuenta la aparición de tensiones in-ternas, las modificaciones de textura, las modificaciones de dureza yelasticidad, etc,

Tensiones. En la zona de soldadura el material se dilata y laszonas más frías que la rodean se oponen a esta dilatación, es decir,se producen tensiones.

Modificaciones do textura. Como consecuencia de las altastemperaturas de trabajo, el material soldado adquiere una texturaaustenltica de grano grueso (textura de fundición). En el entorno so-brecalentado del cordón de soldadura puede también llegarse a laformación de grano gruesó y en las zonas calientes adyacentes seforma granp fino. Estos componentes de la textura van pasando gra-dualmente a la textura primitiva de laminación de la pieza. De estamanera aparecen zonas de textura con diferentes tamaños de grano ylfmites granulométricos. En las zonas de transición, el material essensible a las solicitaciones. Si hay que mejorar las propiedades,despueé de soldar hay que someter el material a un recocido.

Sobre la dureza y elasticidad del cordón de soldadura influyen lasseparaciones o absorciones de carbono, nitrógeno y fósforo quepuedan encontrarse en el acero o en los gases empleados en la sol-dadura. Los aceros adecuados para la soldadura son los aceros al car-bono.

Aceros que pueden soldarse muy bien(Selección)

Aceros de construcción: RSt 34-2, RSt 37-2, St S2-3Aceros de cementación: C 15, 15 Cr 3Aceros bonificados: sólo son soldables en ciertas condicionesChapa fina: St 12, St 14, RSt 37-2

I Chapa para calderas: H l, H llAcero para tubos: St 35, St 35.4, St 52.4Tubos de caldera: St 35.8Aceros resistentes al calor: sólo son soldables en ciertas con-

dicionesAceros inoxidables: X 12 CrNi 18 8, X 5 CrNiMo 18 10.

Zonas calientes

Lotoon oe 2.. ZOna 3." ZOnasoldadura contigua contigua(formación de (textura de

granofino) laminación)

Figura 3-586. El cordón de soldadura y las zonas conti-guas presentan modificaciones de toxtura.

' 1.' zona-(form grano

F1{

272

1. Llamamediana

2. Bajatemperaturade la llama

3. Calentamientomed¡ano

Metano

Figura 3-587. Valores característicos de los gasescombustibles.


3.13.2 Soldadura por fus¡ón

Soldar por fus¡ón significa soldar fundiendo el mater¡al enuna zona delimitada, con adic¡ón de material de aporta-c¡ón o sin é1.

SOLDADURA POR FUSIÓN A GAS (Soldadura a gas)

El baño de soldadura se produce por la acc¡ón de la llamade un gas combustible (generalmente acet¡leno) yoxígeno.

La temperatura de la llama alcanza los 3 200"C con la mezclaacetileno-oxígeno,2 700'C con propano-oxígenoy2 6O0oC con gasde la red-oxígeno.

OxígenoPara el transporte de los gases se aprovecha su compresibilidad_

El oxígeno gaseoso se suministra en botellas normalizadas de 40litros (masa de la botella vacía 70 a 75 kg) con una sobrepresión(llena) de 150 bar, y en botellas de acero ligero de 5O litros (masa66 kg) con una sobrepresión de 2OO bar.

La sobrepresión p" la indica el manómetro del contenido. Es ladiferencia entre la presión absoluta existente en la botella p-(presión referida a la presión cero en el vacío) y la presión atmoeféricap"ox1bar.Ejemplo: p.r,= 2O1 bar, p..o = 1 bar. Sobrepresión en la botella de oxígeno:P. = P"a" - P¿mt = 2O1 bar - 1 bar = 2OO bar.

Se entiende por contenido de la botella 4 el volumen de gas dis-ponible, referido a la presión atmosférica.

Ejemplo: Volumen (contenido de agua) de una botella de acero ligero V* =50 dmr, presión llena de gasp" = 20O bar, presión atmosféricap..¡: 1 bar.presión absoluta de la botella p"b. = 201 bar.

El volumen del gas comprimido, referido a 1 bar es:

v p"ô:v*p"'"; v:!9 i''?91-!!l ; v:10050 dm3

1 bar

Como en la botella quedan siempre 50 dm3 a la presión atmosférica, lacapacidad disponible de la botella es de V" = 1O O00 dm3.

Capacidad de lá botella: V^:p"'V*; V":2OO bar.50 dm3:10000 dm3

AcetilenoEl gas se obtiene por la reacción química del carburo cálcico con elagua:

CaC2+ 2 H20-CrHr+ Ca(OH)r* calor

El acetileno (C:Hr) como gas combustible tiene, en comparacióncon otros gases (propano, hidrógeno, gas natural) la ventaja de sumayor velocidad de combustión, de su mayor potencia de llama y dela mayor temperatura de la llama.

Un gas con mayor velocidad de combustión produce una llamamás corta que un gas con menor velocidad de combustión. La petencia de llama es la cantidad de calor en kJ (kilojulios) que se apor-ta en un segundo a un centímetro cuadrado de la superficie de lapieza (ver tabla). El acetileno y el oxígeno se mezclan intensamenteen el tubo mezcladordel soplete. La mezcla se inflama a la tempera

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3,75:1 1,6:1

ción Técnica de la fabricación

tura de 335oC y resulta:

1 Acetileno * Oxfgeno - Dióxido de carbono * Agua * Calor', 2crH.2+5o2 + 4co2+2+2o* calor

I Un metro cúbico de gas acetileno produce una cantidad de calorque puede llegar a 57 0OO kJ. La energía calorffica calienta el ma-terial de la pieza a la temperatura de fusión y lo funde.

Experimento:En un cilindro de % = 50 cm3 se encuentra oxígeno a la presión absolutap"b" r

= 2,2 ba¡. Si el volumen aumenta a V2 = 1gp cm3, por aplicar menor fuErza alémbolo, la presión absoluta del gas baia a p.6"2 = 1,1 bar.

Resulta: 2,2 ba¡. 50 cm3 = 1,1 bar' 1O0 cm!.

273

Volumen V¡ Volumen V:

reductora de presión

Masa porosa (amianto,tierra de d¡atomeas)

Acetona (líquida)

Figura 3-588. Botella de acetileno.

Oxlg€no AzulAcetilono Ama¡illoH¡dróggno RojoPropano RoioN¡trógeno V6rdeAire compr¡m¡do Gris

Figura 3-589. Válvulas y colores de identificación de lasbotellas.rI Compruébese en el país correspond¡ente los coloresaprobados por sus respectivas normas para las botellas ysus oiivas y no estos datos como norma universal.

Presión del contenido Presión de trabalo

Figura 3-590. Válvula roductora de presión,dos escalones.

¡l

L""

['ezclan gas P"o"t'Vt:P*"zVz

Ley deBoyle-Mariotte

Y-=bar,

A igualdad de temperatura, el producto de la presión de una cantidad degas contenido en un recipiente por el volumen de éste es constante.

=)-r Explicación: s gaseosas se encuentran en constant€ movi-:i1 mientó. Chocan ed-es del recipient€ y producen una presión' Si2 4{t la cantidad de g sta ocupar el doble del volumen, el número delslon moléculas por c volumen se reduce a la mitad. Por lo tanto, semasa reduce también a la mitad el número de moléculas que chocan con la unidad

de superficie y, en consecuencia, la presión.Es laI p* ProPiedades del acet¡lono

mos- Es incoloro, invisible, no venenoso, de olor penetrante, arde con llama lumi'nosa. Su descomposición comienza a 2 bat por lo que la presión de solda'dura no debe¡á exceder de 1,5 bar. La temperatura de inflamación es de

lcrio: 335'C, la tomperatura de combustión con oxfgeno es de 3 2OO"C.

dis- Las botellas de acetileno son de tubo de acero est¡rado sincostura. El acetileno tiende a la explosión con una sobrepres¡ón de2 bar; se trata de un proceso de descomposición con despren-dimiento de calor (Cu Hz - 2 C + Ht. Por esta razón, las botellas deacetileno se llenan con una-masa porosa formada por am¡anto, t¡errade diatomeas y carbón vegetal empapada de acetona. Los numero-sos y diminutos poros impiden la autodescomposición del acetilenodisuelto en la acetona. Un litro de acetona, a la presión atmosférica(1 bar) disuelve, aproximadamente, 24 litros de acetileno. Una bote.lla de acetileno contiene normalmente 13 litros de acetona. Si la pre-sión de llenado (sobrepresión) es de 18 bar, es dec¡r, si la presiónabsoluta es de 1 9 bar, en una botella se encuentran disueltos13 . 19 ' 24 v 6 0OO litros de acetileno.

Al abrir la botella disminuye la presión y, por lo tanto, el poder dedisolución de la acetona. De ella se desprende acetileno y sales,

Las válvulas reductoras de presión sirven para reducir la presióndel gas que sale de la botella a la presión de trabajo manteniéndolalo más uniforme posible. La reducción de presión puede hacerse enun solo paso (que es lo usual con los gases combustibles) o en dospasos (con el oxfgeno).

Las mangueras son de colores distintivos para el oxígeno (@ a, 6,9 y 1 1 mm) y para el gas combustible. Deben asegurarse a las bo-qu¡llas con abrazaderas u horquillas de cierre.

tla


Abrir lentamente la válvula de la botells. - Si se hacemucho consumo, usar dos botellas. - Después de cadautilización del gas cerrar de nuevo la botella, - Protegerlas botellas contra el calentam¡snto. La presión de

. APPOLD- 13

G 3/4abrazaderaW21,8x1114 izq.W 21,8t'l114 izq.W 24,32x1/14G 5/8 rosca interior

¡el

ónsude

na(>)r-latea-

Membrana1.o escalón

t¡r

274

Tobera delnyector asPiración

Tubo mezclador Efecto de aspiración


trabajo normal del acetileno es de O,3 a 0,6 bar, y no debepasar de 1,5 bar.

Las botellas de acetileno no deben colocarse horizon-talmente durante el trabajo porque saldría la acetona conel acetileno. Deben comprobsrse las botellas cada seisaños, aunque la primera revisión ha de ser a los tres años.

La grifería del oxígeno ha de estar libre de grasa, gli-cer¡na o ace¡te. - El oxígeno con aceito es explosivo.

Las gafas protectoras y los filtros protectores son ele-mentos imprescindibles de protección ocular.

Funcionamiento del soplete de soldarEl soplete de solda¡ se basa en el principio del inyector. El oxígenosale a gran velocidad de la boquilla a presión. Se dilata y expe-rimenta una reducción de presión. Se produce una depresión y, enconsecuencia un efecto de aspiración que arrastra al gas combustFble.

Trabajar con soldadura a gas

Antes de soldar las piezas hay que prepararlas. Los bordes decontacto han de adquirir la forma adecuada. También han de quedarlibres de óxido, aceite. cascarilla, grasa o p¡ntura.

La varilla de soldadura aporta el metal que falta. Sus propiedades deben corresponder a las del material que se suelda. Para pro-tegerlas contra la corrosión están cobreadas.

Formas del cordón de soldadura. Las piezas que se han de soldarse unen por medio de un cordón de soldadura para formar la piezesoldada. Los tipos más usuales de unión de piezas son la unión ¡tope, la unión en ángulo y la unión en T. En la unión a top€, las do¡piezas que se han d€ soldar están en el mismo plano, los tipos usuales de cordón de soldadura son el cordón en I y el cordón en V, En l¡unión en ángulo, se ponen en contacto las dos piezas por sus extnFmos formando entre sí un ángulo cualquiera. En la unión en T, dborde de una de las piezas apoya perpendicularmente sobre la srrperficie de la otra pieza. Los tipos de cordón de soldadura usuale¡son el cordón en ángulo exterior y el cordón en ángulo interior. [¡Norma DIN determina 19 tipos básicos de cordón de soldadura.

Regulación de la llama de soldaduraAl encender la llama de soldadura se abre primero un poco la válvuhdel oxígeno y luego la del gas combustible. En el soplete se mez-clan los dos gases y, si la proporción de la mezcla 6s correcta, sGobtiene en la llama el cono perfectamente delimitado y de luz clare

Para apagar el soplete, primero hay que cerrar la válvula del gaaCon la llama neutra, el oxígeno y el acetileno se mezclan en l¡

proporción 1:1,1. La llama de cono blanco indica combustión incom-pleta del gas (monóxido de carbono e hidrógeno), porquo le fal¡oxígeno. El resto de la llama actúa como reductora, es decir, tom¡oxígeno del aire o de la pieza que so está soldando. De esta maner.se dificulta mucho la formación de óxido en la pieza durante la sol-dadura.

Variantes de la soldaduraLa soldadura en una pasada significa que el cordón de soldadura screaliza en una sola pasada. Hay también soldaduras en dos pasadas oen varias pasadas.

La soldadura unilateral consiste en soldar las piezas por un sololado, la soldadura bilateral serealizq por ambos lados de las piezas

Tobera depresión

Depresión l) ^¡l (Jas

Tubo mezclador

Oxígeno

s combustible

€Oxígeno

Tubuladura parael oxígeno

Tubuladora parael gascombustible

combustible

Manómetro de tubo en U

Figura 3-59t. Efecto de aspiración de la boquilla¡nyectora del soplete.

Válvula deSobretuerca

Figura 3-592. Soplete soldador.

Cordón en I Cordón(bordes rectos) en Vs:lmm s:10mm

Unión en T Cordón en ángulo Cordón en ángulooxterior cóncavo interior cóncavo

Figura 3-593. Juntas soldadas y cordonea de soldadura.

Temperaturade la llama

1200 0c--

600 0c- -0 0c--

¡4mm

Figura 3-594. Ajuste de la llama acetileno-oxlgeno.a = Cono de la llama; b = Zona de soldadura; c = Llamadispersa.

rTécnica de la fabricación

En la soldadura a izquierdas (para chapa fina, hasta 3 mm) la vari-lla va por delante de la llama. Por efecto de soplado la llama empujahacia delante el material fundido. lnconvenientes: pérdida de calor,rápido enfriamiento, textura con defectos.

En la soldadura a derechas (se utiliza con materiales de más de3 mm de espesor) la varilla sigue a la llama, la cual calienta bien lazona de fusión y ret¡ene el material fundido por efecto de soplado.

También es frecuente fijar las piezas que se han de soldar en suposición relativa deseada por medio de puntos de soldadura o cordo-nes de soldadura cortos. Es lo que se denomina fijación por puntos.

Desarrollo del trabajo de soldaduraEl sitio de soldadura se calienta con la llama (llama neutra) hasta queel cono de la misma se refleje en el baño de fusión y los bordes de laspiezas comiencen a fluir conjuntamente. Para rellenas la junta y paraformar el cordón se necesita una varilla de soldar. El soplete y lavarilla se manejan de modo que el cordón de soldadura se unaperfectamente hasta la parte inferior (raíz) de la junta. Por medio deun movimiento unifornre, manteniendo debidamente el soplete y conajuste correcto de la llama se evitan burbujas y entalladuras. Lasinclusiones de escorias se impiden por agitación del baño de fusióncon la varilla de soldar.

SOLDADURA POR FUSIÓN CON ARCOS(Soldadura al arco voltaico)

Soldadura al arco con electrodo metálico

Una variante de la soldadura con electrodo metálico que se utilizaen los talleres es la soldadu¡a al arco a mano en la que el electrodode varilla se maneja manualmente.

Generación del arco voltaico

En la soldadura al arco voltaico, el generador eléctrico, el electrodo,el arco y la pieza forman un circuito cerrado. Una vez conectado elgenerador eléctrico, al principio no circula corriente porque el aire,que no es buen conductor, interrumpe el circuito. Ante todo se apoyabrevemente el electrodo (la varilla de soldar) sobre la pieza. De estamanera, como consecuencia del cortocircuito, se produce una fuerteintensidad de corriente. Los electrones se mueven desde el electro-do a la pieza. Como consecuencia de la gran resistencia eléctrica delpunto de contacto se produce un intenso calentamiento. De esta ma-nera, el flujo de electrones cont¡núa al levantar el electrodo a unaaltura igual a su espesor. Los electrones chocan ahora con lasmoléculas de oxígeno y de nitrógeno del aire. En el choque, se diso-cian algunas moléculas en átomos y expulsan algunos electrones de

275

Formacónicanorma l,blanco

Zona dereducción

2 lrmm

Zona desoldar

largoy difuso

Exceso de Llama Exceso deoxígeno al soldar neutra acetilenoaleaciones para soldar al soldarde CuZn acero fundición gris

Figura 3-595. Tipos de llamas de acet¡leno-oxfgeno.

Figura 3-596. Soldadura a izquierdas (hasta 3 mm).

Figura 3-597. Soldadura a derechas (más de 3 mm).

eléctrico

Cordón de soldadura

Figura 3-598. Soldadura al arco voltaico, a mano.

Resistencia detransición

\_, =

r.\ =

e=

AtomolonElectrónAire

Electrodo aplicado a la gieza Electrodo levantado

Pieza

Figura 3-599. Formación del arco.

276

nd¡dac

Figura 3-601. Temperaturas en el arco.(a menor separación mayor temperatura)

Valores para los electrodos de varillasin revestimiento

0,751

1,5234..567I 10

1.51,52,O

2.53,254.040 5,06,0

13 1513 1616 1816 1816 1817 1917 19't8 20

18 2224 3033 4050 6080 120

1 20 .,1 801 50 200160 200

Recubrimiento

Electrodos DtN tgt3 - E43 21 R3(1 ) (2) (3) (4)

Figura 3-602. Denominación de los electrodos segúnDrN 1913.

RecubrimientoAlma \ Polo (-)Cordón de

soldadura 2/3 Escorias

Penetración i/3

Mesa de soldar Pieza


la capa electrónica del átomo. De esta manera, los átomos se con-v¡erten en iones positivos y se forma un plasma térmico (4.' estadode agregación). Los electrones chocan a gran velocidad con la pieza(polo positivo) y la funden (temperatura 4 OOO'C). En la pieza se pro-duce una penetrac¡ón. Los iones positivos pugnan en sent¡do contra-rio hacia el electrodo negativo y, al chocar, producen una tempe-ratura tan alta (3 500'C) que el electrodo se funde y gotea.

Eloctrodos de varilla

Para las soldaduras de unión de aceros no aleados o de baja aleacióny cal¡dades de acero fundido sernejante se ut¡lizan electrodos desnu-dos (hoy se ut¡lizan electrodos rellenados con un aditivo de materiasminerales para estabilizar el arco voltaico) y electrodos revestidos.Según la Norma DIN 1913 sólo están normalizados los electrodosrevestidos. Pueden ser componentes del revestimiento el óxido de ti-tanio ( revestimiento de rutilo), el ferroma nga neso ( revestimiento ácFdo), elcarbonato cálcico (revestimiento básico) o la celulosa (revesti-miento de celulosa u orgánico). El revestimiento se funde y cumplelas funciones siguientes:

1. Formar una envoltura gaseosa que protege al material en fusióncontra el aire circundante. Se impide la penetración de nitrógenoy de oxígeno (el nitrógeno es causa de fragilidad y el oxígenoproduce inclusiones de óxidos).

2. Contiene elementos que acompañan alacero con lo que suple, enparte, las materias eliminadas por combustión, por ejemplo el

manganeso y el carbono.3. Estabiliza el arco eléctrico por la ionización del aire.4. Forma escorias que se depos¡tan encima del cordón de solda-

dura, con lo que el enfriam¡ento es más lento y se reducen lastensiones en el material.

5. Las escorias absorben las impurezas del baño de fusión.

Los electrodos revestidos se especif¡can en las normas DlN. Losgrupos de denominación (1)a (4) del ejemplo de la figura 3-602designan los electrodos e informan sobre las características tecnológicas del material que se ha de soldar, sobre el espesor y tipo delrevestimiento, sobre las posiciones de soldadura y sobre lascaracteríst¡cas de la corriente eléctrica exigidas.

(1) : Denominación: Electrodo para la unión por soldadura de piezas deaceros no aleados y de baja aleación, según DIN 1 91 3 T1.

(21 E : Soldadura al arco voltaico a mano43 : Según la tabla 1 de la Norma DIN 1913 garantiza una res¡stenc¡a a la

tracción del material soldado de 430 a 55O N/mm2 y un límite dcfluencia de 360 N/mm2

(3) 21 : Según la tabla 2 de DIN 'l 913 se garant¡za un alargamientomínimo del22% del material soldado y una capacidad de trabajo enla prueba de resiliencia de 28 J a la temperatura de *2OoC

(4) R3- Es un tipo de electrodo de la clase 3 (tabla 4 de DIN 1913) con revest¡m¡ento de rutilo de espesor medio que, según las tablas 5 y 6es apropiado para todas las posiciones de soldadura y pancorrientes contlnua o alterna; con la corriente alterna, la t€nsión envacfo del transformador ha de ser, como mínimo, de 50 V.

Proceso de soldadura

A causa de la temperatura del arco voltaico, el electrodo, el reves-timiento y una zona de la superficie de la pieza se funden. El materialdel electrodo debe mezclarse lntimamente con el material base y asuficiente profundidad, o sea que la penetración ha de sersuficiente-mente profunda. Puede influirse en la penetración por medio de laintensidad de la corriente y por medio del tipo de electrodo, por

Figura 3-6O3. Proceso de soldadura al arco voltaico.


ejemplo empleando electrodos de penetración profunda. Los fabri-cantes de electrodos dan en los paquetes de electrodos el intervalode intensidades que puede aplicarse para cada electrodo.

Regla práctica: los electrodos desnudos y los electrodos conrevestimiento delgado requieren intensidades de 35 a 45 amperiospor mm de diámetro del electrodo; los electrodos con revestimientomedio y grueso requieren intensidades de 40 a 50 amperios por mmde diámetro del electrodo. Un electrodo de 4 mm de diámetronecesita, para fundirse, una intensidad de unos 160 amperios.

Reglas de traba¡o: El electrodo debe inclinarse unos 50orespecto al sentido de avance de la soldadura. Antes de soldar, lapieza ha de limpiarse de óxido, cascarilla, pintura, aceite, grasas ycualesquiera otras impurezas. A cada interrupción del arco, el bañode fusión se solidifica formando un cráter.

Antes de iniciar de nuevo el trabajo, con un martillo de puntas ycon un cepillo de alambre hay que quitar las escorias y limpiar elcoidón de soldadura. El arco voltaico se encenderá por delante delcráter. El arco debe siempre dirigirse hacia la masa, es decir, al puntodonde se concentra la masa de la pieza. Los cordones angularesgrandes se harán en varias pasadas.

Soldadura con corriente contínua

Las tensiones eléctricas usuales son 22O V o 380 V en corrientealterna. Estas tensiones para soldar serían peligrosas para la vida.Para el encendido del arco se necesita corriente contínua de 50 V a

70 V y para mantener el arco durante el trabajo las tensionesnecesarias son de 20 V a 30 V. La tensión de trabajo debemantenerse en este intervalo. Se producen oscilaciones según que elarco sea largo o sea corto, pero las variaciones de la intensidad sonpequeñas. Los generadores eléctricos para la soldadura estánconstruidos de modo que al aumentar la intensidad se reduce la

tensión. La relación entre ellas se tiene en la curva característicaintens¡dad-tensión. En el momento de cortocircuito (contacto delelectrodo con la pieza y paso de gotas) se mantiene una intensidadde corriente limitada por arriba.

En el convertidor de soldadura, un generador de corriente contí-nua se acciona por medio de un motor de corriente trifásica. Pormedio de un regulador se ajusta la máxima intensidad de corrienteadmisible.

El rectificador de soldadura está formado por un transformadortrifásico y un rectifipador. En el transformador, la tensión de la red setransforma a una tensión alterna más bala y en el rectificador seconvierte la corriente alterna en corriente contínua débilmentepu lsatoria.

Conexión de los cables de soldar: Con la corriente contínua seconectan, en general, el polo positivo a la pieza y el polo negativo alelectrodo. Se produce así una elevada temperatura en la pieza conmayor profundidad de penetración. En la soldadura con material deaportac¡ón y en la soldadura de aceros aleados, el polo positivo seconecta al electrodo. Se consigue así una penetración más reducida.

Efecto de soplado. Al soldar con corriente continua, especialmen-te al soldar acero, el arco voltaico es desviado al punto deseado porlos campos de fuerzas electromagnéticas. En la soldadura al arco, ladesviación del arco voltaíco se produce por efecto mútuo de loscampos magnéticos de la pieza (y del cordón de soldadura) y delelectrodo. Con ésto se perturba el trabajo de soldadura. El fenómenopuede corregirse manteniendo inclinado el electrodo contra ladirección del efecto de soplado y desplazando las pinzas deconexión a la pieza.

2771= cordórr de raíz2= cordón de relleno3= cordón de acabado

Penetración

Figura 3-604. Soldadu¡a en varias pasadas para piezasgruesas.

100 200 300 A /r00

lntensidad corriente de soldadura

-Figura 3-6O5. Curva característica lntensidad-Tensiónen un generador eléct¡ico para soldadura.

Figura 3-6O6. Convert¡dor y rect¡ficador de soldadu¡a.

1= cordón de raíz2=1 cordón de acabado3=2cordón de acabado

1.,

Cor¡ienteeléctrica

Concentración ¡(

Polo (*) Flujomagnético

lnclinacióndel electrodo

Figura 3-607. Efecto del soplado por campo electro-magnético.

t!oE'oco

Curva sinusoidal de la corriente alterna

máximo

Tiempo f +

Tensión en vacíoTensión de encendido

Escalones de

lntensidad de trabalo

Figura 3-608. Línea de la tensión en la corriente altema.

Líneas de fuerza278

prlmarlo Arrollamiento secundarioFigura 3-609. Transformador(esquema de funcionamientof.

Arrollamiento €ntrada Arrollam¡ento de salidaTensión desoldadura

Electrodo desoldadura

Conmutador (D

Figura 3-61O, Transformador de soldadura.

Regulación magnética por levantamiento de la culata. Allevanta¡ la culata se reduce la intensidad de la corriente.

Figura 3.611. Soldadura con corriente altema,

Alamb¡e de soldar, conductor de la corriente

Polaa de transporte

Gene¡ador

Rollo de alambre

Gas protector

Arco voltaico

Figura 3-613. Soldadura con electrodos metálicos y gasprotectof.

Figura 3-612. Soldadura bajo polvo para aceros de cons-trucción de bajo contenido de carbono empleados enconstrucción naval, puent€s y calderas.


Soldadura con corriente alternaLa corriente alterna cambia su sentido y, por tanto, su polaridad 1OOveces por segundo (si la frecuenc¡a es de 50 Hz o 50 períodos porsegundo).

Cada vez se interrumpe el arco voltaíco porque en losconductores los electrones no circulan como en la corrientecontfnua, sino que sólo oscilan de un lado a otro. Para impedir lainterrupción, el revestimiento de los electrodos lleva unos ad¡t¡vosque ionizan el espacio entre electrodo y pieza haciendo conductoral aire y facilitan la formación del arco voltaíco.

Transformadores de soldadura. Transportan la energía eléctrica.Están formados por dos bobinas separadas sobre un mismo núcleode hierro. El arrollamiento de entrada o arrollamiento primario tieneun gran número de espiras; el arrollamiento de salida o arrollamientosecundario t¡ene un número de espiras menor.

La corriente alterna de la red, de alta tensión, y baja intensidad, setransforma en una tensión más baja con mayor intensidad. La tensióny la intensidad de soldadura dependen, pues, de la diferencia entre elnúmero de espiras de ambos arrollamientos de entrada y de salida.Cuanto mayor es la diferencia entre los números de espiras de losarrollamientos, más baja es la tensión de soldadura y más elevada lainte nsidad.

La corriente de soldadura puede regularse por medio de losconmutadores (1 ) y (2). Puede incrementarse aumentando el númerode espiras del arrollamiento A y reduciendo el mismo número deespiras del arrollamiento B. La máxima intensidad de corriente desoldadura se consigue con la poslción de los conmutadoresrepresentada en la figura,

Transformadoros de tensíón. Están formados por un núcleo dehierro y dos bobinas. La regulación de la intensidad de corriente seconsigue modificando la distancia entre las bobinas o levantando laculata magnética del núcleo.

Ventajas: Coste de instalación un 50% más bajo que en losconvertidores de soldadura y el consumo un 30% menor.

Inconvenientes: Mayor peligro de accidentes, pérd¡das porderivación en los electrodos y arco no fijo.

Soldadura bajo polvo

El arco y la zona de soldadura se recubren con una capade polvo. El baño de soldadura queda proteg¡do contra laentrada del aire atmosférico por las escor¡as produc¡daspor el polvo.

La soldadura bajo polvo es uno de los métodos más importantesde soldadura automática.

Ventajas: Cordones de soldadura perfectos, no hay deslumbra-miento, gran velocidad de soldadura, grandes espesores de chapa.

Soldadura con gas protector(Soldadura al arco con gas protector)

Los electrodos, el arco y el baño de soldadura se pro-tegen contra el a¡re atmosférico por med¡o de un gasprotector aportado al sitio de la soldadura.

Según el tipo de electrodo y de gas protector hay que distinguir:electrodo metálico (fundente), electrodo de tungsteno (no fundente),gas protector inerte, (que no reacciona), como argón, helio o susmezclas, gas protector activo, por ejemplo, el dióxido de carbono,

!o!oT'cpqcoF

ofÍ,6ttooottcpaco

tlcO.o-'6@cooF!

ITécnica de la fabricación

que sólo es adecuado para soldar aceros no aleados o de baja alea-ción. El COz se descompone a altas temperaturas. El oxígeno oxida elextremo lfquido del electrodo con lo que se forman gruesas gotas quesalpican si el arco voltaíco es largo.

Soldadura con electrodo.metálico y gas protoctor

El arco voltalco salta entre el electrodo de alambre y la pieza. El elec-trodo se funde proporcionando así el material do aportac¡ón. El alam-bre de soldar (electrodol se aplica al arco por medio de un motor deavance de electrodos de velocidad regulable según el diámetro delelectrodo y la intensidad de la corriente. El gas protector puede serinerte o activo.

Soldadura con electiodo metálico y gas inerte(Soldadura MIG)

El gas protector es inerte y no reacciona con el caldo. Con ésto seforma un arco difuso, El paso del material es en gotas finas y no seproducen cortocircuitos.

Ventajas: Gran potencia de fusión, apropiado para aceros alea'dos y no aleados, aluminio y sus aleaciones. cobre y sus aleaciones,

Soldadura con electrodo metálico y gas act¡vo(Soldadura MAG!

Se utiliza para los aceros no aleados y los de baja aleaci,fn. Comogases protectores se utilizan el dióxido de carbono (COz) o mezclasde gases como, por ejemplo, 80% de argón, 15% de dióxido de car-bono y 5% de oxígeno. Las chapas, tanto finas como medias y grue-sas, se sueldan con un arco corto, con lo que se consigue que elcalentamiento de la pieza sea menor. Cuando la gota licuada delmetal toca el baño de caldo, se produce un cortocircuito que apaga elarco y se interrumpe la producción de calor.

Soldadura con electrodo de tungstono y gag protactor

El arco saltE entre un electrodo permanente de tungsteno y la pieza, uotro segundo electrodo o la pared interiorde una boquilla. Si se nece-isita aportación debe aplicarse a m6no. Sólo se utiliza gas inerte,

Soldadura con electrodo de tungstono y gas ineñe(Soldadura WIG)

En la soldadura con corriente contínua es posible polarizar negativa-mente el electrodo de tungsteno, con lo que el electrodo tiene menortemperatura que la pieza positiva. De esta manera, el electrodopuede aguzarse y el arco se mant¡ene estable, Este método es muyapropiado para ac€ros aleados y para metales pesados no férreos.Los metales l¡geros suelen soldarse con arco de corriente alternaporque las capas de óxido se funden mejor.

3.13.3 Soldadura a pres¡ón

Soldadura con electrodo de tungsteno y plasma(Soldadura al arco con plasma)

Se denomina plasma a un gas que, por ionización, se hace conduc-tor. El gas plasma (generalmente argón) se calienta mucho en la

boquilla por medio de un arco voltaíco. La ionización se consigue pormedio de un aparato de encendido. La boquilla tiene que refri-gerarse con agua.

279

Electrodo detungsteno

Varilla de soldarGeneradoreléctrico

protectofvoltaico

Figura 3-614. Soldadura con electrodo de tungsteno ygas protector.

Generadoreléctrico

Figura 3-615, Soldadura MlG.

Transformador

Gas protector(argónI

Eloctrodo de tungstenoGas protector

Alambre de aportac¡ón Gula de cobre

Figura 3-616. Soldadura WlG.

Agua derefrigeraciónGas plasma

Gas protector

de tungsteno

Arco volta¡corlvente deprotectors

- Rod¡llos de avance

Cordón

Figura 3-617. Soldadura al arco con plasma.

280

Transformador

Electrodos

Figura 3-618, Soldadura por puntos para chapa.

Figura 3-619. Soldadura por roldanas.

Comprimrr, conectar

Calentar a la temperatura de trabajo

lntensificar la presi

Figura 3-621. Soldadura a tope por resistencia(por presión).

Figura 3-620. Soldadura a tope por chispas(por penetraciónf.Arriba: Movimiento alt€rnativo hasta que se forma el arco.Abajo: Fuerte golpe de recalcado.

la corriente

2.o conectar la corr¡ente3.o desconectar la corriente4.o separar

Generador eléctrico


Setrabaja con arco voltaíco no transmisible entre el electrodo detungsteno y la pared interior de la boquilla de plasma, y con arcotransmisible entre el electrodo de tungsteno y la pieza.

El gas plasma ionizado se inflama en el mechero de plasma pormedio de un arco voltaíco auxiliar. El gas de plasma forma el arco(chorro de plasma) que se rodea con gas protector. El chorro deplasma se estrecha muchísimo en la boquilla, por lo que no se salepor ningún lado. Debido a la intensa concentrac¡ón conseguidapuede trabajarse con escasa intensidad de corriente (hasta I A). Lasoldadura al plasma es ventajosa para soldar chapas finas y enautomación.

SOLDADURA POR RESISTENCIA

La temperatura en la zona de contacto aumenta rápidamentehasta la temperatura necesaria para el trabajo. Comprimiendo lasp¡ezas o apretándolas una contra otra quedan soldadas las zonas decontacto. Se necesita una tensión de 2 a 1 0 V y una intensidadeléctrica hasta de 50 00O A. La corriente eléctrica es la suma de por-tadores de cargas eléctricas (électrones) que se mueven por lasección del conductor. Una intensidad de corriente elevada quieredecir que hay un gran número de electrones en movimiento. En lospuntos de contacto, el movimiento de los electrones se dificultaenormente, con lo que una parte de la energía cinética se convierteen calor.

Soldadura por puntos es un método en que la corriente eléctricay la fuerza se transmiten por medio de unos electrodos de soldadurapor puntos.

Las piezas se comprimen eittre los electrodos y después seconecta la corriente. En los puntos comprimidos se forma una lenteja(puntol de soldadura a causa de la resistencia eléctrica de la pieza.Un limitador de tiempo desconecta la corriente.

Soldadu¡a por roldanas o rodillos. Es un procedimiento en elcual, en lugar de los electrodos de barra, se emplean unos electrodosde roldana o rodillo (la roldana superior suele ser la accionada). Seobtiene un cordón de soldadura liso y compacto, sin interrupciones,porque los puntos de soldadura están muy próximos entre sí.

Soldadura a tope por chispas (por penetración), Las piezas, suje-tas con mordazas, se colocan en ligero contacto entre sí, con lo gueal conectar la corriente eléctrica saita entre e'iias un arco. cuando laszonas de contacto están en fusión, se desconecta la corriente y lassuperficies de soldadura se comprimen fuertemente una contra otra.Se forma una rebaba de soldadura. El procedimiento es apropiadopara el acero con alto contenido de carbono.

Soldadura a tope por resistencia (por presión). Las mordazas desujeción son de cobre y comprimen las dos piezas una contra otra yconducen la corriente a la zona de soldadura. Cuando se llega a latemperatu-ra de trabajo (estado pastoso), se desconecta la corriente yse intensifica la presión de apr¡ete. En ia zona de soldadura se formáun abombamiento de recalcado (efecto de forja). Es un procedi-miento apropiado para aceros con bajo contenido de carbono, paracobre, aluminio y aleaciones de cobre y zinc.

ITécnica de la fabricación

3.13.4 Soldadura de plásticosLa soldadura de plásticos es la unión de los materialessintéticos termoplásticos (que no endurecen) utilizandocalor y presión. Es posible la aportación de un materialplástico del mismo tipo.

SOLDADURA POR ELEMENTOS CALEFACTORES

Las superficies de contacto de las piezas se llevan a la temperaturade trabajo necesaria por medio de unos elementos calefactores de

forma adecuada. A continuación se retira el elemento calefactor de la

zona de contacto y se comprimen las superficies calientes de las pie'zas. En la soldadura a tope, en la zona de soldadura se forma un

pequeño abultamiento. En la soldadura por ranura, después de

aplicar la fuerza queda una huella en forma de ranura. En la soldadurapor plegado, se imprime una ranura en la pieza por medio de un

elemento calefactor en forma de cuña y se dobla' De esta manera se

suelda la ranura impresa.En la soldadura por manguito las superficies de contacto de las

piezas se calientan por medio de un punzón o de un manguitocalientes y a continuación se introducen la una en la otra. La fuerza se

consigue por el asiento a presión de las piezas.

En la soldadura por espira calefactora se coloca en el manguitouna espira calefactora que se queda en é1. El tubo que se ha de sol-dar se introduce en el manguito y se conecta la espira a la corrienteeléctrica. La pieza se cal¡enta en la superficie de contacto (manguito)'

La fuerza necesaria se debe a la dilatación térmica de las piezas'

SOLDADURA POR GAS CALIENTE

Las piezas se calientan, en sus superficies de contacto, por medio de

un gas caliente y se sueldan aplicando una fuerza. Suele aplicarse un

material de aportación.En la soldadura en abanico la boquilla de soldadura se hace pasar

entre las piezas y el material de aportación, (en posición vert¡cal) conun movimiento como de abanico; en la soldadura por embutición, elmaterial de aportación se lleva en el aparato de soldadura y secalienta prev¡amente.

SOLDADURA POR ULTRASONIDOS

Las superficies de unión de las piezas, comprimidas entre sí, secalientan y sueldan por medio de oscilaciones mecánicas de la bandade los ultrasonidos. Se aplica para la soldadura de láminas de plás-tico y de PVC blando.

SOLDADURA POR FRICCIÓN

Por este procedimiento se unen piezas como barras y tubos. La pieza1 de las que se han de unir se coloca en una máquina para soldar porfricción o en un torno y se aprieta, mientras g¡ra, contra la pieza 2,que está fija, hasta que en la zona de unión se ha alcanzado latemperatura de soldadura gracias al calor de la fricción.

La pieza giratoria se frena y se comprime contra la pieza fija hastaque el plástico de la zona de unión se haya solidificado.

SOLDADURA POR ALTA FRECUENCIA

El calentamiento de las superficies de contacto se efectúa en elcampo del condensador de un generador eléctrico de alta frecuencia.

Figura 3-622. Soldadu¡a a tope con él€montoscalefactores.1." Calentar2." Tira¡ hacia arriba3.' Comprimir

281ación

do dearco

I Por,arcoodersale¡¡¡daD. La

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Materialpara la

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Soplete degas caliente

P¡ezas que sehan de soldar

Figura 3-625. Soldadura en abanico con gas caliente.

Superficies de contactoMordazas de suiecióñ

Pieza 1 Pieza 2

Plato universal de tres garras Contrapunto(cabezal móvil)

Figura 3-626. Soldadura a fricción con un torno.

Tubo

Figura 3-623.calefactor,

Elemento calefactor Mangu¡to

Soldadura por manguito-elemento

Gas de soldar(aire a 0,3 bar de sobrepresión)j

IGas calefactor (hidrógeno, acetilenopropano, gas de la red)

Figura 3-624. Soplete de gas caliente.

caliente

Guardamanos

de aportaci

I;I

282

Protección lateral

cristales protectores normalizados

Figura 3-627. Gafas de sotdador.

Figura 3-628. Botellas de gas protógidas contra calda.

Guantes conmanopla

Delantal de cuero

Pantalla

Vidr¡o protector

3.13.5 Prevención

PRECAUCIONES ENGAS


de accidentes

LA SOLDADURA POR FUSIÓN A

Asegurar las botellas contra caída. - Para tomar elgas, las botellas de acetileno no deben colocarse enposic¡ón horizontal. - Las botellas de gas se han deproteger contra los calentamientos intensos y contralas heladas. - Las botellas de oxígeno se han demantener limpias de aceite y grasa.Si hay escape de gas combustible se forman mezclasgaseosas explosivas. - Las faltas de estanqueidaden los tubos y en las conexiones se localizaránaplicando agua jabonosa con un pincel y se repararáninmediatamente. - Cuando se esté soldando hay quecuidar de que haya siempre buena renovación de airefresco.Ponerse las gafas protectoras normalizadas.Deben tener protecciónlateral para evitar que puedansaltar a los ojos partículas de escoria.Deben usarse zapatos de seguridad, ropa de trabajodiflcilmente inflamable y guantes protectores.Deben procurarse la colocación de pantallas en lazona de soldadura para proteger a otras personas delas salpicaduras y de las radiaciones.Debe vigilarse la zona de soldadura para que no hayaen ella n¡ en sus alrededores objetos inflamables(vigas de madera), si los hay deben protegerse o reti-rarlos. - Tener dispuestos aparatos extintores por sihacen falta.

PRECAUCIONES EN I.A SOLDADURA AL ARCO

Para la soldadura al arco a mano, la tensión en vaclo de los rec-tificadores y convertidores no debe pasar de 1OO V y la de los trans-formadores no debe pasar de 70 V. En la soldadura con corrientealterna en locales reducidos, la tensión en vacío se limitará a42Y.

Si sé tiene el cuerpo sudado o la ropa mojada por la lluvia. laresistencia eléctrica es escasa. El contacto de los electrodos puedeproducir una sacudida mortal si el soldador está sobre una base con-ductora que permita el retorno a la máquina.

No soldar nunca con dorriente eléctrica sin guantes. -La mesa de soldar debe estar conectada a tierra. - Elsoldador debe colocarse sobre madera o sobre una este-rilla de goma. - Al cambiar el cable de soldar deben des-con€ctarse los aparatos de soldadura.

Peligros del arco voltaicoLos ojos y la cara deben protegerse con una pantalla protectora o congafas. El arco voltaico emite rayos ultravioletas que producenquemaduras en la conjuntiva y en la córnea. Se producen quema-duras en la piel si el cuerpo no está protegido.

Delantal de cuero

Figura 3-629. Protección del cuerpo contralas radiaciones.

It Técnica de la fabricación

Peligros debidos a gases y vapores

El desprendimiento de gases de los electrodos y partículas de surevestimiento al quemarse es tan intenso que se neces¡ta una entra-da constante de aire fresco. La protección del aparato respiratorio delsoldador se consigue por medio de la extracción de los gases o porventilación (no debe usarse oxígeno de la botella).

Peligros debidos al calorLos metales al rojo, las escorias y sus salpicaduras ponen en peligroel entorno del puesto de soldadura.

Observación: los guantes, los delantales y la ropa protectorahecha con tejidos i impregnados: de cuero, protegen de las chispas,del calor y de las radiaciones. Para dar la vuelta o asir las piezasdeben usarse tenazas y dispositivos de sujeción adecuados. Los

-incendios incipientes pueden combatirse eficazmente con arena ocon extintores de polvo seco.

EjerciciosUnión por conformac¡ón

1. Explicar qué es la <unión por conformaciónr.2. Razona¡ por qué el roblonado o remachado es una unión con

ciene de fuerza o de forma.3. Determina¡ la longitud de un roblón.4. Comparar los diámetros de un roblón en bruto y de un roblón

colocado para los casos de remachado en frío y remachado encal¡ente.

5. lCómo se explica la solicitación de un roblón a esfuerzocorta nte?Operaciones que se realizan en el remachado.Citar y comparar diversas uniones remachadas.Explicar la importancia del material de los roblones enrelación con el peligro de corrosión.

9. Reglas para fijar la distancia entre roblones.10. ¿Oué se entiende por <distancia al cantor?1 1. Citar tres roblones especiales y dar ejemplos de aplicación.1 2. Causas de los defectos de ¡emachado.

Unión con pegamentos1 3. Comparar las ventajas e inconvenientes de la unión con pega-

mentos con la unión por soldadura.1 4. Explicar quó es la <resistencia flexocortanteD y (cortadura po.

tracc iónr.15. Explicar y comparar la distribución de tensiones en el

roblonado, la soldadura y el pegado.16. ¿Por qué aparecen la adherencia y la cohesión al pegar?17. ¿Oué importancia t¡ene la cohesión de un pegamento?18. Explicar la relación de la adherencia con la aspereza de la

superficie.'l 9. Razonar la importancia que tiene el tratam¡ento cuidadoso de

la superficie de las piezas antes de pegarlas.20. ¿Cómo se produce la unión con los pegamentos?21. ¿Oué influencias sobre la resistencia de la unión pegada

tienen la superficie rugosa o lisa y el pegamento muy viscosoo de escasa viscosidad? Dibujar y (azonar.

22. ¿Cómo se aplican los pegamentos?23. Explicar las diferencias entre pegamentos en frío y en

caliente.24. Explicar las diferencias entre los pegamentos de uno y dos

componentes,

283

Figura 3-63O. El circuito elóctrico se cierra a través delsuelo mojado y por la falta de guantes del soldador.¡Peligro de muerte!

25. ¿En qué formas pueden ser sol¡c¡tadas las uniones por pega-mento?

26. Comparar una unión con pegamento solicitada a tracción conla resistencia a tracción del acero (8. = 37O N/mmt).

27. Razonar porqué la solicitación a cizallamiento es laque actúade modo más favorable en una unión pegada.

Unión por soldadura blanda y fuerte

28. ¿En qué consiste la diferencia entre soldadura blanda yfuerte,pegado y soldadura?

29. Explicar las diferencias entre las fases mojado, fluencia, aglo-meración de la soldadura bla¡da y fuerte.

30. Citar las condiciones para una buena unión por soldadurablanda y fuerte.

31. lndicar las principales diferencias entre los metales de aporta-ción para una soldadura blanda y una soldadura fuefe.

32. ¿Pa¡a qué sirven los fundentes?33. ¿Por qué hay que limpiar de restos de fundente los puntos de

unión por soldadura blanda y fuerte?34. lndicar los defectos de la soldadura blanda y fuerte y sus

causas,35. lndicar las diferencias entre unión a tope, unión en T y unión a

solape.36. ¿Cómo se explica la escasa resistencia de la unión por solda-

dura blanda comparada con la de la soldadura fuerte?

Unión por soldadura

Fundamentos

/Oué se entiende po( (soldaD?¿Oué criterios sirven para la subdivisión de los procedimien-tos de soldadura?Razonar los cambios de resistencia del material en la zona desoldadura.Exponer las propiedades importantes del oxígeno y del ace-t¡leno.Explicar el objeto de la masa porosa contenida en las botellasde acetileno.¿Por qué se prefiere el acetileno como gas combustible para lasoldadura?

6.7.L

39.

40.

41 .

42

4647

4849

5253545556

284

43. No deben confundirse las conexiones para el gas combustibley para el oxlgeno. ¿Cómo se evita la confusión?

44. Éxpliiar cómo funciona la válvula reductora de presión para el

oxígeno.+S. ¿poi qué no se debe engrasar con grasa o aceite las uniones

ioscadas de las botellas de oxígeno?Explicar el principio del inyector en el soplete de soldar.lndicar la secuencia de trabajo para el encendido y regula-ción de la llama del soplete Y rczona( la forma de proceder.

Explicar zonas y temperaturas de la llama del soplete.Comparar los métodos de soldadura a izquierdas y a derechas.

Soldadura por fusión

50. Explicar el ci¡cuito eléctrico en la soldadura al arco.5'l . ¿Cómo se explica la .elevada temperatura de soldadura

obtenida con el arco?¿Oué función t¡ene el revest¡miento de un electrodo?Explicar las fases de la fusión de un electrodo.¿Oué factores influyen en la penetración?Explicar las reglas de trabaio para el proceso de soldadura.Explicar el <soplado> de un arco voltaico. Citar las medidasque hay que adoptar Para evitarlo.

57. ¿Con qué tipo de corriente se puede soldar y qué d¡sposit¡vosse necesitan en cada caso?

58. Explicar el principio de funcionamiento de un transformador'59. Comparar la soldadura al arco, a mano y la soldadura con gas

protector.60. Comparar los gases protectores inertes y activos.61. lndica¡ las diferencias entr€ los procedimientos de soldadura

WlG, MIG y MAG.

Figura 3-631. Textura del acero sin templar con menosde O,83% de ca¡bono, formada por ferrita y perl¡ta.

Pe¡lita


62. ¿Oué venta¡as tiene la soldadura WIG?63. Explicar en qué consiste un arco de plasma.

Soldadura a presión

64. Explicar la expresión <soldadura por resistenciar,65. Citar algunos ejemplos de aplicación de la soldadura por

resiste ncia.66. Comparar las soldaduras por puntos y por roldanas o rod¡llos.67. Explicar la soldadura a tope por chispas.

Soldadura de plásticos

Citar cuatro procedimientos para soldar plásticos.¿Oué t¡enen en común todos los proced¡mientos para soldarplásticos?

7O. ¿Cómo pueden soldarse entre sí los tubos de plástico?71. Hay que realizar los siguientes trabajos de soldadura: baldo-

sas de solado, grieta en un cubo, unir láminas de plásticocon junta estanca. ¿Oué proced¡mientos habría que aplicar?


72. Describir el puesto de trabajo para la soldadura por fusión a

gas.73. ¿Pueden estar en posición horizontal las botellas de acetileno

mientras se está soldando? Explicarlo.74. Explicar los fundamentos más importantes de la prevención

de accidentes en la soldadura eléctrica:a) peligrbs debidos a la corriente eléctrica,b) peligros debidos a las radiaciones,c) peligros debidos a los gases y vapores,d) peligros debidos a las quemaduras.

3.14 Modificación de las propiedadesde los materiales

3.14.1 Procedimientos de tratamiento térmico

MODIFICACIÓN DE LA TEXTURA DEL ACERO POR

CALENTAMIENTO

Cafentamiento del acero hasta 723"CFerrita - Cementita - Perlita

Es acero toda la aleación de hierro que no sea h¡erro bruto ohierro colado. La textura del acero está formada por cristalitas (verpág. 41). Hasta su calentamiento a723oC son posibles los siguientescomponentes de la textura:

Las partículas de hierro puro forman cristales cúbicos (hierro c).Cada cristal está formado por nueve iones de hierro y electroneslibres. Los cristales forman granos de ferrita.

El hierro y el carbono forman cristales de carburo de hierro (Fe3C).

Cuanto más carbono contenga el acero, mayor será la proporción deFe3C en la textura. En tecnología, el carburo de hierro se denominacement¡ta.

Los cristales de ferrita y los cristales de cementita forman unconglomerado (mezcla de cristales) que, en muchos casos, apareceen forma de bandas. Este conglomerado se denomina perlita.

Componentes de la textura

Al aumentar el contenido de carbono, en la textura del acero se

6869

il

'lI

itl

li

i

it! Ferrita (hierro c,

centrado en el cuerpo) Cement¡ta

Figura 3-632. La perlita está formada por cristales de fe-rr¡ta y de cement¡ta,

Ferrita - Cementita

lón

a

rI

D]


encuentran cristales puros de ferrita y un conglomerado de cristalesde ferrita y cementita, que es la perlita.

Con un 0,83 por ciento en masa de carbono, todos los cristalesde ferrita se han mezclado con cristales de cementita. Se hablaentonces de una composición eutectoide que tiene la temperatura detransformación más baia de todas las aleaciones de hierro y carbono.Tiene una textura finamente rayada que, lo mismo que la madreperla,está formada de laminillas finísimamente superpuestas. Se alternanuna capa de cristales de hierro con una capa de cristales de carburode hierro. Esta textura se denomina perlita.

En una textura con más del 0,83% de C, existen cristalessobrantes de carburo de hierro que no encuentran cristales dehierro para la formación de granos de perlita. Entonces se acumulanen forma de cáscara alrededor de los granos de perlita y se deno-minan carburo de cáscara. La textura está formada por perlita ycement¡ta. Al aumentar el contenido de C, estas cáscaras o coqui-llas de carburo de hierro se hacen cada vez más gruesas y alcanzan sumáximo espesor para un 2,06% de C. De esta manera, según elconten¡do de carbono, se distingue entre un acero subeutectoide(ferrita y perlita), con menos del O,83% de C, un acero eutectoide(perlita) con un O,83% de C y un acero supereutectoide (perlita ycementita) con más del O,83% de C.

Cafentamiento del acero por enc¡ma de los 723"CAl calentar un acero por encima de los 723oC, se produce unamodificación de su textura. Los átomos de carbono se desprenden delos cristales de carburo de hierro y se distribuyen uniformementeentre todos los cristales.

Al mismo tiempo se modifica la forma de la retícula cristalina quese hace cúbica centrada en las caras con 1 4 iones hierro. Esta texturacon <solución sólida> se denomina austenita. Si se sigue calen-tando, los granos cristalinos se hacen cada vez más gruesos.

Distintas formas de la texturaSi se tiene una textura perlítica pura con 0,83% de C, al calentar a latemperatura de 723"C todos los granos se convierten en textura deaustenita. Si el contenido de carbono es inferior a O,83%, sólo seconvierte en austenita la parte de perlita. La pane de ferritapermanece al principio en la textura como cristales de hierro. Setiene así una mezcla de austenita y ferrita.

Si el contenido de carbono es superior al O,83%, en torno a loscristales se han formado cáscaras duras de carburo de hierro. La tex-tura está formada por una mezcla de austenita y cementita. Losgranos no se transforman en austen¡ta más que a temperaturas máselevadas, por encima de la línea GSE del diagrama hierro-carbono(ver página 287). En este ¡ntervalo de temperatura, el acero estáformado por una textura uniforme de cr¡stales mixtos. Es resistente a

la corrosión. blando y no magnético, pero al enfriarse, se formanotros componentes de la textura.

Reconversión por enfr¡amiento lentoSi el enfriamiento es lento, vuelve a formarse la textura primitiva. Enla línea GSK, de los cristales centrados en las caras se forman cris-tales centrados en el cuerpo. En función del contenido de carbonopuede tratarse de granos de ferrita, de granos de perlita o de granosde cementita. Por debajo de los 723"C todos los átomos de carbonose han desprendido de la textura cristalina con centrado en las carasde la austeníta.

285

Perlita

Camenlita

Pieza

@ -+-Acero = Perlita + Cementita

(carburo de cáscara)

Figura 3-633. La textura del acero con más de O,83% decarbono, s¡n t6mplar, está formada por porl¡ta ycement¡ta.

f

FD

t @@ffiffiffiF€rrita Ferrita PerlitaO% C y perlita O,83% C

Perlita y cementita2,06% C

Aumenta la proporción Aumenta el espesor de lacáscara de cementitade perlita

Figura 3-634.acero.

Componentes parciales de la textura del

0 0,5 q83 %C 2,06

Figura 3-635. Calentam¡gnto de la textura del acero porencima de 723oC en el diagrama hier¡o-carbono.

Austenita

Carbono

Hierro

Carbono

de 723"C Austenita(hierro 7, centrado en las caras)

Figura 3-636. Textura perlítica dol ac€ro que seconvierte €n austenita al calentarlo por encima delos 723oC.

Calentamiento a más

de 723"C

I

--

286

Ferrita Perlita Perlitay cement¡ta

Figura 3-637. Retransformación de la texturaaustenítica.

H ierro

Carbono.

ación

(red cristalina con centrado (red cristalina con centradoen el cuerpo) en las caras)


Reconversión por enfr¡am¡ento rápidoSi el enfriamiento es rápido se impide la formación de perlita.Ciertamente, se produce un reabat¡miento de la centrada en las carasa la centrada en cuerpo, pero los átomos de carbono quedanretenidos en su sitio, el que habían tomado en la austenita. Sinembargo, como la red cristalina a centrada en el cuerpo es máspequeña que la 7 centrada en las caras, se deforma y se tensa a

causa del carbono forzado a permanecer en ellas. La consecuencia esuna textura dura, quebradiza y aciculada que se denomina marten-sita. El resultado es un acero endurecido, templado.

TEMPLE

Gracias a la modificación de las propiedades del material, con unacero fácilmente mecanizable se pueden fabricar piezas duras yresistentes al desgaste.

Se denomina temple a la austenitización, es decir, a ca-lentar el acero a la temperatura de temple y enfr¡arlo lue'go con rcpidez.

Por medio del temple se cons¡guen durezas cuyacuantía depende de la del conten¡do. de carbono.

El temple consiste en calentar al rojo y enfrrar rápidamente. Elcalentamiento de la pieza por encima de la línea GSK produce unatextura austenítica uniforme (austenitización). El enfriamiento sehace a gran velocidad con lo que se consigue una transformación dela textura aunque manten¡éndose el carbono én la red cristalina(formación de martensita).

La dureza del material depende esencialmente del contenido decarbono o de que hayan podido formarse suficientemente o nogranos de martensita duros y quebradizos. Los granos de ferrita sonmuy blandos, los granos de perlita con e|0,83% de C son semiduros ypoco tenaces y los granos de cementita muy duros.

lnstalaciones para el calentamientoSe utilizan hornos de templar u hornos de baño de fusión (baños desales en fusión) con exacta regulación de la temperatura.

Los hornos de baño de fusión t¡enen la ventaja de que norecalientan las piezas de paredes delgadas.

Enfriamiento bruscoAl eliminar rápidamente el calor, se forman cristales duros demartens¡ta. Esto no ocurre más que a partir de la <velocidad crítica deenfriamiento brusco>. El (punto martensíticoD es aquella tempera-tura para la cual comienza la transformación en las condicionesdadas.

El agua fría tiene un intenso efecto de enfriamiento; el aguacaliente enfría con más suavidad. Ambas son apropiadas para losaceros al carbono.

El aceite templa tanto más suavemente cuanto más espeso es:apropiado sólo para aceros de baja aleación. El aire es el que enfríacon más lentitud: apropiado para aceros de alta aleación. Medianteuna congelación intensa (-75'C a -18O"C) se logra la transforma-ción de ol¡o796 u 8% de la austenita residual que, en otros casos, esdel 1O% al 2O%.

Austen¡ta .---

Acerobon¡f¡cado Texturaperlft¡caC 45 con O.45% pura de un acerod€ carbono. La para herra-textura básica m¡entas conestá formada por O,83% de carbonoferr¡ta y perlitauniformementedistr¡buidas

Figura 3-638. Transformación de la texturaaustenítica en textura martensítica'

b-4

Enf riamie ntorápido

Martensita

La martensitatiene una lexturade finísimasaclculas Se tratade h¡erro 0 coninclus¡ones decarbono

Figura 3-639. Microfotografías de la textura(4O0 aumentos).

Martensita Austen ita


11t+7

1100

900

800

(700

oc.9Ee'=cU

I

Acero 'Acero suPereusubeutectoide 0,83 oAC

Punto dela martensita

Figura 3-640. Proceso do temple en el diagrama hierro-carbono.

La estructura uniforme de la martensita se logra forzadamente porel enfriamiento brusco y como estado forzado es poco estable. Conmuy poco calentamiento se descompone en ferrita y perlita y, si elconten¡do de carbono es mayor, en perlita y cementita.

Por medio del revenido se pretende hacer al acero más tenaz a

costa de su dureza.Con el temple aumenta la resistencia, pero también la fragilidad

del acero. Con el poster¡or calentamiento 2OOoC y 360'C, se pierde lamayor parte de la fragilidad y también parte de la dureza, aumen-tándose la tenacidad. Cuanto más elevada es la temperatura derevenido, menor es la dureza remanente, pero mayor la tenacidada lca nzada.

blanco- 2OO'C lnstrumentos de me-

amarillento dida, Cuchillas Paracortar Papel

lnfluencia de la velocidadde enfriamiento sobre la

textura de un acero eutectoide(no aleado, O,83% C)

muyduro

amarillopajrzo

220"C Escariadoras,fresas,sierras para metales

amarillo oro 230 "C Puntas trazadoras

pardo- 24O"C Herram¡entas para ta-amarillento llado de roscas, Pivo'

t€s y gorrones

rolo 260'C Brocas, herramientaspara punzonar, marti'llos.

Al aumentar la temperatura de reven¡do disminuyen ladureza, la resistencia a la tracción y el lím¡te de fluenciade un acero templado, mientras que aumentan el alar-gamiento y la resistenc¡a de resiliencia.

rojo púrpura 270'C Cinceles

280'C Formones,cortafríosfresas Para madera

azulobscuro

2gO'C Escoplos de canterfa,muelles

durote naz

azul claro 320'C Destorn¡lladoresCuchillos para áarni-ce¡ía

Para controlar la temperatura de revenido hay que observar loscolores que toma la pieza pulida (colores de oxidación). Cuando sealcanza el color deseado se debe enfriar inmediatamente (colores derevenido, ver tabla de la página 101 ).

En el revenido del exter¡or al interior, la pieza se calienta en unhorno o con la llama de un soplete.

En el revenido del inter¡or al exterior, el calentamiento se pro-duce por el calor remanente de la pieza. Para ello, al efectuar eltemple se enfría bruscamente una parte de la pieza, por ejemplo, elfilo de un cincel. El mango del cincel conserva aún el calor suficientepara calentar el filo hasta la temperatura de revenido.

azul-grisáceogís

340'C Hachas, azuelas360'C Estampas para forja,

herramientas para for-jar en frío

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Revenido

1200

1100

1000

OG! soo

ob 800o- _^-E ttJoF

600

500

0 0,2 0,/+ 0,6 0,8 1,0 1,2 1,\ 1,6 yo 2,0

Contenido de carbono

Figura 3-641. lntorvalos de temperatura de los proce-dimientos de recocido más importantes para los aceros alcarbono.


RECOCIDO DEL ACERO

Diversos métodos de recocidoRecocido de eliminación de tens¡ones internas: Entre 5OO'C y600'C, se eliminan'las tensiones internas originadas por la confor-mación en frío o en caliente (colores de recocido: ver tabla de coloresen la página OO).

Recocido de ablandamiento: Entre 680'C y 820"C (en los acerosaleados, temperatura más alta) se reduce la dureza de los aceros, porlo que éstos se pueden trabajar con mayor facilidad.

Normalizado: Según el contenido de C, por encima de la líneaGSK, entre 850"C y 95OoC en el diagrama hierro-carbono, se eliminala estructura demasiado gruesa del grano y origina una nueva,uniforme, de grano fino (<refinado>).

BONIFICADO DEL ACERO

Se trata de un tratamiento térmico compuesto para conseguirmayor tenacidad. Se utilizan los aceros según la Norma DIN 172OOcon 0,25 a0,6% de C, Se caracterizan por su gran pureza. Los acerosaleados se bonifican con m'ás frecuencia que los aceros al carbono.

Ante todo, las piezas se someten a un recocido normal (750 a

lOOO'C), luego se templan y se revienen. De esta manera se reduce,ciertamente, la dureza, pero la resistenc¡a a la tracción aumenta hasta1OO0 N/mm2 en los aceros al C y hasta 14OO N/mm2 en los acerosaleados. Se utiliza para piezas de máquinas sometidas a solic¡ta-ciones muy fuertes.

TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS METALES L]GEROS

TempleDeterminadas aleaciones de aluminio, por ejemplo ALCuMg oAlMgSi se someten a un tratam¡ento térmico para aumentar su resis-tencia y su dureza. Esta mejora de las propiedades, sólo es posible silas aleaciones contienen aditivos endurecedores, por ejemplo, Cu,Mg, Ni. El tratam¡ento se desarrolla en tres fases:1. Calentam¡ento al rojo, que según el tipo de aleación consiste en

amarillo claro

amarillo

amarillorrojizo

rojo claro

rojo cereza

roloscuro

pa rdoscuro

:intérias. y. ,no.:i'.-:. -.,i,..' -...

Recocido eliminar tensione


dejar la pieza durante varias horas a 5OO.C para disolver loscomponentes de la aleación.

2. Enfriamiento brusco, rápido y completo con agua.3. Almacenamiento (envejecimiento). El almacenamiento en frío es

un proceso de endurecimiento que se desarrolla a la temperaturaambiente en unas horas (como máximo, cinco días). Como loscambios de textura en el material no se manifiestan inmedia-tamente, como en el acero, las piezas pueden mecanizarse inme-diatamente después del enfriamiento. El proceso de endureci-m¡ento puede interrumpirse, después del enfriamiento brusco,mediante enfriamiento a baja temperatura (-2O"Cl.Una vez sacadas las piezas de la sala frigorífica tienen que me-

canizarse en el plazo de dos horas.El almacenam¡ento en caliente se hace a unos 1 7O"C durante

unas doce horas (envejecimiento artificial).

Recocido de ablandamientoEl calentamiento a 35OoC con subsiguiente enfriamiento al aire o enagua produce una disminución de la dureza y de la resistencia, peroaumenta el alargamiento. El recocido de ablandamiento es necbsa-rio después de la conformación en frío (laminado, embut¡ción, pren-sado).

TEMPLE EN CAPAS DE UNA PIEZA

En las piezas de las máquinas como engranajes, rodillos y cilin-dros, la capa superficial está sometida a desgaste por los movimien-tos de rodadura o de deslizamiento. Por esta razón, las capas exte-riores deben tener una gran dureza, mientras que el núcleo de lapieza debe conservar su tenacidad.

Temple en capas s¡n tratam¡ento previo

En el calentamiento sólo la capa exterior de la pieza alcanza la tem-peratura de temple. Con el enfriamiento rápido subsiguiente, en lacapa exterior se forma una textura martensítica. La condición nece-sarla es que se trate de un acero suscept¡ble de temple, con más delO,3% de C en masa.

Temple a la llama (flameado): Se utiliza en piezas voluminosas yen el temple de partes de una pieza. El calentamiento de la capa ex-terior se consigue con una llama de gas. La profundidad del templeal.canza de O,5 a 1O mm y puede regularse por medio de la tempera-tura de la llama y la duración del calentamiento.

En el temple por inducción se crea un campo magnético alternoaplicando una tensión alterna a una bobina; este campo induce en lapieza corrientes parásitas (corrientes de Foucault). Estas corrientesproducen un rápido aumento de la temperatura en la capa exterior dela pieza que se quiere templar. El procedimiento se utiliza preferen-temente para piezas previamente bonificadas. La profundidad detemple varía de O,2 a 50 mm. Las ventajas del procedimiento son:gran amplitud de variación de la profundidad del temple, escasa de-formación y que no se sobrecalienta la capa exterior.

Temple por capas con tratamiento previoEn los aceros con menos del 0,3% en masa de carbono, la transfor-

durante 5 días

G-AlSiMs 150 ..190 260 ..31 0

G-AlCuNi 200 ..220 230.. 270

Figura 3-642. Temple de las aleaciones de aluminio.

Figura 3-643. Temple a la llama (flameado), caso deendurecim¡ento anular para un eje,

Capa exterior Núcleo Campo magnético

500.c

100 0c

1000c

00i

289

Enfriamiento brusco/Envejecimiento artificial de 5 a 12 horas

Bobina de inducciónrefrigerada por agua

Tensién a

Circuito conductbr Piezagiratori acorriente alterna

alta frecuencia Rociador de agua

El temple por inducción y a la llama es un endurecimientol¡mitado a las capas externas de una pieza

Figura 3-6214. Calentam¡ento por in{ucción.

.' '

.-iento lagur"t

Tiempo-*

Agente de cementación

Espiralcalefactora

Espira I

ca lefactora

Amoníaco(NH')

Espiralca lefactora

Técnica de la fabricaciónmación en martensrta no produce nrngún aumento notable de ladureza. Con ayuda del carbono que penetra por difus¡ón se consi-gue, sin embargo, carburar suficientemente la capa exterior de laspiezas. El procedimiento se denomina endurecimiento por cemen-tación.

Se denomina cementación a la carburación de las p¡ezascon un tratamiento térmico ulterior que produce su en-durecimiento.

Las capas exteriores se enriquecen con carbono (carburación) ocon carbono y nitrógeno (carbonitrurac¡ón). Esto se consigue a tem-peraturas entre 8600C y 930'C con agentes de carburación sólidos,como el carbón vegetal o el negro de humo, con agentes líquidos,como los cianuros potásico o sódico, o con gases como el gas de lared o el metano. La profundidad de cementación varía entre O,O1 y 5mm. Por medio de un enfriamiento brusco ulterior se cons¡gue eltemple (formación de martensita) de la capa exter¡or carburada. Esventa.ioso que la profundidad de cementación sea un¡forme, inde-pendientemente de la forma de la pieza.

Temple por n¡truración

Se denomina nitruración al enriquecimiento o saturac¡ónde la zona superf¡cial de los aceros con nitrégeno.

Las piezas, calentadas a una temperatura de unos 550oC, sesometen a la acción de una corriente de gas que contenga nitró-geno (NH3: amoníaco). Eltemple se produce directamente por el ni-trógeno que penetra, sin ningún tratamiento térmico ulterior y gra-cias a la formación de nitruros de gran dureza y resistencia a la abra-sión (endurecimiento). Como aceros de nitruración se utilizan losaceros aleados con aluminio, cromo o vanadio, porque estos meta-les de aleación favorecen la penetración (difusión) del nitrógeno.Ventajas: gran dureza y gran resistencia a la abrasión, la dureza semantiene hasta los SOO"C, no se producen deformaciones, se mejo-ra la resistencia a la corrosión, la pieza se puede mecanizar total-mente antes de la nitruración.

Aceros aprop¡ados para el temple por capas

Aceros para temple a laDIN 17212. Ejemplos

( Propiedades garantizadas

llama y por inducción

en estado bonificado)

CajaHornO calentado

eléctricame nte

Figura 3-645. Cementación.

eléctricamente

Figura 3-646. Nitruración.

Salida de gasesresiduales

Espira I

ca lefa cto ra

cf 35cf 45cf 7038Cr441 CrMo 4

1 11831 11931 12491 70431 1223

620. . 760700..840740...880930 ..1130

10ao 1270

5.1

55605354

I Según el diámetro (pequeño ó = alta resistencia yviceversa).

-Técnica de la fabricación 291

Los aceros se caracterizan porque se pueden templar en la zonaexterior, cuando se encuentran en estado bonificado, mediante ca-lentamiento local y enfriamiento brusco, sin que se modifiquen sen-siblemente las propiedades de resistencia y tenacidad del núcleo.Son aceros finos no aleados y aleados.

Aceros para temple por nitruración. DIN 17211.Ejemplos

l39 CrMoV'13 9 'l 8523 80034 CrAlMo 5 1.8507 95041 CrAlMo 7 1 8509 950

1 300...1 500800. 1 000850...1 150

I Según el diámetro (@ pequeño = alta resistenciay viceversa).

Los aceros nitrurados contienen elementos formadores denitruros, por ejemplo, aluminio, cromo o vanadio. Se trata de ele-mentos de aleación contenidos en el hierro que se combinan con elnitrógeno, por ló que éste se disuelve en la masa principal o se segre-ga en forma de nitruros.

Aceros para cementaciónDIN 17210. Ejemplos(Propiedades garantizadas)

c10c15

Aceros finosck 10ck 1516 MnCr 518 CrNi 8

1 03011 0401

1 112'l1 11411.713',11.5920

90...126103...140

90. .126103. 140140...187170. .217

650... 800750 . 900

650 . 800750... 900

1 100 ..14001 250.. 1 500

I Según el diámetro (@ pequeño = alta resistenciay viceversa).

Se trata de aceros de construcción con relativamente bajo conte-nido de carbono, que pueden carburarse en la superficie. Los acerosfinos se distinguen de los aceros de calidad no sólo por el bajo con-tenido de fósforo y azufre, sino también por la uniformidad de suspropiedades.

Ejercicios

Modificación de las propiedades de los mater¡ales

1. Explicar las texturas de los aceros con un O,2% de C, un0,83% de C y un 1,5% de C a temperatura inferior a723"C.

2. ¿Oué propiedades tienen la ferrita, la perlita y la cementita?

¿Cómo se explica la dureza del acero al aumentar el conte-nido de carbono?¿Oué textura presenta el acero con 1,3% C si se calienta aunos 8O0"C y a unos 1 OOO'C?

3

4

Aceros de calidad

292

5. Un acero con el 0,6% de C se enfría lentamente desde los9OO'C. Explicar los cambios de la textura'

6. Hay que templar un acero con elO,7Y" de C. Explicar el pro-ceso de temple y dar las razones de su dureza.

7. Describir el aspecto de la textura martensítica.8. ¿Por qué en el temple la pieza se calienta unos 50 grados por

encima de la línea GSK?9. ¿Oué consecuencias tiene en el temple un calentamiento su-

perficial y demasiado ráPido?10. Explicar las diferencias entre el temple al agua, al aceite y al

alre.1 1. Describir el revenido de una pieza que tenga espesores dis-

ti ntos.'12. ¿Cuándo hay que pulir la pieza antes del revenido?13. ¿Cuándo hay que aplicar al acero un recocido para eliminar

tensiones ¡nternas, cuándo un recocido de ablandamiento y

cuándo uno normalizado?


14. Hay que someter a un recocido normal un acero con elO,7%de C. Determinar el intervalo de temperaturas.

1 5. ¿Cuál es el objeto del bonificado del acero?16. Explicar el objeto del temple de los metales ligeros y su

proceso.1 7. ¿Cuándo se someten los metales ligeros a un recocido de

ablandamiento?1 8. ¿Cuáles son las ventajas del temple por capas en compa-

ración con el temple prbfundo?19. Para el acero C 20 es apropiada la cementación, para el acero

34CrNiAl 84 lo es la nitruración. Razonar por qué.20. Comparar el temple a la llama con el temple por inducción.21. En un taller se espolvorean con polvos endurecedores (cia-

nuro potásico) los bulones o las cabezas de los tornillos ca-lientes, se calientan y se enfrían bruscamente en agua. Expli-car este método de temple..

22. ¿aué ventajas especiales t¡s.fle ¿l endurecimiento por nitru-ración?

NOn

|.7%

rde

pa-

)ero

,su 4 Técnica de control

4.1 Automatización de la fabricación

4.1.1 Control y regulación

GENERALIDADES

lln.:ia-Ga-pl¡-

!u-

Elemento Elementode mando

(reloi) (d¡stribuidor)

Elemento de accionamiento(motorl

Elementode ajust€

)

y control

Los fines de la automatización son: mayor precisión de trabajo yseguridad de funcionamiento, y acortamiento de los tiempos defabricación respecto de las máquinas controladas manualmente. Losciclos de trabajo se controlan y regulan mediante dispositivosespeciales de las máquinas.

ControlSe habla de control, o mando, cuando mediante un impulso secomienza. concluye o influye de cualquier otro modo en un ciclo detrabajo. En el caso de un control de horario el generador de impulsoses por ejemplo un reloj. Por medio de un distribudor puedeaprovecharse este impulso para realizar procesos de conmutación enpuntos diferentes de la instalación. En la figura 4-1 se expone comoejemplo el accionamiento de un interruptor que conecta un motoreléctrico. Los componentes de un sistema de control dispuestos enserie reciben el nombre de cadena de control o bucle abierto.

Descripción general de los componentes de una cadena de con-trol según la norma DIN 19 226:

Elementos de señal que entrsgan señales o bien impulsoscuando se dan magnitudes físicas determinadas (tiempo, temperatu-¡a, fue¡za, magnitud de medición, alteración de forma y otras).

Elementos de control que enlazan diferentes señales o pasa unaseñal a diferentes elementos de ajuste según leyes determinadas,

Elementos de ajuste que controlan el flujo de energía que va a loselementos de accionamiento qúe modifican el estado existente.

RegulaciónDurante la regulación se retroalimenta el informe de la modificaciónefectuada mediante el control al componente que origina esta modi-ficación. En la figura contigua el flotador informa sobre la altura delnivel del agua a la válvula. que se abre o cierra en función de dichonivel. Modificándose la magnitud gula puede ajustarse el nivel deagúa deseado. En los procesos de regulación se haba de circuitos deregulación o bucle cerrado a causa de la retroalimentac¡ón.

La técnica de regulación es el progreso esencial en automati-zación. Debido a la constante retroal¡mentación del estado real(altura del nivel del agua) se sigue regulando hasta que se logra elestado deseado (estado teóricealtura deseada del nivel del agua).

Compuerta

Contactor MotorAcoplam. Cilindro *Acoplam. émbolo

Motor

control (d€signaciones de los

Reloj D¡str¡bu¡dorlnt. de presión VálvulasTopes, levas Dist. barrasPalador límite

Figura 4-2. Cadena deaparatos que la integran).

Magn¡tudde regulación,lugar de medición

Magnitud guía

de maniobra

Magnitud de ajuste,

293

.-

=

Figura 4-3. lnstalación de regulación.

294Tramo regulación

Lugar deconducción

Lugar de

Figura 4-4. Circuito de regulaciónmentos por sus funciones).

Lugar de ajuste

(designación de ele-

Técnica de control

Con ayuda de los dispositivos de control y regulac¡ón puedenautomatizarse procesos de mecanización, de tal manera que muchasmáquinas-herramienta independientes dispuestas una tras otra,mecan¡cen una pieza, por ejemplo el bloque de un motor, en variosc¡entos de operaciones de trabajo. La mayoría de las operaciones secontrolan y algunas importantes se regulan. El sencillo proceso decopiado en un torno puede ya considerarse como ciclo de trabajocontrolado.

TlPOS DE CONTROL

Control por programaEn muchos casos se introducen en las máquinas ciclos de lrabajo sucesivosen foma de programas. Como podadores do programas se emplean discos del€vas, tambores de levas, topes limitadores, sistemas h¡dráulicos y neumá-licos. cuadros de distribuc¡ón elécF¡cos (denomin6dos disF¡buidores decoordenad6s), cintas perfor¿dás o cintas magnéticás Y meñorias de orden-n¿dor Según sean los sist€mas de elaboración de los programas, se distin-gue enlre programas horaa¡os, programes de recorr¡do y programas secuen-ciales

E

aE

uúioqF

oI

{oE

oI

!É

o-9-Etago'o=¡!

Cont.ol horar¡o

Se hobla de control hora-rio cuando el prograñadiscurre en func¡ón delti€mpo Es un caso queaponas se d¿ én lrsmáqu¡nas-herrami€ntaEste t¡po de conlrolha de émplears6, porejemplo, en ciclos au-tomáricos de procesos detret¡miento lérm¡co,tales como el recoc¡do,temple y otros, porqueeslos procesos que hacenvari6r las propigdEdes delmaterial, discura€n enlunción del iiempo

Control por rocorrido

En el control por recorri-do l¿ operación de trabaiofi¡ada en el progr¿ma nose inicia hósts que uncomponent€ determina-do de la ¡nstslac¡ón hehecho un cieno recorrido,previamenio tijado, du-rante la opgroc¡ón ante-tior Se emplea f.ecuen.lemente en máqu¡nas-he-rramienla

Control socuenc¡alEs un control secuenc¡alel coñinzo de la opera-c¡ón de trabajo no t¡€nelugar hástá que conclu-ye la pagcedente del mo-do deseado, por e¡emplo,con la precisión necesa-riá Actu6lmente se gm-plea mucho en máqu¡na-h6rramienta Frecuente-mente son neceseriosdispos¡i¡vos de regula.c¡ón plra conFolar elestado reál

Lá herramienta, al volvera su po5¡ción de psnidaprovocr sl sigu¡ente p¡sode progroma s ravé6 deinteruptores de t¡nde ca(era y pan€l declaviias,

Un rod¡llo prcv¡sto delevas do cambio av¡nz¿y provoc¡ la conti-nuación del progrsmecuando ha concluldo unaoperación de trabajo.

Con ayuda del control numórico pued€n mandarse a lravés de c¡nlas perlo.adas, tar¡otas peforad¿s, cintas m¡gnétic¿s o memor¡as de ordonedor,t6nto program¿s dependientos del tiempo y del recorrido como programss!€cuenc¡ale9, €r decii d€pend¡€nles de un ciclo L¿ d¡lerencis ertr¡ba en lalorma en que es provocado €l sigu¡ente p¿so de progaáma, es decir€n funciónd6 un dato d€ t¡€mpo, do un recorido teór¡co o de una operaciónd. tEb¿io rg¿l¡zada

medición

En el conlrol por guía 6xis-te s¡eñpr6, €n régimen €s-leble, una clare relaciónentre ol €lomento de séñal{magnitúdos guía} y elelemenlos de acciona-mionto {magnitud€s desalida) de una caden6 d6control, aunque haya otroselementos intercalados,por e¡emplo ampl¡f¡cadoresde fuerza

En lo que se refier€ e

las máqu¡nss-herrami6n-tá, el copiado en torno yel cop¡edo en tresadorason ejemplos lípicos decontrol por guia El pslpa-dor y las herram¡entas es-tán en clára rel¿ción

Levas l¡mitadoras de re-corrido actúgn sobre aco.pl¿m¡entos mecánicos ¡través d€ v6rilla¡es,por eiemplo, para marchsá dereches o izquierdas ypará avancs ráp¡do ylento

Copiado m6diante uniónmecánicá d¡rect¿ entrg p¿l-pador y ho16mients

Control de un proceso derecocido o de irstsmientotérmico dependiente delt¡ompo, ¿ Fsvés d€ discosde lqvas que g¡ran a

vgloc¡dad constsnte

Copiado en lorno ofresedo-rE por modio de sensoreseléctricor, Conrol d€ l6luminosidEd mediant€ undispositivo d€ iluminóción,sobre el vslor de lum¡nosi-dad de l¿ sala

Control de una ¡nst¿la-ción de señales descu€rdo con un horario,y m¿diante el émpleo deun roloj y contactos eléc-u¡cos a¡ustables. llnste-laciones de t¡mbres,anuncios luminoóos)

fopes lim¡!€doros de re.corrido mandan los pasosde program6 predetermi-nados a travás de con-t6ctos eléct¡icos

Copiado on lorno conaparato copiador h¡d.áu-lico Lo3 impulsos dsl psl-pador se tr6nsmit€n y am-pl¡f¡can hidrául¡cament€

Conlrol de la suc€grón deun progr¿ma en func¡óndel t¡empo ñed¡.nteajust€ del caudal d6 pasod€ ace¡te por m€d¡o deválvulas estrsngúla-dorss lcaja automát¡cacoD m.ndo hidráulico enautomóviles)

Topes l¡m¡tadores derccorr¡do accioñan vál-vul¿s distr¡buidoras oleo.hidráulicás o neumá-máticas qúg ¿ su vezorDinan los cores-pondie¡¡es procesos de

Técnica de control

CONTROL POR GUíA

Control por guía mecánicoDurante el avance continuo del carro se guía un palpador (elementotransmisor de señal) a lo largo de una plantilla o de una pieza demuestra. Debido a la unión rígida entre el palpadory la herramienta,ésta se ve obligada a describir la misma trayectoria, conformandocon ello la pieza correspondientemente a la plantilla. El palpador hade apretarse contra la plantilla con la fuerza de reacción de la herra-mienta.

Control por guía eléctrico'ambién en este caso se mueve el carro a velocidad constante.

Cuando el palpador no toca la plantilla, los contactos Kl de la caja delpalpador están cerrados. A través del relé (elemento de control) y delcont¿ctor (elemento de ajuste), se acciona el acoplamiento Kl, demanera que el motor mueve el carro portaherramienta hacia la pieza,hasta que el palpador toca la plantilla. Con esto se cierran los con-tactos Kll, y el motor hace retroceder el carro hasta que el palpadorsesepara de la plantilla.

Control por guía hidráulicoDurante el avance continuo del carro el palpador es guiado en la plan-tilla. Al encontrar variaciones de forma el palpador, por medio de supalanca angular hace que se desplace el émbolo de la válvuladireccional, o distribuidor 4/2. En la página 319 se explica laconstrucción y funcionamiento de dicha válvula. Esta distribuye lacorriente de aceite a presión que viene de la bomba de aceite, bien a

la superficie anter¡or del émbolo o a la posterior, de manera que elcarro portaherramienta, con la herramienta, ejecute un movimientohacia el centro de la pieza de trabajo o apartándose de ésta. Debido ala posición oblícua del dispositivo copiador (generalmente 60')pueden realizarse chaflanes en el lado izquierdo y superficies planasen el lado derecho. Estos dispositivos copiadores hidráulicos puedenmontarse como equipo completo en tornos existentes. Ofrecen laventaja de una precisión de copiado relativamente alta. En lugar deplantillas pueden también sujetarse entre puntos piezas de muestra(denominadas también frecuentemente piezas patrón) para quesirvan de elemento de señal durante este control. Esto es válidotambién para el control por guía eléctrico y electrohidráulico.

Control por guía electrohidráulicoEn este tipo de instalación la forma de la plantilla se palpa con ayudade un palpador eléctrico. Los impulsos se amplifican electrónica-mente. El electroimán alimentado con esta corriente hace que enfracciones de segundo el distribuidor oleohidráulico ejecute unrecorrido de mando suficiente para que se alimente inmediatamenteal émbolo hidráulico con una fuerté corriente de aceite. Debido a loscortos tiempos de conmutación, se consigue una precisión decopiado muy alta.

Husillo de rosca fina

Figura 4-5. Control por guía eléctrico.

Válvula

295

Palpadoreléctrico

=24V

r direccional 4/2eomua \\Z1i - Palpador sobre Palanca

plantilla acodada

Carroporta h erramienta

Figura 4-6. Control por guía hid¡áulico.

Pant a

Relé

Avance

Figura 4-7. Control por guía electroh¡drául¡co.

296

Tambor de levas Tambor de levasTambor de levaspara avance del

carro revólverpara avanee

materia I

Carro del cabezalrevólver

H e rra m ie ntas

Figura zt-8. Torno automático mandado por tambores delevas.

Figura 4-9. Ca¡ro revólver mandado por disco de levas enun torno automático.

Figura 4-10. lnstalación de avance neumática concontrol de velocidad oleohidráulico.

Técnica de control

CONTROL POR PROGRAMA

Control por programa mecánicoLos tornos completamente automáticos o semiautomát¡cos secontrolan frecuentemente con ayuda de tambores de levas o discosde levas. En uno o var¡os portaherramientas, torreta de torno,revólver o cabezal de estrella- están sujetas las herramientas detornear necesarias para la fabricación, así como escariadores, brocas,avellanadores, brocas de centrar o cabezales roscadores. Los tambo-res de levas o discos de levas, que g¡ran a velocidad constante,controlan (generalmente por recorrido) la disposición de lasherramientas, cambiando o haciendo girar el portaherramientas ymoviendo a continuación el carro y el portaherramientas hacia lapieza de trabajo a la velocidad de a.vance correcta. En los tornos total'mente automáticos, que trabajan generalmente con material enbarras, también se ejecutan mediante el control el avance delmaterial, la sujeción y el tronzado. El inconveniente de estasmáquinas es el tiempo de preparación, relativamente largo, duranteel cual la máquina no produce. Pueden hacer falta varios días paraposicionar todas las levas y ajustar con precisión todas las herra-mientas. Es necesario vigilar constantemente y controlar lasmedidas de las piezas de trabajo a causa del desgaste de las herra-mientas. Las máquinas de este tipo sólo son rentables cuando setrata de fabricar un gran número de piezas.

Cont¡ol por programa hidroneumáticoLos controles hidráulicos, neumáticos o combinados se emplean fre-cuentemente para movimientos de avance, por ejemplo en máquinasrectificadoras, a causa de su suavidad de marcha y su regulabilidadsin escalonamiento. Según la forma de generarse los impulsos, loscontroles de este tipo pueden trabajar como controles horar¡os, porrecorrido o secuenciales. En la figura 4-10 el émbolo princlpal(cilindro hidráulico) se acciona mediante aire comprimido suministra-do por la tubería correspondiente. Para la regulación de las diferentesvelocidades durante el recorrido en marcha rápida E y el recorrido deavance V, hay un cilindro hidráulico con émbolo dispuesto detrás.Durante la marcha rápida el aceite fluye sin impedimento desde lacámara derecha del cilindro, que se va reduciendo al moverse elémbolo, a través de la válvula V4, a la cámara izquierda, que se vaagrandando. Si al final del recorrido de marcha rápida se conmuta laválvula V4, el poco paso de aceite en la válvula estranguladora Dorigina una disminución de la velocidad del émbolo. Las dos válvub(V1 y V2) que hay en los puntos finales del recorrido delconmutan la válvula V3 y envían por ésta el aire comprimido dedetrás del émbolo principal.

Control por programa eléctricoLas máquinas fresadoras suelen estar provistas de un equipo decontrol eléctrico. El programa de control se divide en dos sistemas dememoria. Las longitudes de los movimientos se fijan o bien sememorizan mediante el ajuste de topes montados sobre regletasdispuestas en las direcciones de movimiento de la mesa. Mediantedichos topes se determina al cabo de qué recorrido, es decir,

Disco de levas para elavance del carro revólver

Técnica de control

Ranura Movim¡ento longitudinal de la mesa

1 E1 = interruptor fin de carrera 1

2 E2 = interruptor fin de carrera 23 E3 = interruptor fin de carrera 3

4 E4 = interruptor fin de carrera 45 Avance hacia la derecha6 A. rápido hacia la derecha7 Avance hacia la izquierda8 A. rápido hacia la izquierda

Movimiento transversal de la mesa5 Avance hacia adelante6 A. rápido hacia adelante7 Avance hacia atrás8 A. rápido hacia atrás

Movimiento vertical de la mesa5 Avance hacia abajo6 A. rápido hacia abajo7 Avance hacia arriba8 A. rápido hacia arriba

+-Regleta de topes de 8 ranuraspara el movim¡ento vertical de la mesa

297

Lado delantero de la máquinaRegleta de topes de 8 ranuras para elmovimiento longitudinal de la mesa

------Avance rápido de la mesaAvance de la mesaRegleta de topes de 8 ranuras para elmovimiento transversal de la mesa

Figura 4-12. Panel de clavijas (d¡str¡buidor debarras cruzadas o de coordenadas).

8I

Figura 4-1 1. Regletas de topes y plan de trabajo de unafresadora de consola.

(cuándoD debe entregarse el nuevo impulso de conmutación. Esteimpulso pasa luego por un panel de clavijas eléctrico o un aparato decinta perforada. Desde allí se transmite al elementos de acciona-miento correspondiente, por ejemplo el motor de avance o el acc¡o-namiento de la fresa. Con esto se determina el lugar <donde> ha desurtir efecto el impulso.

Acción conjunta de los topes y el panel de clavijasLa pieza de trabajo se mecaniza, por ejemplo, en las operaciones detrabajo 1 a 10. Al comenzar el trabajo de fresado se fija el cicloprogramado en la fila 1 del panel de clavijas, en la que hay colocadauna clavija en (fresa hacia la derechar, una clavija en (mesa hacia laderecha> y una clavija en (interruptorfinal de carrera E2r. Tan prontocomo la mesa pasa sobre el interruptorfin de carrera E2, se pasa a lasiguiente fila de programa del panel de clavijas. En esta segunda fila

Posición,de origenoo

oaor

I-g.ryogL

aaaaata¡ia

1

a

ta

6

0

,tIr

tr¡Seleeción de la lase

trl.on.,fJ"...

Programa

c'^f]"*grAjusta r

..n.S""";

APPOLO - 14

I

298'

Figura 4-13. D¡st¡¡bu¡dor de barras c¡uzadaso de coordenadas.

Técnica de control

hay clavijas en los agujeros (fresa hacia la derechar, (carro trans-versal hacia delanter e (interruptorfin de carrera E2>. Po¡ lo tanto, lamesa se mueve hacia adelante tal y como está representado en elprograma del ciclo, hasta que el ¡nterruptor de fin de carrera E2 de laregleta de topes detiene el movimiento transversal y demanda lasiguiente fila de programa. En la fila de programa 3 hay clavijas en<fresa hacia la derechar <consola hacia arriba> hasta <E2r de laregleta de topes para el movimiento vertical. Es indiferente cuál delas cuatro clavijas de interruptor de fin de carrera se coloque, Comoevidencia la figura 4-11, la mesa con la pieza de trabajo semueve a diferentes velocidades. La conmutación de <avance rápidola (avance de fresado> y de nuevo a <avande rápidor y (avance defresado> en la pasada de trabajo 1 , tiene lugar mediante topessituados en las ranuras 5 y 6 de la regleta de topes para el movi.miento longitudinal de la mesa.

Constitución del panel de clavijas(distribuidor dé coordenadas)Detrás del tablero que lleva los agujeros y las inscripciones haydispuestas barras de contacto en cruz y aisladas unas de otras.Cuando se pone una clavija, ésta enlaza en cada caso una barrahorizontal con una vertical.

La representación (fig.4-13) muestra las barras en cruz con dosclavijas, que establecen los dos circuitos ly ll, El circuito I hace que lafresa marche a derechas y el circuito ll hace que el avance de la mesase efectúe hacia la derecha.

Cada barra horizontal corresponde a una f¡la en el panel declavijas y al mismo tiempo a una operación de trabajo en el ciclo. Deeste modo el panel de clavijas representado hace posible la pro-gramación de un trabajo de fresado con 10 operaciones.

Acción conjunta de topes y c¡nta perforadaTambién en este caso los topes colocados como interruptores de finde carrera demandan las combinaciones de maniobra memorizadasen la cinta perforada, haciéndose ésta saltar una f¡la. Unos punzoness.ensitivos del aparato lector de cinta perforada efectúan los corres-pond¡entes contactos a través de las perforaciones de la cinta. En el

Mesa y consola Programa Pista de topes

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Fresas

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Figura 4-14. Lector de cinta perforada.

Figura 4-15. Cinta perforada.

Técnica de control

ejemplo representado (fig. 4-1 5) en el paso de conmutación 1 el avan-ce de la mesa se conmuta a marcha a la izquierda (posición 4) y en mar-cha rápida (posición 1 1) hasta el interruptor de fin de carrera 1 (posFción 1 6|. En el paso de conmutación 2 el accionamiento de la fresa seconmuta a marcha a derechas (posición 1! y la mesa se levanta(posición 9) hasta que el interruptor de fin de carrera 2 (posición 17)cambia al siguiente paso de conmutación etc. El panel de clavijas, deconstrucción sencilla y de funcionamiento muy seguro, tiene unllmite de empleo de aproximadament€ 30 a 40 pasos de conmuta'ción. Los programas una vez elaborados pueden almacenarse paracasos de repetic¡ón, con ayuda de una máscara en el panel declavijas, para lo cual basta frecuentemente un trozo de cartón en elque se perforan los agujeros del programa. La cinta perforada tiene laventaja de que el número de pasos de conmutación es práctica'mente ilimitado. pero el aparato lector ha de mantenerse perfecta'mente en orden con el fin de que no falle ningún contacto, lo quepodrla dar lugar a graves dañoS en las máquinas.

4.1.2 Control numér¡co

CONTROL NC

En el caso de control para lageneración de trayector¡as

Circuito de regulación

Figura 4-16. Flujo de datos de un tornonumóricamente.

Transmisor lor real z

Sistema de controlSe entiende por control numérico el control mediante números; esdecir el almacenamiento de impulsos de control se efectúa en formade números. El principio de este control puede verse en el diagramade flujo de información arriba representado. A partir de las fuentes deinformación, tales como dibujo técnico, plan de trabajo y datos

299

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Figura 4-17. Plano de la pieza.

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Técnica de control

técnicos, se elabora en la oficina de programación, con ayuda de lasinstrucciones correspond¡entes. un soporte de información (almace-namiento en cinta perforada) y un plan de herramientas. En un depar-tamento de preparación de herramientas se disponen, según esteplan, las necesarias para la mecanización prevista, de forma quepuedan cambiarse, ya sea a mano o automáticamente desde uncassette de herramientas. Las herramientas vienen exactamenteajustadas en sus portaherramientas. No ha de ser necesarioalinearlas ni ajustarlas. Las cintas perforadas y las cassettes de herra-mientas se suministran a la máquina listas para su uso. En sólo unospocos minutos está insertada la cinta perforada, colocada la cassettede herramierÍtasysujeta la nueva pieza en bruto. Con esto la máquinaqueda dispuesta para el trabajo sin que sean necesarios largostiempos de parada para alinear las herramientas, introducir el progra-ma, situar los topes limitadores de recorrido y realizar pruebas.

Dado que la ventaja de estas máquinas reside en los cortostiempos de preparación en los cambios, son especialmente apropia-das para series pequeñas hasta medianas. La preparación del ciclo detrabajo se hace pues fuera de la máquina, concretamente en la oficinade programación y en el taller de preparación de herramientas. Estapreparación recibe el nombre de pretratamiento de datos externo.

Una vez insertada la cinta perforada, un aparato lector toma losdatos, los memoriza y los entrega al procesador de acuerdo con lasnecesidades. Allí se transforman en datos de maniobra para númerosde revolucioneg y magnitudes de avance, y en valores teóricos deposición (indicaciones de desplazamiento) para los tramos demovimiento de los carros en las direcciones z = movimiento longitu-dinal x = movimiento transversal. Los datos de maniobra van a loselementos de ajuste que hay en el mecanismo principal y en el deava nce.

Los valores teóricos de posición van a los elementos de ajustepara desplazamiento longitudinal y transversal una vez han pasadopor el comparador de valores teórico y real. El transmisor de valor realrealimenta constantemente la cota real alcanzada en cada instante alcomparador de valores teórico y real, que acciona los elementos deajuste hasta que la cota real realimentada coincide con la teóricaprescrita por el programa. En este caso tiene lugar, pues, un proce-so de regulación.

En el caso de que debe tornearse una pieza de forma esférica, elprocesador de datos entrega al interpolador (ordenador electrónico)los datos necesarios para esta forma, tales como recorridox máximoy recorrido z máximo, así como el radio de la esfera. El interpoladorcalcula, según un programa de cálculo almacenado previamente paraestos casos, los movimientos de los carros en función del tiempo(simultáneos) en las direcciones x y z y los devuelve al procesador.

Fuentes de informaciónLos programadores utilizan como fuentes de información los datosreferentes a la forma y tamaño de la pieza a fabricar (planolr al ciclode trabajo (plan de trabajo), a los valores de mecanización, talescomo velocidad de corte, avance y similares (datos técnicos), y lasinstrucciones de programación necesarias para cada máquina y paracada sistema de control numérico. El programador t¡ene que simularteóricamente en la oficina de programación todo el ciclo de trabajo yprogramar en el dispositivo o de memoria de datos una orden (dato)correspondiente para cada actividad de la máquina, incluso la máspequeña e insignificante en apariencia. Ahora ya no es el operarioespecializado quien decide el número de revoluciones que se ha deajustar, o cuándo ha de entrar en funciónamiento la refrigeración,sino que estas decisiones se han tomado en la oficina deprogramación, y en algunas circunstancias mucho tiempo antes de

Figura 4-18. Plan de trabajo para la pieza.

HOJA DE PROGRAMAPieza Plano número

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Cinta perfora a -exto comorensiblrOico.9

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Figura 4-19. Hoja de programa.

que comience la fabricación de la pieza. A partirdel plano, el plan detrabajo convenc¡onal y la colección de datos tecnicos, se diseña unplano de trabajo que descompone la mecanización en distintospasos (órdenes). Cada paso de trabajo está determ¡nado por un nú-mero de orden (sentencias) por la dirección de movimiento x o z obien x y z, por las longitudes de los movimientos, las magnitudes deavance, el número de revoluciones y las funciones auxiliares, porejemplo la lubricación refrigerante.

Para dibujar un plano de trabajo se emplean máquinas de progra-mación construidas una trazadora de dibujos, pero que en lugar delcabezal de dibujo llevan plantillas de las cuchillas o de las herramien-tas. Con estas plantillas se simula el ciclo de trabajo pasándolas porla pieza. En la máquina pueden luego leerse las longitudes de losdiferentes movimientos y el número de pasos. Los resultados delplano de trabajo se pasan a mano como texto comprensible y a unahoja de programa como texto cod¡f¡cado.

Para confeccionar la cinta perforada se introduce esta hoja deprograma en una máquina perforadora. Cuando se pasa lo escrito enla hoja de programación a la cinta perfoiada, se escribe simultánea-mente el segundo rbnglón y cuando se prueba la cinta perforada lamáquina escribe el tercer renglón en la hoja de programa.Comparando los tres renglones, que son consecutivos, pueden de-terminarse fácilmente los errores de escritura o de transcripción.

Dispositivos de datosPueden ser tarjetas perforadas, cintas perforadas y bandas magnéti-cas. Las cintas perforadas son las más acreditadas, ya que las tarje-tas se manejan peor y las bandas magnéticas no pueden leersevisualmente. Hay cintas perforadas de cinco y de ocho canales. Lasúltimas pueden alojar más datos y tienen un código de número par oun código impar. El código 8B-VDI 3259 es de número impar, esdecir, cada combinación de agujeros consta de un número impar de

302

Figura 4-2O.

C¡nta perforada de 8 canales. Valoración

Técnica de control

Figura 4-21, Cinta perforada.

q¿ I

éstos. Mediante las diferentes comb¡naciones de agujeros puedenrepresentarse de forma inequívoca todas las cifras, todas las letrasdel alfabeto, y gran número de otros signos. En el borde inferior deldibujo contiguo están representados los valores de los canales. Elcanal n.o 1 tiene el valor 1, el canal n.o 2 el valor 2, el canal n." 3 elvalor4 y el canal n.o 4 el valor 8. La cifra 9 se forma por lo tanto conun agujero del canal 4 (valor 8) y uno del canal 1 (valor 1 ). El agujerodel canal 5 de la misma línea tiene como único cometido aumentar elnúmero de agujeros a uno impar.

La cifra 7 se representa por medio de un agujero en el canal 3(valor 4), uno en el canal 2 (valor 2) y uno en el banal 1 (valor 1).

La figura cont¡gua muestra un trozo de la cinta perforada corres-pond¡ente al ejemplo práctico de trabajo anteriormente mencionado.Comienza con un agujero en el canal4 que significa cambio de línea.Luego sigue el nuevo número de orden con dos veces 0 y la cifra 6. Acontinuación las cinco perforaciones para el tabulador, lo cual signi-fica parada o atención, y sigue un nuevo valor. La siguiente infor-mación comienza con el signo x. La máquina dará pues todos losdemás datos al elemento de ajuste para la coordenada x. Sigue lamedida codificada para el desplazamiento del carro transversal en la

Significado según la normaVDI 3259, párrafo 3

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876 5t+ 121Camh¡o de línoa

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TabuladorCooidenada X

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TabuladorFunción auxiliar

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Ta bu ladorEtc.

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Técnica de control

dirección de la coordenada x. A continuación nuevamente el signo detabulador. Sigue la velocidad de avance. Esta información se entregacomo información de maniobra al mecanismo de avance. El númerode revoluciones que figura a continuación, va como información demaniobra al mecanismo principal. El signo de herramienta 01demanda la herramienta correspondiente de la cassette deherramientas, o en el caso de que las herramientas se cambien amano, se ilumina el número de herramienta de forma bien visible paraque el operario ponga la herramienta correspondiente en la máquina,Mediante el dato <funciones auxiliaresr 01, entra por ejemplo lalubricación refrigerante de la máquina. Después de los signosntabuladonr y (cambio de línea> comienza la orden número O07.

Determinación del valor real (Medición del desplazamiento)En el control numérico se introducen valores teóricos para laposición. Los valores de posición reales han de compararse constan-temente con los teóricos, para lo cual se necesitan aparatos que leanel valor real exacto y lo transmitan al comparador de valores teó-ricos y reales.

Medición comparat¡va(Medición analógica del desplazamiento)

Un cursor fijado al carro toma de un hilo de resistencia una tensiónque es proporcional al desplazamiento efectuado. Esta tensión to-mada (valor real), se compara con una tensión produc¡da medianteconexión de determinadas resistencias (valor teórico). En la figura seha fijado el valor 4 como valor teórico 4.

En la práctica se emplean generalmente tres de estas conexionesen puente, una para el ajuste basto, otra para ajuste de exactitudmediana y la tercera para el ajuste fino.

Medición indicadora del incremento(Medición digital del desplazamiento)

Una regleta graduada de vidrio lleva dispuestos alternat¡vamen-te campos claros y oscuros de longitud determinada, por ejemplo1/100 mm. Una célula fotoeléctrica unida al carro explora la regletagraduada y entrega un impulso al mecanismo contador con cadacambio de campo. El estado del contador corresponde al valor realdel desplazamiento efectuado.

Medición indicadora de valores absolutos(Medición digital-absoluta del desplazamiento)

Varias células fotoeléctricas exploran una regleta graduada de variaspistas. Cada longitud corresponde a una combinación de camposdeterminada, que luego se transforma en un valor de medición (valorreal) en el apartado indicador.

Clases de control numér¡coControl punto a punto

En el control punto a punto, empleado sobre todo en máquinas detaladrar, sólo tiene importancia el punto final de cada proceso decontrol, no el modo en que se han efectuado ambos desplaza-mientos (por ej., y = 50 y x = 30), es decir sucesivamente o simul-táneamente.

El arranque de viruta no comienza hasta que no se alcanza elpunto de control.

303

Figura 4-22. Sistema de medición comparativo.

Figura 4-23. Sistema de medición que indicael incremento.

Figura 4-24. Sistema de medición que indica valoresabsolutos.

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..........-11

304

Figura 4-25. Control punto a punto, control para elseguimiento de trayectorias y control para la generaciónde trayectorias.

Técnica de contm)

Control para el seguimiento de trayectorias

En este caso el desplazamiento se efectúa siempre en una sola direc-ción, o sea en la dirección x o en la dirección z. Sólo en algunoscasos excepcionales se efectúa simultáneamente un desplazamientoen ambas direcciones, obteniéndose mediante ello, y con velocidadconstante, chaflanes o bien gargantas a 45o. El orden y longitud de losdesplazamientos en los ejes x y z producen la forma deseada de lapieza. La pieza se mecan¡za durante los movimientos de desplaza-m¡ento.

Control para la generación de trayectorias

En este caso se mecanizan formas complicadas en las piezasmediante desplazamiento simultáneo en dos o también tres direc-ciones. Las velocidades a que deben efectuarse los desplazamien-tos s¡multáneos en las diferentes direcciones, por ejemplo, parafresar una forma elíptica, han de determinarse por medio de unordenador electrónico (interpolador). Las máquinas con control parageneración de trayectorias son más versátiles que las de controlpunto a punto o control para seguimiento de trayectorias.

CONTROL CNC

CNC =- gompüt¿i¡ied rnr¡rhéii6al,,:,r eot¡trél ' 9i controlnumérico med¡a-te ordenador : :' :t',, :: ::

Diferencia entre la técnica NC y la técnica CNCEn la técnica NC descrita en las páginas anteriores los progra-madores elaboran en la oficina de preparación de trabajo un d¡spos¡-tivo de datos. Dicho dispositivo generalmente una cinta perforada,cont¡ene todas las informaóiones u órdenes para la máquina, nece-sarias para la mecanización de una pieza, en forma de combina-ciones de números, Cuando se programan formas difíciles o procesosde fabricación extensos, se utiiza un ordenador para las operacionesde cálculo y para almacenar y entregar partes del programa que serepiten con frecuencia. El ordenador sólo tiene en este caso una fun-ción auxiliar; no es absolutamente necesario. La cinta perforada ter-m¡nada (dispositivo de datos) se introduce en el aparato lector de lamáquina herramienta y obl¡ga a ésta a ejecutar los posicionam¡entosy movimientos necesarios. Para obtener la precisión de forma ymedida deseada, las herramientas han de ajustarse previamente enun departamento especial.

En la técnica NC apoyada por ordenador (técnica CNC) el progra-ma de control es elaborado para la máquina en la máquina misma. Seestablece un diálogo (conversación) entre el operario, por ejemplo eltornero. y un ordenador incorporado en la máquina. El medio de com-prensión es un cuadro de maniobra de entrada manual que hay en lamáquina. Dado que un programa de control consta de órdenes paraoperaciones que se repiten siempre, por ejemplo roscar. y de lasmagnitudes variables de las roscas, resulta que cuando se elabora unprograma de control está ya predeterminada la división del trabajo,es decir lo que ha de realizar el operario y lo que recae en elordenador.

División del trabajo y diálogoA continuación se describe un ejemplo en un torno.

Ejemplo de roscar: El operario da la orden (roscar> pulsando latecla correspondiente en el cuadro de servicio. El ordenador hace

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Punto origeryy punto cero

Confección de las Portador deinformaciones datos

DibujoProgramador

Oficina deprogramac ión(preparación del trabajo)

Ajuste previode la herramienta HG = mecanismo principal

VG = mecanismo de avance

Figurá 4-26. Esquema funcional de un control NC.Dibujo con la forma y dimensiones de la pieza - el progra-mador estudia a fondo la sucesión de los pasos de fabrica-ción y da las órdenes de mando correspond¡entes para la

máguina al portador de datos * el portador de datos (cintaperforada) conserva estas órdenes de mando y las va entre-gando al aparato lector según las necesidades - el apa-rato lector traduce los datos numéricos a órdenes demando que entrega a la máquina - la máquina ejecutaestas órdenes de mando como movimiento de la pieza detrabajo y de la herramienta - el operario observa el desa-rrollo de la fabricación, suieta y suelta la pieza, controla lasmedidas de acabado e interviene si se producen averías oerrores.

Lecto r

Taller: torno NC

ttrol Técnica de control

que aparezcan algunas letras en el panel indicadory pregunta de estemodo, entre otras cosas, el diámetro, el paso y la longitud de la rosca.El operario tiene que haber aprendido, naturalmente, el significadode las letras. Una vez introducidas las magitudes exigidas puedecomenzar el ciclo de trabajo. En cáso de que el operario se haya equi-vocado al introducir los valores, por ejemplo paso 20O mm en lugarde 2 mm (error de instrucción), el ordenador le avisa, indicando(errorD. El proceso de roscado, o sea, la aproximación de la

herramienta después de cada pasada, el movimiento de retirada, lavelocidad de corte y la velocidad de avance óptimas, es gobernadopor el ordenador automáticamente, porque ya ha sido programadopor el fabricante dé la máquina para realizar tales subprogramas ociclos de trabajo. El operario ahora únicamente decide si debe o noalmacenarse para su repetic¡ón este proceso de roscado, con estosvalores dimensionales determinados. como parte de una pieza quese fabrica.

La división del trabajo en la elaboración del programa consistepues en que el operario, por medio del plano de la pieza,

- determina el ciclo de fabricación, -

- pide los ciclos de trabajo o subprogramas almacenados en elordenador,

- introduce las medidas de la pieza,

- en algunos tipos de máquinas -preselecciona también la

velocidad de corte y el avance y modifica según su propio cri'terio estos valores durante la observación del proceso dearranque de viruta (o modifica también los valores predeter-minados por el ordenador),

- toma la decisión en lo referente al almacenamiento del progra-ma completo, o de una parte del mismo, para su repetición,

- pone en marcha o detiene toda la instalación.El operario. a través de la entrada manual, sólo puede actuar

sobre el ordenador no directamente sobre la máquina.En esta división de cometidos, el ordenador asume funciones

correspondientes a sus (aptitudesD. No todas las máquinas quedisponen de control numérico, ejecutan todas las operacionesexpuestas en este caso a modo de ejemplo. Hay máquinas pequeñas,baratas, para fabricar piezas sencillas, con pequeña capacidad dealmacenamiento en el ordenador, y máquinas grandes, voluminosasy caras, con gran capacidad de almacenamiento, para piezascomplicadas.

Cometidos de control del ordenador:

- Preparación de subprogramas o ciclos de trabajo demandables,para los que el operario únicamente tiene que introducir lasmagnitudes de referencia, como por ejemplo:chaflanes con diferentes dimensiones y ángulos,gargantas de salida según la norma DIN 76 o DtN b09,roscas de todas las formas y tamaños,redondeados exteriores e inter¡ores. o bien formas esféricas decualquier tamaño,entalladuras en cilindrados y refrentados,subdivisión del corte según profundidades de corte predeter-minadas, y otras,

- Torneado del contorno final en una sección,

- Mantenimiento de la velocidad de corte preseleccionada,mediante regulación del mecanismo principal de regulaciónconti nua.

- Consideración del tamaño del radio de la punta de la herramien-ta al tornear en acabado.

Prog ramador- operario

HG = Mecanismo principalVG = Mecanismo de avances

Figwa 4-27. Esquema funcional de un control CNC.Dibujo con la forma y dimensiones de la pieza - el progra-mador-operario estud¡a a fondo.el ciclo de fabricación y dalas órdenes correspondientes al ordenador - el ordena-dor rconversar con el programador-operario (diálogo),aporta su <ciencia aprendida> y transmite las órdeneó demando a la máquina - la máquina e¡ecuta estas órdenes.

Contorno con Arco circularredondeado y chaflán (forma esférica)

Punto deorigen

Penetración

Punto de origen

Figura 4-28. Ejemplos de subprogramas almacenadosen el ordenador.

305

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iezaslirec-nien-paraeunpara

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ogra-posi-rada,lece-bina-;esosbnesue ser fun-a ter-de laEntosmayte en

ogra-¡a. Seplo etcom-'en la¡ parale lasra unñajo,en el

Panél de mandospara entrada manual

Torneado de rosca

Subdivisión de laprofundidad de corte

306

Punto cero

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[email protected]ÉIoG.9!@

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Mov¡miento de laherramienta desdeel punto de origen.S¡¡ hasta €l puntofinal F¡ con velo-cidad de corte vconstante_y

Movimiento de laherram¡enta hastael punto final f¡11para tornear enacabado

rMáquinasherrami€ntauniversales

Ejes demovimiento_t'-r

X

Definir E¡1x 100.000z 40.500

detrabajov45

s O.25

Definir Frrrz 10000v60s 0.16

Cantidad de piezas por pedido-

Figura 4-32. Gomparación de cantidad de piezascostes d€ fabricación con diferentes estados deautomatización de las máquinas herramienta.

Técnica de control

- Corrección de los errores sistemáticos de las regletas gradua-das.

- Control de las entradas manuales mediante comparación convalores límite almacenados y aviso de error, en el caso de que seproduzcan entradas incorrectas.

- Comparación de los valores teórico y real de los desplaza-mientos de la herramienta.

- Recepción a través del aparato lector de programas para piezascomplicadas, elaborados fuera de la máquina.

- Almacenamiento o impresión de ciclos de fabricación comple-tos, para su repet¡ción.Pueden programarse además otros cometidos de control, en

función del tamaño del ordenador.Un ordenador consta fundamentalmente de cinco unidades

\unc\ona\es. Las urirüades üe entrada en \as máquinas CNC son eIcuadro de servicio de entrada manual y un aparato lector de cintaperforada o banda magnética. La unidad de control obtiene lasórdenes de operaclones e induce a la unidad de proceso a realizar losprocesos de cálculo ordenados, El almacenamiento (o memoria)tiene el cometido de retener las entradas y los resultados de cálculo.Las unidades de salida entregan los datos almacenados o calculadosa un aparato de presentación visual (ventanilla indicadora en elcuadro de entrada manual, mon¡tor u otros). o a través de amplifi-cadores a los órganos de desplazamiento de la máquina herrainienta(motores de accionamiento de los husillos de desplazamiento oavance. mecanismo principal y otros), o a una impresora o perfora-dora de cintas, Los componentes, concretamente la unidad deproceso, la unidad de control y la memoria, ¡untos, constituyen unmicroprocesador. Una máquina herramienta con control numéricopuede tener incorporados a su ordenador varios microprocesadorespara cometidos diferentes,

RENTABILIDAD DE LOS CONTROLES NUMÉRICOS

El campo de aplicación de las máquinas herramienta de control nrmérico, depende de las ventajas e ¡nconvenientes que tengan conrespecto a otros tipos y niveles de automatización,

Por un lado están las máquinas herramienta de usos múlt¡ples,universales, por ejemplo, los tornos con husillo de roscar y cilindrar,las fresadoras universales y otras, con los operarios profesionales,altamente calificados, para la fabricación de piezas únicas o pe-queñas cantidades de piezas (lotes). Por otro lado la utilización de lasmáquinas con control numérico está delim¡tada por las máquinasherramienta para un solo uso. por ejemplo los tornos para cigüe-ñales, las fresadoras de engranajes, y los tornos automáticos yfresadoras automát¡cas preparados para grandes cantidades depiezas. Las máquinas de control numéiico se utilizarán allf donde loslotes y la repetición de los pedidos justifiquen la costosa elaboraciónde la información programada, así como la crea:ión y el almace-namiento de los juegos de herramientas necesarios.

Una regla sencilla para la utilización de nráquinas NC podrfa ser:Máquinas universales para la fabricación de piezas sueltas y en

pequeñas cantidades. Máquinas automáticas para nrfmeros muygrandes de piezas, a causa de lo costoso de los cambios de prepa'ración. Máquinas NC para cantidades medianas de piezas y repeti-ción previsible. Para tomar la decisión puede ser también importanteel nivel de formación del personal y la repetibilidad del proceso defabricación, independientemente de los intervalos y del tiempo deduración de los pedidos.

E

Figura 4-29. Ejemplos de una entrada manual.

\r. - Máquinas automáticas

I307 \

Figura 4-30. Cuadro de maniobra de entrada manual.Cada fabricante de controles CNC ha desarrollado su propio cuadro de maniobra. El representado en la f¡gura tienemuchas teclas con símbolos, lo cual facilita el manejo y permite util¡zar óptimamente la máquina cuando el opera'rio domina el significado de todos los símbolos y puede manejarlo con seguridad'

PernoTornear completoincluida la rosca

Pieza de partida @90 X 90

S = Punto de arranque de mecanizadoA = Punto inicial del contorno

Símbolo lndicación/entrada Entrada facultativa Exolicación

s4' v rso K zooor:)

MqoDemanda: v constante (150 m/min)N {9_€'9$1919:- límite (2 0oo rnm)

TU T 1011 {} Demanda: Herramienta para Nl O (dbastari Sentido de rotación

Iffi l* r 10 ^ 92000I soo K coooX rsooo

L 92000Y ¡ooz 90000

r llllr@ 400

Mecanizado del cgntorno conselección de la dirección decorte orincioal v de i-a tecnolooía

@; XI X50000 Z - BZOOO r itNlr@ 200 o

ocoo6

'oo.

ooo

Chaflánde2X45'

5 &- Zó5000 X* PzOOO Garganta de salida derosca según norma DIN 76

m; XI x6oooo Z - Bsoo Chaflán de 0,5 X 45"

ffii l* Z40ooo X+ R-s000 RedondeadodeR=5

ffi XIx goooo z 3óoooB 3ooo A 3o Chaflánde3X30o

s JH Final de la descripción del contorno

rt) I zo23 S* 180Demanda: Herramienta para N8 (acabar).- v constante (180 m/min)

JB c 1 x92000 292000 Demanda:Contorno final

Figura 4-31. Ejemplo de un ciclo de fabricac¡ón en un torno con control CNC.Las letras rojas aparecen en la ventanilla de presentación visual (en la parte superior izquierda de la figura anterior)del cuadro de maniobra, indicando con ello al operario que introduzca los valores de medida necesarios.

'1

308 Técnica de

Gontrol CNCCon el desplazamiento de la programación desde la oficinapreparación de trabajo al taller.: y la integración del control enmáquinas, se produce una unidad de fubricación independiente

Figura 4-33. Ejemplo de un departamento industrial contécnica DNC.

Ejercicios

Automatización de la fabricación

Control y regulación

1. ¿Oué se entiende por automatización?2. ¿Cuál es la diferencia entre control y regulación?3. ¿De qué elementos se compone una cadena de control?4. Describir un circuito de regulación. ,,$. ¿En qué se diferencia el control por guía del control por

programa?6. Establecer la diferencia entre control horario, control por

recorrido y control secuencial.¿Cuáles son las tecnologías usuales de los controles?¿Oué cometido tiene el,palpador o elemento sensible en loscontroles por guía?Describir el ciclo funcional de un control por guía eléctricopara torneado copiador.¿Cuál es la acción combinada del palpador, el amplificador. elelectroimán y la corredera distribuidora de un control electro-hidráulico?

todas las ventajas del control npmér¡co, Graciás a esto, lasde fabricación del control nurt¡érico'son accesibles ahorapara{a pequeña y mediana €mpresa. Los altos costes derespecto a una máquina noimal, se justifican,cuando la capacidadalmacenamiento del ordenador está adaptadá al tipo de piezas ydispone de personal cualificado.

Control DNC(direct numer¡cal control)El control DNC es un perfeccionamiento de la técnica del controlmérico (NC). En la técnica NC normal, las órdenes de maniobrade estamparse en la cinta perforada por medios mecánicos. Lastas perforadas han de llevarse a la máquina e insertarse en la mipara ser exploradas por el lector de cinta. Después del rebobi(que lleva mucho tiempo cuando se trata de cintaslargas) comienza de nuevo la fabricación, o se guardan enarchivo. Esta parte del desarrollo del programa, muy propensaperturbaciones y que requiere mucho tiempo, puede emediante la técnica DNC. En los puestos de programación deoficina de programación se instala un ordenador con alta capacde almacenamiento y se enlaza por cable con .las máquherramienta que disponen de control numérico. Una instalacióneste t¡po es rentable a partir de ocho a diez máquinas.

Ejemplo del desarrollo del proceso: En el puesto de prog7 se elabora el programa para la mandrinadora fresadora ll.programa acabado pasa con un número de identificación a lade almacenamiento del ordenador de la que puede ser llamado poroperario de la máquina o por un (programa de organizaóión decio¡r de mayor jerarquía, ubicado en el ordenador. El diálogo entreordenador y el operario se efectúa a través de pantalla. Hastasólo existen sistemas de este tipo en algunas grandesdedicadas a la fabricación de grandes cantidades de piezasmismo tipo.

1 1. ¿Qué efecto producen los tambores de levas y los discoslevas en los tornos automáticos con control pormecánico?

12. ¿Cuándo son rentables los tambores y los discos paraalmacenamiento de ciclos de trabajo?Explicar qué es un control por programa hidroneumático.¿Qué ventalas tienen las ¡nstalaciones de controlmáticas?

Control numérico15. ¿Oué significa <control numéricor?16. Comparar las denominaciones NC y CNC.17. ¿D6nde se elaboran los programas para el control de

máquina NC?18. ¿A partir de qué fuentes de datos se confecciona

programa?

13.14.

7.8.

9.

10.

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Técnica de control

19. iOué Drocedim¡entos ext¡sten para llevar los datos hasta lasmáquinas herram¡enta?

20. ¿Oué efecto producen los impulsos de control en lamáquina herramienta?

21. ¿Cuál es el cometido del ordenador?22. ¿Para qué sirve el comparador de valores teóricos y reales?23. Establecer la diferencia entre proceso de datos externo e

interno.24. Describir el fluio de/ddtos de un torno con control numérico.25. ¿Oué ventalas tiene la máquina herramienta con control nu-

mérico?26. ¿Oué datos del plano de la pieza se pasan al dispositivo de

memoria que const¡tuye la cinta perforada?27. ¿Cómo se efectúa el proceso de transmisión de datos?28. ¿Qué datos se inscriben en la hoja de programa?29. ¿Por qué motivos se han destacado las cintas peforadas como

el mejor dispos¡tivo de información para el control NC?30. ¿En qué asesora el plan de trabajo a la programación?31. ¿Cómo están constituidas fundamentalmente las cintas perfo-

radas?32. Explicar la constitución del código de una cinta perforada de

4.1.3 Control hidráulico

FUNDAMENTOS

En las ¡nstalac¡ones hidráulicas se transmiten fuerzas y:.rnovimientos porrmbd¡o de líquidos. Mediente el líquidotransmisor es pos:bl€. mult¡pl¡car las fuerzas y gobernar

:':c¡n : gran sens¡bil¡.|ád''los movimientos.

Ejemplos de aplicaciónMáquinas herramienta: Movimientos de la mesa en rectificadoras,copiado en torno. transporte y sujeción de piezas en cadenas (trans-fep, movimientos de avance en unidades de mecanizado.

Vehículos: Frenos, cambios automáticos, basculación de la carga,direcciones asistidas.

Grúas, excavadoras: Movimientos de subida y bajada de lasplumas, cucharas, apoyos.

Prensas: Movimiento de los carros, producción de grandes fuer-zas de prensado.

lnstalaciones mineras: Entibación hidráulica (estemples).Aviones: Movimiento de los trenes de aterrizaje, t¡mones, esta-

bilizadores.Ventajas: Gran multiplicación de lafuerza (prensas), regulación

de la velocidad sin escalonamiento (avances), gran precisión demando y ajuste, posibilidad de salvar grandes distancias entre la uni-dad de accionamiento y la unidad de trabajo, gran movilidad merceda las uniones mediante tubería flexible, arranque desde parada concarga máxima, suavidad de funcionamiento.

Fundamentos físicos

Hidrostática.Hidro=agua=fluidoEstática = reposoHidrostát¡ca = leyes de los fluidos en reposo.

309

ocho canales.33. Establecer la diferencia entre los tres procedimientos para la

medición precisa del desplazamiento.34. ¿En qué tipos de máquinas herramienta es suficiente el

sencillo control punto a punto?35. ¿En qué tipo de máquinas herramienta se requiere el control

para el seguimiento de trayectorias?36. ¿Donde tiene aplicación el control para la generación de tra-

yectori a s?

37. Establecer la diferencia entre control NC y control CNC.38. ¿En qué consiste el perfeccionamiento representado por el

control CNC?39. ¿Cómo puede establecerse el diálogo entre el operario y el

ordenador?40. ¿Oué cometidos asume el operario en un control CNC?41. ¿Oué funciones de control asume el ordenador?42. ¿De qué partes principales consta un ordenador?43. ¿Oué es un subprograma o ciclo de trabaioT44. Establecer la diferencia entre control NC y control CNC en lo

que se refiere a utilización y rentabilidad.45, Describir un control DNC.

Figura 4-34. Pala cargadora con articulac¡ónhidráulica.

,l[,l

Figura 4-35. Entibac¡ón hidráulica de galería

Técnica de contr:, 3-310

Émbolo de presión

Líquido de PresiÓnen reposo Embolo de aprrete

Pieza

Figura 4-36. lnstalación h¡drostática (dispositivosujeción).

