INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

PRESENTAN: MARIO CLAUDIO CARMELO ORUE LEZCANO MIGUEL ANGEL RAMÍREZ CANO MIGUEL ANGEL RAMÍREZ MIER

ASESORES DE TESIS: JOSÉ LUIS CORNEJO CASTAÑEDA JOSÉ LUIS ANGUIANO GAMIÑO

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

ÍNDICE. Página ÍNDICE. ................................................................................................................................................ I JUSTIFICACIÓN............................................................................................................................... III OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................................... III OBJETIVOS PARTICULARES........................................................................................................ III Capítulo 1 HISTORIA DE LAS LEVAS............................................................................................. 1 1.1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1 1.2 ACEÑAS, BATANES Y MARTINETES ................................................................................. 1 1.3 LA GUERRA Y EL DESARROLLO TEXTIL......................................................................... 4 1.4 LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL........................................................................................... 5 1.5 EL TORNO AUTOMÁTICO Y SU IMPORTANCIA EN LA INDUSTRIA .......................... 8 Capítulo 2 TIPO Y DISEÑO DE LEVAS ........................................................................................... 9 2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS LEVAS......................................................................................... 9 2.2 NOMENCLATURA DE LAS LEVAS.................................................................................... 13 2.3 LEVAS DE DISCO CON SEGUIDOR RADIAL (DISEÑO GRÁFICO). ............................. 17 2.4 LEVA DE DISCO CON SEGUIDOR OSCILATORIO.......................................................... 21 2.5 LEVA DE RETORNO POSITIVO.......................................................................................... 23 2.6 LEVA CILÍNDRICA. .............................................................................................................. 24 2.7 LEVA INVERSA..................................................................................................................... 25 2.8 CURVAS DE DESPLAZAMIENTO DE LAS LEVAS.......................................................... 26 Capítulo 3 TRATAMIENTOS TÉRMICOS...................................................................................... 38 3.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 38 3.2 APLICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS ..................................................... 38 3.3 CONSIDERACIONES............................................................................................................. 38 3.4 ESTADO METÁLICO ............................................................................................................ 40 3.5 TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUÍMICOS MÁS IMPORTANTES ................ 45 3.5.1 TEMPLE ........................................................................................................................... 45 3.5.2 REVENIDO ...................................................................................................................... 47 3.5.3 RECOCIDO ...................................................................................................................... 48 3.5.4 NORMALIZADO ............................................................................................................. 48 3.5.5 NITRURACIÓN ............................................................................................................... 48 3.5.6 CEMENTACIÓN.............................................................................................................. 49 3.5.7 CARBONITRURACIÓN.................................................................................................. 49 3.5.8 SULFINIZACIÓN ............................................................................................................ 49 Capítulo 4 SELECCIÓN DE MATERIALES DE ACUERDO AL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LA FABRICACIÓN DE LEVAS........................................................................................... 50 4.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS PARA MÁQUINAS.................................................. 50 4.2 ELECCIÓN DE LOS ACEROS DE HERRAMIENTAS........................................................ 51 4.3 PENETRACIÓN DEL TEMPLE............................................................................................. 51 4.4 TENACIDAD........................................................................................................................... 51 4.5 DUREZA EN CALIENTE....................................................................................................... 52 4.6 RESISTENCIA A LA DESCARBURACIÓN ........................................................................ 52 I

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4.7 ACEROS DE HERRAMIENTAS DE TEMPLE AL AGUA.................................................. 52 4.8 ACEROS DE HERRAMIENTA PARA TRABAJOS DE CHOQUE..................................... 53 4.9 ACEROS PARA TRABAJOS EN FRÍO:................................................................................ 53 4.10 ACEROS PARA TRABAJOS EN CALIENTE .................................................................... 54 4.11 ACEROS RÁPIDOS .............................................................................................................. 54 4.12 ACEROS PARA USOS ESPECIALES................................................................................. 55 4.13 TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS DE HERRAMIENTAS.......................... 55 Capítulo 5 PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS. ................................................ 57 5.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 57 5.2 PROCESOS DE MANUFACTURA Y HERRAMIENTAS DE CORTE............................... 57 5.3 HERRAMIENTAS DE CORTE PARA METAL.................................................................... 58 5.4 FUERZAS DE CORTE............................................................................................................ 59 5.5 ÁNGULOS Y FORMAS DE LA HERRAMIENTA............................................................... 60 5.6 MATERIALES PARA HERRAMIENTAS............................................................................. 62 5.7 REFRIGERANTES.................................................................................................................. 65 5.8 MAQUINABILIDAD Y ACABADO SUPERFICIAL. .......................................................... 67 5.9 DURACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS.............................................................................. 68 5.10 PARÁMETROS DEL FABRICANTE DE LA MÁQUINA ................................................. 71 5.10.1 TABLAS AUXILIARES. ............................................................................................... 94 Capítulo 6 EJEMPLO DE UN CÁLCULO DE LEVAS. ................................................................ 107 6.1 INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO. ...................................................................................... 107 6.2 NOMENCLATURA UTILIZADA PARA EL DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS DE LAS LEVAS ................................................................................................................................ 108 6.3 PASOS NECESARIOS PARA EL CÁLCULO DE LEVAS ................................................ 109 CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 134 FUENTES DE CONSULTA............................................................................................................ 135 BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................... 135 CONSULTA VIRTUAL .............................................................................................................. 136

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JUSTIFICACIÓN Desde que se inventaron las máquinas con levas el hombre las ha utilizado ya que le facilitan el trabajo y ejecutan solas cada ciclo de las operaciones sin errores, realizando grandes producciones. Estas máquinas pueden realizar infinidad de piezas y cada una requiere un juego de levas, por lo que se necesitan una gran variedad de diseños. En la actualidad pocas personas saben cómo realizar el cálculo de éstas, por lo cual mediante este trabajo pretendemos demostrar la forma de efectuarlo y así contribuir al desarrollo tecnológico nacional.

OBJETIVO GENERAL El objetivo general de este trabajo es enseñar a calcular levas para su diseño, a cualquier persona que tenga conocimientos básicos de maquinados ya que tendrá una idea más precisa de las capacidades de la máquina y con esto podrá realizar de una mejor manera la sincronización de las operaciones necesarias para ejecutar el cálculo, consiguiendo con esto un diseño óptimo.

OBJETIVOS PARTICULARES • • • • • • • •

Describir qué es una leva. Presentar una reseña histórica de su origen y aplicación en la industria. Mostrar los tipos de levas más usuales. Conocer las partes que componen los mecanismos de levas. Describir los tratamientos térmicos que se les aplican. Identificar los tipos de materiales que se emplean para su fabricación. Detallar los parámetros utilizados para ejecutar el cálculo de levas y su diseño. Mostrar un ejemplo completo para que se tenga una idea más clara de su realización

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Capítulo 1 HISTORIA DE LAS LEVAS. 1.1 INTRODUCCIÓN Una leva es un dispositivo adecuado para transformar un movimiento en otro. Este elemento de máquina tiene una superficie curva o ranurada que caza con el seguidor y le imprime un movimiento. El movimiento de la leva (generalmente rotativo) se transforma en oscilación, translación o ambos del seguidor. Debido a la geometría de las levas y al gran número de combinaciones de leva seguidor, la leva es un elemento mecánico sumamente versátil. Las levas pueden ser planas o espaciales. En las planas el punto guiado y la leva se encuentran en el mismo plano; en las espaciales se encuentran en distintos planos. El movimiento de las levas planas puede ser de traslación, de rotación o combinados; y el de la guía puede ser de simple desplazamiento o de giro; por lo que, habrá cuatro tipos principales de levas: planas, combinando los dos pares de posibilidades indicadas. Normalmente las levas tienen un movimiento conocido, que es el determinado por su unión con el árbol motor u otro mecanismo dependiente de él. A partir de este movimiento de leva y teniendo en cuenta el desplazamiento deseado en la guía, se puede encontrar, por procedimientos gráficos o analíticos, el perfil deseado de la leva. Cuando en un mismo eje se disponen varias levas, se denomina árbol de levas. Éste se emplea por ejemplo, en los motores de gasolina para producir la apertura y cierre de válvulas y en algunas máquinas-herramientas que necesitan un gran número de alternancias por minuto para la mecanización de piezas muy complicadas.

1.2 ACEÑAS, BATANES Y MARTINETES El incremento de la industria textil en Castilla, hizo que a finales del siglo XII se mecanizaran algunas labores pesadas como el lavado y enfurtido de los paños empleando máquinas hidráulicas llamadas batanes, las cuales transformaban la energía hidráulica de los ríos en movimiento rotativo mediante paletas, las cuales, servían como levas provocando un movimiento alternativo en las masas que al golpear contra el muro del cajón enfurtían las telas (Figura 1-1) Al igual que el batán, el martinete de forja y la aceña harinera mueve sus mazos mediante levas (paletas), posteriormente, se sustituyeron las paletas por la rueda hidráulica vertical (Figura 1-2), generalmente de tipo vitruviana, por ser el dispositivo más conveniente para evitar engranajes.

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CAPITULO I

HISTORIA DE LAS LEVAS

Figura 1-1 Batán Hidráulico

Figura 1-2 Rueda Hidráulica Vitruviana

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Dada la gran facilidad de transformar una aceña harinera en un batán de paños, estas reconversiones industriales fueron muy frecuentes hasta el siglo XIX en Castilla, dependiendo en cada momento de la industria que estuviera más en auge. No obstante y aunque muchas de estas transformaciones tuvieron lugar en los ríos caudalosos, lo más frecuente fue construir nuevos batanes en pequeños arroyos, para así servir a una industria textil poco mecanizada y de producción muy dispersa. incluso en el siglo XVIII, en las respuestas generales del Catastro del marqués de la Ensenada, en la provincia de Zamora, de las 2177 personas dedicadas a actividades artesanales e industriales, 783 eran molineros, es decir, más de la tercera parte del sector secundario. Por lo que una de las máquinas más importantes de la época medieval fue el molino (Figura 1-3), que no sólo incrementó la cantidad de grano molido y de madera aserrada, sino que también favoreció a la formación de molineros expertos en manivelas compuestas, levas y otras técnicas de movimiento de máquinas, así como la combinación de sus partes con otros dispositivos.

Figura 1-3 Molino Medieval

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CAPITULO I

HISTORIA DE LAS LEVAS

1.3 LA GUERRA Y EL DESARROLLO TEXTIL En el área de la guerra, se mejoró la caballería como arma militar, con la invención de la lanza y la silla de montar. Hacia el siglo IV; se desarrolló también la armadura más pesada, la cría de caballos más grandes y la construcción de castillos. La introducción de la ballesta (Figura 1-4), la cual lanzaba flechas con mayor velocidad y a distancias más largas que el arco convencional, mediante un arco metálico y un mecanismo de leva (nuez) que servía para liberar la cuerda. Más tarde, la técnica de la pólvora desde China, llevó a la fabricación de pistolas, cañones y morteros (a través del desarrollo de la cámara de explosión), reduciendo de este modo la efectividad de los escudos pesados y de las fortificaciones de piedra.

Figura 1-4 Ballesta

La rueda de hilado (Figura 1-5), que se introdujo desde la India en el siglo XIII o XIV, mejoró la producción de hilo y la costura de la ropa y se convirtió en una máquina común en el hogar. El hogar, en sí mismo, también se transformó con la inclusión de una chimenea, que ahorraba la madera cada vez más escasa debido a la expansión agrícola. Hacia el año 1000, los excedentes agrícolas, debidos a varias mejoras en el arado, llevaron a un incremento del comercio y al crecimiento de las ciudades. En éstas se desarrollaron las innovaciones arquitectónicas de muchos reinos, para culminar en grandiosas catedrales góticas de altos muros, posibles gracias a los arbotantes. El batán de los años 1500-1600 era una rueda de unos 2 metros de diámetro, provista de unas 16 palas, que movida por el agua arrastraba en su giro al árbol o eje en el que van 4

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intercaladas a 90 grados dos levas o volvedoras que levantan unos mazos de madera muy gruesos (70/80 kg) que dan en un pilón en el que golpean paños, colocados en un rollo de madera de castaño, para desengrasarlos y enfurtirlos. El mecanismo estaba constituido por el sistema hidráulico, el armazón o estructura y el recipiente. El proceso debía ser vigilado continuamente.

Figura 1-5 Rueda de Hilado

1.4 LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos y tocar el piano (Figura 1-6) Una serie de levas se utilizaban como “el programa” para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar. Estas creaciones mecánicas de forma humana deben considerarse como inventos aislados que reflejan el genio de hombres que se anticiparon a su época. Hubo otras invenciones mecánicas durante la revolución industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas al sector de la producción textil y al transporte. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico de Cartwright (1785), el telar de Jacquard (1801), entre otros.

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CAPITULO I

HISTORIA DE LAS LEVAS

Figura 1-6 Muñeca Mecánica capaz de tocar el piano y hacer dibujos

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Con respecto al transporte, aparecieron la locomotoras (Figura 1-7) y los barcos de vapor (Figura 1-8), que FUNCIÓNaban mediante vapor a presión producido dentro de una caldera y un mecanismo de válvulas controladas por árboles de levas, permitiendo la salida intermitente del vapor impulsada por los pistones, que a su vez hacen rotar ya sea las llantas de la locomotora o las aspas o hélices que impulsan a los barcos.

Figura 1-7 Diagrama Que Muestra las Partes de una Locomotora de Vapor 1.- Caldera , 2- caja de válvulas , 3- juego delantero de ruedas auxiliares , 4- pistón , 5- cilindro , 6- articulación del tallo del pistón con la biela , 7- barra lateral que acopla las ruedas , 8-biela , 9-armadura , 10- carril , 11-juego trasero de ruedas auxiliares, 12- caja de humos , 13- tubos , 14- agua , 15- armadura , 16-muelle , 17- soportes , 18- cojinete , 19- carril , 20parrilla del hogar , 21- boca del hogar

Figura 1-8 Primer Barco de Vapor Diseñado por Robert Fulton

Las aguas del río Sena, en 1803, fueron el escenario donde por primera vez se observó navegar un buque movido por vapor, medía sesenta pies de largo y ocho de alto y había 7

CAPITULO I

HISTORIA DE LAS LEVAS

sido inventado por Robert Fulton. Esto lo había hecho con la ayuda de la asociación de Robert R. Livingston, en ese entonces, embajador de Estados Unidos en Francia. Desafortunadamente, era demasiado débil para la caldera y máquina de vapor, por lo que se partió en dos y se fue al fondo del río. Fulton reparó la máquina y el bote fue puesto nuevamente a flote en julio de 1803. En agosto de 1803 este bote navegó, aunque lentamente, entre tres y cuatro millas por hora contra corriente y su velocidad máxima era de 4.5 millas. Fulton marchó a Nueva York, donde Livingston había obtenido un monopolio de barcos a vapor por todo el estado, con base en el compromiso de que pondría en FUNCIÓNamiento un barco a vapor que alcanzara los 6,4 km/h. El 18 de agosto de 1807, Fulton inauguró su Clermont de 45 mts., que hizo el recorrido de 240 km desde Nueva York a Albany en 32 horas, aproximadamente a 7,5 km/h, un viaje que duraba cuatro días con un barco de vela. Tras ello, Fulton recibió una patente por su construcción.

1.5 EL TORNO AUTOMÁTICO Y SU IMPORTANCIA EN LA INDUSTRIA Se denomina torno (del latín tornus y este del griego τόρνος, giro, vuelta) a una máquina herramienta que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Esta máquina-herramienta opera haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centrado) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución Industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado debido a la amplia gama de piezas que es capaz de producir. El torno automático es un tipo de torno cuyo proceso de trabajo está, como su nombre lo indica, enteramente automatizado. La alimentación del material necesario para cada pieza se hace de forma automática, a partir de una barra larga que se inserta por un tubo que tiene el cabezal y se sujeta mediante mordazas de apriete hidráulico. La puesta a punto de estos tornos es muy laboriosa y por eso se utilizan principalmente para grandes series de producción. El movimiento de todas las herramientas está automatizado por un sistema de levas y reguladores electrónicos o mecánicos que regulan el ciclo y los topes de final de carrera. Los tornos automáticos han desempeñado un papel muy importante en la industria manufacturera por la capacidad que tienen de producir grandes lotes de piezas idénticas, a un bajo costo unitario, otro de los factores que destaca de estos tornos es que, como su nombre lo indica, trabajan con un mínimo de intervención humana, eliminando así, muchas horas hombre y disminuyendo errores en la producción.

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Capítulo 2 TIPO Y DISEÑO DE LEVAS Las levas desempeñan un papel muy importante dentro de la maquinaria moderna: en los motores de combustión interna, en las máquinas herramientas, en las computadoras mecánicas, en varios instrumentos y en muchas otras aplicaciones. Una leva puede diseñarse considerando los siguientes factores: 1. Suponer el movimiento requerido para el seguidor y diseñar la leva que produzca dicho movimiento. 2. Suponer la forma de la leva y determinar dichas características de desplazamiento. Velocidad y aceleración que producirá dicho contorno. De hecho, el diseño de un mecanismo de la leva a partir del movimiento deseado es una aplicación de la síntesis que se puede resolver en todo momento.

2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS LEVAS. La ecuación de movilidad de Grubler M = 3(n − 1) − 2 f 1 − f 2 en donde: M = movilidad o grados de libertad. n = número total de eslabones, incluyendo el piso.

f1 = número de uniones de un grado de libertad. f 2 =número de uniones de dos grados de libertad.

Si

M > 1: el dispositivo es un mecanismo con M grados de libertad. M = 1: el dispositivo es una estructura estáticamente determinada. M ≤ -1: el dispositivo es una estructura estáticamente indeterminada.

La movilidad o números de grados de libertad es el número mínimo de parámetros independientes requeridos para especificar la posición de cada uno de los eslabones de un mecanismo. Las levas o engranes tienen dos grados de libertad. En la práctica la mayoría de los pares de levas se encuentran en mecanismos simples de la leva y el seguidor que sólo contienen tres eslabones; los dos eslabones del par de la leva y un eslabón de piso a base. Los mecanismos de leva pueden clasificarse según el 9

CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

tipo de leva o de acuerdo a su forma, movimiento o ubicación del seguidor. El mecanismo de leva más sencillo y que se emplea más frecuentemente es una leva de disco giratorio con un seguidor reciprocante u oscilatorio. La Figura 2-1 muestra la leva de disco con un seguidor con arista de cuchilla en línea. El seguidor se considera en línea (o radial) cuando su línea de centro pasa por el centro de rotación de la leva. Este tipo de seguidor es de interés teórico pero no es de gran importancia práctica debido a que generalmente produce esfuerzos de contacto elevados.

Figura 2-1 Seguidor de Cuchilla en Línea

La Figura 2-2 muestra la leva de disco con en seguidor de carretilla en línea.

