MECANIZADO DE LAS SUPERFICIES EXTERIORES CILÍNDRICAS

Exigencias que se reclaman a las piezas con las superficies exteriores cilíndricas

Los árboles, piñones, ejes, pernos, varillas, pistones y otras piezas de las máquinas tienen las superficies exteriores cilíndricas, La superficie cilíndrica es generada por la rotación por circunferencia de una línea recta paralelamente al eje dado.

Las superficies cilíndricas deben satisfacer las siguientes exigencias:

- rectitud de la generatriz;

- forma cilíndrica correcta: las circunferencias de cualquier sección perpendicular al eje deben ser del mismo diámetro; (no debe haber conicidad, abombamiento, ni formas cóncavas);

- exactitud de la circunferencia: cada sección debe tener la forma de una circunferencia exacta (sin ovalidad y facetado);

- coaxialidad: posición de los ejes de los escalones de una pieza escalonada en una línea recta común.

En la figura 21, a - e se muestran algunos defectos de las formas de las superficies cilíndricas.

OBSREVACION: Es imposible mantener absolutamente todos los requisitos planteados a las superficies cilíndricas y aun con un mecanismo minucioso existirán algunos errores. En los planos de las piezas se indicaran las desviaciones tolerables de la forma y posición de las superficies con signos convencionales, o por texto de acuerdo con el Sistema único de tolerancias constructivas.

Instalación y sujeción de las piezas brutas en los platos

Las piezas a mecanizar de pequeña longitud se fijan en los platos para los tornos. Los platos pueden ser autocentradores y no autocentradores.

El plato autocentrador, tiene tres garras que se aproximan hacia el centro o se separan del mismo simultáneamente, por eso éstas garantizan el centrado preciso de la pieza (alineación de los ejes de la pieza y del husillo), o sea, sirve de base la superficie cilíndrica exterior.

En la figura (22, a, b) se muestra el plato autocentrador de tres garras.

En las ranuras radiales del cuerpo 2 del plato se desplazan las garras 1. Estas últimas, con sus salientes espirales de la parte inferior, encajan en las ranuras de la rosca espiral de la rueda dentada cónica grande 3, que se accione mediante una llave, la cual se introduce en el orificio cuadrado de uno de los piñones cónicos pequeños 4, que estan engranados en ésta.

Por la rosca espiral de la rueda cónica grande las garras del plato pueden desplazarse simultáneamente hacia el centro, o desde el centro, apretando o aflojando la pieza.

Para la fabricación de las piezas de precisión se emplean los platos con garras blandas cambiables, las cuales se mandrinan antes de mecanizar la partida de piezas, según el diámetro de la superficie dada.

Las piezas a trabajar de grandes diámetros se fijan en las garras en posición invertida, en este caso los escalones de las garras forman un apoyo seguro (Fig. 23, a)

De acuerdo al Sistema único de las tolerancias tecnológicas (ISO) en los documentos tecnológicos se toman signos convencionales para indicar las superficies de base y de fijación de las piezas en bruto (piezas acabadas).

Las superficies de trabajo de las garras del plato autocentrador se desgastan irregularmente, por lo tanto, éstas se deben mandrinar o rectificar periódicamente.

En las ranuras del cuerpo y en las garras están marcadas las cifras (1, 2, 3) o graneada la cantidad adecuada de puntos. Durante el montaje del plato, las garras se colocan en las ranuras consecutivamente, según el orden por cifras crecientes (puntos).

EL PLATO DE CUATRO GARRAS, consta de cuatro garras de apriete con desplazamiento independientemente de éstas en las ranuras del cuerpo (Fig. 24). Cada una de las garras tiene una media tuerca engranada con el tornillo que se encuentra en la ranura.

La sujeción de la pieza en el plato se efectúa mediante la llave 4, que se introduce en el agujero del tornillo 3.

Reglas de empleo de los platos de los tornos:

- Para la sujeción de las piezas brutas en el plato no se deben emplear alargadores para el mango de la llave; la pieza se aprieta y se afloja haciendo girar la llave, asiendo el mango de ésta con las dos manos; se prohíbe dejar la llave puesta en el plato, ya que esto puede ser causa de accidentes. Si la llave se encuentra en el plato sin presionar el mango, ésta se empuja del asiento del plato mediante la acción del resorte.