Figura 4-37. lnstalación hidrodinámica (turbina de agua).

Cuando el fluido que se encuentra en el interior de un siste-:cerrado de recipientes y tuberías se pone bajo presión en un lLg:-cualqu¡era mediante la aplicación de una fuerza, esta energía de pre-sión puede tomarse de nuevo como fuerza en cualqu¡er otro lugar desistema. Cuando deba realizarse un trabajo en el lugar de toma, ha defluir líquido del sistema, pues trabajo es igual a fuena por espacioAsí pues, en una instalación hidráulica se cumplen también algunasleyes de la hidrodinámica.

Hidrodinámica

Hidro=agua=fluidoDinámica = movimientoHidrodinámica = leyes de los fluidos en movimiento.

En un sistema abierto de recipientes y tuberías, un fluido adquiereuna velocidad de flujo muy alta si la altura de caída es grande. En eextremo de la tubería, la energía cinética puede transformarse entrabajo mecánico, por ejemplo, en movimiento de rotación.

Una instalación será hidrostática o dinámica según el tipo detransmisión de energía: hidrostática = energía de presión, hidrodiná-mica = energía cinética. Así pues, las instalaciones hidráulicas,aunque el líquido fluye y por consiguiente se rigen por algunas leyesde la hidrodinámica, pertenecen a las instalaciones hidrostáticas,porque la transmisión de energía se efectúa principalmentemediante energía de presión.

En este s¡stema hidrostático hay equilibrio porque tasmagnitudes de las fuerzas Ft y Fz son d¡rectamenteproporc¡oñales a las magn¡tudes de lasáreas,4r y Az. E¡este caso reina en el líquido la presiónp. Para que el ém-bolo de trabajo real¡ce el desplazamiento s2 el émbolo debomba ha de efectuar el recorrido sr.

Propagación de la presión

Si se ejerce una presión en un punto cualquiera de un líquido dentrode un sistema cerrado, la totalidad del líquido estará a la mismapresión. Las fuerzas que se producen como consecuencia de elloactúan siempre en sentido normal (en ángulo recto) a las paredes delrecipiente. Esta es la razón de que los recipientes cie presión tenganel fondo abombado hacia afuera o hacia dentro por motivos deseguridad: aerosoles, calderas de vapor, botellas de vino espumoso,botellas de oxígeno.

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Si rrFrrnür¡- IrcGúrcdtqi

Tubo-de bajada

mbolo de bomba

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Cilindro deEmbolo de trabajo

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Figura 4-38. Propagación de la presión.

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Técnica de control

Multiplicación de fuerzaCuando a través del émbolo 1 con el área 41, actúa una tuerza F1sobre un líquido, se produce en éste la presión p. La presión dellíquido es la fuerza con que el mismo actúa sobre 1 cm2 de lasuperficie de la carcasa y del émbolo.

Esta presión actúa también sobre el área,4r del émbolo 2, másgrande, que está bajo la acción del líquido. Sólo pJdrá mantenerse elequilibrio, o lo que es igual, sólo podrá actuar la fuerza F2, cuando.enel émbolo 2 aclúe una reacción Fu de magnitud correspondiente.

'311

Areas de los émbolosA2

A1

Fuerza

Figura 4-39. Mult¡pl¡cac¡ón de fuerza.

Figura 4-40. Multiplicación del recorrido.

Lado secundario Lado primario

Presiones hidrostátióál 4

Figura 4-41 . Multiplicación de la presión.

':'^: ':?, p:p o *^'É:'ñ

tr¡j..

Multiplicación del recorr¡doSegún la regla de oro de la mecánica, lo que se ga-naen fuerza se pierde en recorrido:Trabajo= fuerzia porespacioWt= Ft¡ stWz= Fz'szW1 en el émbolo 1 =Wz en el émbolo 2 F1'sr= ¡r. s,

y áreas son inversamente proporcionales.

Multiplicación de la presión

Cuando en el lado primario del émbolo diferencial actúa la presión dellíquido p1 sobre el área del émboio /4r, se produce en el émbolo la

fuerza F1, f2= p1 .y'.1.Para que haya equilibrio debe ser Ft= Fz. Pero en el lado secun'

dario el área de émbolo ,42 es más pequeña y así pues la presión p2

tiene que ser mayor.

F1'.F2:4142

Pl'Pz:Al.Az

Fuerzas y áreas son directamente

Ft:Fzi p'Ar:p¡'4,

iones y áreas son inversamente proporcionales

IFzl-lpl

_lPRINCIP¡O DEL DESPLAZAMIENTO VOLUMETRICOEN LAS BOMBAS

Presión hidrostática p

Carrera del émbolo-= Recorrido de la fuerza

312

Presión atmosférica

Depósito de líquido

Figura 4-42. Funcionamiento de una bomba dedesplazamiento volumétrico.

Figura 4-43. Bomba volumétrica en el interior deldepósito de líquido.

Técnica de conüd

Funcionamiento de una bombade desplazam¡ento volumétr¡coAl subir el émbolo, debido al aumento de volumen se produce enel cilindro de la bomba una depresión, es decir, una presión me-nor que la atmosférica. Pero la presión atmosférica actúa sobre lasuperf¡cie del líquido que hay en el depósito haciéndolo pasar por eltubo de aspirac¡ón a la cámara del cilindro. La corriente de líquidoascendente hace que se abra la válvula de retención que hay en eltubo de aspiración, levantándose la bola contra una ligera fuerza demuelle, o contra su propio peso.

Sise presiona ahora hacia abajo el émbolo de la bomba, el líquidose ve obligado a salir, es decir, se desplaza. Como la válvula que hayen el tubo de aspiración está cerrada porque la bola descansa en suasiento, el líquido a pres¡ón sólo encuentra salida por la válvula deretención que hay en el tubo de presión, la cual se abre y dgja que ellíquido fluya hacia el cilindro de trabajo. En las construccionescompactas el cilindro y las válvulas se hallan por debajo del nivel dellíquido, de manera que éste afluye a la cámara del cilindro.

Presión hidrostática

La presión hidrostática se indica en <baru. Un bar corresponde alefecto de una fuerza de 10 N sobre una superficie de 1 cm2.

1 bar: 10 N - I ¿"ru l-7'l1 cmz:l;m? l':¡ I

Ejemplo: Un émbolo de bomba tiene un área de 1,5 cm2 y ejerce sobre ellíquido una fuerza de 500 N. ¿Cuál será la presión hidrostática?

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Enbo¡rpuest!nndo, quledo (ladn¡p¡lskirependeüurgde reffiibasffq" 447

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EmboloCarrera de émbolo

(carrera de aspiración)Cámara del cilindro

Válvula de retención en el tubo(cerrada)

Válvula de retención en el tubo deaspiración (abierta)

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F 500 N 50 daNe:Á: Ls;R: i ^s,

.,n' :

""'" ou'

Gato hidráulico

Esta sencilla instalación hidráulica se emplea en los gatos. Con labomba de mano se producen presiones de hasta 2bO bár. El cilindrotiene alturas de elevación de hasta aproximadamente 2OO mm.Pueden alcanzarse fuerzas de elevación de hasta SOOO kN. Los gatosson apropiados, entre otras cosas, para ajustar piezas de puenles yencarrilar locomotoras salidas de las vías, etc.

Válvulas de retenc¡ón

Tubo de aspiración

Tubuladura para rellenar conde salida de aire

Figura 4-44. Gato h¡drául¡co con bomba manual.

JJ

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Técnica de control

BOMBAS HIDRÁULICAS

corrientes¡ompre

btb::rS$itÍo:,es varlá-

Motor eléctrico o motor de combustión interna

Bomba hidráulíca de caudalconstante o regulable

Además de las bombas representadas, hay una serie de bombasde construcción diversa, que se emplean menos.

Bomba de engranajes, El líquido es arrastrado por los huecos dediente de las ruedas dentadas, desde la cámara de aspiración a lacámara de impulsión. El desplazamiento del líquido en la cámara deimpulsión se efectúa debido a que los huecos de diente de cadarueda se van rellenando recíprocamente por los dientes de la ruedacontraria. Se consiguen presiones de hasta 2OO bar, El caudal nopuede variarse si el número de revoluciones de accionamientopermanece conslante.

Bombas de paletas. El espacio que queda entre la carcasacircular y el rotor. que es más pequeño, se subdivide en celdas ocámaras de bomba mediante placas desplazables radialmente deno-minadas paletas. Las paletas ajustan en ranuras del rotory se aprie-tan contra la pared de la carcasa mediante muelles o presiónh¡drostática.

En la ejecución en anillo excéntrico el centro del rotor estádispuesto excéntricamente respecto al anillo de la carcasa, de talmodo, que al girar el rotor, las celdas van haciéndose mayores en unlado (lado de aspiración) y más pequeñas en el otro (lado deimpulsión). El líquido se desplaza desde estas últimas. El caudaldepende de la mágnitud de la excentricidad. En algunas bombas éstapuede regularse, con lo cual varía el caudal de la bomba. Dichasbombas reciben el nombre de bombas de caudal variable (ver lafis. a-a71.

313

Figura 4-45. Bomba de engranajes.

Cámara celular = Cámara de bomba

Cámara de Cámara deimpulsiónaspiración

Arbol

Carcasa

Excentricidad

Figura 4-46. Bomba de paletas (con anillo excéntrico).

e grandee pequeñae=0

caudal grandecaudal pequeñono se transporta líquido

Cámara de impulsión

Cámara deaspiración

Figura 4-47. Bomba de paletas (con anillo ovalado).

314

inclinaciónC ilin dro

Ca nal

Ranuras de d¡stribuciónAspiración lmpuls¡ón

motor

Cuerpoc ilin d ros

Placa distribuidora f¡ja

Figura 4-48. Funcionamiento de una bomba de émbolosaxiales.

Figura 4-5O. Bomba de caudal variable (regulable)

Técnica de contry,

Figura de caudal constante.

Si se traslada la excentricidad al otro lado de la carcasa, sin quese modifique el sentido de rotación del rotor, cambia el sentido decirculación del líquido.

La ejecución en anillo ovalado se desarrolló para que el rotory su

cojinete no est'uvieran sometidos a la presión unilateral procedentede la zona de presión.

En este caso se aspira o se produce pres¡ón hidrostática en zonasopuestas.

Con estas bombas se confruen presiones de hasta 250 bar. Paralograr presiones más altas se montan en Qerie dos unidades depaletas en una carcasa, una tras otra, de manera que la presión de laprimera etapa sea la presión de entrada para la segunda etapa.

Bombas de émbolos axiales

La construcción fundamental viene dada por el árbol de transmisión,cinco, s¡ete o nueve émbolos; un bloque con cilindros y una placadistribuidora. Los émbolos tienen alojadas sus cabezas esféricas enel árbol de transmisión de forma que pueden girar. y sus partes cilín-dricas en los cilindros correspondientes del bloque. El árbol de trans-misión y el bloque de cilindros giran alrededor de sus ejes formandoentre sí un determinado ángulo a de manera que los émbolos efec-túen cierta carrera en los cilindros. La longitud de carrera á se reducesi disminuye el ángulo de inclinación a. Al girar el bloque de cilindros,los canales de estos pasan sobre las ranuras de distribución de laplaca de distribución, fija, y de este modo se comunican alterna-tivamente con el conducto de aspiración o con el de impulsión.

En las bombas de caudal constante las partes de la bomba seencuentran en una carcasa que no permite regular el ángulo de incli-nación. El caudal es siempre el mismo, es dec¡r, constante. Lasbombas de émbolo axiales en su configuración como bomba decaudal variable proporcionan caudales comprendidos entre O

cuando a = O y un valor máximo con ángulo de inclinación a máximo.La fotografía de la fig.4-50muestra la bomba regulable en sección,vista desde arriba. La salida del líquido a presión se efectúa por el ejearticulado. La entrada puede realizarse a través de una corta tubula-dura de aspiración cuando la bomba se halla por debajo del nivel dellíquido; ha de efectuarse por el eje articulado cuando la bomba estádispuesta por encima del nivel del líquido y aspira a través de untu bo.

Motores hidráulicos

Si se alimenta líquido a presión por el lado de impulsión a los tipos debombas descritos anteriormente, actúan como motores y entreganmovimiento de rotación, por ejemplo, para accionar vehículos ovarillajes de sondeo.

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Bomba de Bomba de

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caudal constante caudal regulable

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2

volumen constante volumen regulable

Accionamientosde bomba

Motor eléctrico Máquina motriz térmica

Figura 4-51. Símbolos para bombas y motoreshidráulicos.

Embolo

de

4-49. Bomba

.-.

[.

rtrol

r quebde

ry sulente

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Parasdede lapa.

Técnica de control

Símbolos

En los planos de montaje para instalaciones hidráulicas se empleansímbolos para representar los aparatos hidráulicos, según la normaDrN 24300.

Símbolos para las bombas y los motores hidráulicós.Las bombas o motores se representan como círculos, con un trozo delárbol de accionamiento o del árbol de salida y dos conexiones detubería. Los triángulos llenos indican el sentido de circulación dellíquido. Las flechas largas y oblícuas significan posibilidad de regula-ción. Las bombas pueden accionarse por medio de motores eléctr¡-cos o de combustión.

EOUIPO DE ACCIONAMIENTO

acc¡ona miento

Válvula limitadora de presión

Válvula limitadora de presión

Consta fundamentalmente del cuerpo 1, el husillo de regulación 2, elmuelle 3 y el cono de válvula 4. La válvula permanece cerrada entanto la Íue¡za Ft es el producto de multiplicar la presión del líquidopque hay en la tubería de presión P por el área4 sometida a la accióndel líquido.

Si aumenta la presión del líquidop de manera queFr sea mayorque F2, se abre la válvula y el líquido puede fluir a la tubería de retornofr hasta que desciende la presión y la fuerza de retroceso del muellecierra de nuevo la válvula. Cuando el aumento de presión tiene lugarnruy rápidamente, la válvula no reacciona de inmediato, por lo quepueden producirse npicos de presiónr en la instalación. Mediante elhusillo de regulación puede modificarse la fuerza de retroceso delmuelle y con ello el valor de la presión que abre la válvula.

315

¡ión,{acalsenilín-lns-¡ndocfec-duceúros,le larna-ión.bsencli-Las

¡deeOino.ii5n,! eje¡¡la-I dellstá!un

¡deganiso

Figura 4-52. Válvula l¡mitadora de presión.

lRFuerza de retroceso

316

Figura 4-53. Símbolos de válvulas de presión.

Figura 4-55. Esquema.

Figura 4-56. VálvulaSímbolo (izda.)Figura 4-57. VálvulaSímbolo (dcha.)

Técnica de control

Símbolos para válvulas de presión

La forma fundamental es un cuadrado con las dos conexiones P = tu-bería de presión y R = tubería de retorno. La flecha dibujada en elinterior del cuadrado indica el sentido de paso. Si la flecha seencuentra fuera del centro, quiere decir que en la posición de reposo(posición 0, posición de montaje) está cerrado el paso y no se abrehasta que actúa una Íuerza. En la segunda representación contiguasucede lo contrario. De los símbolos que se encuentran debajo, el dela izquierda muestra una válvula limitadora de presión con fuerza demuelle constante y el de la derecha con fuerza de muelle regulable.La línea de trazos indiéa que la fuerza que actúa en contra del muelleproviene de la tubería de presión.

Equipo de accionamientoLa foto muestra un equipo de accionamiento de construcción cerraday estacionar¡a. Para instalaciones pequeñas, por ejemplo, para útilesde sujeción hidráulicos para piezas a mecanizar en las mesas de lasmáquinas, existen también equipos portátiles. El esquema represen-tado junto a la foto muestra con símbolos la constitución del equipo.El que no pase n¡nguna flecha por el muelle de la válvula lim¡tadorade presión, significa que esta instalación está diseñada de antemanopara una presión determinada. El depósito de líquido, además dedisponer de lfquido suficiente, debe también enfriarlo y mantenerloexento de inclusiones de aire, compensar el volumen del mismocuando se calienta y poder limpiarse por sedimentación de lassustanc¡as en suspensión.

REGULACIóN DEL CAUDAL

Válvulas de caudalExisten dos formas posibles de estrechar la sección transversal: undiafragma de aristas vivas o un estrangulador tubular. Mediante elestrechamiento se produce una resistencia por fricción, transformár>dose energía de presión en energía térmica, lo cual se manifiestacomo cafda de presión enpz.La diferencia de presión entrepr yp2se

Íécnica

denomimcon la sqcidad c

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Ddrubdrñ

1¡-IC¡Ftünm l Ü

Paso cerrado en Paso abierto

ffi"'"'u"

t" *t"H'sición deen

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Q1"Q2

Gr"5

nfrn-üilffir¡clbrübnftÜi:,r5lt,{rroü

uDhrrelroührIb I

rvll^l

de diafragma.

estranguladora.

Fuerza dell",ro"".o

f.- {É.

ttrol

= tu-Dn elaseposoabrelig uael dela deable.uelle

Técnica de control

denomina diferencia de presión y se designa con Ap (delta). Juntocon la sección transversal del diafragma o del estranguladory la vis-cosidad del líquido a presión, es sobre todo la diferencia de presiónla que determina la magnitud del caudal en el tramo de tubería con-siderado. Puede decirse que una pequeña diferencia de presión ori-gina un pequeño caudal y viceversa.

Con la válvula de caudal regulable puede hacerse variar la sec-ción transversal en el lugar de la estrangulación y con ello el caudalque circula de P a A (tubería de trabajo). Pero en cuanto aumenta lapresión p2 debido al aumento de la carga en el cilindro de trabajo, sereduce la diferencia de presión Ap, y disminuye el caudal y la ve-locidad del cilindro de trabajo. Por lo tanto, esta sencilla construc-ción sólo puede emplearse cuando la carga de trabajo es aproxi-madamente constante.

La válvula reguladora de caudal de dos vías mantiene constante{p y con ello también el caudal, debido a que lleva incorporada unabalanza de presión diferencial. La válvula tiene dos lugares de estran-gulación D1 y Dz. La presión se reduce en dos etapas, pr - p -pz.Función de la balanza: Cuando asciende pz en el cilindro de tra-bajo debido a un mayor trabajo, aumenta brevemente también la pre-siónp. El émbolo-balanza abre porel lado del muelle el lugarde es-trangulación Dz hasta que se restablece la diferencia de presión pri-mitiva Ap entrepl v p. Lafuei'za del muelle F1\ p en el lado derechodel émbolo, retienen la balanza con pr en el lado izquierdo.

De este modo ha aumentadopl, con lo cual se ha establecido denuevo la diferencia de presión Ap ajustada primitivamente, deptapz,permeneciendo el caudal sin variación.

La válvula reguladora de caudal de tres vías reduce la presión enuna etapa,pr - pz,y descarga el caudal excedente a la tubería de re-torno a través de la balanza.

Las válvulas reguladoras de caudal originan pérdidas de po-tencia.

CILINDROS

Los cilindrqs hidráulicos constan del cuerpo del cilindro yde! émbolo. $u cometido es transformar la energía depresién dél líqt¡ido en énergía:mécánica. Ejecutan un mo-vimiontü rectilfneo; Tcdas:las fsrrnas de construcción delos eilindros hidráulicos puóden réduc¡rse a dos formasrbásiéás: cifindros de simple efecto y cilindros de doblecfecto.

Cilindros de simple efectoEn este tipo de construcción sólo queda sometido a la acción dellíquido a presión un lado del émbolo. Por consiguiente, sólo se ejer-ce fuerza en un sentido. Cuando el émbolo alcanza la posición finalde la carrera, ha de volver a su posición de partida mediante una fuer-za externa (su propio peso cuando se trata de una disposición ver-tical, muelles de retroceso, etc.). En este caso ha de poder salir ellfquido de la cámara del cilindro.

La fuerza F producida en el vástago del émbolo se calcula multi-plicando la presión del lfquidop por el área del émbolo,A. Se despre-cian las pérdidas de rozamiento.

317

'10 20 30

AP en bar-Relación entrecaudal ydiferencia de presión

Diagrama funcional.Símbolo

Figura 4-59. Válvula reguladora de caudal de 2 vías.

Diagrama funcional.Símbolo

Figura 4-6O. Válvula reguladora de caudal de 3 vías.

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pen-¡nbabci-lería

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Figura 4-61.Cilindro de simple efecto.

F@

Arriba: cilindro des¡mple efectoAbajo: cilindro de simpleefecto con muelle deretroceso

318

de purga A

a presión Anillo de tope Vástago de émbolo

Figura 4-62. Ejecución constructiva de un cilindro desimple efecto.

Figura 4-64. Ejecución constructiva de un cilindrodoble efecto.

Figura 4-63.Cilindro de doble efecto.

Técnica de control

Sfmbolop Arriba: cilindro de doble

efecto con vástagoen un ladoAbajo: cilindro de dobleefecto con vástago en ambos ffi

Técnica

f-

hdaF-É*dlt¡.,- I

ll'úí¡ thlfrnr ffil d,ínü h'lfü@tflttlln,Eür

rhmnihillüllhm

hnilhü6itnr ilh m!

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HuhnHIlllllh'prrrffiraü1ihulrffi,llhEr#brtdli llhrhfr,{

AzA3A1

Ejemplo: p:60 barA:15 cm2

F:p.4:60 bar.l5 cm2

:oo 1oT lscm2:600 15:9oooNcm-

Cilindros de doble ofectoLas áreas14l yAr del émbolo quedan alternat¡vamente sometidas a Lacc¡ón del líquido a presión, es decir que el émbolo retrocede a presión a la posición de partida. En los cilindros de construcción senc¡-lla, que llevan vástago de émbolo sólo en un lado, tanto las fuer¿¡¡como las velocidades son diferentes en la ida y en el retroceso, aunsiendo iguales la presión del lfquido y el caudal. Durante la ida se ir*-pulsa el área de émbolo,¡4r más grande, con lo cual la fuerza del énrbolo es mayor. En camb¡o, la velocidad de ida es menor porque cofl élmismo caudal ha de llenarse una cámara de cilindro más grande. Drrrante el retroceso sucede exactamente lo contrario; el área de én¡boloA: es sólo el área de una corona circular, menorque el áreaAterlla cuantía de la sección transversal del vástago de émbolo Az. l,¡cámara del cilindro en el lado de vástago de émbolo es más pequeñaen la cuantía del volumen del vástago, y portanto se llena más rátÉdamente, o lo que es igual. el émbolo ha de desplazarse más rápidamente. En los cilindros de émbolo con vástago a ambos lados, la¡fuerzas y las velocidades son iguales en ambos sentidos.

Tipos de construcc¡ón espec¡alesLos símbolos contiguos representan:

I Cilindro diferencial. En este caso se alude espec¡almente a l¡relación de At a At y con ello a la relación de fuerzas y velocidade3

2 Cilindro telescópico. Los émbolos, guiados unos dentro óotros, proporcionan una longitud de carrera relat¡vament€ grandccon una pequeña altura de construcción del cilindro. Se emplean frecuentemente en gatos elevadores.

3 Gilindro con amort¡guación. Es un dispositivo especial en e{que unos coj¡nes de muelles o lfquido impiden que el émbolo chcque con dureza en las pos¡c¡ones f¡nales.

4 Los multiplicadores de preslón son asimismo cilindros, conlos que se producen presiones máximas.

VÁLVULAS DIRECCIoNALES' ,:. I l.':. r.:,, ,:] , ':i: I , ,

1,

Una:vez inct*lfido un cil¡ndro de do.ble efÉclar há dé csldú*irse el flnjo de lfquido alternativamont+s uno y otroladd del émbolo por méd¡o de ena válvula direccional-

'l

J

,FFigura 4-65. Símbolos para cilindro,1 diferencial 3 con amortiguación2 telescópico 4 multiplicador de presión

tntrol

os lados

rsalaa pre-tenci-tefz as0, aun5e im-rl ém-con ele. Du-e ém-

'41 en4:. La

¡ueñ a¡ ráp¡-ipida-6, las

lealalades.fo derandem fre-

ener cho-

L COn

GOfi-olfof,ral.

Técnica de control

Cuando la válvula está en la posicién O, et líquido retornaal depósito, el émbolo se eñcuentra inmóvil. En lapos¡ción a el líquido fluye hasta detrás del émbolo. im-pulsa a éste hacia afuera y la cantidad de líquido gue haydelante del émbolo retórna al depósito. En la posición b elciclo es a la inversa

Las válvulas di¡eccionales más empleadas son las de émbolo.Los sfmbolos muestran las conexiones la circulación y las posicio-nes del émbolo o vías. El número de conexiones y el de vías deter-minan la denominación de la válvula. El primer número indica las co-nexiones y el segundo las vías. Válvula direccional 3/2 significa: vál-vula con tres conexiones y dos vías.

Valvula direccional 2/2. Las dos conexiones P (tubería depresión) y A (tubería de trabajo) tienen circulación (están abiertas) enla posición a y no lo tienen en la posición b.

Válvula direccional 3/2. Tres conexiones con dos vías. La co-nexión B es otra tubería de trabajo. En la posición A hay paso de P a B,en la posición b hay paso de P a A.

Válvula direccional 4/2. Cuatro conexiones y dos vías. Por la co-nexión R retorna al depósito el reflujo del aparato de trabajo (cilindrode doble efecto o motor hidráulico).

Válvula direccional 4/3. Cuatro conexiones y tres vías. La posi-ción O bloquea las tuberías de trabajo y deja que el líquido de presiónretorne al depósito, mientras que las tuberías de trabajo A y B estáncerradas, de manera que en estas tuberías no se efectúa ningúnmovimiento.

Accionamiento de las válvulas. Los émbolos de las válvulas pue-den desplazarse a mano. El accionamiento por palanca manual se uti-liza, por ejemplo, en las máquinas de obras públicas. El retorno delémbolo de distribución a su posición de partida, se efectúa median-te fuerza de muelle. El desplazamiento electromagnético se empleaen máqu¡nas herramienta de control electrohidráulico. Cuando eldesplazamiento se efectúa mediante una tubería de mando, se em-plea el líquido a presión del propio sistema. Los émbolos distribui-dores tienen entonces adosados un cilindro de accionamiento a laderecha y otro a la izquierda, por medio de los cuales se desplazan.

319

¡

--

Posición a

".-J

I

Posición O

Posición b

L__-_

Vá lvula

ffi@Figura 4-66. Válvula direccional 2/2 con símbolo.

Válvula direccional 3/2 con símbolo.

Figura 4-68. Válvula direccional 4/2 con símbolo.

]wv Fuerza muelte

Electroimán

-T_ubería deman iobra

Figura 4-67.

HHixFAccionamiento dela válvula mediante:

'f

F Fuerza muscular

hF

Figura 4-69. Válvula direccional 4/3 con símbolo

32O Técnica de ars,rnffi#lllr

RETENCIÓN/ACEITE HIDRÁULICO

Durante el funcionamlento rd-e los cilindros de trabajopuede oeurrir que por aparecer una fuerza que tire ddémbolo, Ce vea ésta {orzadii,con un movimiento de salida, dandb por resultado un éfecto de aspiración de la tr¡bería de pr*sión y, al fluir el,líquido sin retencién¡ se crqtun estado incontrolable. el"émholo (flotaD.

Husillos Piezade taladrar

Figura 4-7O.

Unidad de avance.

Figura 4-71.

Pala cargadora.

Válvula limitadorade presión queactúa como válvula deretenc¡ón o de contrapresrmr

-rTS lllf@l]ll¡ll@

lnrmi{lwnmanrrys I'il ün$jtrÍl

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Ülllllllllllniilf illlllllllllx rllÍÍÍltüü[

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,#lffifill)f,ir ilfi,

Motoreléctrico t-

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LPr =? bor

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F1:F+F2:15O000 N+p212:150000 N+14720 N:164720 N

ndilura ue F, _ 164720 N _524.6 N/cmramortiguación Pr= A, 314 cm,:52,5 bar

d es p re c i a nd o " l ro-.". ¡ * to

Figura 4-72. Válvula limitadora de presión conamortiguación (izda.).Figura 4-73. Émbolo sujeto hidráulicamente con unacontrapresión de 5 bar (dcha.).

Gasolina ligera y gasDe punto deebullición inf.

RetenciónEste estado se produce, por ejemplo, al salirtodas las brocas de ;mn

unidad de taladrado o al bajar la cuchara de una "*.uu.¿e¡3.

Comrú

contramedida se (suietaD r hidráulicamente el émbolo. En la tub,ensde salida del cilindro se monta una válvula reguladora de caudal o ¡ntln'

válvula limitadora de presión. En ambos casos se frena el retorno'r r:suleta el émbolo entre el líquido a presión y el líquido que sale ermr'

tamente con retención.La válvula limitadora de presión empleada en este caso tiene 9!ñ

reaccionar con mucha más frecuencia que la que hay detrás ce hr

bomba. Por medio de una ranura de amortiguación situada en la parrm

inferior del émbolo de distribución, se impide que se produzca u¡mvibración indeseada, ya que la presión efectiva de mando que aflr.¡rtr

sobre el área A se va reduciendo lentamente.

Aceite hidráulicoLas instalaciones hidráulicas del siglo pasado funcionaban con aguin

(hidro= agua). Hoy día se emplean como líquido de presión acesltuminerales (aceites hidráulicos) o líquidos especiales. Los prime'oose obtienen por destilación del petróleo crudo y se preparan med am+-

te aditivos a las exigencias especiales de la hidráulica. Una visco*sidad demasiado alta, o sea un aceite espeso, origina grandes reso"tencias por fricción, es decir, pérdida de potencip, y fuerte cale'rroqmiento. La viscosidad baja, o sea el aceite muy fluido, hace que roo

piezas móviles se desgasten rápidamente y produce grandes pá'fi"'das por fugas. El poder lubrificante del aceite puede meiorarse -'r*"diante aditivos antidesgaste, al ¡gual que la protección antic*ro'siva y la protección de las empaquetaduras. El calor ha de regl*larse mediante refrigeración o calefacción. Dpmasiado aire en alíquido hidráulico hace que éste se comprinía en forma elásttea.Cuando lh cantidad de sustancias gaseosas es demasiado esc"ar¡resulta un líquido (duro). Los aceites hidráulicos no deben fonrrñ'espuma.

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1o"",¡1".¡á"1,

De punto deebuilición sup $

Figura 4-74.hidráulicos.

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fraccionamiento.4;Esquema de la fabricación de aceites

:ontrol

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rn agua¡ce¡tesimerosredian-r visco-s resis-alenta-que lasipérdi-se me-icorro-r fegu-¡enellástica.€scasaformar

Técnica de control

Los líquidos especiales son por lo general líquidos difícilmenteinflamables que se utilizan cuando es preciso por motivos de segu-ridad.

VÁLVULAS DE CIERRE

En la carrera de ¡da del émbolo el líquido pasa por laválvula direccional 4/3 y luego por la válvula reguladora,con la que se ajusta el caudal deseado y con ello la velo-cidad del émbolo, y entra en la cámara poster¡or del ci-lindro, empu¡a al émbolo y éste desplaea el ace¡te que seencuentra on la cámara anterior del cilindro' Este aceitetiene que salir con pequeña contrapresión venciendo laresistenc¡a que opone la válvula limitadora. Cuandoretrocede el émbolo no deben actuar las dos pr¡merasválvulas, para lo cual cada una de ellas dispone de una tu-bería de derivación con válvula de retención. Estas dosválvulas antirretornq, en la carrera de ida o de trabaio delémbolo, obligan al líquido a pasar a través de ambas vál-vulas de regulación y en la carrera de retroceso del émbo-lo dejan el camino libre, eludiendo el líquido el paso porlas dos válvulas reguladoras.

321

cerrada

de regulación

Figura 4-75. Válvula de retención con cono.

Figura 4-76. Válvula de retención con bola.

Válvula deretención

abiertaVálvulas de retención

Son sencillos aparatos hidráulicos que tienen el cometido de permi-tir el paso de la corriente de aceite en un solo sentido y bloquear elpaso en sentido contrario. Como órgano de cierre se emplea un conoo una bola. Los orificios de paso están calculados detal manera quelas válvulas tengan la misma sección transversal de paso que las tu-berías a ellas conectadas, con lo cual no se produce efecto de estran-gulación. En las válvulas de retención para montaje vertical se pres-cinde del muelle, pues para que se efectúe el cierre es suficiente conel propio peso de la bola o del cono.

Válvula de retención con estrangulación

Debido a que en la mayoría de los casos las válvulas reguladoras decaudal sólo deben actuar en un sentido de corriente y por lo tanto tie-nen que trabajar conjuntamente con una válvula de retención, se hanreunido ambas funciones en una sola unidad constructiva. La figurasuperior muestra una válvula de retención con estrangulación parapasos pequeños, en construcción tubular. En la mitad superior se re-presenta la válvula de retención abierta y en la inferior cerrada.Cuando la válvula de retención está cerrada la circulación del aceite

APPOLD. 15

Rosca Lugar de estrangulaciónFigura 4-77. Válvula de retención con(construcción tubular).

estrangulac¡ón

Válvula deretenc¡ón

abierta

cenada

L

r

Figura 4-78. Válvula de retención con estrangulación.

322

Figura 4-79. Símbolo para válvula de retenciónestrangulación,

preapertura

Posición 1

Técnica de controt

tiene que desviarse por el lugar de estrangulación variable medianteel manguito de regulación.

La figura inferior muestra un tipo de construcción en el que estárdispuestas por separado la válvula estranguladora y la válvula de re-tención. El cono está nuevamente dibujado en su posición abierta \cerrada. El símbolo muestra una válvula de estrangulación regulablecon válvula de retención. Estrangulación en un sentido y paso libreen el otro.

'supongemos shora qué Iel' ¿nn¡oto t ""

rátiuo' y,, tiene quesoportár uñ4, carga o suietar, una piieea. No debe cederáunqué transeurra mucho'tiempo: ticne que conservarscla fuerza F.

Válvula de retención maniobrada a distancia

Para este caso hay dos posibilidades. O bien se mantiene cons'tantemente el émbolo con toda la presión del aceite, regresando aequipo de accionamiento por la válvula limitadora de presión todo el

aceite que circula, o se conmuta la válvula direccional a posición O

(ver dibujo). En el primer caso se produce una gran pérdida de po-tencia y en el segundo el peligro de que descienda la presión a caus'a

de las fugas.Tercera posibilidad: instalar justo delante del cilindro una válvula

de retención que cierre herméticamente para que retenga la presiórrpor tiempo indefinido y que cuando retroceda el émbolo se abr¿maniobrada a distancia.

Válvula de retención maniobrada a distancia

Posición I Tubería de la bomba A, tubería del cilindro B, tubería demaniobra Z. El cilindro, la tubería B, y la cámara que hay detrás deicono de la válvula están a la presión que ha de mantenerse necesariamente.

Posición ll Cuando se realiza la conmutación de la válvula direc-cional para el retroceso del émbolo, se crea una presión detrás defémbolo de mando de la válvula a través de la tubería de maniobra Z.Con el f in de que una pequeña presión de maniobra pueda abrir la vál-.vula en contra de una gran presión de retención en la tubería B, el érn-bolo de mando tiene un diámetro grande y el de preapertura un di#metro mucho más pequeño. Cuando se abre el cono de preapertu't-a,se iguala la presión.

Posición lll El émbolo de mando.puede empujar fácilmente nll

cono de la válvula no somet¡do a presión.

Símbolos para válvulas de retención de maniobra

La tubería de maniobra conectada diferentemente en los dos casos,muestra que la válvula, maniobrándola, abre en contra de una presión

Posición 3

Válvula de retenc¡ón maniobrada

HSe maniobra el cierre

válvulas de retención

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Posición 2

Figura 4-80.a distancia.

ffi*"Salida

Se maniobra la aPertura

Figura 4-81. Símbolos paragobernables.

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s casos,presión

Técnica de control

de entrada (a la izquierda) o cierra en contra de una presión de salida(a la derecha).

Rectificador

Un rectificador se compone de cuatro válvulas de retención y obliga a

la corriente de aceite a pasar siempre por la válvula de caudal varia-ble, tanto si va de A a B y hace subir el émbolo, como si va en sentidoinverso, dejando bajar el émbolo.

Por consiguiente, las velocidaddes de ida y de retroceso soniguales.

ESOUEMA DE CONEXIONES

t"" ¿ss,,{iiFr€sentacion¡*,:imuestran'finalrrrentó uñá vézmás el déqarrollo funcioxal ,de la instabdión y los come:tidos det, ld¡st¡ntos apai=atos hidráulices:lan la figura s,o.per¡or para la carrera de ida del émbolo y en la figura in-ferior para el retroceso. En la página siguiente 6stá repre-sentado el esquema de conexiones pertinente.

El ci,clo de trabajo deseado del cilindro sólo es posi-ble mediátte el empleo.:de diferentes::tqB=aratos hidráu'I i c o s.'CcE,-él lo s e p ¡ e rdé_;:,iiatu ra I m e nt€..=qitt c h a e ne rg fa;Sólo debéh utiizarse los-paratos impresriindibles para el

Carrera de trabajo I

A-D-C-BCarrera de retroceso ll

B-D-C-A

Figura 4-82. Rectificadorretenc¡ón.

323

compuesto por válvulas de

ACCESORTOS. :1.:

En acé,esolios se ¡ncluyénlodos los apaiatos necesar:i,cipa ra é1, :*rnciona mientc.:de la in sta I a*iéjñ,hidrá ul ica.:,:,,:.::

tl

ü

il

i

i!

que

324

Cilindro de doble efecto para la transfor-mación de energía hidrostática en energíamecánica.Válvula de retenc¡ón maniobrada a distan-cia para cerrar herméticamente la cámaradel cilindro

Válvula reguladora de caudal de dos víascon válvula de retención para regular elcaudal en sent¡do de ida y retorno libre a

través de la válvula de retención

Válvula de retención para bloquear la co-rfiente de aceite en un sentidoVálvula limitadora de presión para cerraruna contrapresión para Ia regulación delretroceso del émbolo y para su sujeción hi^

drá ul ica

Válvula direccional 4/3 de accionamientomanual para gobernar el sentido de movi-miento del émbolo de trabajo. con circula-ción de bomba s¡n presión en Ia posición 0

Válvula l¡m¡tadora de presión con lím¡te depresión máxima tarada en forma fija paraproteger toda la ¡nstalac¡ón contra sobre-cargas deb¡das a excesiva presión del lí-qu ido

Filtro de retorno para limpiar el aceite quevuelve al depósitoBomba que trabaja según el principio dedesplazamiento para transformar energíamecánica en energía hidráulica, accio-nada por motor eléctrico

Figura 4-88.Filtro de rétorno.

Técnica de control

Tuberías de traba¡oA, B, C,Salida R, S, T ...

Entrada P

Tubería de maniobra Z, X, Y...Drenaje L

Figura 4-83. Caracterización tomas.

I Posición hacia delantell Posición hacia atráslll Posición indeterminada, la entrada

y la salida están comunicadas,el émbolo <flotar

lV Posición de circulaciónV Posición de bloqueo

Figura 4-84. Posiciones de las válvulas direccionales.

La entrada por la derecha o la izquierda va siempre É-hacia A. El otro lado de entrada está cerrado I Y- / I

Figura 4-85. Válvula selectora

Botón

Palanca

Pedal

Pa lpador

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Diáme1hlel,ocidad'neudal es r

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7 toón de las

Rodillo palpador conretroceso libre

Presión desde la tuberíade maniobra

Descarga de la presión portubería de maniobra

r. -<l

Figura 4-87, Manómetro de resorte tubular.

Figura 4-86. Medios de accionamiento de las válvulas.

Manómetros

Con los manómetros se m¡den e indican ópticamente las presionesde los líquidos o gases. En la figura 4-87 se representa un manó-metro de muelle tubular. El muelle tubular es de una aleac¡ón decobre tenaz y tiene una secc¡ón transversal ovalada. Cuando aumentala presión del líquido en el ¡nterior del muelle, éste se abre y la agujase mueve en sent¡do horario. Cuando cesa la pres¡ón, el muelle recu-pera su posición primitiva.

Filtros

El desarrollo industrial, que impone cada vez mayores exigencias alas válvulas, cilindros y demás, conduce al empleo de holguras cadavez menores entre las partes móviles, con lo cual aumenta el peligrode desgaste por ensuciam¡ento.

El peligro de ensuciamiento desde el exter¡or t¡ene que evitarsedesde que comienza a trabajar la instalación, por medio de filtros deaire en el depósito,.retenes de eje perfectos en las bombas, anillosrascadores en los vástagos de émbolo, decapado de las tuberías nue-vas y máxima limpieza posible en el montaje y procesos de lavado.

Durante el tiempo de funcionamiento se produce suciedad debi-do al desgaste metálico por fricc¡ón y al desgaste de las juntas. Estaspartículas microscópicamente pequeñas pueden dar lugar a un ulte-rior desgaste porfricción y a obstrucción de los orficios de estrangu-lación pequeños. Además, aceleran el proceso de envejecimiento delaceite.

(3Sección transversaldel resorte tubular

Figura 4-89.Filtro de aspiración.

Técnica de control

Es necesario filtrar constantemente el aceite circulante.Los filtros de retorno originan una estrangulación en relación al

grado de ensuciamiento de los mismos. Por ello se instala unaválvula de desvío con muelle, que se abre cuando hay mucha sucie-dad en el cartucho filtrante.

Los filtros de aspiración reducen la capacidad de aspiración de labomba, por lo cual llevan indicadores que permiten efectuar oportu-namente el cambio de filtro.

Acumuladores

Puede ser necesario tener en reserva, en un lugar cualquiera de unsistema hidráulico, una determinada cantidad de aceite a presión deservicio. Para cantidades de aceite grandes (de 10 a 80 litros) se em-plean acumuladores de émbolo. El aceite y el gas (nitrógeno) estánseparados por un émbolo. Cuando se llena con aceite se utiliza comoacumulador de energía el gas compresible. Para cantidades peque-ñas (de 1 a 30 litros) se emplean los acumuladores de recipienteflexible. El gas se encuentra encerrado en una cámara de goma.

TUBERíAS

Las tuberías rígidas (fijas) o flexibles (móviles) transpor-tan el líquido a presión desde el depésito hasta el lugar deaplicac¡ón tcilindro o motor hidráulieo), y'lo devuelven aldepósito.

La disposición, tipo de construcción y orden de conmutación delos aparatos hidráulicos, así como el diámetro de las tuberías, sedeterminan en la oficina de proyectos, pero el tendido de las tube-rías lo decide frecuentemente fabricación, o sea el personal de taller.

Resistencia de las tuberías

Las moléculas del líquido en movimiento rozan unas con otras y conlas paredes de las tuberías y a causa de este rozam¡ento se produceuna pérdida de fuerza. La velocidad de las moléculas es mínima juntoa las paredes y aumenta hacia el centro.

Se produce corriente laminar en las tuberías rectas y de paredeslisas. Las pérdidas por fricción son bajas. Se produce corriente tur-bulenta (remolinos) cuando se sobrepasa la velocidad de flujo críticay cuando la tubería no es rectilínea, o sea en las curvas, codos, etc. Laenergía útil consumida por la fricción se transforma siempre en calorque se disipa por radiación en las tuberías o en el depósito, o hay queeliminarlo a través de un sistema de refrigeración. Cuanto mayor seael calentamiento, peor será el rendimiento de la instalación.

Velocidad de circulación. El caudal @ (en l/min) que necesita lainstalac¡ón (cilindro o motor hidráulico) tiene que fluir por todas lastuberías y v{lvulas. Según la ecuación de continuidad A1 . v1=Az' vz, el líquido, en presencia de cualquier variación de la seccióntransversal, tiene que modificar también su velocidad de circulación.Cuanto menor sea la sección transversal de la tubería o de un paso deválvula, mayor será la velocidad del líquido, y viceversa. El productode multiplicar el área de la sección transversal,4 por la velocidad v esigual en todos los lugares de un sistema cerrado.

Diámet¡o de las tuberías: Los diámetros pequeños aumentan lavelocidad y con ello la fricción y el calentamiento (desfavorable). Elcaudal es menor y debido a ello se necesita menos energía de ace-leración (favorable). Los diámetros grandes tienen ventajas e incon-venientes inversos a los anteriores.

Figura 4-90.Figura 4-91.

325

Válvula de llenado de gas

Cámarade goma

la para protegef lexiblela cámara

Entrada del aceite hidráulico

Acumulador de émbolo (izda.).Acumulador de recipiente elástico (dcha.).

aManóme tro Filtro

Figura 4-92. Símbolos.

Acumuladorhidráu lico

a

a

a

¡t

Velocidad bajaVelocidad altaVelocidad baja

Las moléculas del líquido se desplazan unasrespecto a otras

Corriente laminar

TurbulenciaAlta velocidad

Figura 4-93. Comportamiento de la corriente en las tu-berías.

Figura 4-94.lación.

Ecuación de continuidad o ley de circu-

326

F=A j p..\N

F=78,5 cm' 850 .a 0.9cm'

F-99Caudal =Oenl/minCarrera del émbolo s= 1oo mmTiempo de carrera ¿= 5

"v,

Í

1 dmz .n I dm .60o,= 4 5s

a, =9,42 Umi¡

¿-60 000 N

.N3000 _.0.9

cm2

A, = 22 cm2

d^ =53 mm

a^=:

0.53 dm' .r. 1 dmñ-4.Ss/60

o,=ry.Figura 4-95. Comparación de dos cilindros con la m¡smafuerza, pero de dimensiones, prosiones y caudalesdiferentes.

Figura 4-96. Racor con an¡llo cónico cortante.

pres¡ón

Técnica de contrd

Longitud de las tuberías: Las tuberías largas producen granctc3pérdidas por fr¡cción y exigen caudales mayores. Las tuberías cormmejoran el rendimiento general.

Montaie de las tuberías: Cuantas menos variac¡ones üdirección presenten, menos turbulencias empeorarán la eficacia dsistema.

Observación: En las instalaciones de fuerza hidráulicas (prensas entre otrsdfse procura elevar las presiones de servicio, porque con ello pueden dimenso-narse más pequeños todos los órganos, lo cual t¡ene como consecuenc¡menores caudales y menores velocidades de circulación. En las ins*ciones de control hidráulicas se prescinde de esta consideración a causa ülos pequeños caudales y las bajas presiones.

RACORERíA

Racor cónico con-filo cortante

Una vez apretada la tuerca, la parte,4 que tiene un filo hueco x' h.penetrado en la pared del tubo y ha practicado un reborde visible" L¡parte I se ha acuñado entre la pared del tubo y el cono interior, lirnptando de este modo el avance del anillo. El extremo de la parte C quepenetra en la tuerca, se ciñe firmemente alrededor del tubo, con ncual amortigua las osc¡laciones del mismo en este lugar, que luego scabsorben por la parte I y así no pueden llegar a la entalladura deltubo situada en x. El extremo del tubo queda firmemente sujeto entIGel filo hueco x y el tope en el interior del racor, y asegurado contrilcualquier desplazamiento axial.

Racor en ejecuc¡ón a tope

La ejecución a tope posibilita montar y desmontar tramos de tuberímsin necesidad de efectuar ningún desplazamiento axial. Cuando seaprieta la tuerca, el duro anillo cónico con filo cortante se desliza a lolargo del cono del anillo de presión, se estrecha, y entalla un rebor*visible en el tubo. Al mismo tiempo la arista de obturación torneadaen el anlllo de presión se clava en el racor. Es absolutamente neoFsario que el tubo choque contra el tope que hay en el cono, ya $Ede otro modo no puede efectuarse el proceso de corte. Mediante eapriete de la tuerca el tubo se une de modo firme, seguro y he*mético con el racor, por medio del anillo cónico con filo cortante, ascomo del anillo de presión, dotado de arista de obturación.

Unión embridada

Se emplean bridas para unir tubos de gran diámetro y altas pr+siones, en los que los racores'no son ya seguros, y donde lo exijan lascondiciones del montaje. Al realizar el monta je hay que cuidar de queel apriete se efectúe (un¡formemente a todo alrededorr, con el fin d€que la brida actúe uniformemente sobre el an¡llo cortante.

Purga

Las inclusiones de aire en las ¡nstalaciones hidráulicas (bolsas deaire) perturban el funcionamiento o dejan la instalación inoperante-

Anillo de

Figura 4-97. Racor en ejecución a tope.

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Técnica de control

Es el riesgo tfpico en los sistemas de freno hidráulico de los auto-móviles. Toda instalación ha de purgarse a conciencia antes de po.nerse en servicio, o en su defecto disponer en el punto más alto unpurgador automátlco. Al poner en marcha la instalación, el aireacumulado escapa al exterior, hasta que el líquido llega al émbolo depurga y lo empuja hacia arriba, y el racor de salida de aire queda c6-rrado a prueba de presión. Cuando cede la presión, el muelle des-prende el émbolo, con lo cual queda libre el orificio de salida y puederepetirse el proceso.

MONTAJE DE TUBERíAS

lndicaciones de montaje para tubos

El montaje de los racores se hará siguiendo las instrucciones del fa-bricante. El tubo ha de serrarse en ángulo recto, lo cual se consiguemejor utilizando un dispositivo de serrar tubos. No deben utilizarsecortatubos, ya que éstos biselan las paredes del tubo y formanmuchas rebabas. Desbarbar cuidadosamente el tubo por dentro y porfuera.

Para las instalaciones hidráulicas se ut¡l¡zan preferentementetubos estirados en frfo, sin costura, con buenas propiedades para lasoldadura y el doblado, y exentos de cascarilla mediante recocidobrillante en gas protector. Se doblan en caliente o en frío con ayudade dispositivos curvadores. Los tubos doblados en caliente han dedescascarillarse. El radio de curvatura no debe ser inferior al mínimoadmisible.

Hay que evitar que puedan repercutir sobre las tuberías oscila-ciones y vibraciones, para lo cual se intercalan tuberías flexibles,arcos de compensación, suplementos de goma (sobre todo si la tu-bería va por una pared), se evitan los haces de tubos, se deja una se-paración en los tubos que se cruzan, etc.

Las tuberías deben quedar exentas de tensiones una vez apreta-dos los racores y las fijaciones. En caso de que sea inevitable unaien.ién r"siduri, ésta ha de actuar en los racores. No atiranr de lastubertas, ya que ello haría que perdiesen hermeticidad los racores.Cuando una tubería no esté bien alineada con el eje del racor. se des-montará y doblará correctamente.

Tubos flexibles

Los tubos flexibles hidráulicos enlazan partes móviles de las ins-talaciones. Pueden emplearse hasta la presión máxima debido a surefuerzo de acero.

Los conductos de tubo flexible dispuestos en lfnea recta debenmontarse con una cierta comba, con el fin de que puedan absor-ber las variaciones de longitud.El radio de curvatura no debe quedar por debajo de un mfnimo; eltubo flexible sólo debe moverse en el plano de montaje y ha dequedar suf¡c¡ente tubo para perm¡t¡r el movimiento.Cuando los arcos son muy pequeños el tubo flexible se aplana eimpide el libre paso. En casos extremos, puede acodarse y des-truirse.

D¡spositivo para serrar tubos (izda.).Dispositivo para-curvar tubos (dcha.).

purgar El aire escapaSin oresión Sistema de tuberfas' puesto en servicio

Rodillode retención

Placa

Figura 4-99. Purgador automático.

embridadas.

Purgado

Con presión

Pivote de giroRodillo doblador

de presión-Palanca

Figura 4-10O.Figura 4-1Ol . l'

ii

Figura 4-102. Tubo flexible hidráulicocon refuerzo de acero,

I ncorrecto

Correctoa)

b)

c) \Td) gg

lncorrecto CorrectoFigura 4-103. Ejemplos de montaje de tubos ftex¡blos.

328

Casquillo de acoplamiento

Figura 4-1O4. Empalme de enchufe para mangueras

Técnica de

d) Cuando el tubo flexible está retorc¡do, lo cual puede refácilmente por las inscripciones, el momento de retrogirosado por la presión puede hacerque se desenrosquen las unie incluso que se destruya el tubo flexible.

Acoplamientos enchufables para tubos flexibles

Con los acoplamientos enchufables pueden unirse fácilmenteflexibles para presiones de hasta 2OO bar. Para hacer y soltar la use retrae el casquillo de acoplamiento solic¡tado por muelle.conos de las válvulas de retención se abren recíprocamente cuase realiza la unión, y bloquean cuando se suelta el

EJEMPLOS DE CONEXIONES

Esquema de conexiones de un mando de secuenciadependiente del recorridoLos cilindros I y ll deben moverse sucesivamente, y concretamenEde manera que el cilindro ll se ponga en movimiento cuando el oi-lindro I ha efectuado un cierto recorrido. El esquema de conexionc¡contiguo muestra la siguiente situación: El cilindro I ha salido y dllegar a su posición final ha puesto la válvula de maniobra VS I en sr

Cilindro ll Cil¡ndro I

,ffiúrtF[ll

{{fiülrI

Ijilh@

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F"

L-

t_Figura 4-105. Esquema de undependiente del recorrido.

I

II

mando

,n1WN

diú

ütiIrürd

Pl L|JR IIvsrr '-Tli

de secuencia

s

s¡,

6o,.

Técnica de control

posición a. Debido a esto, el caudal de aceite de maniobra fluye de P

a 2 y desde allí a la válvula distribuidora principal HS L Esta válvuladireccional 412 adopta la posiciónó, de manera que el cilindro ll sale.Cuando este cilindro alcanza su posición final la válvula de maniobraV I cambia a posicióna yel aceite de maniobrafluye de P a 2 ydesdeallí a la válvula VS L Esta válvula adopta la posición a, con lo cual re-trocede el cilindro L Cuando éste llega a la posición final, cambia laválvulaVS laó, con lo cual el aceite de maniobra hace que HS ll pasea la posición a. El cilindro ll retrocede a la posición final y establecenuevamente la posición de partida. Este ciclo de trabajo puede inte-rrumpirse poniendo la válvula de circuito cerrado KS (una válvula di-reccional 212\ en la posición ó, y abrirse de nuevo poniéndola en laposición a. En la posición ó se cierra el circuito de aceite a presión,quedando de este modo descargado. La válvula reguladora de pre-sión DR aiusta la presión del sistema, de por ejemplo 100 bar, a unapresión más baja. de por ejemplo 5 bar, para maniobra.

Válvula reguladora de presión (válvula reductora de presión). Loslugares de estrangulación de la circulación del aceite originan la dife-rencia de presión enlre p1 y p2.

La sección estrangulada determinada. y con ella la caída de pre-sión dada, se mantiene mediante las fuer¿as Fr y Fpz gua actúan en elámbolo distribuidor. Cuando p2 aumenta, aumenta también Fo, a lra-vés del agujero del émbolo y de la presión del lfquido que actúa en lasuperficie inferior del mismo. El pistón sube, reduce la sección deestrangulación yp2 desciende. Cuandopz es demasiado pequeña, elproceso de regulación se produce a la inversa. En elcaso de la válvulareguladora de presión maniobrada de la figura de la derecha. el aceitefluye con la presión pr por el émbolo hueco hasta llegar ante el conode mando. Si éste se levanta debido a una presiónpz demasiado alta,sale aceite de maniobra y desciende la presión a través del émbolo,de manera que éste es presionado hacia arriba y hace que desciendala presiónpu a través de su borde de distribución. Esta válvula actúade forma muy sensible y segura. Los slmbolos muestran que. en laposición de reposo está abierto el paso y que el impulso de ma-niobra (lfnea de trazos) se toma del lado de salida.

Eequema de conexiones de un mando de secuenciadependiente de la presión

En una máquina herramienta automática, el cilindro de sujeción tieneque apretar la pieza antes de que el cilindro de trabajo comience a

actuar.Además del equipo hidráulico se utilizan dos cilindros de doble

efecto, dos válvulas direccionales 4/2 lv ll. dos válvulas limitadorasde presión Dl y Dlll, una válvula de paso de presión Dll maniobrada yuna válvula reguladora de caudal de 2 vfas S.

Las válvulas de presión están taradas. Por ejemplo, la D I a 5 bar,la D ll a lOO bar y la D lll a 50 bar. En nuestro ejemplo, las válvulasdireccionales W I y W ll se accionan manualmente.

L Apriete (carrera de ida del cilindro de sujeción)

Válvula direccional W I en posición a {la dibujada).Válvula direccional W ll en posición b (no es la dibujada).

El cilindro de suleción sale y suieta firmemente la pieza, con locual puede aumentar la presión del llquido hasta ,l00 bar. A conse-cuencia de ello se abre D ll y deja libre el paso del aceite al cilindro detrabajo, el cual, sin embargo. permanece en reposo dado que W ll seencuentra en la poSición b. Si debido, por ejemplo, a un defecto. des-cendiese la presión en el cilindro de sujeción y no estuviese asegu_rado el apriete de la pieza, se cerrarfa también D ll y quedaría deie_

Figura 4-1O6. Válvula reguladora de presión de accióndirecta (izda.),Figura 4-1O7. Válvula reguladora de presión maniobrada.

Ei.5.l¡t

cp€!EÉcOorEioJO

330

Figura 4-1O8. Esquema para un mando de secuenciadependiente de la presión.

Técnica de control

nido el cilindro de trabajo. La <válvula de pasor trabaja como una vál-vula reguladora de presión maniobrada. sólo que en este caso el im-pulso de man¡obra viene del lado de entrada y la válvuia está normal-mente cerrada.

2. Trabajo (carrera de ida del cilindro de trabajo)

Válvula direccional W I en posición a (dibuiada).Vávula direccional W ll en posición b (dibujada)

El caudal de aceite pasa por D ll, atraviesa la válvula reguladoradel caudal de 2 vías S, que regula la velocidad del cilindro de trabajo,la válvula direccional W ll y llega al cilindro de trabajo, obligando a

éste a salir. Si a causa de una resistencia de trabajo asciende aquí lapresión por encima de 50 bar, se abre D lll. Esta válvula de presiónprotege pues a las herramientas cuando la fuerza de corte esexces¡va.

3. Trabajo (retroceso del cilindro de trabajo)

Válvula direccional W I en posición a (la dibujada)Válvula direccional W ll en posición b (no es la dibujada).

D ll está todavfa abierta y el caudal de aceite hace retroceder elcilindro de trabajo. El tarado de S no se ha modificado, pero dado quela cámara del cilindro en el lado del vástago del émbolo es más pe-queña. al ser el caudal el mismo, la velocidad de retroceso serámayor.

4. Aflojado (retroceso del cilindro de sujeción)

Válvula direccional W I en posición b (no es la dibujada)Válvula direccional W ll en posición b (no es la dibujada).

El cilindro de sujeción retrocede con baja pres¡ón de aceite,cerrándose D ll. A fin de que cuando se alcance el punto muerto su-perior no pueda crearse nueva presión del sistema por encima de los1OO bar, lo cual darfa lugara la apertura de D llya la entrada en fun-cionamiento del cilindro de trabajo, D I se abre ya al haber bajapresión, por ejemplo, 5 bar, y forma el circu¡to de la tuberla de pre-sión con la de retorno.

Plan de trabajo

Apriete a b Cerr Cerr Cerr

rabajo carrera ida a a Cer Ab Ab

Retroceso a b Cerr Ab Cerr

Aflojado b b Ab Cerr Cerr

Esquema de un mando de carrera rápida y de avanceEn las máquinas herram¡enta que trqbajan por arranque de viruta, elmovimiento de la mesa o el de la herramienta debe efectuarse fre-cuentemente a diferentes velocidades. A la velocidad rápida más altasigue a lo largo de una carrera exactamente limitada una velocidad deavance menor, y viceversa. Ademásr la velocidad de avance tiene queser variable sin escalonamiento. Para este fin, la mesa de la máquinalleva levas de mando y topes de fin de carÍeÍa ajustables.

Secuencia de trabajo

La válvula dis,tribuidora principal HS dirige el caudal de aceite detrásdel émbolo. Este sale y con él se mueve la mesa, con los topes de fin

lilfihffiru

Ü,crrül @nürcirür-0Drqmffilb,üCl9¡m¡ú¡mqnlhrü¡ül o ll

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rol Técnica de control

de carrera y las levas incorporadas. El aceite sale del lado delanterodel cilindro sin impedimento a través de la válvula de presión Dabierta, con poca retención (que sujeta al émbolo) hacia el depósito.Cuando se ha efectuado la carrera E 1 rápida, la leva de mando cierrala válvula de presión mediante el rodillo palpador. La válvula de re-tención R bloquea el reflujo, de manera que el aceitetieneque pasarpor la válvula reguladora de caudal S de dos vías, y se estrangula enésta a la velocidad de reflujo. Así pues, en esta válvula puede ajus-tarse la velocidad de avance. Tan pronto como se ha recorrido el tra-mo de avance, se abre la válvula de presión con su propia fuerza demuelle. Al final de la carrera el tope fin de de carrera izquierdo cam-bia la válvula de maniobra VS a la posición a, con el fin de cambiar laválvula distribuidora principal a la posición b a través de la tubería demaniobra. El aceite a presión pasa por la válvula de retención R sin re-sistencia y entra en la cámara pequeña del cilindro que se encuentraen el lado del vástago del émbolo, y hace que éste retroceda rá-pidamente hasta que el tope de fin de carrera derecho hace cambiarla posición al émbolo de mando.

lntercambiando las levas de mando y modificando la posición delos topes de fin de carrera, puede realizarse cualquier programa decarrera rápida y de avance.

El sistema de conexiones descrito es una regulación de caudal desalida (regulación de caudal secundaria).

Tiene la ventaja de que el émbolo se sujeta hidráulicamente y elinconveniente que requiere un poco más de energía.

Si se tratara de una regulación de caudal de entrada {regulaciónde caudal primaria) la válvula reguladora de caudal S tendría que dis-ponerse en la tubería de presión. No obstante serían necesarias unaderivación de la válvula reguladora de caudal para la carrera rápida yuna válvula de presión en la tubería de salida para la sujeción delémbolo.

Esquema de un circuito de circulacióncon cilindro diferencialEn un circuito normal los cilindros diferenciales, debido a su gruesovástago de émbolo, producen grandes diferencias en las velocida-des de ida y retroceso y en las fuerzas de ida y retroceso. Si se em-plea el circuito de circulación en el que el área del émbolo4r es dosveces el área del émboloAzy el caudal 01 eue expulsa el émbolo alsalir se suma (une) al caudal procedente de la bomba (Az= AoI Qique entra por la otra cara del émbolo, las fuerzas y las velocidadesserán iguales en ambas carreras (ida y retroceso).

4.1.4COMPARACIÓN ENTRE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA

Neumática Medio: gas (aire)

Ventajas: El aire está disponible en todas partes. Puede prescin-dirse de las tuberías de retorno. El aire tiené una velocidad de flujo

Figura 4-109.de avance.

Esquema de un mando de carrera rápida y

{- -a>

Figura 4-110. Esquema de un circuito de circulación concilindro diferencial.

331

=riRodillo palpador 'l

tál-m-¡al-

ora¡io,oaílaton

CS

rel|uepe-efa

con retrocesoD libre

i

ite,su-JosL¡n-|ajatfe-

telhe-¡haldelueñna

rás¡fin

|4*i1fiiFlfo,{tr0,1

r-332

Figura 4-1 1 1. Ley de volúmenes y presiones para gases.