Figura 2-2 Seguidor de Carretilla en Línea

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La Figura 2-3 muestra la leva de disco con seguidor de carretilla excéntrico. En cada uno de los mecanismos de leva y seguidor de las Figura 2-1, Figura 2-2 y Figura 2-3 la leva gira en tanto el seguidor tiene un movimiento alternante.

Figura 2-3 Seguidor de Carretilla Excéntrico

La Figura 2-4 corresponde a una leva de de disco con un seguidor de carretilla oscilatorio.

Figura 2-4 Seguidor de Carretilla Oscilatorio

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

La Figura 2-5 muestra una leva de disco con un seguidor de cara plana con movimiento reciprocante. En este caso, no es necesario distinguir entre seguidores de línea y descentrados ya que cinemáticamente son equivalentes; cualquier vástago de seguidor al que se muestra producirá el mismo movimiento de salida. Sin embargo, podría ser necesario cambiar la longitud de la cara del seguidor cuando éste está descentrado.

Figura 2-5 Seguidor de Cara Plana Reciprocante

La Figura 2-6 es una leva de disco con seguidor oscilatorio de cara plana.

Figura 2-6 Seguidor de Cara Plana Oscilatorio

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2.2 NOMENCLATURA DE LAS LEVAS La Figura 2-7, Figura 2-8, Figura 2-9, Figura 2-10, Figura 2-11, Figura 2-12, Figura 2-13 y Figura 2-14 muestran la nomenclatura que se emplea para describir un mecanismo de leva típico.

Figura 2-7 Dibujo de una leva

La Figura 2-8 muestra la carrera de la leva, que es la distancia que recorre el seguidor, que va desde el círculo base hasta la altura máxima de la leva.

Figura 2-8 Carrera de una leva

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

La Figura 2-9 muestra la dirección de movimiento del seguidor.

Figura 2-9 dirección del seguidor

La Figura 2-10 muestra la normal común.

Figura 2-10 Normal común entre el seguidor y la leva

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La Figura 2-11 muestra el punto de trazo, es un punto en el seguidor que corresponde al punto de contacto de un seguidor ficticio de arista de cuchilla. El punto de trazo de un seguidor de carretilla es el centro del rodillo.

Figura 2-11 Punto de trazo del seguidor de carretilla

La Figura 2-12 muestra la curva de paso, que es la trayectoria del punto de trazo de la leva.

Figura 2-12 Curva de paso de las levas

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

La Figura 2-13 muestra el círculo base que es el círculo más pequeño tangente a la superficie de la leva alrededor del centro de rotación de la misma.

Figura 2-13 Circulo base

La Figura 2-14 muestra el ángulo de presión que es el ángulo entre la dirección del movimiento del punto de trazo y la normal común (la línea de acción) a las superficies de contacto. El ángulo de presión es una medida de las propiedades de transmisión de fuerza instantánea del mecanismo. El alcance o carrera, en la distancia entre las dos posiciones extremas del seguidor.

Figura 2-14 Ángulo de presión de la leva

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2.3 LEVAS DE DISCO CON SEGUIDOR RADIAL (DISEÑO GRÁFICO). La Figura 2-15 muestra una leva de disco con un seguidor radial de cara plana, conforme la leva gira el seguidor se mueve hacia arriba una distancia X, con los desplazamientos mostrados en media revolución de la leva. El movimiento de retorno debe de ser igual. Para poder determinar gráficamente el contorno de la leva, es necesario invertir el mecanismo y mantener estacionaria la leva en tanto el seguidor se mueve alrededor de la misma. El procedimiento es el siguiente:

Figura 2-15 Leva de disco con seguidor radial

1. Gire el seguidor alrededor del centro de la leva en una dirección opuesta a la rotación propuesta de la leva Figura 2-16

Figura 2-16 Dirección del seguidor

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

2. Mueva el seguidor en forma radial hacia fuera, la cantidad correcta por cada división de la rotación Figura 2-17

Figura 2-17 Trazos del seguir radial

3. Dibuje el perfil de la leva tangente al polígono que se forma de acuerdo a distintas posiciones de la cara del seguidor Figura 2-18 proyectando mediante un compás apoyado en el centro de rotación de la leva hasta la línea que indica el movimiento del seguidor; proyecte estas líneas horizontalmente y haga el mismo número de divisiones utilizadas para obtener la curva de desplazamiento del seguidor generado por la leva

Figura 2-18 Perfil de la leva dada por un polígono de trazos por un seguidor de cara plana radial

Sin embargo no hay forma de determinar gráficamente el punto de contacto entre la leva y el seguidor a todo momento y se determina visualmente utilizando un curvígrafo para unir los puntos proyectados. La longitud de la cara debe de determinarse experimentalmente. 18

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En ocasiones se selecciona una combinación de la escala de desplazamiento y radio mínimo de la leva que produce un perfil de leva con una arista aguda o pico. Este se puede eliminar modificando la escala de desplazamiento o aumentando el radio mínimo de la leva. El ángulo de presión para cualquier seguidor radial de cara plana es una constante. Para el seguidor mostrado en la Figura 2-15 en el que la cara es perpendicular al vástago, el ángulo de presión es cero, de manera que el empuje lateral en el seguidor es despreciable comparado con el que se aplica en un seguidor de carretilla. Los ángulos de presión se pueden reducir aumentando el radio mínimo de la leva, de manera que el seguidor recorra una distancia lineal mayor sobre la leva para una elevación determinada. La Figura 2-19 muestra el mismo tipo de leva con un seguidor radial de carretilla. El centro del rodillo con el movimiento prescrito. También se puede ver que la línea de acción que va desde la leva hasta el seguidor no puede estar a lo largo del eje de éste, excepto cuando está en reposo (sin movimiento hacia arriba o hacia abajo). Esto produce un empuje lateral en el seguidor y puede dar como resultado que el vástago del mismo se desvié y atore. El valor máximo del ángulo de presión, en el ángulo entre la línea de acción y la línea de centros del seguidor, debe mantenerse tan pequeño como sea posible. En la mayoría de los casos el ángulo de presión no debe de exceder de 300 aproximadamente para una operación aceptable. También en una leva con un seguidor de carretilla, el radio de curvatura de la superficie de paso debe ser mayor que el del radio del rodillo; de no ser así, el perfil de la leva se vuelve puntiagudo.

Figura 2-19 leva con seguidor de carretilla

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

En los seguidores de cara plana y en los de carretilla, en ocasiones los vástagos se hacen excéntricos, en vez de ser radiales. Como se muestra en la Figura 2-20 y Figura 2-21.

Figura 2-20 Polígono formado con un seguidor de carretilla.

Figura 2-21 Polígono formado con un seguidor de carretilla excéntrica

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2.4 LEVA DE DISCO CON SEGUIDOR OSCILATORIO. La Figura 2-22 muestra una leva de disco con un seguidor oscilatorio de cara plana. Existen varias formas de hacer girar el seguidor alrededor de su propio centro. El método mostrado en la Figura 2-22 consiste en emplear la intersección de los radios para determinar un punto en la posición girada de la cara del seguidor. El primero de estos dos radios (el que va del centro de la leva en la posición 3 hasta el punto de contacto de la leva con la cara del seguidor indicado en el punto 3´) se intersecta con el radio de giro del seguidor, para determinar la posición del mismo en el punto 3. Esta información la proporcionó un círculo tangente a la cara del seguidor que se ha extendido a la posición cero. El radio de este círculo se proyecta a continuación desde cada una de las posiciones giradas del centro del seguidor. Para la posición 3, la cara del seguidor se dibuja por el punto 3´ tangente al círculo girado del cubo del seguidor. Repitiendo este proceso, se obtiene el polígono de las distintas posiciones de la cara del seguidor a partir del cual se dibuja la leva.

Figura 2-22 Leva de disco con seguidor oscilatorio de cara plana.

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

La Figura 2-23 muestra el procedimiento para determinar los puntos marcados con primas (por ejemplo el punto 3´) es semejante al de la Figura 2-22, sin embargo, en este caso los puntos con primas son los centros del seguidor de carretilla girado. Después de trazar estos círculos, puede dibujarse la leva tangente a los mismos. Se debe notar que los círculos se intersectan mutuamente para minimizar el error en el contorno de la leva. También se debe mencionar que para el diseño de una leva con un seguidor oscilatorio de carretilla se puede emplear el mismo procedimiento que el que se utilizó para la leva con seguidor oscilatorio de cara plana.

Figura 2-23 Leva de disco con seguidor oscilatorio de carretilla.

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2.5 LEVA DE RETORNO POSITIVO. Cuando se tiene una leva de disco y seguidor radial, con frecuencia es necesario hacer que el seguidor regrese en forma positiva y no por la acción de la gravedad o de un resorte. La Figura 2-24 muestra una leva de este tipo en donde la leva controla de manera positiva el movimiento del seguidor, no sólo durante el movimiento hacia fuera sino también en la carrera de retorno. Necesariamente, el movimiento de retorno debe ser igual que el movimiento hacia fuera, pero en dirección opuesta. A la leva también se le conoce como leva de anchura constante. Este tipo de leva igualmente se puede diseñar empleando dos seguidores de carretilla en vez de seguidores de cara plana. Si se requiera que el movimiento de retorno sea independiente del movimiento hacia fuera, se deben emplear dos discos, uno para el movimiento hacia fuera y el otro para el movimiento de retorno. Estas levas de doble disco se pueden emplear ya sea con seguidores de carretilla o con seguidores de cara plana.

Figura 2-24 Leva de retorno positivo.

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

2.6 LEVA CILÍNDRICA. Este tipo de leva tiene muchas aplicaciones, especialmente en las máquinas-herramienta. La Figura 2-25 muestra un dibujo en el que el cilindro gira completamente alrededor de su eje dando movimiento a un seguidor, el cual se guía mediante una ranura en el cilindro.

Figura 2-25 Leva cilíndrica.

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2.7 LEVA INVERSA. En ocasiones conviene invertir el papel de la leva y el seguidor haciendo que el seguidor mueva a la leva. Esta tiene la aplicación en las máquinas de coser, en los motores de combustión interna y en otros mecanismos semejantes. La Figura 2-26 representa una leva de placa en donde el brazo oscila, provocando un movimiento reciprocante del bloque por la acción de un rodillo en la ranura de la leva.

Figura 2-26 Leva inversa.

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

2.8 CURVAS DE DESPLAZAMIENTO DE LAS LEVAS. Antes de poder determinar el contorno de una leva, es necesario elegir el movimiento del seguidor de acuerdo a los requerimientos del sistema. Si la operación va a realizarse a baja velocidad, el movimiento puede ser alguno de los tipos comunes; por ejemplo, parabólico (aceleración y desaceleración constantes), armónico simple o cicloidal. El movimiento parabólico tiene la menor aceleración teórica para una elevación y velocidad dadas de la leva, para los movimientos antes mencionados y para sus posibles combinaciones; razón por la cual ha sido utilizado para muchos perfiles de leva. Sin embargo, en los trabajos que se realizan a baja velocidad este tipo de movimiento no tiene mucha importancia. El movimiento parabólico puede tener o no, intervalos iguales de aceleración y desaceleración, dependiendo de lo que se requiera. El movimiento parabólico también se puede modificar para que incluya un intervalo de velocidad constante entre la aceleración y la desaceleración; a esto con frecuencia se le denomina velocidad constante modificada. El movimiento armónico simple tiene la ventaja de que con el seguidor radial de carretilla, el ángulo máximo de presión es menor que con el movimiento parabólico con intervalos iguales de tiempo o con movimiento cicloidal. Esto permite, que el seguidor esté apoyado menos rígidamente y sobresalga más en su construcción. También se requerirá menos fuerza para operar la leva. Después de elegir el movimiento del seguidor es necesario determinar la escala de desplazamiento y marcarla en el eje del mismo como se muestra en la Figura 2-18; los incrementos de la escala se pueden calcular en forma analítica, aunque resulta más fácil hacerlo mediante la elaboración de una gráfica de desplazamiento-tiempo (Figura 2-27).

Figura 2-18 Perfil de la leva dada por un polígono de trazos por un seguidor de cara plana radial 26

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Figura 2-27 Curva de desplazamiento formada por una leva

Al elaborar la gráfica de desplazamiento-tiempo, es necesario determinar primeramente el punto de inflexión para el movimiento parabólico o para su modificación. El punto de inflexión se determina en forma automática tanto para el movimiento armónico simple, como para el cicloidal, por el método de generación de la curva. El punto de inflexión para el movimiento parabólico estará en el punto medio de la escala de desplazamiento y de la escala de tiempo, si los intervalos son iguales. Es un poco más complicado encontrar los puntos de inflexión cuando el movimiento parabólico ha sido modificado. Los puntos de inflexión se pueden encontrar especificando los intervalos de tiempo o los intervalos de desplazamiento que corresponden a cada tipo de movimiento. La Figura 2-28 muestra una forma gráfica para encontrar los puntos de inflexión A y B cuando se conocen dichos intervalos.

Figura 2-28 Gráfica de desplazamiento - tiempo

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

La Figura 2-29 muestra la construcción mediante intervalos de desplazamiento. Es posible demostrar la validez de la construcción en la Figura 2-28 y Figura 2-29 a partir de las 1 relaciones S = At 2 , V = At y S = Vt . 2 Después de haber determinado los puntos de inflexión, se construye la porción constante acelerada OA de la curva de desplazamiento como se muestra en la Figura 2-30 en donde el desplazamiento L (que corresponde a S1 de la Figura 2-29) se divide en el mismo número de partes que tiene la escala de tiempo y que en este caso son cuatro. La porción de la desaceleración BC de la curva de la Figura 2-29 se construye en forma semejante para su desplazamiento específico S 3 y su intervalo de tiempo correspondiente.

Figura 2-29 Puntos de inflexión de una leva

Figura 2-30 Curvas de aceleración de la leva

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN La Figura 2-31 muestra el movimiento armónico simple [S = r (1 − cos ω r t ] para un desplazamiento L en seis intervalos de tiempo. En la Figura 2-31 se debe de notar que si la leva gira media revolución, mientras que el seguidor se mueve a lo largo del desplazamiento L, la velocidad angular ω r del radio de rotación r es igual a la velocidad angular de la leva y la ecuación para el desplazamiento del seguidor se puede escribir como S = r (1 − cos ωt ) = r (1 − cos θ ). Si la leva gira solamente un cuarto de revolución para el desplazamiento L, entonces ω r = 2ω y S = r (1 − cos 2θ ). en consecuencia se puede ver que la relación entre ω r y ω se puede expresar como:

ωr 180° = ω Grados de rotación de la leva para una elevación L del seguidor Una leva circular (excéntrica) impartirá movimiento armónico simple a un seguidor radial de cara plana debido a que el punto de contacto entre la leva y el seguidor siempre está sobre el centro geométrico de la leva.

Figura 2-31 muestra la construcción para el movimiento cicloidal.

⎛θ 1 θ⎞ S = L⎜⎜ − sen2π ⎟⎟ β⎠ ⎝ β 2π Para un desplazamiento L en seis intervalos de tiempo como se muestra en la Figura 2-32, el radio del círculo de construcción es L 2π . La circunferencia de este círculo está dividida en el mismo número de partes que la escala de tiempo, en este caso seis. Las marcas de la circunferencia de este círculo se dividen en el mismo número de partes que la escala de tiempo, en este caso seis. Las seis marcas en la circunferencia se proyectan originalmente en el diámetro vertical del círculo. Posteriormente, las marcas en el diámetro vertical se proyectan paralelas a OA hasta la línea correspondiente con el eje del tiempo.

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

Figura 2-32 gráfica de una leva cicloidal

Para las levas que trabajan a altas velocidades, la selección del movimiento del seguidor de la leva debe estar basada no solamente en el desplazamiento, sino también en las fuerzas que actúan sobre la misma, como resultado del movimiento seleccionado. Durante muchos años, el diseño de las levas se concretó a mover un seguidor a lo largo de una distancia determinada durante un tiempo determinado. Las velocidades eran bajas, por lo que las fuerzas de aceleración no eran importantes. Sin embargo, con la tendencia hacia mayores velocidades en las máquinas, ha sido necesario tener en cuenta las características dinámicas del sistema y seleccionar un contorno de leva que minimice la carga dinámica e impida la separación de la leva y el seguidor. La rapidez de cambio en la aceleración está determinada por la tercera derivada del desplazamiento y recibe el nombre de “jalón”. El jalón es una indicación de la característica del impacto de la carga; se puede decir que el impacto tiene un jalón de magnitud infinita. La falta de rigidez y el juego presente en el sistema también tienden a aumentar el efecto de la carga de impacto. En el movimiento parabólico en el que el jalón es infinito, este impacto ocurre dos veces durante el ciclo y tiene el efecto de un golpe fuerte en el sistema, lo cual puede producir vibraciones indeseables, además de provocar daño estructural. Kloomok y Muffly desarrollaron un sistema para el diseño de las levas que impide el jalón infinito y sus efectos destructivos en el tren de levas, para lo cual se emplean tres FUNCIÓNes analíticas: (a) cicloide y semicicloide (b) armónica y semiarmónica (c) polinomio de octavo grado.

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Las Figura 2-33, Figura 2-34 y Figura 2-35 muestran gráficas de las curvas de desplazamiento, velocidad y aceleración de estas FUNCIÓNes. Las curvas tienen derivadas continuas en todos los puntos intermedios, por lo que la aceleración cambia y el jalón es infinito. El jalón infinito se evita en los extremos igualando las aceleraciones. Se debe notar que las velocidades también se igualan debido a que no pueden aparecer discontinuidades en la curva de desplazamiento-tiempo. La aceleración necesaria al final de la elevación se determina por medio de la condición que se presenta a continuación: Si inmediatamente se presenta un descenso, la elevación puede terminar en un valor relativamente alto de desaceleración, debido a esto se puede igualar mediante una curva que tenga la misma desaceleración para el inicio del descenso. La selección de los perfiles que se adapten a los requerimientos especiales se hace de acuerdo a los siguientes criterios: 1.

La cicloide proporciona aceleración cero en ambos extremos de la acción. Considerando que el ángulo de presión es relativamente grande y la aceleración retorna innecesariamente a cero, no se deben acoplar dos cicloides.

2.

De las tres curvas, la armónica proporciona la aceleración pico más baja y el ángulo de presión más pequeño. Esta se prefiere cuando la aceleración, tanto al inicio como al final, se puede igualar con la aceleración inicial y final de los perfiles adyacentes. Debido a que la aceleración en el punto medio es cero, la semiarmónica se puede usar con frecuencia en los casos en que una elevación a velocidad constante continúa con una aceleración.

3.

La polinomial de octavo grado tiene una curva de aceleración no simétrica y proporciona una aceleración pico y un ángulo de presión intermedios entre la armónica y la cicloide.

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

Figura 2-33 Características del movimiento cicloidal S= desplazamiento, pulgadas; V= velocidad, pulgadas por grado; A= aceleración, pulgadas por grado al cuadrado. (M. Kloomok y R.V. Muffley,”Plate CamDesing-with Emphasis on Dynamic Efects,” Prod. Eng.; febrero 1955.) N:B: Para las unidades SI, S=desplazamiento, milímetros; V= velocidad, milímetros por grado ; A= aceleración, milímetros por grado al cuadrado.