- Los platos de los tornos se desmontan, limpian y lubrican periódicamente. Cuando se guarda el plato en el armario para las herramientas, las garras deben estar desplazadas hacia el centro y el orificio central cerrado con un tapón de espuma sintética;

- En algunos tornos el plato está enroscado en el husillo (Fig. 27, a). En este caso es preciso observar las siguientes reglas de seguridad: se prohíbe enroscar y desenroscar el plato cuando el husillo se encuentra en rotación; al enroscar y desenroscar el plato, bajo éste se coloca un listón de madera de una altura, que asegure la coincidencia del orificio del plato con la rosca del husillo. Antes de proceder a enroscar el plato, es preciso limpiar y lubricar minuciosamente la rosca del extremo del husillo y del orificio central del plato. La rosca del plato se limpia previamente con un limpiador de alambre (Fig. 27, c).

En los tornos modernos, el plato de arrastre se centra por el cono exterior del husillo y se aprieta a la cara de la brida por cuatro tornillos y tuercas (fig. 27,b). Para cambiar éste se aflojan las cuatro tuercas 6, y se gira la arandel 5 hasta que los orificios de las ranuras de esta última se encuentren frente a las tuercas.

Instalación y sujeción de las piezas brutas entre las puntas

LAS PUNTAS. Las piezas en bruto de árboles, con una longitud cinco veces mayor y más que su diámetro se trabajan generalmente, instalando las superficies cónicas de los orificios de centros entre las puntas del torno. En calidad de dispositivos de apriete se emplean: la punta delantera de apoyo, fijada en el husillo del torno, y la contrapunta de apoyo fijada en el casquillo del cabezal móvil. La punta delantera gira junto con la pieza a trabajar, la contrapunta es inmóvil y por lo tanto entre ésta y la pieza a trabajar surgen fuerzas de fricción. En la parte cilíndrica del orificio de centro de la pieza a trabajar, por parte del cabezal móvil, se introduce grasa consistente, la cual al calentarse se reblandece y alcanza el cono de la punta engrasándola y reduciendo el roce.

Los orificios de centrado son de estándar según GOST 14034-68. En la figura 29 se muestran los tipos fundamentales de los orificios de centrado.

La punta de apoyo (Fig. 30) consta del cono de trabajo 1 con un ángulo de 60° (para los tornos pesados de 70° ó 90°) y la espiga 2 trabajada según el cono estándar Morse (N° 2, 3, 4, 5, 6) El ángulo de inclinación del cono de la espiga es de 1°26'.

La punta de apoyo rígida o corriente se emplea cuando la frecuncia de rotación del husillo es relativamente baja (hasta 120 r.p.m.), puesto que entre la pieza y el cono de trabajo de la punta surge un roce que provoca en ésta calentamiento y desgaste rápido. Durante el trabajo con más alta frecuencia de rotación del husillo se emplean las puntas resistentes al desgaste, en cuyos conos de trabajo está fundida una capa de aleación dura o está soldada la punta de aleación de metal duro (Fig. 31, a, b).

El trabajo con alta frecuencia de rotación plantea la necesidad de establecer una contrapunta giratoria, consiste en un husillo instalado en cojinetes. Para los trabajos ligeros los cojinetes son de bolas radial-axial, para las cargas elevadas son cojinetes de rodillos radial axial.

Dispositivos de arrastre

Para transmitir la rotación desde el husillo a la pieza en bruto instalada entre las puntas, se emplean dispositivos de arrastre. El más sencillo de estos es el perro de arrastre (Fig. 33, a, b). El plato frontal 1 gira junto con el husillo y arrastra el perro 3 y junto con él gira la pieza a trabajar instalada entre las puntas 2 y 4.

Existen corazones de arrastre con espigas rectas; para trabajar con ellas se emplean los platos frontales de arrastre. El trabajo con el perro de arrastre presenta cierto peligro: es posible que las partes salientes del perro de arrastre. Enganchen la ropa del operario. Para fines de seguridad, se emplean los platos frontales con pantallas protectoras (platos frontales de seguridad)

Observación: Para no deteriorar la superficie de la pieza durante el torneado de acabado se sobrepone en ésta el casquillo partido o se pone una junta de goma bajo el tornillo de apriete.

Para los cilindros de diámetros pequeños puede servir como perro de arrastre una punta acanalada de arrastre del tipo «erizo» (Fi 38, a, b).

