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CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I . 3ª EVALUACIÓN. Tema 12 .- Las Técnicas de Fabricación. Desarrollo del tema : 1. Introducción. 2. Conformación por moldeado. 3. Conformación por deformación. 4. Unión de materiales : desmontables y no desmontables. 5. Procedimientos mecánicos de separación y corte. 6. Máquinas herramientas : taladro, torno y fresadora. 7. Procedimientos térmicos de corte. 8. Otros procedimientos de corte. 1

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CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I . 3ª EVALUACIÓN.Tema 12 .- Las Técnicas de Fabricación.

Desarrollo del tema :

1. Introducción.

2. Conformación por moldeado.

3. Conformación por deformación.

4. Unión de materiales : desmontables y no desmontables.

5. Procedimientos mecánicos de separación y corte.

6. Máquinas herramientas : taladro, torno y fresadora.

7. Procedimientos térmicos de corte.

8. Otros procedimientos de corte.

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CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I . 3ª EVALUACIÓN.Tema 12 .- Las Técnicas de Fabricación.

1. Introducción.

Básicamente la conformación de las piezas industriales se realiza mediante el fundido y la mecanización. Para dar la forma final a los materiales, se recurre a:

1. La conformación por moldeado. Se funde el metal o la aleación y se vierte en moldes que reproducen la forma de las piezas. Otra forma es recurrir al polvo del metal o e la aleación, obteniéndose la forma final del objeto variando la presión y la temperatura (sinterización).

2. La conformación por deformación, se puede realizar en caliente o en frío, golpeando la pieza o sometiéndola a presión. La deformación puede ser pura o con corte.

3. La conformación por soldadura. Se utiliza en piezas elaboradas o semielaboradas para obtener la pieza final.

4. La conformación por arranque del material. Se lleva a cabo mediante máquinas herramientas, como puede ser la pulidora, el torno, etc. Las máquinas herramientas tienen como finalidad conseguir el mecanizado y la construcción de piezas nuevas mediante varias formas. Los procedimientos pueden ser:

a. Mecánicos.- Sin pérdida de material : corte y cizalamiento.Con pérdida de material.- Aserrado, limado, perforado, torneado, fresado y rectificado.

b. Térmicos .- Oxicorte, hilo caliente o plasma.

c. Otros.- Por reacción química, electroerosión, ultrasonidos, láser, agua a presión elevada, etc.

2. Conformación por moldeado.

La conformación por moldeo se realiza con la fundiciones. El procedimiento consiste en dar forma a un metal o aleacción mediante su fusión y posterior solidificación en moldes especiales. Se utilizan en piezas de acero, bronce, latón , aluminio, magnesio, zinc, estaño, plomo o níquel.

Para fundir o no un metal o aleación, se debe de tener en cuenta los siguientes factores: la temperatura de fusión, su composición y su tensión superficial. Las técnicas usadas son:

Mediante lingoterasColada continua Por moldes.

Mediante lingoteras

En la fundición usando lingoteras, la fundición de primera colada, se le añaden los elementos aleados, depositándose en lingoteras (recipientes) por gravedad o presión.

El moldeado por gravedad se realiza vertiendo el material fundido a través del agujero de

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colada, llenándose el molde por la acción del propio peso el moldeado puede ser por arena, en molde permanente y moldeado de cera perdida.

El moldeado en arena consiste en construir el molde con una mezcla de sílice y arcilla; un material orgánico y el agua permite su compactación. Las fases son : la construcción del modelo, conformación de las diferentes partes del molde, el montaje, el vertido del material fundido y la obtención de la pieza. Una vez que se ha obtenido la pieza, el molde se desecha.

En el siguiente esquema, se aprecia mejor este procedimiento:

En el procedimiento del moldeado, el procedimiento es como sigue: precalentamiento del molde, vertido del material fundido, solidificación y extracción del molde.

En el moldeado mediante presión, el material fundido o el polvo es tratado mediante:a. Fuerza centrífuga, debida a la fuerza centrifuga producida al girar el molde en torno a un eje central. Se pueden conseguir piezas con un grosor inferior a la técnica de gravedad. Se utilizan para la fabricación de cilindros, casquillos de los cojinetes y material e orfebrería.b. Moldeado mediante inyección.- consiste en inyectar a presión en el molde el material fundido. Cuando el fundido está dentro, comienza el proceso de solidificación. Se utiliza en la conformación de piezas ligeras (Al, Ti) y para ciertos plásticos.c. Moldeado mediante extrusión. Es un proceso que se realiza en caliente ( 150-1200º C) . Se calienta el material contenido en un contenedor hasta conseguir un estado pastoso, en ese momento se acciona un émbolo que empuja el material a pasar por un molde o hileras de diferente forma donde se consiguen diferentes formas continuas. Se utiliza para la construcción de vigas, tubos, barras, perfiles, etc. Este procedimiento se aplica a los termoplásticos (PVC) al aluminio y aleaciones, latón, bronce, tuberías de cobre, plomo, etc.

En el siguiente esquema se explica este proceso:

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d. Sinterización.- Se obtienen piezas a partir de uno o más metales o de otros materiales. En primer lugar, se reducen a polvo y se mezclan todos los materiales; posteriormente, se comprimen y se introducen en moldes a temperaturas elevadas. Los poros que suelen aparecer en estos materiales sinterizados, se suelen recubrir de otros metales o con lubrificantes. Se obtienen por este procedimiento los imanes especiales, las plaquetas de vidia para las herramientas de corte, cojinetes , purgadores de aire, filtros de gases y líquidos, etc.

Colada continua

la fundición por colada continua, elimina las bolsas de aire y las sustancias secretadas, obteniéndose barras, perfiles, etc.

