TRAZADO, USO Y APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS.

TRAZADO MECÁNICO: Se basa en una serie de medidas que permiten realizar líneas, trazos o cortes sobre una pieza de metal en bruto o mecanizada para darle forma unitaria o series muy pequeñas para ellos son utilizados instrumentos de soporte, guía y maquinarias de cortes precisos.

Es la operación que consiste en marcar sobre la superficie exterior de una pieza semi-trabajada o en bruto las líneas que limitan las partes que deben ajustarse para darles las formas y medidas estipuladas en los planos o croquis de la pieza que se desea realizar.

PUNTAS DE SEÑALAR: Llamadas comúnmente puntas de trazar o marcar, es una varilla de acero delgado que termina en una punta recta y otra doblada unos 90º, ambos afilados en forma aguda, endurecidas por un pequeño temple.

Se los utiliza para señalar o marcar sobre toda clase de materiales.

GRANETE O PUNTA DE MARCAR: Es una varilla de acero de unos 18 o 20 cms de largo, similar al cortafierro, con la diferencia que su boca o filo es un cono de unos 60º o 70º.

Se lo utiliza para marcar centros, identificación de un trazado mecánico, facilita la iniciación de un agujereado con mechas evitando la desviación de las mismas.

GRAMIL: Es un instrumento compuesto de una base torneada o cepillada, en la cual va sujeta una varilla fija u orientable. Por ella corre un deslizador con tornillo donde se fija una punta con la extremidad doblada.

Se emplea para el trazado, especialmente, pero sirve muy bien para comprobar el paralelismo de piezas. Para esto, después de haber aplanado cuidadosamente la primera cara de la pieza, se apoya sobre el mármol, y se hace deslizar la punta del gramil sobre la cara opuesta. Entonces, por el ruido que hace la punta al resbalar, se puede apreciar la diferencia del paralelismo. La habilidad para comprobar con este sistema, lo mismo que con el compás de espesor, consiste en habituarse a percibir la presión de la punta sobre la pieza, es decir, en tener tacto.

COMPARADORES: Llamados también amplificadores de aguja, sirven para la comparación de unas medidas con otras. No nos dan directamente la medida de una magnitud cualquiera, sino la diferencia con otra, conocida o desconocida, y esto se logra observando el movimiento de un palpador que se apoya sucesivamente en las dos piezas que se han de comprobar, o bien en dos puntos distintos de la misma pieza. Constan de un eje cilíndrico que, deslizándose suavemente y sin juego entre una guía de bronce, por medio de un mecanismo interior hace girar una aguja alrededor de un cuadrante dividido en 100 partes.

GUIAS: Las guías son utensilios que se utilizan para guiar o dirigir los útiles de trazado (sirviendo de apoyo o de guía), colocándolas sobre la superficie de la pieza que vamos a trazar. Las más utilizadas son: las reglas, las escuadras y el trasportador de ángulos.

COMPAS: El compás es un instrumento que está formado por dos brazos iguales de acero aleado, articulados en un extremo y los extremos libres terminan con distintas formas de punta afilada (templada). Se utiliza para el trazado de circunferencias, arcos de circunferencias, transportar medidas, etc., poniendo uno de sus extremos libres en la huella del granete. Para el trazado de arcos de diámetros mayores se utiliza otra variedad de compas llamado de varas o de varilla, que está formado por una regla plana por la que se desplazan dos abrazaderas con puntas.

MÁRMOL DE TRAZAR: El mármol de trazar es una mesa pequeña de acero fundido, formado por una lámina de rectangular y una estructura. La mesa está muy bien pulida y planificada, donde apoyaremos las piezas, elementos de apoyo, elementos de trazado, etc., la estructura en forma de nervios robustos para evitar deformaciones. En los extremos lleva dos taladros roscados para la colocación de unos mangos cilíndricos que nos servirán para el transporte del mismo.

