procesos de manufactura - fresado de engranajes de dientes rectos usando el cabezal

7/31/2019 Procesos De Manufactura - Fresado De Engranajes De Dientes Rectos Usando El Cabezal

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U.P.T.C.

Facultad Seccional Duitama Procesos De Manufactura II

Escuela de Ingeniería Electromecánica

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PRACTICA DE LABORATORIO 4

Fresado De Engranajes De Dientes Rectos Usando El Cabezal Divisor

INTRODUCCIÓN

Los engranajes se constituyen como uno de los elementos más usados en los mecanismos

de transmisión de movimiento en la gran mayoría de las máquinas industriales. Por ese

motivo es esencial para el estudiante que adquiera el conocimiento sobre uno de los

métodos de fabricación de dichos elementos, el cual es el fresado, para tal proceso es

necesario conocer y calcular las dimensiones de los engranajes y además instruirse en el

uso tanto de la fresadora y sus herramientas de corte (fresas módulo y diametral pitch)

como de un accesorio de esta, denominado cabezal divisor universal, el cual permite la

división exacta de piezas circulares.

1. OBJETIVOS

Adquirir habilidad en el proceso de fresado de engranajes de dientes rectos.

Conocer e implementar el aparato divisor en el proceso de fresado de engranajes de

dientes rectos.

2. GENERALIDADES

2.1. ENGRANES RECTOS

Estos elementos mecánicos son una de las formas más simples de transferir movimiento y

par rotacional, con ellos se evitan los deslizamientos y se pueden conseguir altas

velocidades con una relativa alta transmisión de par entre ejes paralelos. Al conjunto de los



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engranes se le conoce como engranaje, donde al engrane pequeño se le denomina piñón y al

engrane grande, corona o engrane, como se ilustra la figura 1.

Figura 1. Engranaje exterior o externo.

Fuente: Diseño de máquinas, Robert L Norton

Además de esta clase de engranajes encuentran los de piñón-cremallera, engranajes internos

engranajes cónicos, engranajes helicoidales. Los cuales tienen sus características

específicas pero no son objeto de esta práctica.

2.1.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS ENGRANAJES RECTOS

Los engranajes de dientes rectos poseen características particulares con las que es posible

su construcción, éstas se indican en la figura 2, siendo:

cP Paso circular.

a Altura de la cabezal del diente.

b Altura del pie del diente.

h Altura total del diente.

i Espacio entre dientes.

e D Diámetro exterior.

i D Diámetro interior.

p D Diámetro primitivo.



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e Espesor del diente.

Angulo de presión.

Figura 2. Características del engranaje.

A partir de estas características y calcular otras especificaciones para posterior construcción

de engranajes, dichas especificaciones y con obtener en dos sistemas utilizados en la

fabricación de engranajes como son:

Sistema modular.

Sistema por paso diametral (diametral pitch)

Figura 3. Características del engranaje, punto de contacto.

2.1.2.1 Sistema modular . Este sistema se aplica a construcción de engranajes en el sistema

internacional de unidades o métrico, donde se define un parámetro muy importante



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denominado módulo ( M ), el cual se obtiene de la relación entre el paso circular ( cP ) y la

constante circunferencial ( ) como se expresa la siguiente ecuación:

cP M (Ec. 1)

Pero el paso circular ( cP ) se expresa como:

N

DP

p

c (Ec. 2)

Donde p D es el diámetro primitivo y N el número de dientes del engranaje donde M está en

mm, entonces:

N

D M

p (Ec. 3)

Las ecuaciones de cálculo normalizadas y esenciales para fabricación de un engranaje,además de las anteriores son las siguientes todas en función del módulo, generalmente están

dadas en mm.

Ángulo de presión ( ), los ángulos más comunes son 14. 5°, 20º y 25º.

Altura de la cabezal del diente (a):

M a (Ec. 4)

Altura del pie del diente (b):

14.5º para 16.1 M b (Ec. 5)



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20º para 25.1 M b (Ec. 6)

El ancho o espesor del diente (e)

2

M e (Ec. 7)

Longitud del diente ( L): Generalmente se usa un rango de valores y se escoge según

éste

M M M M M L 16 ó 12 ;01 ;8 ;6 (Ec. 8)

Diámetro primitivo:

MN D p (Ec. 9)

Diámetro exterior:

)2( N M De (Ec. 10)

Diámetro interior:

b D D pi 2 (Ec. 11)

Donde b es la altura del pie del diente.

La International of Standars organization ( ISO) recomienda módulos normalizados de uso

común (0.3; 0.4; 0.5; 0.8; 1; 1.25; 1.5; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20 y 25) todos dados en

mm. Además sugiere la no utilización y los siguientes (3.25; 3.75 y 6.5) en mm.



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Para la construcción de engranajes de dientes rectos por fresado se requeriría de una fresa

para cada módulo y número de dientes, como esto es prácticamente imposible se consiguen

juegos de ocho fresas para cada módulo, como los de la tabla 1 en la cual se expone un

juego de fresas para un módulo de 2.