Por moldes.

En este proceso, el elemento clave es el molde. El molde es una pieza que contiene una cavidad en el que se vierte la sustancia fundida o más o menos pastosa que toma la forma de la cavidad y se conserva cuando se solidifica.

En el caso de los metales, los moldes pueden ser de arena(moldes de un solo usos) o metálicos( moldes permanentes ).

Un molde consta de dos partes que se acoplan una en la otra. Los elementos son:a. El agujero de colada , por donde se introduce el metal.b. El embudo de fundición y el canal de colada, comunican el agujero de colada con la cavidad principal del molde.c. La mazarota, es una cavidad destinada a albergar una reserva de material líquido que permite compensar la reducción dimensional al solidificarse.d. Los respiraderos, se utilizan en lugar de la mazarota cuando el material utilizado tenga un coeficiente de dilatación bajo. Su función es la salida de los gases o el aire producido durante la solidificación.

3. Conformación por deformación.

La deformación de los materiales para la obtención de una forma determinada, se usa tanto en frío como en caliente. Siempre que sea posible, se utilizara la deformación en frío para que el material sufra los menos cambios posibles.

La máquina usada para realizar este tipo de conformación, es la prensa, con accionamiento hidráulico o neumático. La prensa está formado por un dispositivo fijo donde se asiente la pieza, y un dispositivo móvil donde se aplica la fuerza.

Los principales sistemas son:El laminado.- El laminado es la extracción de láminas de un material plástico, modificando la estructura interna del material orientando la fibra en la dirección longitudinal de la pieza, de esta forma, la plasticidad y la resistencia mecánica aumentan en esta dirección. Se aplican sobre todos en los materiales ferrosos. Consiste en hacer pasar las láminas de diferente grosor a través de rodillos de acero que giran uno en sentido contrario del otro gracias a sendos motores eléctricos. El tren producido por diferentes rodillos recibe el nombre de tren

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de laminación. El reglaje de la separación entre los rodillos y la separación entre los diferentes pares, se efectúa mecánicamente y se regula la velocidad de giro mediante engranajes. Los trenes de laminación pueden ser: Dúo (con motor reversible); trío (sin motor reversible) y doble dúo son dos trenes dúo trabajando en sentido inverso.Se utiliza en la fabricación del papel de aluminio, el cartón, el papel, etc.La forja. Es un procedimiento de conformación de los metales que consiste en variar su forma mediante compresión, por golpes de martillo o mediante una prensa. Este proceso se realiza en caliente (600º-900º C) a una temperatura inferior a la de fusión del metal y se golpea entre dos superficies duras, una fija (yunque) y otra móvil. La forja modifica la estructura del metal, al producirse la rotura de los cristales, consiguiendo una mejora en la propiedades mecánicas de los materiales y su resistencia a l corrosión. Actualmente la forja se realiza mediante prensas.La estampación. Es el conjunto de operaciones que se somete a una lámina o plancha metálica para obtener, por deformación plástica y en frío, un objeto de determinadas formas geométricas a partir de matrices o estampas. El proceso se realiza mediante prensado o choque(prensa mecánica o martillo pilón) . Con esta técnica se obtienen las carrocerías de los automóviles, las puertas, tenedores, cucharas, etc.En el siguiente esquema se puede apreciar el proceso de estampación:

Embutición.- La embutición se realiza en frío y su finalidad es obtener piezas vacías parecidas al molde o a la matriz definidas con antelación. Las planchas se sitúan en el molde y se fijan mediante mordazas, introduciéndose el contramolde dentro de la matriz. Se emplea para fabricar piezas de cerrajería.

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Deformación por estirado y trefilado. Da forma a un material dúctil haciéndola pasar por el interior de una pieza denominada hilera. La hilera esta formada por un material de gran dureza y gran resistencia al desgaste(diamante, carburos metálicos , sinterizados) . En el centro existe un orificio que se obliga pasar al material. El trefilado permite reducir el grosor de un material metálico, haciéndolos pasar mediante tracción por distintos agujeros de un calibre cada vez más estrecho hasta obtener la medida deseada.

4. Unión de materiales : desmontables y no desmontables.

En la construcción de los objetos, las diferentes piezas resultantes se pueden unir de dos maneras:

1. Uniones permanentes o fijas. Cuando es imposible desmontarlas sin la rotura de alguna pieza. Se considera la soldadura, por adhesivos y el remachado.

2. Uniones desmontables. Nos permiten modificar los tipos de unión tanta veces como se desee. Los elementos más empleados son los tornillos, varillas roscadas, tornillo-tuerca, pasadores, cojinetes, chavetas, etc.