ESTRUCTURAS O CUBOS DE TRAZADO: Las estructuras o cubos de trazado son elementos fabricados de fundición gris perlática, sus formas son variadas en función del tipo de trabajo que vayamos a realizar y contienen en su interior una serie de taladros y ranuras que sirven para la sujeción de las piezas por medio de tornillos y tuercas. Las más utilizadas son la estructura en forma de escuadra y el cubo. 8 Se utiliza apoyando una de las caras de la estructura o del cubo sobre el mármol de trazar y sobre este la pieza. Debiendo de estar siempre bien apoyado sobre el mármol.

CALZOS: Los calzos son elementos prismáticos fabricados con fundición gris perlática, donde sus caras son paralelas entre sí y contienen superficies inclinadas formando 90º, donde apoyaremos las piezas cilíndricas como ejes a la hora de su trazado.

MESAS Y ESTRUCTURAS ORIENTABLES: Las mesas y estructuras orientables están fabricadas de fundición gris perlática, compuestos por una mesa plana o en escuadra, que contiene a lo largo de su superficie unas ranuras en T para fijar las piezas por medio de bridas. Lo apoyaremos sobre el mármol de trazar, sobre está la pieza y gracias a el giro de la mesa con respecto su base permite que la pieza forme un ángulo cualquiera, con la posibilidad de trazar en distintos planos líneas en diferentes inclinaciones que vienen marcadas, de grado en grado, y se denominan limbo.

BARNICES DE TRAZADO: Los barnices de trazado se usan para pintar o cubrir las superficies de las piezas que vamos a trazar, ya que la superficie de las piezas suele ser brillante y cuesta ser rayada, con estor barnices se pueden realizar trazos duraderos.

Hoy día nos los podemos encontrar como productos sintéticos, almacenados en recipientes, pintando la pieza con un pincel o algodón o con espray, pero antiguamente eran pastas colorantes que se diluían en agua, los más usados son:

• Diluciones de colores.

• Sulfato de cobre en polvo diluido en agua.

• Blanco de España en polvo con cola diluida en agua.

 • Azul de Prusia en polvo diluido en alcohol y disueltos en goma laca.

AJUSTE MECÁNICO

Definición:

Se entiende por Ajuste Mecánico, elaborar y acabar a mano una pieza mecánica según sus formas y dimensiones establecidas previamente en los croquis o planos. Así mismo, acabar o retocar a mano piezas rebajadas previamente en máquinas. También, adaptar dos o más piezas que deben trabajar unas dentro de otras.

Tipos de Ajustes: según la importancia del trabajo, se consideran y distinguen los siguientes tipos: ajuste apretado, ajuste deslizante, ajuste suelto.

Tipos de operaciones: las principales operaciones que se realizan en los trabajos de ajuste, cuyas denominaciones básicas son: preparaciones y cortes con los materiales, trazado mecánico, aserrado, limado, cincelado, rasqueteado, taladrado, roscado a mano, afilado, remachado y esmerilado.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO:

Algunas veces la resistencia que requiere un elemento de un sistema significa un factor importante para determinar su geometría y dimensiones. En esa situación se dice que la resistencia es una consideración de diseño importante. Cuando se emplea la expresión consideración de diseño se involucra de manera directa alguna característica que influye en el diseño del elemento, o tal vez en todo el sistema. A menudo se deben considerar muchas de esas características en una situación de diseño dada.

Entre las más importantes se pueden mencionar (no necesariamente en orden de importancia):

Algunas de estas propiedades se relacionan de manera directa con las dimensiones, el material, el procesamiento y la unión de los elementos del sistema. Algunas características pueden estar interrelacionadas, lo que afecta la configuración del sistema total.

PRENSA Ó PRENSADORA:

También conocida como prensa mecánica, es la maquinaria que, a través de un volante de inercia, acapara energía y la transmite por vía neumática o mecánica a una matriz o un troquel. Estas prensas, por lo tanto, permiten realizar el proceso conocido como troquelación (la concreción de agujeros en materiales muy diversos, como cartones, plásticos o metales).

SIERRA MECÁNICA:

Se utiliza, para trozar barras o para recortar formas en planchas de algún material.