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Figura 2-34 Características del movimiento armónico S= desplazamiento, pulgadas; V= velocidad, pulgadas por grado; A= aceleración, pulgadas por grado al cuadrado. (M. Kloomok y R.V. Muffley,”Plate CamDesing-with Emphasis on Dynamic Efects,” Prod. Eng.; febrero 1955.) N:B: Para las unidades SI, S=desplazamiento, milímetros; V= velocidad, milímetros por grado ; A= aceleración, milímetros por grado al cuadrado.

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

Figura 2-35 Características del movimiento polinomial de octavo grado S= desplazamiento, pulgadas; V=velocidad, pulgadas por grado; A= aceleración, pulgadas por grado al cuadrado. (M. Kloomok y R.V. Muffley,”Plate CamDesing-with Emphasis on Dynamic Efects,” Prod. Eng.; febrero 1955.) N:B: Para las unidades SI, S=desplazamiento, milímetros; V= velocidad, milímetros por grado ; A= aceleración, milímetros por grado al cuadrado.

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Para obtener la velocidad y la aceleración en función del tiempo, la velocidad V(Pulg/grado) de la curvas pueden convertirse fácilmente a Pulg/s mediante la relación V(Pulg/s)=(180/π)ωV(Pulg/grado). En donde ω es la velocidad de la leva (rad/s). de manera similar, A(Pulg/s2) = (180/π)2ω2V(Pulg/grado2). Ejemplo: Se requiere mover un seguidor de carretilla a lo largo de un desplazamiento total y hacer que regrese sin puntos de reposo en el ciclo. Debido a la operación efectuada por el mecanismo, parte del movimiento de retorno debe ser a velocidad constante. Así se determinan las curvas de movimiento que se deben utilizar, mostradas en la Figura 2-36

Figura 2-36 Curvas de desplazamiento

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CAPITULO II

TIPO Y DISEÑO DE LEVAS

Analizando por partes la Figura 2-36 se observa de la siguiente manera: AB: Muestra la semicicloide C-1 (Figura 2-37) que proporciona aceleración cero al principio del movimiento A y al final del movimiento B, donde se hace la conexión a la porción de velocidad constante de la curva.

Figura 2-37 segmento A,B

Segmento BC; Velocidad constante (Figura 2-38).

Figura 2-38 segmento B,C

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CD (Figura 2-39): Muestra la semiarmónica H-2 que se acoplará en C a la sección de velocidad constante, con la aceleración cero, que proporciona un ángulo de presión mínimo en el resto de la curva.

Figura 2-39 segmento C,D

DE (Figura 2-40): Muestra la polinomial P-2 para igualar la desaceleración de la armónica en D, que permite la unión de aceleración cero al final del ciclo E.

Figura 2-40 segmento DE

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CAPITULO III

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Capítulo 3 TRATAMIENTOS TÉRMICOS 3.1 INTRODUCCIÓN El uso de tratamientos térmicos nos permite incrementar la vida útil de las levas y otras partes de máquina, por lo cual es importante seleccionar adecuadamente el tratamiento térmico que se adecue a las necesidades de uso ya que mediante un tratamiento térmico podemos aumentar la dureza ya sea de toda la pieza o de la capa superficial, o disminuir su dureza, siempre y cuando su estructura molecular nos lo permita.

3.2 APLICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS Los tratamientos térmicos se suelen aplicar después de mecanizar la pieza con el fin de aumentar la dureza superficial de la leva. Al calentar la pieza acabada, ésta se deforma después del tratamiento. Cuando se requiere una precisión elevada, debemos rectificar ciertas piezas para conseguir la calidad geométrica y dimensional necesaria. Actualmente y debido a la evolución de las técnicas de mecanizado podemos arrancar viruta de materiales desbastados y tratados térmicamente, con lo cual podemos evitar cálculos complejos del aumento de dimensiones causados por el tratamiento térmico. Mecanizado ---- Tratamientos térmicos --- Rectificado

3.3 CONSIDERACIONES Al efectuar un tratamiento térmico, podemos observar la diferencia de resistencia a la tracción y la dureza obtenida después del mismo, entre un metal puro y un metal de aleación. Podemos comprobar que una aleación adquiere mayor resistencia a la tracción que un metal puro de la misma sección.

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Figura 3-1 Probetas de Fe & Fe0.3%C

Si calentamos las probetas anteriores a 850ºC y enfriamos bruscamente observaremos que la probeta de metal puro no modifica sus propiedades mientras que la aleada con carbono aumenta su resistencia considerablemente.

Figura 3-2 Probetas de Fe & Fe0.3%C expuestas a choque térmico

La dureza y resistencia se incrementan en la segunda probeta aleada. ¿A qué se debe? Estudiemos brevemente la composición de los metales y de sus aleaciones.

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CAPITULO III

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

3.4 ESTADO METÁLICO Los metales en estado sólido presentan una estructura cristalina en la cual los átomos aparecen formando redes cristalinas. Los metales puros, a temperatura ambiente, presentan siempre la misma estructura, en cambio, en aleaciones pueden presentar estructuras diferentes según sea la velocidad de enfriamiento, debido a que el metal puro de hierro, no contiene carbono y el aleado sí. Al enfriarse el aleado, sus átomos de carbono por ser mayores a los de hierro, quedan aprisionados en la retícula cristalina, formando granos más compactos, duros y resistentes. La cantidad de átomos encerrados en la retícula dependerá de la velocidad de enfriamiento del metal.

Figura 3-3 Diagrama Hierro-Carbono α=perlita, γ=austenita δ=martensita

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La transformación más importante en el diagrama de la Figura 3-3, desde el punto de vista de su utilización técnica está constituida por la transformación austenítica. Esta transformación ocurre a 723 ºC , que es conocida como la temperatura eutectoide y su control constituye un poderoso medio para determinar las propiedades mecánicas del acero, adecuándolas a nuestro uso. El control y aprovechamiento de esta transformación constituye una buena parte del campo de aplicación de los tratamientos térmicos. La velocidad de enfriamiento determinará la microestructura final presente en el acero, decidirá si la fase presente es de naturaleza metaestable o estable o si es una fase fuera del equilibrio; y por tanto determinará las propiedades mecánicas, físicas, químicas, etc. asociadas a las fases presentes. Si esta transformación se realiza enfriando lentamente, se producirá la mezcla eutectoide conocida como perlita, formada por finas capas alternadas de cementita y ferrita. Mientras más lentamente se realice esta transformación, más gruesas serán estas capas y mayor será el tamaño de grano del acero (esto sucede en el tratamiento térmico conocido como recocido). Si el enfriamiento es menos lento se tendrá una perlita con capas o láminas más finas, como sucede en el normalizado. El acero recocido es más blando que el acero normalizado. Si mediante un enfriamiento acelerado desde la zona austenítica logramos evitar la transformación eutectoide, tendremos una fase fuera del equilibrio llamado martensita. Este nuevo componente microestructural posee alta dureza aunque con una cierta fragilidad. La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en hierro alfa lo que lleva a una estructura tetragonal de cuerpo centrado derivada de la estructura del hierro a 1100 °C. El eje z de la celda cúbica es mayor debido a la inclusión de átomos de carbono. Esta fuerte alteración de la red es la responsable de la alta dureza de la martensita Con el fin de facilitar su explicación, veremos las estructuras cristalinas del metal de hierro a 1100 °C y a temperatura ambiente. Estructura del acero en estado pastoso a 1100 °C, austenita, red cúbica centrada en las caras

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CAPITULO III

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Figura 3-4 Estructura del acero en estado pastoso a 1100 °C, austenita, red cúbica centrada en las caras

Estructura del hierro a temperatura ambiente, red cúbica centrada

Figura 3-5 Estructura del acero a temperatura ambiente, red cúbica centrada

Si se realiza un enfriamiento lento de 20ºC a 40ºC por hora, la austenita se transforma en perlita + ferrita o perlita + cementita, dependiendo del porcentaje de carbono del acero. La estructura de red cúbica centrada en las caras (Figura 3-4) pasa a cúbica centrada (Figura 3-5) con la posibilidad que los átomos de carbono salgan de la retícula cristalina. Si los átomos de carbono escapan, el metal será menos duro y menos resistente. Si se realiza un enfriamiento más rápido de 30ºC a 50ºC por minuto, la austenita se transforma en una estructura más fina llamada trostita. En este caso quedan más átomos de carbono encerrados en comparación con el caso anterior. Si el enfriamiento es muy rápido (de 200ºC a 500ºC por segundo) la austenita se transforma en martensita. La estructura de red cúbica centrada en las caras (Figura 3-4) pasa a cúbica centrada (Figura 3-5) y la mayoría de los átomos de carbono quedan aprisionados en el interior de la retícula cristalina. A mayor velocidad de enfriamiento el carbono tendrá menos tiempo para escapar de la retícula cristalina y se conseguirá una estructura más dura, más resistente pero también más frágil.

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Diagramas de Bain (TTT) (Figura 3-6, Figura 3-7) Para estudiar la transformación de la austenita al enfriarse se construyeron unas gráficas experimentales de Temperatura-Tiempo-Transformación denominadas de Bain. Como se ve consta de dos curvas: una de inicio de transformación y otra de fin de transformación. Primero el metal debe calentarse a temperatura crítica y después enfriarse hasta la curva de inicio de transformación. En el tramo entre las dos curvas la temperatura debe mantenerse constante (en un baño salino) y después volver a enfriarse.

Figura 3-6 Curvas de Bain

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CAPITULO III

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Influencia de la velocidad de enfriamiento.

Figura 3-7 Influencia de la velocidad de enfriamiento

Esta característica de los aceros de modificar sus propiedades como la dureza y la resistencia a la tracción, se utiliza mucho en fabricación de piezas mecánicas.

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3.5 TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUÍMICOS MÁS IMPORTANTES Los tratamientos térmicos y termoquímicos, son procesos mediante los cuales se modifican las propiedades mecánicas de los materiales tales como dureza, tenacidad, ductilidad, maquinabilidad, etc. Para lograrlo se emplean diferentes métodos que modifican la estructura cristalina del material, para su estudio estos tratamientos se dividen en dos grandes grupos: Térmicos: Temple, revenido, bonificado, recocido, normalizado. Termoquímicos: Cementación, nitruración, carbo-nitruración, sulfinización

3.5.1 TEMPLE El temple permite transformar la austenita en martensita (Figura 3-9) mediante un enfriamiento muy rápido con velocidad superior a la crítica (Figura 3-8) Esto provoca que la pieza gane la máxima dureza pero también mayor fragilidad. El enfriamiento se suele realizar con agua si se pretende que sea más brusco y así obtener el máximo de dureza posible. También se puede efectuar con aceite si no se quiere tanta brusquedad, logrando menor dureza. A mayor temperatura de temple también se conseguirá mayor dureza o resistencia y viceversa.

Figura 3-8 Diagrama esquemático para la obtención de Martensita

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CAPITULO III

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Figura 3-9 Grano cristalino visto al microscopio del acero antes y después de la transformación por Tratamiento Térmico

En piezas muy gruesas y debido a que el enfriamiento debe ser desde 850ºC hasta llegar a la temperatura ambiente en menos de 2 segundos, la austenita no se transforma totalmente en martensita (Figura 3-10). Esto crea tensiones internas en casos de piezas con partes gruesas y delgadas.

Figura 3-10 Grano cristalino de los diferentes metales que se forman en el temple

La dureza y la resistencia mecánica aumentan cuanto mayor es el porcentaje de carbono en el acero.

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3.5.2 REVENIDO Como hemos visto en el temple las piezas adquieren fragilidad (resilencia) y cuando tienen partes finas y gruesas se pueden crear tensiones internas. Para dar una mayor tenacidad a las piezas y eliminar estas tensiones se realiza el revenido. El revenido consiste en calentar la pieza hasta una temperatura por debajo de la crítica hasta que la estructura se transforme en una menos dura que la martensita (sorbita o martensita revenida) Figura 3-11. A mayor temperatura de revenido, menor dureza

Figura 3-11 Diagrama esquemático para el revenido

Al conjunto de temple y máximo revenido se denomina bonificado. Con el bonificado se pretende llegar a un compromiso entre la resilencia y la dureza que debe tener el material. Cuanta más dureza tenga el material más frágil será y viceversa.

Figura 3-12 Diagrama de revenido dureza y resilencia contra temperatura

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CAPITULO III

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

3.5.3 RECOCIDO Cuando sometemos al material a elaboraciones plásticas (laminados, forjados, embutidos...) o enfriamientos en malas condiciones se producen desmenuzamientos de los cristales y su compenetración, deformándose la retícula y creando tensiones internas. La finalidad del recocido es el eliminar estas tensiones internas obteniéndose estructuras más blandas y de fácil mecanización. Se distinguen dos tipos: Recocido de ablandamiento (recocido Figura 3-13) Recocido de regeneración (normalizado Figura 3-13) Recocido de ablandamiento: Se calienta la pieza por encima de la temperatura crítica y se deja enfriar lentamente en el mismo horno donde se calentó. Se obtiene una estructura más blanda de perlita-ferrita (normal).

3.5.4 NORMALIZADO En el normalizado se calienta la pieza por encima de la temperatura crítica y se deja enfriar en aire en reposo. Se consigue una estructura más fina y homogénea que el recocido. Comparación entre los diferentes métodos.

Figura 3-13 Recocido - Normalizado - Temple

3.5.5 NITRURACIÓN La nitruración se utiliza para endurecer superficialmente las piezas y protegerlas de la corrosión por absorción de nitrógeno a una temperatura determinada por parte del acero. (En herramientas tales como brocas, buriles, discos de corte, etc)

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3.5.6 CEMENTACIÓN La cementación se utiliza para obtener piezas con gran resistencia al desgaste y a la vez baja resilencia (engranajes, cigüeñales, rodillos, levas, crucetas, articulaciones, etc). Considerando que cuanto más carbono tenga la aleación más dureza se alcanza, en el caso de aceros dulces y extradulces se cementa superficialmente la pieza en presencia de sales. Después dicha pieza se templa obteniéndose así una pieza superficialmente dura pero cuyo núcleo (no cementado) es tenaz.

3.5.7 CARBONITRURACIÓN La carbonitruración se utiliza en piezas de gran espesor. Consiste en endurecer superficialmente las piezas y evitar su corrosión (en caliente) gaseando por carbonitruración los aceros, tanto los de bajo contenido en carbono como incluso los de aleación media. El acero absorbe así tanto carbono como nitrógeno.

3.5.8 SULFINIZACIÓN La sulfinización permite incorporar a la capa superficial de algunos metales, como el acero: carbono, nitrógeno y sobre todo azufre mediante un baño de sales a una temperatura determinada. Así se aumenta la resistencia al desgaste de los metales y se disminuye su coeficiente de rozamiento. Imágenes de diferentes tipos de grano Figura 3-14 Bainita

Troostita

Sorbita

Martensita

Figura 3-14 Grano cristalino visto al microscopio de las diferentes fases del acero

En estos sistemas se realiza solamente un temple de la superficie de la pieza y no del núcleo. De esta forma se consiguen piezas resistentes al desgaste exterior, pero tenaces interiormente.

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CAPITULO IV

SELECCIÓN DE MATERIALES DE ACUERDO AL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LA FABRICACIÓN DE LEVAS

Capítulo 4 SELECCIÓN DE MATERIALES DE ACUERDO AL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LA FABRICACIÓN DE LEVAS.

4.1 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS PARA MÁQUINAS En este grupo se incluyen teóricamente todos los aceros que pueden emplearse para la fabricación de herramientas. Sin embargo, en la práctica, la aplicación de aceros para máquinas queda limitada a los aceros especiales de gran calidad utilizados en la fabricación de útiles o herramientas destinados a trabajar los materiales por corte o por presión. Hay diversos procedimientos que pueden servir para agrupar los aceros de herramientas. Uno de ellos los clasifica en función del medio de temple utilizado: así se tiene aceros de temple en agua, aceros de temple en aceite y aceros de temple al aire. El contenido en elementos de aleación también puede servir para agrupar los aceros y en función de él se dividen en aceros al carbono, aceros de baja aleación y aceros de aleación media. Finalmente, en función de la aplicación que van a tener, se clasifican en aceros rápidos y aceros para trabajos en frío. Los aceros de herramientas más comúnmente utilizados han sido clasificados en seis grupos principales y dentro de ellos en subgrupos. De acuerdo a su composición: Aceros al molibdeno Aceros al tungsteno Aceros altos en cromo y en carbono Aceros de baja aleación Aceros de media aleación temple aire Aceros de temple al agua Aceros de temple en aceite De acuerdo a su utilización: Aceros para moldes Aceros para trabajos de choque Aceros para trabajos en caliente Aceros para trabajos en frío Aceros para usos especiales Aceros rápidos

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

4.2 ELECCIÓN DE LOS ACEROS DE HERRAMIENTAS En la mayoría de los casos nos encontramos con que son varios los tipos e incluso las familias de aceros que nos resolverían satisfactoriamente un determinado problema de herramientas, lo que hace que la selección se base en otros factores, tales como productividad prevista, facilidad de fabricación y costo. En última instancia es el costo de las herramientas por unidad de producto fabricado el que determina la selección de un determinado acero. Los aceros de herramientas, además de utilizarse para la fabricación de elementos de máquinas, se emplean para la fabricación de útiles destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones de los materiales por arranque de viruta, cortadura, conformado, embutido, extrusión, laminación y choque. De todo lo dicho se deduce que, en la mayoría de los casos, la dureza, tenacidad, resistencia al desgaste y dureza en caliente constituyen los factores más importantes a considerar en la elección de los aceros de herramientas. No obstante, en cada caso en particular hay que considerar también otros muchos factores, tales como la deformación máxima que puede admitirse en la herramienta; la descarburización superficial tolerable; la templabilidad o penetración de la dureza que se puede obtener; las condiciones en que tiene que efectuarse el tratamiento térmico, así como las temperaturas, atmósferas e instalaciones que requiere dicho tratamiento y, finalmente, la maquinabilidad.

4.3 PENETRACIÓN DEL TEMPLE La mayor o menor penetración del temple está en función de la templabilidad de cada clase de acero en particular. La clasificación dada en función de la templabilidad está establecida en el supuesto de que se utilicen los medios de temple recomendados. Los aceros de temple superficial, entre los que se encuentran los aceros de herramientas al carbono y los aceros al tungsteno, se templan por lo general en agua. La templabilidad de los aceros aumenta con el contenido en elementos de aleación, excepto en el caso del cobalto, el cual es el único elemento que la hace disminuir. Para que en una sección grande la tenacidad tenga en toda ella un valor elevado, conviene elegir un acero de alta aleación.