1. Uniones permanentes o fijas.Dentro de este tipo se pueden citar:

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1. La soldadura . La soldadura consiste en unir dos piezas en contacto elevando la temperatura de las superficies que se desean soldar con aportación o no de sustancias adicionales. La soldadura puede ser homogénea si los dos materiales a unir tienen la misma constitución o heterogénea si los materiales a unir poseen diferente estructura.1.1 Entre las soldaduras heterogéneas caben citar la blanda y la fuerte o amarilla. La soldadura blanda, se realiza a temperaturas inferiores a los 400º C . El material metálico de aportación es una aleación de Pb-Sn que funde a 230ºC . Para soldar correctamente se ha de limpiar primeramente las superficies a soldar, y posteriormente recubrirlas de un material fundente(resinas); posteriormente se calientan las superficies con el soldador y cuando hayan alcanzado la temperatura deseada, se aplica el metal de aportación que corre libremente y moja las superficies a soldar.Los soldadores pueden ser : estándar (35-200 W), miniatura(15-45W), de pistola y de martillo(100-500W) La soldadura blanda se utiliza en electrónica, las soldaduras de plomo y latón, soldaduras de chapas de hojalata y cables eléctricos.La fuerte o amarilla, se alcanzan temperaturas próximas a 800º C. El metal de aportación son aleaciones de Ag, Cu y Zn . Como metal fundente para desoxidar las superficies, se utiliza el bórax. El aporte de calor se obtienen de un soplete de gas.1.2 Soldaduras homogéneas. Entre estas caben destacar: soldadura por arco eléctrico, soldadura TIG, soldadura MIG, soldadura a presión por resistencia eléctrica, soldadura oxiacetilénica y aluminotérmica. a. Soldadura por arco eléctrico.- Consiste en provocar la fusión de los bordes de los materiales que se desean soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente, formando, cuando se enfrían una pieza única, resistente y homogénea. Para este tipo de soldadura, se necesita un equipo que tenga un transformador que reduzca la tensión de la red y proporcione una gran intensidad. Uno de los dos conductores de salida se une con una pinza a la pieza que se va a soldar y el otro se fija el electrodo; cuando se une la punta del electrodo con la pieza se produce un contacto eléctrico y al separar unos mm. el electrodo de la pieza, se produce un arco de caída voltaica produciendo el calor suficiente para fundir el metal y soldarlo. Las temperaturas logradas son de aproximadamente los 3500ºC. Como seguridad es la de no mirar directamente al arco de soldadura sin la

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utilización de pantallas protectoras, para disminuir el brillo o los rayos UV emitidos.Este tipo de soldadura se puede realizar con electrodos metálicos o de carbón, utilizándose determinados procedimientos a lo largo de la historia(Zerener, Bernardos, Slavianoff o Kjellberg). En la soldadura por arco eléctrico puede utilizarse DC o AC ; cuando son de DC (corriente continua) la tensión aplicada es de 70 a 100 V para cebar el arco y la intensidad de 30 a 300 A. En el caso de corriente alterna (AC) la tensión ha de reducirse a 70 V con lo que la intensidad aumentará.b. Soldadura TIG ( Tungsten Inert Gas). Consiste en hacer saltar un arco voltaico en una zona de atmósfera inerte producida por los gases Ar y He, que inciden directamente en el punto de soldadura. El portaelectrodos recibe el nombre de antorcha, formado por una boquilla que aporta gas inerte y que envuelve el electrodo de wolframio que sobresale en la punta; la antorcha está refrigerada por agua. El equipo TIG consiste en un generador DC/AC, un generador de alta frecuencia , que ceba el electrodo, un circuito de gas inerte(Ar o He), la antorcha de soldadura y un grupo de refrigeración. Se pueden utilizar electrodos inconsumibles(W) o consumibles. Algunos electrodos pueden llevar Zr o Th para alargar su duración. Se utiliza para soldar acero al carbono, aceros inoxidables, aluminio, cobre, etc, se utilizan para hacer uniones de tubos con poco grosor, cuadros de bicicletas, etc.c. Soldadura MIG (Metal Inert Gas) . Se realiza en una atmósfera inerte de gas Ar, pero se diferencia del caso anterior en que utiliza un electrodo fungible, almacenado en forma de bobina y alimenta automáticamente la antorcha a medida que se va soldando. Se utilizan en planchas industriales, carpintería metálica o planchas de automóvil. Como ventajas son : no hace falta cambiar el electrodo periódicamente, ausencia de escoria y mayor limpieza, rapidez en la soldadura, mayor calidad, menor número de interrupciones y posibilidad de robotizar el proceso.

d. Soldadura a presión por resistencia eléctrica.- Se utiliza para soldar planchas de hierro y acero superpuestas. Las piezas se unen mediante dos electrodos conectados a una línea eléctrica de baja tensión alimentado por un transformador. La corriente eléctrica que pasa de una plancha a otra produce un fuerte calentamiento, por el efecto Joule : Q = 0.24 I2 R t , siendo Q el calor, I la intensidad, en amperios, R, la resistencia en ohmios y t el tiempo en segundos.

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La soldadura por resistencia eléctrica se realiza con tensiones de 1 a 15 V e intensidades de 1000 a 200000 A, en corriente alterna. La soldadura puede ser de bandas o costura cuando los electrodos están formados por dos rodillos o discos entre los cuales se desplazan las chapas. Si la soldadura se realiza mediante dos electrodos parecidos a punzones, la soldadura es por puntos. Los factores que hay que tener en cuenta son: la intensidad de corriente de soldadura, el tiempo de soldadura y la presión efectuada por los electrodos.e. Soldadura oxiacetilénica. El calor aportado en esta soldadura se realiza mediante una reacción química fuertemente exotérmica:

2 C2 H2 + 5 O2 4 C O2 + 2 H2 OSe desprende en el proceso Δ H = - 1300 (kJ/mol) lo que supone

alcanzar una temperatura de 3500º C. Para evitar que se oxiden los metales en el proceso, se añaden polvos antioxidantes y fundentes. El equipo está constituido por:a. Una botella de oxígeno y una botella de acetileno provistas e un manómetro reductor y de una válvula de seguridad.b. Polvos desoxidantes y fundentes.c. Una goma conductora (tuberías) para cada botella del gas.d. Un soplete, en el que se mezclan los dos gases, que después se desprenden por inyección a una velocidad aproximada de 150 m/s. Se garantiza que la llama no se propague hacia las botellas de gases.e. Gafas para protegerse los ojos de los rayos de luz y los IR.f. Delantal y guantes de protección.