Las herramientas de corte (sierras) pueden ser discos metálicos delgados con dientes en sus bordes, hojas metálicas delgadas o cintas flexibles con dientes en uno de sus bordes, o ruedas delgadas de bordes abrasivos. Este tipo de herramientas puede efectuar cualquiera de tres acciones: corte propiamente tal mencionado, esmerilado o fusión creada por fricción.

El corte por aserrado mecánico constituye el medio más eficaz para cortar en frío metales de cualquier clase, y se ejecuta por medio de los siguientes métodos:

1. Sierras alternativas de hoja (horizontales)
2. Sierras alternativas de calar (verticales)
3. Sierras sin fin o de cinta (horizontales y verticales)
4. Sierras circulares de disco (verticales)
5. Sierras de muela (verticales)

En las máquinas aserradoras alternativas, la herramienta está formada por una hoja dentada rectilínea que se desplaza en un movimiento alternativo de vaivén, en la que cada uno de los dientes trabaja como una herramienta de corte individual. El trabajo se realiza en la carrera activa de la hoja. En cambio, en las sierras sin fin, la herramienta está formada por una cinta soldada por sus extremos, montada sobre dos ruedas – tambores y animada de un movimiento continuo. Las sierras circulares están conformadas por un disco circular, provisto de dientes en su periferia, y animada también de un movimiento rotativo continuo.

Cada diente constituye una herramienta que corta una viruta. La sierra corte empujando o tirando de ella, y durante el corte, la sierra animada de un movimiento de traslación (Mc) penetra en el metal, si cada diente recibe el esfuerzo de presión de corte necesario. Tratándose de sierras mecánicas de movimiento alternativo y teniendo en cuenta que la hoja es flexible, se deberá colocarla sobre una montura rígida llamada arco o porta hoja, para posteriormente tensarla prudentemente. La resistencia del metal al efectuar el corte tiende a romper los dientes de la hoja. Hará falta pues, apretarla moderadamente durante la carrera de trabajo y aliviarla durante el retroceso.

CORTE CON SEGUETA: 

Su principio de funcionamiento es el mismo que el de las sierras, realizar un corte con desprendimiento de viruta.

La segueta está compuesta por un arco de metal que sirve como soporte para la hoja de corte. Lleva dos tornillos ajustables en los extremos los cuales permiten tensar la segueta. La hoja está formada por dientes que apuntan en ambas direcciones y permiten que la hoja corra menos riesgo de atascarse durante su uso.

Existen distintos tipos de seguetas, por ese mismo motivo la selección de nuestra herramienta debe ser en función del material sobre el cual vamos a trabajar.

ÁNGULO DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE:

a) Cara: Es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta (superficie de desprendimiento).

b) Flanco: Es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la viruta generada en la pieza (superficie de incidencia).

c) Filo: Es la parte que realiza el corte. El filo principal es la parte del filo que ataca la superficie transitoria en la pieza. El filo secundario es la parte restante del filo de la herramienta.

d) Punta: Es la parte del filo donde se cortan los filos principales y secundarios; puede ser aguda o redondeada o puede ser intersección de esos filos.

ÁNGULO DE INCIDENCIA

Es el ángulo contenido entre la vertical en la punta de la herramienta y la faceta lateral de la plaquita.

En placas con ángulo de corte de 90º (neutras), es necesario un ángulo de inclinación (I) negativo, así el ángulo de incidencia (a) es positivo y la cara que define el ángulo de incidencia no roza con la pieza (este efecto de rozamiento se denomina talonamiento).

En operaciones de mandrinado se necesitan geometrías de corte positivas para ángulo de corte de 78º a 70º, y ángulos de inclinación positivos. Las placas con esta geometría tienen la cara de apoyo que va en alojamiento menor que la superior.

ÁNGULO DE CORTE

El ángulo de corte o de incidencia de la plaquita es el formado entre el plano de la cara superior de la plaquita y su lado lateral en la punta de corte.

Según el ángulo de corte, las placas se clasifican en neutras (de 90º), positivas (menores de 90º), o placas extra positivas (si son de 73º o inferiores).