Para el mecanizado de las piezas tubulares también se emplean las puntas acanaladas de arrastre («erizos») que tienen en la superficie de trabajo dientes acanalados.

Las piezas brutas de laminado se sujetan en el plato de tres garras con el apoyo de la punta montada en el casquillo del cabezal móvil (fig 40, a, b).

Cuchillas para el torneado de las superficies cilíndricas exteriores a instalación de éstas en el portaútil

Las cuchillas para cilindrar pueden ser rectas y acodadas (Fig. 41, a, b). Con las cuchillas acodadas se puede tornear la superficie exterior cilíndrica y refrentar la cara de la pieza. Las cuchillas para cilindrar tienen el ángulo principal en el plano horizontal igual a
= 30 - 60°; los ángulos en el plano de menores dimensiones son típicos para el mecanizado de piezas rígidas cuando la relación de la longitud respecto al diámetro es

El ángulo auxiliar en el plano
suele ser igual a 10-30°.

Son de amplia aplicación las cuchillas de tope para cilindrar con el ángulo principal en el plano igual a
= 90° (Fig. 41, c): Estas últimas son cómodas para cilindrar las superficies exteriores y para refrentar escalones. Las cuchillas de tope se emplean también para cilindrar árboles de poca rigidez cuando la relación de la longitud al diámetro es
Estas cuchillas provocan menor flexión de la pieza. No obstante, en las cuchillas con el ángulo igual a
= 90° participa en el trabajo una menor parte del borde de corte que en las cuchillas con el ángulo
= 30 - 60°. Por lo tanto la resistencia de las cuchillas de tope es menor que la resistencia de las cuchillas para cilindrar.

Para las pasadas de desbastado se emplean las cuchillas con el radio de redondeo del vértice R = 0,5 - 1 mm y para el acabado R = 1,5 - 2 mm puesto que cuanto mayor sea el radio del vértice, tanto más limpia resultará la superficie acabada (menor será la altura de las microasperezas residuales). Para el torneado de acabado es más racional emplear cuchillas especiales para el acabado con un radio de redondeo de 3-5 mm. Las cuchillas de aleaciones de metal duro para el mecanizado de hierro colado tienen el borde agudo, para trabajar acero en el borde de la cuchilla se corta él chaflán estrecho (Fig. 42, a, b).

La cuchilla se instala en el portacuchillas de manera que su vértice se encuentre a la altura del eje del husillo. La instalación de la cuchilla se verifica mediante una escuadra con graduaciones o por la punta de referencia.

Bajo la cara de asiento de la cuchilla se colocan las guarniciones de acero blando y la cantidad de guarniciones debe ser la mínima y la cara de asiento debe apoyarse sobre la guarnición con toda la superficie (Fig. 43).

El vuelo de la cuchilla no debe sobrepasar una vez y media de la altura de su mango, o sea
; La cuchilla se fija en el portaútil con dos tornillos como mínimo (Fig. 44).

Mecanizado de las superficies exteriores cilíndricas lisas (torneado)

Antes de comenzar el torneado se determina el espesor de la capa de metal que se debe sacar y la cantidad de pasadas para efectuar el torneado. La profundidad de corte de la cuchilla se ajusta por medio de un limbo, que está sujeto al husillo del carro transversal (Fig.45,a-c). En el anillo del limbo están grabadas divisiones y se marca el valor de cada una.

Este valor es la magnitud del desplazamiento transversal de la cuchilla al girar el limbo una división.

Para lograr el diámetro asignado de la pieza se emplea el método de las pasadas de prueba. Durante éstas la cuchilla se aproxima a la pieza bruta en rotación hasta hacer contacto con la superficie a trabajar. El momento de contacto se observa al surgir en la pieza una raya anular apenas perceptible. Posteriormente, se retira la cuchilla a la derecha, fuera de los límites de la pieza a trabajar, por el desplazamiento longitudinal del carro-soporte. El anillo del limbo se pone en la posición cero, luego, girando el manubrio del carro-soporte transversal se hace avanzar la cuchilla según el limbo a una dimensión algo menor que la requerida para lograr la medida definitiva. Después de esto, mediante el avance a mano, se tornea la superficie a la longitud de 3-5 mm. Luego se retira nuevamente la cuchilla hacia la derecha y se mide la dimensión de la superficie torneada.