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f. Soldadura aluminotérmica. Se utiliza el gran calor desprendido en una reacción de aluminotérmia; en este caso, el óxido de hierro se mezcla con polvos de aluminio. El acero líquido sobrecalentado procedente de la reducción del óxido de hierro de la termita que actúa como metal de aportación y como transportador de calor. Se utiliza para la unión de los raíles de ferrocarril, cables de toma de tierra en los edificios. Para efectuar esta operación , se envuelve el punto de unión con un molde que se activa térmicamente.

Fe2 O3 + Al Fe (fundido) + Al2 O3 + Q (calor)

Soldadura en frío.- Es un tipo de soldadura en el que la unión entre los materiales se realiza sin aporte de calor. Se puede realizar mediante:a. presión. Se limpian muy bien las superficies a unir y, después de ponerlas en contacto, aplicar una presión entre ellas hasta la producción de la unión. A veces se calientan algo ambas superficies para que se dilaten y posteriormente se unen mediante presiónb. Por fricción. Se gira el extremo de una pieza y después se pone en contacto con la otra, el calor producido por la fricción es suficiente para su soldadura, por deformación plástica.c. Por explosión. La unión se produce mediante una detonación o explosión, que ocasiona el desplazamiento de una pieza a través de la otra a gran velocidad, al colisionar ambas piezas se produce la soldadura.d. Por ultrasonidos. Se unen los metales mediante una energía de vibración acústica de alta frecuencia ( superior a 20000 Hz) . Se utiliza para la soldadura del Zr o Mo con el Al. Las pieza se presionan mediante un yunque y un emisor de ultrasonidos.Soldadura de los materiales cerámicos.- Los metales cerámicos no se pueden clavetear ni remachar, por lo que para su unión se evitan las tensiones que puedan romper las piezas. Para unir estas piezas se suelen utilizar:a. Adhesión por difusión. Las piezas se calientan mientras se presionan entre sí, adhiriéndose unas con otras.b. Adhesión vítrea. Las piezas que se unen se recubren con un vidrio de baja temperatura de fusión (600ºC) . Se ponen en contacto y se calientan por encima del punto de fusión del vidrio.c. Deposición metálica Sirve para adherir cerámicos a metales. La cara del metal se recubre

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Soplete oxiacetilénica

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de una fina capa de metal refractario (Mo) , aplicándose en forma de polvo y se calienta después. Sobre esta película se deposita electrolíticamente cobre y posteriormente se le puede soldar la pieza cerámica.d. Adhesivos. Generalmente se emplean resinas epoxi para unir piezas a bajas temperaturas.e. Grapas o abrazaderas. Los materiales cerámicos pueden unirse con este tipo de dispositivos siempre que estén equipados con guarniciones blandas para evitar las tensiones de contacto.Los adhesivos.- Se realizan interponiendo entre las dos superficies que se desea unir una capa de material con alto poder de adherencia, que se denominada adhesivo. Una vez que se aplica el adhesivo, las piezas se juntan y se presionan ligeramente hasta que el pegamento se seca. Para seleccionar el adhesivo, hay que tener en cuenta:a. La clase de material que se pretende unir.b. Las condiciones de utilización a las que se va a ver sometida la unión: temperatura, humedad, flexibilidad, tracción, vibraciones, etc.c. El tiempo que tarda en secar o fraguar.d. La forma de aplicación: mediante brocha, pistola rodillo, etc.La unión mediante adhesivos, es necesario los siguientes fenómenos:1. La humectación. Debe impregnar las dos superficies que se quieren unir. La energía superficial del material ha de ser superior que la del adhesivo. Para que funcione, se deben de limpiar las superficies a pegar, para no alterar su tensión superficial.

2. Adherencia. La unión se produce por deformación de los enlaces químicos. En algunos casos se originan enlaces por puentes de hidrógeno.3. Espesamiento. Es lo que ocurre desde que se aplica el adhesivo hasta que adquiere consistencia.4. Cohesión. La resistencia de la unión es mayor que la del propio adhesivo, reduciéndose los defectos internos. Cuando aplicamos una presión, al añadir el adhesivo, aumenta la cohesión.Existen dos tipos de adhesivos : los naturales, como son los de origen animal o vegetal, como son los pegamentos, colas, gelatinas, etc, o los artificiales , de gran aplicación en la industria como son los epóxidos(unen materiales cerámicos, madera o vidrio), poliuretanos(unión elastómero-metal), siliconas, poliésteres, acrílicos, anaeróbicos, etc.En la siguiente tabla se muestra la forma de selección de determinados adhesivos(los que se encuentran en oscuro permite su unión):

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El remache.- Consiste en hacer una unión permanente mediante roblones de diferentes materiales. El roblón es una pieza de forma cilíndrica de poca longitud y con una cabeza. Los roblones pueden ser de latón, acero, plástico. Los remaches pueden ser de cabeza redonda, avellanados, de cabeza plana. Para realizar un remache, lo primero se marca, después se horada con un agujero similar al roblón que se pretende introducir y finalmente se actúa con la remachadora hasta que se unan ambas piezas.