Cuanto menor es este ángulo, más frágil es el filo, pero es por el contrario, más cortante.

ANGULO DE ATAQUE O ÁNGULO DE DESPRENDIMIENTO

El ángulo de desprendimiento está formado por un eje paralelo al avance de la herramienta colocado en la punta de la placa con la superficie superior de la placa.

El Angulo de ataque es el formado entre la superficie de ataque; a lo largo de la cual desliza la viruta, y una línea imaginaria perpendicular a la dirección del movimiento de trabajo. El ángulo de ataque puede ser positivo o negativo.

Con un ángulo de ataque negativo: la herramienta actúa como rasqueta y el arranque de material es muy pequeño

De la magnitud del ángulo de ataque depende la clase de virutas que se forme.

Y el ángulo de queda entre la superficie de desprendimiento recibe el nombre de ángulo de desprendimiento o de ataque y se denota por γ. Este último puede ser negativo, lo que significa que la superficie de desprendimiento va más allá de la normal y se mide hacia el otro lado. Con esta convención la suma de los tres es siempre 90º.

La herramienta debe elegirse de acuerdo con el material a mecanizar, con una geometría de corte específico que forme una cuña de corte apropiada. Esto asegura, junto con la correcta velocidad de corte el flujo óptimo de viruta y por lo tanto el mecanizado rentable de la pieza de trabajo con la calidad óptima, o requerida, de la superficie.

ÁNGULO DE FILO

El ángulo de filo es el comprendido entre los ángulos de desprendimiento y de incidencia. Cuanto mayor sea este ángulo más robusto es la zona de contacto principal de la herramienta.

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

Características 

Los aceros al carbono son los materiales para herramientas más antiguos y se han utilizado ampliamente en brocas, machuelos, brocas y rimas desde la década de 1880. Después se desarrollaron aceros de baja y media aleación para aplicaciones similares, pero con una vida útil más larga de la herramienta. 

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

Para soportar los ciclos rápidos de temperatura encontrados en el corte interrumpido. 

Resistencia al impacto térmico

Dureza en Caliente

Para que las fuerzas de impacto sobre la herramienta, que se repiten en operaciones de corte interrumpido (como el fresado, torneado de una flecha estriada en un torno, o debido a la vibración y el traqueteo durante el maquinado), no astillen o fracturen la herramienta. 

Tenacidad y resistencia al impacto 

Para que se mantengan la dureza, resistencia y resistencia al desgaste de la herramienta a las temperaturas habituales en las operaciones de maquinado. Esto asegura que la herramienta no sufra alguna deformación plástica y, por ende, retenga su forma y filo.

Resistencia al desgaste

Para obtener una vida útil aceptable de la herramienta antes de reemplazarla. 

Estabilidad química y neutralidad

Para evitar o minimizar cualquier reacción adversa, adhesión y difusión en la herramienta-viruta que pudiera contribuir al desgaste de la herramienta.

Aunque son económicos y es fácil darles forma y afilarlos, estos aceros no tienen la suficiente dureza en caliente ni la resistencia al desgaste para cortar a altas velocidades, cuando la temperatura se eleva de manera significativa. Su uso se limita a operaciones de baja velocidad de corte, de ahí que no tengan una importancia particular en la manufactura moderna. 

Las herramientas de acero de alta velocidad (HSS) se llaman así porque se desarrollaron para maquinar a mayores velocidades de las que era posible hacerlo antes.

Se pueden endurecer a diferentes profundidades, poseen buena resistencia al desgaste y son relativamente económicos.

Producidos por primera vez a principios del siglo XX, los aceros de alta velocidad son los que tienen mayor aleación de todos los aceros para herramientas.

Debido a su tenacidad (de ahí su alta resistencia a la fractura), los aceros de alta velocidad son adecuados para: (a) herramientas de ángulos grandes y positivos de ataque (es decir, aquellas con pequeños ángulos comprendidos); (b) cortes interrumpidos, (c) máquinas herramienta con baja rigidez, sujetas a vibración y traqueteo, y (d) herramientas complejas y de una sola pieza, como brocas, rimas, machuelos y cortadores de engranes.