4.4 TENACIDAD En el caso de los aceros de herramientas, el término tenacidad se refiere más a la capacidad de sufrir golpes sin rotura que a la facultad de absorber energía durante la deformación. La mayor parte de las herramientas tienen que ser piezas rígidas y por lo general cualquier deformación que presenten, por pequeña que sea, las hace inservibles. Los aceros de herramientas con contenidos en carbono medios y bajos, son los que presentan mejor tenacidad y constituyen el material utilizado en la fabricación de herramientas resistentes al choque. 51

CAPITULO IV

SELECCIÓN DE MATERIALES DE ACUERDO AL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LA FABRICACIÓN DE LEVAS

4.5 DUREZA EN CALIENTE Esta propiedad expresa la resistencia que presenta el acero al ablandamiento a temperaturas elevadas y viene reflejada, en cierto modo, por la resistencia que ofrece el material al revenido, la cual constituye un factor importante a considerar en la elección de los aceros de herramientas que trabajen a más de 500ºC. Es fundamental que el acero posea aleaciones formadoras de carburos duros y estables, lo cual mejora la resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas, destacando en este sentido los aceros que contienen grandes cantidades de tungsteno, cromo y molibdeno.

4.6 RESISTENCIA A LA DESCARBURACIÓN Es necesario determinar la resistencia que tienen los aceros a la descarburación ya que ésta determina el método a utilizar en el tratamiento térmico y la cantidad de material que es necesario quitar de la superficie después del temple. La descarburación tiene lugar normalmente cuando los aceros se calientan a temperaturas superiores a 704ºC, salvo que el material se proteja en el calentamiento por algún procedimiento, por ejemplo, mediante la utilización de una atmósfera protectora; de lo contrario es probable que la superficie del acero pierda algo de carbono. Esta descarburación es la causa de que en el temple la superficie no se endurezca, sino que quede blanda. Los aceros de herramientas al carbono son los que menos se descarburan. Los aceros para la fabricación de herramientas para trabajos de choque presentan una resistencia a la descarburación baja; se considera que los utilizados en las herramientas para trabajos en caliente tienen una resistencia mediana y la mayoría de los restantes aceros de herramientas ofrecen una resistencia buena a la descarburación.

4.7 ACEROS DE HERRAMIENTAS DE TEMPLE AL AGUA Este grupo está formado fundamentalmente por aceros ordinarios al carbono, aunque algunos de los aceros de mayor contenido llevan pequeñas cantidades de cromo y vanadio con el fin de aumentar la templabilidad y mejorar la resistencia al desgaste. El contenido de carbono de este tipo de aceros varía de 0.6 a 1.4%, pudiendo subdividirse de una manera general en función del porcentaje de carbono en los subgrupos siguientes:. De 0.6 a 0.75% de carbono, estos aceros se utilizan en los casos en que interesa la 52

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

tenacidad, como en los martillos, encabezadores de carrera corta.

buterolas,

martillos

neumáticos

y

troqueles

De 0.75 a 0.95% de carbono, estos aceros se utilizan cuando además de tenacidad se necesita dureza, como en los punzones, cinceles, matrices y cuchillas de cizalla. De 0.95 a 1.4% de carbono, estos aceros se emplean en los casos en que se exige a las herramientas gran resistencia al desgaste y conservación de las condiciones de corte. Se utilizan en la fabricación de herramientas para madera, brocas, escariadores, terrajas y herramientas de torno. Sometiéndolos al tratamiento térmico adecuado, se logra obtener una estructura martensítica dura en la superficie y núcleo tenaz. Para que las herramientas de corte alcancen las cifras de dureza que se requieren, los materiales tienen que templarse en agua. Este subgrupo es el que mejor maquinabilidad tiene y el que mejor resistencia presenta a la descarburación, aunque su resistencia en caliente es pequeña.

4.8 ACEROS DE HERRAMIENTA PARA TRABAJOS DE CHOQUE Estos aceros son generalmente bajos en carbono, con porcentajes comprendidos entre 0.45 y 0.65%, siendo los principales elementos de aleación utilizados: el silicio, el cromo, el tungsteno y algunas veces el molibdeno o el níquel. El silicio y el níquel aumentan la resistencia de la ferrita, mientras que el cromo aumenta la templabilidad y el tungsteno confiere dureza en caliente. La mayor parte de los aceros de este subgrupo son de temple en aceite, aunque algunos tienen que templarse en agua para lograr un temple total. El contenido elevado de silicio, tiende a acelerar la descarburación. Los aceros pertenecientes a este grupo se emplean en la fabricación de matrices de estampar, punzones, cinceles, herramientas neumáticas y cuchillas de cizallas.

4.9 ACEROS PARA TRABAJOS EN FRÍO: Los aceros de baja aleación de temple en aceite contienen manganeso y cantidades menores de cromo y tungsteno. Estos aceros destacan por su gran indeformabilidad y porque en el tratamiento térmico es menos probable que se doblen, alabeen, retuerzan, deformen o agrieten, que los de temple en agua. Entre sus características principales podemos señalar su buena resistencia al desgaste, maquinabilidad y resistencia a la descarburación; la tenacidad es regular y su dureza en caliente tan baja como la de los aceros de herramientas al carbono. Estos aceros se utilizan en la fabricación de terrajas, rodillos de laminar roscas, herramientas de forma y escariadores expansivos.

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CAPITULO IV

SELECCIÓN DE MATERIALES DE ACUERDO AL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LA FABRICACIÓN DE LEVAS

Los aceros de aleación media contienen un 1% de carbono, 3% como máximo de manganeso, 5% como máximo de cromo y un 1% de molibdeno. El aumento del contenido en elementos aleados, particularmente de manganeso y molibdeno, confiere a estos aceros unas propiedades características del temple al aire muy elevadas y aumentan la templabilidad. Los aceros de este grupo se destacan por tener excelente indeformabilidad, presentando buena resistencia al desgaste, tenacidad y maquinabilidad que va de regular a mala. Se emplean para matrices de corte, matrices de estampar y rodillos para laminar roscas. Los aceros altos en carbono y en cromo contienen hasta un 2.35% de carbono y un 12% de cromo, pudiendo también contener molibdeno, tungsteno, vanadio y cobalto. La combinación del carbono y cromo en cantidades elevadas proporciona una excelente resistencia al desgaste e indeformabilidad. Se caracterizan también por su buena resistencia a la abrasión y mínima variación de dimensiones en el temple, lo que les permite ser utilizados en herramientas que requieran una alta resistencia a la tracción y a la torción. Los aceros pertenecientes a este grupo se utilizan en herramientas como rodillos para laminado de roscas, rodillos y matrices de extrusión, etc.

4.10 ACEROS PARA TRABAJOS EN CALIENTE Los aceros para trabajos en caliente pueden subdividirse en tres grupos: Aceros al cromo Aceros al tungsteno Aceros al molibdeno Estos aceros se caracterizan por su buena tenacidad debida a su bajo contenido en carbono, por su dureza en caliente que varía de buena a excelente y por una resistencia y maquinabilidad regulares. Su resistencia a la descarburación es entre regular y mala; se templan al aire. Se emplean en la fabricación de matrices, partes móviles de los moldes utilizados en la metalurgia de polvos y en moldes para materiales plásticos.

4.11 ACEROS RÁPIDOS El grupo de los aceros rápidos es el que permite un mayor porcentaje de aleación y los aceros que lo forman contienen normalmente grandes cantidades de tungsteno o molibdeno junto con cromo, vanadio y a veces cobalto. El contenido de carbono varía entre 0.7 y 1%, aunque en algunos pueden llegar hasta 1.5%.

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Su principal aplicación es en la fabricación de herramientas de corte, aunque también se utilizan en la construcción de matrices de extrusión, herramientas para bruñir y punzones de corte. Presentan una dureza en caliente excelente y una resistencia al choque bastante buena. Entre sus cualidades tenemos buena indeformabilidad, buena resistencia al desgaste, maquinabilidad regular y una resistencia a la descarburación entre regular y baja, pudiendo templarse en aceite, al aire o en sales fundidas. Los aceros rápidos se pueden clasificar en dos grupos: aceros con molibdeno y aceros con tungsteno

4.12 ACEROS PARA USOS ESPECIALES Los aceros al tungsteno presentan una resistencia muy buena al desgaste, utilizándose para la construcción de herramientas de bruñir, hileras de trefilar matrices de estampar y matrices para extrusión en frío. Los aceros de baja aleación, especialmente los que contienen níquel, destacan por su tenacidad. Se utilizan para la fabricación de herramientas y piezas sometidas a golpes fuertes, como ocurre con las cuchillas de las cizallas, rodillos de laminar roscas, algunas piezas de los embragues y trinquetes y uñas de retenida de los divisores. Los aceros para moldes se utilizan para la fabricación de troqueles para la industria de plásticos, los cuales se conforman por punzonado o por un proceso mixto de punzonado y mecanizado.

4.13 TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS DE HERRAMIENTAS El calentamiento de estos aceros debe realizarse efectuando el calentamiento lentamente. o bien, precalentando el material a una temperatura más baja antes de introducirlo en un horno a elevadas temperaturas. A veces se colocan las piezas a tratar en un horno frío, calentándose simultáneamente el horno y las piezas hasta alcanzar la temperatura requerida. En cualquier caso, es importante que la pieza permanezca a la temperatura adecuada el tiempo necesario para que se caliente uniformemente toda su masa. Debe procurarse no calentar el acero de herramientas a temperaturas demasiado altas ni mantenerlo a temperatura demasiado tiempo para evitar los sobrecalentamientos. El procedimiento y los medios de temple utilizados varían según el tipo de acero a tratar y la velocidad de enfriamiento requerida, los aceros al carbono y de baja aleación se templan en salmuera o agua y los aceros de alta aleación en aceite, aire y en sales fundidas.

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CAPITULO IV

SELECCIÓN DE MATERIALES DE ACUERDO AL TRATAMIENTO TÉRMICO PARA LA FABRICACIÓN DE LEVAS

Es conveniente efectuar el revenido de los aceros de herramientas inmediatamente después de templarlos y para los que se templan en aceite, aire o en sales fundidas, el revenido debe realizarse antes de que se hayan enfriado a la temperatura ambiente, con el fin de reducir el peligro de formación de grietas debidas a las tensiones originadas en el temple.

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Capítulo 5

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS.

5.1 INTRODUCCIÓN Cada leva tiene una función específica en cualquier mecanismo, debido a esto, su geometría cambia dependiendo de la utilización deseada, así mismo, varían parámetros como la dureza, el tipo de seguidor, el ángulo de contacto, la excentricidad; entre otros. Para el caso específico del diseño de levas para tornos automáticos de alta producción, el diseño de la leva será en función de los parámetros siguientes:

•

Procesos de manufactura

•

Herramientas de corte

•

Ángulos y formas de la herramienta

•

Materiales para herramientas

•

Refrigerantes

•

Maquinabilidad y acabado superficial

•

Parámetros del fabricante de la máquina

5.2 PROCESOS DE MANUFACTURA Y HERRAMIENTAS DE CORTE En la fabricación de productos es importante que los procesos involucrados sean eficientes y de calidad. Después de que los metales se han refinado, se transforman por algún proceso primario en los tamaños y las formas requeridos. Los procesos primarios son: torneado, cepillado, fresado, taladrado así como otros procesos ejecutados por máquinas herramientas. El principal trabajo de estas máquinas recae en la herramienta cortante que desprende la viruta. La elección de herramientas adecuadas, velocidades y avances de corte es un compromiso ya que entre más rápido se opere una máquina, mayor es la eficiencia. Desafortunadamente en estas condiciones de trabajo la herramienta de corte sufre un mayor desgaste debido al calentamiento.

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

5.3 HERRAMIENTAS DE CORTE PARA METAL La forma más simple de herramienta cortante es la de una sola punta como la usada en el trabajo de torno y en el cepillo de codo. Las herramientas cortantes de puntas múltiples son consideradas para su estudio como dos o más herramientas de una sola punta, acomodada como una unidad. El corte ortogonal es aquel en el que el filo cortante es perpendicular a la dirección del corte y no hay flujo lateral del metal, no hay curvatura en tales virutas y todas las partes de la viruta presentan la misma velocidad. Existen otros dos tipos de formación de viruta: aquéllas que se curvan hacia arriba y las que siguen la inclinación de la herramienta y se curvan lateralmente. Todas las virutas son la combinación de estas tres. Analizando el proceso de corte, se supone que la viruta se separa de la pieza de trabajo por medio de una acción cizallante a través del plano AB Figura 5-1, aunque existen otras teorías en cuanto a la manera en que se produce la formación de virutas. Puesto que la viruta deformada está comprimida contra la cara de la herramienta, se desarrolla una fuerza elevada de rozamiento. El trabajo para producir la viruta debe vencer tanto a la fuerza de cizallamiento como a la de rozamiento.

Figura 5-1 Diferencia del ángulo Φ en función del espesor de la viruta

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

5.4 FUERZAS DE CORTE La fuerza de cizallamiento y el ángulo del plano de cizallado están afectados por la fuerza de rozamiento de la viruta contra la cara de la herramienta. La fuerza de rozamiento, por su parte, depende de un número de factores que incluyen la lisura y afilado de la herramienta, los materiales de la herramienta y de la pieza de trabajo, la velocidad de corte y la forma de la herramienta; independientemente de que se use o no un refrigerante. De una viruta gruesa con un ángulo de cizallado bajo, resulta una gran fuerza de rozamiento, mientras que ocurre lo contrario si tal fuerza es baja. La eficiencia con la que se desprende el metal es mayor cuando la fuerza de rozamiento se puede minimizar. Se puede hacer un análisis vectorial de estas fuerzas midiendo con alguna clase de dinamómetro las fuerzas que están actuando sobre la herramienta. Figura 5-1 y Figura 5-3

Figura 5-2 Diferencia del ángulo Φ en función del espesor de la viruta

Figura 5-3 Representación de fuerzas en función de la dirección de corte

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Las fuerzas que actúan en una herramienta son longitudinales, tangenciales y radiales, éstas indican la distribución aproximada de las fuerzas. En la mayoría de las operaciones de maquinado la fuerza tangencial es la más significativa. Las fuerzas sobre una herramienta cortante para un material dado dependen de un número de consideraciones tales como: 1. 2. 3. 4.

A mayor avance de la herramienta, mayores son las fuerzas. A mayor profundidad de corte, mayores fuerzas. La fuerza tangencial aumenta con el tamaño de la viruta. La fuerza longitudinal disminuye si el radio de la punta se hace más grande o si el ángulo del filo lateral cortante aumenta. 5. La fuerza tangencial se reduce, aproximadamente 1% por cada grado, en función del aumento del ángulo de inclinación posterior. 6. El uso de un refrigerante reduce ligeramente las fuerzas en una herramienta, pero aumenta considerablemente su duración Figura 5-4

Las fuerzas en las herramientas no se modifican significativamente al cambiar la velocidad de corte.

Figura 5-4 Fuerzas longitudinales, tangenciales y radiales

5.5 ÁNGULOS Y FORMAS DE LA HERRAMIENTA. Para comprender la acción cortante de una herramienta de una sola punta, como la que se utiliza en un torno, la herramienta se ha afilado en forma de cuña, como se muestra en la Figura 5-5 llamándose al ángulo principal: ángulo de filo o de corte. El ángulo de alivio lateral, entre el costado de la herramienta y la pieza es para evitar frotamiento en la herramienta. El ángulo es pequeño, usualmente de 6 a 8 °.

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

El ángulo de inclinación lateral varía en relación con el ángulo de filo, el cual, depende del tipo de material maquinado. El ángulo de inclinación posterior se obtiene por afilado, si la herramienta cortante se sujeta en una posición horizontal. Sin embargo, la mayoría de los portaherramientas están diseñados para sostenerlas en posición aproximada, para la correcta inclinación posterior. Para evitar una acción de frotamiento en el flanco de la herramienta es necesaria una salida del extremo.

Figura 5-5 Ángulos de afilado de un buril

En las herramientas afiladas se debe notar que el filo o ángulo de corte varía dependiendo de la clase de material que se corta. El ángulo de corte debe ser suficientemente agudo; sin embargo, el filo debe tener la resistencia necesaria para soportar las fuerzas involucradas y para disipar el calor generado. 1. Los materiales duros requieren de un filo cortante de gran resistencia con una capacidad para disipar calor. 2. Los materiales blandos permiten el uso de ángulos de corte menores, cerca de 22° en herramientas para madera. 3. Los metales blandos y dúctiles, tales como el cobre y el aluminio, requieren de ángulos mayores con un rango por encima de los 47°. 4. Los materiales quebradizos, tienen virutas que se desmoronan o rompen fácilmente, por lo que requieren de ángulos aún mayores. 5. Los materiales como el latón y el duraluminio tienen una interesante variación en los ángulos de herramientas ya que prácticamente se trabajan mejor con inclinaciones de cero, siendo la acción cortante un rasqueteado.

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

En la Tabla 5.1 podemos observar los ángulos aproximados para herramientas y las velocidades de corte de algunos materiales.

Ángulo de inclinación lateral. Grados

Ángulo de inclinación posterior. Grados

Ángulo de salida del extremo. Grados

Velocidad de corte m/min

Material Acero dulce 1020 Acero de medio carbono 1035 Acero de medio carbono 1090 Barras de 1112 Hierro fundido Aluminio Latón Plásticos

Ángulo de alivio lateral. Grados

Tabla 5.1 Ángulos de afilado de un buril en función del material a maquinar

12 10 10 12 10 12 10 12

14 14 12 22 12 15 0 0

16 16 8 16 5 35 0 0

8 8 8 8 8 8 8 8

30 20 15 45 15 140 75 35

5.6 MATERIALES PARA HERRAMIENTAS Se ha desarrollado una amplia variedad de materiales para herramientas. El mejor material a usar para determinado trabajo, es el que producirá la parte maquinada al menor costo. Las propiedades deseadas en cualquier material para herramientas incluyen: la capacidad para resistir el ablandamiento a altas temperaturas, un bajo coeficiente de fricción, buenas cualidades de resistencia a la abrasión y una tenacidad suficiente para resistir la ruptura. Los principales materiales empleados en las herramientas de corte son los siguientes: ACEROS DE ALTO CARBON: Limitándose en un 0.80 a 1.20%. Estos aceros alcanzan una dureza tan grande como cualquiera de las aleaciones de alta velocidad. A máxima dureza, el acero es muy quebradizo, si se desea tener un poco de tenacidad se debe obtener a costa de la dureza. La capacidad de penetración del temple es baja, limitándose el uso de este acero a herramientas pequeñas, debido a que éstas pierden dureza alrededor de los 300 °C, no son convenientes para altas velocidades y trabajo pesado, restringiéndose su utilidad al trabajo en materiales blandos como la madera.