Después de medir, se precisa cuánto es necesario desplazar adicionalmente la cuchilla hacia adelante. Esta dimensión se establece según el limbo y se tornea nuevamente la sección de prueba. Después de ser instalada. Definitivamente la cuchilla a la medida, se tornean las piezas brutas restantes de la partida según el limbo sin pasadas de prueba.

Entre el husillo del carro-soporte transversal y su tuerca matriz siempre existe cierto juego. Para que este juego no provoque errores al ajustar la profundidad de corte de la cuchilla según el limbo, se establece la dimensión asignada girando el manubrio solamente en sentido de las agujas del reloj, haciendo previamente una o dos vueltas en sentido contrario (véase Fig. 45, c).

El carro del soporte superior (portacuchillas) también tiene limbo. Los tornos tienen el valor de la división de los limbos del carro transversal y del carro de sujeción (de la cuchilla) igual a 0,05 mm.

Selección de los regímenes de corte para el torneado

Se puede obtener una alta productividad del torneado si se eligen correctamente los regímenes racionales de corte. Estos deben escogerse en función del material que se, va a tornear y del material de la cuchilla, del sobreespesor para el torneado, de la rugosidad admisible

de la superficie de la pieza, de la rigidez de la pieza a trabajar y de la cuchilla, del procedimiento de sujeción de la pieza, del líquido lubricante-refrigerante que se utiliza y otros factores.

En primer lugar, se determina la profundidad de corte, tratando, si es posible, de cortar todo el sobreespesor en una sola pasada. Si la rigidez de la pieza es insuficiente, o se requiere alta precisión, el cilindrado se ejecuta en varias pasadas.

La profundidad de corte para la pasada de desbastado se acepta de 4-6 mm, para el semiacabado, de 2 a 4 mm, y para la pasada de acabado, de 0,5-2 mm.

Luego se elige el avance, que depende en general de la rugosidad tolerable de la superficie de la pieza acabada. El avance para las pasadas de desbastado se acepta de 0,5-1,2 mm/rev y de 0,2-0,4 mm/rev para el acabado.

La velocidad de corte se asigna dependiendo de varios factores. El factor fundamental que influye en la elección de la velocidad de corte es la resistencia de la cuchilla, o sea, la capacidad de soportar ésta altas temperaturas y oponer resistencia al desgaste de la parte de corte que, en primer lugar, depende del material de la parte cortante de la cuchilla. Los valores aproximados de la velocidad media de corte para el torneado exterior de acero a hierro colado se citan en la tabla 1.

Conociendo la velocidad de corte y el diámetro de la pieza bruta, se puede determinar la frecuencia de rotación del husillo del torno (el número de r.p.m.).la frecuencia de rotación real, la menor y la más cercana a la calculada, se toma de las que tiene el torno y según la tabla que se encuentra en el cabezal fijo del torno.

Mecanizado de ejes escalonados

Los ejes con varias secciones de diferente diámetro y longitud se califican como escalonados. La posición de la cuchilla para mecanizar los ejes escalonados, se establece según las pasadas de prueba por separado para cada escalón. Conociendo las divisiones del limbo para todos los escalones de la pieza es posible tornear toda la partida de piezas sin las pasadas de prueba. Los tornos disponen del limbo para el avance longitudinal. El desplazamiento del carro-soporte en 1 mm corresponde al giro del limbo en una división. Por el limbo del avance longitudinal es posible controlar el desplazamiento longitudinal de la cuchilla y retirar la misma, al momento de obtener la longitud requerida del escalón.

Una alta productividad durante el mecanizado de los escalones se logra debido a una selección correcta del esquema de mecanizado. El esquema de torneado más productivo es aquel, cuando el sobreespesor de cada escalón se arranca de una sola pasada de la cuchilla. El desplazamiento total de la cuchilla es igual a la suma de las longitudes de los escalones, es decir, a la longitud total de la pieza a trabajar (Fig. 47, a),

L = l3 +l2 +l1 mm.

Al mecanizar grandes partidas de piezas escalonadas es lógico emplear el tope longitudinal fijado en la guía de la bancada limitando el avance del carro soporte.

Después de tornear la primera pieza de prueba hasta una longitud asignada, se desconecta el torno y sin retirar el carro-soporte, se fija el tope haciendo contacto con el borde izquierdo lateral de la corredera. Ahora todas las demás piezas brutas que se trabajan con el avance del carro-soporte hasta el tope, serán de una misma medida. Se recomienda desconectar el avance mecánico al acercarse el carro-soporte a una distancia de 1-2 mm del tope, y desplazarlo hasta el tope con el avance a mano.