2. Uniones desmontables.- Cuando las piezas se pueden separar de nuevo sin romper el medio de unión. Pueden ser : roscados y elementos no roscados.Elementos roscados. Los más conocidos son los tornillos y las tuercas. Un tornillo es un cuerpo cilíndrico, generalmente de acero, con una cabeza en un extremo para su enroscado y el otro extremo posee una rosca que sirve para encajar, mediante esfuerzos de presión y giro en una tuerca; el tornillo tuerca, consta con un elemento auxiliar que se denomina arandela y cuya misión es fijar el tornillo a la tuerca. Un tornillo consta de: a. la cabeza.- Pueden ser plana(usados en carpintería), de cabeza redonda(para unir metales), de cabeza seisavada( se encajan mediante una llave inglesa o fija), cabeza interior seisavada, para ensamblar maderas(se utilizan para apretarlo mediante la llave Allen)

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b.- La caña, es el elemento cilíndrico roscado, que puede afectar a toda la caña o a parte de ella. Una rosca es un perfil geométrico, denominado filete, de forma triangular, trapezoidal o cuadrado, que se desplaza longitudinalmente sobre una forma cilíndrica (la caña) siguiendo un movimiento helicoidal. Puede tener una, dos o tres entradas y el sentido de avance puede ser a izquierdas( mismo sentido de las agujas del reloj) que es el normal o a derechas (sentido contrario de las agujas de reloj). Los parámetros de una rosca son, en primer lugar, el diámetro nominal contando las crestas de la rosca, la profundidad, es la altura del filete, el paso de rosca p, es la distancia entre dos crestas consecutivas ( a cada diámetro nominal le corresponde un paso de rosca); el ángulo de los flancos, es el ángulo formado por la tangente a los lados del perfil, con la perpendicular a la caña . Cuando el filete es triangular, el ángulo puede ser de 60º (roscas métricas) o de 55º (roscas Withworth). El avance, se define como el producto del valor del paso por el numero de entradas y el número de vueltas.

c. Tuercas . La tuerca es una pieza, generalmente de metal, con un orificio roscado en su centro en el que se introduce el tornillo o el esparrago. La tuerca puede ser cuadrada, seisavada, de mariposa, etc. Las tuerzas pueden ser: ciegas, si un extremo está cerrado, de mariposa, si está provista de dos alas para apretarla con los dedos, de seguridad, formada por dos seisavadas(tuerca y contratuerca) y autobloqueadoras, si se encuentra unida a ella una arandela de teflón que se deforma y comprime los filetes de la rosca del tornillo, para

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asegurar su sujeción.d. Arandelas.- Son elementos auxiliares que resultan imprescindibles en muchas aplicaciones. Una arandela es una corona o anillo metálico que se utiliza para evitar el roce entre las piezas entre las que se coloca y así se asegura una inmovilidad relativaEn la siguiente tabla se aprecia los diferentes tipos de arandelas y su utilidad.

Otros elementos roscados son los:a. Pernos.- es una pieza metálica, larga y cilíndrica, con cabeza redondeada por un extremo y por el otro se asegura con una chaveta o tuerca (ejemplo los pernos de las puertas)b. Espárragos.- Son elementos cilíndricos roscados en ambos extremos y lisos por el centro. Para montar un espárrago, se usa en un extremo la tuerca y contratuerca haciendo que ambas giren usando una llave de tubo. c. Tirafondos.- Se utilizan para la unión de las piezas de madera, consiguiendo una unión

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más segura que los clavos.d. Prisioneros.- son pequeños tornillos que se enroscan en una pieza, traspasándola y alojándose en el hueco de una segunda, evitando que una pieza pueda girar o desplazarse longitudinalmente respecto a la otra.

Elementos no roscados, entre ellos caben destacar:a. Pasadores. Son varillas metálicas de secciones variadas, aunque normalmente son circulares. Permiten unir dos piezas mediante el paso a través de ellas. Permiten la sujección entre las piezas y mantiene la posición relativa entre ellas.

b. Chavetas.- Son piezas prismáticas en forma de cuña, pudiendo transmitir esfuerzos entre las piezas que se unen. Se introducen en una ranura practicada en la pieza que es el chavetero. Pueden ser longitudinales, que se utiliza para transmitir giros entre dos piezas, colocándose paralelas al eje y transversales, que se usan de forma similar a los pasadores, se colocan perpendicularmente al eje y sirve para unir determinadas piezas de las máquinas

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herramientas.

c. Lengüetas.- Son piezas prismáticas de acero que se fijan a un chavetero por medio de tornillos. Permite que una pieza se desplace longitudinalmente respecto a otra sin girar.d. Guías.- Son piezas que permiten que una pieza se desplace respecto a otra según una dirección determinada con relación a otra fija .

d. Botones, ojales, velcros, corchetes.- Se usan fundamentalmente en prendas textiles. Los botones se fabrican en plástico o madera y se une a la otra pieza mediante el ojal. Los velcros son dos tiras de plástico que al ponerse en contacto entre si, quedan pegadas. Los corchetes son broches formados por macho y hembra, de tal manera que al producir la presión entre ellos, quedan unidas las dos piezas.

5. Procedimientos mecánicos de separación y corte.

Son los procedimientos más empleados, ya que son económicos. Entre ellos caben destacar:Técnicas sin pérdida de material o con pérdidas del material.

Sin pérdida de material.- Pueden ser separación por corte o por cizallamiento. En la separación por corte se realiza sobre materiales blandos y poco grosor, plático, cartón, cuero, tejidos el corte se puede hacer con cutter o cuchillo. Por cizalla se hace mediante tijeras o por cizalla.Técnicas con pérdida de material.- Se puede llevar a cabo con herramientas manuales, como son la sierra o las limas (escofina) y con las máquinas-herramienta como el taladro, el torno, la fresadora y la rectificadora.Herramientas de corte.- Entre estas herramientas se encuentran las sierras. La sierra está formada por un bastidor o un mango que sujeta una hoja de acero provista de dientes