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ACEROS DE ALTA VELOCIDAD: Éstos son de un alto contenido de aleación, tienen una excelente templabilidad y mantienen un buen filo cortante a temperaturas cercanas a los 650 °C. A la capacidad de una herramienta para resistir al ablandamiento en altas temperaturas se le conoce como dureza al rojo y ésta es la cualidad mas deseada. Aunque hay numerosas composiciones de acero de alta velocidad, todas ellas se pueden agrupar en tres clases: 1. Acero de alta velocidad 18-4-1. Este acero contiene 18% de tungsteno, 4% de cromo y 1% de vanadio y se considera como uno de los mejores para herramientas de propósitos múltiples. 2. Acero de alta velocidad “al molibdeno”. Muchos aceros de alta velocidad usan molibdeno como elemento principal de aleación ya que una parte sustituye a dos partes de tungsteno. Los aceros al molibdeno tales como 6-6-4-2 que contienen 6% de tungsteno, 6% de molibdeno, 4% de cromo y 2% de vanadio, tienen una tenacidad y capacidad cortante excelentes. 3. Aceros rápidos superiores. Algunos de estos aceros contienen cobalto añadido en cantidades comprendidas entre 2 y 15%, puesto que este elemento aumenta la eficiencia de corte, especialmente a altas temperaturas. Un análisis de este acero contiene 20% de tungsteno, 4% de cromo, 2% de vanadio y 12 % de cobalto. Debido al mayor costo de este material, se usa principalmente para operaciones pesadas de corte que imponen presiones y temperaturas elevadas a la herramienta. ALEACIONES FUNDIDAS NO FERROSAS. Estas aleaciones contienen principalmente cromo, cobalto y tungsteno, con porcentajes menores de uno o más elementos formadores de carburo como el tantalio, molibdeno o boro. Son materiales excelentes para herramientas de corte. Estas aleaciones tienen una alta dureza al rojo y son capaces de mantener buenos filos cortantes en las herramientas, a temperaturas por encima de los 9250C. Comparadas con los aceros de alta velocidad, se pueden usar al doble de la velocidad de corte y sin que se altere el avance; sin embargo, son más quebradizas, no responden al tratamiento térmico y se pueden maquinar solamente por esmerilado. El rango de los elementos de estas aleaciones es de 12 a 25% de tungsteno, 40 a 50% de cobalto y de 15 a 35% de cromo, aglutinado con uno o más elementos formadores de carburo, se añade carbono en cantidades que van, del 1 al 4%. Tienen una buena resistencia a la descarburación y puede resistir mucho mejor que los carburos a las cargas de choque. CARBUROS. Se hacen sólo por la técnica de metalurgia de polvos; los polvos de metal de los carburos de tungsteno y de cobalto se forman por compresión, se sinteriza en un horno con atmósfera de hidrógeno a 15500C y se terminan con una operación de esmerilado. Las herramientas de carburo que contienen sólo carburos de tungsteno y de cobalto (aproximadamente 94% de carburo de tungsteno y 6% de carburo de cobalto) son adecuadas para el maquinado de hierros fundidos y para la mayoría de los materiales, sin embargo, no siempre se pueden maquinar todos los materiales satisfactoriamente por

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

medio de esta composición, debido a que las virutas se pegan o sueldan a la superficie del carburo destruyendo rápidamente la herramienta. Para eliminar esta dificultad, se añaden titanio y carburo de tantalio en proporción al incremento del porcentaje de carburo. Un análisis típico de un carburo apropiado para el maquinado de acero es de 82% de carburo de tungsteno, 10% de titanio y 8% de carburo de cobalto. Esta composición tiene un bajo coeficiente de fricción y como consecuencia tiene poca tendencia al desgaste. Ventajas y desventajas:

• • • • • •

Mantendrá un filo constante a temperaturas mayores de 12000C. Las herramientas de carburo permiten, de dos a tres veces, mayor velocidad que las herramientas de aleaciones fundidas, pero se deben emplear avances mucho más pequeños debido al quiebre. El carburo es muy quebradizo. Tiene poca resistencia al choque. Debe sujetarse rígidamente para evitar la ruptura. El esmerilado es difícil y solo se puede hacer con carburo de silicio o muelas de diamante.

EL CARBURO MICRO-GRANULAR. Es un carburo de tungsteno de alta resistencia, alta dureza y tamaño de grano fino, que se usa para velocidades de corte muy bajas respecto a la de los carburos normales y que las herramientas convencionales no soportan por desgaste. Se usa cada vez más en herramientas de formado y cuchillas de trazas. Las herramientas de carburo se pueden recubrir con una capa muy delgada (de 0.05 a 0.08 mm), formada por un depósito de carburo de titanio, óxido de aluminio o nitruro de titanio, con una base de carburo de tungsteno. Estos recubrimientos reducen el calor causado por el flujo de viruta sobre la herramienta y los efectos de fusión y adhesión. Las herramientas recubiertas con óxido de aluminio operan casi al doble de la velocidad de corte que cualquier otro recubrimiento. Las herramientas revestidas no son recomendables para piezas que tengan una costra gruesa o inclusiones de arena. DIAMANTES. Usados como herramientas de una sola punta para corte ligeros y altas velocidades deben estar rígidamente soportados, debido a su alta dureza y fragilidad. Los diamantes industriales se usan comúnmente en maquinados de plásticos, hule duro, cartón comprimido y aluminio con velocidades de corte de 300 a 1500 m/min. También se usan para rectificado de muelas abrasivas, para pequeños dados de estirado de alambre y en ciertas operaciones de rectificado y asentado. El diamante policristalino sinterizado y los diamantes compactos ensamblados en carburo de tungsteno, están encontrando uso en operaciones de desgaste elevado y maquinado de alta velocidad. Estas herramientas se usan tanto para el maquinado de materiales no ferrosos con alto contenido de silicio, como para el de fibra de vidrio que es muy abrasivo.

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

HERRAMIENTAS DE CERÁMICA. El polvo de óxido de aluminio, junto con aditivos de titanio, magnesio u óxido de cromo se mezcla con algún aglutinante y se transforma en una herramienta de corte de inserción mediante técnicas de metalurgia de polvos. El material resultante tiene una resistencia a la compresión extremadamente alta, pero es muy quebradizo. Por esta razón es necesario dar a los insertos una inclinación negativa de 5 a 70 para fortalecer el filo cortante y la herramienta debe estar rígidamente soportada por el portaherramientas. El punto de ablandamiento de una herramienta de cerámica es mayor de 11000C, tiene una baja conductividad térmica, opera a altas velocidades de corte y admite cortes profundos. Ventajas y desventajas:

• • • • • • •

Dureza. Resistencia a altas y bajas temperaturas. Resistencia a la craterización. Alta resistencia a la compresión. Falta de afinidad con el metal que se corta. Una baja conductividad térmica. Fragilidad.

5.7 REFRIGERANTES. En el proceso de corte se puede efectuar una mejora en la acción cortante con el uso de refrigerantes sólidos, líquidos, emulsiones o gases. Como resultado de la fricción y a menos que se controlen las temperaturas y las presiones, las superficies metálicas tienden a adherirse unas a otras. La Figura 5-6 indica las fuentes principales de calor.

Figura 5-6 Representación del calor producido por la fuerza de fricción en la pieza de trabajo

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Un refrigerante adecuado puede desempeñar las siguientes funciónes útiles: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Reducir la acción entre la viruta, la herramienta y la pieza de trabajo. Reducir la temperatura de la herramienta y la pieza. Deslavar las virutas. Mejorar el acabado de la superficie. Reducir la potencia requerida. Aumentar la duración de la herramienta. Reducir la posibilidad de corrosión, tanto en la pieza, como en la máquina. Ayudar a prevenir la soldadura de la viruta en la herramienta.

Un refrigerante debe tener buenas características de transferencia de calor: no volátil, no espumante, lubricante y tener una elevada temperatura de inflamación. Los sólidos que mejoran la capacidad cortante, incluyen ciertos elementos en los materiales de trabajo, tales como el grafito en el hierro gris. Los líquidos se encuentran principalmente en forma de soluciones con base de agua o aceite con ciertos aditivos para aumentar su efectividad. Los gases incluyen vapor de agua, bióxido de carbono y aire comprimido. Los refrigerantes químicos son mezclas de componentes químicos disueltos en agua. Su propósito es enfriar, pero se pueden usar tanto para enfriamiento como para lubricación. Los agentes químicos empleados son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Aminas y nitritos para la prevención de herrumbre. Nitratos para la estabilización de nitritos. Fosfatos y boratos para el ablandamiento del agua. Jabones y agentes humectantes para la lubricación y la reducción de la tensión superficial. Compuestos de fósforo, cloro y azufre para la lubricación química. Cloro para la lubricación. Glicoles como agentes agregados y humectantes. Germicidas para el control del crecimiento de bacterias.

El refrigerante se puede lanzar en pequeñas cantidades dirigidas hacia el filo cortante. La mejor aplicación del refrigerante es entre la herramienta y la pieza o, de ser posible, entre la viruta y la herramienta. La simple inundación del área cortada no es tan efectiva como la de dirigir el refrigerante a las áreas de interfaz de la herramienta. Se usan muchos tipos de refrigerantes, dependiendo principalmente de la clase de material maquinado y del tipo de operación que se efectúe.

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

A continuación se presentan algunos de los refrigerantes no químicos usados para diversos materiales comunes: 1. Hierro fundido: se utiliza aire comprimido, aceite soluble o trabajado en seco. El uso del aire comprimido requiere de un sistema de escape para remover el polvo producido por el soplado de partículas finas de hierro. 2. Aluminio: se utiliza lubricante de keroseno, aceite soluble o agua de sosa. El agua de sosa consiste en agua con pequeñas cantidades de algún alcalino que actúe como preventivo de herrumbre. 3. Hierro maleable: se utiliza en seco o con aceite lubricante soluble en agua. El refrigerante antes mencionado, consiste en un aceite mineral ligero que se mantiene en suspensión con sosa cáustica, aceite, sulfuro, jabón y otros ingredientes que forman una emulsión cuando se mezclan con agua. 4. Latón: se utiliza en seco, con aceite de parafina o con compuestos de aceites de manteca. 5. Acero: se utiliza aceite soluble en agua, aceite sulfurado o aceite mineral. 6. Hierro forjado: se utiliza con aceite de manteca o con aceite soluble en agua.

5.8 MAQUINABILIDAD Y ACABADO SUPERFICIAL. La maquinabilidad o facilidad de maquinado es generalmente influida por el tipo y la forma de la herramienta de corte. La maquinabilidad es un término relativo y se expresa solamente en factores tales como la durabilidad de la herramienta, la potencia requerida para hacer el corte, el costo para desprender una cierta cantidad de material, o las condiciones superficiales obtenidas. Los aceros al carbón tienen mejor maquinabilidad que los aceros aleados con la misma dureza y contenido de carbono. La adición de plomo al acero, mientras se vacían los lingotes, aumenta la maquinabilidad, aunque hace al acero más costoso. El uso de unos pocos centésimos (de 1%) de telurio en el acero aumentará la maquinabilidad y velocidad de corte aproximadamente 3.5 veces., pero el costo del elemento es comparable al del oro. La adición de las cantidades moderadas, tanto de fósforo como de azufre, aumenta la maquinabilidad; el fósforo ocasiona que las virutas sean quebradizas, eliminando así la formación prolongada y difícil de virutas. Se considera que tiene mejor maquinabilidad, aquel material que está asociado con bajas fuerzas y larga duración de la herramienta y que permite desprenderse al más bajo costo, con un acabado satisfactorio.

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Un buen acabado superficial se obtiene mediante:

•

Cortes ligeros.

•

Pequeños avances.

•

Altas velocidades de corte.

•

Fluidos cortantes.

•

Puntas redondeadas de las herramientas.

•

Mayores ángulos de inclinación en herramientas bien afiladas.

5.9 DURACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS. El desgaste de una herramienta es evidente en dos lugares, como se observa en la Figura 5-7. El primero es el flanco de la herramienta, en donde una pequeña superficie que se extiende desde la punta a alguna distancia por debajo, se desgasta. En las herramientas para alta velocidad, se consideran que se ha producido una falla si esta superficie se ha desgastado 1.58 mm y para las herramientas de carburo, cuando el desgate de la superficie ha alcanzado 0.76 mm. En el segundo, se produce un pequeño desgaste en la cara superior de la herramienta en forma de un pequeño cráter o depresión por detrás de la punta.

Figura 5-7 Áreas de mayor desgaste del buril

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Puesto que la duración de la herramienta disminuye en relación al aumento de la velocidad de corte, las curvas para duración de la herramienta se trazan como la duración de la herramienta en minutos, contra la velocidad de corte en metros por minuto o en centímetros cúbicos del metal desprendido. En algunos casos se determina la duración por mediciones en el acabado superficial y en otros, por un aumento de la fuerza sobre un dinamómetro. En 1906 Fred. W. Taylor mostró que existía una relación entre la duración de la herramienta y la velocidad de corte, expresada en la siguiente ecuación:

VT n = C En donde: V= Velocidad de corte en m/min T= Duración de la herramienta en minutos. n= Exponente dependiente de las condiciones de corte. C= Constante de desgaste producido por la velocidad de corte en un periodo de tiempo de un minuto en condiciones ideales para un determinado material de herramienta. Tabla 5.2 Rango aproximado de valores “n” para la ecuación de Taylor.

Tipo de herramienta cortante.

n

Acero de alta velocidad.

0.08-0.12

Carburo

0.13-0.25

Cerámica.

0.40-0.55

Cuando se traza la velocidad de corte como función de la duración de la herramienta sobre escalas logarítmicas, resulta una línea recta, como se muestra en la Figura 5-8. El valor de n se puede determinar utilizando la fórmula; pues tal curva depende de un conjunto dado de condiciones; no es aplicable si se cambia la profundidad de corte o el avance. Si se aumenta alguna de éstas se debe hacer una reducción en la velocidad de corte para obtener la máxima duración de la herramienta.

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CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Es aconsejable considerar las siguientes causas en el deterioro de la herramienta, de manera que se puedan tomar medidas preventivas siempre que sea posible. 1. Afilado incorrecto de los ángulos de la herramienta. Los ángulos de corte dependen de los materiales a cortar; sus valores se pueden consultar en manuales, literatura de fabricantes y otras fuentes. 2. Pérdida de la dureza de la herramienta. Es ocasionada por el excesivo calor generado en el filo cortante. Esta situación se remedia con el uso de refrigerantes o reduciendo la velocidad de corte. 3. Rompimiento o astillamiento del filo cortante. Esto puede ser causado al hacer un corte demasiado fuerte o por un ángulo de filo pequeño.

Figura 5-8 Gráfica de la duración del filo de la herramienta en función de Velocidad-Tiempo

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

5.10 PARÁMETROS DEL FABRICANTE DE LA MÁQUINA Tabla 5.3 GRADOS IMPRODUCTIVOS PARA TORNO MANURHIN PF 16-22-32-42-60B

Operaciones Alimentación por pinza (avance de la barra y Retorno de tope)

PF 16 – 22 66

PF 32–42–60 60

Alimentación por contra peso (longitud de la pieza 50 mm para PF 16 – 22- longitud de la pieza 70 mm para PF 32 – 42)

76

70

2DA alimentación por tope sobre el husillo

55

50

6 + 6=12°

6 + 6=12°

Retorno de herramienta de roscado

14

20

Embrague

16

15

Para una aproximación de 10mm

13

12

20mm

17

15

30mm

20

17

40mm

23

19

50mm

25

21

60mm

--

23

70mm

--

25

1 a 5; 2 a 3; 3 a 4; 4 a 5

18

15

Retorno del husillo y aproximación de la herramienta para interior 1 ó 2

30

30

Mínimo de grados para la aceleración

25

25

72 (12 t/m)

48° 48° 36° (8 t/m 8 t/m 6 t/m) 71

Retorno de herramientas

Aproximación de herramientas de barreno:

Retorno de los carros porta-herramientas:

Rotación del árbol de levas en °/seg, estando en aceleración

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.4 CARACTERISTICAS DE LOS TORNOS AUTOMÁTICOS MANURHIN

Diámetro máximo de barras admisibles en: Alimentación por pinzas Barras redondas Barras hexagonales Barras cuadradas Alimentación por contra peso: Barras redondas Barras hexagonales Barras cuadradas

Unidades PF 16

PF 25

PF 32 B

PF 42 B

mm mm mm

12 10 8

18 15 13

25 22 18

36 31 25

mm mm mm

16 14 11

25 21 17

32 28 22

42 36 29

mm

70

70

90

90

mm mm

50 75

50 75

50 75

50 75

mm mm

50 50

50 50

75 75

75 75

mm

12

12

16

16

mm

----

----

18

18

Longitud máxima de torneado transversal

mm

30

30

40

40

Velocidad mínima/máxima del husillo

RPM

Largo máximo de alimentación por pinza Largo máximo de torneado longitudinal de carros Carro 1 Carro 2 Longitud máxima de barrenado Longitud máxima de roscado Diámetro máximo para roscar acero con la máquina tipo PPT Diámetro máximo para roscar acero con la máquina tipo T

975/6225 650/4150 225/3375 145/2815

Número de velocidades del husillo

----

16

16

35

35

Número de velocidades del árbol de levas

----

96

96

99

99

RPM

1430

1430

940

940

Velocidad del motor

72

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Carros portaherramientas, disposición y enumeración. (Figura 5-9)

Figura 5-9 Carros porta herramientas, disposición y enumeración

Tabla 5.5 Distancia A en mm

No 1 No 2 No 3 No 4 No 5

Carro trasero Carro delantero Carro superior delantero Carro superior central Carro superior trasero

PF 32-42 MAX. MIN. 70 30 70 30 70 30 70 30 70 30

PF 16-25 MAX. MIN. 52 22 52 22 52 22 52 22 52 22

73

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Operaciones

Acero muy suave

Acero suave 35-50 Kg/cm2.

Acero semiduro 60-70 Kg/cm2

Acero duro 80 – 90 Kg/cm2

Latón 80-90 Kg/cm2.

Aluminio duro

Tabla 5.6 VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTOS.

Torneado……………………… Fresado……………………… Barrenado…………………… Corte……..………………… Roscado….……………………

80-100 80-100 40-60 40-60 20-30

50-60 50-60 35-45 35-45 10-15

40-45 40-45 20-35 20-35 6-12

25-35 25-35 15-25 15-25 5-9

150 150 120 120 60

150 150 120 120 60

Aluminio

Rimado

Latón

Barrenado

Acero duro

Tronzado

Acero semiduro

Herramienta de forma

Acero suave

Torneado

Acero muy suave

Operaciones

Tabla 5.7 AVANCES ADMISIBLES PARA LAS OPERACIONES MÁS COMUNES EN LOS TORNOS MANURHIN.