Su limitación más importante (por su baja resistencia en caliente) es que las velocidades de corte son bajas, en relación con las de las herramientas de carburo.

Existen dos tipos básicos de aceros de alta velocidad: al molibdeno (serie M) y al tungsteno (serie T). La serie M contiene hasta 10% de Mo, con Cr, V, W y Co como elementos de aleación. La serie T contiene de 12% a 18% de W, con Cr, V y Co como elementos de aleación.

Los carburos formados en el acero constituyen de 10% a 20% en volumen.

La serie M tiene mayor resistencia a la abrasión que la serie T, sufre menos distorsión durante el tratamiento térmico y es menos costosa. En consecuencia, 95% de todos los aceros de alta velocidad para herramientas se producen con la serie M.

Se pueden recubrir para mejorar su desempeño.

Los aceros de alta velocidad para herramientas también se pueden someter a tratamientos superficiales (como endurecimiento superficial para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste o a tratamiento con vapor a temperaturas elevadas para desarrollar una capa dura de óxido negro (azulado) a fin de mejorar el desempeño, incluyendo una tendencia reducida a la formación de borde acumulado.

Tienen los siguientes intervalos de composición: de 38% a 53% de Co, de 30% a 33% de Cr y de 10% a 20% de W. 

Debido a su elevada dureza (comúnmente entre 58 y 64 HRC), tienen buena resistencia al desgaste y pueden mantener su dureza a temperaturas elevadas.

No son tan tenaces como los aceros de alta velocidad y son sensibles a las fuerzas de impacto, en consecuencia, son menos adecuadas que los aceros de alta velocidad para las operaciones de corte interrumpido.

Conocidas comúnmente como herramientas de estelita, estas aleaciones se funden y se rectifican para darles formas relativamente sencillas. 

En la actualidad sólo se utilizan en aplicaciones especiales que implican cortes de desbaste, profundos y continuos, con avances y velocidades relativamente elevadas, hasta del doble de las capacidades posibles con los aceros de alta velocidad.

Por lo general los cortes de desbaste comprenden grandes proporciones de avance y grandes profundidades de corte, con el propósito fundamental de retirar grandes cantidades de material. Por el contrario, los cortes de acabado se realizan con menores avances y profundidades de corte, y el acabado superficial es prioritario.

Para cumplir el reto de las velocidades de corte cada vez mayores se presentaron los carburos (también conocidos como carburos cementados o sinterizados) por primera vez en la década de 1930.

Debido a su elevada dureza en un amplio intervalo de temperaturas, su alto módulo elástico, alta conductividad térmica y baja dilatación térmica, los carburos se encuentran entre los materiales para herramientas y matrices más importantes, versátiles y de costo efectivo para una amplia gama de aplicaciones.

Los dos grupos más importantes de carburos utilizados en maquinado son el carburo de tungsteno y el carburo de titanio.

CARBURO DE TUNGSTENO

El carburo de tungsteno (WC) consiste en partículas de carburo de tungsteno aglutinadas en una matriz de cobalto. Estas herramientas se manufacturan mediante técnicas de metalurgia de polvos (de ahí el término carburos sinterizados o carburos cementados).

Con frecuencia, los carburos de tungsteno se integran con carburo de titanio y carburo de niobio para proporcionar propiedades especiales al material.

Al aumentar el contenido de cobalto (va de 6% a 16%) disminuyen la resistencia, dureza y resistencia al desgaste del WC, mientras que aumenta su tenacidad debido a la mayor tenacidad del cobalto.

Por lo general, las herramientas de carburo de tungsteno se utilizan para cortar aceros, hierros fundidos y materiales no ferrosos abrasivos y han reemplazado ampliamente a las herramientas de HSS debido a su mejor desempeño.

CARBUROS MICROGRANO

Las herramientas de corte también se producen con carburos de granos de tamaños submicroscópicos y ultrafinos (micrograno). 