Figura 4-112. Cilindro hidráulico o neumático cond¡ferentes resistenc¡as de trabajo (disposición deensayo).

Técnica de control

comparat¡vamente alta en las tuberías y válvulas. El aire comprimidopuede acumularse bien en depósitos. Las fugas en lugares inestan-cos no ensucian. Fácil montaje con cierres enchufables y tubos fle-xi bl es.

lnconvenientes: El aire tiene que prepararse. Las pérdidas porfugas cuestan dinero debido a la constante pérdida de energía. A par-tir de 6 bar se prescriben controles técnicos de seguridad. Para fuer-zas grandes se necesitan cilindros de diámetro grande.

1 . Donde deban realizarse de forma rápida y perfectamente contro-lable muchas funciones de trabajo con pequeña fuerza, por ejem-plo máquinas que trabaian automática o semiautomáticamente.

2. Donde las máquinas descritas en el punto 1 tengan que podersecambiar rápidamente de preparación para objetos de otras dimem'siones, por ejemplo instalaciones de encolado y montaje em hrfabricación de muebles.

3. Donde se requiera una extraordinaria limpieza, por ejemplo rn#quinas llenadoras y envasadoras en industrias de alimentación ry

medicamentos.

H idráulica Medio: líquido (aceite hidráulicotj¡

Ventajas: La baja compresibilidad del aceite prácticamente puededespreciarse. Con cilindros de pequeñas dimensiones puederlograrse presiones extremadamente altas para producir grandes fuer-zas. A pesar de todo no existe peligro de explosión en la instalaciór'-Las diferentes resistencias de trabajo no influyen en la velocidad detrabajo.

lnconvenientes: El aceite hidráulico es caro. Se necesitan tuberías de retorno. Las fugas, por ejemplo, en tuberías inestancas. ensu-cian el entorno. Velocidades de flujo bajas y además muy depe-rn"dientes de la temperatura.

De las ventajas e inconvenientes de los medios pueden derivar-se campos de aplicación preferentes que se han impuesto en la práE-tica. Fundamentalmente se cita la siguiente asociación respectiva deambos sistemas a diferentes campos de aplicación. En muchos casosse emplean además ambos sistemas simultáneamente.

1. Donde se necesiten grandes fuerzas, por ejemplo en prensas.para estemples en minería, para elevar piezas de puentes.

2. Donde la velocidad de trabajo tenga que ser independ¡ente de lasresistencias de trabajo cambiantes, por ejemplo en movimientosde avance y de arranque de viruta en máquinas herramienta. Ernr

dispositivos elevadores, en maquinas para movimiento de tierras3. Donde tengan que gobernarse en forma sensible y exacta c,a-

rreras de émbolo y velocidades de giro (número de revolucione$llilde motores hidráulicos, por ejemplo en dispositivos copiadores p

cambio de velocidad de giro sin escalonamiento.

Comportamiento de los gases

Las moléculas de un gas tienden a separarse y ejercen la misn¡mpresión sobre todas las paredes del recipiente que'lo contiene. Si sre

reduce el espacio, aumenta la presión. A temperatura constante, siproducto del volumen V por la.presiónp de una cant¡dad de gas er*cerrado, es siempre el mismo (constante):

Vt'p t :Vz pz:Vt. pz: constante

La compresibilidad del aire influye de forma decisiva en la frrrFción y la utilización de la instalación neumática.

lndicaciones relativas al dispositivo de experimentación de tm

figura 4-112.

lflffil|úrunniw

Fursruímn dePncslrórn'huqry andmlmmtu,mrmth+orrq

ieilWr¡nll]Elirc

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V. p.- t*

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,a)ib)

V, P,

cj

Compresor de émbolo c)Compresor multicelular d)

Compresor de émbolosCompresor de hélice

Compresores.Figura 4-1 13.

rotativos

ntrol

rimidoesta n-os fle-

¡s porA par-¡ fuer-

ontro-ejem-nente.¡derseEmen-en la

b má-.ción y

ulico)puedeuedens fuer-ación.Iad de

tube-ensu-lepen-

priva r-r prác-iva deGasos

!nsas,ts.de lasbntosta. Enbrras.b ca-iones)ofes y

nisma,Sise¡te, el¡s en-

r fun-

de la

Técnica de control

Funcionamiento neumático. Eltramo AB se recorre con baja pre-sión de aire. En B el dispositivo se detiene hasta que se crea unapresión más alta. Cada variación de la resistencia (agujero u otros) dalugar a interrupciones o saltos. A partir de C el émbolo salta haciaadelante. Un remedio es ejercer una contrapresión delante delémbolo, que sólo será eficaz si es lo suficientemente grande, porejemplo una contrapresión de 4 bar para una presión de trabajo de 6bar, quedando entonces sólo para la potencia de trabajo una presiónde 2 bar.

Funcionamiento hidráulico. La necesaria presión en B se creainstantáneamente. El émbolo no salta hacia adelante en C porque elaceite no se expande al disminuir la presión.

GENERACIÓru OCI AIRE A PRESIóN

Tipos de compresoresa) Compresores de émbolo. Con estos compresores puede compri-

mirse el aire a cualquier presión deseada. Para lograr presionesmuy altas se necesitan compresores de émbolo de varias etapas.

b) Compresores de paletas. Compresión hasta aproximadamente 4bar; con dos etapas, hasta 6 bar. Ventajas: Construcción sin vál-vulas y caudal continuo (ininterrumpido).

c) Compresores de émbolos rotat¡vos. Trabajan a una presión de 4a 5 bar con caudal ininterrumpido.

d) Compresores helicoidales. El aire es transportado en los espa-cios que quedan entre la carcasa y la hélice giratoria, y finalmen-te expulsado. Se logran presiones de hasta 1O bar.

Preparación del aire comprimidoEl aire aspirado de la atmósfera contiene polvo y humedad. Luego elcompresor, arrastra además residuos de aceite lubricante, de maneraque el aire comprimido acumulado está sucio debido a las sustan-cias residuales, el agua y los restos de aceite. La figura 4- l 14 mues-tra los estados del aire comprimido antes y después de pasar por losequipos de preparación de aire usuales.

Equipo de mantenimientoLos filtros tienen'el cometido de separar las impurezas sólidas y lí-quidas, tales como el polvo, agua y aceite. Esto se realiza mediante elcartucho filtrante (1)y haciendo pasar la corr¡ente de aire a lo largo dela pared del cilindro de vidrio (2), de manera que las impurezas sonlanzadas hacia afuera por la fuerza centrífuga. La chapa de rebote (3)impide que se arremoline la mezcla de agua, aceite y polvo (4) depo-sitada. Por medio del regulador de presión el aire comprimido semantiene a una presión ajustable. El aire, a la presiónp1(2), impulsa ala membrana de goma (3) y cierra la válvula (1)cuando la presiónsupera apu. Cuando desciende la presión, el muelle pone la válvulaen posición r<abiertar. Con la ruedecilla (4) se regula la presiónpz de-seada. El engrasador dota al aire comprimido de una fina niebla deaceite que se deposita en las válvulas y cilindros, proporcionando aestos órganos la necesaria lubricación. Los tres aparatos juntosforman un equipo de mantenimiento. Ha de disponerse un equipo deeste tipo delante de cada lugar de toma de aire comprimido.

Figura 4-114. Estados del aire comprimido.

Unidad de -mantenimientoFiltro Fnnraq:¡

Filtro con símboloEngrasador con símboloRegulador de presión con símboloUnidad de mantenimiento con esquema(práctico y simplificado)

333

Engrasador

Compresor

Motor

Regul Filtro

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a)b)

c)d)

Arre coñprmrdo l¡mpro,s n agu¿, regulado

her¿nr entas, molores

Arre compr ñido l¡mpro,s ¡ asua 1a 97%) coñflucr!¿c'ones de pres,ó¡

Figura 4-f 15. Unidad de mantenimiento.

Figura 4-116. Cilindro de simple efecto.

Figura 4-117. Cilindro de doble efecto.

F 4=FJl+RA

Técnica de contro¡

COMPONENTES

Para los componentes neumáticos e hidrául¡cos seutilizan los mismos símbolos. Sólo se diferencian en laejecución constructiva, ya que se ha de tener en cuenta ddiferents,. rnedio o las diferentge' rfuerzas.

Cilindros neumáticosCilindro de simple efecto. Debido a las pequeñas presiones del airees suficiente con pequeños espesores de pared. Normalmente el érr-bolo va dotado de una empaquetadura de material elástico, generai-mente goma. Su borde se aprieta contra la pared del cilindro po-efecto del aire comprimido, de manera que se produce una buen¡estanqueidad.

Cilindro de doble efecto. La figura 4-117 muestra un cilindro deeste t¡po con amortiguación a ambos lados, correspondiente al sín-bolo b. Se incorpora un sistema de amortiguación cuando el émbolcse desplaza muy rápidamente a la posición final, chocando en ést¿Antes de que el émbolo llegue a dicha posición final, la junta 2 obtura el aire todavía existente y lo deja salir lentamente, estranguladcpor la válvula estranguladora 3. También en este caso se emplea ur,a

empaquetadura 1 doble para estanquizar el émbolo.

Válvulas distribuidorasVálvula de platillo. En la posición a el aire fluye de P a A. En ¿ u'sición b está cerrado P y el aire de retorno fluye de A a R. Se tra:e ühuna válvula distribuidora 3/2 sin interferencia y accionada man,¡luirF

mente.La válvula de corredera plana es maniobrada a través de su árr-

bolo 2 y de sus dos tuberías de maniobra x e y. La entrada del aire ;orx significa aire presente e.n el lado izquierdo del pistón 3 y con elmposición a yflujos de aire de P a A y de B a R. Es una válvula dis"¡nri,-.

buidora 4/2.La válvula de disco distribuidor tiene cuatro vías y tres posicro'

nes. Se trata pues de una válvula distribuidora 4/3. El funcio'*miento puede verse en la figura 4-120. Se trata en este caso de:-nrrconstrucción especialmente cómoda de manejar, por lo que *.monta frecuentemente en puestos de mando.

Válvula de retenciónEl regulador de caudal con retención obliga a la corriente de ai.rnpasar en un solo sentido, lo cual puede ser importante para logra'bretención del émbolo, y dela libre el paso en sentido contra¡mr

Una válvula de escape rápido actúa de modo análogo a una ¡ h'

vula de retención. El paso de aire de p a A está libre, el retén de gornrn,

hace contacto por la derecha, su labio se dobla hacia dentro. Si cela presión en P, el caudal de aire que viene de A hace que la váh"r;rnhaga contacto por el lado izquierdo y abra de este modo el ca¡r'rymhacia la salida, a través del silenclador.

ELEMENTOS DE CONTROL

En las instalaci'ones prlrarnente,neurnáticas, a causa dchcompresibilidad del medio sólo se logra una regulaetprecisa de la velocidad cuando la resistencla de trabfen el ciNindro permanece constante durante toda icarrera de trabajo.

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Figura 4-118. Válvula de platillo.

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Figura 4-119. Válvula de corredera plana

oFigura 4-12O. Válvula de disco distribuidor.

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con válvula de escape rápido del aire y silenciador.

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Figura 4-122. Figura 4-123.Estrangulación del aire de salida. Estrangulación del aire de entrada.

Regulación dé la velocidaden las instalaciones neumát¡cas

Estrangulación del aire de salida. En la posición a el aire que sale delcilindro de doble efecto tiene que pasar por el estrangulador incor-porado en el regulador de caudal con 1 .3 retenc¡ón. En la posición óel aire de salida tiene que pasar por el estrangulador 1 .2 (dibujado).Los estranguladores regulan el paso de aire y con ello la velocidad delémbolo.

Estrangulación del aire de entrada. Únicamente las válvulas deretención montadas de forma invertida hacen que ahora las corrien-tes de aire de entrada tengan que pasar por las respectivas válvulasestra nguladoras,

Controles neumohidráulicos

Si se quieren obtener velocidades uniformes de los cilindios, quesean independientes de la resistencia de trabajo, como en el caso delos avances, la instalación neumática ha de trabajar conjuntamentecon una hidráulica. La disposición a muestra que el líquido hidráu-lico está encerrado en el circuito. Durante la ida del cilindro el aceitetiene que pasar por el estrangulador de reguldción. Durante sl retro-ceso el aceite puede volver rápidamente a través de la válvula de re'tención. En la disposición ó el cilindro neumático tiene asociado en .

paralelo, a través de un varillaje, un cilindro neumático.

Controles senc¡llosEn un mando a voluntad los impulsos para conmutar la válvula dis-tribuidora principal 1,1 se crean accionando con la mano o con el pie(en este caso un pedal) las válvulas de maniobra 1 .2 V 1 .3. La válvula1.2 produce la ida y la 1.3 el retroceso del cilindro. La válvula dis-tribuidora principal puede ser, por ejemplo, una válvula de correderaplana con émbolo y las tuberías de maniobra x e y.

En el control dependiente del recorrido está prevista la mismaconstrucción básica. En lugar del accionamiento con la mano o con elpie, la entrega de impulsos se realiza mediante el vástago del ém-bolo que avanza o retrocede, o mediante las piezas de máquina fija-das a él (mesa, carro), a través de las levas de mando.

El control dependiente del tiempo tiene adicionalmente dosreguladores de caudal con retención, con losque puede ajustarse unretardo del ciclo. Cuando la válvula distribuidora principal 1,1 se en-cuentra en la posición a el cilindro sale, Cuando llega a tope se creauna presión que, a través de 1.4 y debido a la estrangulación actúalentamente sobre 1.2 y transcurrido cierto tiempo la cambia de po-sición, Ahora, con 1 .1 en posición ó, se repite el juego en el sentidode movimiento contrario del cilindro.

Frecuentemente t¡ene que conseguirse, por medio de una dispo-sición de las válvulas, la acción conjunta de dos o varios cilindros, endependencia del recorrido, el tiempo o la presión. En este caso sehabla de mandos secuenciales.

335

Figura 4-124, Gontrol neumohidráulico.

Figura 4-125. Gontrol a voluntad,

Figura 4-126. Control dependiente del recorrido,

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Figuta 4-127. Control dependiente del tiempo.

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336 Técnica de

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Figura rt-l28.recorrido.

Figura 4-129. Controles de secuencia dependientes -dél la presión.

Mandos secuenc¡ales de dos cilindrosEl mando secuencial dependiente del recorrido se controla encaso de la f igura 4-1 28 a través de impulso negativo, es decir quela válvula distribuidora principal 1 .1 están a presión ambos lados xy el émbolo distribuidor se desplaza hacia el lado que se demediante una de ambas válvulas de maniobra 1 .2 o 1 .3. Las flecllen x e y indican hacia afuera, es decir, en sentido de descarga. Endlejemplo de trabajo la válvula 1.3 se lleva manualmente a la posicbó y de este modo 1.1 descarga porarriba, quedando 1.1 ahora enbposición ó. El cilindro 1.0 sale y cqando llega a la posición finilcambia 2.1 a posición ó. Ahora el cilindro 2.O sale y cuando llega a bpos¡c¡ón final hace cambiar 1.2 a posición ó, con lo cual 1.1 se de¡.carga por abajo y retorna a la posición a. Los cilindros vuelven a la fsición de partida. El nuevo ciclo de trabajo no comienza mientras mse acciona a mano 1.3. ¿Dónde tendrfa que estar dispuesta 1.3 paque el ciclo de trabajo continuase automáticamente?

El mando secuencial dependiente de la presión hace que etsegundo cilindro no entre en acción hasta que ha actuado compbtamente el primero. La válvula 1.1 pasa a posición ó accionada ¡mano. El cilindro 1 .0 sale hasta que hace tope y la presión del airáumenta tanto que vence la válvula limitadora de presión 2.2y poraen acción al cilindro 2.0 con una velocidad ajustada en el regulafurde caudal con retención 2.3.

Una vez conmutada la válvula 1.1 a posición a, retrocede el oi"lindro 2.O, y únicamente cuando llega a su posición final, la presiibdel aire aum€nta tanto que, a través de la válvula 1 .3, retrocede tan-bién el cilindro 1.0 con la velocidad ajustada en 1.2.

Mando alternat¡voEn un mando alternativo con retardo el cilindro debe salir con velecidad ajustable, luego permanecer en posición de reposo durante r¡r¡tiempo también ajustable y retroceder con marcha .rápida. Una wzque 1 .4 se ha llevado a la posición ó, el cilindro 1 .O sale, regr>lándose el aire de salida en 1 .3. En la posición final del cilindro se +ciona 1 ,6 que pasa a posición b, con lo cual el cilindro 1 .9 sale con bvelocidad regulada en 1 .8, haciendo que 1 .7 cambie a posición ó, &manera que el aire de maniobra conmuta 1.1 a posición ó. A travé¡del regulador de caudal con retención 1 .3 retrocede rápidamente dcilindro 1 .O, saliendo el aire del cilindro por la válvula de escape rá¡Édo y el silenciador. Cuando el cilindro 1 .O llega a la posición final, l¡válvula distribuidora se lleva de nuevo a la posición A, a través de 1.5.con lo cual comienza de nuevo el ciclo de trabajo.

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Control de secuencia dependiente

Figura 4-13O. Control alternat¡vo con retardo.

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Técnica de control

La instalación dosificadora y envasadora de líquidos representa-da en la figura 4-000, funciona de forma totalmente automát¡ca conayuda de seis cilindros neumáticos y de las válvulas necesarias. Lapersona que maneja la instalación únicamente tiene que vigilar quela máquina funcione bien y se ocupa de poner a disposición fuera dela máquina los envases vacíos y de retirar los llenos.

Desarrollo del trabajo: El cilindro 1 .0 empuja los cuatro envasesvacíos desde la estación de entrada a la de envasado. Únicamentecuando los cuatro envases hacen tope cada uno en su válvula de ma-niobra (2.2, 2.4, 2.6, 2.8), comienza el cilindro 2.0 a hacer bajar,hacia los envases preparados, cuatro tubuladuras envasadoras mon-tadas en un travesaño (viga transversal). El émbolo del cilindro 2.0 se(sujeta) por medio de una válvula reguladora de caudal con reten-ción dispuesta en la tubería de escape, con el fin de que no caiga de-bido al peso del travesaño, de las tubuladuras envasadoras y de loscilindros 3.0. Cuando se alcanza la posición más baja los cilindros3.0, 4.0 y 5.0 reciben a través de la válvula de mando 3.2 la orden desalir. Bajo la denominación cilindros 3.0 se han de entender cuatrocilindros iguales que se controlan conjuntamente y abren o cierranlas válvulas envasadoras que hay en las tubuladuras.

Al mismo tiempo el cilindro 4.0 suspendido de forma que puedeinclinarse, conmuta las válvulas envasadoras principales, de maneraque el cilindro 5.0 que sale igualmente al mismo tiempo, acciona a

través de un travesaño los cuatro émbolos dosificadores de las cáma-ras dosificadoras impulsando de este modo el líquido de las cámarasdosificadoras a los envases, pasando por las válvulas envasadorasprincipales, los tubos flexibles, las válvulas envasadoras y las tubula-doras envasadoras.

La velocidad de salida del cilindro 5.0 se regula (reduce) a travésde un regulador de caudal con retención (como en el caso del cilin-dro 2.0), con el fin de que el líquido fluya a los envases de formatranquila y no a borbotones.

La dosificación del líquido en las cámaras dosificadoras se efec-túa ajustando exactamente la longitud de carrera del cilindro 5.0.

Despues de una carrera corta de salida del cilindro 5.0, éste haentregado ya al cilindro 1 .0 a través de la válvula de mando 1 .3 laorden de retroceder.

Cuando el cilindro 5.0 ha alcanzado su posición final, lo que sig-nifica que se ha expulsado la totalidad del líquido de las cámarasdosificadoras, da la orden de retroceder a los cilindros 2.0, 3.0,4.0, a

través de la válvula de maniobra 3.3. Las válvulas envasadoras prin-cipales se conmutan mediante el cilindro 4.0, de manera que puedefluir líquido del tanque a las cámaras dosificadoras. Los cilindros 3.0cierran las válvulas de las tubuladuras de envasado y el cilindro 2.0levanta de los envases toda la instalación envasadora.

Un poco antes del proceso de elevación, el cilindro 2.0, a travésde la válvula de mando 6.2, da a los cilindros 6.0 la orden de empujarlos envases llenos de la estación envasadora a la cinta transpor-tadora. El cilindro 6.0, al final de su recorrido, inicia inmediatamentesu movimiento de retroceso med¡ante accionamiento de la válvula demando Q.3 y al final de este retroceso el cilindro 6.0 inicia mediantela válvula de mando 1 .2 un nuevo ciclo de trabajo o un proceso de en-vasado. Cuatro nuevos envases vacíos se empujan a la estación enva-sadora, etc.

El esquema neumático de la figura 4-133 muestra la disposiciónde los cilindros y de las válvulas para dosif¡cadoras y envasadorasautomáticas, en una representación y numeración sistemática reco-mendada por la VDMA (Verein deutscher Maschinenbauanstalten).En la parte superior están los cilindros con los números fundamen-tales y debajo las válvulas a ellos pertenecientes, designadas con losnúmeros fundamentales ampliados.

e"ffi--|1-fi-Válvulas de mando 2.2 2.4 2.6 2.8

\

Figura 4.131. lnstalaciónpara líquidos.

337

dosificadora y envasadora

Proceso de envasado

C ilin dro 2 0

Travesa ñ o

4 cilindros 3.0

Tanque

Válvulaenvasadora

ipa I

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Cilindro 5.O

Cilindro 4.O

4 tubos de llenado4 válvulas de llenadoBoquillas de llenado

4 envases

Proceso de transporte

Alimentaclón:Cilindro

Tra nsportetra nsve rsa I

ullE;'[;E;i;;"T -- -Ul ll rr ll rr---ii------ I

-l---¡T---rr tf -lEstaiión envasá'doral

Figura 4-132. Plano de situación esquemát¡co de loselementos de accionamiento neumáticos (cilindros).

Cilindro 6.0

r 338 Técnica de controü lur' d

E:rcicir

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Bajar?0 62

Apertura válvulasenvasadoras

32 30

Ccn mutaciónválvula

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50 1

E ntrega60 1.2

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Figura 4-133. Esquema neumático.

Figura 4-134. Esquema de funcionamiento.

En la siguiente descripción el esquema cont¡guo (figura 4-134)muestra las relaciones funcionales. Los puntos rojos representan elacc¡onamiento de una válvula (observar el número) y las flechas queparten de ellos muestran los movimientos de los cilindros que tienen lugar por esta causa. Así, cuando el cilindro 1 .O ha salido des-pués de dos unidades de tiempo, por ejemplo segundos, acciona ü¡válvula 2.1O y provoca con ello el movimiento de salida del cilirm'dro 2.O.

Sucesión dé los diversos pasos: El arranque se efectúa en l[¡válvula 0.2, con lo cual hay aire en todas las tuberías principalee,,todos los cilindros están en posición de ret'oceso. Llega aire de mo-niobra a la válvula 1.4 y al mismo tiempo a 1.1 a través de la válvrlhselectora de circuito. Ambas válvulas cambian hacia la derecha. El cfr'lindro 1 .O sale, empuja los cuatro recipientes contra las válvulas 2.?,2.4, 2.6, 2.8, que cambian hacia la derecha.

El cilindro 1.0 acciona la válvula 2.10. Ahora pasa aire de rra'niobra por2.1 O,2.8,2.6,2.2,hasta 2.1 , y cambia esta válvula hacia hderecha. El cilindro 2.0 sale contra aire de salida estrangulado'

El cilindro 2.0 acciona la válvula 3.2, con lo cual las válvulas 3-f ,,

4.1 y 5.1 reciben aire de maniobra y cambian hacia la derecha. Lccilindros 3.0, 4.0 y 5.0 salen, este último contra aire de salida estriilnrgulado.

El cilindro 5.0 acciona la válvula 1.3, la cual entrega aire de mn-niobra a la válvula 1.1 a través de la válvula selectora y la haoGcamb¡ar hacia la izquierda. El cilindro 1 .O retrocede.

El cilindro 5.0 acciona la válvula 3.3. Pasa aire de maniobra porlhválvula selectora a las válvulas 2.1 ,3.1 , 4.1 y 5.'l y las cambia hacia ü¡izquierda, con lo cual retroceden los cilindros 2.O,3.O,4.0 y 5-O.

El cilindro 2.0, al retroceder, acciona la válvula 6.2, con lo cudllllega aire de maniobra a la válvula 6.1,|a cambia hacia la derecha,6J'sale el cilindro 6.0. Al final del recorr¡do reacciona la válvula 6.3" Elaire de maniobra que pasa por la válvula 6.3 cambia la válvula 6-fflhacia la izquierda y el cilindro 6.0 retrocede.

Con esto el cilindro 6.0 hace que reaccione la válvula 1.2 que_através de la válvula selectora del circuito 1.1, cambia hacia la deru:cha y hace que salga el cilindro 1.0 y comienza el nuevo ciclo dotrabajo.

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1.2.3.

4.5.6.7.8.

Lt0.11.

Técnica de control

Ejercicios

Automatización de la fabricación

Control hidráulico

12.

13.14.15.16.17.18.

19.

31 .

32.

¿Dónde se emplean las instalaciones hidráulicas?Establecer la diferencia entre hidrostática e hidrodinámica.Describir la propagación de la presión en recipientes ce-rra dos.¿Por qué tienen el fondo abombado los recipientes a presión?Describir la multiplicación de fuerza.Describir la multipl¡cación de recorrido.Describir la multiplicación de presión.Describir el funcionamiento de una bomba de desplazamien-to volumétrico.iCómo trabaja una bomba de engranajes?Describir el principio fundamental de una bomba de paletas.Establecer la diferencia entre bombas de paletas con anilloexcéntrico y con anillo ovalado.Establecer la diferencia entre bombas de émbolo, axiales decaudal constante y regulable,ZOué son los motores hidráulicos?tCuál es el cometido de una válvula limitadora de presión?¿Oué es un equipo de accionamiento?Citar los cometidos del depósito de líquido.Establecer la diferencia entre estrangulador y diafragma.¿Oué se entiende por diferencia de presión en las válvulasreguladoras de caudal?Establecer la diferencia entre válvulas reguladoras de caudalde dos vfas y de tres vías.Describir los diferentes tipos de cilindros.¿Cuál es el cometido de una válvula direccional?Establecer la diferencia entre válvulas direccionales 2/2,3/2,4/2 v 4/3.¿De qué modo pueden accionarse las válvulas direccionales?lEn qué casos debe (sujetarseD un émbolo hidráulico?¿Oué propiedades deben tener los aceites hidráulicos?¿De qué están fabricados los aceites hidráulicos?Describir varios tipos de válvulas de cierre.ZCómo funciona una válvula reguladora de caudal con re-tención?lCuándo se utiliza una válvula de retención maniobrada a dis-tancia?Dibujar los símbolos hidráulicos para:a) Bombas y motores hidráulicosb) Válvulas para el control de la presiónc) Válvulas direccionalesd) Válvulas de cierree) Cilindrosfl Válvulas estranguladoras.tCómo funciona un manómetro de resone tubular?Explicar el cometido y luncionamiento de un filtro de aceite.

339

33. ¿De qué modo puede acumularse una cantidad de aceite apresión?

34. Establecer la diferencia entre acumulador de émbolo yacumulador de rec¡p¡ente flexible.

35. Establecer la diferencia entre corriente lam¡nar y corriente tur-bulenta en las tuberfas.

36. ¿Cómo se comportan recíprocamente la velocidad de flujo y laresistencia de las tuberías?

37. ¿De qué modo influyen en la resistencia de las tuberías el diá-metro, la longitud y la disposición de las m¡smas?

38. ¿Cómo €stá constituido un racor con anillo cónico cortante?39. ¿Oué ventaja tienen los racores en ejecución a tope?40. ¿Cuándo se emplean las uniones embridadas?41. ¿Po( qué tienen que purgarse las instalaciones hidráulicas?42. ¿C6mo trabaja un purgador automát¡co?43. .¿Oué ha de observarse cuando se montan los tubos?44. ¿Oe qué modo se ev¡tan las oscilaciones y vibraciones en las

tuberías?45. Citar las cuatro reglas que han de observarse al montar tubos

flexibles.46. Explicar el funcionamiento de los acoplamientos enchufables

para tubos flexibles.¿Oué son los mandos secuenciales?Establecer la diferencia entre mandos secuenciales depen-dientes del recorrido y dependientes de la presión.¿Oué es un mando de carrera rápida y de avance?¿Oué es un circuito de regulación? .

¿En qué se diferencian esencialmente la hidráulica y la neu-mática?¿Oué ventaias e inconvenientes tienen la hidráulica y la neu-mática?

Control neumático53. iCómo se produce aire comprimido?54. ¿Cómo se prepara el aire comprimido?55. ¿Oué es un equipo de manten¡miento?56. Describir válvulas neumáticas.57. ¿De qúé modo se efectúa la regulación de la velocidad en las

instalaciones neumáticas?58, Establecer la diferencia entre controles a voluntad, depen-

dientes del recorrido y dependientes del tiempo.59. /Cómo funciona una válvula de escape rápido?60. ZCómo funciona la amortiguación hidráulica de un cilindro

neumático?61. ¿Para qué cometidos son especialmente apropiadas las insta-

laciones neumáticas?62. ¿Qué es un (esquema funcionalr de una instalacrón neu-

mática?

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22.

23.24.25.26.27.24.

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30.

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52.

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13

5 Técnica de montaje

5.1 Tolerancias y ajustes

5.1 .1 Tolerancias

Esta desviación admisible está delimitada por una cota máxima yuna.cota mínima. La medida real o efectiva de la pieza debe hallarsedentro de esas cotas límite. Con el fin de no tenerque indicar en undibujo las dos cotas límite, lo que sería muy complicado, la tole-rancia o el margen de tolerancia viene indicado por las dos dife-rencias de medida respecto de la nominal. Esto tiene además laventaja de que las piezas que habrán de montarse más tarde llevan lamisma medida nominal y por tanto puede reconocerse fácilmente sucoirespondencia recfproca.

Cota nominal y'V es la medida indicada en el dibujo, y con la quepuede denominarse la pieza.

Gota máxima G es la medida máxima admisible. No puede ser so-brepasada por la medida real de la pieza.

Cota mínima K es la medida mínima admisible. La medida real dela pieza no puede quedar por debajo de esta cota mínima.

Gota límite. Las cotas máxima y mínima se llaman cotas límite.Diferencia superior,4o es la diferencia entre la medida nominal y

la máxima.Diferencia inferior,4, es la diferencia entre la medida nominal y

la mínima.Gota real /. Es la medida determinada por la medición realizada

en la pieza. Debe hallarse comprendida entre las cotas límite.Tolerancia f. Es la diferencia entre las cotas límite.

Representación simplificada de los campos de toleranciaEn la teoría de los ajustes el campo o intervalo de tol.erancia se dibujaen su posición respecto de la línea cero, para lo cual se escriben lasdiferencias en ¡rm (micrómetro = 1/1 000 OOO m). Las diferenciaspor encima de la línea cero son diferencias en más, las diferenciaspor debajo de la línea cero son diferencias en menos.

Posiciones del campo de toleranciarespecto de la línea ceroEl campo de tolerancia puede adoptar fundamentalmente cinco posi-ciones distintas respecto de la línea cero.

Campo de

TOLERANCIAS ISO

¡r' :Cota nominalG =Cota máxima I

K Cota mini;; iCotas límite4": Diferencia superior,4" : Diferencia inferior

Campo deLínea cero tolerancia

l:Cota realr: To lera ncia

Figura 5-1. Designaciones en piezas con tolerancia.

Figura 5-2. Representac¡ón simplificada de los campos ointervalos de tolerancia.

Figura 5-3. Un campo de tolerancia puede adoptar cincoposiciones diferentes respecto de la línea cero.

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iii,i:i

ll'

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iilrit ljiii..

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341

342

Figura 5-5. Las letras mayúsculas designan la posiciónde los campos de tolerancia en agujeros (se hansuprimido ZB y ZCl.

EEEFEERRepresentación delas calidades

para el campo de medidasnominales de más de 1Ohasta 18 mm

Valores en ¡rm

^r5

Figura 5-6. Los números indican los valores de las tole-rancias (Números de calidad ISO).

Figura 5-7. El valor de la tolerancia depende también dela cota nominal.

Técnica de monta,e

El campo de tolerancia se halla por encima de la línea cero ;¡rcota real es por lo tanto mayor que la nominal.El campo de tolerancia toca la línea cero por encima. La cota 'ealpuede ser mayor que la cota nominal como máximo en el valor 1ala tolerancia.El campo de tolerancia se halla a ambos ladbs de la línea cero -iacota real se halla por lo tanto próxima a la cota nominal-El campo de tolerancia toca la línea cero por debajo. La cota reapuede ser más pequeña que la cota nominal como máximo er ffi

cuantía de la tolerancia.e) El campo de tolerancia se halla por debajo de la línea cero. La cc'lÍreal es menor que la cota nominal.

Designación de las posic¡ones de los campos de toleranciopor med¡o de letras

Las cinco pos¡ciones fundamentales de los campos de tolerancia nsbastan en la práctica. Por tanto, se han fijado 24 (281 pos¡c¡ones qlese designan con las letras del alfabeto. Para evitar confusiones se e*-cluyen las letras l, L, O, OyW(i, l, o, qyw) yporotro ladoseañadenrlas combinaciones de letras ZA, ZB y 7C (za, zb y zc). Según la norrneISO se han incluido además campos intermedios con las desigrn*-ciones CD, EF, FG y JS (cd, ef, fg y js) para diámetros nominales dehasta 1O mm.

Desiganción de los valores de toleranciamediante números (calidades ISO)

El valor de la tolerancia en la medida de una pieza depende del des-tino de la misma. En la fabricación de un instrumento de medición(bloque calibrador o galga) se prescriben tolerancias pequeñasCuando se trata de piezas de trabajo que se montan con otras for-mando ajustes, se eligen tolerancias medias, y en la fabricación deproductos semiacabados, por ejemplo redondos de acero oangulares laminados, se eligen tolerancias amplias.

En el dibujo de la figura 5-6 están representados los valores delas tolerancias para el campo de cotas nominales de 1O a 18 mm. Sedesignan mediante las cifras de calidad ISO 1 a 18. Según la normali-zación, la serie va precedida además de las dos pequeñas cifras decalidad 0,1 y O, de manera que puede elegirse entre 20 calidades.

Gampos de cotas nom¡nalesLas cotas nominales de 1 a 500 mm se han subdividido en campos decotas nominales con el fin de que no haya que fijar un valor de tole-rancia para cada una de las medidas nominales posibles.

Campo de cota nominal, más de t hasta 3 mmmás de 3 hasta 6 mmmás de 6 hasta 10 mm ymás de 10 hasta 1 8 mm, etc.

Dependencia de los valores de toleranciacon respecto al campo de cotas nom¡nalesUn eje de tolerancia h6 tiene, en el campo de cota nominal <más de 6hasta 10>, un valor de tolerancia de 9 ¡r,m. Con la misma tolerancia(h6) un eje en el campo de cota nominal <más de 80 hasta l OOr tieneuna tolerancia de 22 ¡tm.

f.

L.

3

a)

b)

c)

d)

"ácnica d

9óloexigeLas pterizalas yLos vaf elefflplrb) el

8.1.2

TflFoS

Gon l¡ffiidüe síúen süe

El ele oto'11inete fah:6nn pneesttaueño jueg

El ajusI antes f

Ajuste r

Ím|eas Y seAjuste I

las pie¿as r

En el ar

Aildste hol

LAS CafnposfrlameÉ qu{leales denta[e v el ag¡rjde11 oampo r

Si se adjudi,e{ ¡urego ser.¡.rcgo será

El juegcJuego n

áe la cotaJuego rr

¡e la cota n

A¡uste indLos campos*Jzca o un

Juego nvalor de la

Apriete r

de la cota r

Figura 5-4. Las letras minúsculas designan la posiciónde los campos de tolerancia en los ejes (se han suprimidozb y zc).

Aj

DT

891011

Ajustes

.9OcoooF

,ooC6ooF

1. Sólo se fija tolerancia para las medidas cuando loexige el destino de las piezas.

2. Las posiciones de los campos de tolerancia se carac-terizan mediante letras. Para árboles letras minúscu-las y para agujeros letras mayúsculas.

3. Los valores de las tolerancias dependen de:a) el número de calidad elegido según la finalidad deempleo.b) el valor de la medida nominal.

7JeTécnica de montaje

5.1.2 Ajustes

TIPOS DE AJUSTE'ii

Con la ástr¡al división del trabajo y debido a la intercam-biabilidad de los répuastos, las piezas han de aiustar en-

, tre sf de acuerdo son su función sin necesidad de realizaran ellas trabaios pos.teriores.

El eje o árbol fabricado por la empresa nx> tiene que ajustar con elcojinete fabricado por la empresd <yr de manera que se logre la fun-ción preestablecida, por ejemplo que el eje gire en el cojinete con pe-queño juego. A este fin se han creado los ajustes lSO.

El ajuste es la relación entre las medidas de las piezasantes de montarlas.

Ajuste cilíndrico: las piezas tienen superficies de ajuste cilín-dricas y se denominan eje (o árbol) y agujero.

Ajuste plano: Las superficies de ajuste de las piezas son planas,las piezas reciben el nombre de parte exterior y parte interior.

En el aspecto funcional se distinguen tres tipos de ajuste.

Ajuste holgado o móvilLos campos de tolerancia del eje y del agujéro han de elegirse de talmanera que en cualquiera de los casos posibles de las medidasreales dentro de las medidas lfmite, exista un juego (holgura) entre eleje y el agujero. El valor de dicho juego dependerá de las posicionesdel campo de tolerancia y de los valores de tolerancia que se elijan.Si se adjudica al agujero el campo de tolerancia H y al eje el campo f,el juego será pequeño. Pero si se establece el campo d para el eje, eljuego será varias veces mayor.

El iuego puede tener un valor mínimo o un valor máximo.Juego máximo = valor de la cota máxima del agujero menos valor

de la cota mínima del eje.Juego mínimo = valor de la cota mínima del agujero menos valor

de la cota máxima del eje.

Ajuste indeterminado o de transiciónLos campos de tolerancia han de interferirse de manera que se pro-duzca o un juego o un apriete.

Juego máximo = valor de la cota máxima del agujero menos elvalor de la cota mínima del eje.

Apriete máximo = valor de la cota máxima del eje menos el valorde la cota mínima del agujero.

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La

ee

ui¿

cia

ri, c

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o ffilhowlv772Til

Representaciónsimplif icadade este ajuste

Figura 5-8. Ajuste móvil.

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deSer l*-

de

@Representaciónsimplif icadade este ajuste

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Figura 5-9. Ajuste indeterminado.

= Juego= Apriete

maxtm om axtmo

máximomínimo

Tu r77V:777/e tixÍ!i{.\+t[\]- ñi4':ñlr{rlq

Representaciónsimplif icadade este ajuste

l Eje

, l.lr'., . ., ,, i

:--ff;::1::':}: r:::: :l::'; ' ' ':

t 11 ', ',,,', 1'' , ', ,. ,'

t,:,tr1-:.,: lil, 1,.r-:lri 1r'ir:

Figura 5-10. Ajuste a presión.

344

Figura 5-11. Sistema eje único.Maniveta Co¡inete ffla" cofi- Acootamiento

Técnica de mor:z- |

Ajuste a pres¡ón

Los campos de tolerancia están situados de tal manera que se prod_-ce un apriete en cualquiera de las posiciones en que pueden enco--trarse las medidas reales. El eje es siempre mayorque el agujero, Ecampo de tolerancia del agujero H y el campo de tolerancia del eje :producen un pequeño apriete. En caso de que deba ser mayoi s:elige, por ejemplo, el campo de tolerancia de eje za.

Apr¡ete máximo = valor de la cota máxima del eje menos el vaf .-de la cota mínima del agujero.

Apriete mínimo = valor de la cota mínima del eje menos el vaJc-de la cota mínima del agujero.

SISTEMAS DE AJUSTE

Con el fin de limitar y clal¡f:car las posibilidades de ajus-te, se han establec¡do dos sistemas de ajuste.

Sistema eje único (DlN 7155)El eje o la pieza interior recibe el campo de tolerancia h. Todos losagujeros o p¡ezas exteriores que deban formarun ajuste con este e.¡€

llevarán campos de tolerancia que correspondan al tipo de ajustedeseado (móvil, indeterminado o a presión) y por tanto a la funciórprevista.

Eje h; agujeros A hasta H = ajustes móvilesEje h; agujeros hasta ^, N = ajustes indeterminadosEje h; agujeros ry P hasta ZC : ajustes a presiónCon el sistema eje único pueden emplearse para un determinadc

tipo constructivo de máquinas, ejes estirados (h8, h9, h1 1), ejes cai -

brados (h8, hg) o ejes rectificados (h5, hG). Estos ejes pueden rec -

birse de las siderurgias en estado acabado. No requieren ningún tipcde trabajo posterior y están listos para el montaje. El sistema ejeúnico se emplea en las industrias donde son frecuentes los ejeslargos de diámetro constante, por ejemplo en la construcción de ma-quinaria agrícola, en máquinas text¡les, en aparejos elevadores 1

grúas.

Ejemplo de aplicación del sistema eje único

Para cierto conjunto de piezas se emplea un eje acabado con to-lerancia h6 como el representado en la figura 5-12. Los elementoses decir los cojinetes, la manivela, la rueda dentada y el disco deacoplamiento, llevarán una tolerancia tal que se produzca el ajustedeseado. Con esto se ahorra el coste de mecanización del eje.

Sistema agujero único (DlN 71541El agujero o la pieza exterior recibe el campo de tolerancia H. El ejellevará la tolerancia correspondiente a los ajustes deseados.

Agujero H; ejes a hasta h = Ajustes móvilesAgujero H; ejes j hasta rn = Ajustes indeterminadosAgujero H; ejes ^rp hasta zc = Ajustes a presiónEn la construcción de rnlquinaria en g. ral, y en la construc_

ción de automóviles entre otras, los ejes están generalmente escalo_nados con el fin de que puedan montarse y fijarse mejor en los coji-netes, ruedas, acoplamientos, etc. En este caso el sistema agujeroúnico ofrece ventajas, puesto que un eje puede dejarse a la m1áidanecesaria mediante torneado y rectificado más fácilmente que, porejemplo, los taladros de una caja de cambios grande. por lo tanto, se

lBJr1 úa E

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ELECCI(

Agujer

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R7 F8

Ajuste Ajustea presión móvil

J7 FB M7Ajuste Ajuste Ajusteindeter. móvil indeterminado

.6

g N 8Ns_\6ffi0-50 +25 - 11 *25 -25

Figura 5-12. Ejemplo de aplicación del sistema ejeúnico.

til

{!

H7H'7

9.25s-a¡ú---Áe"

1- .50 St-25 .33 -zSñ '{' + 34 -50 +17 - 50

Figura 5-14. Ejemplo de aplicación del sistemaagujero único.

Ajustes móvilesAaH f¿:i:ñ Ajustcs a presión

Ajustes móvilesa hasta h

AJustes a presión-p hasta zc

Figura 5-13. Sistema agujero único.

A.Ppo{-D -'6

otaje

rodu-ncon-ro. Eleje sof se

valor

valor

F losb eje,{ustención

inadoI cali-Ireci-h tipob eieI eiesb ma-bes y

Técnica de montaje

decidirán por el sistema de agujero único las empresas en cuya fabri-cación figuran generalmente ejes escalonados.

Ejemplo de aplicación del sistema agujero único

En este conjunto de piezae todos los agujeros tienen el campo de to-lerancia H7. El árbol tendrá en sus diferentes diámetros las toleran-cias necesarias para conseguir los aiustes deseados.

ELECCIóN DE AJUSTE

345

ii

tln to-¡ntos,bo ¿e

l¡usteleie.i

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h

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itr"-palo-lcoji-FieropidaF Porb, se

|@ l& l¡.::i:,riiiiiri:i,:l::::::,iñdüi,bliiñiC8l$i'ldül il.'H7 H8 (H 11) UM fgujefo. @ Eies h6 h9 h11

u8@t

f[lIÍITfiI

Aluat r pra¡lón con apilai. fi¡.ñaba p¡oza! aólo pu6don rnlrmbls[e med¡ant6 contrecc¡ón odllrttción. Sa ut¡lize plrr rucd.s sobrc o¡e3, eapigrs do ma-niwlrr, .¡ot d! contracción.

(s 6)

?77

ÍIlfirn¡!

Ajuric r pr.¡lón con .prlrt m.dioLra p¡czlr r! unon con grln fuezr dr montala o m€diantaGontfacc¡ón o dil.tsc¡ón. Sc utilir¡ parr montlr lbntas cnrucdaa. ru.da! cn e¡oa.

r6@

lM_Aurto ! prarlón con pcquaño rp?lctaLr! p¡czsr ro puodon unh con fuor¿! mrdiana de montai6. S€utll¡¿a paru montlr carquillos do co¡in.to cn carc!3es, coro-nra drntrdaa cn cu.rDor d. rued!.

n6rffi A¡u¡t ¡ndatarminrdo, Apricts grrnd., juogo paqueño.

[r¡ p¡ezlr tc puadon unlr con fuorr! poqueña dc montaje. Scutiliu prra mont¡r rcopbn¡ontor, carquillos da co¡inoto 6ncarc!3!¡, piñoncr en artrcmos d. lóolor.

(k6)-@- AJU¡i. ¡ndrtaminedo. Apr¡cto y ¡ulgo aproximadamento

¡gurlc..Pucdc onlambl¡nc ! golpo3 da mrnillo. Hly quc rseguErlar piezas contra O¡rc. Plra ¡coplam¡ontos, ruedas dentadaspobar, mlnlvalrr.

(i6) w AJud. ¡ndltrrm¡nrdo. Apriote pequeño, juego grande.Pucdc en¡¡mbl¡ne con ligeres golpaa de mrrt¡llo. H.y quoascguEr laa p¡ezas contG g¡ro. Pan poleaa, ruodas den-údas, manivalas.

h6 h9 (h11) w A¡uft móvll ap.nr3 dlllüntaLar p¡cza! puadln dcrplazlrso. So ut¡liz! pan cantruis8, pf-nol¡¡ on ¡u¡ c!¡craa3, ln¡llor d¡ltanc¡8dores.

.w H7 H8 (H 11)

(so) mA¡urt móYll d.tl¡z.nt..

!@-'@ (G7)na¡ harúm¡ant!, rcoplam¡cntos dcrplazrblos, ru!da8 denta-d¡¡ d¡ cembio.

f7flÍñÍftft

reAju.tc móvll luego pequcñoSa ut¡lia en gonoral plra coi¡notea dr fricción, ámbolos dacontrel y cilind¡o¡, ruedes d6 camb¡o, ruedas desplazables.

r@-u% F8 F8

(e8)allllllml A¡ult móv¡l juogo holgrdo

So ut¡l¡ze paru co¡inete! dc fricc¡ón con s¡es largos o con va-rioa puntos de aloiam¡ento, pan co¡¡net$ d. c¡g0eñales y daárboles da torn¡llos s¡n fin, sloiamiontos d€ palancas.

¡nlm-@ E9

(de) (de)rmmt Aju.tc móv¡l juego mcdieno,

lmrnn

-% Dr0 D10y rgfcola, coi¡netas para acc¡onam¡cntos y mccrnbmos dotEshc¡ón do gnfas, pola!! locas.

(c11)m A¡urt móvil jucgo grandc.

Sc ut¡l¡¿ pria coiinates con fuorto crlontamiento, construc-clón d6 msqu¡nrria toac., aoportoa do cabsllete, bulones,

ÍÍíflm

_@r cl1 c11

1a11)-¡E@-

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A¡uÍ. móv¡l ¡uroo muy g6ndo.Sc ut¡l¡a pt?r co¡¡nst€a con poligro do ensuciamiemo y en-grrtc doficiantr, excavadons. unionoa articubd6g.

@

-@(A11)

APPOLD. 16

r346

Figura 5-15. Unión a presión por calado.Mediante la introducción a presión se desplaza ycompacta el material

Técnica de montaje

Lado izqüierdo de la tabla: Sistema agujero único. Las tole-rancias H7, H8 y H11 pueden emparejarse con las tolerancias para

eje que se encuentran debajo, formando ajustes a presión, indeter-minados y móviles.

Lado derecho de la tabla: Sistema eje único. Las tolerancias h6,h9 y hl1 pueden emparejarse con las tolerancias para agujeros for-mando ajustes móviles.

Las tolerancias que no van entre paréntesis pertenecen a la serie1, las que van entre paréntesis a la serie 2. La serie 1 tiene prefe-rencia sobre la serie 2.

La elección del ajuste según la norma DIN 7157 tiene como fina-lidad reducir al mínimo el número de herramientas e instrumentos deverificación y medición, mediante la elección de algunos ajustesusados frecuentemente. En la mayoría de los casos prácticos sonsuficientes estos pocos ajustes. Sólo en casos excepcionales se to-marán ajustes de las tablas DIN 7154 y DIN 7155.

UNIÓN DE ELEMENTOS A PRESIóN

En los aluste$ a presión et e¡e es siempre maYof guerelagujero, es dec¡r que ex¡ste apr¡ete.

Unión a presión es el concepto más extenso para una unión conpiezas sometidas a tens¡ones normáles (perpendiculares a las

superficies), compuesta de eje y cubo que tienen un exceso de me'dida antes de ensamblarse (ajuste a presión).

Unión a pres¡ón med¡ante calado

La fuerza de montaje actúa en dirección longitudinal. Cuando se tratade aprietes pequeños a medios (p. ej., H/r. s, t, u) el eje puede intro-ducirse a presión en el agujero por medio de una prensa lo bastantepotente (reserva de potencia).

Preparación: Hacer en el eje o en el agujero un chaflán de 5 gra'dos y de 2 a 5 mm de longitud según el apriete, con el fin de evitarque haya arranque de material durante el calado. Engrasar el eje y elagulero con aceite de máquinas, aceite de colza, aceite de linaza oaceite de máquina ysebo. El aceite de colza produce la mayorfuezade adherencia después del ensamble. Alinear previamente las piezascon toda exactitud.

Proceso de ensamble: Calar lentamente con el fin de que el ma-terial tenga tiempo suficiente para desviarse. La velocidad de caladoserá como máximo de 120 mm por minuto. No introducir las piezas a

golpes.Estado: Hasta después de transcurridos aproximadamente dos

días no alcanza la unión a presión su resistencia máxima. Si elmontaje se realiza correctamente, estos ajustes pueden soltarse yrehacerse varias veces.

Unión a presión mediante contracción y/o dilataciónLa fuerza de montaje actúa en sentido transversal al eje. Cuando losaprietes y diámetros son grandes, se calienta la pieza exterior o seenfría la pieza interior para realizar el ensamble. De este modo laspiezas pueden unirse a mano o aplicando una pequeña fuerza.

Unión a presión mediante contracción. Las piezas de máquinacomplicadas o mecanizadas en acabado (ruedas dentadas entreotras) se han de calentar en baños de aceite, de metal o de sales, por-que de otro modo se deforman. Las piezas de máquina templadas o

bonificadas no deben calentarse hasta la temperatura de revenido.

presión

Alambre

Rueda dentadaAceiteSupl ementos

Aro decontracc ¡ó no zuncho

5,in,¡6¿

l-as piezse mecara) puec

Uniérior se saprox_ o

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Seumuy gra

Desltar frecupieza inrsión penbita. Cuedesymos valol

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5.2 S

5.2.1

ERROF

[¡sdifier

Ennporta nciciales drfrente a il

ción, laslFrente al

Segúque resFconciernpresentatambién

SuperprNo es pcde forrnaoies de a

superficlas de deaceitetr.

Diferenrftio estárnregulani

aquélla asupone (

tundidad5O veces

Figura 5-16. Unión a presión por contracción de la piezaexterior.Al enfriarse la pieza exterior se comprime, produciendo deeste modo la necesaria fuerza de sujeción.

Recipiente de enfriamientocon h¡elo seco o aire licuado

Figura 5-17. Unión a presión por dilatación de la piezainter¡or.La pieza interior subenfr¡ada se dilata al calentarse a tem-peratura ambiente.

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le-lÍaer-

16.

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dees)n(>

Técnica de montaie

Las piezas sencillas (arcos de contracción entre otras) y aquéllas quese mecanizan después de realizado el ensamble (coronas de rodadu-ra) pueden calentarse con llama de gas.

Unión a presión mediante dilatación. En este caso la pieza inte-rior se subenfría en dióxido de carbono sólido (hielo seco) a -7OoCaprox. o en nitrógeno líquido a -19OoC aprox.

Este método se emplea cuando la pieza exterior no puede calen-tarse a causa de su tamaño, propiedades o tratamiento térmico.

Se utilizan ambos métodos de ensamble cuando los aprietes sonmuy grandes o cuando la pieza exterior no debe calentarse mucho.

Desmontaje con aceite a presión. Cuando esté previsto desmon-tarfrecuentemente piezas con ajuste a presión, se han de prever en lapieza interior canales de aceite para el desmontaje. El aceite a pre-sión penetra en la ranura periférica y deshace la unión de forma sú-bita. Cuando se trata de ajustes a presión en piezas de máquina gran-des y mucho valor, el constructor facilita indicaciones referentes a

los valores de la fuerza de calado necesaria para el ensamble y a latemperatura de calentamiento y subenfriamiento.

5,2 Superficies técnicas

5.2.1 Forma de la superfic¡e

ERRORES DE LAS SUPERFICIES

Las superficies de las piezas fabricadas técnicamentedifieren s¡empre de su forma geométr¡ca ideal.

En muchos casos, sin embargo, esta diferencia reviste gran im'portancia para la función del elemento. De las calidades superfi-ciales dependen en gran medida, por ejemplo, el eomportam¡entofrente a la corrosión, la estanqueidad, el comportamiento a la lubrica-ción, las propiedades de fricción y deslizamiento, el comportamientofrente al desgaste, las propiedades de ajuste.

Segrln la norma DIN 4760 se han de distinguir seis órdenes en loque respecta a las irregularidades de forma. Las de 5,o y 6.o ordenconciernen a la estructura y a la constitución reticular, y no están re-presentadas en este caso. La representación contigua muestratambién las posibles causas de los errores de las superficies.

Superposición de las irregularidades de formaNo es posible relacionar simultáneamente las cuatro irregularidadesde forma con la función de la superficie. Entre otras cosas, las superfi-cies de ajuste no pueden presentaÍ una gran diferencia de forma, lassuperficies de contacto estanco requieren una pequeña rugosidad ylas de deslizamiento pueden presentar cierta ondulación (bolsas deaceite).

Diferencia de forma, ondulación y rugosidadNo están claramente reconocibles los límites entre las diferentesirregularidades de forma. Se habla de diferencia de forma cuandoaquélla afecta a toda la superficie. En el caso de las ondulaciones sesupone que la longitud de onda es de 1OO a l OOO veces la pro-fundidad de onda. En el caso de la rugosidad, esta relación es de 4 a

50 veces.

347

ligeramente cónico

periférica hasta lOObaraproximadamenteFigüra 5-18. Desmontaje con aceite a presión.El aceite a presión introducido en la ranura periférica haceque se dilate la pieza exterior.

I

neie-

e*

Defectos en las guías de la

máquina herramienta. Comba dela máquina y de la pieza,deformación de temple, desgaste.

Vibraciones de la máquina y de laherramienta, defectos de sujeción

Forma del filo de la

herramienta, avance y paso

Filo recrecido, tipo de viruta: virutaarrancada, viruta cortada y virutaplástica

1. Forma no plana,no redonda***-r::* "¿: .::i:jjjj: :::===::1::r: r'' ::ii:t:u.itutr..:..:::

2. Ondas

t'-. .3. Surcos

:L,,::liti;;ii: jjt:ii::1:,ii

4. Estrías

irregularidades de

)nase-

It¡tGrte

a-loa

tselv

Figura 5-19. lrregularidades de forma.

Figura 5-2O. Superposición de lasforma.

?-zfelo

LA

ils

ses¡.,a

€r-

ot.

Diferencia de forma

Onda W

Perfil real P

Distancia entre ondas

Figura 5-21. Ondulación y rugosidad.

Figura 5-22. Perfil sin filtrar o perfit-P.

348

Figura 5-23. rugosidad filtrado o perfil

perfil de referencia

Figura 5-25. La línea del perfil de referencia toca losplcos más altos del perfil y la línea del perfil de base lospicos más bajos. La línea media divide al perfil de talmanera que el área de las crestas es igual al área de losvalles.

^ ZtrZz+23+Z¡*25-5

Figura 5-26, Los parámetros de rugosidad Rt, R^",, R,.Rr : profundidad de rugosrdad máximaa-.": profundidad de rugos¡dad individual máximaR. : profundidad media de rugosidad

Técnica de monta¡e

FiltradoAl medir la rugosidad del perfil superfic¡al, es prec¡so averiguar porseparado la ondulación y la rugosidad, por lo que respecta a lafunción de la superficie. Esto puede realizarse mecánicamente, tal ycomo muestran de forma muy simplifacada las tres figuras conti-guas, o bien eléctricamente, mediante supresión de determinadasgamas de frecuencia ajustables en el aparato.

Fundamentalmente, en ambos casos se hace pasar por la super-ficie una aguja palpadora. El movimiento vertical del palpador en elcampo de las micras puede verse en forma de curva en una banda depapel, o como desv¡ación de aguja en un instrumento de med¡ción,una vez amplificado eléctricamente. Cuando se desea el perfil de la

rugosidad filtrado (perfil R) el patín y la banda de medición están un¡-dos entre sí, de manera que la banda está s¡empre a la misma dis-tancia de la <onda> y ésta no se registra. Cuando debe medirse la on-dulación. el patín puntea el perfil de la rugosidad.

5.2.2 Metrología

COTAS DE SUPERFICIE Y RUGOSIDAD

Las cotas de superficie y de rugosidad (parámetros) reúe'lan ciertas particularidades. La cota que debe emplearseen cada caso depende del co'rnetido,o'de la función de lasuperf¡c¡e.

Dos ejemplos:

1. Las partes supefic¡ales críticas de elementos de máquinas soli-citados dinámicamente (muñequillas de cigüeñales) no puedenpresentar estrías (fugas), que se determinan rnediante R."'.

2. Las superficies de los cojinetes de fricción deben tener una altacapacidad portante y una buena resistencia al desgaste' En estecaso puede emplearse i9,.

P, = Profundidad de perfil (cota de superficie)

El parámetro P, es la distancia máxima entre el perfil de referencia y elperfil de base. Es la suma de las irregularidades de forma de 1 .o a 4'oorden. La medición se efectúa sin filtrado. Se utiliza allf dondeademás de la rugosidad sean importantes también la ondulación y ladiferencia de forma. Embolos hidráulicos, superf¡cies de desliza-miento.

8, = Profundidad de rugosidad máxima(R = Cota de rugosidad)

El parámetro rR, es la distancia máxima entre la cresta más alta y elvalle más profundo. Sustituida por tR.., y t?,.

R.., = Profundidad individual máxima de las irregularidades

La profundidad individual máxima de las irregularidades dentro de lalongitud de medición /., se denomina 8.",. lnforma sobre la rugosi-dad máxima (cresta-valle) pero no sobre la forma del perfil. Las cres-tas altas y las estrías profundas influyen negativamente en las super-ficies de contacto estanco, las partes superf iciales muy solicitadas delos tornillos de dilatación, los cigüeñales y las piezas de embuticiónprofunda.

Técnica

F, = Prt

Es la metramos dciones siparámetfde la supmediciór

f. = Val

Si se suplos vallerdelimitacáreas delas áreassultado sgulo), sela lfnea lmedició¡fere ntesapropiad

Paratudes dede las on

PROCEI

l'os asüpa€Éectprasü

Figura 5de le fon

Verificarcon mut(material

Pasando 1

puede de'na experi,Hay muesficado, cr

Perfil de

Figura 5-24. Perfil de ondulación filtrado o perfil W

Línea del perfil de Desviación

Técnica de montaie

ñ, = Profundidad media de la rugosidad

Es la media aritmética de las profundidades de rugosidad de cincotramos de medición col¡ndantes l" de la misma longitud. Las desvia-ciones sólo se t¡enen en cuenta parcialmente. Puede emplearse elparámetro 8, allf donde desviaciones aisladas no perturben la funciónde la superficie, como por elemplo cuando se trata de superficies demedición, superficies de ajuste de uniones a presión'

F. = Valor medio aritmético de la rugosidad

Si se suponen todas las áreas de las crestas hundidas en las áreas delos valles, se produce una superficie geométricamente plana, cuyadelimitación se denomina línea media. Si se suman ahora todas las

áreas de las crestas que se hallan por encima de la línea media conlas áreas de los valles que se hallan por debajo de ésta, y el rec-

sultado se divide entre la longitud /, (pensando en el área del rectán-gulo), se obtiene el parámetro de rugosidad ,9.' La determinación dela lfnea media y el cálculo de i9. son realizados por el aparato demedición. La ventaja de 19. es que los resultados de medición de di-ferentes lugares de una superficie pueden compararse bien. Es muyapropiado para el control de rugosidad contiguo de la producción.

Para calificar la superficie se dispone de otras 1 5 a 20 magni-tudes de medición, como por ejemplo las profundidades del perfil yde las ondas, el número de estrlas, la distancia entre surcos, y otras.

PROCEDIMIENTOS DE VERIFICACIóN Y MEDICIÓN

Los aparatos pertenec¡entes a la técnica de medición desuperf¡cies están muy dependientes del desarrollo de laelectrónica y de la técnica de los ordenadores. Su manejopresupone una buena formación y experienc¡a.

349

,Ao=ÍAu¿=l/o+LAu

Figura 5-27. El áreaA es la suma de todas las área de lascrestas A" y de todas las áreas de los valles ,4,.

Au:valor medio aritmético de la rugosidad.

u otras magnitudes de rugosidad

Figura 5-28. Anotación de los parámetros do rugosidaden símbolos.En lugar de R, puede anotarse también 4, F-* u otro pará-metro de rugosidad, debiendo indicarse siempre entre pa-réntes i s.

R^

Figura 5-29. Muostras de supeficies de cilindrado longitudinal (materializaciónde la forma).

Verificación de la rugosidad superficialcon muestras de superficies(materialización de la forma)

Pasando la uña del dedo alternativamente por la pieza y la muestra,puede determinarse aproximadamente la rugosidad si se tiene algu-na experiencia. En muchos casos es suficiente este procedimiento.Hay muestras superficiales para cilindrado, refrentado, fresado, recti-ficado, cepillado y mortajado.

Línea media

350

Parte registradoraParte indicadorade la medición

Cabeza de

Micropalpador

Sistema palpador

Figura 5-3O. P€rtómetro para la medición de superficies.

Figura 5-31. Perfil de una superficie torneada.En la parte superior izquierda está anotada la relación demedidas de la curva: verticalmente 1O ¡rm, horizontal-mente 2O0 ¡.¿m.

Demasiado grandeffiffiffi

Demasiado pequeño CorrectoFigura 5-32. Aumento horizontal.

ffiffiffiDemasiado pequeño CorrectoFigura 5-33. Aumento vertical.