0.10 / 0.30 0.01 / 0.06 0.03 / 0.08 0.10 / 0.30 0.20 / 0.60

0.08 / 0.25 0.01 / 0.05 0.02 / 0.07 0.08 / 0.25 0.15 / 0.50

0.06 / 0.20 0.01 / 0.04 0.02 / 0.06 0.06 / 0.20 0.10 / 0.40

0.05 / 0.15 0.01 / 0.03 0.01 / 0.05 0.04 / 0.15 0.05 / 0.30

0.10 / 0.40 0.02 / 0.08 0.05 / 0.10 0.10 / 0.40 0.20 / 0.80

0.10 / 0.40 0.02 / 0.08 0.05 / 0.10 0.10 / 0.40 0.20 / 0.80

Tabla 5.8 DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS DE LOS CARROS (mm)

Torno Transversales PF 16 PF 25

30 30

Longitudinales Frontales Trasero Delantero 50 50 50 50 50 50

74

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.9 RELACIONES DE LOS CARROS (GRADOS)

Tornos Longitudinales Transversales PF 16 PF 25

Frontales

Trasero/delantero

Superiores

Barrenado/roscado

1:1 1:1

1:1 a 1:2 1:1 a 1:2

1:1 1:1

Tabla 5.10 Espesor de la cuchilla de tronzado en relación con el material y diámetro de la barra.

Fierro Acero Acero inoxidable Bronce

Cobre Aluminio Latón

Diámetro Espesor de la Diámetro Espesor de la de barra herramienta de barra herramienta 0.6 1 0, 7 1 0.7 2 0, 8 2 0.8 3 0, 9 3 0.9 4 1, 0 4 1.0 5 1, 2 5 1.1 6 1, 4 6 1.2 7 1, 6 7 1.3 8 1, 8 8 1.4 9 1, 9 9 1.5 2, 0 10 10 1.6 11 2, 1 11 1.7 12 12 2, 2 1.8 13 2, 3 13 1.9 14 2, 4 14 2-0 2, 5 15 15 2-1 16 2, 6 16 2-2 17 2, 7 17 2-3 18 18 2, 8 19 2-4 2, 9 19 2-5 20 3, 0 20 2-6 21 3, 1 21 2-7 22 3, 2 22

75

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.11 VELOCIDADES PARA ROSCAR EN LOS TORNOS PF 16 B & PF 22 B

DIÁMETRO DE POLEAS

PF 16 ROSCAR A DERECHA Poleas Acero Latón T 192 214 Bandas tipo V y Plana D 107 107 Longitud 2210mm ROSCAR A IZQUIERDA T 134 107 D 214 214 PF 25 ROSCAR A DERECHA T 128 154 D 71 71 Bandas tipo V y Plana Longitud 2210mm ROSCAR A IZQUIERDA T 89 71 D 145 145 Tabla 5.12 VELOCIDADES PARA ROSCAR EN LOS TORNOS PF 32 B & PF 42 B

Roscar a derecha Poleas Acero Latón T 162 L=2085 185 L=2085 D 113 L=2020 113 L=2020 Roscar a izquierda Poleas Acero Latón T 162 L=2085 185 L=2085 D 113 L=2020 113 L=2020 Longitudes de las bandas para roscar Poleas Acero Latón T 110 L=1985 92 L=195 D 225 L=2190 225 L=2190

76

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.13 VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTOS EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DE BARRAS (mm) Y VELOCIDADES DEL HUSILLO EN RPM (PF-16)

∅ ΒARRA

VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTO RPM 975 1125 1275 1440 1610 1835 2070

1 1,5

2355

5

5,7

6,5

7,4

5,3

6

6,8

7,6

8,6

9,8

11,1

2

6,1

7,1

8

9,1

10,1

11,5

13

14,8

2,5

7,7

8,8

10

11,3

12,6

14,4

16,2

18,5

3

9,3

10,6

12

13,5

15,2

17,3

19,5

22,2

3,5

10,7

12,4

14

15,8

17,7

20,2

22,8

25,9

4

12,5

14,1

16

18,1

20,2

23

26

29,6

4,5

13,8

15,9

18

20,4

22,8

26

29,2

33,3

5

15,3

17,7

20

22,6

25,3

28,8

32,5

37

5,5

16,9

19,5

22

24,9

27,8

31,8

35,8

40,8

6

18,4

21,2

24

27,2

30,3

34,6

39

44,4

6,5

19,9

23

26

29,4

32,8

37,5

42,3

48

7

21,4

24,8

28

31,6

35,4

40,4

45,5

51,8

7,5

23

26,5

30

33,9

37,9

43,2

48,8

55,5

8

24,5

28,3

32

36,2

40,5

46,2

52

59,2

8,5

26

30

34

38,4

43

49

55,3

62,9

9

27,5

31,8

36

40,6

45,5

51,8

58,5

66,5

9,5

29

33,5

38

42,9

48

54,6

61,6

70,2

10

30,6

35,3

40

45,2

50,5

57,6

65

74

11

33,7

38,9

44

49,8

55,6

63,5

71,5

81,5

12

36,7

42,5

48

54,3

60,6

69,2

78

88,9

13

39,8

46

52

58,8

65,7

75

84,5

96

14

42,8

49,5

56

63,4

70,8

80,7

91

103,5

15

45,9

53

60

68

76

86,5

97,5

111

16

49

56,5

64

72,3

80,8

92

104

118

77

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.14 VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTOS EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DE BARRAS (mm) Y VELOCIDADES DEL HUSILLO EN RPM (PF-16)

VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTO

∅ ΒARRA

RPM 2640

2985

3360

3810

4275

4845

5490

6225

1

8,3

9,4

10,3

12

13,4

15,2

17,2

19,5

1,5

12,4

14

15,8

18

20

22,8

25,7

29,3

2

16,6

18,7

21,1

23,9

26,8

30,4

34,5

39,1

2,5

20,7

23,4

26,4

29,9

33,6

38

43,1

48,8

3

24,9

28,1

31,6

35,9

40,3

45,5

51,7

58,6

29

32,8

37

42

47

53,2

60,4

68,5

4

33,2

37,6

42,3

48

53,8

60,8

69

78,4

4,5

37,3

42,2

47,5

53,9

60,5

68,5

77,5

88

5

41,5

47

52,8

60

67,2

76

86,4

98

5,5

45,6

51,6

58,2

66

74

83,6

95

107,5

6

49,7

56,2

63,4

71,8

80,5

92

103,5

117,5

6,5

54

61

68,5

77,8

87,3

99

112

127

7

58

65,6

74

83,8

94

106,5

120,5

137

7,5

62,2

70,4

79

89,8

100,5

114

129

146,5

8

66,5

75

84,5

95,8

107,5

121,5

138

156,5

8,5

70,5

79,5

89,7

103

114

129

146,5

166

9

74,5

84,4

95

107,5

120,5

136,5

155

176

9,5

78,7

89

100

113,5

127

144

163

185

10

83

93,8

105,5

119,5

134

152

172

195

11

91,5

103

116

133

148

167

190

215

12

99,5

112,5

126,5

143

161

182

207

235

13

108

122

137,5

156

175

198

224

254

14

116

131,5

148

168

188

213

242

274

15

124,5

141

158

180

202

228

259

293

16

132,5

150

169

191

214

242

275

312

3,5

78

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.15 VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTOS EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DE BARRAS (mm) Y VELOCIDADES DEL HUSILLO EN RPM (PF-25)

Φ BARRA 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTO RPM 650 750 850 960 1075 1225 1380

5,1 6,1 7,1 8,1 9,2 10,2 11,2 12,3 13,3 14,3 15,4 16,4 17,4 18,4 19,4 20,4 22,5 24,5 26,5 28,5 30,6 32,6 34,6 36,7 38,7 40,8 42,8 45 47 49 51

5,9 7,1 8,2 9,4 10,6 11,8 13 14,2 15,3 16,5 17,7 18,8 20 21,2 22,4 23,5 26 28,3 30,6 33 35,4 37,7 40 42,5 44,7 47 49,5 52 54 56,5 59

5,3 6,7 8 9,3 10,7 12 13,2 14,7 16 17,4 18,7 20 21,3 22,7 24 25,4 26,7 29,5 32 34,7 37,4 40 42,7 45,5 48 50,7 53,5 56 59 61,5 64 67

6 7,5 9,1 10,5 12 13,5 15,1 16,6 18,1 19,6 21,1 22,6 24,2 25,6 27,2 28,6 30,2 33,3 36,2 39,2 42,2 45,3 48,2 51,2 54,2 57,3 60,3 63,4 66,5 69,5 72,5 75,5

5,1 6,8 8,4 10,1 11,8 13,4 15,2 16,9 18,6 20,3 22 23,6 25,4 27 28,8 30,5 32,2 33,7 37,2 40,5 44 47,3 50,7 54 57,2 60,8 64 67,8 71 74,5 78 81 84,5

5,8 7,7 9,6 11,6 13,4 15,4 17,3 19,2 21,3 23,2 25 27 28,9 30,8 32,8 34,6 36,5 38,5 42,4 46,2 50 54 58 63 65,5 69,2 73 77 81 85 88,5 92 96

6,5 8,7 10,8 13 15,2 17,3 19,5 21,7 23,8 26 28,2 30,4 32,6 34,6 37 39 41,2 43,4 47,6 52 56,3 60,7 65 69,2 73,5 78 82 87 91 95,5 11 104 108

1570 7,4 9,9 12,3 14,8 17,2 19,7 22,2 24,6 27,2 29,5 32 34,5 37 39,5 42 44,5 46,8 49,3 54,3 59,2 64 69 74 79 84 89 94 99 104 109 113 118 123

79

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.16 VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTOS EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DE BARRAS (mm) Y VELOCIDADES DEL HUSILLO EN RPM (PF 25)

Φ BARRA 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

VELOCIDADES DE CORTE EN METROS/MINUTO RPM 1760 1990 2240 2540 2850 3230 3660 5,5 6,3 7 8 9 10,2 11,5 8,3 9,4 10,9 12 13,4 15,2 17,2 11,1 12,5 14,1 16 17,9 20,3 23 13,8 15,6 17,6 20 22,4 25,4 28,8 16,6 18,8 21,1 24 26,9 30,5 34,5 19,3 21,8 24,5 28 31,3 35,5 40,2 22,1 25 28 32 35,7 40,5 46 24,9 28 31,5 36 40,1 45,5 51,7 27,6 31,3 35,2 40 44,7 50,8 57,5 30,5 34,5 38,8 44 49,4 56 36,3 33,2 37,5 42,3 48 53,8 61 69 36 40,6 45,7 52 58,2 66 75 38,6 43,8 49,4 56 62,8 71 81 41,5 47 53 60 67,3 76,3 86,5 44,2 50 56,2 64 71,5 81 92 47 53 60 68 76,2 86,7 98 49,7 56 63,2 72 80,4 91,5 104 52,5 59,3 67 76 85 96,5 109 55,2 62,5 70,2 80 89,5 102 115 61 69 77,5 88 98,5 112 127 66,5 75 84,5 96 107,4 122 138 72 81,3 91,2 104 116 132 150 77,5 87,5 98,5 112 125 142 161 83 94 106 120 134 152 173 88,5 100 112 128 143 162 185 94 106 119 136 152 172 196 99 113 127 144 161 182 207 105 119 133 152 170 192 218 111 125 141 160 179 203 230 116 131 148 168 188 213 242 122 138 155 176 197 223 253 127 144 161 184 205 233 265 133 150 169 192 215 243 276 138 156 176 200 224 254 288

4150 13 19,5 26 32,5 39 45,5 52 58,5 65 71,8 78 84,7 91 98 104 111 117 124 130 144 156 169 183 196 208 222 235 247 262 274 287 300 313 325

80

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.17 VELOCIDADES DEL HUSILLO EN R.P.M. EN FUNCIÓN AL DIÁMETRO DE LA BARRA Y LA VELOCIDAD DE CORTE EN METROS/ MINUTO.

DIÁMETRO VELOCIDAD DE CORTE EN METROS/ MINUTO

DE LA BARRA EN mm 1 1.55 2 2-5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

15 4774 3183 2387 1910 1591 1364 1193 1061 955 868 796 734 682 636 597 561 530 503

20 6366 4244 3183 2546 2122 1819 1591 1415 1273 1157 1061 979 909 849 796 749 707 670 637 579 530

25 7958 5305 3979 3183 2652 2274 1989 1768 1591 1447 1326 1224 1137 1061 995 936 884 838 196 723 663 612 568 530

30

35

6367 4774 3820 3183 2728 2387 2122 1910 1736 1591 1469 1364 1273 1194 1123 1061 1005 955 868 796 734 682 636 596 561 530 502

7427 5570 4456 3713 2183 2785 2476 2228 2025 1856 1714 1591 1485 1393 1311 1236 1173 1114 1013 928 859 796 742 696 655 619 586 557 530 506

40

50

6366 5092 4244 3638 3183 2829 2546 2315 2122 1960 1819 1697 1591 1498 1415 1340 1273 1157 1061 979 909 849 796 749 707 670 637 606 578 553 530 509

7958 6366 5305 4547 3979 3537 3183 2893 2652 2448 2273 2122 1989 1872 1768 1675 1591 1447 1326 1224 1137 1061 995 936 884 837 795 758 723 692 663 636

81

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.18 VELOCIDADES DEL HUSILLO EN R.P.M. EN FUNCIÓN AL DIÁMETRO DE LA BARRA Y LA VELOCIDAD DE CORTE EN METROS/ MINUTO.

DIÁMETRO DE LA BARRA EN mm 1 1.55 2 2-5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

VELOCIDAD DE CORTE EN METROS/ MINUTO 60

70

80

90

100

120

140

7640 6366 5457 4774 4244 3820 3472 3183 2938 2728 2546 2387 2247 2122 2010 1910 1736 1591 1469 1364 1273 1194 1123 1061 1005 955 909 868 830 796 764

7427 6366 5570 4951 4456 4051 3713 3428 3183 2971 2785 2621 2476 2345 2228 2025 1857 1714 1591 1485 1393 1310 1238 1173 1114 1061 1013 969 928 891

7276 6366 5659 5093 4630 4244 3918 3638 3395 3183 2996 2829 2680 2546 2314 2122 1959 1819 1698 1591 1498 1415 1340 1273 1212 1157 1107 1061 1018

8185 7162 6366 5730 5209 4774 4407 4092 3820 3580 3370 3183 3016 2865 2604 2387 2203 2046 1910 1790 1685 1591 1508 1432 1364 1302 1245 1193 1146

7958 7073 6366 5787 5305 4897 4547 4244 3979 3745 3536 3351 3183 2894 2652 2448 2273 2122 1989 1872 1768 1675 1591 1516 1447 1384 1326 1273

7639 6945 6366 5876 5457 5093 4775 4494 4244 4021 3820 3472 3183 2938 2728 2546 2387 2247 2122 2010 1910 1819 1736 1661 1591 1528

8102 7427 6856 6366 5941 5570 5243 4951 4691 4456 4051 3713 3428 3183 2971 2785 2621 2475 2345 2228 2122 2026 1937 1857 1782

82

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.19 VELOCIDADES DEL HUSILLO EN R.P.M. EN FUNCIÓN AL DIÁMETRO DE LA BARRA Y LA VELOCIDAD DE CORTE EN METROS/ MINUTO.

DIÁMETRO DE LA BARRA EN mm 1 1.55 2 2-5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

VELOCIDAD DE CORTE EN METROS/ MINUTO 160

180

200

225

250

275

300

7835 7275 6790 6366 5992 5659 5361 5093 4630 4244 3917 3638 3395 3183 2996 2829 2680 2546 2425 2315 2214 2122 1037

7639 7162 6741 6366 6021 5730 5208 4774 4407 4092 3820 35810 3370 3183 3015 2864 2728 2604 2491 2387 2292

7958 7490 7074 6701 6366 5787 5305 4897 4547 4244 3979 3745 3526 3350 3183 3031 2894 2768 2652 2546

7958 7539 7162 6511 5968 5509 5115 4775 4476 4213 3979 3769 3581 3410 3255 3114 2984 2865

7958 7234 6631 6121 5684 5305 4973 4681 4421 4188 3979 3789 3617 3460 3316 3183

7958 7294 6733 6252 5836 5471 5149 4863 4607 4377 4169 3979 3806 3647 3501

7958 7345 6821 6366 5968 5617 5305 5026 4774 4547 4341 4152 3979 3820

83

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.20 VELOCIDADES DEL HUSILLO PF 32B- 42B.

NÚMERO DE DIENTES DE LOS ENGRANES A 25 25 26 25 26 25 26 25 26 25 31 25 26 31 35 31 25 35 26 25 26 35 39 35 26 31 25 31 39 42 35 31 42 35 31 45 35 26 42

B 75 75 74 75 74 75 74 75 74 75 69 75 74 69 65 69 75 65 74 75 74 65 61 65 74 69 75 69 61 58 65 69 58 65 69 55 65 74 58

C 26 31 31 35 35 39 39 42 42 45 39 47 47 42 39 45 53 42 53 55 55 45 42 47 58 53 61 55 47 45 53 58 47 55 61 47 58 69 53

D 74 69 69 65 65 61 61 58 58 55 61 53 53 58 61 55 47 58 47 45 45 55 58 53 42 47 39 45 53 55 47 42 53 45 39 53 42 31 47

VELOCIDADES DEL HUSILLO EN RPM. 145* 186* 196 225* 235 265* 280 300* 317 335* 358 365* 387 405* 430* 455 465* 483 492 505* 532 550* 575 595 605* 630 645* 680* 704 735* 755 770* 795 820* 870* 900 925* 968* 1015*

COEFICIENTES DE VELOCIDAD DE CORTE (1)

VELOCIDAD DE CORTE Φ 42

VELOCIDAD DE CORTE Φ 12

0,4555 0,5843 0,6158 0,7069 0,7383 0,8325 0,8796 0,9425 0,9959 1,0524 1,1247 1,1467 1,2158 1,2723 1,3509 1,4294 1,4608 1,5174 1,5457 1,5865 1,6713 1,7279 1,8064 1,8693 1,9001 1,9792 2,0263 2,1363 2,2117 2,3091 2,3719 2,4190 2,4976 2,5761 2,7332 2,8274 2,9060 3,0411 3,1887

19M13 24M54

5M47 7M01

29M69

8M48

35

10

39M97

11M31

44M20

12M63

48M16

13M76

53M44 56M74

15M27 16M21

61M36

17M53

66M63

19M04

72M57

20M73

79M83

22M81

85M11 89M72

24M32 25M64

96M98

27M71

101M60

29M03

108M20 114M80

30M91 32M80

122M05 127M72 133M93

34M87 36M49 38M26

Velocidad teórica del motor= 940 RPM PF 32 B Velocidad mínima 225 RPM Velocidad máxima 3375 RPM PF 42 B Velocidad mínima 145 RPM Velocidad máxima 2815 RPM (1) Multiplicar el coeficiente por el DIÁMETRO de la barra en metros/minuto para obtener la velocidad de corte correspondiente en metros/minuto.

84

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.21 VELOCIDADES DEL HUSILLO PF 32B- 42B.