El tamaño del grano se encuentra en el intervalo de 0.2 a 0.8 mm (8 a 30 mpulg). 

Estos materiales para herramientas son más fuertes, duros y resistentes al desgaste, mejorando de esta manera la productividad. En una aplicación, con estos materiales se están produciendo microbrocas con diámetros del orden de 100 mm (0.004 pulgada), que se utilizan en la fabricación de tarjetas de circuitos microelectrónicos.

CARBUROS CON GRADIENTES FUNCIONALES

En estas herramientas, la composición del carburo en el inserto tiene un gradiente a través de la profundidad cercana a su superficie, en lugar de ser uniformes, como los insertos comunes de carburo.

Las propiedades mecánicas graduadas eliminan las concentraciones de esfuerzos y promueven la vida útil y el desempeño de las herramientas. Sin embargo, son más costosas y no se pueden justificar en todas las aplicaciones.

CARBURO DE TITANIO

El carburo de titanio (TiC) consiste en una matriz de níquel-molibdeno. Tiene una resistencia al desgaste mayor que la del carburo de tungsteno, pero no es tan tenaz. 

Es adecuado para maquinar materiales duros (principalmente aceros e hierros fundidos) y para cortar a velocidades superiores a las apropiadas para el carburo de tungsteno.

INSERTOS

Son herramientas individuales de corte con varios puntos de corte. Un inserto cuadrado tiene ocho puntos de corte y un inserto triangular tiene seis. En general, los insertos se sujetan sobre el portaherramientas con diversos mecanismos de sujeción. Aunque no se utilizan con tanta frecuencia de esta manera, los insertos también se pueden soldar al zanco de la herramienta, pero esta práctica se abandonó desde hace mucho tiempo.

Existen varias formas de insertos o pastillas de carburo, tales como cuadrado, triángulo, diamante y redonda. La resistencia del filo de corte de un inserto depende de su forma.

CERÁMICOS CON BASE DE NITRURO DE SILICIO

Estas herramientas tienen tenacidad, dureza en caliente y buena resistencia al impacto térmico. 

Un ejemplo de material con base de SiN es el sialón. Posee una resistencia al impacto térmico y se recomienda para maquinar hierros fundidos y superaleaciones con base de níquel a velocidades intermedias de corte. 

Sin embargo, debido a su afinidad química con el hierro a temperaturas elevadas, las herramientas con base de SiN no son adecuadas para maquinar aceros.

DIAMANTE

Como herramienta de corte tiene propiedades deseables, entre ellas baja fricción, alta resistencia al desgaste y la capacidad de mantener su filo de corte. 

Se utiliza cuando se requiere un buen acabado superficial y precisión dimensional, en particular con las aleaciones no ferrosas blandas y con los materiales abrasivos metálicos y no metálicos (sobre todo algunas aleaciones de aluminio-silicio). 

En la actualidad se usan ampliamente diamantes sintéticos o industriales, ya que el natural tiene defectos y su desempeño puede ser impredecible.

Para aplicaciones especiales se pueden utilizar diamantes monocristalinos de varios quilates. Sin embargo, se han sustituido en gran medida por herramientas de diamante policristalino, llamados compactos. Estas herramientas de diamante consisten en cristales sintéticos muy pequeños fundidos mediante un proceso de alta presión y alta temperatura.

El diamante es frágil, por lo que son importantes la forma y el afilado de la herramienta. 

Se utilizan ángulos pequeños de ataque para proveer un filo de corte fuerte (debido a los ángulos mayores comprendidos). 

Las herramientas de diamante se pueden emplear en forma satisfactoria casi a cualquier velocidad, pero son más adecuadas para cortes de acabado ligero, ininterrumpido. 

Con el propósito de minimizar la fractura de la herramienta, el diamante monocristalino debe reafilarse en cuanto se desafile. 

Debido a su fuerte afinidad química a temperaturas, no se recomienda el diamante para maquinar aceros simples al carbono o aleaciones de titanio, níquel y cobalto. También se usa como abrasivo en las operaciones de rectificado y pulido y como recubrimientos.