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Transversales

Longitudinales

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afilados y cortantes. Se corta con ella la madera, los dientes son mas largos, los metales o los plásticos(sierra de arco), con picos más cortos, o para cortar contrachapado ( sierra de marquetería). La sierra eléctrica, usada como máquina de herramienta, que puede ser circular o de va y ven. La lima es pulir o rebajar las superficies de los diferentes materiales, hasta obtener la forma deseada. La lima está formada por el cuerpo y el mango. Las máquinas-herramienta.En los procesos de fabricación con máquinas-herramienta, se puede realizar una automatización informática(CNC) y mediante el CAD – CAM , permite obtener un rendimiento cada vez más alto en el proceso de mecanizado de piezas. Las máquinas-herramientas tienen como objetivo el mecanizado de piezas mediante la extracción de partículas del material, hasta obtener la forma y dimensiones deseadas. El sistema de mecanizado puede ser:a. Por corte.- La sierra, el taladro, el torno, la fresadora.b. Por abrasión.- Piedra de afilar y rectificadora.c. Por electroerosión.d. Por ultrasonido USMe. Por láser.f. Por agua a presión.Las herramientas de corte utilizadas actualmente en fresadoras, tornos y otras máquinas-herramientas son de acero rápido, suele estar hecho de carburos metálicos o a base de una mezcla de metal y cerámica.Los parámetros fundamentales en las máquinas-herramienta son los siguientes:1. ángulos de corte2. La fuerza de corte.- Es la fuerza con que se debe aplicar una cuchilla para vencer la resistencia a la rotura del material cuando se conforma con arranque de viruta.3. Velocidad de corte es la rapidez con la que la herramienta corta la viruta. Se mide en m/min.

Vc = L longitud enm. t tiempo enminutos

Cuando el movimiento de la máquina herramienta es circular: Vc = ω . R = 2 π f . R = π f Dsiendo D el diámetro(en mm.) y f la frecuencia ( en revoluciones por minuto)

Vc = D f1000

Los factores que influye en la velocidad de corte son: el material de la pieza, para los materiales blandos se emplean velocidades de corte mayores que los materiales más duros; el material de la herramienta, que debe ser duro, plástico, y resistente al desgaste y al recocido; Sección de las virutas, con velocidades pequeñas, las virutas son grandes y al contrario; duración de la herramienta es el tiempo transcurrido entre dos afilados consecutivos.

3. La potencia de corte.- Es la potencia necesaria en la cuchilla para el avance y desprendimiento del material se conoce como potencia de corte.

La potencia de corte total Pc = PT + PA

Pc = FC VC = FcVc

60.1000 (kW) = FcVc

60.735 (CV)

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Dado que el rendimiento es el cociente entre la potencia de corte (Pc) y la total empleada (P).

η = PcP , en tanto por cien : η (%) =

PcP 100

4. Los tiempos de fabricación.- Existen diversos procedimientos para calcular el tiempo de fabricación, mediante el cálculo de costes más exacto, el tiempo que se va a tardar en la fabricación. La mejora del rendimiento, mediante la correcta ordenación en el trabajo. Mejora de la productividad, se pueden detectar fases defectuosas o innecesarias que se pueden suprimir o corregir. El tiempo principal es el tiempo de corte o de funcionamiento de la máquina. El tiempo accesorio, es el tiempo que se consume que no son de corte, por ejemplo conectar o desconectar la maquina, amordazar la pieza, etc.

6. Máquinas herramientas : taladro, torno y fresadora.

Entre las máquinas-herramientas, se pueden destacar: el torno, la fresadora, la taladradora, la limadora, la cepilladora .

El torno, es una máquina-herramienta que permite fabricar piezas de revolución, es decir, piezas cuya sección transversal tiene forma circular. Existen cuatro partes fundamentales de un torno:a. Bancada.- Es la parte más robusta y sirve de soporte a todas las demás piezas.b. Cabezal fijo.- Contiene el eje principal, en cuyo extremo van los órganos de sujeción y accionamiento de la pieza. Por medio de un motor se les imprime el movimiento de giro. c. Cabezal móvil.- Se encuentra en el lado opuesto al cabezal fijo. Se puede desplazar gracias a unas guías a lo largo de toda longitud del torno.d. Carro portaútiles.- Lleva la herramienta, a la que comunica el movimiento de avance.El funcionamiento del torno consiste en hacer girar la pieza a lo largo de su eje, al mimo tiempo que la herramienta de corte, una cuchilla que arranca el material de forma continua, avanza longitudinalmente con movimiento uniforme. Los movimientos del torno son: de corte, de avance y de penetración o profundidad de pasada.Las operaciones que se puede hacer con un torno son : el cilindrado de la pieza; el refrentado, disminuyendo una parte la sección de la pieza; el ranurado, realizando una ranura y el roscado, realizando el roscado en la pieza.La fuerza de corte es la siguiente:

FC = K . S siendo K una constante y S = p . a

p es el paso en mm. y a es el avance, que se expresa en mm/vuelta

FC = K . p . a

La potencia del torno será : P = Pc =

Fc .Vc =

K . p .a .Vc

El tiempo de mecanizado será: t = La . f , siendo L, la longitud de la pieza, a el avance de la

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herramienta por cada vuelta, en mm y f la frecuencia de giro en r.p.m.Cuando se tornea la pieza varias veces, t´ = N . t , siendo N el número de pasadas.