NÚMERO DE COEFICIENTES VELOCIDADES DIENTES DE DEL HUSILLO DE LOS ENGRANES VELOCIDAD DE EN RPM. CORTE (1) A B C D 32830 1045 * 39 61 65 35 34401 1095* 42 58 61 39 36128 1150* 47 53 55 45 3,6914 1175 26 74 75 25 4,0999 1305* 25 75 74 26 4,2255 1345 53 47 45 55 4,4139 1405* 39 61 58 42 4,6182 1470 35 65 61 39 4,6747 1488 31 69 65 35 4,7752 1520* 53 47 42 58 4,9794 1585* 39 61 55 45 5,2465 1670 35 65 58 42 5,3407 1700* 47 53 45 55 5,4036 1720 39 61 53 47 5,5449 1765* 31 69 61 39 5,8748 1870* 35 65 55 45 5,9376 1890 26 74 65 35 6,0633 1930* 47 53 42 58 6,2832 2000* 31 69 58 42 6,4151 2042 35 65 53 47 6,5659 2090* 45 55 42 58 6,8801 2190* 39 61 47 53 7,1000 2260* 31 69 55 45 7,4613 2375* 39 61 45 55 7,6969 2450* 31 69 53 47 8,0268 2555 26 74 58 42 8,1525 2595* 35 65 47 53 8,4195 2680* 39 61 42 58 8,8436 2815* 35 65 45 55 9,0792 2890 26 74 55 45 9,5505 3040* 25 75 55 45 9,8332 3130 31 69 47 53 9,9903 3180 35 65 42 58 10,3673 3300 25 75 53 47 10,6029 3375* 31 69 45 55

VELOCIDAD VELOCIDAD DE CORTE DE CORTE Φ 42 Φ 12 137 M 88 144 M 48 151 M 74

39 M 40 41 M 28 43 M 35

172 M 19

49 M 20

185 M 39

52 M 97

200 M 56

57 M 30 64 M 09 66 M 54 70 M 50 72 M 76 75 M 40 78 M 79 85 M 56 85 M 20 88 M 54 92 M 36 97 M 83 101 M 03 106 M 12 114 M 61

127 M 23

Velocidad teórica del motor= 940 RPM --PF 32 B Velocidad mínima 225 RPM Velocidad máxima 3375 RPM --PF 42 B Velocidad mínima 145 RPM Velocidad máxima 2815 RPM (1) Multiplicar el coeficiente por el DIÁMETRO de la barra en metros/minuto para obtener la velocidad de corte correspondiente en metros/minuto.

85

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.22 VELOCIDADES DEL ÁRBOL DE LEVAS

MONTAJE 1

MONTAJE 2

Tr/min

Sec

mont

A

b

c

d

e

f

0.225 241 253 0.267 0.29 0.302 0.32 0.334 0.35 0.365 0.398 0.415 0.438 0.459 0.483 0.505 0.549 0.576 0.607 0.651 0.68 0.718 0.751 0.795 0.833 0.874 0.965 1.007 1.035 1.109 1.179 1.24

266 249 237 225 267 198 198 179 171 164 151 145 137 131 124 119 110 104 99 92 88.5 83.7 79.8 75.5 72 68.7 62-2 59.2 56 53.8 51 48.3

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

26 28 28 28 32 32 32 32 32 32 40 40 40 40 40 40 40 40 40 54 54 54 54 54 54 54 66 66 66 66 66 66

94 92 92 92 88 88 88 88 88 88 80 80 80 80 80 80 80 80 80 66 66 66 66 66 66 66 54 54 54 54 54 54

25 25 26 26 25 26 26 28 28 28 25 26 26 28 28 28 32 32 32 25 26 26 28 28 28 32 25 26 26 28 28 28

95 95 94 94 95 94 94 92 92 92 95 94 94 92 92 92 88 88 88 95 94 94 92 92 92 88 95 94 94 94 92 92

24 24 24 25 24 24 25 24 25 26 24 24 25 24 25 26 24 25 26 24 24 25 24 25 26 24 24 24 25 24 25 26

96 96 96 95 96 96 95 96 95 94 96 96 95 96 95 94 96 95 94 96 96 95 96 95 94 96 96 96 95 96 95 94

86

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 5.23 VELOCIDADES DEL ÁRBOL DE LEVAS TORNO AUTOMÁTICO MANURHIN PF 16 – 25

MONTAJE 1

MONTAJE 2

Tr/min

Sec

Mont

a

b

C

d

e

F

1.34 1.405 1.,470 1,490 1,679 1,758 1,850 1,933 2,003 2,119 2,315 2,415 2,515 2,655 2,773 3,015 3,175 3,340 3,600 3,775 3,980 4,185 4390 4,635 4,830 5,210 5,460 5,750 6,030 6,355 6,690 7,145

44.8 42-7 40.7 37.8 35.3 34.2 32-8 31 29.5 27.3 26 24.8 23.8 22-6 21.6 19.6 18.9 18 16.7 15.9 15 14.3 13.7 13 12-4 11.5 11 10.4 9.9 9.45 9 8.4

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1

66 66 66 80 80 80 80 80 80 80 80 80 88 88 88 24 25 56 92 92 92 94 32 96 96 92 92 94 40 96 96 88

54 54 54 40 40 40 40 40 40 40 40 40 32 32 32 54 54 54 28 28 28 26 40 24 24 28 28 26 54 24 24 32

32 32 32 25 26 26 28 28 28 32 32 32 28 28 28 25 24 24 32 32 32 32 24 32 32 10 10 10 24 40 40 54

88 88 88 95 94 94 92 92 92 88 88 88 92 92 92 26 26 25 88 88 88 88 25 88 88 80 80 80 25 80 80 66

24 25 26 24 24 25 24 25 26 24 25 26 24 25 26 66 66 66 24 25 26 25 80 25 26 25 26 25 66 25 26 25

96 95 94 96 96 95 96 95 94 96 95 94 96 95 94 96 95 94 96 95 94 95 88 95 94 95 94 95 80 95 94 95

87

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 5.24 VELOCIDADES DEL ARBOL DE LEVAS

MONTAJE 1

MONTAJE 2

Tr/min

Sec.

mont

a

b

C

d

e

f

7.495 8.08 8.56 9 9.421 9.872 10.39 10.98 11.28 12-03 12-66 13.4 14 14.72 15.43 16.31 17.52 18.25 19.78 20.08 21.92 23.15 24.18 25.35 26.75 28.46 29.87 31.75 33.18 34.92 36.5 37.68

8 7.4 7 6.7 6.4 6.1 5.8 5.5 5.3 5 4.7 4.5 4.3 4.1 3.9 3.7 3.4 3.3 3 2-9 2-7 2-6 2-5 2-37 2-24 2-11 2-01 1.9 1.81 1.72 1.64 1.58

1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1

88 92 92 92 94 54 96 96 88 92 92 92 94 66 96 96 88 88 92 92 92 94 80 96 96 92 92 94 88 96 96 94

32 28 28 28 26 40 24 24 32 28 28 28 26 40 24 24 32 32 28 28 28 26 54 24 24 28 28 26 54 24 24 26

54 54 54 54 54 24 54 54 66 66 66 66 66 24 66 66 80 60 80 80 80 80 24 80 80 88 88 88 24 88 88 92

66 66 66 66 66 25 66 66 54 54 54 54 54 25 54 54 40 40 40 40 40 40 25 40 40 32 32 32 25 32 32 28

25 24 25 26 25 80 25 26 26 24 25 26 25 80 25 26 25 26 24 25 26 25 66 25 26 25 26 25 66 25 26 25

95 96 95 94 95 66 95 94 94 96 95 94 95 54 95 94 95 94 96 95 94 95 40 95 94 95 94 95 32 95 94 95

88

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 25 Velocidades del husillo PF-16

Contra-marcha

Motor 1460 RPM

VELOCIDADES DEL HUSILO V

975

1125

1275

1440

1610

1835

2070

2355

DIÁMETROS DE LAS POLEAS DE RECAMBIO A

120

136

120

136

120

136

120

136

B

300

300

234

234

184

184

144

144

LONGITUD DE LAS CORRESPONDIENTES L(mm)

1244

1244

1092

1092

1016

1016

965

965

4845

5490

6625

VELOCIDADES DEL HUSILO V

2640

2985

3360

3810

4275

DIÁMETROS DE LAS POLEAS DE RECAMBIO A

144

144

184

184

234

234

300

300

B

136

120

136

120

136

120

136

120

1244

1244

LONGITUD DE LAS CORRESPONDIENTES L

965

965

1016

1016

1092

1092

89

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 26 Velocidades del husillo PF-25

Contra-marcha

Motor 1460 RPM

VELOCIDADES DEL HUSILO V

650

750

850

960

1075

1225

1380

1570

DIÁMETROS DE LAS POLEAS DE RECAMBIO A

120

136

120

136

120

136

120

136

B

300

300

234

234

184

184

144

144

1016

965

965

3230

3660

4150

LONGITUD DE LAS CORRESPONDIENTES L

1244

1244

1092

1092

1016

VELOCIDADES DEL HUSILO V

1760

1990

2240

2540

2850

DIÁMETROS DE LAS POLEAS DE RECAMBIO A

144

144

184

184

234

234

300

300

B

136

120

136

120

136

120

136

120

1244

1244

LONGITUD DE LAS CORRESPONDIENTES L

965

965

1016

1016

1092

1092

90

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 27 VELOCIDADES DEL ARBOL DE LEVAS PARA PF 32 B – 42 B

Número de dientes de los engranes C

D

E

F

18 18 18 20 18 20 18 22 18 20 20 22 18 22 20 26 18 22 26 20 18 22 26 30 20 18 18 26 30 20 32 20 22 26 30 34 22 32 20

62 62 62 60 62 60 62 58 62 60 60 58 62 58 60 54 62 58 54 60 62 58 54 50 60 62 62 54 50 60 48 60 58 54 50 26 58 48 60

18 20 22 22 26 26 30 26 32 30 32 30 36 32 36 30 40 36 32 40 44 40 36 32 44 48 50 40 36 48 36 50 48 44 40 18 50 40 54

62 60 58 58 54 54 50 54 48 50 48 50 44 48 44 50 40 44 48 40 36 40 44 48 36 32 30 40 44 32 44 30 32 36 40 62 30 40 26

Tiempo del Vueltas del árbol de levas árbol de levas por vuelta por por minuto segundo 0.7305* 7´ 40” 0.1498* 6´40” 0.1705* 5´52” 0.1957* 5´6” 0.2164* 4´37” 0.2481* 4´1” 0.2697* 3´47” 0.2827* 3´32” 0.2996* 3´20” 0.3095* 3´14” 0.344* 2´54” 0.352* 2´50” 0.3667* 2´44” 0.3915* 2´33” 0.4222* “2´22 0.447* 2´14” 0.4495* 2´13” 0.4806* 2´5” 0.4969* 2´1” 0.5162* 1´56” 0.5493* 1´49” 0.5872* 1´42” 0.6099* 1´38” 0.6193* 1´37” 0.630* 1´35” 0.6742* 1´29” 0.7491* 1´20” 0.7463* 1´20” 0.7601* 1´19” 0.7741* 1´17” 0.8445* 1´11” 0.861* 1´10” 0.8809* 1´8” 0.9112* 1´6” 0.9289* 1´5” 0.9335* 1´4” 0.9788* 1´1” 1.032* 58” 1.071* 56”

91

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 28 VELOCIDADES DEL ARBOL DE LEVAS PARA PF 32 B – 42 B (2a parte)

Número de dientes de los engranes C

D

E

F

26 30 58 22 26 32 36 60 20 30 18 32 60 20 40 36 54 58 22 36 54 60 40 58 26 40 54 58 60 44 60 44 30 54 58 32 60 48 54

54 50 23 58 54 48 44 20 60 50 62 48 20 60 40 44 26 22 58 44 26 20 40 22 54 40 26 22 20 36 20 36 50 26 22 48 20 32 26

48 44 18 54 50 44 40 18 58 48 62 50 22 62 44 48 30 26 62 50 32 26 48 30 62 50 36 32 30 48 32 50 68 40 36 62 36 50 44

32 36 62 26 30 36 40 62 22 32 18 30 58 18 36 32 50 54 18 30 48 54 32 50 18 30 44 48 50 32 48 32 18 40 44 18 44 30 36

Tiempo del Vueltas del árbol de levas árbol de levas por vuelta por por minuto segundo 1.118 54 1.135 53 1.185 51 1.219 49 1.242 48 1.261 47 5/10 1.266 47 1.348 44 5/10 1.361 44 1.393 43 1.548 39 1.720 35 1.761 34 1.777 33 7/10 1.892 31 7/10 1.900 31 7/10 1.929 31 7/10 1.965 30 5/10 2.022 29 7/10 2.111 28 7/10 2.143 28 2.236 26 8/10 2.322 25 8/10 2.449 24 6/10 2.567 23 5/10 2.58 23 2/10 2.631 22 8/10 2.721 22 2.786 21 5/10 2.838 21 2/10 3.096 19 4/10 3.153 19 3.199 18 7/10 3.215 18 6/10 3.339 17 7/10 3.555 17 3.8 15 8/10 3.841 15 6/10 3.93 15 3/10

92

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 29 VELOCIDADES DEL ÁRBOL DE LEVAS PARA PF 32 B – 42 B (3a parte)

Número de dientes de los engranes C

D

E

F

58 36 60 54 18 40 54 60 44 58 60 60 48 48 50 60 54 60 58 60 62

22 44 20 26 22 40 26 20 36 22 20 20 32 22 30 20 26 20 22 20 18

40 62 40 48 44 62 50 44 62 50 48 50 62 54 62 54 62 58 62 62 62

40 18 40 32 36 18 30 36 18 30 32 30 18 26 18 26 18 22 18 18 18

Tiempo del Vueltas del árbol de levas árbol de levas por vuelta por por minuto segundo 4.081 14 7/10 4.363 13 7/10 4.644 12 9/10 4.823 12 4/10 4.899 12 2/10 5.333 11 3/10 5.359 11 2/10 5.677 10 6/10 6.518 9 2/10 6.803 8 8/10 6.967 8 6/10 7.741 7 7/10 7.999 7 5/10 8.477 7 8.888 6 7/10 9.647 6 2/10 11.07 5 4/10 12-24 4 9/10 14.06 4 2/10 15.99 3 7/10 18.36 3 2/10

93

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

5.10.1 TABLAS AUXILIARES. Tabla 30 CONVERSIÓN DE PULGADAS FRACCIONES EN MILÍMETROS

1/64 1/32 3/64 1/16 5/64 3/32 7/64 1/8 9/64 5/32 11/64 3/16 13/64 7/32 15/64 ¼ 17/64 9/32 19/64 5/16 21/64 11/32 23/64 3/8 25/64 13/32 27/64 7/16 29/64 15/32 31/64

0,3968 0,7937 1,1906 1,5874 1,9843 2,3812 2,7780 3,1749 3,5718 3,9686 4,3655 4,7624 5,1592 5,5561 5,9530 6,3498 6,7467 7,1436 7,5404 7,9373 8,3342 8,7310 9,1279 9,5248 9,9216 10,3185 10,7154 11,1122 11,5091 11,9060 12,3029

1”

2”

3”

4”

25,3995 25,7964 26,1932 26,5901 26,9870 27,3838 27,7807 28,1776 28,5744 28,9713 29,3682 29,7650 30,1619 30,5588 30,9556 31,3525 31,7494 32,1462 32,5431 32,9400 33,3368 33,7337 34,1306 34,5274 34,9243 35,3212 35,7180 36,1149 36,5118 36,9087 37,3055 37,7024

50,7990 51,1959 51,5928 51,9896 52,3865 52,7834 53,1802 53,5771 53,9740 54,3708 54,7677 55,1646 55,5614 55,9583 56,3552 56,7520 57,1489 57,5458 57,9426 58,3395 58,7364 59,1333 59,5301 59,9270 60,3239 60,7207 61,1176 61,5145 61,9113 62,3082 62,7051 63,1019

76,1986 76,5954 76,9923 77,3892 77,5860 78,1829 78,5798 78,9766 79,3735 79,7704 80,1672 80,5641 80,9610 81,3579 81,7547 82,1516 82,5485 82,9453 83,3422 83,7391 84,1359 84,5328 84,9297 85,3265 85,7234 86,1203 86,5171 86,9140 87,3109 87,7077 88,1046 88,5015

101,598 101,995 102,391 102,788 103,185 103,582 103,979 104,376 104,773 105,169 105,566 105,963 106,360 106,757 107,154 107,551 107,948 108,344 108,741 109,138 109,535 109,932 110,329 110,726 111,122 111,529 111,916 112,313 112,710 113,107 113,504 113,901

94

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 31 CONVERSIÓN DE PULGADAS FRACCIONES EN MILÍMETROS

½ 33/64 17/32 35/64 9/16 37/64 19/32 39/64 5/8 41/64 21/32 43/64 11/16 45/64 23/32 47/64 ¾ 49/64 25/32 51/64 13/16 53/64 27/32 55/64 7/8 57/64 29/32 59/64 15/16 61/64 31/32 63/64

12,6997 31,0966 13,4934 13,8903 14,2872 14,6841 15,0809 15,4778 15,8747 16,2715 16,6684 17,0653 14,4621 17,8590 18,2559 18,6527 19,0496 19,4465 19,8433 20,2402 20,6371 21,0339 21,4308 21,8277 22,2245 22,6214 23,0183 23,4151 23,8120 24,2089 24,6057 25,0026

1” 38,0993 38,4951 38,8930 39,2899 39,6867 40,0836 40,4805 40,8773 41,2742 41,6711 42,0679 42,4648 42,8617 43,2585 43,6554 44,0523 44,4491 44,8460 45,2429 45,6397 46,0366 46,4335 46,8303 47,2272 47,6241 48,0209 48,4178 48,8147 49,2116 49,6084 50,0053 50,4021

2” 63,4988 63,8957 64,2925 64,6894 65,0863 65,4831 65,8800 66,2769 66,6737 67,0706 67,4675 67,8643 68,2612 68,6581 69,0549 69,4518 69,8487 70,2455 70,6424 71,3933 71,4362 71,8330 72,2299 72,6267 73,0236 73,4205 73,8173 74,2142 74,6111 75,0080 75,4048 75,8017

3” 88,8983 89,2952 89,6921 90,0989 90,4858 90,8827 91,2795 91,6764 92,0733 92,4701 92,8670 93,2639 93,6608 94,0576 94,4545 94,8513 95,2482 95,6451 96,0419 96,4398 96,8357 97,2326 97,6294 98,0263 98,4232 98,8200 99,2169 99,6137 100,011 100,408 100,804 101,201

4” 114,297 114,694 115,091 115,489 115,885 116,282 116,679 117,075 117,472 117,869 118,266 118,663 119,060 119,457 119,854 120,250 120,647 121,044 121,441 212,838 122,235 122,632 123,029 123,425 123,822 124,219 124,616 125,013 125,410 125,807 126,203 126,600