Demasiado grande

Aparato de avance

La superficie de referencia La superficie de referencia sese encuentra en el aparato encuentra en el palpadorde avance (guía) (patín filo)

Figura 5-34. Sistema de superficies de referencia(sistema de exploración libre).

Técnica de montaje

Medición de los valores de rugosidadpor med¡o del perfilómetro

Este instrumento consta de la cabeza de medición con micropal-pador, y de la parte indicadora de medición y registradora. La cabezade medición puede fijarse a un soporte cuando se miden piezaspequeñas. o puede colocarse a mano sobre piezas grandes. En

ambos casos el micropalpador, con su punta de diamante de 2 a 5 mi-crómetros de radio en el extremo, se desplaza de 0,4 a 40 mm a lolargo de la superficie de la pieza. La punta del palpadorva siguiendode este modo las más finas hendiduras de la superficie. Los movi-mientos de subida y bajada de la punta, se amplif¡can electrón¡-camente, se traducen y se indican como valores de medición en el in-dicador del perfil por med¡o de la desviación de la aguja, o si se pre-fiere se registran como curva en el registrador de perfiles.

Registro del perfil

Las diferencias de altura se registran aumentadas de 4O0 a 1OO OOO

veces, según se ajuste el aparato (ampliación vertical). El aumento ensentido horizontal (ampliación horizontal) sin embargo, es de 20 a

1OO veces. Debido a esto, la curva registrada se comprime sobre unatira de papel relativamente corta, por lo que la curva parece más acci-dentada de lo que realmente es la superficie medida.

Ejemplo: Aumento vert¡cal I OOO vecesAumento horizontal lOO vecesRecorrido de medición 5 mm

La profundidad de rugosidad de 1O micrómetros aparecerá en'tonces con una altura de 1O ¡lm . 1 OOO = 1O mm en una longitud detira de papel de 5 mm..1OO= 5OO mm. Si se ampliasetambién 1 OOO

veces en la horizontal, la figura quedaría a escala, pero la tira de pa-pel tendría 5 metros de longitud, lo cual sería poco claro.

Filtro de ondas(cut off = separar/descartar)

La finalidad y el principio mecánico del filtrado de ondas ya se ex-plicaron al principio del capítulo. Los perfilómetros eléctricos dispo'nen de filtros de ondas que efectúan, por medios electrónicos, fil-trados dependientes de la frecuencia en 5o. En este caso se entien-de por frecuencia el número de oscilaciones del palpador en direc-ción vertical cuando pasa sobie el perfil de la superficie. La mezcla defrecuencias producidas por ondas. surcos y estrías, se hace pasar porel filtro paso alto incorporado en el instrumento de medición y quesuprime las frecuencias bajas (ondas). De este modo se mide la rugosi-dad. Cuando se han de medir la diferencia de forma y la.ondulación,se utiliza un filtro paso bajo que separa las frecuencias altas (rugesidad). Valores (cut offi normalizados: longitudes de onda O,O8;0,25; 0,8; 2,5 y 8 mm.

Con ayuda del filtro es también posible representar superficiescerradas de piezas. por ejemplo flancos de diente y radios, comocurva de medición de transcurso rectilíneo, debido a que elfiltro pasoalto separa la curvatura superficial considerándola como diferenciade forma u onda.

Sistemas de exploración con palpadorPara realizar los múltiples cometidos de medición, se emplean dife-rentes sistemas de exploración con palpador.

Iü¡métr3¡,rprí¡n¡ccrpf

I

ffil

goude I¡tantlO.3 ¡

padt

DinCuarrredcaniel c¡cbnGfr t

I

ilrecrPs

Palpadores

ie

rl-aa

tsinri-lolori-

ri-n-

e-

Técnica de montaje

Los sistemas de superficies de referencia refieren el resultadode medición a una superficie patrón que materializa el perfil geo-métrico ideal. El ajuste del paralelismo entre la materialización de lasuperficie de referencia y la superficie de medición, suele requerirmucho tiempo, pero en cambio el resultado de la medición es muyexpresivo.

Los sistemas de patín se apoyan sobre la superficie de mediciónen uno o dos pat¡nes. De este modo se mide el movimiento relativode la punta del diamante respecto al patín. Para el resultado es impor-tante en el sistema de patín único, el radio del patín utilizado (de0,3 a 25 mm) y en el sistema de patín doble la distancia entre el pal-pador y los patines (de O a 3 mm).

Dirección de exploración y número de med¡c¡onesCuando se trata de superficies mecanizadas por arranque de viruta, lamedición se realiza por lo general en direcc¡ón transversal a la de me-canizado. Cuando esto no esté suficientemente claro, por ejemplo enel caso de una superf¡cie refrentada, se medirá en diferentes direc-ciones. Para mayor seguridad, es conveniente efectuar medicionesen tres lugares por lo menos.

Ha de tenerse en cuenta también que incluso en superficies bienmecanizadas el resultado de medición puede presentar fluctuacio-nes de hasta el 3O%.

Procedimientode fabricación

Limado

351

avance

0lna

¡ari-

Aparato de avance

Sistema de patín único

Figura 5-35. Sistema de

Aparato dePalpador

\ p"tin

Sistema de dos patines

patines.

|.leoü.

sooa

I.ril-F

btlle*n,

t;Rectil

Rectificado plano

Figura 5-36. Confrontación de procedimientos de fabri-cación y valores de rugosidad.

PalpadorPatín

Fundición de arena

Fundición en coquilla

Fundición a presión

Fundición de precisión

For¡ado en estampa

Extrus ión

Cilindrado

Avella nado

Escariado

Fresado tang. y frontalCepillado

Bruñido con carrera larg

Bruñido con carrera corlLapeado plano

G ranallado

352

Ejercicios

Tolerancias y ajustes

Tolerancias1. ¿Por qué se ponen tolerancias a las piezas a mecanizaf?2. ¿De dónde viene el concepto <toleranciar?3. ¿Oué son las diferencias de medida?4, Explicar los conceptos cota nominal, cota máxima, cota

mínima.5. ¿Por qué se emplea una línea cero cuando se determina una

toleranc ia?

6. ¿Oué es una diferencia superior y una diferencia inferior?7. ¿Oué se ent¡ende balo el concepto (cota nominab?8. ¿Cómo se representa en forma simplificada un campo de tole-

rancia?9. ¿Cuándo se habla de diferencias en más y cuándo de diferen-

cias en menos?1O. ¿Cuáles son las cinco posiciones que puede adoptar un

campo de tolerancia respecto a la lfnea cero?1 l. De los campos de tolerancia representados (eiemplos a-o)

calcular los valores Ao, A", T, 6 y K en mm.

Calculan

Técnica de montaje

Determinara) el tipo de ajuste y calcular juegos y aprietesb) el tipo de ajustec) comparar un ajuste móvil, uno indeterminado y otro a

presión

c

0-0

0-0

31. ¿En qué cotas lfmite en eje y agujero resultan:a) Juego máximo de un ajuste móvilb) Apriete mfnimo de un aluste a presiónc) Juego máximo de un ajuste indeterminadod) Apriete máximo de un ajuste a presióne) Juego mfnimo de un ajuste móvilf) Apriete máximo de un ajuste indeterminado?

32. Formar en cada caso un ajuste móvil, indeterminado y apresióna) Croquizando los campos de tolerancia del ele y del agu-

jero en su situación resp€cto a la lfnea cerob) Poniendo las letras y números de calidad en el croquis.

33. Establecer la diferencia entre los sistemas de a¡uste (ejeún¡coD y (agu¡ero únicoD.

34. ¿Oué sentido y finalidad t¡enen los sistemas de ajuste?35. ¿Bajo qué condiciones selecciona una empresa el sistema de

ajuste <eje rlnico> para su producción?36. ¿Cuándo se decide una empresa por el sistema de ajuste

<agujero únicor?37. Formar en cada caso un ajuste mediante indicación de las

letras y números de calidad, por ejemplo H7ln6 (significandoEB = agujero único, EW = eje único).a) Ajuste móvil según EBb) Ajuste a presión según EWc) Ajuste indeterminado según EBd) Ajuste indeterminado segrin EWe) Ajuste a presión según EB

0 Ajuste móvil según EW.Emplear para ello la tabla de la página 0OO.

38. Establecer la diferencia entre uniones a presión mediante ca-lado y uniones a presión mediante contracción o dilatación.

39. ¿En qué fenómeno físico se basa el proceso de encaje y elefecto de adherencia mediante contracc¡ón y dilatación?

4O. ¿Oué es lo que ha de observarse durante la preparación de unaunión a presión mediante calado?

Superficies técnicas4f . ¿Cómo se llaman las cuatro primeras clases de irregulari-

dades de forma?42. Citar las causas de las cuatro primeras clases de irregula-

ridades de forma en las superficies mecanizadas de laspiezas,Croquizar la superposición de las irregularidades de forma.¿Oué f¡nal¡dad t¡ene el filtrado cuando se realiza la verifi-cación del perfil de la superficie?{Cuáles son los dos tipos de filtrado mecánico que seemplean?Establecer la diferencia entre los valores de rugosidad t9, y F..Croquizar un sfmbolo superficial y asignarle un valor de rugo-sidad (por ejemplo 0,6).

48. Describir un perfilómetro.

30.

Técnica t

49. Establhorizo

50. Establrencia

5.3 Pie

5.3.1 t

EJES Y

Fuer¿as

Los eies yúnicame¡tmente a !mente entransmiterprincipalndentadas,también u

vim¡ento I

FormasLos ejes rlos mont¡de secciótangular 1

Como maaceros dctac¡ón ak

Formas

Los árbokrada, fec{

Los imetfos d(tancias, pmáqu¡nasnan árbol

Los&nados. Grnas, talesnetes y a

Los cide matericigüeñaleceversa.

Los ára la flexiórramienta

6.

@:' m -18

@'=- @' wí,bcde

% _\u %A||f'W-

-., ?, @:fqh

q,,,fu-E?:t?nT-Cota nominal fl = 6O mm.

12. lCuáles son los campos de tolerancia que se designanm€diante l€tras mayúsculas y cuáles mediante letras minús-culas?

13. ¿Oué letras del alfabeto se han suprimido en la desiganciónde campo de tolerancia con el fin de evitar equivocaciones?

14. ¿Dónde se hallan los campos de tolerancia a hasta g, porencima o por debalo de la línea cero?

15. ¿Dónde se hallan los campos de tolerancia R, M y F?

16. ¿Sobre qué informa un número de calidad ISO?17. ¿Porqué razón están divididas las medidas nominales en dife-

rentes campos de medida nominal?18. ¿De qué dos condiciones depende la magnitud de la tole-

rancia?19. Explicárlas siguientesdesignaciones: h6; R7; V8; d1O; 16; K8;

81 1.20. ¿Oué calidades (números de calidad) se emplean en la cons-

trucc¡ón de calibres?21. ¿Cómo se encuentra el campo de tolerancia H respecto a la

llnea cero?22. tC6mo se encuentra el campo de tolerancia h respecto a la

llnea cero?

Ajustes

¿Oué es ajuste (definición)?¿Cuándo se habla de ajustes cilíndricos y de aiustes planos?tCuáles son los tres tipos de ajuste que pueden distinguirse?¿Cuándo se habla de ajuste móvil?ZCuándo de ajuste indeterminado?loué condiciones han de darse para que exista ajuste apresión?

29. Explicar mediante un croquis los conceptos >juegor y(apriete).

43.44.

45.

46.47.

23.24.25.26.27.24.

353taje

Ya

I¡de

I ca.l(xr.yelúuna

s€

R..tG

49.

50.

Técnica de montaje

Establecer la diferencia entre aumento vertical y aumentohorizontal en los registros de los perfiles,Establecer la diferencia entre sistema de superficie de refe-rencia y s¡stema de patín en la exploración de la superficie.

5.3 Piezas de máqu¡nas

5.3.1 Ejes, árboles, espigas

EJES Y ÁNSOLES

Los ejes y los árboles llevan p¡ezas de máquinas (ruedas' denladas, rtredas motrices, polaes y: otrqs)., que giran,

eiecutan rnov¡mientoa á'lternatlvos o guedan fijas'.

Fuerzas en los ejes y árbolesLos ejes y los árboles no se diferencian entre sí por las formas, sinoúnicamente por las fuerzas que soportan. Los ejes se solicitan sola-mente a flexión por las fuerzas que portan. Esto puede verse clara-mente en los ejes de ferrocarril y en los de los carros. Los árbolestransmiten siempre un momento de giro y debido a ello se solicitanprincipalmente a torsión. No obstante, debido al peso de las ruedasdentadas, las poleas (Ft y Fzl y el propio peso del árbol, surgetambién un esfuerzo por flexión. Los árboles siempre ejecutan mo-vimiento giratorio.

Formas de los ejesLos ejes montados horizontalmente se denominan ejes portantes, ylos montados vert¡calmente. ejes de apoyo. Generalmente los ejesde sección circular giran; los de sección transversal cuadrada o rec-tangular y los acodados, no, y en ellos se alojan ruedan rotativas.Como material se emplean, dependiendo del esfuerzo que realicen,aceros de 5OO a 600 N/mm2 de resistencia, o aceros de cemen-tación aleados en el caso de mayores esfuerzos.

Formas de los árbolesLos árboles son macizos o huecos y su superficie está torneada, esti-rada, rectificada o pulida.

Los árboles de los mecanismos de accionamiento t¡enen hasta 7metros de longitud y transmiten momentos de giro a grandes dis-tancias, por.ejemplo, como árboles de traslación de grúas, o en lasmáquinas textiles. Los árboles montados verticalmente se denomi-nan árboles principales.

Los árboles de engranaje tienen generalmente diámetros escalo-nados. Gracias a ellos pueden montarse fácilmente piezas de máqui-nas, tales como ruedas, arandelas, tuercas, medios de fijación, coji-netes y acoplamientos.

Los cigüeñales tienen uno o varios codos. Se mecanizan a partirde material macizo, se forjan o se funden con fundición gris. Con loscigüeñales se transforma un movimiento circular en rect¡líneo, o vi-ceversa.

Los árboles huecos tienen un bajo peso con una gran resistenciaa la flexión, se emplean como husillos de trabajo en las máquinas he-rramienta, por ejemplo en tornos y fresadoras.

Flexión

¡gr}'

¡¡ls"|e¡e

l¡ste

las¡rdo

tI

bÉ

ulalas

marifi-

Acopla-

Motorde un mecanismoaccionamiento

--J¡ir,\ Árbor

.l' ::'ll;:¡Ruedas o[dentadas -{-

Torsión yflexión

"t ^.{' F -.L,- l.",nu

Eje portante 4l ei" de apoyo

Figura 5-37. Fuerzas que actúan en ejes y árboles.

dentada

Figura 5-38. Formas de los ejes.

Ruedadentada

Muñequílla

Arbol de engranaje CigüeñalFigura 5-39. Formas de los árboles.

,mientoCoiinete /

ualdera

354

4¿¿Z¿a+EffiGorrón de apoyo

*Wea|ffi-4wGorrón de collar

f,//,//,/./J â,fa-////¿rn

t +.i=4i+ilr---.,5l,--l_:--.1trI- _E_a t sl_gWGorrón cónico

Figura 5-210. Tipos de gorrones.

Figura 5-41. Gonstitución d€ un cojinete de fricción.

Muñón de manivelaGorrón extremo

Gorrón esférico Gorrón de anillos

Técnica de montaje

ESPIGAS (GORRONES, etc.)

Las espigas se diferencian porsu forma y uso. Las espigas rectas.de collar, cónicas, de manivela y esféricas, soportan fuerzas radiales;por el contrario las de apoyo y de anillos soportan fuerzas axiales. Lastransiciones del diámetro de las espigas al diámetro exterior del árbolo eje están redondeadas (garganta) con el fin de evitar el efecto deentalladura bajo carga y con ellos la rotura por fatiga. Las espigasestán generalmente rectificadas con el fin de reducir el rozamiento yestán templadas superficialmente para que sean resistentes al des-gaste.

5.3.2 Cojinetes de fricción

ROZAMIENTO Y ENGRASE

Fricción seca (fricción de cuerpos sólidos). Si bien la superficiede deslizamiento de la espiga está rect¡ficada y la del coj¡nete tornea-da fina, ambas presentan cierta rugosidad. Si estas, superficies sedeslizan la una sobre la otra sin lubricante, se produce una gran fric-ción y con ella un fuerte calentamiento y desgaste. Este caso defricción en seco no debe tener lugar nunca en los cojinetes.

Fricción mixta. Las superficies de deslizamiento están humede-cidas con un lubricante, de manera que en este caso sólo se tocan laselevaciones de las superficies; menor fricción y menor desgaste. Esteestado no es tampoco admisible para funcionamiento permanenteLa fricción mixta se produce principalmente al comenzar el mov -miento de rotación de la espiga. Por lo tanto los cojinetes que fre-cuentemente están en reposo y se (arrancanr desde la parada, tiene.mayor desgaste que los que están en funcionamiento permanente

Fricción en líquido. Cuando entre las superficies de deslizamien-to hay tanto lubricante que dichas superficies no se tocan, el proce.so defricción se efectúa en el lubricante mismo. La capa más baja delas partículas de lubricante se adhiere a la superficie del cojinete y ncse mueve. La capa más alta se adhiere a la superficie de la espiga y semueve con ella. Todas las capas situadas entre ellas se mueven cordiferente rapidez"

Posición de la espiga en el cojineteLa película de lubricante en forma de cuña que se produce a a tcnúmero de revoluciones no debe romperse.

Fuerzas en el lubricanteDado que las superficies de la espiga y del cojinete no se tocan ¡lubricante tiene que transm¡tir la totalidad de la fuerza de apoyo Ce :

Técnica de

espiga al colbastante viscesto resultanespondenc'!em peraturacantes visco3eraturas alt: dades altar

La viscos:es entre las

CI.ASES D

Segú* trt

jine:e, É

Los cojlrzontalmentesoportan árbquicionera sferior aborntespiga.

CojinetesConstan defundición) c

Soporte reEl cuerpo e:está introd¡"rorma DIN I

Soporte reEl cojinete ca ntifr¡cc ió n

cuerpo y ia tlcon precrsrcDJN 505. coespigas se: ene la ven:rete abie¡'toque contaÍ'ccotado de r,¡

se rn icoji n err

Cojinetes

-cs cojinete-"sillo en ric

:e un largo r

resgaste, h

t-rerda se I¡ esto s6 ne

:ebe realizalr¿Ca dem¡

Eojinete dfrted ante ur

Carga de coiinete =Peso parcial del árbol* Fuerza de régimen

Cuerpodel cojinete

Figura 5-42. Fricciónen seco.

Gorrón en movtm

Cojinete

En reposo Al arrancar

Figura 5-45. Posición de laespiga en el cojinete.

Gorrón

ntido de g¡ro

Fricciónindeseada

Semicasquillo dematerial antifricc¡ón

Cojinete

Figura 5-43. Fricción mlxta.

Partíc u lasI Ae rubricante

S/atta \TVedia I Velocidad,' Reposd

Figura 5'44. Fricción en líquido.Comportamiento del lubr¡cante.

Cuña de lubr¡cante

Con número elevadode revoluciones yalimentación de lubricante

Colinete

@ca@:

@E:%@@

I rectas,idiales;iles. Laslel árbolbcto deespigasniento yial des-

pnta¡e

!erticiebmea-b¡es senn fric-nso del{¡.Fnede-Ean lasb. Estell¡ente.I movi-lue fre-iüenenhente.im¡en-rproce-

baja de[eyno[¡" y r"Gn con

ia alto

can, elodela

Técnica de montaje

espiga al cojinete. El lubricante está bajo presión y t¡ene que ser lobastante viscoso para no ser expulsado por los lados del cojinete. Deesto resulta que la viscosidad del lubricante tiene que estar en co_rrespondencia con la fuerza de apoyo, la velocidad periférica y latemperatura del cojinete. Como regla general puede decirse: lubri-cantes viscosos para fuerzas grandes, velocidades pequeñas y tem-peraturas altas. Lubricante muy fluido para fuerzas pequeñas, velo-cidades altas y temperaturas bajas.

La viscosidad es una medida para las fuerzas de cohesión reinan_tes entre las dist¡ntas moléculas del lfquido.

CI.ASES DE COJINETES

Los cojinetes radiales soportan árboles o ejes dispuestos hori-zontalmente, por sus extremos o en el centro. Los cojinetes axialessoportan árboles vert¡cales y tienen casquillo de gufa y quicionera. Laquicionera soporta la fueza axial y generalmente tiene su lado in-ferior abombado con el fin de que pueda adaptarse a la posición de laespiga.

Cojinetes de ojoConstan de un ojo soldado o fundido (cuando se trata de carcasas defundición) con casquillo insertado de material de cojinetes.

Soporte recto (cojinete de ojo)El cuerpo es de fundición gris. El casquillo de material de cojinetesestá introducido a presión. Estos cojinetes están recogidoj en lanorma DIN 5O4, en forma A con casquillo y en forma B sin casquillo.

Soporte recto partido con semicojinetesEl cojinete consta de parte inferior. tapa, dos semicojinetes de metalantifricc¡ón y dos tornillos de tapa. El escalón de centraje entre elcuerpo y la.tapa se encarga de que ambas partes queden posicionadascon precisión entre sí. Estos cojinetes están recogidos en la normaDIN 505, con y sin casquillo. En el caso de los cojinetes de ojo, lasespigas se insertan en el casquillo. El soporte de cojinete pártidotiene la.ventaja de que la espiga puede introducirse ejtando el coji_nete abierto, y puede adaptarse mediante rasqueteado. Cuando háyque contar con una posición oblícua del árbol alojado, el cojinete vadotado de una pieza intermedia esférica, situada entre el cuórpo y elsem¡cojinete.

Cojinetes de fricción reajustablesLos.cojinetes para fines determinados, por ejemplo los cojinetes dehusillo en tornos, han de tener un ¡uego constanie. Cuandó O""prá,de un largo tiempo de funcionamiento el juego es excesivo debiáo aldesgaste, ha de reajustarse el cojinete.

-Coñ ayuda de la tuerca ii_quierda se tira del casquillo ranurado hacia el taiadro cónico. Debido

a esto se reduce el diámetro del taladro del casquillo. este rea¡usiedebe realizarse con mucha precaución a fin de que el juego no a" t."_duzca demasiado y se caliente el cojinete.

Cojinete de cuñas múltiplesMediante una adecuada disposición de las ranuras de engrase y una

355

Entrada delubricante

F=Carga de cojinetea= Espesor mínimo de

la capa lubricante0¡= Centro del co¡ineteo¿= Centro del gorrón

de presionesen el lubricante

Figura 5-46. Fuerzas y presiones en el lubr¡cante.

FFigura 5-48. Cojinete axial

o cojlnete de apoyo o cojinetelongitudinal.

ffiffit-+fl- }sra-re!-te+Et-J--ü kcasou¡lloJffiwFigura 5-5O. Gojinete de ojo

en una carcasa soldada.

Figura 5-47. Cojinete radialo cojinete portante ocojinete transversal.

Figura 5-49. Soporterecto o cojinete de ojo.

Semicasquillo superior

Escalónde centraje

Parte ¡nfer¡or Semicasquillo inferiorFigura 5-51. Soporte recto part¡do con semicasquillos.

Casquillo

Tornillos

Figura 5-52. Cojinete de fricción reajustable.

cojinete

Figura 5-53. Co¡inete de cuñas múlt¡pl€s que trabajacomo cojinete de precisión.

Superficies de deslizam¡ento

Fundición

Técnica de montaje

especial configuración de las superficies de deslizamiento, la espiga

se sujeta entre varias cuñas de lubricante. Con esto se garant¡za un

más exacto guiado del gorrón' Se emplea, por e,emplo, para alo¡ar

husillos de rectificar pesados. El montaje de estos cojinetes es muy

difícil y requiere mucha experiencia.

MATERIALES DE LOS COJINETES

A pesar de una buena lubricación, en los cojinetes de fricción tienclugar un breve contacto entre las superficies de la espiga y del cdFnete. Con el fin de que el desgaste no sea excesivo y de que no sa<gripen> las superficies del cojinete, se imponen determinadas eri-gencias a los materiales para casquillos y semicasguillos de cojinete.Las espigas son de acero y su superficie está frecuentemente terrFplada. Los materiales de cojinetes deben ser resistentes al desgastea la corrosión y a la presión superficial, dilatarse poco al calentarseyconducir bien el calor. Además, deben adaptarse a la forma de la es-piga durante el primer tiempo de nnarcha (capacidad de adaptación| yno deben griparse en el caso de que falle el engrase (capacidad demarcha. de emergencia).

Fundición gris GG-2O. GG-25Metal antifricción (metal blanco) LgPb, LgPbSb 13, LgPbSn 5,LsPbSn 1 O, LgSn 80, LgSn 80 F, LsPbSn 6 Cd

Aleación de fundición de cobre y estaño G-CuSn12 Pb conrofundición en arena, fundición centrifugada o fundición en colada cor*ti nuaAleación de fundición de cobre, estaño y cinc G-CuSn 10 Zr'¡"

G-CuSn 7 ZnPbAleación de fundición de cobre y cinc G-CuZn 25 AAleación de fundición de. cobre y aluminio G-CuAl 11

Metales sinterizados, hierro sinterizado y metales noterizadosMater¡ales sintét¡cos, plásticos moldeados, plásticos

Cojinetes de varias capas. Los casquillos de los cojinetes paclgrandes esfuerzos constan de un fuerte casquillo portante y de apolode fundición gris, fundición maleable o acero, con una capa de metdantifricción. El casquillo portante absorbe las fuerzas, la capa &metal se encarga de proporcionar buenas propiedades de desliamiento.

Los cojinetes de material sinterizado se fabrican como cojinetrrde un anillo o de dos. Sus dimensiones corresponden a las de bcojinetes de rodamiento, de manera que pueden montarse en carcrrsas para estos últ¡mos. Los cojinetes de un anillo son totalmente ümeial sinterizado. El anillo interior del cojinete de dos anillos es &metal s¡nter¡zado y el exterior de acero. Los cojinetes sinterizádos *impregnan de aceite antes del montaje (en un 25% de su volumer{que ceden para el engrase durante la marcha y sobre todo cuandosGcalienta n.

CONDUCCIóru OEI LUBRICANTE

Además de los dispositivos de engrase usuales, tales como los racl.res de engrase, los tapones de engrase, los engrasadores Staufftr.coñ los que puede aportarse lubricante de vez en cuando, para

Figura 5-54. Casquillode varias capas.

Figura 5-55. Cojinete defricción corto de un anilloy de dos anillos.

En reposo

Figura 5-56. Conducción del lubricante por el cojinete' Elárbol gira y está cargado; el coiinete está en reposo.

Figura 5-57. Conducción del lubricante por la espiga. Elcojinete gira y está cargado, el árbol está en reposo.

Tapónderegulación

Agujaderegulación

Figura 5-58. E

de goteo.Figura 5-59. Engrasadorde mecha.

Metal antifricción

sador aportación constante se emplean engrasadores de mecha,

15Ni

férreos sir*

fenólicos

Técni

doresGentra

Endad p<

formamnecha

m siféCo

gledeEn

uo trafEcto

Lahornb¡adrnisFra c

TON

Se¡ilón d,c¡r¡ los@{ án

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O A¡l,tSrffiitG.ü T

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Técnica de montaje

dores de goteo, lubricación automát¡ca por anillo y lubricacióncentra l.

En los engrasadores de mecha el ace¡te asciende por capilari-dad por la mecha y desciende luego por la misma hasta que cae enforma de gota en el lugar de engrase. Obsérvese que el extremo de lamecha se halla más bajo que el fondo del recipiente de aceite (efec-to sifón).

Con los engrasadores de goteo la cantidad de aceite que goteapuede regularse levantando o bajando la aguja.

En la lubricación automática por anillo engrasador el anillo rotati-vo transporta a la espiga el aceite adherido a él y lo entrega porcon-tacto en pequeñas cantidades.

La lubricación central es para cojinetes muy solicitados. Unabomba de engranajes impulsa el lubricante hasta el cojinete. No sonadmisibles los circuitos de tuberías. Se ha de disponer una tuberíapara cada cojinete.

MONTAJE Y MANTENIMIENTO

,. AFteFdpimontqrüncoiinete sp ha deverificar el ajuste dela espiga y del orificio del cojinete.

Se prevén diferentes ajustes móviles dependiendo de la preci-sión de marcha deseada. La anchura del cojinete es importante, puesen los cojinetes demasiado anchos incluso pequeñas dislocacionesdel árbol dan lugar a una presión muy perjudicial en los bordes.

Inserción de los casquillos de cojineteLos casquillos se montan con ajustes a presión con pequeño aprieteo ajustes indeterminados con apriete grande cuando el montaje esdifícil. El casquillo ha de colocarse exactamente en ángulo recto al in-sertarse. Una vez insertado el casquillo se ha de controlar la medidadel orificio, ya que cuando el a¡uste es muy estrecho puede contraer-se el casquillo. En caso necesario ha de escariarse el agujero. Loscasquillos con ajuste indeterminado se aseguran contra aflojamientoy giro por medio de un prisionero de espiga.

Guarnecido de los cojinetes con metal antifricciónRecubrir bien las envueltas portantes por sus lados interiores con es-taño de soldadura (estañar), con el fin de que se fije el metal anti-fricción. Se han de ahumar (con el soplete para soldar y con excesode gas) todas las superficies del útil a las que no deba fiiarse el metalantifricción. Al sujetar las envueltas, se han de insertar chapas inter'medias delgadas. Calentar el molde acabado con el soplete de sol-dar o en el horno de recocer, a aproximadamente 420 a 450 K, ya quesi no se hace así el material vertido se <apelotonar debido al en-friamiento súbito.

En el procedimiento de fundición centrifugada se cuela bronce.También en este caso se han de estañar y precalentar las envueltasde cojinete. El espesor de la capa de metal depende del avance uni-forme del canal de colada. Para pequeños números de piezas puedeemplearse un torno.

Montaje de los semicojinetesLos cojinetes para altas exigencias se rasquetean. El cojinete se cie'rra alrededor de la espiga previamente entintada y se aprieta firme-

Semicasquillo superior Bolsas de lubricante

engraseAce¡telubrica nte

Figura 5-6O. Funcionamiento del engrase por anillo'

lresion

= ¡reg;losdel cojinete ¿"

Figura 5-61. Ajuste yjuego del cojinete.

b=d 10,5.1)

Figura 5-62. Anchura delcojinote y presión en losbordes.

Bulón deserción

Espigaroscada

;

;li

ti

la

Figura 5-63. lnsercióndel casquillo de colinete.

Mandril de colada Metal an

Aro de colada

Chapa sepa

Abrazadera

Sem icasquillosde cojinete

Figura 5-65. Colada dedispositivo de colada.

Figura 5-64. Asegurado deun casquillo de cojinete ycincelado de la ranura de€ngrase.

Cuchara decolada

Semicasquillosoporte

Capa dedeslizamiento

Buril para ranuras.de engrase

Canal de

los semicasquillos

Platodel torno

358

colada

Avanceu n iform e

Tapa

Figura 5-66. Colada de los semicasquillos por el proce-

RasquetaSuperf icieportante

Técnica de montaje

mente con los tornillos. Una vez que la espiga ha dado algunas vu€-tas, si es posible bajo carga, se abre el coj¡nete. Se han de rasolua.tear los puntos de sustentación de tal manera que el coj¡nete sü.!3.

tente solamente en la parte central, o sea quede libre en los bordecpues la carga del cojinete es máxima en el centroyva descendien,ochacia los bordes.

Mantenimiento de los cojinetes de fricciónLas causas del calentamiento excesivo de los cojinetes de fricció¡rpueden ser:

Lubricante incorrecto, interrupción de la llegada de lubricanccomba del árbol y debido a ello presión en los bordes, desal-neación, juego demasiado pequeño (en el caso de casquillos mo'r>tados a presión o de cojinetes reajustables), material antifricción h*-

correcto, carga excesiva. El cojinete se calienta demasiado y el juegcse va reduciendo, hasta que el árbol se gripa agarrotándose en sr

cojinete.

5.3.3 Rodamientos

FUNDAMENTOS

Reslstencil a la

rod-durrt

Gonstitución de los rodam¡entosLos rodamientos, con una excepción (los de agujas sin aro interi@'rl1,

coñstan de aro exterior, aro ¡nterior. cuerpos rodantes y jaula. El amexterior es la parte a unir con la carcasa del colinete y al mismo tiefi-po la pista de rodadura exterior para los cuerpos rodantes. El aro m¡teriorva unido a la espiga y constituye la pista de rodadura inten-r,m',

Los cuerpos rodantes tienen forma de esfera, cilindro, barril o troncude cono y se mantienen distanciados med¡ante la jaula. Los aros *ter¡ores y los interiores, así como los cuerpos rodantes, son de acen¡al cromo mejorado.

Ventajas: Poco calentamiento. No precisan tiempo de adaptr-ción. Pequeño aumento del juego después de largo tiempo de r¡,ar*-

cha. Bajas exigencias a la lubricación y poco mantenimiento. La rircF.

malización internacional posibilita la intercambiabilidad de s¡piezas.

lnconvenientes: Sensibles a percusiones y choques, toleranon¡pequeñas para la carcasa y las espigas, y por lo tanto mayores cos@¡de fabricación.

Técnic¿

Clasesl-a eleccí:a direccmiten al ¡

bolas a rpermhendricos sitopei cortenior. Lcaro ¡ntericas, el es

frrcclón. I

3€ntrantcagujas ymreden ¡

DisposirEn los ilr¡

desglace€:oJineterrflle todrmder ad'odiilloe ragu¡as, lrnod.Ífrr

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üFislrRodtd€h

Figura 5-67. Fuerzasportantes en €l coj¡nete.

Figura 5-68. Rasqueteadode un semicasquillo.

exterior

JaulaAcero,

Cuerposrodá ntes

'- Meral al.Metér¡al sint.

Bolas,C¡l ¡ ndros,ttodrllos tfoncoRod¡llos barril.

s

rod

Aro interior

Figura 5-7O. Const¡tuciónde un rodamiento.

dimiento de fundición centrifugadaCarga de cojinete

ltlal Superficie@i4K .E*$Ii{iisl'de aDovo\s#fl

Figura 5-69.Aplanamiento.

N-LtilwrwWWWWWFigura 5-71. Rodamiento de bolas ranurado.Figura 5-72. Rodamiento de bolas de contacto angularFigura 5-73. Rodam¡ento de bolas oblícuo.Figura 5-74. Rodamiento de bolas a rótula u oscilante

Figura 5-75. Rodamiento de rodillos cilíndricos.Bordes interiores Bordes exteriores

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Técnica de montaje

Figura 5-76.Rodamientoda barriletes,

Clases de rodamientosLa elección de los rodamientos se rige sobre todo por la magnitud yla dirección de las fuerzas a soportar. Muchos rodamientos trans-miten al mismo tiempo fuerzas radiales y axiales. Los rodamientos debolas a rótula, los rodamientos de barriletes y los rodillos a rótula,permiten la dislocación de los ejes. Los rodamientos de rodillos cilín-dricos sólo pueden absorber pequeñas fuerzas axiales (fuerzas atope) con los bordes que hacen contacto en el aro interiory el aro ex-terior. Los rodamientos de agujas ocupan poco espacio, Si se quita elaro interior y se hace que las agujas rueden sobre espigas templa-das, el espacio que necesitan no es máyor que el de un cojinete defricción, Los rodamientos de rodillos cónicos tienen un efecto auto-centrante. Los de contacto angular, los de rodillos cilíndricos, los deagujas y los de rodillos cónicos, pueden desmontarse, es decir quepueden montarse por separado el aro exterior y el aro interior.

Disposición de los cojinetesEn los lugares donde los árboles se dilaten por calentamiento o sedesplace la carcasa en dirección axial, sólo debe ponerse un<cojinete fijo>. El sdgundo cojinete, o en el caso de alojamiento múl-tiple todos los demás cojinetes, tienen que ser <cojinetes sueltos> ypoder admitir el movimiento axial. En el caso de los rodamientos derodillos cilíndricos con aro sin bordes, o el de los rodamientos deagujas, los desplazamientos axiales se compensan en los propiosrodamientos.

FIJACIóN DE LOS RODAMIENTOS

En muchos casos el aro interior del rodamiento tiene que estar suje'to adicionalmente al árbol. a fin de que puedan absorberse con segu-ridad las fuerzas axiales. Generalmente se fiia con anillos de seguri-dad. Cuando tienen que absorberse fuezas axiales mayores, la fija-ción se realiza por medio de una tapa atornillada al extremo del ár-bol, mediante tuerca anulary chapa de seguridad, contratuerca o pormedio de un casquillo distanciador a otra parte de la máquina.

Cuando el aro ¡nter¡or tiene un taladro cónico (conicidad 1:121 lafijación se efectúa por medio de manguitos de sujeción o de extrac'ción. Los manguitos de sujeción se introducen en el cojinete tirandode ellos con la tuerca anular. Los de extracción se aprietan y aflojande nuevo con la tuerca anular.

Ajustes de los rodam¡entosLos tipos de ajuste que se han de seleccionar en la carcasa y en elárbol para la fijación de un cojinete, dependen esencialmente decuatro casos de carga distintos.

FiguraS-77. Rodamiento Figura 5-78. Rodamientode rodillos a rótula u de rodillos cónicos.osc¡lante.

Figura 5-79.Rodamientode agujas.

Figura 5-8O. Rodamientode bolas axial ranurado.

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Figura 5-84. Casquillodistanciador.

Figura 5-85. Mangu¡tode sujeción.

Figura 5-86. Mangu¡tode extracción.

Rodamiento filo Rodamiento flotante

Figura 5-81. Disposición de los rodamientos.

ffiEtlf,¡i=ffiFN F

FJ,,#, JN,: lJ N

wm:Nw,,

Figura 5-83.Tuercas para eje.

wFigura 5-82. Tapa.

360

a) y cl carga estát¡ca b) y d) carga giratoria

Figura 5-87. Cuatro casos de carga diferentes.

Figura 5-88. Situación de los campos de tolerancia deleje, el colinete y la carcasa.

Técnica de montaje

a) El árbol y el aro interior giran. El árbol está cargado es-táticamente. El aro exter¡or está sn reposo con la car'casa.

El aro interior con el árbol tendrá un ajuste fijo; para el aro ex-terior con la carcasa es admisible un ajuste flojo (fácil montaje|.

b) El aro interior y el árbol están en reposo. El aro ex-terior y la carcasa g¡ran con desequilibrio.

También en este caso es necesario en el interior un ajuste fijo. Enel exterior puede preverse un ajuste flojo.

c) El árbol está cargado y en reposo, el aro exterior gira.Con el fin de que elaro exterior no se mueva en la carcasa. se haráun ajuste fijo, El aro interior y el árbol tendrán un ajuste flojo.

d) El aro exterior descansa; el árbol con el aro ¡nter¡orgiran con desequilibrio.

Tampoco en este caso.debe moverse el aro exterior y tendrá portanto un ajuste fijo. El aro interior puede tener un aiuste floio.

Técnica de

rica: desplazmlento 15:lredt¡ce 1/15

DesmontaiTambién ense transm'rtade extractonfijos puede ftcaliente, o sicon lamparil

Montaje yMediante peaceite (en elpresión en eárbol. La pelimiento de aclativa facilid¡

Engrase y r

Emplear sólodamientos. Lrser resistentedeben resinifilos tamaños,namiento ycant¡dad a afespacios hueraltura del cr¡r

5.3.4 Jun

Los árbolparedercojinetesdad y polde las shan de plos órÉotancias glindro a I

Los árbolemiento rectilírno perjudiquetante, hermet

Juntas dináCon las emprvástagos de ér

estopas (casqgo del émbolometálicas, de

La arandela transm¡tola fuerza al aro extoriory al aro interior

Todos los rodamientos t¡enen una tolerancia en menos en el diá-metro exterior y en el diámetro del orificio. Para obtener un ajuste fijoo flojo con el árbol o con la carcasa, se han de prever para ejes y agu-jeros los campos de tolerancia que van desde g hasta n, y desde Ghasta N, respectivamente. Los campos de tolerancia en ejes g y hproducen un ajuste flojo y los campos j, k, m y n producen un ajustefijo. En las carcasas se obtiene, con los campos G, H y J, un ajusteflojo y con K. M y N un ajuste fijo. Para los ejes entran en conside-ración las calidades 5 a7,y para los agujeros 6 a 8. En la gran mayo-ría de los casos se elige un aiuste fijo para el aro interior con el eje yun ajuste flojo para el aro exterior con la carcasa.

MONTAJE Y DESMONTAJE DE LOS RODÁMIENTOS

Montaje de los rodam¡entosLos rodamientos se han de conservar en el envase original. Al mon-tarlos es necesaria la máxima limpieza. Al calar un rodamiento se hade cuidar, sobre todo, que la fuerza de encaje no se transmita nuncadel aro exterior al interior a través de los cuerpos rodantes, o vicever-sa, ya que sería inevitable el deterioro de los cuerpos rodantes y delas pistas de rodadura. Para calar los rodamientos en los árboles seutiliza un casquillo de montaje que sólo debe tocar el aro interior.Cuando. por ir montado el rodam¡ento a gran distancia del extremodel árbol, se utilice un tubo y una rosca existente en el árbol, el tubotendrá que estar refrentado en sus dos extremos.

En el caso de ajustes fijos el rodamiento se calienta en un bañode aceite o sobre una placa calefactora (dándole la vuelta constante-mente) hasta un máximo de 373 K (1OO"C). Temperaturas más altasdarían lugar a una modificación de la textura del mater¡al de laspiezas del rodamiento bonificadas. Cuando el calado se realiza conmanguitos de sujeción o sobre asientos cónicos, ha de conrolarseconstantemente el juego de rodamiento, porque el aro interior sedilata y debido a ello se reduce dicho juego. Cuando se trate de roda-mientos no desmontables, puede verificarse el juego con un calibrede espesores (galga). En el caso de rodamientos desmontables semide la dilatación del aro interior con un micrómetro. Fórmula empí-

Placa calefactoraCalentamiento d€un rodam¡ento

Figura 5-89. Montale de los rodamientos.

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l.rcteI

Técnica de montaje

rica: desplazam¡ento axial respecto a reducción del ¡uego del roda-miento 15:1, es decir con 1 mm de desplazamiento el juego sereduce 1/1 5 mm = 0,06 mm.

Desmontaje de los rodamientosTambién en el desmontaje se ha de cuidar que la fuerza ejercida nose transmita a través de los cuerpos rodantes. Es favorable el empleode extractores.'La extracción de aros interiores grandes y ajustadosfijos puede facilitarsé si se cubren con trapos impregnados de aceitecaliente, o si se calienta el aro con un chorro de vápor. No calentarcon lamparilla ni con soplete de soldar.

Montaje y desmontaje con ace¡te a pres¡ónMediante pequeñas prensas de aceite manuales o inyectores deaceite (en el caso de rodamientos pequeños) se introduce aceite apresión en el intersticio de ajuste entre el aro de rodamiento y elárbol. La película de aceite producida de este modo reduce el roza-miento de adherencia, y el anillo puede calarse o extraerse con re-lativa facilidad.

Engrase y manten¡me¡ntoEmplear sólo aceites y grasas prescritas por los fabricantes de los ro-damientos. Los aceites y grasas tienen que estar exentos de ácidos,ser resistentes al envejecimiento y extraordinariamente puros, y nodeben resinificarse. La elección de los aceites y grasas se hará segúnlos tamaños, número de revoluciones, carga, temperatura de funcio-namiento y hermeticidad del rodamiento. Como regla para lacantidad a aplicar puede servir: Llenar de grasa hasta la mitad losespacios huecos del rodamiento. Nivel de aceite hasta la mitad de laaltura del cuerpo rodante inferior.

Figura 5-9O. Verificación del juego radialcalan en asientos cónicos.

Figura 5-91. Desmontaje de un rodamiento mediante eldispositivo extractor.

Canal deace ite lnyector de aceite

Cilindro Émbolo

illa rola de

Garganta ánular Película

Figura 5-92. Montaje o desmontaje con aceite a presión.

Figura 5-93. Empaquetadura Figura b-g4. Anilloscon prensaestopas. de fieltro.

Figura 5-96. Retón radialpara árboles.

rete nció n

de ace¡te

. Los árboles, ejes y husillos giran. Los émbolos eiecutan un movi-miento rectilíneo. Las juntas tienen que estar hechas de manera queno perjudiquen el movimiento de rotación ni el rectilíneo y, no oUr-tante, hérmeticen las cámaras una respecto a otra.

Juntas dinámicasCon las empaquetaduras se hermetizan principalmente husillos yvástagos de émbolo de marcha lenta. Enca]ando a presión el prensalestopas (casquillo de presión). la junta se adapta al husillo o jl uást.-go del émbolo. La empaquetadura es de mateiiares fibrosos, de fibrasmetálicas, de metales blandos conformados o una masa suelta

I

--

Calibre de

Juego

5.3.4 Juntas de piezas de

Casquillo de

Figura 5-95. Retenes.

Aros de émbolo

Figura 5-99. Juntasde intersticio.

Figura 5-lOO. Estríasde retención.

362

Figura 5-97. Anillo Figura 5'98. Aros de émbolode sección circular,Junta tórica.

Técnica de montaje

amorfa (estopada). Si aparecen fugas tiene que reapretarse el prensa-estopas.

Con los an¡llos de fieltro se hermetizan las cámaras de aceite delos rodamientos. La fabricación es sencif la y barata. Las formas y ta-maños de las ranuras están recogidas en la norma DIN 5419. Los re-tones de goma o de cuero hermetizan sobre todo piezas móviles lon-gitudinalmente. Existen anillos de retén radial para ejes en muchasejecuciones diferentes. Se utilizan frecuentemente como componen-tes acabados para hermetizar las carcasas de los rodamientos. En emontaje se ha de cuidar que los anillos no queden alabeados.

Los anillos de sección circular o juntas tóricas se emplean e-émbolos y en vástagos de émbolo a pequeñas presiones de servicieNo deben quedar retorcidos al montarlos.

Los aros de pistón o segmentos de hierro fundido o metal pesadcno férreo, hermetizan bien los pistones aun con grandes presionesTienen buenas propiedades de deslizamiento. Si se utilizan variüsaros de pistón, tienen que disponerse desplazadas las juntas de losdistintos aros.

ObturacionesLas juntas de intersticio impiden en cierta medida la penetración drpolvo y suciedad medi'rnte la formación de remolinos en el inters-ticio de la junta (de 0. r a O, 1 5 mm). Esta junta no es suficiente contr-rla salida de líquidos y gases.

Las estrías de retención (por lo menos tres) se llenan de grasa erel montaje. En el caso de árboles que giran a gran vélocidad se fo,'-man en las estrías remolinos que producen un buen efecto obturc-dor. Las estrías de retención heiicoidales se han de disponer de rna-nera que la grasa de la junta se mueva hacia la carcasa.

Los laberintos con relleno de grasa obturan muy bien contra irpenetración de polvo y la salida de aceite. Anchura del intersticio 0 Ea 0,75 mm.

Los labe¡intos axiales se emplean en los cojinetes partidos y itrslaberintos radiales en los cojinetes no divididos.

Los anillos dispersores de engrase dispersan en su contor-rft¡(con la máxima velocidad periférica) el aceite que se traslada sobre eárbol. El aceite retorna a la carcasa por un taladro que hay en la parcinferior de la cámara de aceite.

5.3.5 Acoplamientos

FUNDAMENTOS

Funcionamiento de los acoplamientosLos acoplamientos deben transmitir momentos de giro herncondiciones determinadas, por ejemplo con marcha exenta de sa¡l-didas, entre árboles, o de un árbol a una rueda dentada, polea o n,re.

da volante. Un momento de giro es el producto de la fuerza por la larrn"

Técnic¿

gtud de,enca / d

del árbolLa fruer¿;e ementconn o f,r+

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axial radial

Figura 5-1O1. Laberintos.

para áboles desalineados

Figura 5-102. Anillos dispersores.

mentos de

Rueda dentada

Rodamientos

dentada

as de acoplamiéríto

Figura 5-1O3. Transmisión lFigura 5-1O4. Transmisióndel momento de giro de árbol del momento de giro de árbola árbol. a rueda dentada.

ontaje

)re n sa-

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Técnica de montaje

gitud de palanca. En el caso de los acoplamientos la longitud de pa-lanca / del momento de giro es la d¡stancia que hay desde el centrodel árbol hasta los elementos de unión. Longitud de palanca= radio.La fuerza F del momento de giro actúa como fuerza tangencial en loselementos de unión, como esfuerzo de cizallamiento en los bulones,como fuerza de apriete en las garras o como fuerza de fricción en lassuperficies de fricción de los acoplamientos. Si los elementos deunión pueden transmitir una gran fuerza tangencialF, puede elegirsepequeño el radio (longitud de palanca /) y con ello el tamaño del aco-plamiento. Pero si tiene que permanecer pequeña la fuerza tangen-cial F porque el momento de giro se transmite por ejemplo por fric-ción, el radio de acción (longitud de palanca /) tendrá que hacerse co-rrespondientemente grande. Por lo general los acoplamientos deconstrucción sencilla y robusta tienen pequeño diámetro.

Formas de unión entre las mitades de acoplamientoEl funcionamiento del acoplamiento depende únicamente de laforma de unión entre las mitades de acoplamiento. Las mitades deacoplam¡ento pueden unirse firme y rígidamente con tornillos. Si lasdos mitades de acoplamiento llevan garras que engranan entre sí, launión es verdaderamente por arrastre de forma pero no rígida. Launión elástica se realiza mediante elementos de unión de goma, deplástico, alambres o c¡ntas de acero de resortes. En el caso en quedeba soltarse o establecerse la un¡ón durante la marcha, se prevé unaunión por arrastre de fuerza.

Empleo de los acoplamientosCon los acoplamientos se transm¡ten frecuentemente los momentosde giro de una máquina motriz (motor) a una máquina operadora, porejemplo una bomba o una máquina herramienta. Según sean las con-diciones de trabajo, los acoplamientos permanecen cerrados (motor-bomba) o pueden acoplarse y desacoplarse, como es el caso porejemplo en un torno. En las cajas de cambio de marchas se empleancada vez con más frecuencia acoplamientos (embragues) que actúanentre árbol y rueda dentada y que pueden acoplarse y desacoplarse.Sustituyen de este modo a las ruedas desplazables. Además, con es'tos acoplamientos puede cambiarse estando en marcha (en carga) elnúmero de revoluciones de un régimen a otro.

CI.ASES DE ACOPLAMI ENTOS

Según sea el comet¡do de la unión de los árboles, se dis-tingue sntre acoplam¡entos rígidos, móviles, elásticos ydesacoplables (embragues) así como formas de cons-trucción espec¡ales.

Acoplamientos rígidos

Con estos acoplamientos se unen entre sí árboles de tal manera queéstos actuán como si fuesen una sola pieza. Para emplear estosacoplamientos es condición que los árboles estén exactamente ali-neados.

Los acoplamientos de manguito transmiten el momento de giropor cierre de fuerza. Por lo tanto los agujeros de los medio casquillosdel manguito llevan una tolerancia de -0,'l a -O,3 mm. Las chavetasfijan la posición de las piezas. Los tornillos producen la fuerza defricción y se aprietan alternativamente para evitar desequilibrios.Empleo: Para momentos de giro pequeños y números de revolucio-

Figura 5-1O5. Los acoplamientos con elementos deun¡ón fuertes pueden tener un radio de acción pequeño.

esde fricció

/ grande,F pequeña

Figura 5-106. Los acoplamientos (embragues) que tra-bajan por cierre d6 fuerza tienen generalmente un radio deacción grande con el fin de que pueda ser pequeña lafuerza tangencial F.

Figura 5-107. El acoplamiento une la máquina motriz(motor) con la máquina operadora (bomba).

Tres númerosde revoluciones

Figura 5-108. Engranaje de velocidades de embraguesindividuales. Los embragues Kl a Klll pueden acoplarsealternativamente.

FA A-A

-+qwlaAu-x'-=lf:':?-1j 14^N- lff--ft--fdl vNvL-A

Figura 5-1O9. Acoplamiento de manguito.No es apropiado para altos números de revoluciones(desequilibrio).

Borde dece ntraje

Figura 5-11O. Acoplamiento Figura 5-111. Acopla-de bridas. Para grandes m¡ento de platillos.momentos de rotación.

To rn illos

364 Técnica de montaje

nes bajos. Ventaja: El acoplamiento puede montarse cuando ya estánmontados los árboles.

Los acoplam¡entos de bridas y los acoplamientos de platillosestán unidos mediante tornillos de ajuste y transmiten el momentode giro mediante cierre de fuerza y cierre de forma. La exacta marchaconcéntrica de los árboles se garant¡za mediante los bordes de cen-traje. Para montar los acoplamientos hay que apartar los extremos delos árboles. El acoplamienio de bridas tiene extremos de árbolrecalcados o soldados y transmite grandes rnomentos de giro. Su fa-bricación es cara y por lo tanto se emplean solamente en los casos deexigencias especiales, por ejemplo en los árboles de las turbinas.

Montaje de los acoplam¡entos rigidos. Antes de atornillarse lqsacoplamientos tienen que orientarse los puntos de alojamiento delos árboles de tal manera que sus ejes queden exactamentealineados. La exactitud de montaje puede verificarse por el procedí-miento de la rendija de luz, por medio de una regla de filo puesta en laperiferia de las bridas.

Acoplamientos móviles

Estos acoplamientos transmiten el momento de giro por c¡erre deforma, pero dejan suficiente holgura para pequeñas variaciones delongitud y dislocaciones de los árboles. A causa del cierre de formase transmiten íntegramente todas las irregularidades de marcha{choques, movimientos bruscos} del mismo modo que en losacoplamientos rígidos.

El acoplamiento de garras transmite el momento de giro median-te las garras cajadas. Algunos tipos de construcción pueden abrirse ycerrarse cuando están par'ados, mediante desplazamiento de una delas mitades de acoplamiento. La mitad de acoplamiento desplazableestá fijada sobre el árbol con una chaveta.

El acoplamiento dentado actúa asimisme por cierre de forma.Este acoplamiento puede abrirse y cerrarse mediante desplaza-miento del manguito, cuando el manguito está dentado solamentehasta la mitad. Si los dientes están mecanizados con forma ligera-mente curvada en dirección axial, permite desviaciones del alinea-miento de los árboles de hasta 3o (acoplamiento de dientes curvos).

El acoplamiento de articulación con rótula puede unir del modorepresentado dos extremos de árbol desplazados. El momento degiro a transmitir debe ser pequeño.

Acoplamientos elásticos

En este tipo de acoplamientos las mitades de acoplamiento se unenpor cierre de forma mediante un elemento de unión elástico, y debidoa ello se compensan oscilaciones bruscas del momento de giro ypequeñas dislocaciones de los árboles. Pueden producirse disloca-ciones de los árboles por dilatación térmica de los mismos, aloja-miento impreciso, o por oscilaciones y deformaciones de los apoyosde los cojinetes.

Efecto de las uniones elásticas

Como uniones elásticas se emplean topes de goma, manguitos degoma, discos de goma, cintas o estribos de acero de resortes ymuelles de compresión. Cuando en el árbol impulsor aparebe brusca-mente un gran momento de giro, aumenta súbitamente también lafuerza tangencial que actúa sobre la unión elástica. Esta fuer¿adeforma las piezas de la unión elástica. Los casquillos de goma seaplastan, los manguitos de goma se retuercen, las cintas de acero sedoblan elásticamente y los muelles de compresión se comprimen. En

Técnica t

las unionesaria paraimpulsadatransmisiórla perdidación) el mose transmi

EjecuciónAcoplamie

Los discqsllevan en sCuando segoma entr¡discos se i

Acoplamie

Los dos dirgoma aprisnúmero deejemplo unpartes de gtienen refuneumáticc

Acoplamie

La banda drdo de ambnla fuerza cruna carga r

entre los dimiento losno comperpara trans¡

EmbragrnLos embra3acoplarse rembraguesdentados, ¡acoplarse 1siempre poractuar sob¡F* (fuerza rmecánicam

Rendijade luz

Figura 5-112. Verificación del alineamiento con la reglade filo.

Figura 5-113. Acoplamiento de garras.

Figura 5-114. Acoplamiento dedesacoplable).

dientes (acoplable

Figura 5-115. Acoplamiento de articulación con dosrótulas.

#4trDesplazamiento axial Desviación radial

4tr4hDislocación angular Desviación radial

y dislocación angular

Figura 5-116. Dislocación de los árboles.

Ftlla

Mitades de acoplamiento

IlIlF

IiIb

ffi@#Con carqa

brn caroa ," normat

Figura 5-118. Efecto de la

lr

D

p'

Técnica de montaje

Figura 5-117. Acoplamientos muy elásticos con casqui.llos de goma abombados dispuestos alternativamente.

las uniones elásticas queda así absorbida la energía que fue necesaria para la deformación, y actúa sobre la mitad de acoplamientoimpulsada acelerándola en los ¡nstantes siguientes. Dado que estatransmisión al árbol impulsado se efectúa con menor intensidad porla perdida de energía en las piezas elásticas (efecto de amortigua-ción) el momento de giro que entró bruscamente en el acoplamiento,se transmite con mayor uniformidad.

Ejecución de las uniones elásticasAcoplamiento con casquillos de goma

Los discos de acoplamiento llevan insertados pernos de acero quellevan en sus extremos libres casquillos de goma en forma de barril.Cuando se cierra el acoplamiento los pernos con los casquillos degoma entran en los orificios de la otra mitad de acoplamiento. Losdiscos se fijan en los extremos de los árboles mediante chavetas.

Acoplamiento con t¡ras de goma

Los dos discos de acoplamiento están unidos mediante una tira degoma aprisionada. Según sea la magnitud del momento de giro y elnúrnerci de revoluciones, así como las exigencias especiales, porejemplo una gran dislocación de los ejes de los árboles, se empleanpartes de goma diferentemente conformadas. Estas partes de gomatienen refuerzos de tejido para elevar su resistencia, igual que losneumáticos de los automóviles.

Acop\amiento con banüa de aceroLa banda de acero está insertada en forma serpenteante en el denta-do de ambas mitades de acoplamiento y se .rj"tu .ontr. el efecto dela fuerza centrífuga por medio de una cubierta. Cuando se produceuna carga en forma de choque la banda se deforma elásticamenteentre los dientes que tienen forma de arco. En este tipo de acopla_miento los árboles tienen que estar exactamente alineado", yu qr"no compensa ninguna dislocación de los árboles. Es apropiadopara transmitir momentos de giro grandes y fluctuantes.

Embragues acoplables y desacopablesLos embragues que trabajan por cierre de forma solamente puedenacoplarse cuando están parados o en marcha sin carga. Á

".to.embragues pertenecen por ejemplo los acoplamientos-de garras ydentados, acoplables y desacoplables. Los émbragues que puedenacoplarse y desacoplarse durante la marcha y bájo carga actúansiempre por cierre de fuerza. para que se produzca fiicción-tiene queactu-ar sobre las superficies de rozamiento una fuerza perpendicularFn $uerza normal) suficientemente grande. Esta fuerza .; p;¡;;;mecánicamente mediante muelles, palancas o asiento cónico,

Figura 5-119. Formas de las piezas de goma (izda.).Figura 5-120. Acoplamiento elástico con tiras de goma.

Figura 5-121 . Banda de acero baio carga norma\ (iz(a,\.Figura 5-122. Acoplamiento de banda de acero elá'st¡co.

365

Con carga dechoque

unión elástica.

¡¡I¡k

[l

l¡

lr

G uarniciónde fricción Pedal

--Muelles dea pri ete

ligura 5-123. Embrague de cono (izda.).Figura 5-124. Embrague monodisco 1aóna.¡.

I

Conducción

Bobina delelectroimán

366

153 2

Figura 5-125. Embrague mecánico de láminas o dediscos múltiples.1. Cuerpo interior 6. Disco perforado para la fijación2. L¡áminas interiores de las espigas indicadoras3. Láminas exteriores 7. Palanca y bulón4. Cuerpo exterior 8. Manguito de em.brague5. Disco de presión 9. Anillo elástico ondulado

10. Tuerca de ajuste con espiga indicadora

Contactoroza nte

Flujo de fuerza

Técnica de montaie ;ffimrca

eléctricam ente mediante fueza electromagnética, h idráu licamermrmediante ace¡te a presión o neumáticamente mediante rñecomprimido, pero en la mayorla de los casos por med¡os mecánicúWeléctricos. Si se hace que la fueza perpendicular actÍesobre las superficies de fricción, el embrague resbalará e ié anrr¡trando cada vez más a la mitad de embrague acc¡onada.

Embrague de conos

La fuerza de fricción se transmite mediante el as¡ento cónico. Eldeterioro o desgaste de las superficies de fricción hace que patine elembrague. A causa de su baja seguridad de funcionamiento y de susgrandes dimensiones se emplea solamente para fines secundarios.

Embrague monodisco o de disco único

Las superficies de fricción están cubiertas con guarniciones de fric-ción de tejido de algodón o de am¡anto, o bien con materialessintéticos. La fuerza de apriete en el t¡po de construcción de la figurase produce mediante muelles que hacen que esté permanentementecerrado el embrague, La fuerza del pedal actúa contra la fuerza de losmuelles y abre el embrague {embrague de automóvil}.

Embrague mecánico de láminas o de discos múlt¡ples

La mitad de los discos de acero anulares está un¡da a la parteexterior del embrague mediante un dentado interior que hay en ella.Los otros discos están ligeramente ondulados y están unidos a laparte interior del embrague mediante un dentado exterior que hay enella. Los discos ondulados (discos seno¡dales) deben ocuparse deque quede entre los discos suficiente distancia cuando se suelta el€mbrague. Todos los discos son desplazables axialmente. Trespalancas elásticas producen la fuerza de apriete cuando se cierra elembrague.

Embrague electromagnético de láminas o de discos múltiples

Este embrague une un árbol con una rueda dentada' Puede manio-brarse a distancia porcable. Cuando se conecta la corriente continua€e crea un campo magnético alrededor de la bobina de electroimán.Este campo magnét¡co fluye a través de las láminas y atrae firme-mente al disco de apriete,

Embragues espec¡ales

Embrague centrffugo

Cuando la parte interior ha alcanzado un número de revolucionessuficientemente grande, se desvían los pesos centrffugos haciaafuera, presionan las zapatas con sus guarniciones de fricción contrala parte exterior y aprietan de este modo el embrague. Cuandodesciende el número de revoluciones. el embrague se abre autom&t¡camente.

Embrague de sobrepaso

Transmite el momento de giro cuando la parte interior tiende amarchar más rápidamente, debido a que suben por las rampas lasbolas o rodillos cilíndricos. Abre en el caso contrario.

5-3.6 r

Ruedasdentadas

Rodamientode agujas

llffi Erync'?. Cl'¡ar r

3- ¿Enqrricos

Gojinetera. Estab

fricci(5. ¿Oué6. Explic

en la7. Descr8. ¿Segú

cante9. ¿Por c

un cotO. Esrab

axialeI l. Order

cojinecoline

12 ¿oué13- ¿oué14. ¿Por c

coiiner5. ¿cuál(

p¿ra (

16- Citar17. ¿oué18. Descr19. Descr2(} ¿Oué

de fri21- Deccrtt Citar I

23 ¿Oué,cefiac

f,odamiel.1- ¿ou¿25- CitarI¡- Dc.cr

portdig- FplicI ¿(}¡é

roder

Figura 5-126. Embrague de láminas o de discos múl-t¡ples electromagnético.