Tabla 1. Número de dientes para un juego de fresas según el módulo.

Fresa Nº Número de dientes

a construir ( N ) 1 12-13

2 14-16

3 17-20

4 21-25

5 26-346 35-54

7 55-134

8 135 en adelante

2.1.2.2 Sistema por paso diametral o diametral pitch. En este sistema la unidad de longitud

es la pulgada, es muy utilizado en Estados Unidos y en países en que se use el sistema

inglés de unidades.

Aunque existen equivalencias entre los dos sistemas modular y diametral pitch los

engranajes no son intercambiables entre sistemas, lo único que permanece igual en ambos

sistemas es el ángulo de presión. Las ecuaciones de cálculo son:

Paso diametral ( DP ), está dado en dientes por pulgada o pulg1 y se expresa así:

pulg D

N P

p

D

1 (Ec. 12)

La conversión de sistema modular quedaría así:



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mmP

M D

4.25

(Ec. 13)

Altura de la cabezal del diente (a):

DPa

1(Ec. 14)

Altura del pie del diente (b):

DPb 157.1 ;14.5º Para (Ec. 15)

DPb

25.2 ;20º Para (Ec. 16)

Ancho o espesor del diente (e):

DPe

2

(Ec. 17)

Paso circular ( cP ):

D

cP

P (Ec. 18)

Diámetro exterior ( e D ):

D

eP

N D

2(Ec. 19)



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Diámetro primitivo ( p D ):

D p P

N

D (Ec 20)

Diámetro interior ( i D ):

b D D Pi 2 (Ec 21)

En el sistema diametral se usan juegos de ocho fresas para cada paso diametral al igual que

en el sistema modular, pero con la variación que la numeración esta dada en sentido inverso

como se ilustra en la tabla 2, donde se expone un juego de fresas para un paso diametral de

pulg1 6

Tabla 2. Número de dientes para un juego de fresas según el paso diametral.

Fresa Nº Número de dientes

a construir ( N )1 135 en adelante

2 55-1343 35-54

4 26-34

5 21-25

6 17-20

7 14-16

8 12-13

La International of Standars Organization ( ISO) recomienda pasos diametrales

normalizados de uso común, estos son: 20, 16,12, 10,8, 6,5, 4,3, 2.5 2, 1.5, 1.25, 1 para

tallado grueso y 20, 24,32, 48,64, 32, 80,96, 120 para tallado fino.

2.2 CABEZALL DIVISOR UNIVERSAL



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Éste es un mecanismo accesorio de la fresadora, el cual permite generar divisiones exactas

en las piezas a fresar. En el caso de tallado de engranajes para obtener el número de ranuras

exacto de dimensiones idénticas, que es lo que realmente se necesita de un engranaje.

El cabezal divisor está provisto esencialmente de:

1. Un sistema de transmisión de giros que generalmente este tornillo sinfín y corona, el

cual tiene 40 o 60 dientes, como se observa la figura 4.

2. Mordazas, donde se someta la pieza a fresar por divisiones.

3. Platos divisores, esos discos de acero los cuales tienen varias series de agujeros

distribuidos uniformemente en circunferencias concéntricas, estos discos comúnmentetienen orificios por ambas caras y pueden venir dispuestos de la siguiente forma:

Cara A: 16, 18,20, 23,29, 33,39, 43,49 agujeros.

Cara B: 15, 17, 19,21, 27, 31, 37, 41,47 agujeros.

Los discos se ilustran en la figura 5.

4. Manivela, es el dispositivo que permite hacer el giro exacto sobre los discos perforados,

además se pueden localizar sobre alguno de los agujeros mediante un perro retráctil

para facilitar la operación de conteo.

5. Compás, sirve para encerrar una selección del plato divisor cuando se requieren

fracciones de vuelta.

Figura 4. Sistema de transmisión de movimiento del cabezal divisor universal.



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Figura 5. Plato divisor.

Para calcular el número de dientes se cuentan con varios métodos de división a saber:

División directa.División indirecta.

División angular.

División diferencial.



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La división indirecta comúnmente se utiliza para fresado de engranajes rectos con números

de dientes de amplio uso, la cual se describe a continuación, las demás se dejan para la

investigación por parte practicante.

2.2.1 División indirecta. Para obtener el número de vueltas que se debe dar a la manivela

se considera el número de dientes que posee la corona de transmisión que puede ser 40 o 60

dientes y el número de divisiones a obtener, luego se aplica la siguiente ecuación, así:

e

c

m N

N N (Ec. 22)

Donde m N es el número de vueltas que se debe dar a la manivela, c N el número de dientes

que tiene la corona de transmisión y e N el número de divisiones o dientes del engranaje

construir. Para calcular el número de vueltas de la manivela pueden suceder tres casos:

1. Cuando m N el número entero: Por ejemplo, si se desean tallar 10 dientes, con número

de 40 dientes en la corona, se tiene:

vueltas410

40m N

Entonces se gira la manivela cuatro vueltas, una vez hecho un diente para elaborar el

siguiente.