Las piezas a trabajar con varios escalones se trabajan según el tope y limitadores de longitud, empleándose juegos de galgas limitadoras (que perdieron su precisión inicial) y plantillas especiales. En la figura 49 se ve que el primer escalón se tornea a la dimensión l1 sin limitador, avanzando el carro-soporte directamente hasta el tope, el segundo escalón se trabaja a la longitud l2 hasta el limitador, cuyo largo es (l1- l2), el tercer. Escalón l3 hasta el limitador de una longitud de (l1 - l3), el cuarto escalón hasta (11 - l4).

Los orificios de centrado en las piezas a trabajar son por lo general de distinta profundidad. AL ser instaladas entre las puntas, estas piezas ocupan diferente lugar respecto a la punta delantera: las piezas con el orificio más profundo se alojan algo más cerca del cabezal fijo, y con el orificio menos profundo, algo más lejos. Al mecanizar estas piezas según el tope a consecuencia de la diferencia de profundidad de los orificios, la longitud de los escalones resulta distinta.

En la figura, se muestra como la pieza a trabajar, al ser apretada por la contrapunta, se apoya en la cara del cuerpo de la punta flotante, y el cono de la punta flotante centra la pieza a trabajar y según la profundidad del centro puede «hundirse» más profundo en el cuerpo o sobresalir del mismo.

Cuando se trabaja un grupo de piezas cortas en el plato por los topes longitudinales. La cara de trabajo del tornillo del tope interior se corta directamente en el torno estando apretada la contratuerca; esto asegura su perpendicularidad respecto al eje del husillo.

La permanencia de los diámetros de los ejes escalonados de la partida se logra mediante los topes transversales: el tope transversal fijo se sujeta en la corredera y en tope móvil en el carro transversal.

Refrentado de las caras de superficie plana y escalones

Las superficies de las caras y de los escalones deben reunir las siguientes exigencias: ser planas, o sea sin convexidades y concavidades, y perpendiculares al eje; además debe existir paralelismo entre las superficies de los escalones y caras.

En la figura 55, a, b, c se muestra el refrentado de las caras con la sujeción de las piezas a trabajar en el plato, y en la figura 55, d en el plato con el apriete de la contrapunta. AL sujetar la pieza en bruto en el plato el voladizo de la pieza a refrentar debe ser lo más corto posible (Fig. 56, a, b).

Para el refrentado de las caras y escalones se emplean las cuchillas: recta para cilindrar, (véase Fig. 55, a), acodada para cilindrar (véase Fig. 55. b), de tope para cilindrar (véase Fig. 55.: c), así como la cuchilla especial para las caras (de refrentado, véase Fig. 55, d).

El refrentado de escalones bajos mediante la cuchilla de tope para cilindrar se efectúa por medio del avance longitudinal. cilindrando simultáneamente la superficie exterior (véase Fig. 55, e). En este caso el borde cortante de la cuchilla se instala perpendicularmente al eje de la pieza a refrentar, verificándolo por una escuadra (Fig. 57).

La cara se refrenta mediante la cuchilla de tope con avance transversal, instalando el borde de corte bajo un pequeño ángulo (5-10°) hacia la cara (Fig. 58, a, b). Si al refrentar la cara por la cuchilla de tope para cilindrar, es necesario cortar un gran sobreespesor, entonces el avance dirigido hacia el centro crea una fuerza de retroacción (la flecha negra) que aspira a profundizar la cuchilla sobre la cara de la pieza. Para que no suceda esto, una gran parte del sobreespesor se corta en varias pasadas por el avance longitudinal, y la pasada de acabado se realiza por el avance dirigido desde el centro (Fig. 58, b).

En la figura 59. a, b se muestran los procedimientos para refrentar la cara de la pieza fijada en el plato y oprimida por la contrapunta. La calidad plana de la cara después del refrentado se puede verificar aplicando a ésta el borde de una regla o una escuadra. La perpendicularidad de la cara :,respecto a la superficie exterior se determina por la escuadra,

Los defectos que pueden surgir al refrentar las superficies de las caras, y las medidas para prevenirlos se citan en la tabla 3,