Figura 5-127.Embrague centrífugo.

Fisura 5-128.Embrague de sobrepaso.

Técnica de montaje

EjerciciosPiezas de máquinasEjes-árboles- espigas

1. Explicar la diferencia entre ejes y árboles.2. Citar diferentes formas de árboles.3. ¿En qué casos especiales se emplean gorrones cónicos, esfé-

ricos y de anillos?

Cojinetes de fricción4, Establ€cer la diferencia entre los siguientes estados de

fricción: fricción en seco- fricción mixta-fricción en lfquido.5. lOué cometidos tienen los cojinetes?6. Explicar los estados de movimiento que puede observarse

en la cuña de lubricante.7. Describir las tres posiciones de gorrón en el cojinete.8. ¿S€gún qué criterios se selecciona la viscosidad de un lubri-

cante para cojinetes de fricción?9. ¿Por qué no debe romperse la capa de lubricante que hay en

un co¡inete de fricción?1O. Establecer la diferecia entre cojinetes radiales y cojinetes

axiales.1 1, Ordenar por grupos los conceptos: cojinete longitudinal,

cojinete portante, cojinete transversal, cojinete de apoyo,coj¡nete axial y cojinete radial.

1 2. ¿Oué ventajas tienen los soportes rectos part¡dos?1 3. lOué ventaja tienen los cojinetes de fricción reaiustables?14. lPor qué razón proporcionan mayor precisión de marcha los

cojinetes de cuñas múltiples?15. ¿Cuáles son las exigencias que se imponen a los materiales

para cojinetes?16. Citar algunos materiales para cojinetes.I 7. louó son los cojinetes de varias capas?18. Describir cojinetes de metal sinterizado.19. Describir formas de conducir el lubricante.20.'¿Oué se entiende por presión en los bordes de los coiinetes

de fricción721. Describir el colado de un cojinete de fricción.22. Cilaf las causas del cal€ntam¡ento de un cojinete de fricción.23, ¿Oué es lo que debe observarse antes de insertar un casquillo

cerrado?

Rodamientos24. ¿Qué se entiende por res¡stenc¡a a la rodadura?25. Cilar ventaias e inconvenientes de los rodamientos.26. Describir clases de rodamientos y los tipos de carga corres-

pond¡entes.27. Explicar la función de <cojinete fiior y <cojinete suelto).28. ¿Oué se ha de observar cuando se montan o desmontan

rodamientos.

5.3.6 Ruedas dentadas

FORMA DE LOS DIENTES

367

29, Describir los cuatro casos de carga que se dan en los roda-mientos.¿Oué diámetros de los rodamientos tienen siempretolerancia en menos?¿De qué modo pueden fijarse los rodamientos en susas¡entos?

32. ¿Oué es lo que debe observarse cuando se engrasan los roda-mientos?

Juntas de piezas de máquina redondas

33. Establecer la diferencia entre los modos de actuar las ¡untasdinámicas y las obturaciones.

34. Explicar las juntas dinámicas.35. Citar obturaciones y describir su constitución.

Acoplam¡entos36. Describir la constitución fundamental de los acoplamientos.37. Explicar la relación existente entre el momento de giro y el

radio de acción del acoplamiento.38. Establec€r la diferencia entre elementos de unión por cierre

de fuerza y por cierre de forma en los acoplamientos.39. Citar ejemplos de empleo de acoplamientos.40. ¿En qué consiste la diferencia entre acoplamientos ríg¡dos y

acoplamientos móviles?41, ¿Oué es lo que ha de observarse cuando se montan acopla-

mientos lgidos?42. ¿Oué dif¡cultad plantea el montaje de acoplamientos de bridas

y de platillos?43. ¿Oué venta¡a t¡enen los acoplamientos móviles?44. Citar dos tipos de construcción de acoplamientos móviles.45. ¿Por qué se caracterizan los acoplamientos elásticos?46. ¿Cómo actúan las uniones elásticas en los acoplamientos

e lásticos?47. Explicar diferentes tipos de construcción de acoplamientos

elásticos.48. Describir los cuatro tipos de dislocación de los árboles que se

absorben mediante acoplamientos elásticos.49. Establacer la diferencia entre embragues acoplables por

cierre de forma y acoplables por cierre de fuerza.50. Explicar la constitución de un embrague de conos.51. Describir la const¡tuc¡ón y funcionamiento de un embrague

mecánico de láminas o multidisco.52. Describir el funcionamiento de un embrague electromagnéti-

co de láminas o multidisco.53. ¿En qué casos se emplean los embragues centrffuqos?54. ¿Cómo actúa un embrague de sobrepaso?55. ¿Por qué razón es especialmente apropiado como embrague

para automóviles el embrague monodisco o de disco único?

30.

31.

Motriz (conductora)

368

Unea de engranaje I Círculos primitivos ,

Figura 5-129. Transmisión de fuerzas mediante ruodasd6ntadas.El punto de contacto de ambos flancos de diente se muevedurante la marcha a lo largo de la lfnea de engrane yformacon la horizontal el ángulo de engrane o de presión a.

Evolvente

Técnica de montaie

Durante la transmisión de fuer¿a los flancos de diente debenrodar uno sobre otro y deslizarse lo menos posible uno sobre otro,con el fin de que permanazcan bajo el desgaste, las pérdidas porfricción y el desarrollo de ruidos. Además de esto, las velocidqdesperiféricas de los círculos primitivos de ambas ñAas-?6-banpermanecer iguales en el transcurso de una vuelta (ley fundamentaldel dentado).

Estas condiciones se cumplen aproximadamente cuando losflancos de diente están conformados según una curva de rodádura(evolvente o cicloide), Para la construcción de má{uinas en generalse elige la evolvente (lfnea de hilo). La evolvente se produce cuandose desenrolla de una circunferencia un hilo tensado alrededor de ella.El flanco de dieñte es una pequeña parte de una evolvente.

El dentado de evolvente es insensible a las pequeñas variacionesde la distancia entre ejes, es fácil de fabricar, ya que puede meca-nizarse con herramientas de flancos rectos. Los dientes t¡enen un piefuerte.

La cicloide se produce haciendo rodar un círculo de rodadurasobre un cfrculo base. El dentado cicloidal trabaja con más precisión,pero es esencialmente más sensible a las variaciones de la distanciaentre ejes y se emplea predominantemente en la industria de la relo-jería. Las herramientas para su fabricación tienen flancos abomba-dos.

Si se hace infinitamente grande el diámetro del círculo primitivode un par de ruedas dentadas con dentado de evolvente, su círculoprimitivo será una recta, produciéndose una cremallera con flancosde diente rectos que discurren en un ángulo a respecto a la lfneaprimitiva. Este ángulo es el ángulo de ataque o de engrane o depresión. que en el caso del perfil de referencia del dentado deevolvente según la norma DIN 867 es e = 20". Este ángulo estáindicado en las herramientas talladoras de engranaje.

Producción de los flancos de dienteSi se piensa en la cremallera como herramienta de mortajar, sus filosproducen en la pieza de partida para la rueda dentada a pasos losflancos de diente con forma de evolvente, cuando la cremallera y lapieza de partida se mueven hacia la izquierda en una medida aa> igualdespués de cada carrera (en el diente izquierdo se muestra cómo seproducen a pasos los flancos de diente).

Cuando el número de dientes de una rueda dentada de evolventees inferior a un número de dientes límite z = 1 7, los dientes son en elpie más delgados que en el cfrculo primitivo. La <disminuciónr 6s ¡..flancos de diente puede evitarse si la línea primitiva del perfil de lacremallera se aparta en la cuantía de la medida <v> del centro de larueda concerniente. Con ésto aumenta en ay> la distancia entre ejes.Se obtiene de este modo un dentado que recibe el nombre dedentado corregido.Dimensiones de las ruedas dentadasLa base de medición de una rueda dentada es su clrculo primitivo,con la circunferencia r . d, que puede expresarse también medianteel pasop (en medida de arco) y su número de dientesz. El valorf,sedenomina módulo /n en mm:

Técnica a

FABRIC'

Fresado r

Con fresa¡huecos d¡universal,individuakt

Para olexistir ennúmero dpequeñas,ocho frestpartir de ,l

Fresado ¡

En este caSOOO mec¡un torn¡llohan fresadhilos del üigual que rejemplo ultpor cada dfin conespse hace aupiezas su¡ruedas c¡lÍmagnitud fruedas c¡Iademás el

Cuandrhacia la fitangencial

MortajadLos huecs(DrN 1825dentado nretroceso Identada a r

rueda cilfnmovimient

RectificaEn este cr

jdireccióndEl rectific¡Los engral€ste modo

APPOLD. T7

Cicloide .--1--circuto roag¡,\ft;\.,

Figura 5-130.Generación dé una ovolvente.

it'r 1]

Clrculo base

Figura 5-131.Generación de una cicloide.

p=n .r

Figura 5-132. Generación del flanco de diente de undentado de evolvente.

Diente de evolvente Pie de d¡ente Dientesiendoz= 17 destalonado corregidom=16 m=16 m=-16

Figura 5-133. Número de dientes llmite en el dentado deevolvente, Cuando el número de dientes es inferior alnúmero de d¡entes límite se producen pies de diente des-talonados.

d iente

,:+=4 (Serie de módutos m = O,O5 a 7Olltz

El módulo m indica cuántas veces está contenido z en d.

Dos ruedas dentadas que deban trabajar conjuntienen que coincidir en módulo y en ánguto de

Círculo de cabezaCírculo primitivoCírculo de pie

Figura 5-134. Dimensiones de la rueda dentada.

\e

enrc)o r

;

Técnica de montaje

FABRICACIÓru OTI DENTADO

Las posibilidades de utilización y la duración de una ruedadentada dependen en gran medida de la calidad de sudentado. Son decisivas la precisión de forma y la calidadsuperficial de los flancos de diente.

Fresado con fresas ¿" p".t¡l constanteCon fresas de disco destalonadas cuyos filos tienen el perfil de loshuecos de diente, se fresan las ruedas dentadas en la fresadorauniversal, con el cabezal divisor. Cada hueco de diente se fabricaindividua lme nte.

Para obtener dientes con forma toialmente precisa tendría queexistir en un módulo determinado una fresa distinta para cadanúmero de dientes. Pero por motivos económicos se aceptanpequeñas desviaciones y se sale adelante con juegos de fresas deocho fresas cada uno, hasta m = 8, y con iuegos de quince fresas apartirde m=9.

Fresado por generación

En este caso una fresa madré o de generación según la norma DIN8000 mecaniza los huecos de diente de la rueda. La fresa se parece a

un torn¡llo sin fin con perfil de cremallera de evolvente, en el que sehan fresado ranuras receptoras de la viruta perpendicularmente a loshilos del tornillo. La pieza y la herramienta trabajan conjuntamenteigual que el tornillo sin fin y la rueda helicoidal. Si debe fresarse porejemplo una rueda dentada con z = 50, la rueda a tallar da una vueltapor cada cincuenta vueltas de la fresa madre. El paso del tornillo sinlin corresponde al paso de la rueda dentada a fresar. La herramientase hace avanzar paralelamente al eje de la pieza. Si se sujetan variaspiezas superpuestas, se acorta el tiempo de trabajo. Para fresarruedas cilíndricas de dentado recto se ha de inclinar la fresa en lamagnitud del ángulo de inclinación 7de sus dientes, y en el caso deruedas cilfndricas de dentado oblicuo se ha de tener en cuentaademás el ángulo de inclinación de los dientes de la rueda p.

Cuando se fresan ruedas helicoidales la fresa avanza radialmentehacia la pieza cuando el ángulo de inclinación es entre 6" y 8o, ytangencialmente cuando se trata de ángulos mayores.

Mortajado por generación

Los huecos de dientes se mortajan por medio de una rueda cortante(DlN 1825 a 1829). que tiene la forma de una rueda cilíndrica dedentado recto. La herramienta ejecuta la carrera de trabajo y la deretroceso y gira al mismo tiempo alrededor de su propio eje. La ruedadentada a mortajar trabaja con la herramienta igual que si fuese unarueda cilíndrica. Durante la carrera de retroceso se aparta la pieza. Elmovimiento de aproximación parte de la herramienta.

Rectificado por generación

En este caso los flancos de trabajo de la muela abrasiva están en ladirección de los flancos de una herramienta de cremallera imaginaria.El rectificado mejora la calidad superficial de los flancos de diente.Los engranajes que funcionan a alta velocidad periférica marchan deeste modo con menos ruido y menor desgaste.

APPOLD - 17

Giro de la pieza (rueda)después de cada Pasada

Figura 5-135. Fresado de forma de una rueda dontadapor medio de una fresa de perfil constante destalonada.La rueda a tallar se gira una división de diente después decada pasada.

" Avanceo ¿"'i" ii*"

Figura 5-136. Fresado por generación de una ruedadentada. Cuando se fresan ruedas cilíndricas con dentadooblícuo el ángulo de inclinación de la fresa será.B t 7. Setomará la suma cuando la fresa y la rueda dentada tengansentidos de paso diferentes, por e.iemplo la lresa paso aizquierdas y la rueda dentada paso a derechas. Se tomará ladiferencia cuando la fresa y la rueda dentada tengan elmismo sentido de paso, por ejemplo que sean ambas depaso a derechas.

Figura 5-137, Fresado por generación de unarueda cilín-drica con dentado oblícuo.

illiflovirn

a.un dentado

369

Avancede la pieza

osrrar¿á¡'¿

l@s

b,hEl¡e

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f{sGgd€dEEllt¡

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Porunmortaja).

Muela derectif ica r

r&Perfil de lavcrema llera

intor¡ot ur¡a ruoda coñanto

rueda dentadaFigura 5-1 39. Rectificado por generación. Se rectifica enacabado en cada caso un par de flancos de diente.

Figura 5-oxtorior y(rueda de

370

Figura 5-140. Par de ruedas cilíndricas con dentadorecto.

Técnica de montaje

5,3.7 Emparejamiento de ruedas

EMPAREJAMIENTO DE RUEDAS DENTADAS

Guando dos ruedas dentadas están engranadas una conotra, se habla de un par de ruedas dentadas o de un empa-rejamiento de rüedas. Varios pares de ruedas dispuestosunos tras otros se denominan emparejamiento de ruedasmúltiple o tren de engranajes. Por engranaje se entien-den emparejamientos de ruedas con sus correspondien-tes árboles, cojinetes y careasas.

Técnica d

del engranruedas helpequeñastra nsm is iór

Par de ruLos parespequeña. S

dentadas g

Rueda y,La cremallecon diámecremalleramovimientt

Montaie r

Cuando unciones, las(espesor d,

dientes, tieLas superficruzadas. C

equilibrarstajustadas s

En el c¡diente tie¡rueda. En e

se verifica I

bles y enEn los

es decisiv¿Es difíc

los flancossu longitucde contantlos flancosforma del fporta nte. E

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PARES E

Se empleaEl ángt

también se

se explica t

cuyos vértilas ruedas,

Los diehacia la p

disminuyecon el fin

Cuand<potenciasespiral o e

Figura 5-141. Par de ruedasoblícuo.

PARES DE RUEDAS CILINDRICAS

Ruedas cilíndricas con dentado rectoEstas ruedas tienen dientes que transcurren paralelos al eje del árbol.Dado que siempre está engranado solamente un diente, soh rylur-

ruidosas. Su fabricación es sencilla.

Ru.edas cilíndricas con dentado oblícuoSus dientes forman un ángulo 9= 8o .2Oo con el eje del árbol. En la

sección normal, perpendicular a los flancos de diente, los dientestienen el perfil del dentado de evolvente normal. Los dientespueden estar inclinados a derechas y a izquierdas. Los dientesoblícuos durante el engrane se van cargando y descargando denuevo paulatinamente. Siempre engranan varios dientes simultánea-mente, por lo tanto estos engranajes funcionan suavemente y conpoco ruido. Pueden solicitarse mucho y cuando sus flancos dediente están adecuadamente mecanizados pueden funcionar convelocidades periféricas de hasta v = 160 m/s. Los dientes situadosoblícuamente producen una fuerza axial Fo que tiene que absorbersepor medio de cojinetes de rodillos cónicos o cojinetes axiales.

Ruedas cilíndricas con dentado oblícuo doble (<chevrón>)

Tienen las ventajas del dentado oblícuo. El inconveniente, es decir la

fuerza axial que ejercen en la rueda y el árbol, se anula mediante e

ángulo de inclinación de sentido contrario del dentado. Por lo tanto,se emplean para la transmisión de grandes momentos de giro, porejemplo, engranajes para máquinas marinas. Son usuales tresejecuciones constructivas:a) Sobre un árbol se montan una junto a otra y se atornillan entre sí

dos ruedas cilíndricas con dentado oblícuo. En este caso sólo esadmisible el sentido de rotación en el que las fuerzas axialesestán dirigidas una hacia otra. La rueda impulsora, más pequeña(piñón), está fabricada de una pieza.

b) En un cuerpo de rueda ancho se tallan ambos dentados mediantefresado por generación. Es necesario dejar una distancia entreambas coronas dentadas que sirva de salida para las fresas.

c) Dentado en flecha o en V con dientes cerrados.

Pares de ruedas helicoidalesTienen ruedas cilíndricas con dentado oblícuo, cuyos árboles secruzan. Si se suman los ángulos de inclinación FtV Pz de los dientesde ambas ruedas, se obtiene el ángulo de cruzamiento de ambosárboles. Frecuentemente se verifica que B, t Bz= 90". Los flancos delos dientes ejecutan además del movimiento de rodadura unmovimiento de deslizamiento. dado que durante el funcionamiento

Figura 5-f 42. Perfil normal de los

li,

cilíndricas con dentado

É = Ángulo de inclinación

d¡entes oblícuos.

ffiFigura 5-143. Dentado oblícuo según ejemplo a) y b).Figura 5-1 44. Dentado en flecha o en V (chevrón) (dcha.).

Paso aderechasÁngulo de

fr inclinación Pr

/\7Ángúto de

^+P?=eooinclinación ,42

I lmpulsada {conducida)F¡ = Fuerza axial

Figura 5-145. Par de ruedas helicoidales.

"¡eTécnica de montaje

del engranaje se atornillan unos en otros. Con los engranajes deruedas helicoidales pueden transmitirse solamente fuerzas muypequeñas con altos números de revoluciones. Las relaciones detransmisión que se logran con éllas tienen su límite en i = 5:1.

Par de ruedas interioresLos pares de ruedas interiores tienen una distancia entre ejespequeña. Se emplean por tanto cuando falta espacio. Sus ruedasdentadas giran en el mismo sent¡do.

Rueda y cremalleraLa cremallera puede considerarse como parte de una corona dentadacon diámetro primitivo infinitamente grande. Con la rueda ycremallera pueden transformarse movimientos de rotación enmovimientos rectilíneos y viceversa.

Montaje de los pares de ruedas cilíndricasCuando un par de ruedas cillndricas deba trabajar sin perturba'ciones, las distintas ruedas tienen que coincidir en sus dimensiones(espesor de diente, altura de diente, paso ) y en la forma de susdientes, tienen que girar con centrado exacto y sin ningún alabeo.Las superficies de contacto entre la rueda y el árbol no deben estarcruzadas. Cuando se trata de máquinas de marcha rápida tienen queequilibrarse cuidadosamente los árboles o husillos con las ruedasajustadas sobre ellos.

En el caso de ruedas cifndricas con dentado recto los flancos dediente tienen que transcurr¡r exactamente paralelos al eje de larueda. En estas ruedas y en las ruedas cilíndricas de dentado oblfcuose verifica la dirección de los dientes por medio de palpadores sensi-bles y en un banco de comprobación.

En los pares de ruedas dentadas la exacta distancia entre ejes

u:0,!ro,=Ze, rz,)es decisiva para el perfecto engrane de los dientes.

Es diffcil montar los componentes del engranaje de manera'quelos flancos y los flancos contrarios de los dientes se toquen en todasu longitud. Mediante entintado pueden hacerse visibles las zonasde conlanto entre flancos. Si se ejecutan ligeramente abombadoslos flancos de diente en su dirección longitudinal, se'produce unaforma del flanco en la que la zona central de los mismos es la zonaportante. Esta forma se adapta mejor a las variaciones de carga y a

pequeños errores de dentado y de montaje.

PARES DE RUEDAS CóNICAS

Se emplean cuando los árboles se cruzan.El ángulo de intersección es generalmente de 9Oo, pero puede

también ser más pequeño. El funcionamiento de las ruedas cónicasse explica mediante la rodadura de dos superficies laterales de cono,cuyos vértices coinciden con el punto de intersección de los eies delas ruedas.

Los dientes de las ruedas cónicas de dentado recto disminuyenhacia la punta del cono imaginario. Esto dificulta su fabricación,disminuye la precisión y requiere un montaje especialmente preciso,con el fin de que no se atasquen los dientes.

Cuando los pares de ruedas cónicas deban transmitir grandespotencias y marchar suavemente, se prevén dientes obl.ícuos, enespiral o €n arco circular, para mejorar las condiciones de engrane.

Superficie portante en flancos de diente Superficie portante en (abombados longitudinalmente cargado unilateralmente

Figura 5-148. Situación de montaje de las ruedascilíndricas.

Correcto lncorrecto

Figura 5-149. Superficies portantes o sustentadorasentintadas para comprobar la situación d€ montaj6,

Figura 5-f 50. Par de ruedas cónicas con dentado recto.

Figura 5-151, Par de ruedas cónicas con dentado c¡¡rwo en afco.

Figura 5-146.Par de ruedas interiores,

371

Figura 5-147.Rueda dentada y cremallera.

oT'cq9.o.'5o

€s.qo

Dislocac iónde los ejes

Corona

372

lx=Dislocación de los ejes

Figura 5-152. Situación de montaje de ruedas cónicas.Figura 5-153. Defectos de montaje de los pares deruedas cónicas (dcha.).

Figura 5-154. Superficies portantes o sustentadoras delos pares de ruedas cónicas con dentado curvo.

Figura 5-155. Engranaje de tornillo sin fin.

del tornillo sin finFigura 5-156. Dimensiones principales en el engranajede tornillo sin fin.

F :Fuerza tangenc¡al enel tornillo sin fin

F j :Fuetza tangencial ehla rueda helicoidal

F. = Fuerza radialq :Ángulo de los flancos

Técnica de montaje

En el dentado en arco engranan simultáneamente en la corona almenos dos dientes del piñón. Esto mejora la suavidad de la marcha.Los ejes se cruzan entre sí. El eje del piñón puede estar desplazadorespecto al eje de la corona hasta aproximadamente 1/8 del diámetroprimitivo de la misma. Esto produce, sobre todo en los automóviles,una ubicación más baja del árbol de transmisión, que reduce menosel espacio interior.

Montaje de los pares de ruedas cónicasLas ruedas cónicas con dentado recto son espec¡almente sensibles alas dislocaciones de sus ejes. Cuando hay errores solamentesustentan los cantos de los dientes, lo cual acarrea sobre todo undesgaste prematuro del piñón. Cuando se montan los pares deruedas cónicas se ha de observar que los ejes de las ruedas cruzenformando el ángulo requerido. Para esto se ha de verificar cuidado-samente en especial el asiento de los cojinetes en las carcasas.

En el caso de las ruedas cónicas con dentado en arco, los flancosde los dientes están diferentemente curvados en la rueda y en larueda contraria. Por tanto se tocan solamente en el centro de losflancos. Cuando hay dislocaciones de los ejes se traslada lasuperficie de contacto, con lo cual se evita.que se produzca unasobrecarga unilateral. Al haber carga aumentan las superficies decontacto entre los flancos de diente.

ENGRANAJE SIN FIN

En los engrana¡es sin fin los árboles se cruzan formandoun ánguló de ÓO". Estos engrana¡es permiten grandesrelaciones de transmisión y producen autorretenc¡óncuando el tornillo sin fin 6s de un h¡lo.

El tornillo sin fin es la parte impulsora y es s'milar a un tornillo demovimiento con rosca trapecial (cremallera de evolvente). El tornillosin fin impulsa a la rueda helicoidal. Puede ser de uno o varios pasos ya derechas o a izquierdas. Los dientes de la rueda helicoidal puedencompararse con una parte de una tuerca que engrane parcialmentesobre un perno roscado.

Los engranajes de tornillo sin fin son apropiados para grandesrelaciones de transmisión de hasta i = 60:1 (6O vueltas del tornillosin fin = una vuelta de la rueda helicoidal). Esta relación es válidatambién para las fuezas a transmitir. Los engranajes s¡n fin marchansilenciosamente y pueden transmitir grandes potencias. Cuando elángulo de inclinación y de los hilos del sin fin es menor de 5o, elengranaje sin fin es de retención automática, es decir no puedeaccionarse por la rueda helicoidal. En los aparatos elevadores esteefecto de autorretención impide que descienda la carga.

En los engranajes s¡n fin surgen grandes empujes axiales quetienen que absorberse med¡ante los correspond¡entes cojinetesaxiales. La fuerza tangencial F procedente del momento de giro delsin fin produce la fuerza tangencial F¡ en la rueda helicoidal, cuyafuerza de reacción dirigida hacia la izquierda produce el empuje axialen el cojinete del sin fin. La fuerza F1 provoca la fuerza radial {, quesolicita al cojinete de la rueda helicoidal. Entre el sin fin y la ruedahelicoidal se produce una gran fricción de deslizamiento. Con el finde mantener el desgaste y la producción de calor dentro de unos lími-tes, se han de adecuar entre sf los materiales del sin fin (acero) y de larueda helicoidal (fundición gris, aleación CuSnP). Por lo tanto, elengranaje tiene que funcionar también parcialmente en un baño deaceite. Las carcasas suelen llevar un indicador del nivel de aceite.

Técnica o

Montaje ,

En el monthelicoidal r

planos ser¿se a 900, ypasar por eque debanengra najeposición d,

Las porcontrola rseentinta ligr

Dura ntela tinta en l¡

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5.3.8 Et

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EngranajeCon este enmediante innece un .jueindividualmla posicióndentadas ctmente cua¡

EngranajeCon este ehusillos, per

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ruedas cilínbascu la nte-

EngranajeMediante dtrenes de rruedas dent

Rueda helicoidal

Figura 5-157. Fuerzas en el engranaje de tornillo s¡n fin.

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¡a alcha.radoGtfoiles"Itos

tse¡fte! üf'ide

Técnica de montaje

Montaje de un engranaje sin finEn el montaje es importante que los ejes del sin fin y de la ruedahelicoidal se hallen en planos paralelos Ey, E2. La distancia entre losplanos será igual a la distancia entre ejes. Los ejes tienen que ctuzat-se a 9Oo, y el plano E3 vertical que pasa por el eje del sin fin tiene quepasar por el centro de los dientes de la rueda helicoidal. En el caso deque deban coincidir exactamente las posiciones de los ejes delengranaje sin fin, es imprescindible mantener exactamente laposición de los ejes en los cojinetes en la carcasa del engranaje.

Las posiciones correctas del sin fin y la rueda helicoidal puedecontrolarse mediante entintado de los flancos portantes. Para ésto seentinta ligeramente el flanco del sin fin que hace contacto.

Durante el funcionamiento sin carga solamente debe eliminarsela tinta en la parte exterior del flanco del diente de la rueda helicoidal.A plena carga la superficie portante (tinta eliminada) debe cubrir lamayor parte posible del flanco del diente.

5.3.8 Engranajes

ENGRANAJES DE RUEDAS DENTADAS ESCALONADOS

Con los engranajes escalonados pueden variarse escalo-nadamente las relacionqs dg tranamisién entre árbolespara obtener, indapendientémente del número de revolu-eionos coñstante de la máquiná motr¡z (motor el6ctr¡co,motor da ,+ombustién intema!, varios números derévolucinnÉs necetario$ para el lsncionamiento de la má.qu¡na operadora {máquina herramionta, aparato eleva-dor).

Por ejemplo, al tornear, las dimensiones y los materiales de laspiezas, así como el tipo de las herramientas, exigen que puedan ade-cuarse entre sí el movimiento principal y el movimiento de avance.Cuantos más reglmenes de giro diferentes tenga una máquina mejorpodrá aprovecharse ésta.

Engranaje de cambio de ruedas

Con este engranaje se establece la deseada relación de transmisiónmediante intercambio de las ruedas dentadas. A cada máquina perte-nece un juego de ruedas de ca.mbio. Las ruedas pueden cambiarseindividualmente. Con la guitaira de ruedas se colocan las ruedas enla posición necesaria para su perfecto luncionamiento. Las ruedasdentadas correctamente colocadas tienen que engranar uniforme-mente cuando se hacen girar a mano.

Engranaje de corazón de inversiónCon este engranaje se varía el sentido de rotación de árboles yhusillos, permaneciendo igual la relación de transmisión. Cuando lascargas son pequeñas se intercalan entre el accionamiento y la salidaruedas cilíndricas que están dispuestas en un corazón de inversiónbascu la nte.

Engranaje de ruedas corred¡zasMediante desplazamiento lateral de las ruedas dentadas o de lostrenes de ruedas dentadas (bloques), se engranan los pares deruedas dentadas necesarios para lograr una relación de transmisión

373

Figura 5-158. Situación de montaje del tornillo sin fin yla rueda helicoidal.

Sin Con carga

portantes o sustentadorasde montaje.

otriz (conductora)

B8-Éo-¡at36tlarhlfuÉIne1*hIFb Figura 5- 1 59. Superficies

para verificar la situación

\ i --rT\-J-" ' r | ,,\mpulsada\J/ r (conductdalGuitarra para las ru de cambio

Figura 5-160. Engranaje de cambio de ruedas.

Marcha a derechas Marcha a izquierdas

Figura 5-161. Engranaje de corazón de inversión.

Manguito de-

374

Tren de ruedas

Figura 5-162. Engranaje de ruedas corred¡zas.El disco de levas, accionado por volante, permite tres posi-ciones de cambio.

1ü0 200 300 400 500 mm ó00

Figura 5-164, Diagrama v-d con escalonamientorevoluciones en serie ar¡tmét¡ca.

33/min; d1 :580 mmn2:nj+ a: 97/min: dr:197mmn3:nj+2a:161 lmin; d3:119 mmn.- nt- 3a-225/min; da = 85 mmno-n,-4a-289lmin; d5- 66 mmn6:nr +5a=353/min; d6: 54 mm

Técnica de montaje

Figura 5-163. Engranaje de ruedas corredizas.Engranaje de avance para un torno. En el árbol anteriorajusta el tren de tres ruedas desplazable (tres ruedasdentadas conjuntadas). La colisa de cremallera conhorquilla de cambio, se desplaza med¡ante volante y ruedadentada en la tapa de carcasa (no se ve en la figura).

deseada. Las ruedas corredizas ajustan generalmente sobre árbolesacanalados que garantizan un asiento preciso y un fácil desplaza-m¡ento. Con estos engranajes pueden transmitirse también momen-tos de giro esencialmente mayores que con cuñas o chavetas. Con elfin de lograr mayores relaciones de transmisión, se montan una trasotra var¡os pares de ruedas dentadas (engranaje de velocidadesescalonados).

Los engranajes de ruedas corredizas pueden cambiarse a manomediante palancas de cambio a través de horquillas de cambio(giratorias alrededor de un punto de apoyo) o con un mecanismo decremallera y horquillas desplazables (en línea recta). Tambiénpueden cambiarse mediante embragues de láminas o discos múlti-ples, que pueden acc¡onarse mecán¡ca, electromagnética o hidráuli-camente.

ESCALONAMIENTO DE LOS ENGRANAJES

El número de relaciones de transmisión necesario para unéngra{rá¡É;' vienE : detármiilado por la f inlilidÉd dé' eñpleo

' de, l* má:cu.ina. {máquina herramienta, rfi áquüla:lmotiiz}.

Por lo general es conveniente efectuar el accionamiento a travésde engranajes .'de cambio de velocidaci de varios escalones. La

suces¡ón de los escalones de revoluciones que pueden conseguirsemediante cambio de un engranaje, se ha de repartir en la gama derevoluciones exigida, de tal manera que se disponga de un númerode revoluciones óptimo (el más favorable) para cada etapa de fabri-cación o carga de una máquina. La diferencia entre un escalón derevoluciones de un engranaje y el siguiente, se denomina salto deescalonamiento. El escalonamiento de los números de revolucionespuede ser en serie aritmética o en serie geométrica.

Revoluciones en ser¡e ar¡tméticaLa serie aritmética resulta de sumar un salto de escalonamiento aconstante al número de revoluciones precedente de la serie. Resultaasí que cualquier número de revoluciones del engranaje es siempre lamedia aritmética de los números de revoluciones anteriory posterior.Si se toma un salto de escalonamientoa: 64/min, pueden aiustarsecon el engranaje los siguientes números de revolucion€s /,r1 ... /r6:

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Las relfabricaciór(diagrama

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-::,Paa I'i'tñr *.,e.*#cixEckttGÉt 3ár

ie Técnica de montaie

Las relaciones entre los valores de trabajo para un cometido defabricación pueden representarse claramente en un diagramav - d(diagrama de velocidades-diámetros).

Mediante transposición de términos en la fórmula para lavelocidad de corte en el movimiento de rotación

d'n'nn:ffi en m/min (d en mm, n en rpm)

resulta el diámetro de una pieza que puede mecanizarse por ejemploen el torno, con una velocidad de corte rentable dada

3F

I

It¡

. 1 000.vO= nn en mm.

. Para una velocidad de corte v = 60 m/min pueden calcularsemediante aplicación de los números de revoluciones n¡ ... nc de laserie aritmética los diámetros de pieza pertenecientes d1 ... d6,siendo estos 580; 1 97; 1 1 9; 85; 66; 54 mm.

El diagrama y-d contiene en el eje horizontal los diámetros de laspiezasd {mm) y en el vertical las velocidades de corte posibles v enm/min. Si en el eje para v = 60 r/min se representan a escala losdiámetros calculados dt... de y se unen los puntos de interseccióncon el punto O del diagrama, se producen las rectas para los númerosde revoluciones existentes.

Revoluciones en ser¡e geométr¡ca

La serie geométrica resulta de multiplicar por un salto de escalona-m¡ento g constante el número de revoluciones precedente de laserie. Un número de revoluciones de esta serie es siempre la mediageométrica de los números de revoluciones anterior y posterior. Porejemplo,

n1 ...n6: 33; 54;86; 138; 220; 353 (por minuto)

El salto de escalonam¡ento de esta serie es el cociente de dosnúmeros de revoluciones sucesivos, por ejemplo

s--:1:9q: 1,3,8 : r.o33 54 86

Los valores para g están recogidos en la norma DIN 804

4:1,12; 1,25; 1'4; 1'6; 2.

La comparación de los diagramas v-d para revoluciones en seriearitmética y geométrica, muestra que toda la gama de revolucionesen el escalonamiento geométrico está subdividida más uniforme-mente que en el escalonamiento aritmét¡co. Además, los engranajesescalonados en serie geométrica pueden multiplicarse, es decir, porañadir un juego de ruedas dentadas puede doblarse el número denúmeros de revoluciones que da un engranaje de varios escalones.La nueva ser¡e de números de revoluciones producida está escalo-nada asimismo geométricamente. La relación de transmisión delengranaje añadido puede elegirse de manera que siga siendo elmismo el salto de escalonamiento entre todos los números de revo-luciones dados.

DIAGRAMAS DE CAMBIOS DE VELOCIDADES

Figura 5-165. Diagrama v-d con escalonamiento derevoluciones en serie g60métrica (valores redondeados).

Dt: 33lmin; d.:580 mmflz=Dt e : S4lminj dz:354mmn3:n1 q2: 86/min; d":ll2¡6no: n.. q3:1391min; o/4:139 mmnu:n,. qa:229¡6in; du: 37 ¡.n6:n1 q5:353lmin; 0/6: 54 mm

137 177 2?2 280 152 441 nin- q =1,25

Figura 5- 1 66. Diagrama de revoluciones de un engranajede ruedas cor¡edizas de seis escalones con tres árboles.

Jmrn

60

I30

t)tt

l

l¡

Desm u ltiplicación

376

100 200 300 1-00 5m óm7m8m9001000

Logaritmos de los números de revoluciones-Figura 5-167. Representación de las relaciones detransmisión en el diagrama de revoluciones con divisiónlogarítmica.

n -zt . 4o-4o

na z, zu 1

n _2, . ze _qsnazrzrl

n _zz . Zto QB

n"z.z"1

n :zo . zu:9'no z, zu 1

n za.zs q6

n5: 23 z1 1

L-r"-"-{.1

,a-r%

Figura 5-168, Plano del engranaje de seis escalones conlas relaciones de transmisión entre los distintosescalones.

Técníca de montaje

Diagrama de número de revoluciones (d¡agrama de Germar)

Es una representación gráfica clara de las relaciones de transmisión,escalones y número de revoluciones de un cambio de velocidades.

Los árboles (1, ll, lll...l del cambio de velocidades se representanpor rectas paralelas con una distancia cualquiera pero igual para to-dos. Los pares de ruedas que trabajan conjuntamente en los diferen-tes escalones de cambio se representan por rectas de unión perpen-diculares a los ejes de los árboles.

Los puntos de intersección de la estructura ret¡culada así forma-da son los puntos de los números de revoluciones. Las distancias deestos puntos se representan como logartitmos de las relaciones detransmisión a una escala cualquiera. A consecuencia de la división.logarítmica las distancias de los puntos son iguales entre sí, corres-pondiendo al salto de escalonamiento g.

Las rectas de unión entre dos puntos de número de revolucionesen las rectas de los árboles son las lfneas de relación de transmisión.Una relación de transmisión de/'= l:1 aparece como recta de uniónvertical. Lasdesmultiplicaciones, porejemplo i=4:1 oi = 1,6:1 serepresentan med¡ante llneas de unión que transcurren hacia la iz-quierda, y las multiplicaciones, por ejemplo i = 1:1,6 o i = 1:2,5 serepresentan como rectas de unión que van hacia la derecha. Cuantomás larga sea la recta de relación de transmisión mayor será estarelación. En los cambios de veloc¡dad de máquinas herramienta lasmultiplicaciones están limitadas a i = 1:2,5 y las desmultipli-cac¡ones a i = 4'.1 por escalón. Multiplicaciones mayores producenmucho silbido y desmultiplicac¡ones mayores necesitan mucho es-pac¡o.

Esquema del engranaje

Con ayuda de signos convencionales muestra la constitución de un

engranaje y la acción conjunta de sus componentes. No dice nadareferente a las part¡cularidades constructivas de estos compo-nentes.

Diagrama del flujo de potenciaRepresenta los escalones del engranaje que part¡cipan en la genera-ción de cada número de revoluciones del mismo. Generalmente sedesignan los engranajes según su número de árboles y su número deescalones. por ejemplo:

ll/4 - un engranaje de cuatro escalones con dos árboleslll/6 - un engranaje de seis escalones con tres árboles

5.3.9 Transrnisiones

TRANSMISIóN POR CADENA

Las transmisiones por cadena lo hacen por cierre deformq: y po'r tañto, sin resbálam¡ento; Gntr6 doé árbolesseparado8 una distancia que no puede salvarse con rue-das dehtadás, Para esto ¡ds:,sslabones de la cadena en-gral}lrn en log,dientes dela rueda ¡ls::¡¿¡ls¡¿,:',:=.,

La transmisión por cadena se emplea cuando no son apropiadoslos engranajes de ruedas dentadas a causa de la gran distancia de los

,-t--l- | I

r----¡-'-r ,l

Técnica dt

árboles y cr,dad, el calc

CadenasLas cadenarConstan deplacas de u¡templados p

jados sobre r

los eslabonedena. Los rocos de dientdel accionarla rueda. Parpaso de la r

rodillos.Se fabritSe emplr

tranquila corpor ejemplopotencias. Limpiden queque está dotdenas de dicque las cadr

Ruedas de

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Son matrtorneados asoldadas), eldas estamp;

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Las ruedas dmente aline¡entre 3O .p y

grandes lasmediante telpor resortescadena. Se h

Las cadenasrn¡ento y desmadamente

TRANSMIS

l-as transza entre

Tambc¡anes *Pfaduce IgamienO

nz

Figura 5-169. Diagrama del flujo de potencia delengranaje de seis escalones con las posiciones de laspalancas para seleccionar las relaciones detransmisión.

Motriz (conductora) lmpulsada (conduc¡da)

\l

/lD5

n6

Figura 5-170. Transmisión por cadena.

Técnica de montaie

árboles y cuando no pueden utilizarse correas a causa de la hume-dad, el calor, vapores de aceite y otros, y para distribuciones.

CadenasLas cadenas de rodillos están recog¡das en la norma DIN 8181.Constan de eslabones exter¡ores y eslabones interiores. Las dosplacas de un eslabón interior están unidas a presión con casquillostemplados por cementación, que a su vez soportan a rodillos enca-jados sobre ellos. Los bulones introducidos a presión en las placas delos eslabones exteriores, forman con los casquillos un eslabón de ca-dena. Los rodillos móviles sobre los casquillos engranan en los hue-cos de diente de la rueda de cadena, con lo cual durante la marchadel accionamiento se produce fricción de rodadura entre la cadena yla rueda. Para eltamaño de los eslabones de la cadena es decisivo elpaso de la cadena p que es la distancia entre los centros de losrodillos.

Se fabrican cadenas de rodillos sencillas y múltiples'Se emplean cadenas de dientes cuando se requiere una marcha

tranquila con grandes velocidades pieriféricas de hasta v = 20 m/s,por ejemplo en distribuciones, o cuando se han de transm¡tir grandespotencias. Las placas guiadoras dispuestas exterior e interiormenteimpiden que se deslice lateralmente la cadena saliéndose de la ruedaque está dotada de las correspondientes estrías guiadoras. Las ca-

denas de dientes tienen flancos de diente rectos y son más pesadasque las cadenas de rodillos (mayores fuerzas centrífugas).

Ruedas de cadena

La forma básica de las ruedas de cadena es el polígono regularinscrito en el círculo primitivo d que tiene el mismo número de vér-

tices (o lados) que el númeroz de dientes y cuyo lado es igual al paso

p de la cadena.Con el fin de que la cadena engrane másfácilmente, el ancho de

diente disminuye hacia arriba y es un 10% menor que el ancho inte-rior de los eslabones de la cadena.

Son materiales apropiados el acero laminado (cuerpos de rueda

torneados a partir de macizo o formados a partir de piezas sueltassoldadas), el acero fundido, el hierro fundido y la chapa de acero (rue-

das estampadas).

Montaje de transmisión por cadena

Las ruedas de cadena de una transmisión t¡enen que estar exacta-mente alineadas. La distancia entre ejes a más favorable se hallaentre 3O . p y 50.p. Cuando las distancias entre ejes son demasiadograndes las oscilaciones de la cadena pueden compensarsemediante tensores de cadena (carriles de deslizamiento apretadospor resortes o ruedas tensoras), que sirven también para retensar la

cadena. Se ha de cuidar que tengan siempre suficiente lubricación.Las cadenas motrices se han de renovar cuando, debido a estira-miento y desgaste de las articulaciones. su longitud aumenta aproxi-madamente el 3%.

TRANSMISIÓN POR CORREA

Las transmisiones por correa lo hacen por c¡erre de fuer-za entre dos árboles

También con las'correas puedén llevarse a cabo rela-c¡ones de transmiqién, La fuerza de apriete necesar¡a seproduce mediante la tensión de la correa (tensión de alar-gamiento) al montar la misma.

377

Figura 5-f71. Una cadena acciona varias ruedas decadena simultáneamente.

Casquillo

Placa interiorRodillo Pasador Placa exte r¡or

Figura 5-172. Cadena de rodiflos simples.

Figura 5-173. Cadena de rodillos dobles.

Figura 5-174. Const¡tuc¡ón de una cadena de dientes.

Figura 5-175. Dimensiones principales de una rueda decadena.

SoldadaFundida

Figura 5-1 76. Formas de ejecución de ruedas de cadena.

&Laminada

378

Ramal arrastrado (conducido)Motriz (conductora) lmpulsada

Ramal de tiroAngulo de abrazamiento

Figura 5-177. Transmisión por correa s€nc¡tla.La polea motriz y la polea accionada giran en el m¡smosentido.

Figura 5-178. Transmisión por correa cruzada.La polea motriz y la polea accionada giran en sent¡dosopuestos.

lmpulsada

Figura 5-179. Transmisión por correa con rodillo tensor.

Husillo tensor

Figura 5-18O. Gufas de motor. {¡zda.).Figura 5-181. Soporte basculante de motor.

Técnica de montaje

ResbalamientoDado que la correas en marcha baten un poco sobre las poleas, lafuerza no se transm¡te necesariamente en forma íntegra, La veloci-dad periférica de la polea impulsada es s¡empre menor que la de lacorrea motr¡z. Tiene lugar un resbalamiento que depende de la carga,de la velocidad periférica, de los materiales de las correas y de laspoleas y del tamaño de las superficies de fricción. El tamaño de lassuperf¡cies de fricción viene determinado por la anchura de la correay el ángulo de abrazamiento. El ángulo de abrazamiento depende dela diferencia de diámetros de ambas poleas y de su distancia entreejes.

Debido al resbalamiento las transmisiones por correa no sonapropiadas para accionamientos que tengan que tener una veloci-dad periférica invariable (accionamientos de distribución) y en losque la correa por motivos de seguridad no deba salir nunca de lapolea durante.la marcha.

Transmisión por correa plana

Accionamiento en sencillo: Para obtener un ángulo de abrazamien-to bastante grande en la polea pequeña, el ramal arrastrado debequedar arriba, la relación de transmisión i no debe sobrepasar6:1 y ladistancia entre ejes no debe quedar por debajo de 1 ,2 ldt * dz). Laspoleas motriz e impulsada giran en el m¡smo sentido.

Accionqmiento cruzado: En este caso se producen ángulos deabrazamiento mayores, pero las correas retorcidas se desgastan másdeprisa. Las poleas giran en sentidos opuestos.

Rodillo tensorCuando la relación de transmisión supera i = 6:1, t¡ene que agran-darse mediante un rodillo tensor el ángulo de abrazamienro en la po'lea pequeña, sin que varíen el diámetro de las poleas y la distanciaentre ejes, Con elfin de que el rodillo cumpla su cometido, éste se hade disponer en el ramal arrastrado, cerca de la polea pequeña. El rodi-llo tensoi se presiona mediante la fuerza de un muelle o de un peso yse dispone de manera que pueda descargarse la correa cuando separe la transmisión.

La correa puede tensarse también desplazandó'el motor de ac-cioñamiento sobre unas guías o sobre un soporte basculante.

Materiales de las correas planas

De la piel del lomo del buey (cuero de lomo) se obtienen correas decuero. Según sea la longitud de las correas, se forman un¡endo dis-tintas bandas med¡ante encolado y cosido. Los elementos de uniónpara las correas (ganchos de alambre, garras) unen los extremos de lamisma entre sí en forma desmontable, Las correas de cuero sopor-tan grandes cargas y son muy elásticas.

Las correas de material fibroso y material s¡ntético se fabricande una p¡eza s¡n fin. Son apropiadas para transmitir fuerzas sin os-cilaciones. cuando las poleas son de diámetro pequeño. Como mate-riales se emplean el algodón, el pelo de camello, la viscosa, el perlóny el nylon,

Las correas combinadas de cuero y material sintét¡co constande una c¡nta de rodadura (guarnición de fricción) de cuero curtido alcromo que está f¡rmemente unida con una c¡nta de tiro de materials¡ntético (perlón) muy solicitable. Estas correas son muy flexibles ypueden transmit¡r grandes fuerzas.

Poleas para correas planas

Según sea su finalidad estas poleas se fabrican de fundición gris,

Técni

acero,rreas fllanta,apropiimpedrugosi

l';lmtI ool

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MontaCuandono que(

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#

{

II

Técnica de montaje ,

acero, metal ligero, material sintético o madera. Las poleas para co-rreas planas están recogidas en la norma DIN 111. Se fabrican conllanta cilíndrica (A) y con llanta abombada (B). La llanta abombada esapropiada para poleas accionadas, porque guía mejor la correa. Paraimpedir que se produzca demasiado desgaste en la correa, la

rugosidad superficial de la llanta tiene que hallarse entre 4 y 1O ¡.tm.

Cuando las velocidades de las correas superen v = 25m/s se han de equilibrar estática y dinámicamente laspoleas.

Accionamiento de correa dentada

Las correas dentadas en unión con las ruedas dentadas corres'pondientes garantizan una transmisión de fuerza sin resbalamiento'

Las correas dentadas son de caucho de alta calidad unido firme-mente con un cable de acero empotrado. El cable enrollado en formahelicoidal absorbe las fuerzas de tracción. La fuerza se transmite a

través de los flancos de diente. La carga en los flancos puede llegar a

4OO N/cm2. Las ruedas dentadas se fabrican generalmente conmódulo 6 ó 10 y alturas de diente de 4 y 4,5 mm'

Como material para las ruedas dentadas son suficientes la fundi-ción gris o el metal ligero, que pueden fabricarse con precisión y ca-lidad superficial suficientes mediante sencilla fundición en arena.

Transmisión por correa trapecialLas correas trapeciales son correas enterizas (sin fin) de goma fabri-cadas con seccién transversal en forma de trapecio' En sus capas ex'teriores llevan hilos de tejido vulcanizados que absorben las fuerzasde tracción. Una guarnición de tejido envolvente protege a las

correas del desgaste.Las transmisiones por correa trapecial trabajan exentas casi por

completo de resbalamiento, aun con grandes relaciones de transm¡-sión, de hasta r = 1O:1 , con poleas de diámetro pequeño y distanciasentre ejes pequeñas a = d" * 3/2h ld" = d¡ámetro exterior de la po'lea, h = altura de la correa). La presión en los flancos a consecuenciadel efecto de cuña es aproximadamente tres veces mayor que en elcaso de una correa plana. Se sale adelante con una menor tensiónprevia que hace que sea también pequeña la carga en el cojinete. Setransmiten fuerzas mayores si se emplean hasta doce correas dis'puestas unas junto a otras en una misma polea.

En las normas DIN 7753 están normalizados perfiles de correastrapeciales con anchos de la parte superior de la correa que vandesde ó" = 9,7 hasta 22 mm. La norma DIN 2215 determina laslongitudes de las correas trapeciales sin fin, y concretamente laslongitudes interiores y las longitudes eficaces para cada perfil decorrea.

Poleas para correas trapecialesSegún la norma DIN 2217 se ejecutan con una o varias gargantas.Los ángulos de las gargantas son a= 32",34" y 38o, según los diá-metros de las poleas (a menor diámetro, menor ángulo).

Las gargantas se han de ejecutar de manera quB la correa no so-bresalga del canto superior ni se encune tampoco en el fondo de lagarganta, ya que entonces la correa pierde su efecto de cuña.

Montaje de los accionamientos por correaCuando se montan las poleas en el árbol se ha de cuidarque la poleano quede cruzada en el mismo y que se una perfectamente con la

Figura 5-182. Formas de ejecución de poleas deción gris para correa plana.

.bf- ,--*l

W(plana)

379

fundi-

Figura 5-183. Transmisión por correa dentada.

Figura 5-184. Constitución y func¡onam¡ento decorrea trapecial.

wbwwlncorrecto Correcto

Figura 5-185. Asiento de la correa trapecial en la gar-ganta de la polea.

Figura 5-186. Montaje de una transmisión por correa.

Fundición gris

Figura 5-187. Transmisión de fuerza en las ruedas defricción.

Figura 5-188. Accionamiento de fricción de ruedatrapecial.A causa de la inclinación de los flancos y las superficies defricción más grandes resulta más pequeña la fuerza deapriete.

Figura 5-189. Mecanismo inversor de rueda de fricciónpara accionar prensas de husillo.

Técnica de montaje

chaveta. Si el montaje se realiza incorrectamente la polea setambalea. Las poleas motr¡z y accionada tienen que estar exactamen-te alineadas, lo cual puede verificarse apoyando una regla en lascaras de las poleas, y en el caso de distancias largas entre ejes uncordón tensado. Los árboles de ambas poleas tienen que hallarseexactamente paralelos y en un mismo plano.

ACCIONAMIENTOS POR RUEDA DE FRICCIÓN

Transmiten'él momento de giro por fr¡cc¡én 6ntre dos ár-boles paralélos o que se cruzan, á ufia pequeña d¡s-tancia.

Los accionamientos por rueda de fricción son especialmenteconvenientes cuando deban transmitirse grandes velocidades peri-féricas y sea necesario cambiar el número de revoluciones y modi-ficar el sentido de rotación durante el funcionamiento. Los acciona-mientos por rueda de fricción son silenciosos y sin sacudidas. Larelac¡ón de transmisión r entre la rueda motriz y la accionada no esconstante, ya que durante la transmisión de fuezas se produce unresbalamiento.

Transmisión de fuerzaEn los accionamientos por rueda de fricción se presionan una contraotra dos ruedas de periferia lisa mediante la fuerza de apriete F*(Fn = Fuerza normal perpendicular a la tangente en el punto de con-tacto). Esta fueaa produce en las superficies de las ruedas la fuerzatangencial Fs lfuena de rozamiento). Su magnitud depende de Fn ydel coeficiente de rozamiento ¡¿ entre las superficies de fricción quetrabajan conjuntamente:

Fa:FN'! en N

Para conseguir condiciones de fricción favorables, una de lasruedas se recubre con una guarnición de fricción de material sinté-t¡co, goma o cuero. Cuando las cargas son pequeñas las guarnicio-nes de goma se fijan elásticamente sobre las ruedas, y en caso decargas grandes se vulcanizan. En el caso de cargas grandes se re-quieren inclusiones de alambre de acero en la guarnición de fric-ción. Con el fin de que se disipe mejor el calor de fricción producidopor la transmisión de fuerza, se ponen varios anillos de fricción es-trechos unos junto a otros dejando espacios intermedios.

La contrarrueda se fabrica de fundición gris o de acero, a serposible con superficie rectificada.

La magnitud del coeficiente de rozamiento depende del tipo deguarnición de fricción.

lmpulsada (conducida)

Técnica t

Ventajaspor rued

Ventajas:construcc(O,85 a O

lnconrfricción, p

coi¡netes

MontajeLas ruedindetermique se prcgasten lasque estar

5.3.10

VARIACDEL NÚ

En los mmero de r

carse escciones) a

cambiar y

mos de c¡charse rerejemplo,1OO m/miro de revcsegún la

desde n I =un núrnencorte y cr

Si se30O mm" r

bajo situaherramien

Los vainconvenipreparalltrcondicior¡dores de r

cias de hahasta l:11

VARIAD

El variadonico. Suscial muy b

Motriz (conductora)

Guarnición defricción (goma)

Coeficientes de rozamiento ¡.¿ entreMaterial sintético y fundición grisCuero y fundición grisGoma y fundición gris

Las ruedas de fricción se ejecutan cilíndricas (fuerza de aprietegrande), cónicas o como accionamiento de rueda trapecial. Se em_plean.accionam¡entos por rueda trapecial en máquinas herramienta,gurnches, prensas de husillo y en la regulación de revoluciones sinescalonamiento.

0.3.. .0.4o,2...0,30,7...0,8

-t¡@',.,,1,-:

Motor eléctrico

Técnica de montaje

Ventajas e inconvenientes de los accionamientospor rueda de fricciónVentajas: Es posible la regulación de velocidad sin escalonamiento,construcción sencilla. menor distancia entre ejes, alto rendimiento(0.85 a O.9), poco gasto de mantenimiento, silenciosos.

lnconvenientes: Resbalamiento , desgaste de las superficies defricción, potencia limitada (4OO kW), velocidad periférica limitada,cojinetes fuertes a causa de las altas fuerzas de apriete.

Montaje de los acc¡onam¡entos por rueda de fricciónLas ruedas de fricción se fijan en los árboles con a justeindeterminado o a presión en unión con una chaveta. Con el fin deque se produzcan condiciones de fricción favorables y que no se des-gasten las guarniciones de fricción sólo por un lado, los.ejes tienenque estar alineados exactamente paralelos entre sí.

5.3.1O Variadores de velocidad sin escalones

VARIACIóN CONTINUADEL NÚMERO DE REVOLUCIONES

En los mecanismos de cambio de velocidades escalonados el nú-mero de revoluciones de una máquina de trabajo sólo puede modifi-carse escalonadamente. El cambio de un escalón (número de revolu-ciones) a otro, condiciona una pérdida de tiempo para detener,cambiar y poner de nuevo en marcha la máquina. Con los mecanis-mos de cambio de velocidades escalonados tampoco puede aprove-charse rentablemente una máquina en todas las zonas de trabajo. Porejemplo, si debe refrentarse con velocidad de corte constante del OO m/min una pieza circulardeD = 5OO mm yol= 1OO mm. el núme-ro de revoluciones del husillo de trabajo tendría que ir aumentandosegún la fórmula

desdenl= 64/min anz=32O/min, o sea de cinco veces. Al contrar¡o,un número de revoluciones constante haría variar las condiciones decorte y con ello varla la calidad de superficie de la pieza.

Si se tomase la velocidad de corte en el diámetro medio d. =3OO mm, resultarfan velocidades de corte excesivas en la zona de tra-bajo situada por encima, que reducirían el tiempo de duración de laherramienta.

Los variadores de velocidad sin escalonamiento eliminan estosinconvenientes. Funcionan suavemente y sin oscilaciones y puedenprepararse para accionamientos que se adapten automáticamente acondiciones de trabajo dadas (escalones de carga). Con los varia-dores de velocidad sin escalonamiento pueden transmitirse poten-cias de hasta 150 kW con un campo de regulación que va desde 1:3hasta 1 :1 0.

VARIADORES DE VELOCIDAD MECÁNICOS

El variador de velocidad PIV es un mecanismo enteramente mecá-nico. Sus dos pares de discos cónicos provistos de un dentado espe-cial muy bajo. se unen con una cadena de láminas sin lin, para reali-

Figura 5-190. Mecanismo de ruedas de fricción cónicaspara la regulación continua del número de revoluciones.

Salidan1 *--.1

100O vn:- n'd

Accionamiento'' F;l

Figura 5-192. Constitución de un variador develocidad PlV.

Multiplicación Desmultiplicación

ajuste

Figura 5-193. Constitución de la cadena de láminas.

3A2

Desmultiplicación Mult¡pl¡cación

Figura 5-194. Principio de funcionamiento del variadorde velocidad PlV.

retención

Figura 5-195. Constitución de un variador de velocidadde bolas.

Técnica de montaje

zar la transmisión de fuerza. Las láminas de la cadena están dispues-tas de forma que pueden desplazarse ligeramente en dirección trans-versal a la dirección de marcha. Debido a esto pueden adaptarsefácilmente al paso de los dientes que varía con el diámetro del cír-culo de rodadura. Las láminas que al entrar la cadena tropiezan en undiente de uno de los discos, son desplazadas por éste forzosamentea un hueco de diente del disco contrario del par. Debido a esto lafuerza se transmite por cierre de forma y por lo tanto sin resba-lamiento. Dado que siempre hay varios flancos de diente engrana-dos, el desgaste se limita a un mínimo.

Las palancas de mando del variador de velocidad están alojadasen forma basculante sobre los soportes de cojinete del husillo ten-sor (variación de la tensión de la cadena). Un extremo libre de cadapalanca de mando tiene casquillos roscados dispuestos articulada-mente, que se enroscan en roscas a derechas y a izquierdas del husi-llo de regulación. Cuando se hace girar el husillo de regulación losdos pares de discos cónicos se desplazan en contrasentido, corres-pondientemente a la relación de transmisión deseada.

Para indicar el número de revoluciones una de las roscas del husi-llo de regulación está unida con un indicador a través de una ruedahelicoidal.

El variador de bolas Wülfel-Kopp se asemeja en su construccióna un rodamiento de bolas. Los árboles de accionamiento y de salidaestán alineados en el centro del mecanismo; cada uno de los extre-mos interiores de los árboles lleva un disco cónico. Estos dos discosse unen uno con otro por cierre de fuerza por medio de tres a ochobolas de ajuste, conforme al tamaño del variadot distribuidas equi-distantes en su periferia. Un anillo de sujeción que gira conjunta-mente y sirve también como anillo de engrase, presiona las bolascontra los discos cónicos.

Las bolas de ajuste están alojadas en forma rotativa en ejes quepueden bascular pero no giran alrededor de los árboles. Estos ejesbasculantes se guían con cuadradillos que hay en sus dos extremosen ranuras que transcurren radialmente en las tapas de la carcasa.Los ejes tienen a la izquierda resaltos esféricos que engranan enranuras de leva del anillo de ajuste alojados en la carcasa de formaque pueden girar alrededor de su eje horizontal. Mediante la forma deestas levas de mando los extremos de los ejes basculantes se des-plazan radialmente girándose con ello alrededor del centro de labola. cuando se acciona la palanca de ajuste.

En la transmisión PK el lado motor tiene un cono. Este cono vamontado en el árbol del inducido de un motor eléctrico y puedemoverse axialmente en vaivén para efectuar el ajuste del número derevoluciones. El cono de accionamiento entra en el anil¡o de roda-dura que está unido con una rueda planetaria. Esta rueda planetariaengrana en una rueda central que ajusta en el árbol de acciona-miento. La rueda planetaria y la rueda central giran en una carcasa os-cilante que puede efectuar un movimiento pendular alrededor del ejede accionamiento. El cono de accionamiento, el anillo de rodadura yla rueda planetaria giran en el mismo sentido. Cuando se pone enmarcha el motor el propio peso de la carcasa oscilante situadaoblicuamente, es suficiente para iniciar el flujo de fuerza. Este flujode fuer¿a se transmite a través del cono de accionamiento y del ani-llo de rodadura a la rueda central grande. La presión de los dientesentre ambas ruedas dentadas ejerce retroactivamente una fuerza F"sobre la carcasa oscilante que repercute entre el cono de acciona-miento y el anillo de rodadura como fuerza de apriete F¡ (fuezaperpendicular para producir el cierre de fuerza), que produce lafricción necesaria para la transmisión de fuerzas. La carcasa osci-lante actrla como una báscula que regula la fuerza de aprieto

1:3 1:1

Multiplicación3,1

Desmu ltiplicación

Técnica d

FÍmediante l¡

aunque laLa carc

regulación,da planetarción de palpla netaria,forma hast¡rozamiento

5.3.11

ACCtóN

Un estriboen el que r

distinguil1. Las dos

el centrtación.m2prodyor disl

2. La masrrotaciólde rotagrande.

3. Las dosft =f2vedad ftación. I

ción, cocentrífucontrari

El deseqt

Cuando elcoincide crfuerzas cenequilibrio l

Los de,rProvocan finetes; pro(Figura 5-196. Principio de funcionamiento del variador

de velocidad de bolas.

Accio

Cono de accionamientoAnillo de rodadura

Carcasa oscilante

Técnica de montaie

Figura 5-197. Const¡tución y funcionamiento de la trans-misión PK.

mediante la fuer¿a de reacción según el momento de giro a entregar,aunque la carga sea ¡nterm¡tente.