Para calcular f , frecuencia de giro,

Vc = .D . f1000

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La taladradora.- La taladradora es una máquina que permite perforar piezas metálicas y no metálicas por medio de una herramienta llamada broca. La broca está fabricada de acero rápido (HSS), en cuyo extremo inferior hay unos extremos afilados, que al girar corta el material. En dicho extremo se han realizado sendas ranuras helicoidales que sirven para eliminar la viruta arrancada. Las brocas son diferentes si se usan para madera, que terminan en forma de pala o corona, para metal o plástico, que son brocas de acero rápido o con acero al carbón, y para concreto (tabiques), que son brocas de vidia . Para llevar a cabo la operación de agujereado, se fija la pieza a la mesa o a la base de la columna, mediante una mordaza o entenalla. El agujero ha de ser trazado, con lápiz o rotulador, y marcado con un granete. Se elige la broca adecuada para cada material y se monta en el portabrocas, sujetándola con una mordaza tipo mandril. Posteriormente se selecciona la velocidad de corte adecuada. Los movimientos de la taladradora son de rotación y avance.Las operaciones que se realizan en el taladrado son las siguientes:1. Perforación.- Puede ser pasante, si atraviesa la pieza o ciego si no la atraviesa.2. Escariado.- Su misión es afinar y ajustar las dimensiones de los agujeros. El acabado es de buena calidad. El escariador es similar a la broca.3. Barrenado.- Consiste en agrandar el agujero previamente realizado.4. Penetrado.- es un barrenado parcial, utilizado para embutir pernos, tornillos de ensamble,etc.5. Avellanado.- Consiste en hacer cajas cónicas en lugar de cilíndricas para alojar los tornillos o roblones de cabeza cónica para ocultarlos.6. Recortado.- Se utiliza para ello, brocas de pala o de campana, obteniéndose agujeros de diferentes diámetros.7. Troceado. Recortan el material utilizando taladros secantes.

La velocidad de corte de la taladradora, es función del material que forma la broca como del material que se va a horadar.

La expresión de la velocidad será :

Vc = .D . f1000

, por lo que f (r.p.m.) = Vc . 1000 .D

Si es una taladradora de columna, la velocidad de giro del motor eléctrico será de f1 y el

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diámetro de la polea acoplada a dicho eje será: Φ1 ; la velocidad de giro del eje de la broca será f2 y el diámetro de la polea acoplada será de Φ2 . Según la relación de transmisión, Φ1 . f1 = Φ2 . f2

La sección de la viruta S de una taladradora será :

S = 2 . a .D2.2 =

a .D2 , siendo D el diámetro de la broca (mm.) y

a el avance(en mm. por vuelta). En cada vuelta, el avance será la mitad de a : a/2, al haber dos hélices:

La fuerza de corte necesaria será :

FC = K . S = K . a .D

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Y la potencia será :

P = Pc =

Fc .Vc =

K .D .a .Vc2 .

El tiempo de fabricación, en minutos se expresa mediante la siguiente fórmula :

t = lD

3a . f

siendo l la longitud del taladro que se desea realizar (en mm.)

D, el diámetro de la broca (mm.) a el avance de la herramienta por cada vuelta.F la velocidad o frecuencia en r.p.m.

Los taladros pueden ser portátiles o de sobremesa; los portátiles, llevan incorporado un motor conectado a la red eléctrica para transmitir a la broca una velocidad de giro sobre sí misma . Posee un portabrocas de mordaza tipo mandril y algunos modelos llevan incorporado un selector de velocidad, cambio del sentido de giro y dos posiciones para taladro o percutor.

Los taladradores de sobremesa, permiten efectuar agujeros mayores y de superior precisión. Consta de una columna sobre la que se desplaza una plataforma de metal que permite sujetar la pieza, pudiéndose orientar. En la parte superior de la columna se encuentra el dispositivo mecánico, formado por sendos troncos poleas, para ajustar la velocidad; de un tronco poleas, pende el talador y el otro tronco poleas, se acopla el motor eléctrico de la columna. El desplazamiento de la broca se realiza mediante una palanca manual de tres radios, hasta la pieza a perforar.

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La fresadora.- Es una máquina que por medio de una herramienta, denominada fresa, que se mueve con un movimiento rotativo, mecaniza superficies de piezas que se desplazan bajo la herramienta con movimiento rectilíneo. Existen dos tipos de fresado: el cilíndrico, cuando el eje de la fresa se dispone paralelamente a la pieza que se desea mecanizar, siendo la fresa de forma cilíndrica y el frontal, el eje de la fresa es perpendicular a la superficie que se desea mecanizar, siendo el acabado más liso.Las partes de una fresadora son las siguientes:1. El cabezal o eje de trabajo, proporciona el movimiento de giro a las fresas mediante un motor eléctrico.2. El carro o mesa, genera el movimiento horizontal de la pieza. La pieza se sujeta al carro. 3. La base , es la placa que soporta a la máquina.4. El cuerpo o bancada, contiene los dispositivos mecánicos de las guías en dos direcciones horizontales y sistemas de accionamiento.Los movimientos que realiza una fresadora son el de corte, por la rotación de la fresa, avance, por el desplazamiento rectilíneo de la pieza, y la penetración o profundidad, debido al movimiento vertical de la pieza.

Las operaciones de una fresadora son las siguientes:

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escarificador

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a. El ranurado, con diferentes formas.b. Escuadreo, para trazar ángulos rectos.c. Aplanado, deja la superficie totalmente plana.d. Vaciado, da a un material un volumen de acuerdo a una forma geométrica determinada.e. Perforación; algunos agujeros con forma determinada(achaflanados, refrentados, etc.) hay que hacerlos utilizando una fresadora en lugar de una taladradora.

La fresa es la herramienta cortante de la fresadora. Está provista de dientes rectos o helicoidales cuyas aristas se distribuyen alrededor de una superficie de revolución. Pueden ser de dientes contados o de cuchillas insertadas. Las fresas dentadas helicoidales respecto a las dentadas rectas, poseen la ventaja de la no vibración ya que cuando una hélice abandona el material, la siguiente lo ataca de nuevo. Las fresas pueden ser: a. De disco; tienen forma de disco con dientes en la periferia y en las superficies laterales. Se usa para el fresado de tallas y ranuras.b. Fresa cilíndrica; igual que la de disco pero de gran espesor.c. Fresa cilíndrica frontal; tiene dientes en la periferia y en una de las caras.d. Fresa de espiga; posee forma cilíndrica y es estrecha. Se utiliza para el fresado de capas profundas y estrechas.