2. Cuando m N es fraccionario: Por ejemplo, se desean tallar 100 dientes, con 40 dientes

en la corona, se tiene:

vuelta5

2

100

40m N



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Para tal caso se multiplica y divide por el fraccionario, por un mismo número, así:

20

8

4

4

5

2

Con el número obtenido en el denominador se escoge el número de agujeros en una de

las circunferencias del plato divisor, éste número quiere decir que se utiliza el plato que

contiene las circunferencias de 20 agujeros y con el compás se encierran 8 agujeros,

entonces se talla cada diente después de mover el perno retráctil de la manivela, cada 8

agujeros.

3. Cuando m N es un fraccionario mixto: Por ejemplo se desean tallar 30 dientes con 40

dientes en la corona, entonces:

vuelta3

1

3

4

30

401m N

Éste indica que se debe dar la manivela una vuelta empieza partiendo de cualquier agujero,

para la fracción restante se trata igual que en el caso de fracciones de vuelta así:

39

13

13

13

3

1

Lo cual sugiere usar la circunferencia de 39 orificios y el compás debe abarcar una zona de

13 de sus agujeros, entonces una vez se gira la manivela una vuelta, se adiciona una

fracción de vuelta de 13 agujeros y así para los dientes sucesivos.

2.3 REQUISITOS PRELIMINARES

Conocimiento sobre el proceso de fresado.



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Manejo del cabezal divisor.

2.4 PRECAUCIONES

Usar ropa adecuada, gafas de seguridad, etc.

2.5 AUTOEXAMEN

a. ¿Qué significado tiene módulo y el “diametral pitch” de cualquier engranaje rectos?

b. ¿Cuáles son los ángulos de presión más utilizados en el tallado de engranajes

rectos?

c. ¿Cuál es el objetivo del cabezal divisor?

d. ¿En que consiste el método división indirecta?

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Tabla 1. Equipos.

Cantidad Elemento Observación

1 Fresadora universal FU 1000250 1 Cabezal divisor universal Provisto de discos perforados

1 Fresa para tallado de engranajes

Torno

1 Buril Para cilindrado

1 Calibrador pie de rey

1 Mandril porta fresas Para dentado recto

Tabla 2. Materiales.

Cantidad Elemento Observación

1 Pieza cilíndrica de acero SAE 1020 ó Aluminio



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4. PROCEDIMIENTO

1) Calcule las características del engrane construir según las indicaciones del profesor.

2) Por medio del torno cilindre la pieza hasta obtener el diámetro exterior del

engranaje y la longitud del diente. Luego cilindre el resto de la pieza a un diámetro

menor que puede corresponder a diámetro del eje donde se ubicará el engrane. Este

servirá para la sujeción de la rueda a la mordaza del cabezal divisor. Lo anterior se

ilustra la figura 6.

3) Monte en las mordazas del cabezal divisor la pieza ya torneada y verificadas sus

medidas por medio del calibrador. Sujétela fuertemente como se ilustra la figura 6.

La pieza debe quedar estrictamente centrada.

4) Seleccione y monte la fresa, esta debe elegirse de acuerdo al número de dientes a

construir y al módulo o paso diametral del engrane. Ubíquela sobre el eje de la pieza

como se observa la figura 7.

5) Seleccione la velocidad de avance de la mesa y la velocidad angular de la fresa sin

olvidar ajustar los topes de detención de avance del automático.

Figura 6. Montaje de la pieza en el cabezal divisor de la fresadora.



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Figura 7. Montaje de la fresa.

6) Calcule las vueltas del cabezal divisor, adapte el plato perforado necesario. Ubique

el compás y la manivela en la posición inicial de fresado.

7) Fije la profundidad de corte fuera de la pieza como se ilustra la figura 8 e inicie el

corte de la primera ranura manualmente (la profundidad de corte está exagerada en

la figura)

8) Corte la totalidad de la ranura hasta la profundidad total del diente con el

automático de la fresadora, si es necesario se pueden hacer varias pasadas. Mida las

dimensiones del diente con el calibrador y rectifique la pieza si es necesario.

Figura 8. Ajuste de la profundidad corte.



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BLACK, Stewart C. Principios de Ingeniería de Manufactura. México : Compañía

Editorial Mexicana. p 434 a 451.

CRUZ, J. RICO, J. A. SCHARER, U. Ingeniería de Manufactura. México. CompañíaEditorial Continental. p 278 a 280.

DOYLE Lawrence E. Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. México.

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GERLING, Heinrich. Alrededor de las Máquinas-Herramientas. México : Ed. Reverté, p

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MODULOS DE prácticas básicas de máquinas y herramientas. SERVICIO NACIONAL

DE APRENDIZAJE SENA. Bogotá.

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