La carcasa osc¡lante no part¡c¡pa directamente en el proceso deregulac¡ón. s¡no que produce el cierre de forma en unión con la rue-da planetaria y la.rueda central, En este variador de velocidad la rela-ción de palanca entre el radio del anillo de rodadura y el de la ruedaplanetaria, se ha elegido de manera que esté asegurado el cierre deforma hasta la punta del cono, teniéndose en cuenta el coeficiente derozamiento entre el cono y el anillo de rodadura.

5.3.11 Equilibrado

ACCIÓN DE LA FUERZA CENTRíFUGA

Un estribo giratorio alrededor de su eje vertical tiene un vástago guíaen el que se encuentran dos masas Ítt, lnz desplazables. Se puededistinguir varios casos:

1. Las dos masasmr,Ítzson iguales, la distancia12 es mayorquerr,el centro de gravedad G del conjunto no se halla en el eje de ro-tación. Cuando el estribo gira m2 tira de mr hacia fuera. La masa/n2 produce una fuerza centrífuga mayor que rn I a causa de su ma-yor distancia al centro (radio de la trayectoria).

2. La masa ,r2 es mayor que rn r. Las distancias rr, rz desde el eje derotación son iguales. El centro de gravedad G no se halla en el ejede rotación sino que se halla más cerca de la masa m2 másgrande. Cuando el estribo gira m2 tira de la rrdsd /?r hacia afuera.

3. Las dos masas Ítt tnz son iguales y están a la misma distanciarr = 12 del eje de rotación. Así pues también el centro de gra-vedad G del conjunto de ambas masas se halla en el eje de ro-tación. Cuando el estribo gira las dos masas mantienen su situa-ción, con independencia del número de revoluciones. Las fuerzascentrífugas producidas son iguales y dirigidas en sentidocontrario; se anulan (neutralizan) y quedan en equilibrio.

El desequilibrio en las piezas de máquinasCuando el centro de gravedad del conjunto de masas rotativas nocoincide con su eje de rotación, se perturba el equilibrio debido a lasfuerzas centrífugas que actúan unilateralmente. Esta perturbación delequilibrio recibe el nombre de desequilibrio.

Los desequilibrios solicitan a las piezas rotativas de máquina.Provocan fuerzas de flexión adicionales y con ello cargas en los coji-netes; producen oscilaciones y ruidos y dan lugar a la fatiga pre-

383

Número de revoluciones n

Figura 5-198. Princip¡o de regulación de latransmisión PK.

Con una masa desequilibrada m a la distancia r del eje derotación. con número de revoluciones n, resulta la fuerzacentrífuga F:

rileng ren mm n eA 1lmin F e¡ N Fuerza centrffuga1

101

10

Eje de r

o

250 3000 25250 3000 250250 6000 250250 6000 2500

384

Estable lndiferente

Figura 5-2OO. Generación y compensación del desequili-brio estático.La masa excesiva m sin compensar en el radio r traslada elcentro de gravedad G y produce en el disco rotativo lafuerza centrífuga F. El desequilibrio es el producto de lamasa desequilibrada en gramos por el radio en milímetros.Unidad: gmm.El desequilibrio se elimina aplicando una masa compen-sadora.

Plano del cojinete

Desequilibrio dinámico

Equilibrado estát¡camente

FiguraS-2O2. Generación de un desequilibrio dinámico.

Equilibrio

Figura 5-2O3. Compensación del desequilibrio dinámicomediante aplicación de masas compensadoras.

Técnica

Peso equilibrador

de montaje

Figura 5-2O1. Equilibrado estático de una muela de r6ct¡-ficar con una báscula equilibradora.El desequilibrio existente se elimina mediante desplaz¿Jmiento de las masas equilibradoras,

matura de los mater¡ales, Pueden producirse desequilibrios enruedas dentadas, poleas, árboles, acoplamientos y volantes, debi-dos a defectos de fundición (rechupes) mecanizado impreciso,errores de montaje o desgaste un¡lateral.

En las piezas de máquinas que funcionan con alto número derevoluciones. tienen que determinarse por tanto la situación y lamagn¡tud del desequilibrio y eliminarse mediante equil¡brado.

DESEOU ILIBRIO ESTÁTICO

Hay desequilibrio estático cuando el centro de gravedad G de unapieza de máqu¡na en forma de disco (de pequeño esp€for) no se hallaen el eje de rotación. La pieza a verif¡car se pone con un mandriladaptado a ella sin holgura, sobre una báscula equilibradora o sobredos apoyos de cuchilla. La pieza y el mandril girarán hasta que el cen-tro de gravedad se halle exactamente debajo del eje de rotación. esdecir hasta que el cuerpo ha adoptado su s¡tuación de equilibrioestable.

El desequilibrio se elimina mediante taladrado, c¡ncelado ofresado en el lado del desequilibrio o mediante aplicación de unamasa equil¡bradora en el lado contrar¡o. La pieza tiene quepermanecer en reposo en cualquier situación (equilibrio indiferente).

DESEOU ILIBRIO DINÁMICO

Aparece desequilibrio dinámico cuando piezas de máquinas cilíndri-cas (grandes longitudes). incluidos cigüeñales, provocan a altonúmero de revoluciones fuerzas centrífugas que con su momento degiro M = F ' I fiatan de que el cuerpo gire saliéndose de su posic¡ónen el eje. Una pieza de máquina de estetipo puede no presentardese-quilibrio estático; el momento de giro no actúa hasta que aumenta elnúmero de revoluciones (mayor fuerza centrífuga). La situación ymagnitud de un desequilibrio dinámico se averigua con una máqui-na equilibradora, con el número de revoluciones que tenga la pieza a

verificar cuando se emplea en la máquina (número de revolucionesde funcionamiento).

El desequilibrio se elimina mediante aplicac¡ón de masas equili-bradoras o quitando material. Pueden fijarse arbitrariamente las dis-tanc¡as de los puntos en los que se añade o quita mater¡al. y lasposiciones de los planos de equilibrado.

Funcionamiento de una máqu¡naequ¡l¡bradora dinámicaCon la máquina equilibradora se determina para dos planos de equi-

Técnica de

librado Er, E:necesarias p

La magninetes lr, Lzcadas por la

eléctrica poreléctricos (pdiante un inmasas deser

Los elenson cerámic¡tura y de la I

dependientetensión queellas.

Para cakponer en losque actúan tcuenta los blayuda de unide equilibrarcada plano

Mediant¡do elegidos.to de medicinos Er, Ez-

Para averde mano (4|cero estand(en la escala I

cuerpo a eqmáquina palequilibrado ¡equilibrado ,

Ejercicio

Piezas de

Ruedas der1. ¿Oué cor2. ¿Oué ver

evolvent3. ¿Cómo ¡

diente?4. Desc¡ibir5. a0ué im¡6. ¿Mediad?. Describú8. Desc¡ibi9. ¿oué veú

con d€ñ10. ¿Ouépar

do helb1 1. ¿Oué Yefi

ruedas dariaf?iCuándo¿Q¡¡é seengranai

Cuerpo aequilibrar

Desequilibrio =masa (g) X radio (mm)

Apoyo deMasa

cuch¡lla

@I nestable

1L13.

Brida de sujeción

oMasas de deseq

Técnica de montaje

librado Et, Ezla posición y la magnitud de las masas equilibradoras,necesarias para eliminar el desequilibrio.

La magnitud de medición F¡ se produce en los planos de los coji-netes ¿r, lz del cuerpo a equilibrar. Las fuerzas de cojinete provo-cadas por las fuerzas centrífugas, se transforman en una tensióneléctrica por medio de cajas dinamométricas con elementos p¡ezo-eléctricos (piezo, del griego = yo aprieto). La corriente se indica me-diante un instrumento de medición cuya escala está graduada enmasas desequilibradas.

Los elementos p¡ezoeléctricos que sirven como dinamómetroson cerámicas especiales s¡ntét¡cas, independientes de la tempera-tura y de la humedad, con elasticidad extraordinariamente baja (in-dependientes del recorrido). Pueden soportar grandes fuezas y latensión que producen es proporoional a la fuerza que actúa sobreellas.

Para calcular las masas equilibradoras Ít1, tÍt2, que se han deponer en los planos de equilibrado Et, Ez, partiendo de las fuerzasque actúan en los planos de los cojinetes Lr Lz, se han de tener encuenta los brazos de palanca a. b, c que actúan entre los planos. Conayuda de una disposición eléctrica se separan uno de otro los planosde equilibrado. Se indica solamente el desequilibrio que actúa encada plano individual.

Mediante ajuste del mando giratorio para los radios de equilibra-do elegidos4 1, 12, sé logra que aparezcan en el indicador (instrumen-to de medición 1) las tndsdstnl,tn2 de los desequilibrios para los pla-nos Er, Er,

Para averiguar la situación del desequilibrio se hace girar la ruedade mano (4) hasta que el instrumento indicador del cero (2) esté a

cero estando la máquina en marcha. A continuación se lee el ánguloen la escala de ángulos (5) y con ayuda de la escala (6) se transmite alcuerpo a equilibrar, para caracterizar el desequilibrio, estando lamáquina parada. Con (3) se des¡gna el selector para los planos deequilibrado y (7) es una escala para fijar la situación de los planos deequilibrado Er, Er.

Ejercicios

Piezas de máquinas

Ruedas dentadas1. ¿Oué comet¡dos tienen las ruedas dentadas?2. ¿Avé ventajas tienen las ruedas dentadas con dentado de

evolvente?3. ¿Cómo puede imaginarse la producción de un flanco de

die nte?Describir las dimensiones de una rueda dentada.¿Oué importancia tiene el valor <módulo>?¿Mediante qué procedimientos pueden fabricarse dentados?Describir el fresado por generación.Describir el mortajado por generación.¿Oué ventajas e inconvenientes t¡enen las ruedas cilfndricascon dentado oblfcuo?¿Oué part¡cularidades tienen las ruedas cilíndricas con denta-do. helicoidal?¿Oué ventajas tienen las ruedas de diente oblícuo dobles y lasruedas dentadas en flecha o V en relación al efecto deÍue¡zaaxial?¿Cuándo se emplean engranajes con d€ntado interior?¿Oué se ha de observar especialmente cuando se montanengranajes de ruedas cilfndricas?

Figura 5-2O4. Constitución y funcionamiento de unamáquina equilibradora dinámica.

Bola depresión

Electrodo

Elementotra nsd uctor

Electrodo

Figura 5-2O5. Const¡tuc¡ón de una caja dinamomótricapiezoelóctrica. (izda.).

Figura 5-2O6. Apoyo del cu€rpo a aquilibrar en lamáquina equilibradora. (dcha.).1. Desplazable en altura2. Desplazable lateralmente

14. ¿Oué tipo de dentado es especialmente v€ntaioso en los en-granajes de ruedas cónicas?

15. Describir la posición y forma de la superficie portante osustentadora en los engranajes de ruedas cónicas condentado curvo o en arco.

1 6. ¿Oué propiedades especiales tienen los engranajes de torni-llo sin fin?

1 7. ¿Oué se ha de obs¿rvar cuando se monta un engrana je de tor-nillo sin fin?

1 8. ¿Por qué tienen autorretención los engranajes de tornillo sinfin?

1 9. ¿Por qué razón se fabrica la rueda helicoidal de hierro fundidoo de aleaciones de cobre?

2O. Explicar las posibilidades de realizar grandes relaciones detransmisión en los engranajes de torn¡llo s¡n fin.

Engranajes y transmisiones21. ¿Oué comotidos pueden realizarse con un ongranaje variable

esc a lo n a da m ente?22. Describir el funcionamiento de un engranaje de corazón de

inversión.

4.5.6.7.8.9.

10.

11.

12.13.

Cuerpo a equilibrar

23.24.25.

26.27.

28.

29.

386

¿Para qué se emplean los engranajes de cambio de ruedas?ZCómo funcionan los engranajes de ruedas corredizas?¿Por qué medios de cambio se desplazan las ruedas corre-dizas?¿Cómo está const¡tuido un engranaje de rueda oscilante?Establecer la diferencia entre escalonamiento de revolucio-nes en serie ar¡tmét¡ca y geométrica.¿En qué cons¡ste la ventaja del escalonamiento de revolucio-nes en serie geométrica?¿Cómo se reconocen en el esquema de revoluciones de Germar las multiplicaciones, desmultiplicaciones, relaciones detransmisión pequeñas y relaciones de transmisión grandes?¿Oué cont¡ene el esquema de un engranaje variable escalo-nadamente?¿Oué es lo que puede verse en el diagrama de flujo de po-tencia de un engranaje variable escalonadamente?¿Oué campos de aplicación especiales tienen las trans-misiones por cadena?

33. Establecer la diferencia existente en la construcción y empleode las cadenas de rodillos y las cadenas de dientes.

34. l0ué se ha de observar cuando se montan transmisiones porcadena?

35. Describir la transmisión de fuerzas en los accionamientos porrueda de fricción.

36. ¿De qué factores depende la magnitud de la fuerza tangencialque puede transmitirse en las ruedas de fricción?

37, C¡tar ventajas e inconvenientes de los accionamientos porrueda de fricción.

38. Describir el funcionamiento de una transmisión por correa.39. ¿Oué es lo que resulta del <resbalamiento) de una transmi-

sión por correa para su empleo práctico?40. ¿Mediante qué medidas puede aumentaise o mantenerse la

tensión de las correas?

Técnica de montaje

41. ¿Oué ventajas tiene la transmisión por correa trapecial y latransmisión por correa d€ntada respecto a la correa plana?

42. ¿C6mo debe encajar la correa trapecial en la garganta de lapolea?

43. ¿Oué se ha de observar cuando se montan transmisiones porcorrea?

44. ¿Oué ventajas e inconvenientes t¡enen los variadores de velo-cidad sin escalonamiento?

45. Describir la constitución y el funcionamiento de un variadorde velocidad PlV.

46. ¿Por medio de qué medidas la cadena de láminas del variadorde velocidad PIV actúa por cierre de forma, o sea sin resba-lam¡ento?

47. Describir el funcionamiento de un variador de velocidad debolas.

48. ¿Por medio de qué medida constructiva se presiona el anillode rodadura de un accionamiento PK al cono de acciona-miento?

Equilibrado49. Pescribir el efecto de la fuerza centrffuga.50. ¿Oué relación existe entrevelocidad periférica yfuerza centrí-

fuga?51. ¿Oué consecuencias tiene un desequilibrio de las piezas rota-

tivas de máquina?52. ¿Cómo puede determinarse de modo sencillo en eltaller la si-

tuación de un desequilibrio?53. Establecer la diferencia entre desequ¡librio estático y dese-

quilibrio dinámico.54. ¿Mediante qué medida se compensa el desequilibrio?55. Describir el funcionamiento de una máquina equilibradora di-

námica.

30.

31.

32.

6.1 t

6.1.1

PERCI

Para laEs una l

percih

1¡rEnt

en unareal¡zamagnél

Soniones,

El Icargad(eléctricelecffirel extetnúmero

Losde loscarga p

Lospuedeninfluemestructrforman

Lacantida1 culon6.24 -

¡rÉsiUn¿

presiénuna edportad.hiffr¡iiensíó¡rrioce tItor. E3¡

6 E lectrotecnia

6.1 La electricidad como forma de energía

6.1.1 El circuito eléctrico

pencepclóN DE LA erueRe ín rlÉcrRlcn

Para la electricidad no disponemos de un órgano sensorial especial.Es una forma de energfa, como la energía mecánica o calorífica, y sepercibe en las transformaciones energéticas.

La electricidad sólo es perceptible por sus efectos.

En el horno eléctrico, la energía eléctrica se transforma en calor;en una bombilla, se transforma en luz y calor. El motor elécÍicorealiza trabajo mecánico, en el electroimán se manifiestan efectosmagnéticos.

Son portadores de cargas eléctricas los protones, electrones yiones.

El protón y el electrón son componentes del átomo y estáncargados con una determinada cantidad de electricidad. La cargaeléctrica del protón se toma como carga elemental positiva (*); la delelectrón como carga elemenlal negativa (-). El átomo es neutro haciael exterior desde el punto de vista eléctrico, pues tiene el mismonúmero de cargas positivas que negativas.

Los iones son átomos o moléculas con más o menos electronesde los que tienen en estado normal. Por lo tanto, pueden poseercarga positiva o negativa.

Los metales liberan los pocos electrones de su capa exterior, quepueden moverse con libertad por la estructura del metal. Ante lainfluencia de una energfa exterior, pueden salir, incluso, de esaestructura. Los electrones que en tal caso circulan por un conductorforman la corriente eléctrica.

La acumulación de cargas elementales se designa comocantidad de electricidad o carga eléctrica (símbolo, O). Su unidad es1 culombio= 1 amperioX segundo(1 As). Ejemplo:1 O= 1 As. 1 As=6,24 . lOtB 16,24 trillones) de cargas elementales.

Una bomba hidráulica crea, al aportar energía, una diferencia depresión o tensión entre el lado de entrada y el de salida, que provocauna corriente hidrodinámica a través del tubo conductor. Este esportador de una energía mecánica y puede impulsar un motorhidráulico. El generador eléctrico, al aportar energía, crea unatensión eléctrica o diferencia de potencial entre sus bornas, que pro-voca una intens¡dad o corriente de electrones a través del conduc-tor. Este es portador de una energía eléctrica y puede impulsar un

Efecto magnético Fuente de_ + enerora

.i*-É ? l9)é"ti.uI +¿\-lV

-N.' F-Fuente de /# I x kircuttoenergía eléctri"u i

o '\ de carga

Circuito de ,nrn¿o Efecto caloríficoy luminoso

Figura 6-1. Efectos de la energía eléctr¡ca.

---{F

--@--

--E-

El ectrónFigura 6-2. Átomo de cobre. Cristal

libre sde cobre.

Conexión para cable deprotección en el aparato

lnterruptor manualcon retenc¡ón

Terminal,polo de enchufe

11, N ldentíf¡cación deconductores, sobre todoen redes de alimentación

ps ldentificación delconductor de protección

empleados en diagramas de

Pila,batería

G e ne iador

Resistenciaen general

Conductor

Conductor deprotección

eJ'1

--)(- Bombitta

Figura 6-3. Símbolosconexión.

Corriente. hidro-

¡o rnam tcal

Tubo conductor (conducción)Motorhidráulico

Accionamiento na m ientoBomba

Figura 6-4. Circu¡tohidráulico

Generador

Diferencia de tensiónCircuitoeléctrico.

387

Ii

l:t:¡f:

N úóleo

388 Electrotecnia

motor eléctrico, Tanto la corriente hidrodinámica como la corrientede electrones experimentan una resistencia en las conduccionesque origina pérdidas energéticas.

Los circuitos eléctricos se representan mediante esquemas deconexiones, Los conductores L1 y N establecen el enlace con lafuente de energfa eléctrica (generador de tensión). El generador detensión (que puede ser directo o una estación transformadora) no sesuele representar en dichos esquemas. El interruptor (1) cierra ointerrumpe 6l circuito. con el .interruptor cerrado, circula corrientedesde el generador de tensión, a través de Ll, del fusible (2), delaparato de consumo (3) (bombilla) y vuelve por el conductor N algenerador de tensión. El conductor de puesta a tierra (4) quedaconectado a la carcasa del aparato de alumbrado (medidas de protec-ción, pá9. 402). En las instalaciones, por ejemplo en las domésticas,los conductoros se unen entre sí en las cajas de derivación (5).

TENSION ELECTRICA

Se produce una tensión si se separan los portadores de cargapositivos y negativos. En un generador, mediante el movimiento gira-torio de una espira de cobre en un campo magnético, se extraen loselectrones ds un extremo del arrollamiento (donde se produce undéficit de electrones) y se acumulan en el otro extremo (donde hay unexcedente de electrones).

La separación de cargas exige realizar un trabajo. El trabajo de W= 1 J (iulio) perm¡te separar 6,24' 1Or8 cargas elementales (unidadde carga, O = 1 As). La tensión que asf se crea es de 1 vo¡tio (1 V).

1 voltio = 1 julio por cada culombio. 1 V = 1 J/l As.Se puede decir que la tensión es el traba¡o por cada unidad de

carga. La borna con déficit de electrones es el polo positivo (polo *)de la fuente de tensióu la que tiene excedente de electrones es supolo negativo (polo -).

La unidad de tensión es el voltio.

El sfmbolo de la magnitud llamada tensión es U, su unidad elvoltio (V). Elemplo: U = 22O V. Submúltiplos y múltiplos del voltioson:

1 mV(milivoltio) = ¡$6V= 1 O-3 V; 1 kV(kilovoltio) = 1 OOOV= 103V'1 MV (megavolt¡o) = 1 00OO0O V = 106 V.

Tensiones usuales: tensiones de la conversación telefón¡ca, de 1

mV a 80O mV; elemento de batería, 1,5 V; tensión de la chispa de lasoldadura por arco, de 50 V a 70Y, tensión de soldadura, de 25 V a40 V; tensión de la red, 22O V, 380 V; lfneas de alta tensión, de 6 kV a380 kv.

Electrote(,

El símhes l. su un

Al cerraen el polodirigiéndostrones) endenominadel conductun segund

Los sut1mA(mitia= 10-6 lr;

lntensi<sión, hastaaparatos el

En el cocos. La vel10 mm/s.corrienter r

Enelmimpulsan mpropaga a

6.1.2 Lt

MEDICIó

Confonpolo posilconsumo ,

tensión. ypositivo. L

El apatpuntos enldad de la(amperímedel circuit

ConducbtLos conóeléctrica. Icuanto mC

Los noson sustan

Los ¡ctienen unconductorr

RESISTE

En el hikmetálicosque empletransfonn¡

El !úrnlsu unidad

PE -.- ¡-

Figura 6-5, Etquamadel circuito.

Figura 6-6. Esquemade conexioneg,

Movimientodel imán

magnéticoDéf¡cit deelectrones

Polo positivo + - Polo negativo

Principio del generador: Al moverse un imán sobre unaespira conductora, en los extremos de ásta aparece unadiferencia de carga.

Figura 6-i. Generación de tens¡ón.

@a=tls@ t

EE&- *"1 *. l"="No hay Tensión Tensióntens¡ón baja alta

Tensión _ Tlabajo. 1 V: I J' Carga 1 As

Figura 6.8. La tonsión os trabajo por unidadde carga.

Figura 6-9. Tensión olóctrica (modelo repre-sontat¡vo).

CORRIENTE EIÉCTRICA

Electrotecnia

El símbolo que representa la magnitud de intensidad de corrientees l, su unidad el amperio (A). Ejemplo: I = 4 A.

Al cerrarse el circuito eléctrico, el exceso de electrones que hayen el polo negativo de la fuente de tensión trata de compensarsedirigiéndose hacia el polo positivo. A los portadores de carga (elec-trones) en movimiento a través del conductor eléctrico se lesdenomina corriente eléctrica. Si por una sección. transversaldel conducto considerado circulan 6,24' 1018 cargas elementales enun segundo, la intensidad de la corriente es de 1 A.

Los submúltiplos y múltiplos de la unidad amperio son:1 mA (miliamperio) = ffiA= 1O-3 A; 1 ¡.r,A (microamper¡o) : j¡"....--t- A= 10-6 A; 1 kA (kiloamperio) = 1 OOO A = 103 A.

lntensidades de corriente habituales: receptores de radio y televi-sión, hasta 1OO ¡,rA; telecomunicación. de aprox. 1 mA a 10 A;aparatos electrodomésticos y de taller, de unos'l O mA a 50 A.

En el conductor, los electrones.se mueven entre los iones metáli-cos. La velocidad de los poñadores de carga es de O,O1 mm/s a

1O mm/s. Por convenio, se ha fijado como <sentido técnico de lacorrienter el movimiento desde el polo positivo al polo negativo.

En el momento de cerrarse el circuito, los portadores de carga seimpulsan mutuamente como las cuentas de un collar. Este impulso sepropaga a la velocidad de la luz, aproximadamente.

6.1.2 Leyes fundamentales

MEDICIóN DE LA TENSIóN Y

del circuito eléctrico

LA CORRIENTE

Conforme al <sentido técnico de la corrienter, ésta fluye desde elpolo positivo, a través de la resistencia de carga (aparato deconsumo o receptor), hasta el polo negativo del generador detensión, y dentro del generador circula del polo negativo al polopositivo. Las flechas de corriente y de tensión indican ese sentido.

El aparato medidor de tensión (voltímetro) se conecta a lospuntos entre los cuales se quiere determinar la tensión. La intensi-dad de la corriente se mide con el aparato medidor de corriente(amperímetro). Este medidor se conecta intercalado en el conductordel circuito.

Conductores, semiconductores, no conductoresLos conductores son sustancias que conducen bien la corrienteeléctrica. Entre ellos están todos los metales. Conducen tanto me¡orcuanto más électroens libres se tengan por cm3.

Los no conductores, como los plásticos, el vidrio, las cerámicas,son sustancias que no conducen prácticamente la corriente eléctrica.

Los semiconductores, como por ejemplo el silicío, el selenio,tienen una capacidad de conducción mucho menor que losconductores, pero mayor que los no conductores.

RESISTENCIA ELÉCTRICAEn el hilo conductor y en la resistencia de carga, los átomosmetálicos oponen una resistencia a la corriente de electrones. Hayque emplear un tra.bajo para mantener la corriente. Este trabajo setransforma en energía calorífica,,y el conductor se calienta.

El símbolo de la magnitud que mide la resistencia eléctrica es R,su unidad es el Ohmio (O, omega). Ejemplo: F = ,l00 O.

Figura 6-1O. Conducción de electrones en losmetales.

Sentido técnico de la corriente

389

+ -----; r- - ---1

Resistencia deLorrlente carga (aparatode electrones ae-co|sumo¡

Corr¡enté eléctrica (modelo repre-Generador

Figura 6-1 1.sentativo).

Flecha de la tensión

o Atomo metálicoF Electrones

Amperímetro

ffi'''ffi/ - -\-/

Voltímetro Flecha de la corriente

Figura 6-12. Medición Medición de lade la tensión. corriente.

Conductor:muchísimos electroneslibres por unidadde volumenNo conductor:casi ningún electrónlibre por unidadde volumenSemiconductor:pocos electrones librespor unidad devolume n

Figura 6-13. Electrones libres en conductores,semiconductores y no conductores (modelorepresentativo).

-ü-Símbolode unaresistencia

Figura 6-14. Resistencia eléctrica en metales.

Grande Grande

requeña Grande ii:iiiiiiiÍil

g@ñc,,T"i".,"","Cobre Hierro

Dist¡ntos materiales conductores

Figura 6-15. Resistencia eléctrica y calentamientodel conductor'en función de la long¡tud,laseccióny el materiá|.

2 lámparas deincandescencia

Calentador de agua

Aspiradoralntensidad

total de la corriente 1

Esquema de conexiones

Extracto de VDE 01OO, cables mult¡f¡lares.

Figura 6-16. Carga permitida en conductores de

cobre aislados.

Cubierta Capa aislanteConductor

Conductor de ProtecciónCable de mangueraConductor: cobre, O,75 mm2, hilo delgadoCapa aislante: material termoplásticoCubierta: material termoplástico

Cubierta exterior/ uapa atstante

Conductor


Hilo de tres conductores con nerviosConductor: cobre, 1,5 mm2 a 4 mm2, monofilarCapa aislante: material termoplásticoCubierta exterior: material con goma

Figura 6-17. Aislamiento de los conductoreseléctricos.

390 Electrotecnia

Son submúltiplos y múlt¡plos del ohmio:1 mO (miliohmio) = ;; O; f ,¿O (microohmio) = rco¿@ O; 1 kO(kiloohmio) = 10OO O; 1 mO (megaohmio) = 1O0000O O.

Resistencias usuales: lámparas y aparatos electrodomésticos, de unos 1 O

O a 1 O00 O; resistencia de aparatos electrónicos, hasta 1 OOO mO;acometidas cortas, de aprox. f ¡rO a 1OO mO.

Los conductores tienen un valor resist¡vo pequeño

Los portadores de carga eléctrica deben circular superando losefectos de la resistencia. El cobre tiene un valor resist¡vo pequeño. La

resistencia de un alambre de 1 m de longitud y 1 mm2 de sección a

2OoC es de 0,0178 O. Este valor se toma como resistenciaespecífica o res¡stividad (símbolo p, ro) del cobre.

Ejemplos:Cobre, p= 0,0178 O' mmz/m; aluminio, p=0,0286 O' mm2/m; aceto, p=O,14 O mm2/m.

El efecto de la resistenc¡a es tanto mayor cuanto mayor sea la lon-gitud / del conductor. Disminuye si aumenta la sección S delconductor.

q: resistiv¡dad en O mm2/m¿: longitud del conductor en m

g: sección del conductor en mm2

Ejemplo:La resistencia de un conductor de cobre de l= I 30 m yS= O,1257 mm2 lO,4mm de d¡ámetro) es

": o,o"%:;T;#Jter,

R :i8,4 o

REOUISITOS A CUMPLIR POR LOS CONDUCTORES

Para evitar un calentamiento excesivo, los conductores eléctricosdeben tener una sección acorde con la intensidad que atraviesa laresistencia de carga y estar protegidos contra sobrecargas por mediode fusibles adecuados.

La carga que perm¡ten los conductores de cobre y I

as¡gnac¡ón de fusibles se determina conforme a la VD0100.

Ejemplo:Para una intensidad total de/= 14,4 A, se necesitan una sección de 1 mm2 yuna protección contra sobrecarga de 16 A.

Los conductores móviles y de instalación fija deben estaraislados. Las sustancias aislantes, por lo tanto, tienen una granresistividad. Por ejemplo, en el polietileno y el cloruro de polivinilo(PVC), con superficie A= 1 cm2 y longitud de 1 m, p= lOrx a 18r8 O .

cm2/cm. A través de un aislamiento de 1 mm de grosor y con unatens¡ón de 22O V, no pasa más que una corriente de aprox.2 10-12 A.

Los conductores, ya sean en cable de manguera o en hilo doble,se marcan con colores. Los conductores de puesta a tierra son decolor verde-amarillo (Ve-Am), los de corriente son de color azul claro(Az) y marrón (Ma).

Elecn

LA C(Y LA

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1.r,$!

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Cortrica, e

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fElectrotecnia

LA CORRIENTE EN FUNClÓN DE LA TENSIÓNY I.A RESISTENCIA

En un circuito cerrado, si la resistencia F permanececonstante, la intensidad / es proporcional a la tensión U.

El valor de la corriente depende de la tensión. Una tensión altasupone un gran exceso de electrones en el polo negativo y un grandéficit de electrones en el positivo. Por ello, la tendencia de los elec-trones a la compensación es mayor, de donde se deduce que alaumentar la tenslón lo hace también la corriente.

Como una gran resistencia frena más el paso de la corriente eléc-trica, es lógico pensar que al aumentar la resistencia se hará máspequeña la intensidad de la corriente.

Experimento: Se tiene un c¡rcu¡to formado por un generador de tensión y unaparato de consumo. Al aumentar la tensión aplicada de U = 2 V a U= 8 V, semide una intensidad que va subiendo de I = O,2 A a I = O,8 A. Pero el cocienteentre la tensión U y la intensidad / permanece constante, y es lo que se llamaresistencia eléctr¡ca, B. Unidad:

,9 en l-V-= 1 o (ohmio). Esta relación se llama ley de Ohm (1)1A

esistenc¡a en O: Tensión en Vlntensidad en A

U:IEjemplo:Una resistencia de R = 20 O es atravesada por una corriente con la tensión deU = 8 V. ioué valor tiene la intensidad? (véase el diagrama).

¡:8V:0.¿r2012

CONEXIóN DE RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

A una fuente de tensión se conectan varias resistencias de carga(aparatos de consumo) de diversas formas.

Gonexión en serie

Las resistencias están conectadas'én serie s¡empre queestén atravesadas por la m¡sma corr¡ente.

Experimento: Se utilizan como resistencias dos lámparas de 4 V/1 A. Si la

fuente de tensión proporciona una tensión en bornas de 8 V, las lámparaslucen a plena intensidad, En los puntos representados, se mide la inten-sidad de la corriente.

lntensidad

Figura 6-18. Ley de Ohm.

0 2 4 6V ITensión U +

Figura 6-19. lntensidad de la corriente en funciónde la tens¡ón y de la resistencia.

Figura 6-20. Conexión de resistencias en serie.

Generadorde tensión

391

Corriente I

A

Aparato de consumo R=10Q

Gede

Amperí-metro

2V

8V

0,2 A0,4 A0.8 A

'10 cl10Q10r)

R; I:#^--1,

Solución: ,:#t{

F

J

i

Iti

I-1 A Íz:1 A

U=8Y

Resistencia

R:8 A Rt-4{L R2-4{¿ B=Rt+.Rt*

1) Georg Simon Ohm, físico alemán, 1787'1854, O (omega), letra griega ma'yúscula.

Tensión Ut:4Y Ur:4V U= Ut+ Ua+...

R:y

áásisteneie

¡II

!o

=coc

0,8

A

0,4

Ley

fr:1 A

Figura 6-21. Conexión de resistencias en paralelo.

392

Solución del ejemplo práctico:

lntensidad total:I:ItIIz

I:JL*!R, R.

r:ff+ffi=a,aaFigura 6-23. lntensidad de la corriente en laconexión en paralelo.

Electrotecnia

lnterpretación: (1) En la conexión de resistencias en serie, la intensidadde la corriente es la misma en cualquier parte del c¡rcuito. (2) La suma de lastensiones parciales es igual a la tensión en bornas. (3) La resistencia total esigual a la suma de las resistencias parciales.

La tensión se distribuye a lo largo de todo el c¡rcuito.

Ejemplo de aplicación: Para hacer funcionar una bombilla de6 V/2 A con una tensión de 12V, puede conectarse al aparato deconsumo una resistencia reductora en serie.

Conexión en paralelo

Exper¡mento: Se instalan las dos lámparas de 4 V/l A como se indica,conectadas a una tensión en bornas de 4 V. En los puntos marcados, se midenla tensión y la intensidad.

lnterpretación: (1 ) En la conexión en paralelo, la corriente total es igual a lasuma de las corrientes parciales. (2) Las tensiones parciales y la total soniguales. (3) El valor inverso al de la resistencia total es igual a la suma de losinversos de las resistencias parciales.

En un punto de distribución de corrientes, la suma de lascorr¡entes que salen es ¡gual a la suma de las que llegan.

Ejemplo de aplicación: Dos resistencias R1 = 50 O y Rz = 50 O,están atravesadas por una corriente con la tensión de IJ = 22OY.iPara qué intensidad de corriente ha de ponerse el fusible?

CI.ASES DE CORRIENTE

La corriente continua es una corriente de portadores de carga, deintensidad y sentido constantes. La corriente de electrones que salede una p¡la o de una batería de acumuladores es una coÍrienteconti nua.

La corriente alterna es una corriente de portpdores de cargacuyos sent¡do e intensidad cambian de modo periódico. Ungenerador giratorio impulsa una corriente de electrones a través delconductor. corriente que camb¡a de magnitud y sentido invirtiéndosede modo regular (periódico) (ver pág. 398), es decir, que oscila deforma permanente. En muchos casos,.el número de oscilaciones esde 50 por segundo. A este número de oscilaciones se le llamafrecuencia y su un¡dad es el Hertz (Hz).

Ejemplo: la corriente alterna industrial tiene bO Hz de frecuencia.La corriente trifáiica consiste en la agregación de efectos de tres

corrientes alternas que se diferencian en que sus valores instantá-neos son distintos. La corriente trifásica se crea en los generadorestrifásicos (ver pá9. 399).

Disyuntt

ffiTiener

magnéticrAl co¡

cual el ¡n

c¡rcula amagnét¡cibimetálic¡resorte d

En uncrea, en l¡y suelta r

q)tr o,cÉop=qocoo!@

Electrote

FUSIBLE

Protecci(Los fusiblede un zóc¡

Se prointensidatuna corrieconsumocircuito es

cuito calieincendio.carga (intvalor de r

ficación: ¡amarillo pse pone r

6.1.3 '

ENERGi

Los comtatómicoscinética,

Los ahabla deble.

Ejemplo:Enunr

gía mec*cantidad ¡t'abai) élmotor oblpermite ¡rcuerpo. Es

APPOID.IT

Corriente cont¡nua Tiempo

I = lntensidad nula2;l=Valor máximo de la corriente

(en 3, en oposición)Corriente alterna

Primera fase

€e€.EEt38$oc

oco

oooo

1to3qcoE

FusibleL1DEL-

-

Ir:1 A Iz:1 A

Ur:4Y Uz:4Y

R:2O Rt:4Q Rz-4{L

íY

Figura 6-24. Clases de corriente.

Electrotecnia

FUSIBLES EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Protección con fusibles de hiloLos fusibles de hilo protegen los conductores por fusión, y constande un zócalo, del fusible propiamente dicho y de una tapa roscada.

Se produce una corriente de sobrecarga cuando se sobrepasa la

intensidad de corriente admitida por el aparato de consumo. Existeuna corriente de cortocircuito cuando la resistencia del aparato deconsumo está ponteada. En ese caso, la única resistencia en elcircuito es la del conductor, muy pequeña. Las corrientes de cortocir-cuito calientan el conductor, dañan su aislamiento y crean peligro deincendio. La intensidad de corriente permitida en la resistencia decarga (intensidad nominal) debe estar de acuerdo con el fusible. El

valor de éstos se reconoce por el color de la plaquita de identi-ficacién: por ejemplo, verde para 6 A, rojo para 1O A. gris para 16 A yamarillo para25 A. Los fusibles no deben repararse, fues en tal casose pone en peligro la protección de la instalación.

Disyuntores

Tienen un disparador de sobretensión y un disparador electro-magnético rápido para el caso de cortocircuito.

Al conectar(1), el gatillo (2) tensa el resorte de disparo (3), con locual el interruptor de contacto (4) cierra el circuito. La corrientecircula a través del arrollamiento calefactor (5) y de la bobinamagnética (6). Ante una corriente de sobrecarga, se calienta la tirabimetálica (7). Esta se curya y libera al gatillo (2), con lo cual elresorte de disparo (3) abre el interruptor de contacto (4).

En un cortocircuito, el gran valor de la corriente de cortocircuitocrea, en la bobina magnética, una fuerza que atrae a la tira bimetálicay suelta de inmediato el gatillo (2).

6.1.3 Transformación de la energía eléctrica

ENERGíA Y TRABAJO

Los combustibles contienen energía en forma química, los núcleosatómicos poseen energía nuclear, un coche en marcha tiene energíacinética, una fuente de tensión posee energía eléctrica.

Los aparatos de consumo son transformadores de energía. Sehabla de trabajo cuando la energía se transforma y se hace utiliza-ble.

Ejemplo:En un motor eléctr¡co, la energía eléctrica aportada se transforma en ener-

gía mecánicd. La tensión eléctrica aplicada al motor impulsa una ciertacantidad de electric¡dad a través de su arrollamiento inductor, realiza unfrabajo eléctrico. Mediante la transformación de la energía, el inducido delmotor obtiene una energía mecánica (cinética o del movimiento). Estapermite ¡ealizar, transmitida a una polea, un trabajo mecánico sobre uncuerpo..Este, una vez elevado, tiene una energía (potenc¡al) mayor que antes.

APPOLD. 18

Fusiblepropiamente

Contacto dicho Alambre ¿" Cuerpo deanterior (hilo fu

Contacto posterior

Tapa roscada

o.

Conectado

Desconectado

A nn¡llo de aiuste

B$€cm{ FusibteZócalo

Figura 6-25. Fusible de hilo.

Figura 6-26. Disyuntor.

Energía mecánicaaprovechada

+frry,4/ iiffi'tr,.."fr"

",".,0,tl motor I itra¡a¡o mecánicoc_omo transformador hl i sobre el cueroode enersra

L-a3;*Figura 6-27. Transformador de energía.

394

lN:1o =lw1s

Figura 6-30. El vatio es la unidad de potenciaeléctrica y mecánica.

Electrotecnia

Trabajo mecánico y trabajo eléctricoSe entiende portrabajo mecánico, W, el producto de la fuerza F porel camino s recorrido mediante la acción de aquélla.

F= fuerza en Ns = camino recorrido en m

l¡Y=trabajo en N-m

El nombre abreviado del producto.newton metro (N.m) es julio(J). Se tiene: 1 N.m = 1 J. Si, por ejemplo, un cuerpo recorre lalongitud de s = 1 m, con movimiento uniforme, bajo la acción de lafuerzaF= 1N,serealizaer,el cuerpountrabajodeW= I N.I m=1J.

Se realiza trabajo eléctrico siempre que una tensión eléctrica, U,impulsa una cantidad de electricidad O a través de un conductor.

Por lo tanto, el trabajo eléctrico es proporcional a la tensión U y ala cantidad de electricidad transportada, Q. La cantidad deelectricidad O se deduce de la intensidad de la corriente, l, y deltiempo ¿ durante el cual circula una corriente de dicha intensidad.

Tenemos:: W = U' A V Q= I . t. De ambas fórmulas se deduce:

U = tensión en V (voltios)¡= intensidad de la corriente en A (amperios)t= tiempo en s (segundos)

W=trabaio en V.A. s = VAs = Ws

El producto de voltio por amperio toma el nombre de vatio (W). La

unidad de trabajo eléctrico es, pues, el vatio durante un segundo,igual al vatio-segundo. La unidad de vatio-segundo coincide con launidad de julio. O sea, 1 VAs= 1 Ws= 1 J.

La unidad de trabajo mecánico llamada julio y la unidad de trabajoeléctrico vatio-segund6 = julio son, pues, unidades físicas para lamisma magnitud (trabajo) (1).

Medición del trabajo eléctricoEl kilovatio-hora es la unidad de trabajo en que facturan las empresassuministradoras de energía eléctrica.

Setiene:1 vatio-hora= 1 Wh= 3600Ws, y 1 kilovatio-hora=1 kwh = 1 0OO Wh = 3,6 . 106 Ws.

El valor del traba jo eléctrico se determina mediante unacontadonr. Para ello se miden la intensidad de la corriente, latensión y el tiempo, éste con ayuda de un disco giratorio. Laconstante de tiempo del contador indica cuántas revoluciones deldisco contador corresponden a 1 kWh.

POTENCIA ELÉCTRICA

La capacidad de los aparatos eléctricos para realizar trabajo se indicapor su potencia. Bombillas. motores, aparatos eléctricos de calefac-ción se aprecian por su potencia.

1) James Watt (1 736-1819), descubridor inglés).James Joule (1818-1889), físico inglés.

La masa se mueveCuerpo

Trabajomecán ico

m=1X;n'úiTml

La carga se mueve

Trabajoeléctrico

FJ=TV¡T;;]EI

Figura 6-28. Transformación de trabajo eléc-trico en trabajo mecánico.

Ejemplo:En un calentador de inmersión, se produce unatransfor.mación de trabajo eléctr¡co en trabaiocalorífico.Datos:U:22O V, I:4,55 A, l:6 min

W:U'I.tw:220 V.4.55 A.360 sW:360 360 Ws:360 360 J

Disco giratoriodel contador

Figura 6-29. El julio es la unidad de trabajo.

Resistencia de carga ¿.0

,=,i-$*gY'

Poten

EUnida

Elect¡

'El s

la potesegun(

Pola mis

EI

energiser, p(caloíf

Su1 mili

PoBo

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RENI

En lapérdicpérdicmient

,;,: L:=.=li

Sientrerendir

tElem¡

La pomientrendi¡r

EImecál

lV lA='lW

395 EElectrotecnia

' El símbolo de la potencia es P, su unidad el vatio (W). Se .t*nt.la potencia de 1 vatio cuando el trabajo de un julio se realiza en unsegundo. W", ^ g1pry1tr W,. Energfa

@, I I n l-tsqffel?:?::"1'?,0,Energía *Hd/ SEnergíaeléctrica Motor eléctrico térmica ysuministrada como transforma- mecánicá perdida

dor de energía

Figura 6-31. Representación del flujo de energía.

. Trabaio _ WPotencia:==_- P:-Tiempo t

Potencia mecánica Potencia eléctrica

Unidad:Pen Nm:J:WUnidad:PenV A:W

SS

Potencia mecánica y potencia eléctrica son magnitudes físicas dela misma clase.

El aparato de consumo conectado a la red de suministro deenergía absorbe potencia eléctrica. La potencia aprovechada puedeser, por ejemplo, una potencia mecánica (en motores) o una potenciacalorífica (en los aparatos eléctricos de calefacción).

Submúltiplos y múltiplos del vatio son:1 milivatio= 1 mW= 0,001 W; 1 kilovatio= 1 kW= 1 OOO W'

Potencias de aparatos y máqu¡nas de uso corriente:Bombillas 1 5 W a 200 W, taladradora de mano 10O W a 600 W'

soldador 1OO W a 450 W. motor eléctrico 50 W a 150 kW, aparatoseléctricos de calefacción 800 W a 18 kW'

RENDIMIENTO

En la transformación de una forma de energía a otra, se producenpérdidas de la energía útil. En el motor eléctrico, por ejemplo, haypérdidas caloríficas y magnéticas, y también pérdidas por razona-miento en los coj¡netes.

Si se calcula en energía por unidad de tiempo, es la relaciónentre potencia aprovechada y potencia suministrada. El símbolo derendimiento es 4 (eta). Es un valor numérico puro. No tiene unidad.

E. Mot 1 BE ó052

Nr E 21',16239

220V

1,34

1420 U/min 50Hz

210W

(D Tipo de motor

O Número del motor

O Debe conectarse a la tensión de 22O Y

@ Toma de corriente, 1,3 A con potencia nominal

O A potencia nominal, el rotor da 1 420 vueltaspor minuto

@ La potencia nominal es de 210 WO La corriente alterna debe tener una frecuencia

de 50 Hz (véase pá9. 392)Figura 6-32. Placa de características de unmotor de corriente alterna.

@,ip=736w

o@o@o@

w," P.,,l: w* o oten 4-- P*

W"r, Pô = trabajoaprovechadosW"u, P", = trabajosuministrados.

o potencra

o potencia

Ejemplo:

La potencia eléctrica suministrada a un motor eléctrico es de 1.5 kW,mientras que la potencia mecánica aprovechada es de 736 W. Calcúlese elrendimiento.

,:*, r:ffi:0,+sEl 49 por ciento de la potenc¡a eléctrica se transforma en potencia

mecánica.

t,i

@P"" = 1,5 kw

_ w u.I.tu-tt ; P:U'ID_W. o_F's

tt

Figura 6-33. Circuito del ejemplo.

Muelle helicoidal

396

Oscilacion es

Figura 6-34. Oscilacio_nes de los átomos metálicosen el conductor calefactor.

Energía caloríficaaprovechada

Pérdida de calor

Figura 6-35. Transformación de energía eléctricaen energía calorífica;

Figura 6-36. Aplicaciones de la galvanosteg¡a.

Electronos

Anodo: Cátodo:Los iones de cobrese depos¡tanLos iones SOI

toman el copara la di-so luc ió n

Pieza

Disolución de sulfato de cobreFigura 6-37. Migración de iones.

En la superficie sinrevestir del aluminiose forma una delgadacapa de óxido de aluminioAlzO¡ (véase páS. 86).

Figura 6-38. Oxidación electrolít¡ca del aluminio(anodizado).

Electrotecnia

EFECTOS CALORíFICOS

Los aparatos eléctr¡cos de calefacción, como el hornillo eléctrico. elsoldador eléctrico, la plancha, el horno y eltermos¡fón eléctricos, sontransformadores de energía. Sus elementos calefactores consistenen aleaciones metálicas de gran resistenc¡a eléctrica.

Si una corr¡ente atrav¡esa una resistencia conductora delcalor, la energía eléctrica se transforma en ensrgía calorí-fica.

Modelo representativo: En una red cristalina metálica, los átomosrealizan oscilaciones térmicas, es decir, oscilan alrededor de suposic¡ón de reposo con una determinada amplitud. Al producirse unacorr¡ente de electrones, sobrevienen choques entre los átomos de lared del metal y los electrones libres, y también atracciones yrepulsiones mutuas.

Con todo ello, los átomos absorben energía y sus oscilacionesaumentan, lo que se hace perceptible en el exterior como elevaciónde la temperatura. En la transformación de la energía, una parte de laenergía calorífica se pierde en el ambiente.

Ejemplo:

En un hornillo de potencia P = 2 000 W, se calienta una masa m = 3 kg deagua en t= 15 minutos (t= 90O s), y aumenta su temperatura en Ad = 80 K.Calor específico del agua, c = 4180 Ws/(kg . K).

Energíacaloríficasuministrada Energlaeléctricasuministradaal agua (véase página 00O): al aparato calefactor:

W:U I t:W=P't

Electrt

El ngalvan¡2med¡an1zada da

EFECT

Los im¿níquel \magnétherrami

LosllamanLas líneSe habllargo de

oenelSon

si nte riziestos ñelemen'orie nta rNorte ygenera

Electrc

Tod;mag

Lallarmen'extie ndordenahierro,

Si I

corrie n

magnétsentidc

Un¿magnétcampoe ntra ndondemagnét

El nbobina.núcleosu perprun refu

Losqueun¡f

o:3 kg 41 80 Ws/ (kg K) 80 Ko:'l 003200 ws0:0.28 kwh

w:2000w.900sw:1 800000 wsIttl:0,5 kWh

La pérdida calorlfica es de 0,22 kWh.

EFECTOS OUíMICOS

Una aplicación industrial es el recubrimiento por baños galvánicos(galvanostegia) (1 ).

Por gatvanización se pueden recubr¡r las superfic¡es con-ducto¡as de electricidád'de capas un¡formes y fijas deoro, plata, níquel, cromo, cobre, etc.

La pieza llega pulida y desengrasada al baño electrolítico. Loselectrolitos son disoluciones acuosas de ácidos, bases o sales. Estosse desdoblan en iones gracias al agua. Ejemplo: el CuSo¿ en ionesCu2+ y SO?-. Ante la influencia de una tensión continua en el elec-trolito, los iones se ponen en movimiento. El polo negativo de lafuente de tensión se conecta al cátodo (que es la pieza a galvanizar),y el polo positivo al ánodo (que es el metal del recubrimiento).

Los iones metálicos pos¡t¡vos em¡gran en el electro¡¡tohacia el cátodo de la fuente de tensión, los iones negat¡-vos del residuo de ácido, hacia el ánodo.

Atomos

¡ Corrienteé_* de electrones

Electroli

Ánodo (metal del recubr¡miento)

1) Galvanos-tegie (lat. tegimen = recubrimiento)-

Electrotecnia

El metal se separa del ánodo y se deposita en la pieza. Paragalvanizar plásticos, la superficie de éstos se hace antes conductoramediante grafito, laca conductora o vapor metálico. La capa galvani-zada da al plástico el aspecto de pieza metálica.

EFECTOS MAGNÉTICOS

Los imanes ejercen efectos de atracción sobre materiales férreos,níquel y cobalto. Entre las aplicaciones se cuentan los embraguesmagnéticos y los platos magnéticos de sujeción en las máquinasherramienta.

Los puntos por donde las lfneas de campo entran o salen sellaman polos magnéticos. Todo imán tiene dos polos magnéticos.Las líneas de campo salen por el polo Norte y entran por el polo Sur.Se habla de salir y entrar cuando el efecto de fuerza magnética a lolargo de las líneas de campo es dirigido desde el polo hacia fuera (N)o en el sentido opuesto (S).

Son imanes permanentos los aceros al cobálto, los materialessinterizados; los materiales de AlNiCo. Los átomos y moléculas deestos materiales representan pequeños. imanes, llamados imaneselementales. Bajo la influencia de un campo magnético €xterior, seorientan formando en total un campo magnético propio con un poloNorte y. un polo Sur. En los electroimanes, el campo magnético segenera por la corriente eléctrica que atraviesa un conductor.

Electromagnetismo

La figura 6-41 muestra un conductor que atraviesa perpendicu-larmente un plano. Hagamos que circule por él una corriente /. Si seextiende polvo de hierro en el plano, las partículas de hierro seordenan en anillos concéntricos. La imagen que forma el polvo dehierro es una representación de las <líneas de campo>.

Si se mira en el sentido de la corriente (sentido técnico de lacorriente) a una sección transversal del conductor, las fuerzasmagnéticas a lo largo de las lfneas de campo están orientadas en elsentido de giro de las agujas del reloj.

Una bobina consta de muchas espiras conductoras. Los camposmagnéticos de los distintos conductores dan como resultado uncampo magnético global. Los puntos por donde las líneas de fuerzaentran o salen se llaman polos magnéticos. El polo magnético pordonde salen las líneas de campo se llama polo Norte; el polomagnético por donde entran las líneas de campo se llama polo Sur.

Un núcleo de hierro refuerza el campo magnético.

El núcleo de hierro es magnetizado por el campo magnético de labobina. Los imanes elementales contenidos en él se orientan. Elnúcleo de hierro t¡ene ahora un propio campo magnético. Este sesuperpone al campo magnético de la bobina con la consecuencia deun refuerzo del mismo reforzado,

Figura 6-39. Sujeción magnética en el rectificadode una pieza.

Figura 6-40. Campo magnét¡co de un imán per-manente,

Dirección del campo

Figura 6-42. Magnetización y atracción.

Desconectado

Pieza bien sujeta

Mater¡al

397

Pieza desplazable,

Material

no magnético

398

Anillos colectores

Escobillas'

Amperfmetro

Figura 6-44. Principio del generador.

Electrotecnia

FUERZAS DE UN IMÁN

Los imanes elementales de una pieza se orientan mediante el campomagnético del imán, la pieza se hace magnética. Frente al polo Nortedel imán, en la pieza so forma un polo Sur. El polo Norte y el polo Surse atraen. Si la pieza se aleja del campo de acción magnética delimán, vuelve a ser más o menos no magnético, Para sujetar p¡ezas enlas máquinas herramienta, se utilizan iúranes permanentes desco-nectables, Mediante el desplazamiento de un sistema magnéticobajo una placa polar, el efecto magnético de dos imanes permanen-tes se foñalece o s6 compensa hasta valer cero. En estas cond¡-ciones, en la posición de <desconectado> hay un material no magné-tico entre los imanes individuales y la pieza.

6.2 Máquinas eléctr¡cas, transformadores

6.2.1 Generadores eléctr¡cos

GENERACIóru OC UNA TENSIóN ALTERNA

Experimento: Una bobina, representada por una espira conductora, se hacegiraren el campo magnético de un imán permanente, alrededorde un eje. Losextremos de la espira están un¡dos a través de dos anillos colectores a unamperímetro.

Observación: La aguja indicadora del medidor oscila alrededor de unaposición media siguiendo el ritmo del movimiento giratorio. De aquí sededuce que la tensión y la corriente van cambiando de magnitud y sent¡do.

Principio de la inducción. La cantidad total de líneas de campomagnéticas que abarca con su contorno la espira conductora se llamaflujo magnético. Al girar la espira conductora en el campo magné-tico, se penetran líneas de campo, y con ello se modifica el númerode líneas de campo (el flujo magnético) abarcadas por la espiraconductora. Por esto, a iguales ángulos de giro. es diferente el nú-mero de lfneas de campo penetradas, y con ello la variación de flujomagnético, según sea la posición de la espira. Si la espira conductoraestá perpendicularal campo magnético, y la espira gira de A a B, sepenetran menos líneas de campo que si el giro es de B a C, posición€n que la dirección del plano de la espira es más similar a la delcampo magnético.

Cualquier variación del flujo magnét¡co en el inter¡or deuna esp¡ra conductora cfea en ésta una tensión deinducción.

Durante una media vuelta de la espira conductora, el flujo magné-tico, y con él la tensión de inducción, varía desde cero. pasando porun valor máximo, hasta volver a cero. En la siguiente media vuelta,varía además el sentido de la tens¡ón. La tensión resultante sedenomina por esta causa tenslón alterna. El trazado de la línea(diagrama) de tensión adopta la forma de una curva sinusoidal (líneade onda). El interualo de una línea sinusoidal entre valores repetidosse llama pgrfodo. El número de períodos que cursa una tensiónalterna en un segundo se llama frecuencia (ver pá9. 392).

GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA

Los generadores constan de una parte giratoria. o rotor, y de otra fijao estátor. Los bobinados del rotor se alimentan, por ejemplo a través

n

MLíneas de camPo Penetradas

Figura 6-45. Variación del flujo magnético.

II

,WIII

'(frIV

I//',M

6ev'Y

I

ñ',:!:;"*---flft

Figura 6-46. Tensión altema.

Tensión nula

'iempo t

Electrc

de unoscrear unmotriz ctensióntensióncampo f

bobinadEl ge

tres boben el es'desfasarsistematensión

LosaPa ratotcuatro cN, puesexiste ucentral

6.2.2

PRINC

Unen€{

Si, tpor unahay doscampo I

la corriecampo.conduclde segr

Si screan d

giratoriiPer<

(punto r

de la ccsentidoto del cenels

MOTC

ConstainducidSiemprun pardiscurlatraves

Lalaislado

E lectrotecnia

de L¡nos anillos colectores, de corriente continua que les permitecrear un campo magnético. Si el rotor viene movido por una máquinamotriz como una turbina, el campo magnético girator¡o induce unatensión en los bobinados fijos del estátor. El valor medio de latensión depende del número de revoluciones, de la intensidad delcampo magnético creado por el rotor y del número de espiras delbobinado del estátor.

El generador trifásico tiene un bobinado fijo que se compone detres bobinados parciales o ramales. Estos están distribuidos a 12Qoen el estátor, de modo que se crean lres tensiones alternas iguales ydesfasadas en el tiempo que corresponde a un tercio de período. Elsistema de las tensiones o corrientes alternas así creadas se llamatensión alterna trifásica o corriente trifásica.

Los generadores de las centrales eléctricas se conectan a losaparatos de consumo a través de transformadores y de una red decuatro conductores, tres exteriores, L1 ,L2y L3, y otro central (neutro)N, puestó a tierra. Entre cada dos de los conductores exterioresexiste una tensión de 380 V, entre cada uno de los exteriores y elcentral se tiene una tensión alterna de 22O V.

6.2.2 Motores eléctricos

PRINCIPIO DE LOS MOTORES

399

Bobi nadodel estátorBobinadodel rotor

Anilloscolectores

f Puesta a tierra

Figura 6-47. Generador de corr¡ente tr¡fásica.

d,f

Figura 6-48. Tensión alterna trifás¡ca.

r---->-I \Movimiento

Corriente

Campo magnético (del imán)

Campo del imán y Campo totalcampo del conductor

Figura 6-49. Conductor atravesado por corrieriteen un campo magnético.

Escobillade carbón

G Reforzamientodel campo

Colector

Un motor eléctricoenergía magnét¡ca, y

transforma energía eléctrica enluego ésta en energía:-mecánica.

Si, como ocurre en la figura, un columpio conductor atravesadopor una corr¡ente se encuentra sumergido en un campo magnético,hay dos campos magnéticos que actúan el uno sobre el otro, elcampo del imán permanente y el campo del conductor generado porla corriente eléctrica. Con ello, en un lado del conductorse refuerza elcampo, mientras que en el lado opuesto se debilita. El columpioconductor es expulsado del campo, pues las líneas de fuerza tratande seguir el camino más corto hasta el otro polo del imán.

Si se sustituye el conductor recto por una espira girator¡a, secrean dos fuerzas con el efecto de momento de giro. La espiragiratoria para en la posición perpendicular a las líneas de fuerza.

Pero si se le hace girar con un cierto impulso más allá de ese(punto muerton, mientras que al mismo tiempo se invierte el sentidode la corriente mediante un colector se repite el proceso siendo elsentido de la corriente eléctrica igual que en el caso anter¡or respec-to del campo magnético exterior del imán. La bobina sigue girandoen el sentido de las agujas del relol.

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA EN DERIVACIóN

Consta de una parte fija, el inductor (estátor) y una parte giratoria, elinducido (rotor). El imán permanente se sustituye por un electroimán.Siempre hay dos bobinas inductoras conectadas en ser¡e, que formanun par polar, con su polo Norte y su polo Sur. Las líneas de campodiscurren desde el polo Norte. a través del inducido y del polo Sur,atravesando el estátor hasta llegar al polo Norte de nuevo.

La bobina giratoria sencilla se sustituye por varios devanadosaislados entre sí. Están unidos a las delgas del colector. La alimen-

Primera Segunda Tercera

Figura 6-5O. Bobina giratoria en un campo magnét¡co.

400

rrcurto (rotor)

tor (estátor)

nado delinductor

Figurá 6-52. Motor de corriente tiifásica deinducido en cortocircu¡to (modelo).

L1 N

l roo,nuoo de trabaio

Condensador

Bobinado auxiliar

Electrotecnia

tación de corriente a estos bobinados tiene lugar medianteescobillas. Los motores de corriente continua son apropiados para elaccionamiento de máquinas operadoras, p. ej., de máquinasherramienta, pues al aumentar la carga su número de revolucionescamb¡a poco.

MOTORES DE CORRIENTE TRIFÁSICA

Un motor de corriente trifásica con el bobinado en cortocircuitoconsta de un estátor con su carcasa, donde va equipado el bobinadoinductor, y de un inducido formado por una jaula de alum¡nio encortocircuito a modo de devanado.

Como las tres corrientes de la corriente trifásica están desplaza-das entre sí en 1/3 de período, los campos magnéticos creados porellas en el arrollamiento inductor alcanzan uno tras otro su valormáximo, de modo que se forma un campo magnético girator¡o ocampo trifásico. En el inducido, el campo giratorio genera unatensión inducida, la cual hace circular en el devanado en cortocircui-to una corriente grande, que a su vez crea un campo magnéticogiratorio de inducido. Ambos campos magnéticos actúan con efectomutuo y crean un momento de giro.

Como el giro del rotor no es sincrónico (simuitáneo) con el delcampo trifásico del estátor, sino que se retrasa algo, a estos motoresse les llama asincrónicos.

Los motores asincrónicos se emplean para el accionamiento demáquinas herramienta, pues su número de revoluciones se modificapoco al aumentar la carga.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA MONOFÁSICA

Los motores asincrónicos monofásicos tienen un bobinado inductorque puede crear un campo giiatorio si se le conecta a una corr¡entealterna monofásica (casi siempre, 22O Vl. Suele ser necesario uncondensador para su funcionamiento o arranque. Sobre todo, elmomento de arranque es menor que el de los motores trifásicos de lamisma potencia y número de revoluciones.

Los motores universales tienen la misma construcción que los decorriente continua, o sea que tienen un colector. Por lotanto, en prin-cipio pueden funcionar también con tensión continua.

La corriente llega a través de escobillas al bobinado delinducido,que está conectado en serie con el inductor. Por lo tanto, cuando seenchufa a una tensión alterna, el sentido de la corriente cambia almismo tiempo en el bobinado del inductor y en el inducido, de modoque el sentido de giro del motbr no se altera.

Los motores universales se emplean con preferencia enherramientas eléctricas manuales (taladradoras, réctificadoras ma-nuales, aspiradoras, secadores de pelo).

6.2.3 Transformadores

PRINCIPIO DEL TRANSFORMADOR

Con los transformadores se pueden aumentar o disminuirtensiones ycorrientes alternas o trifásicas.

Un núcleo de hierro compuesto por chapas apiladas lleva dosbobinados, el primario y el secundario, de números de espiras res-pectivos Nt y Nz.