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7. Procedimientos térmicos de corte.

En estos procedimientos, el calor es un factor determinante para el proceso de mecanizado. Entre estos sistemas caben distinguir:

Oxicorte.- Es un procedimiento usado para el corte de metales y aleaciones basado en la combustión del material por la acción de un rayo de oxígeno sobre la línea de corte. Para ello es necesario:1. La oxidación del metal debe ser suficientemente exotérmica para mantener la temperatura de corte.2. La temperatura de inflamación del metal debe ser inferior a la temperatura de fusión, para que se queme antes de fundirse.3. La temperatura de fusión del óxido formado debe ser superior a la temperatura de fusión del metal.Estas condiciones sólo se cumplen en el acero al carbono y en algunas aleaciones;

añadiéndose fundentes especiales, en la línea de corte, se pueden cortar metales como el cobre, el hierro de fundición, el aluminio o el acero inoxidable.

El equipo consta de los mismos elementos que en la soldadura oxiacetilénica y el soplete cortador, está provista de una boquilla especial que recibe el rayo de oxígeno antes de que pase por el mezclador del soplete. El conducto del oxígeno dispone de una válvula de apertura y cierre.

El corte se realiza calentando la pieza con el soplete oxiacetilénico y cuando la temperatura es la adecuada, se abre la válvula de oxígeno y se inicia la rotura desplazando el soplete por la linea de corte.

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Corte por hilo caliente.- Se trata de un alambre metálico a base de una aleación de Ni y Cr, que ofrece gran resistencia al paso de la corriente eléctrica. Este alambre, se calienta al conectarlo a un circuito eléctrico. Se utiliza sobre todo en cortes finos y precisos de plásticos termoplásticos, concretamente para el porexpan (poliestireno expandido).Corte por plasma.- El rayo de plasma se obtiene a partir de gases nobles como el Ar, el nitrógeno o el hidrógeno, que se calientan por asco voltaico de DC. El calentamiento del gas, libera electrones que al unirse al arco en el momento de salir por la boquilla del soplete forman un rayo de plasma, saliendo a gran velocidad y a temperatura elevada. Se utiliza para cortar materiales con elevado punto de fusión.

8. Otros procedimientos de corte.

Otros procedimientos de corte usados en el mecanizado de las piezas son:1. Por reacción química.- Se trata de un procedimiento químico que consiste en eliminar porciones de un metal a partir de una reacción química. Por ejemplo la desarrollada para construir un circuito impreso:

Cu + H2 O2 + 2 H Cl Cu Cl2 + 2 H2 O2. Por electroerosión.- Es una técnica de mecanizado de los metales que consiste en erosionar la superficie por el efecto de una descarga eléctrica; el electrodo actúa como herramienta, mientras que la pieza se sumerge en un líquido electrolítico. Se utiliza, por ejemplo, para el acuñaciones de monedas, para fabricar moldes, matrices, etc. Las ventajas de la electroerosión son las siguientes:1. Las deformaciones en el proceso son muy pequeñas.2. Se pueden realizar formas complejas en piezas frágiles sin que se rompan.3. Se puede utilizar en materiales muy duros.4. El hilo herramienta que se utiliza para la fabricación de una pieza se puede controlar numéricamente.

Como inconvenientes caben destacar que ha de hacerse en materiales conductores de la electricidad y el desgaste sufrido por el electrodo es grande. Gracias a los generadores de impulsos, se puede mitigar este efecto.

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3. Mecanizado por ultrasonidos.- Son una técnica moderna de mecanizado utilizada en algunas máquinas-herramientas . Se basa en la acción de desgaste que producen unas partículas abrasivas disueltas en un líquido. Las partículas se proyectan con gran frecuencia, gracias a los ultasonidos que avanzan con una presión controlada hacia la pieza mecanizar. Se puede utilizar esta técnica en todos los materiales sólidos , conductores o no, incluso duros .4. Mecanizado por láser.- el láser o ampliación de luz por emisión estimulada de radiación, es un dispositivo que genera luz coherente, sin aberraciones, casi monocromática y direccional, en el espectro que va del IR a los rayos X . La primera aplicación se utilizó en el año 1962, con la perforación de una hoja de afeitar. Es característico en el láser su coherencia y el monocromaticidad de la luz que produce una concentración de energía en un haz muy estrecho. Se orienta la utilización del láser en:1. Aplicaciones que requiera poca energía pero muy controlada como es el micromecanizado, el ajuste de los componentes.2. Aplicaciones que requieran una gran cantidad de energía en breve espacio de tiempo como es el tratamiento térmico superficial, soldaduras o cortes de piezas.5. Mecanizado por agua a presión.- Se lanza sobre una pieza, que se va a mecanizar, un chorro de agua muy frío con una gran cantidad de presión (4500 Kg/cm2) . El equipo consta de una primera bomba que eleva la presión del agua hasta unos 15 Kg/cm2 ( en la red de distribución la presión del agua es de 4 a 8 Kg/cm2) y se añaden unos aditivos. El agua se conduce entonces hacia una segunda bomba que eleva la presión hasta el valor necesario y se lanza el chorro de agua a través de una embocadura de zafiro. Se utiliza para el corte de bloques de piedra, de material sintético o de tejidos.

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