Elect

Experprimar

= 22Quná tr

l]rl220V= 9,1

l*t_

Estátordobina

Escobillasde carbónColector

Sentido de laslíneas de camr

Piéza polar

Figura 6-51. Motor de(motor en derivación).

Circuito del inducidoito inductor

corriente continúa

PE-. -.Fusibles

lnterruptor1[ltr

@I nducido

Figura 6-53. Motor

','-1 s¡una cvariabaParel

EInúme

D,

de Nztes ygrancuna f

6.3

6.3.

EFEI

:,P1.tr'rra

.li a.l

- e! lnducirlo en

clr'ldario,dedu,

t;I

@*z2

asincrónico monofásico.

Campo magnético

Figura 6-54. Campo giraterio con dos camposalternos desfasados 90"

EI

totalped40nO.O¡[

t;br

Hnefvi

Corrientesdesfasadas 90o

Eleqtrotecnia

Expor¡mento: Si en un transformador como el de la figura OOO el .bobinadoprimario tiene rVt = 916 espiras y está conectado a una tensión alterna de U¡= 22O Y, y el secundario tiene rV2 = 1 O0 espiras, en el secundario se mediráuná tensión de u2= 24 V.

lntorpretac¡ón: La reláción de transformación de las tensiones es de22OV ':24Y = 9,16, la de los números de espiras es 91 6 vueltas : 100 vueltas= 9,f6.

Las tensiones están en la m¡sma relac¡ón que losnúmeros de espiras.

Ur:N.,U2 N2

Si al bobinado primario se le aplica una tensión alterna U1, circulará poréluna corriente alterna que dará lugar en el nrlcleo a un campo magnéticovariable, o campo magnético alterno. Por tanto, en el bobinado secundarioaparecerá, por inducción, una tensión allerna Ut.

El valor de Uz depende'de la tensión prima ria, U t, V de la relación entre losnúmeros de espiras, ffr:fl2, eue se llama relación de transformación.

Con el transformador cargado, la energía absorbida de la red,It Ut.f t¡ene que ser la misma que se entrega al circuito se-cun-dario, si se desprecian las pérdidas. Será pues lz,Uz' f, de donde sededuce:

Las intensidades están en relación inversa con lastensiones o los números de esp¡ras.

+:t 'o*^ +:ffDe estas leyes se desprende que con un número de espiras gran-

de Á/: se pueden obtener altas tensiones pero con pequeñas corrien-tes y que con un número pequeño de espiras y'y2 se consiguengrandes intens¡dades de corriente a baja tensión, que a su vez exigenuna mayor sección del conductor.

Conexión a tensión continua

Figura 6-55: Motor universal.

Flujo magnético alterno

:rfSímbolo en

diagramas deconexión

Bobinado primario Bobinado secundario

Figura 6-56. Principio del transformador.

Fibrilación ventricular

Figura 6-57, Las corrienes eléctricas son especial-mente peligrosas'cuando atraviesan el corazón.

401

6.3 Seguridad

6.3.1 Riesgos

los aparatos eléctr¡cos

acc¡dente

de

de

EFECTOS DE LA CORRIENTE EN EL CUERPO HUMANO

El cuerpo humano es conductor de la electricidad. Su resistenc¡atotal mínima (con manos húmedas) es de unos 13OO O. El cuerpopuede soportar durante un tiempo breve intensidades de hasta40 mA. Esta corriente circula ya con una tensión de U = I ' R"; U =o.o4 A . 1300 l) - 50 v.

Se admite en el ámbito ¡nternac¡onal que las tensionessuper¡ores a 50 V son pel¡grosas.

Hasta 5 mA, la corriente eléctrica produce pequeños estímulosnerviosos. con corriente alterna de 1O a 25 mA, aparecen contraccio-

ves

402

Tensiónrespectoa ti€rra

Us

Figura 6-58. Tensión de contacto d¡recto.

Descargapor averfa

R sueloaislante

IFigura 6-59, Tensión d€ contacto indirecto.

I nterruptor

Ma ngo

Electrotecnia

nes musculares. una cofr¡ente de 25 a go mA aumenta la presiónsanguínea. trastornos cardfacos. quizá pérdida del conocimiento.Desde 80 mA a 5 A, la corriente alterna puede producir la muerteinmediata por fibrilación ventr¡cular del corazón, por encima de log5 A, quemaduras de la piel y cocimiento de la musculatura.

Ejemplo:

Con una tensión de contacto de 22OV, la corriente que atraviesa el cuerpohumano es de/= U/R"; l= 22OV/13OO fl= 0,17 A= 170 mA. Puede sermortal.

Existen riesgos de contacto directo con un conductor y tambiénde contacto indirecto, como es el contacto con un aparato que sóloen caso de avería tiene tensión, por ejemplo si falta aislamiento oestá defectuoso (derivación).

El riesgo depende del tiempo de actuación, es decir, del tiempoque la corriente atraviesa el cuerpo. Asl pues, con una corriente de50 mA y un tiempo de actuación de 1 s aparece fibrilación ventri-cular, con una intensidad de 5OO mA aparece ya al cabo de unadécima de segundo.

La corriente eléctrica es tanto más peligrosamayor sea el tiempo de actuación sobre el organ¡smo.

Las reparaciones de máquinas y aparatos eléctr¡cos tienen queser realizadas exclusivamente por especialistas. Hay que tener encuenta al respecto: en funcionam¡ento las partes que trabajan contensión deben estar aisladas. Está prohibido trabajar en aparatossometidos a tensión, antes t¡enen que desconectarse por completo.Los puntos de e.mpalme tienen que comprobarse y estar libres detensión.

PRIMEROS AUXILIOS

6.3.2 Medidas de protección

MEDIDAS DE PROTECCIóN SIN CONDUCTORDE PROTECCIóN

En la protección por aislamiento, los aparatos eléctricos se rodeande materiales aislantes duraderos. Son materiales aislantes muyfuertes desde el punto de vista mecánico. Los aparatos debendotarse del slmbolo de aislamiento protector.

En la protección por separación de circuitos, se conecta untransformádor. con bobinados separados y bien aislados el uno del

otro, entre la red y el aparato. Si el aparato tiene derivación. no se

Electrot

cierra cinsímbolo,

MEDIDPROTEI

Los caUempalmresister¡Los hil¡

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t-'-'

I

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Símbolo de la VDE Transformador de separación

Figura 6-6O. Protección por aislamiento y protec-ción por separación de circuitos.

Lvt

dtr

Sólo unaparato

Aislamiento 1_ thcNrzraErgrf

as medidas en accidentes por contacto eléctrico1. Desconectar la corr¡ente o, en caso que no seahacerlo: 2, retirar al accidentado con objetos aislantes de lade peligro. 3. Llamar al médico. 4, Determinar las lesiones (

hay respiración cuando un espejo, sostenido ante boca y nariz,se empaña. Hay paro circulatorio cuando las pupilas no seempequeñecen al darles la luz. Aplicar respiración artificialmasajes al corazón). 5. Ante el efecto de choque (el pulso serápido y débil, sudores), acostar al accidentado y levantarle unpoco las piernas.

¡3 y¡E Pieza intermediaaislante

Electrotecnia

cierra circuito con tierra, Los transformadores de separación llevan elsímbolo olo.

MEDIDAS DE PROTECCIÓN CON CONDUCTOR DEPROTECCIÓN

El conductor de protección (PE) se identifica con los colores verde-amarillo. Se fija al aparato con el tornillo en éste previsto para el casoy se lleva al hilo neutro de la acometida, que está conectado a tierra.A esta medida de protección se le denomina puesta a tierra.

Si una pieza del aparato entra en contacto con un conductor pordonde circule corriente, se produce una corriente de cortocircuito.Esta es suficiente para hacer saltar el fusible sin peligro, La corrientede cortocircu¡to pasa a tierra a través del conductor de protección ydel neutro.

En los dispositivos de corte por intensidad en defecto (Fl) secompara la corriente que llega con la que sale. Si existe, por ejemplo,una diferencia de 30 mA, se dispara el disyuntor e interrumpe elc irc u ito.

Fichas y enchufes se proveen de contactos de seguridad. A ellosse conecta siempre el conductor de protección verde-amarillo. En laficha. el conductor de protección debe ser más largo que los conduc-tores activos, con lo que al romperse el cable el último en interrum-pirse es el conductor de protección.

En caso de defectos en los hilos, las clavijas y aparatosdeben ponerse de inmediato fuera de servicio.

CONEXIóN DE APARATOS ELÉCTRICOS

Los cables eléctricos deben conectarse fijamente mediante bornes,empalmes roscados o grapas. En un empalme flojo se produce unaresistencia, con el peligro de un calentamiento excesivo de la zona.Los hilos no deben llevar aislante en la zona de empalme.

Si se emplean alicates de corte o cuchillas para el cable, debeevitarse morder los conductores. Los hilos mordidos puedenromperse.

Los cables multif ilares, deben dotarse de terminales o mangu¡tos,con lo que ningún hilillo separado puede causar cortocircuito.

Los aparatos y lámparas deben corresponder a la clase de protec-ción prescrita para ol recinto afectado. La identificación se producepor medio de símbolos o letras identificadoras y cifras. Vienenindicados en el aparato, por ejemplo, alumbrado protegido de lalluvia (1), aparato protegido contra el polvo (2), alumbrado protegidocontra la condensación del agua (3), Si los aparatos están compro-bados, llevan en Alemania el símbolo VDE (Verein DeutscherElektrotechnike4 (a). Si las instalaciones tienen una conexión de altatensión, ésta se da a conocer con el sfmbolo (5).

Ejercicios

Circuito eléctricoDescribir la transformación de energía en la galvanización, enel motor eléctrico, en el soldador eléctrico, en la bombilla'Dibujar el circuito de funcionamiento de una bombilla.Explicar la diferencia entre portadores de carga posit¡vos y ne'gativos.

Puesta a t¡erra con la carcasa la corriente(derivación) de defecto

Figura 6-61. Protocción por puesta a tierra.

[.Conductor de

*^

'l _protección

1'lcy"u"

- =6on¿r",or de protección

Enchufe

Resistencia de carga

Carcasa'


Figura 6-62. Puesta a tierra do enchufe y tficha.

1.

2.3.

tr'@'lb'lFigura 6-63. Designaciones por sfmbolos.

4 ¿Por qué los átomos son neutros exter¡orm€nto?5. Explicar lo siguiente: la tensión es el trabs¡o por unidad de

carga,6. Fundamentar lo s¡gu¡ente: a) una tensión eléctrica no puede

existir más que entre dos polos, b) la corriente de electrones

#it¡t-----iiso¡---j El fusible,/

e

404

tiene el sentido del polo negativo al polo positivo del genera-dor de tensión.

7. lndicar los datos usuales de tensión e intensidad de corriente,en aparatos eléctricos.

Leyes fundamentales del circuito eléctrico8. En un aparato de consumo se quieren medir la corr¡ente y la

tens¡ón. ¿Cómo se llaman los aparatos de medida y cómo hay' que conectarlos? Preparar un esquema de conexiones.

9. ¿De qué magnitudes depende la resistencia eléctrica de unco nd ucto r?

1O. Fundamentar el empleo del cobre en conductores eléctricos.1 1. ZCómovaría la resistencia cuando se duplica a) la longitud, b)

la sección de un conductor?12. Asignar las unidades de ohmio, amperio y volt¡o a las magni-

tudes eléctricas correspondientes.1 3. La tensión de un receptor de R = 1 O0 f,! varía de U = 22O V a

U = 24O V. ¿Cómo varía la intensidad?14. Se quiere duplicar la corriente que atraviesa un aparato de

consumo. lndicar las posibilidades de hacerlo.¿Por qué con grandes intensidades de corriente hace falta quetambién la sección del.conductor sea de tamaño suficiente?Asignar las intensidades de 4 A, 10 A, 15 A y 25 A a sec-ciones de conductor (emplear los valores tabulados).Fundamentar él efecto de una sustancia aisladora. ¿En qué sedistinguen los conductores de corriente del conductor deprotección?

18. Se tienen tres aparatos de consumo a) en serie, b) en para-

. lelo, conectados a un generador de tensión. Dibujar los circui-tos.

19. Con referencia al ejercicio 18, indicar las conexiones de losaparatos de medida para medir las tensiones y corrientesparciales y totales.

20. Se conectan tres lámparas en paralelo. ¿Oué ocurre si unalámpara se estropea?

21. Hacer un esquema de conexiones para al¡mentar cuatroaparatos de consumo conectados en paralelo.

22. lndicar las causas de una corriente de sobrecarga.23. ¿A causa de qué puede producirse un conocircuito?24. ¿Cu6les la razón de que unfusible de 16 A nosesustituya por

otro de 20 A?25. Explicar el siguiente dato de una placa de características de' un contador: 50 Hz.

26. . Explicar el comportamiento en el tiempo de la corriente en lossiguientes casos: a) corr¡ente continua, b) corriente alterna,c) corriente trifásica.

Transformación de la energía eléctrica27. Mencionar las transformaciones posibles de distintas fórmas

de la energía.28. Energía y trabajo se abrevian con el símbolo l /. ¿Por qué tiene

sent¡do, a pesar de ello, separar los conceptos de energía ytra bajo?

29. En un cuerpo de 2 OOO N de peso se. realizó un trabajoascensional de 8 000 J. ¿A qué altura sobre la que ocupaba sele elevó?

3O. Explicar con un ejemplo en cada caso los conceptos detrabajo mecánico y de trabajo eléitrico.

31. Expresar 75O Wh a) en kWh,. b) en Ws.32. iPor qué no es correcto hablar de (consumo de corriente?33. Un aparato calefactor in:dica en su placa:220 V,8OO W.

a) Calcular su inten.sida¿l nominal.b) rCuántos kWh de trabajo eléctrico transforma dicho

aparato en 4 horas?34. Convertir 1.3 kW en W y 3OO W en kW.

Electrotecnia

35. El rendimiento de una máquina tiene s¡empre un valor mehorque 1. Razonar esta afirmación.

36. Mencionar valores usuales de potencia de bombillas ycalentadores.

37. Explicar la indicación: rendimiento 80%.38. Explicar con un modelo el efecto calefactor de la corr¡ente.39. Se quiere que un calentador de inmersión de 2 0O0 W

caliente 2 kg de agua de 20'C a 80'C sin pérdidas. ZCuántotiempo tardará?

4O. Mencionar y razonar la asignación correcta de cátodo, ánodo,metal de recubrimiento y pieza, en galvanostegia.

41. Explicar la misión del electrolito. ¿Por qué hace falta corrientecontinua para la galvanostegia?

42. Dibujar el campo magnético de un imán en forma de barra.43. Dibujar la sección transversal de una bobina y el campo

magnético de ésta. lndicar los polos Norte y Sur.44. El acero puede imanarse mediante un imán permanen-

te. ¿Cómo se explica esto?45. Se tienen dos imanes. ¿En qué cond¡ciones desarro-

llan una acción mutua a) atractiva, b) repulsiva?

Generadores

46. Completar la frase siguiente: Se genera una tensión de induc-ción, cuando...

47. Representar el recorrido de la corriente en una espiraconductora sumergida en un campo magnético cuando hadado media vuelta/una vuelta completa.

48. Definir el concepto de <período>.49. ¿De qué magnitudes depende la tensión de un generador?50. lndicar la constitución de un generador trifásico.51. ¿Oué tensión existe entre el conductor de puesta a tierra

(neutro) y los conductores exteriores de una red alterna trifá-sica?

Motores eléctricos, transformador52. Comparar la constitución de un motor tr¡fás¡co con la de un

motor de corriente alterna monofásica.53. ¿Oué motor alimentado de una red de corriente alterna

monofásica es el adecuado para accionar un torno?54. ¿Por qué la mayoría de las herramientas eléctricas manuales

tienen motor universal?55, ¿Por qué no se puede elevar ni reducir una tensión cont¡nua

con un transformador?56. Describir la transformación de una tensión de 22O V a 60 V.57. Comparar el principio del generador con el principio del

tra nsf ormador.

Riesgos de acc¡dente

58. Explicar, a la vista de las figuras,a) la existencia de una derivaciónb) el efecto de tensión sobre el cuerpo humano.

59. ¿Por qué no deben usarse aparatos eléctricos cbn el cuerpomojado?

60. ¿Por qué las reparaciones de máquinas y aparatos no debenrealizarse más que por electricistas?

61. ¿Cuáles son los primeros auxil¡os en accidentes por electri-cidad?

62. Distinguir entre protección por aislamiento y protección porseparación de circuitos.

63. lndicar la misión y el distintivo en color del conductor de pro-tecc ión.

64. Seguir el recorrido de la corriente de una derivación con el hiloneutro puesto a tierra.

65. Explicar el efecto.protector de la ficha y el enchufe de seguri-dad.

I ndi

15.

16.

17.

Aboca¡rAbocin¿AbombAbrasiuAcanala

- cilinAcciona

- pofAceite ¡

- hi{tÍAcero d

r 76.

- n{t¡

-, pfo

Aceros r

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lndice alfabético

Abocardado, unión por, 261.Abocinado, ensayo de (tubos), 97.Abombado, 1 33.Abrasivos, 223.Acanalado, 261.

- cilindros, 139.Accionamiento hidráulico, 22O.

- por rueda de fricción, 380.Aceite a presión, desmonraje, 347.

- hidráulico, 32O.Acero de herram¡entas de baja aleación,

1 76.

- no aleado para herramientas, 176.

-, procedimiento al oxfgeno, 50.

-, - eléctrico, obtención, 5O.Aceros aleados, 48, 68.

- básicos.48,67.68.

-, bonificado de los, 288.

- bonificados, 74.

-, cementación, 74.

-, clasificación de los, 68.

- de alta aleación, 48.

- - baja aleación, 48.

- - calidad.48.67, 68.

- - construcción, 71.

- - nitruración,74.

- - perfiles, 76.

- en bar¡a,77,

- finos, 4A,67.

- - de construcción,48, 73.

-. formas comerciales de los, 76,

- inoxidables, 74.

- no aleados,48, 68.

- para herramientas, 75.

- - tornos automáticos, 74.

- - trabajos en caliente, 75.r

- - - l¡1o,75.

- rápidos, 74.

-, recocido de los, 288.Acetileno,272.

-, bot€llas de, 273,Ácido carbónico, 83.

- clorhldrico, 82.

- sulfilrico, 83.Acoplamiento de articulación con rótula,

364.

Acoplamientos, 362 y ss.

-, clases de, 363.

- con banda de acero, 365.

- - casqu¡llos de goma, 365.

- - tiras de goma, 365.

- de garras,364.

- - manguito, 363.

- - platillos, 364.

- dentados,364.

- elásticos,364.

-, embragues, 365.

-, - especiales, 366.

- embridados, 364.

-, funcionamiento de, 362.

- móviles, 364.

- rfgidos, 363.Adherencia, 42,263.

-, rozami€nto de, 114,Adhesivos, 263.

- como seguro para tornillos, 249.Afino, 49.

- al horno,5O.Aglomerante, flexi6n, 223.Agujero sistema úhico, 344.Aire a presión, generación de, 333.

- comprimido, preparación del, 333.A¡slam¡ento protector, 4O2.A¡uste,341.

- a presión, 344.

-, elección del, 345.

- holgado, 343.

- indeterminado, 343.

-, sistemas de, 344.

-, t¡pos de, 343.A¡vstes, calibres para, 18.Alargamiento de rotura, 98.Aleación, 43.

-, cristales mezcla, 44,

-, curva de solidificación, 44.

-, dureza y resistencia, 44.

-, elementos de, 48.

-, estructura de una, 43.

-, mezcla de cristales, 44.

-, planos de desplazamiento, 44.Almacenamiento en caliente, 289.

Alta frecuencia, soldadura por, 281.Aluminio, 55.

-, aleaciones de, 55, 56.temple, 288.

Amoniguación, cilindro con, 318.Amperímetro, 389.Amperio, 3, 389.Análisis,36.Analógica, indicación, 1 7.Ángulo de ataque, 150, 167.

- de filo, 167.

- despullo, 167.

- - inclinación en las herram¡entas detornear, 1 68.

- - posición, 168.Ángulos, instrumentos de medición, 19.Anillo cortante y cónico, 326.

- excéntrico, ejecución en bombas depaletas, 31 3.

- ovalado, ejecución en bomba de paletas,31 3.

Anillos de fieltro, 362.

- - seguridad, 255.

- elásticos.255.

- engrasadores, 357..

- Seege¡ 255.Anodizado, 86.Ánodo, 396.Antifricción metales, 63.Aplanar, 133.Aproximación, movimiento de. 164.Arandelas, 246.

- de metal ondulado,225.

- - seguridad, 255.Arbol con chavetas, 257.Árboles, 353.

- cigüeñales, 353.

- de engranaje, 353.

- - mecan¡smosdeaccionamiento,3S3.

-, formas de, 353.Arco voltaico, 275.Aros de émbolo (segmentos), 362.Arranque de la viruta, fuerza de, 1 76.Aserrado, 1 52.

Alta aleación, acero de herramientas de, .¡76. -, formación de viruta en, i 52.

406

Aserrado, prevención de accidentes, 1 54.Asiento cónico, 254.Átomo, 34, 36.

-, estructura del, 34.

-, tendencia enlace, 37.Atornillar, herramientas para, 24O.Austenita, 285.Autobloqueo roscas, 241.Automat¡zación de la fabricación. 293.Avance, 1 60, 1 69, 176, 192, 2O5, 212.

- en el cepillado, 214.fresado, 1 92.mortajado, 212.taladrado, 205.

-, fuerza de, 176.Avellanador, 207.

- hueco, 204.

Bandas, designaciones para, 75,Baño de soldadura, 276.Barra, aceros en, 77.Bastidor, 169.Bloques de soldadura, 269.Bomba impelente, funcionamiento, 31 2.

- de caudal constante,314.Bombas de émbolo axiales, 314.

- - engranajes,3l3.

- - paletas, 313.

- hidráulicas, 313.

-, principio del desplazamiento en las,

31 1.

- regulables o de caudal variable, 314.

-, sfmbolos para,314.Bonificado del acero, 288.Bonificados, aceros, 74.Brinell, ensayo de dureza, 99.Broca de un solo lilo, 2O4.

- helicoidal, 202.

- para taladrado hueco, 2O4.

-, rotura de la, 2O6.Brocha,219.Brochado,219 y ss.

-, formación de viruta en,219.

-, procedimiento de, 219.Brochadoras, 220.

-, accionamiento hidráulico en las, 220.Bruñido de carrera cofta,231 .

larga, 231.Brutos, formación de, 126 y ss.

Bulones, 255.

Cabeza avellanada, remache de, 259.

- de hongo, remaches de, 26O.Cabezal del husillo, 169.Cadena, rueda de,377.

-, transmisión por, 376.Cadenas motrices, 376.Cafda libre, 1 10.Caja inferior (moldes), 127.Calado, 239.

Calado, unión a presión mediante, 346.Calibre de compás para roscas, 244.

- - recepción,19.

- - tolerancias para exteriores, 9, 18.

Calibres, 3, 18, 184.

- de ángulos, 19.

- - cotas,18.

- - formas, 18.

- - recepción,19.

- - redondeamientos. 18.

- - revisión, 19.

- - verificación, 19.

- macho, 4,5,18,243.

- parc ajustes, 1 8.

- - roscas, 244.

-, tolerancias, 19.

Calidad, grupos de, 72.

Calor, 121 .

-, dilatación por el, 30, 123.Cámara caliente, método, 129.

- lría, método de la, 129.Cambio de velocidades, esquema de.

37 5.principal, 169.

Campana de centrar, 23.Campo magnético, 397.Campos de tolerancia, posición de los, 342.Candela, 2.Cantidad de calor, 1 23.Carbonitruración, 290.Carburación, 29O.Carburo de hierro, 285.

cr¡stales de, 285.Cargas elementales, 387.Carrera de retroceso, 21 6.

- - trabajo,216.

-, longitud de la, 215.

-, posición de la, 215.Carreras rápidas y avance, esquema mando,

330.Carro (cepilladoras), 21 3.

- de bancada, 1 70.

- superior, 170.

- transversal, 1 70,Carros de la herramienta, 170.Casquillos de cojinete, 357.

- - tensión, 252.Cátodo, 396.$auda1,126,319.

-, regulación del, 317.Cementación, 290.

-, aceros de, 74.Cementita, 284.

-, cristales de, 284.Cepillado,2l3 y ss.

-, avance en el, 212.

-, ejemplo de tabaio, 2"|7.

-, profundidad de corte, 21.

-, velocidad de cofte, 212.Cepilladora, 213.

índice alfabético

Cepilladora, accionamiento del avance, 214Cerámica de corte. 65. 1 76.Cermets, 66.C¡erre, tipo de (uniones), 239.Cigúeñales, 353.Cilindrado, 182.

- longitudinal, 182.

- t¡ansversal, 1 82.Cilindro, 317.

- con amoftiguación, 318.

- de doble efecto, 318.

- - simple €fecto, 317.

- diferencial, 318.

- telescópico,318.Cilindros neumáticos, 334.Cinc, 6O.

-, aleaciones de, 61 .

Cincelado, herramientas de, 151.

-, trabajos de, 151.Cinceles, 151.Cinta perforada, 298.Circuito de circulación, 330.

- eléctrico, protección con hilo fusible,393.

Circulación al vacío, procedimiento de, 52Cizalla, 145.

- circular, 148.

- manual para chapa, 147.Cizallado, 145.

-, trabajo de, 148.Cizallas, 147.

- curvadas, 148.

- de palanca, 147.Clases de acero,67.

designación,67.subdivisión, 67.

Cloruro de polivinilo, 90.Cobre, 58.

-, aleaciones de, 59.Cohesión, 42,263.Cojinete de cuñas múltiples, 355.

-, desmontaje con aceite a presión, 361.

-, soporte recto, 355.

-, - - partido,355.Cojinetes, clases de, 355.

- de fricción, 354 y ss.

montaie y mantenimiento, 358.r€a¡ustables, 355.

- - ojo, 355.

-," disposición, 355.

-,' materiales, 356.Cola, 263.Colabilidad, 32.Colada al vacío,52.

-, procedimientos de, 52.Combinaciones, uniones, estructuras de las,

36.

-, -, por formas, 239,fuerzas,239.materiales. 239,

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CdiCdCdriltCd-h-- tIOil-cf_t_T-"q-ht

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índice alfabético

Combinaciones, uniones, químicas, 36.ComParador, 12.

- de precísión, 13, '14, 15.Comparativa, medición, 6.

Compás, 8'

- de pÚntas, 23.Compresión, fuerzas de, .|31.

conformación por, I 3l .

Compresor de paletas, 333.

- helicoidal, 333.Crompesores de émbolo, 333.

-- - émbolos rotativos, 333.

-, tipos de, 333.Conductividad térmica, 38.Conductor de protección, 403.

- eléctrico, 389.Conéxión en paralelo, 392.

- - serie, 391.

Conexionas, esquema de {hidráulicas), 323,

328,329.Conformación en estamPa, 133.

- porcompresión,131

- - estirado de deslizamiento, 135.

- - extrusión,134'

- - fuerzas contracción y compresión,

131.

- - Plagado,137'

- sin estamPa, 131.

-, unión, 259.Conformadoras, 141 .

Conservación de la energía, 117.

Consistencia, textura (abrasivosl' 223.Construcción, aceros dc, 71.

Contactos de seguridad, 403.Contracción de solidificación, 129.

-. lineal, 129.

-, unión a presión mediante, 346.Control a voluntad, 335'

- cNc,304,306.

- dependiente del recorrido, 335.tiempo, 335.

- DNC,308.

-, equipo de accionamiento,3lS.

- hidráulico, 3O9.

- -, accesorios, 323.

- horario, 293.

- NC,299.

- numérico,299,306.

- para el segu¡miento de trayectorias, 304.

-, por gula, 294,295.eléctrico,295.electrohidráulico, 295.hidráulico, 294, 295.mecánico, 295.

- - programa eléctrico, 296.

- programadofresado, 195.

- punto a punto, 3O3.

- secuencial, 294.

-, técnicas, 293.

-, t¡pos de,294.

Control, unidad de, 306.Convertidor de soldadura. 277.Coquilla, 128.Cordón de soldadura, 274,Correa dentada, transmisión por, 379.

- piana, transmisión por, 378.Correas pldnas, materiales de la, 378.

- trapeciales, transmis¡ón, 379.

- -, poleas para, 379.Corredera de herramientas, 214.

- oscilante,216.Corr¡ente, 126.

- alterna, 278, 392.

-, clases de, 392.

- continua, 277,392.

- de cortocircuito, 393.

- - sobrecarga, 393.

- eléctrica, 388.

- laminar, 126,325.

-, medidor de, 389.

- trifásica, 392.

- -, generadores de, 399.

- -, motores de, 40O.

- turbulenta, 1 26.Corrosión, 81.

-, clases de, 84, 85.

-, protección catódica, 86.

-, - contra la, 85.Corte con cuña,143, 144.

-, herramientas de, 144.

- - -, Proceso de, 144.

- de forma, 148.

-, materiales de, 176.

- mordiendo, 145.

-, movimiento de, 162.

- por arranque de viruta, 143.

- - cuchilla, herramienta, 148.

- - electroerosión, 234.

-, trabajos de, 234.Cristales mezcla, 44.Cuadro de maniobra, de entrada manual,

306, 307.Cuchilla, corte por, 145.

- de cizalla, ángulo de inclinación de, 147.Cuchillas de torno, valores de los ángulos de

las, 167.Cuerpos sólidos, 30.Cuña, ángulo de, 1 50, 1 67.

- de corte, 143, 150.Cuñas de sujeción, 217.Curva de solidificación de una aleación, 44.Curvado con cilindros, 139.

Chapa, designaciones para, 75.

-, fabricación de, 131.

-, plegado de, 137.Chaveta cóncava, 253.

- de gula,256.

- - talón, 253.

- embutida. 253.

407

Chaveta plana, 253.

- transversal, 253.Chavetas, 253.

- de empuje, 253.

- - media luna, 256.

- tangenciales, unión por,253.

-, t¡pos de, 253.Chaveteros, 257.

- de árbol, 257.

- - cubos,257.Chispa, ensayo de la, 96.

Dedos de sujeción, 21 7.Deformación elástica, 42.

- plástica,42.Densidad, 31.Dentado, 369.

-,- fresado del, 369.

-, - por generación, 369.

-, mortaiado por generación, 369.

-, rectificado por generación, 369.Desbaste, I 82.Descomposición de fuerzas, 1 1 3.Desequilibrio, 383.

- dinámico, 384.

- estático,384.Desgaste, 241.Designbciones del acero, designación de

las, 68, 69.

.Desoxidación, tipo de, 72.Destalonado, 1 74.Destornillador, 240.Diagrama de flujo de potencia, 376.Diálogo, 3O4.Diamantes industriales, f 76.Dientes, formas de los, 367.Diferencia de presión, 317.

procedimiento de (medición),16.

- - velocidades, procedimiento de me-dición, 16.

- (entre medidas), 341.

- (- -), inferior,341.

- (- -1, superior, 341.Diferencial, cilindro, 318, 338.Digital, indicaciín, 17.Dilatación por calor, 3O.

-, unión a presión mediante, 346.Direccionales, válvulas, 31 LDisco distrlbuidor, válvula de, 334.Discos abrasivos, 223.Dispositivos de corte, 168.

p6r intensidad en defecto, 4O3.Distribuc¡ón de barras cruzadas de coorde.

nadas, 298.Disyuntor, 393.División de compensación, 197.

- diferencial, 197.

- directa, 196.

- indirecta, 196.

r408

División, procedimientos de, 196.Doblado en redondo, 139.Doble efecto, cilindro de,318.Dureza, 33, 42.

Efecto de soplado (soldadura), 277.Eje de transmisión, 169.

- rlnico, sistema, 344.Ejes,353.

-, formas de los, 353.

- perfilados, 256.Elasticidad, 33,Elastoplásticos, 87.Electric¡dad, efectos calorfficos de la, 396.

-, - magnéticos de la, 397.

-, - químicos de la, 396.

-, primeros auxilios a accidentados, 402.Electrodos de varilla, 27 6.

- revestidos, 276.Electroeros¡ón, instalación de, 235.Electroimán, 397.Electrólito, 84, 396.Electrones, 34, 387, 388.Electroqufmica, erosión, 237.Electrotecnia, 387 y ss.

Elemento galvánico, 84.Elementos, 34.

- calefactores, soldadura por, 281.

-, s¡stema periódico, 35.

-, subdivisión, 35.

-, valencia, 39.Embrague centrífugo, 366.

- de conos,-366,

- - sobrepaso, 366.Embragues de láminas, 366.

- monodisco, 366.Embutición profunda, 90, 136.Embutir, herramienta de, 136. .iEmpuje hacia arrlba, 125.Enderezado, 1 39.

- con cilindro, 140.

- en estampa, 140.

- por calentamiento, 140.

- - estirado, l40.

- - flexión, 140.Energía, 1 1 6.Enfriamiento brusco, 286.Engatillado, 262.Engranale, árboles de, 353.

- de cambio de ruedas, 374.

- - corazón de inversión, 373.

- sin fin, 372.Engranajes de rueda dentada y cremallera,

371.

-, escalonamiento de los, 374.

- variables escalonadamenle, 37 4.

- variadores de velocidad, 373.

- de cambio, 373.

- corazón inversor, 373.

- ruedas corredizas, 373.

Engranajes variadores de velocidad de varia-ción escalonada,374.

- Ptv, 381.Enlace atómico, 38.

- de pares de electrones, 38.

- iónico,37.

- metálico, 38.Ensancham¡ento, prueba, 96.Ensayo de embutición profunda, 96.

- - la chispa de esmeriladb, 1OO.

- - materiales, 96.Ensayos de dureza, 97.

Brinell, 99.Rockwell, 1OO.

Vickers, 100.Entrada rñanual cuadro de maniobra de,

306, 307.

-, unidades de, 3O6.Envejecimiento, 289.

- en frío, 289.Equilibrado, 225, 383.Equilibradora, 384.Erosión electroquímica, 237.

- lérmica,234.

- - por chispas eléctricas, 235.gas, 234.

Escala graduada, 5.

-, valor mfnimo de la, 5, 12.Escariado, 158, 2O2 y ss., 2O7.

-, proceso de, 158.Escariadores, 1 59.Escuadra de centrar, 23.

- - filo, 19.

- - talón, 19.

- plana, 19.Esfuerzo cortante, 1 20.

:;-- Esmer¡lado, imágenes de, 102-1O3.Espárrago,245.Espigas,354.Esquema de circuito, 387.

- - conexiones, 387,39O.Estampa, 133.Estaño, 61.

-, aleaciones de, 62.

--cinc, acciones protectoras, 86.Estirado, 133, 135.

- (plásticos), 9O.

- por laminación, 135.Estrangulación válvula antirretorno con,

321.Estrfas de retención, 362.Estructura reticula¿ 41.Euronorm, 67.Exactitud de formas, 183.Expansión, remaches de, 261.Exteriores, tornillo m¡crométrico para, 1 1.

Fabricación, automatización de la, 293.

-, procedimientos de, 107.(uniones),239.

índice alfabético

Ferrita, cristales de, 284.Fibra de vidrio, plásticos reforzados eon, 93.

- neutra, 1 36.Filo indeterminado geométr¡ca menle, 222.Filtrado en la med¡ción de la rugosidad,

348.Filtro, 324.

- de ondas, 350.Flanco de diente, 368.Flécha de corriente, 389.

- - tensión,389.Flexión, 96..

-, ensayo de, 96,Flujo magnético, 398.

-, velocidad de, 126.Forja, 131.

-, soldadura a la, 271.

-, temperatura de, 132.Forjar, 1O4.

-, herramientas de, 132.Formas, calibres de, 18.Fosfatado, 86.Fragilidad, 33.Fresa, l9l.-, afilado, 199.

- de dientes aguzados, 191.fresados, 1 91.

- - planeo perimetral, 191.

- y frontal, 191.

- destalonada, "1 91.

-, formas, 191.

-, fuerzas que aciúan sobre la, 195.

-, sujeción de la, 195.Fresado, 191 y ss.

-, avance, 192.

- de vaivén, 194.

-, ejemplo de trabalo de, 200.

- en sentido contrario al avance, 191.del avance, 191.

- -, dispositivo, 194.

- helicoidal, 199.

-, profundidad de corte, 193.

-, valores de mecanizado, 192.

-, velocidad de corte, 192.Fresadora, 1 93.

- de consola, 193.

- - filetes largos, 242.Fretz-Moon, método, 138.Fuentes de información. 30O.Fuerza centrífuga, acción de la, 383.

- de corte (cizallado), 145.

-, multiplicación, 31 1.

- normal, 241 .

-, unidad, 1 12.Fuerzas, 1 1 2.

- actuantes en las herramientas detorneado, 1 76.

- de unión,24O.

-, ley de acción y reacción, 112.

-, representación gráfica, 1 13.

lndict

FunderFundio

_T-. bk

- cel

- c(,l

- coa

-de=-

7A-_:- del

- dt¡r

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28¿

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GcmGcnnrGrúGr-iflGr¿rdGrrildGrfurGlifr

ll¡rñ-1ts

llür-

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rtiffit-* oltttlürfll

-* ai-" fit-", sfNrfrffiillilliiürlllllfiÍlü

índice alfabético

Funderite, 266.Fundición, 52, 126 y.ss.

- a presión,128.procedimiento de, 128.

-, blogues, 52.

- centrífuga, 128.

- compound, 129.

- continua,52.

- de hierro, 53.con grafito esferoidal, 53, 77,

78.

- J - - - laminar,53,77,78,

- defectos en la, 130.

- dura,53.

- estática, 1 28.

- maleable,.53, 77.

-, procedimientos de, 126.Fusión a gas, soldadura Bor, 27.];..272,.

282.

Galgas, 9.

- angulares.2O.

- paralelas, 9.Galvanización, 396.Garras de sujeción, 217.Gases, 30.

- nobles, 35,Gato hidráulico.312.Generadores da corriente alt€rna, 398,

tr¡fás¡ca, 399.Geometrfa del corte, 166.Germar, diagrama de, 376.Grado de dureza {abrasivol, 223.Gramil,23.Granetsado, 24, 261.Granulación, 223.Guías de bancada, f 70.Guitarra de ruedas, 373,

Herramienta, s¡stema de referencia de la,1 67.

Herramisntas, acero de, 75, 176.

- de corte, 148.completo, f 49.con columnas de gufas, 149.

- gufa, 1 49.

- - placa, 148.progresivo, 149.sin gufa, 149.

- - tornear, 173.fuerzas sobre las, I 76.

Hidráulica, 332.

-, comparación con la neumática,331.Hidráulico, control, 3O9.

-, eiemplos de conexiones, 328.

-, funcionamiento. 333.

-, .gato, 312.Hidrodinámica, 31O.Hidrostática,3O9.Hierro bruto, 46.

Hierro bruto, obtenc¡ón del, 46.

-, minerales de, 44.Horno de arco, 51.

- - baño de fusión, 286.

- - inducción,51.

-, soldadura al, 269.Husillo de rrabajo, 169.

lmán, 397.

- permanente, 397.lmpermeabilización de las uniones

roscadas. 249.lndicación, 5.

- analógica, 1 7.

- digital, 17.lnducción, principio de la, 398.

-, soldadura por, 269.lnercia, 31.lnfluencias electroquímicas sobre

metales, 84.

- qufmicas sobre los metales, 8f .

lnmersión, soldadura por, 269.lnoxidables, aceros, 75.lnseguridad de medición, 6.lnstalac¡ón de las máquinas herramienta,

172.lnstrumentos de medición, 3.

de ángulos, 19.lntensidad en defecto,,dispositivo de corte

pof, 403.lnteriores, torn¡llo micrométrico, I 1.lnvestigación con rayos X, 104.lnyección de oxfgeno, procedimiento de,

50.

-, procedimiento de (plást¡cos), 90.lones, 387.lrregularidades de forma, superposición de

las, 347.

-, prolundidad individual máxima de las,348.

ISO-Rosca fina, 16O.

-, tolerancias, 341.

Julio, 394.Juntas piezas redondas, 361.

- de inte¡sticio, 362.

- dinámicas, 361.

- tóricas,25O.

- conformadas, 25O.

-, mas¡lla de, 249.

-, materiales de, 249.

- planas,249.

-, soldadura de, 267, 268.

Kelvin, 2.Kilogramo, 2.Kilovátio/hora, 394.

Laberinto axial, 362.Lapeado, 232.

Lapeado cilíndrico, 232.

- plano,232.

-, procedimientos de, 231.

-, proceso de, 232.Lavado en electroerosión, 236.Lejías, 82.Ley de la palanca, 1 15, 146.

- - Ohm, 391.L¡bres, tolerancias, 1 3.Limas, 154.

- fresadas, 1 54.

-, picado, densidad, 155.

-, -, valor, 155.

-, prevención de accidentes, 157.

- talladas, 154.

-, tipos de p¡cado, 1.55.Línea cero, 341.

- de lensi6n, 277.Lineal, contracción, 129.Líquidos, 30.Lobulado, unión por, 262.Lubricación, 354.

- relrigerante,232.Lubricante,354.

-, conducción del, 356.

-, fuerzas en el, 354.Luneia,179.

- tiia, 179.

- móvil, 179.

Llama de soldar, 274.Llave dinamomética, 24O, 247.Llaves de tuerzas,24O.

Magnesio, 57.

-, aleaciones de, 57.Magnitud física de la luerza, 112.Magnitudes a med¡r, 4.

- fundamentales, 1.Maleabilidad, 32.Mando alternativo, 336.

- de secuencia, 330.dependiente presión, 336.

- secuencial, dependiente de recorrido,336. , ,

Mandriles de fiiación, 179.

- - pinzas,179.Mandrinado, ejemplo de trabajo de, 21O.Mandrinadora-fresadora horizontal, 209.Manómetro, 324.Mantenimiento, 357.

- de cojinetes de fricción, 357.

- - las máquinas-herramienta, 172.

-, unidad de, 333.Máquinas-herramienta, 1 65.

---, instalación, mantenimiento, 172.

---, movimiento de trabaio en las, 165.

---, procesos de arranque de viruta enlas, 164.

409

ft410

Máquinas, piezas de, 353 y ss.

-, subdivisión, 163.Mármol de t¡aza¡,23.Marmoleado, 157.Masa, 31.Máscara, procedimiento de moldeo con,

127.Masilla, 262.Material. números, 68.Materiales combinados, 93.

- fundidos, 71.

- -, designación de los, 77.

-, modilicación propiedades de los,

284 y ss.

-, subdivisión de los, 29.Mecanizabilidad, 33.Medición, 5, 3O3.

- absoluta, 5.

- analógica del desplazamiento, 303.

- comparativa, 303.

- de conos, 22.

- - longitudes, 9, 1O.

- del desplazamiento, analógica, 303.digital, 3O3.

- digital absoluta del desplazamiento,303.

- directa, 5.

- electrónica de longitud, 17.

-. €rrores de, 6, 7,

- indicadora de valores absolutos,303.

- - del incremento, 3O3.

- ¡nd¡recta, 6.

- por diferencia, 6.

- relativa, 6.

-, valor de, 4, 5, 10.

-, vástago de, 9.Medida nominal, 4, 13, 341 .

-:, palpador de, 1 7.Medidas, exactitud de, 184.

- límite, 4, 341 .

- nominales, campos de, 342.Memoria, levantamiento de, 3O6.Merma por combustión, 132.Mesa de senos, 22.Metales duros, 65, 176.

-, €structura cristalina de los, 41.

-, influencias electroquímicas sobre los,84.

-, - qufmicas sobre los, 81,

- ligeros, 55.

- no férreos, designación, 78.

-, pegamento para, 264.

- pesados, 58 y ss.

Metro, 2.Mezcla de cr¡stales, 44.Microprocesador, 306.Modelo atómico, 34.Modificación de las propiedades de los

materiales. 284 y ss.

Mol, 2.Molde lleno, método de, 128.Moldeado, 4A, 53, 77.Moldeo, métodos de, 126.Moldes, formación de los, 127.

- perdidos, 126.

- permanentes, 128.Molécula, 37,Moleteado, 183.Momento torsor, 1 15.

- - de apriete.240.Mortajado, 212 y ss.

-, avance en el, 212,

-, profundidad de corte en el, 212.

-, velocidad de corte en,212.Morta¡adora horizontal, 21 5.

- vertical, 21 5,Morta¡adoras, 215.Motores, 399.

- eláctricos, 399,

- asincrónicos,4O0.

- de corriente continua, 399,trifásica, 400.

- hidráulicos, 314.

- universales,4OO.Movimiento, 108.

- circular uniforme, 110.

- efectivo, 164.

- rsctilíneo con velocidad constante, 108,

- variable, 108.

-, rosca de, 160.

NC, control, 299.

-, -, dispositivo datos, 3O1.

-, -, fuentes de información, 3OO.Neumática, componentes neumáticos, 334.

-, comparación con la hidráulica, 331.

-, funcionamienio, 331.

-, válvulas distribuidoras, 334.Neutrones, 34.Nitruración, 290.

-, aceros de, 74.Nivel para ángulos, 21.No aleados, aceros, 48, 68.

- conductores, 389.Nonius, 1O.

- angular, 2O.Normalización, 67.Numérico, control, 299.

Ondulación de chapas, 1 39.

- superficie, 347.Oxidaxión, 132.óxido, capa de, 266.

-, formación de, 81.Óxidos, 45.Oxígeno, 272.

-, combinaciones con el, 39.

Palanca, acción de, 146.

índice atfabético

Palpador de medición, 17.

-, sistemas de exploración, 35O,Panel de clavijas, 297,298.Par cónico,371.

- de fuerzas, 1 1 5.

- - ruedas interiores,37l.Paralaje, 7.

Paralelogramo de fuerzas, 1 13.Pasador de aletas, 255.Pasadores, 252.

- cilíndricos, 252.

- cónicos,252.

- de t€nsión, 252.

- estr¡ados,252.Paso de los d¡entes de sierra, 1 52, 1 53.

- - rosca, 241.Patín palpador, sistema de, 350.Patrones,9.Pavonado, 86.Pegado, 262.Pegamento, 263.

- de dos componentes, 264.

- - un componente,264,

- en caliente, 264.

- - l¡1o,264.

- para metales, 264.Perdidos, moldes, 128.Perfil poligonal, 256.

-, profundidad del, 348.

-, registro del, 349.Perfilado en cilindros, 1 39.Perfiles de acero, 76.

- - rosca, 161.

- laminados de acero, fabricación de,131.

Pernos de sujeción. 217.Peso,31.Picado de las limas, tipos de, 155.Pie de rey, 1O.

para profundidades, 1 1.PlV, engranajes variadores de velocidad,

381.Placa de maniobra (tornos), 17O.Placas de corte,174.Plano inclinado, 1 18.Planos de desplazamientos, 44.Plantillas, 23, 24.

-, trazado con, 23, 24.Plaquitas de corte reversible, 174.Plasma, 276.Plasticidad, 33.Plástico, moldeado por prensado, 89.Plásticos, composición qufmica de los, 87.

-, conformación, 92.

-, cuadro.resumen, 95.

-, mecanización por arranque dev¡ruta, 92.

-, pegado de los, 92.

- reforzados con fibra de vidrio, 93.

-, soldadura de, 281.

Indi¿

Solda

-tc]-tGPlat¡llPlato

- l¡ll

Plega

-co_ tiü

-p.-, pr

Plomc

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PrinciProcG_S¡

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{I

índice atfabético

Soldadura, subdivisión y propiedades, 87.

- termoestables, 87.

- termoplásticos, 87.Platillo, válvula de, 334.Plato de sujeción {tornos}, l80.

- universal de cuatro garras, 178.tres garras, 1 78.

Plegado a tracción, 138.

- con bigornia, 1 38.

- libre, 137.

- por arrollamiento, 138.

-, procesos, 136.Plomo, 62.

-, aleaciones de, 63.Poliamida, 91.Polietileno, 91.Polvo magnético, campo del, 1O4.Portabrocas,204.Portaherramienlas, 1 7 O, 1 7 7.

-, tapas de los, 214.Pos¡c¡onam¡ento, 164.Potencia, 117.394.

- elóctrica, 394.

- mecánica, t I 7, 395.Prensas,141.

- de cigüeñal, 141 .

- - €xcéntrica, 141.

- - extrusión, 134.

- - husillo, 141.

- - rodillera, 141.

- hidráulicas, 141 .

Presión, 1 19.

- de gravitación, 124,.

- hacia aniba, 125.

- h¡drostática, 312.

- multiplicación de la, 3lO.

- multiplicador de, 318.

-, procedimientos de la medición de la,

16.

-, soldadura a.271.

-, válvulas reguladoras de, 329.Prevención de 8cc¡dent6s, 273, 282.Principio del desplazamiento bombas, 311.Procedimiento de penetración, 1 04.

- Siemens-Martin, 50,Proced¡m¡entos de medición, 16.

de la presión, 16.

- - rugosidad superficial,349.

neumáticos, 16.por diferencia de presiones, 16.

velocidades, 1 6,

- volumen, 16.

- - reducción directa,46.Profundidad de carga, 241.

- - corte, 193,212.en el cepillado, 213.

- - fresado, 193.

- - mortajado,212.Profundidades, pie de rey para, 1 1.

Programa, control por, 296,mecánico, 295, 296.

Propagación de la presión, 31O.

- del calor, 1 23.Protones, 34,3A7.Prueba de la lima, 96.Puesta a tierra,403.Punta de l¡azar,23.Punto a punto, control, 303.Purga,326.PVC blando, 91.

- duro, 90.Racorería, 326.Radián,19.Radio de curvatura, 1 37.Ranura, soldadura en, 265, 268.Rasqueta, 1 57.Rasqueteado, 1 57.Rebajado, avellanado,2O2 y ss.

-, -, ejemplo de ljabaio,212.

-, embutición, por electroerosión, 236.Rebajar,133.Rebordeado, 261.

-, ensayo de (tubos), 97.Recalcado,. l 33.

- en molde, 134.Recocido de ablandamiento, 288.

- - eliminación de tensiones internas,288.

- del acero,288.

- normal, 288.Recorrido, control por, 295.

-, mult¡plicación del, 311.Recrecido del filo de corte, 169.Rectificado, 222, 225.

- cilíndrico, 225.

- - exterior y longitudinal, 225.

- transversal, 225.

- de acabado, 226.

- - desbaste,226.

- - perfiles, 226.

-, ejemplo de trabajo de, 229.

- lateral,225.


- periférico, 225.

- - longitudinal, 225.

- - transversal,225.

- plano,225.

- por genoración,226.

-, procedimientos de, 225.

- vibratorio, 231 .

Rectificador de soldadura, 277.

- (mando hidráulico), 323.Rectif icadora cilí ndrica, 228.

- - de exteriores, 228.

- -, sin centros, 229.

- - universal, 229.

- plana,227.

- universal, 228.Rectificadoras, 226.

411

Rectificar, cuerpo de, 224.Recubrimiento metálico, 85.

- no metálico, 85.

- químico, 86.Red, 286.

- centrada en el cuerpo, 286.las caras, 286.

Reducción, 45.

- de los óxidos de hierro, 46.

- - óxidos metálicos, 45.

- directa, 46.Refrentado, 1 82.


- transversal, 1 82.Refundición, proced¡m¡ento de, 51.Regla de senos, 22.

- graduada, S.

Regulación, 293.Remachado, 259.

-, defectos de, 261.Remache de cabeza avellanada, 259.

- i

- dehongo,260.semiesférica,259.

- hueco, 260.Remaches, 259.

- ciegos, 261.

-, termoremaches, 261.Rendimiento, 118, 395.Repujado, 1 33.Resbalamiento, 378.Resiliencia por flexión, ensayo, 98.Resistencia, 33,389.

- a la tracción, 97.

-, clases de,246.

- eléctrica, 389.

- específica, 390, 391.

- ¡eductora, 392.Retención, 320.Retenes, 362.Revenido, 287.Revisión, calibres de, 19.Revoluciones, diagrama del número de,

376.

-, n.o de, 11O, 18O.

-, regulación continua de, 381 . '

-, serie aritmét¡ca, 374.

-, - geométrica, 375.

-, variación del número de, 1 1 1.Rockwell, ensayo de dureza, 1O0.Rodadura, rozamiento por, 358.Rodamientos, 358 y ss.

-, constituc¡ón de los 358.

-, const¡tución de los, 358.

-, engrase de |os,361.

-, filación de los, 359.

-, mantenimiento de los, 361.

-, montaje y desmontaje de los,360-361.

-, t¡pos de, 358.Rodillo tensor, transmisión, 378.

WY'

412

Rosca de fiiación, 16O.

- en diente de sierra, 161.

- lso, 160.

- métrica lSO, 160.

- redonda, J61j

- trapqc¡al, 161.Roscado,161,183.

- con peine,183,242'Roócas, 1 59.

-, aiuste de, 243.

-, anillo calibre, 243.

-, calibre macho, 243.

- - movimientos, 160.

-, dimensiones de las, 242.

- exteriores, corte de, 1 62.

-, fabricación a máquina de,242.

- finas lSO, 160.

-, forma de las, 159.

-, fresadoras de, 242.

-, fuer¿as actuantes en las, 24O.

-,' galga de, 244.

- interiores, corte de, 161.

-, laminado de,242.

-, rodillos,242.

-, medición de, 244.

-, medidas princiPales, 160.

-, número de hilos, 160.

-, rccliÍicado,242.

-, sent¡do de giro, de paso, 160.

-, lalladora de, 242.

-, torbellino, tallado, 242.

-, torneado de, 183, 186.

-, verificación de, 244.

- Whitworth, 160, 161.

- - para tubos, 160, 161.Rozamiento, fricción, 114, 354.

-, -, de adherencia, 1 14.

-, -, de rodadura, 1 14.

-, -, sn lfquido, 354.

-, - mixta, 354.

-, - seca, 354.

-, luerza de,241.

-, fndice de, 114.Ruedas cilfndricas, 37O.

- - con dentado recto,370.

- oblicuo, 37O.

- - doble,37O.

- -, pares de, 37O.' - dentadas, 367 y ss.

- -, dimensiones de las, 368.

- -, emparejamiento de, 37O.* helicoidales, pares de, 37O.Rugosidad, anotación de los parámetros

de, 348.

-, cotas de, 348.

-, medición de los valores de, 349.

-, profundidad de la, 348.

-, individual máxima, 348.

-, máxima,348.

-, - media, 349.

Rugosidad superficial, 1 84.

- -, procedimiento de verificación, 349.

-. superficie, 347.

- valor medio aritmético de la, 349.

Salida, unidades de, 306.Seccionado, 1 43.Semicojinetes, 3.55, 357,Saguimiento de trayectorias, control para,

304.Segundo, 2.Seguro para tornillos, adhesivos, 249'Separación de materiales, 143.

- protectora,4O2.Sierra circular, 154.

- de cinta, 1 54.Sierras de mano, 153.

- mecánicas, 153.Símbolos de fundición, 77.Simple efecto, cilindro de,317.Sinterizada, estructura, 63.Sinterizado,63.Sinterizados materiales, 63, 64.Sfntesis, 36.Sistema de coorienadas, 209.

- - referencia efectivo, 1 67.

- - superficies de referencia, 351 .

- periódico de los elementos, 35.Sobremedida de rectificado, 226.Soldabilidad, 33.Soldador de propano, 268.Soldadura, 270.

- a derechas,275.

- - gas, 272,282.

- - izquierdas, 275.

- - la forja, 271.llama, 2'69.

- - presión, 271 .

por resistencia , 271 , 282.

- - tope,274.por penetración, 280.

- presión, 280.

-, ácido de, 266.

-, al arco, 27't. ,275,282.con electrodo metálico, 275.gas protector, 278.

- bajo polvo,278.

- blanda con metá|, 265.

- -, metal de, 62.

- - metales, 266.

- -, real¡zación,274.

- con electrodo de wolframio plasma,279.metálico, gas protector, 279.

- - gas protector, 278.metal de aportación, 267.

- - -- - - btanda,265.

- - de bloques,269.

- - fuerte, 267.

- - horno,269.

- - inducción,269.

lndice alfabético

Soldadura con metal de aportación, juntas,266, 268.

- por inmersión, 269.

-, procedimientos de, 267.¿

- ranura, 266,268.

- - recargue,269.

- de plásticos, 281.

- dura con metal de aportacióñ, 266.

- en una pasada,274.

-, -equipo de, 268.

- fuerte metales, 267, 268.

- MAG,279.

-, materialeS.para, 266.

-, metales de, 266, 267.

- MrG, 279.

- por alta frecuencia, 275.

- - arco de plasma, 282.

- - elementos calefactores, 281.

- - fricción, 281.

- - fusión,271.a gas, 27 1 , 282.con arco, 275,276,282.

- - gas caliente, 281.

- - laminación, 271.

- - puntos,280.

- - roldanas,280.

- ultrasonidos, 281.

-, procedimiento de, 270.

- wrc,279.Solidificación, contracción de, 1 29.Sonido, prueba del,96.Soplete de oxicorte, 234.

- - soldar, 274.Sujeción de las piezas (torneado), 178.Superacabado, 231.Superficies, cotas de, 348.

-, diferencia forma, 347.

-, errores de las, 347.

-, forma de las, 347.

- técnicas, 347 y ss.

Taladrado, 2O2 y ss.

-, .avance en el, 205.

-, defectos de, 2O6.

-, herramientas de. 2O2.

- for electroerosión, 235.

-, procedimientos de Íabaio,2O2.

-, proceso arranque virura en el, 2O4.

-, trabajo de, 2O6.

-, velocidad de corte en el, 205.Taladradora de columna, 208.

- - husillos múltiples, 208.

- radial, 208.Taladradoras,20S,Técnica CNC, 3O4.

- NC,304.Telescópico, cilindro, 31 8.Temperatura, 121.

- de condensación,31.

- - ebullición, 31.

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,! fermorremaches, 26.l .

Terrajas para roscas grandes, I 62.Textura metálica. 41.

- perlítica, 286.Titanio, 58.Tolerancia, campo de, 342.

-, magnitudes de, 342.¡ - (medición), 5.. Tolerancias, 243, 341 .

-, calibres de, .l9.

- tso, 341.

- libres, 13.

Tornillos. seguros para, 248.Traba.io, 1 16.

-, división del, 304. j \

- eléctrico, 394.

- mecánico, 394.Trabajos en caliente, aceros para, 75.

- - frío, aceros para, 75.Tracción, fuerzas de, 1 3.l.

conformación por, 131.

-, órganos de, 17O.Transformador de energía, 393.

- - soldadura,278.Transformadores, 278, 4OO.Transmisión PK, 382.

- por correa, 377.Transmisiones, 376 y ss.Transportador universal, 2O.Travesaño (cepilladoras), 21 3.Trayectorias, control para la generación de,

304.frazado, 22.

- con plantilla, 23, 24.Trazar, instrumentos de, 23.Tres vías válvula reguladora dé caudal de,

31 6.Tronzadora, 1 54.Tuberías, 325.

-, diámetro de.las, 32b.

-, longitud de las, 326.

-, montaje de,327.

-, resistencias de las, 325.Tubos, curvado, 1 39.

-, fabricación de, 131.

- flexibles, 327.Tuercas, 246.

-, formas normalizadas de, 246.Turbulencias, 325.

413

Uniones en chapa,261.

- enchavetadas, 253.

- pegadas, 262.

- por encaje, 256.

- remachadas, 259.

- roscadas, estanqueidad, 249.

-, subdivisión, 239.Unir, 238.Útiles,25.

Vacío, tratamiento al, 51 , 52.Valencia de los elementos, 39.Valor máximo (medición), 4, 12, 341 .

- mínimo (medición), 4, 12.

- real, determinación del, 3O3.

- - (medición), 4, 18.Válvula antirretorno. 321 . 322.

- - con estrangulación,321.

- limitadora de presión, 31 5.

- reguladora de caudal, 317.Válvulas, 321 .

- de caudal, 316.

- - cierre, 321.

- - corredera plana, 334.

- - disco distribuidor, 334.

- - escape rápido,334.

- - platillo, 334.símbolos, 3l 6.

- direccionales, 318.

- reductoras de presión, 273.

- reguladoras de caudal,329.

-, dos vías. 317.

-, tres vías, 31 7.Variador de bolas Wilfel-Kopp, 382.

- - velocidad de ruedas corredizas,374.Vástago (tornillo), forma det. 24S.Vatio-segundo, 394.Velocidad angular, 1 1O.

- de circulación de la corriente, 325.

- - corte, 18O,192,2O5,212.en el cepillado, 213.

- - fresado, 192.

- - mortajado,212.

- - taladrado, 205.

- - torneado, lSO.

- - salida, 126.

- periférica, "111 , 224.

-, regulación de la máquina-herramienta,335.

Verificación, calibres de, I9.

-, medios de, 3.Vickers, ensayo de dureza, lóO.Viruta, formac¡ón, 1 64.

-, - en el brochado, 2,l9.

-, - (fresado), 168, 190.

- plástica, 1 51.Voltímetro, 389.voltio, 388.Volumen, aumento de, 123.

-, procedimientos de medición por, 16.

Yunque, 1 32.

índice alfabético

Temperatura de fusión, 3O.

- - solidificaiíón, 30.

-, medición de la, 122.Templabilidad, 33.Temple, 289.

- a la llama, 289.

- anular, 289.

- austenit¡zación. 286.

- de las aleaciones de aluminio, 288.

- por capas, 249,29O.

- - inducción, 289.

- - nitruración, 29O.Tenacidad, 33.Tensión, 1 1 9.

- alterna, 398.

- -, generación, 398.

- de contacto,402.

- eléctrica, 388. .

- en bornas, 391, 392.

-, fuentes de, 388.

- inducida, 398.

-, medidor de, 389.

- normal, 12O.

- reticular, 286.Tensiones, serie electroquímica de,

84.

Top.e.ejecucióna(racores),326. Ultrasónrcas,investigación,l04.Topes de recorrido, 297. 298. Ultrasonidos, soldadura por, 2g.1 .

Torneado, 1 69 y ss. Unidad angular, I 9.

- cónico, 1 85. _ de proceso, 306.

-, ejemplo de trabajo de, 183, l g7. Unidades, 1.j -, trabajos de, 182. _ fundamentales, .l , 2.

Tornillo, accionamiento, forma de;. Unión, 23g.245.

-, cabeza, forma de ra, 24s. a presión' 254'

- ¿e a¡Ñe, Z+S. - - mediante calado' 346'

- - oanco,217. - - contracción,346'i.

,i - prrsronero, 246. - dilatación' 346'

{ Torni¡os, 245. montaje mediante, 344,

, crases de, 245. - de erementos a presión, 346.

_ de cabeza, 245. - por apriete y por introducción a presión,239.

- - dilatación,247.

- - vástago, 245. - presión' contracción' 254'

-, extremos de, 24s. - -' dilatación' 254'

micrométricos, r r. - -' elementos tens¡ón, 254.f ..._._...--,,_":, , ,.

- _, procedimientos de, 239.- parc exteriores, 1 2.

¡nteriores, 12. uniones atorniiladas, 240.

- con bulones, 2S5.

- ranurados, 24b. _ embridadas, 327.

I

;¡

ii

ii

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