95

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

Tabla 32 CONVERSIÓN DE MILÍMETROS EN MILÉCIMAS DE PULGADA

0.001

0.0254

0.051

1.2954

0.101

2-5654

0.151

3.8354

0.002 0.003

0.0508 0.0762

0.052 0.053

1.3208 1.3462

0.102 0.103

2-5908 2-6162

0.152 0.153

3.8608 3.8862

0.004

0.1016

0.054

1.3716

0.104

2-6416

0.154

3.9116

0.005

0.127

0.055

1.397

0.105

2-667

0.155

3.937

0.006

0.1524

0.056

1.4224

0.106

2-6924

0.156

3.9624

0.007

0.1778

0.057

1.4478

0.107

2-7178

0.157

3.9878

0.008 0.009

0.2032 0.2286

0.058 0.059

1.4732 1.4986

0.108 0.109

2-7432 2-7686

0.158 0.159

4.0132 4.0386

0.01

0.254

0.06

1.524

0.11

2-794

0.16

4.064

0.011

0.2794

0.061

1.5494

0.111

2-8194

0.161

4.0894

0.012

0.3048

0.062

1.5748

0.112

2-8448

0.162

4.1148

0.013

0.3302

0.063

1.6002

0.113

2-8702

0.163

4.1402

0.014 0.015

0.3556 0.381

0.064 0.065

1.6256 1.651

0.114 0.115

2-8956 2-921

0.164 0.165

4.1656 4.191

0.016

0.4064

0.066

1.6764

0.116

2-9464

0.166

4.2164

0.017

0.4318

0.067

1.7018

0.117

2-9718

0.167

4.2418

0.018

0.4572

0.068

1.7272

0.118

2-9972

0.168

4.2672

0.019

0.4826

0.069

1.7526

0.119

3.0226

0.169

4.2926

0.02 0.021

0.508 0.5334

0.07 0.071

1.778 1.8034

0.12 0.121

3.048 3.0734

0.17 0.171

4.318 4.3434

0.022

0.5588

0.072

1.8288

0.122

3.0988

0.172

4.3688

0.023

0.5842

0.073

1.8542

0.123

3.1242

0.173

4.3942

0.024

0.6096

0.074

1.8796

0.124

3.1496

0.174

4.4196

0.025

0.635

0.075

1.905

0.125

3.175

0.175

4.445

96

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

MILIETROS

MILÉCIMAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

MILIETROS

MILÉCIMAS

Tabla 33 CONVERSIÓN DE MILIMETROS EN MILÉCIMAS DE PULGADA

0.026

0.6604

0.076

1.9304

0.126

3.2004

0.176

4.4704

0.027

0.6858

0.077

1.9558

0.127

3.2258

0.177

4.4958

0.028

0.7112

0.078

1.9812

0.128

3.2512

0.178

4.5212

0.029

0.7366

0.079

2-0066

0.129

3.2766

0.179

4.5466

0.03

0.762

0.08

2-032

0.13

3.302

0.18

4.572

0.031

0.7874

0.081

2-0574

0.131

3.3274

0.181

4.5974

0.032

0.8128

0.082

2-0828

0.132

3.3528

0.182

4.6228

0.033

0.8382

0.083

2-1082

0.133

3.3782

0.183

4.6482

0.034

0.8636

0.084

2-1336

0.134

3.4036

0.184

4.6736

0.035

0.889

0.085

2-159

0.135

3.429

0.185

4.699

0.036

0.9144

0.086

2-1844

0.136

3.4544

0.186

4.7244

0.037

0.9398

0.087

2-2098

0.137

3.4798

0.187

4.7498

0.038

0.9652

0.088

2-2352

0.138

3.5052

0.188

4.7752

0.039

0.9906

0.089

2-2606

0.139

3.5306

0.189

4.8006

0.04

1.016

0.09

2-286

0.14

3.556

0.19

4.826

0.041

1.0414

0.091

2-3114

0.141

3.5814

0.191

4.8514

0.042

1.0668

0.092

2-3368

0.142

3.6068

0.192

4.8768

0.043

1.0922

0.093

2-3622

0.143

3.6322

0.193

4.9022

0.044

1.1176

0.094

2-3876

0.144

3.6576

0.194

4.9276

0.045

1.143

0.095

2-413

0.145

3.683

0.195

4.953

0.046

1.1684

0.096

2-4384

0.146

3.7084

0.196

4.9784

0.047

1.1938

0.097

2-4638

0.147

3.7338

0.197

5.0038

0.048

1.2192

0.098

2-4892

0.148

3.7592

0.198

5.0292

0.049

1.2446

0.099

2-5146

0.149

3.7846

0.199

5.0546

0.05

1.27

0.1

2-54

0.15

3.81

0.2

5.08

97

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 34 PESO DE BARRA POR METRO DE ACERO

CUADRADO

HEXAGONAL

OCTAGONAL

REDONDO

CUADRADO

HEXAGONAL

OCTAGONAL

ACERO

REDONDO

ACERO

1

0,006

0,008

0,007

0,006

26

4,164

5,307

4,597

4,394

2

0,025

0,031

0,027

0,026

27

4,491

5,723

4,957

4,738

3

0,055

0,071

0,061

0,058

28

4,829

6,154

5,331

5,096

4

0,099

0,126

0,109

0,104

29

5,181

6,602

5,719

5,446

5

0,152

0,196

0,170

0,162

30

5,540

7,065

6,120

5,850

6

0,222

0,283

0,245

0,234

31

5,920

7,544

6,535

6,246

7

0,302

0,385

0,333

0,318

32

6,308

8,039

6,963

6,656

8

0,394

0,502

0,435

0,416

33

6,708

8,549

7,405

7,078

9

0,499

0,636

0,551

0,526

34

7,121

9,075

7,861

7,514

10

0,616

0,785

0,680

0,650

35

7,546

9,616

8,330

7,962

11

0,745

0,950

0,823

0,786

36

7,983

10,174

8,813

8,424

12

0,887

1,130

0,879

0,936

37

8,433

10,747

9,309

8,898

13

1,041

1,327

1,149

1,098

38

8,895

11,335

9,819

9,386

14

1,207

1,539

1,333

1,274

39

9,369

11,940

10,343

9,886

15

1,386

1,766

1,530

1,462

40

9,856

12,560

10,880

10,400

16

1,577

2,010

1,741

1,664

41 10,355

13,196

11,431

10,926

17

1,780

2,269

1,965

1,878

42 10,866

13,847

11,995

11,466

18

1,996

2,548

2,203

2,106

43 11,390

14,515

12,573

12,018

19

2,224

2,834

2,459

2,346

44 11,926

15,198

13,165

12,584

20

2,464

3,140

2,720

2,600

45 12,474

15,896

13,770

13,162

21

2,717

3,462

2,999

2,866

46 13,035

16,610

14,389

13,754

22

2,981

3,799

3,291

3,146

47 13,607

17,341

15,021

14,358

23

3,259

4,153

3,597

3,438

48 14,193

18,086

15,667

14,976

24

3,548

4,452

3,917

3,744

49 14,790

18,848

16,327

15,606

25

3,850

4,906

4,250

4,062

50 15,408

19,625

17,000

16,250

Φ

Φ

98

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Tabla 35 PESO DE BARRA POR METRO DE LATÓN

CUADRADO

HEXAGONAL

OCTAGONAL

Φ

REDONDO

CUADRADO

HEXAGONAL

OCTAGONAL

LATÓN

REDONDO

LATÓN

1

0,007

0,008

0,007

0,07

26

4,509

5,661

4,975

4,759

2

0,027

0,034

0,030

0,028

27

4,862

6,196

5,365

5,132

3

0,060

0,076

0,066

0,063

28

5,229

6,664

5,710

5,519

4

0,107

0,136

0,118

0,112

29

5,609

7,148

6,190

5,921

5

0,167

0,212

0,184

0,176

30

6,003

7,650

6,624

6,336

6

0,240

0,306

0,265

0,253

31

6,410

8,168

7,073

6,765

7

0,327

0,416

0,360

0,345

32

6,830

8,704

7,536

7,209

8

0,427

0,544

0,471

0,450

33

7,264

9,256

8,015

7,666

9

0,540

0,688

0,596

0,570

34

7,710

9,826

8,508

8,138

10

0,667

0,850

0,736

0,704

35

8,170

10,412

9,016

8,624

11

0,807

1,028

0,891

0,852

36

8,664

11,016

9,538

9,124

12

0,960

1,224

1,060

1,014

37

9,131

11,636

10,076

9,637

13

1,127

1,436

1,244

1,190

38

9,631

12,274

10,628

10,166

14

1,307

1,666

1,443

1,395

39 10,145 12,928

11,194

10,708

15

1,500

1,912

1,656

1,584

40 10,672 13,600

11,776

11,264

16

1,707

2,176

1,884

1,802

41 11,212 14,288

12,372

11,834

17

1,927

2,456

2,127

2,035

42 11,766 14,994

12,983

12,418

18

2,161

2,754

2,384

2,281

43 12,333 15,716

13,608

13,017

19

2,408

3,068

2,657

2,541

44 12,913 16,456

14,249

13,629

20

2,668

3,400

2,944

2,816

45 13,507 17,212

14,904

14,256

21

2,941

3,748

3,246

3,105

46 14,114 17,986

15,574

14,897

22

3,228

4,114

3,562

3,407

47 14,734 18,776

16,258

15,551

23

3,528

4,496

3,893

3,724

48 15,368 19,584

16,957

16,220

24

3,842

4,896

4,239

4,055

49 16,015 20,408

17,671

16,903

25

4,168

5,312

4,600

4,400

50 16,675 21,250

18,400

17,600

Φ

99

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Tabla 36 PESO DE BARRA POR METRO DE ALUMINIO

CUADRADO

HEXAGONAL

OCTAGONAL

REDONDO

CUADRADO

HEXAGONAL

OCTAGONAL

ALUMINIO

REDONDO

ALUMINIO

1

0,002

0,003

0,002

0,002

26

1,460

1,859

1,609

1,541

2

0,009

0,011

0,009

0,009

27

1,574

2,005

1,735

1,662

3

0,019

0,024

0,021

0,021

28

1,693

2,156

1,866

1,787

4

0,034

0,044

0,038

0,036

29

1,817

2,313

2,001

1,917

5

0,054

0,069

0,059

0,057

30

1,944

2,475

2,142

2,052

6

0,078

0,099

0,085

0,082

31

2,076

2,643

2,287

2,191

7

0,106

0,135

0,116

0,112

32

2,212

2,816

2,437

2,335

8

0,138

0,176

0,152

0,146

33

2,352

2,995

2,592

2,483

9

0,175

0,223

0,193

0,184

34

2,646

3,179

2,751

2,635

10

0,216

0,275

0,238

0,228

35

2,497

3,369

2,915

2,793

11

0,261

0,333

0,288

0,276

36

2,799

3,564

3,084

2,955

12

0,311

0,396

0,343

0,328

37

2,957

3,765

3,258

3,121

13

0,365

0,464

0,402

0,385

38

3,119

3,971

3,437

3,292

14

0,423

0,539

0,466

0,447

39

3,285

4,182

3,620

3,468

15

0,486

0,619

0,535

0,513

40

3,456

4,400

3,808

3,648

16

0,553

0,704

0,609

0,584

41

3,631

4,623

4,001

3,832

17

0,624

0,795

0,688

0,659

42

3,810

4,851

4,198

4,022

18

0,700

0,891

0,771

0,739

43

3,994

5,085

4,400

4,216

19

0,780

0,993

0,859

0,823

44

4,182

5,324

4,607

4,414

20

0,864

1,100

0,952

0,912

45

4,374

5,569

4,819

4,617

21

0,952

1,213

1,050

1,005

46

4,571

5,819

5,036

4,824

22

1,045

1,331

1,152

1,103

47

4,771

6,075

5,257

5,037

23

1,142

1,455

1,259

1,206

48

4,977

6,336

5,484

5,253

24

1,244

1,584

1,371

1,313

49

5,186

6,603

5,714

5,474

25

1,350

1,719

1,487

1,425

50

5,400

6,875

5,950

5,700

Φ

Φ

100

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Plantillas de los tornos automáticos para la intersección de los de los grados de las levas de los números de la 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 y 10. Figura 5-10Figura 5-11Figura 5-12

Figura 5-10 Plantilla para los carros transversales 1, 2, 3, 4 y 5 (Levas 1, 2, 3, 4, 5)

Figura 5-11 Plantilla para los carros longitudinales 1, 2 (Levas 6 y 7)

101

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Figura 5-12 Plantilla para el avance de los husillos frontales (Levas 9 y 10)

Plantillas de los tornos automáticos para las curvas de presión de las levas 1 a la 5 (Figura 5-13Figura 5-14Figura 5-15)

Figura 5-13 Plantilla del ángulo de presión de las levas 1 a 5 con mas de 60”

102

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Figura 5-14 Plantilla del ángulo de presión de las levas 1 a 5 de 15 a 60”

Figura 5-15 Plantilla del ángulo de presión de las levas 1 a 5 con menos de 15”

103

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Plantillas de los tornos automáticos para las curvas de presión de la leva 8. (Figura 5-16Figura 5-17Figura 5-18)

Figura 5-16 Plantilla del ángulo de presión para las levas 9 y 10 con menos de 15”

Figura 5-17 Plantilla del ángulo de presión para las levas 9 y 10 de 15 a 60”

104

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Figura 5-18 Plantilla del ángulo de presión para las levas 9 y 10 con más de 60”

105

CAPITULO V

PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LAS LEVAS

Figura 5-19 Diagrama del árbol de levas

106

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Capítulo 6 EJEMPLO DE UN CÁLCULO DE LEVAS. 6.1 INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO. Para la realización del cálculo de levas es necesario conocer ciertos parámetros: capacidades de la máquina, velocidades de corte de los materiales a maquinar, velocidades de los avances de las herramientas (buriles, brocas, etc.), así como los datos proporcionados por el fabricante del torno automático a utilizar, cada fabricante puede tener sus propios parámetros y el cálculo pueden llegar a variar. Los grados recomendados para alimentación del material, para cambios de herramientas, retorno de herramientas, embrague del roscado, aproximación de las herramientas, grados de aceleración, en caso de utilizase (Tabla 5.3). Se empieza a realizar el cálculo considerando que hay 360° (por simplificación del cálculo, algunos fabricantes dividen el total de la circunferencia en 100 unidades) en cualquier circunferencia y que en estos grados se deben repartir todas las operaciones a realizar, incluso las no productivas. Para la realización del cálculo es necesario hacer un croquis de la pieza a maquinar con la disposición de la(s) herramienta(s) (Figura 6-2) para poder observar la(s) operación(es) que ha de realizar cada herramienta y los desplazamientos necesarios, con lo cual se pueden determinar las operaciones convenientes para el torno automático, ya que debemos tomar en cuenta que no todos los tornos automáticos son iguales y, por lo tanto, sus variantes pueden estar en la cantidad de porta herramientas, tipo de estas y velocidades de corte, entre otras variantes.

107

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

6.2 NOMENCLATURA UTILIZADA PARA EL DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS DE LAS LEVAS Antes de empezar con nuestro cálculo, es necesario que definamos algunos términos. Velocidad de corte (Vc).- Es la velocidad lineal a la que tienen que cortar las herramientas, esta velocidad es obtenida de tablas y se dan en metros por minuto m/min (Tabla 5.6,Tabla 5.11, Tabla 5.12, Tabla 5.13, Tabla 5.14, Tabla 5.15, Tabla 5.16) Revoluciones por minuto (RPM).- Es la cantidad de vueltas necesarias por minuto a las que tiene que girar la varilla y se obtienen dividiendo la velocidad de corte entre el perímetro del diámetro mayor de la pieza a maquinar. Vc RPM =

φ MAX π

Avance.- El avance es la longitud que recorre la herramienta por vuelta. Los avances más comúnmente usados para tornos automáticos son de 0.03mm/rev para ataques transversales y de 0.06mm para avances longitudinales. (Tabla 5.7) Grados productivos (° prod.).- Son los grados utilizados para realizar corte. Grados improductivos (° improd.).- Son los grados que utiliza la máquina para alimentación, cambios de herramienta y todas las operaciones en las que ninguna herramienta está cortando.(Tabla 5.3) Revoluciones productivas (r prod).- Se refiere al número de revoluciones que necesitan las herramientas para realizar el maquinado. Revoluciones improductivas (r improd).-Son las revoluciones que da la máquina cuando las herramientas no están cortando, o sea, cuando la máquina está alimentando o el cabezal está cambiando a otra posición.

108

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

6.3 PASOS NECESARIOS PARA EL CÁLCULO DE LEVAS Por lo tanto, los pasos para poder realizar un cálculo de levas para una pieza determinada, son los siguientes: 1. 2. 3.

4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

En base al dibujo acotado de la pieza, realizar una hoja de procesos Seleccionar el tipo de máquina a utilizar Considerar las capacidades de la máquina para su optimo aprovechamiento • Cantidad de carros porta herramientas • Velocidades y avances permisibles (se utiliza en la hoja de cálculo) • Operaciones que se pueden realizar • Diámetro de las levas que utiliza(se utiliza al dibujar las levas) • Número de levas Hacer un dibujo de la pieza con la disposición de las herramientas Obtener las revoluciones de las operaciones necesarias para poder determinar cuáles pueden trabajar simultáneamente. Determinar la secuencia de las operaciones a realizar. En la hoja de cálculo poner la secuencia de las operaciones Llenar la hoja con las grados improductivos de las operaciones Introducir en la hoja con las revoluciones productivas de las operaciones (obtenidas en los incisos 5 y 6) Restar a 360 grados los grados improductivos para obtener los grados productivos y repartirlos en las operaciones necesarias. Repartir los grados productivos en las operaciones a realizar de acuerdo a las revoluciones productivas Llenar la progresión de los grados mediante la sumatoria parcial de grados productivos e improductivos Introducir en la hoja con las revoluciones improductivas de las operaciones Obtener las revoluciones reales improductivas con aceleración (en caso de que exista aceleración) Obtener el tiempo que tarda la maquina en hacer un ciclo de 360 grados Trazar las levas de acuerdo a los datos obtenidos del cálculo.

109

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

Los pasos anteriores se ejemplifican a continuación: 1.

En base al dibujo acotado de la pieza, realizar una hoja de procesos

Figura 6-1 Dibujo acotado de la pieza

110

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

OPERACIÓN

HERRAMIENTA

Barrenado

Broca

Barrenado

Broca

Roscado

Machuelo derecho

Torneado

Buril

Torneado

Buril de forma

Tronzado

Buril de forma

Torneado

Buril de forma

Torneado

Buril de forma

2.

DESCRIPCIÓN HERRAMIENTA MATERIAL MEDIDA AFILADO HSS 4.2 mm Izquierdo HSS

2 mm

Izquierdo

HSS

5 x 0.8 mm

Gun

HSS

12x12x200

Derecho

HSS

12x12x200

Izquierdo

HSS

12x12x200

Izquierdo

HSS

12x12x200

Derecho

HSS

12x12x200

Derecho

DESCRIPCIÓN OPERACIÓN LONGITUD PROFUNDIDAD

N° CARRO

32 mm

Husillo 1

3 mm

Husillo 2

20 mm

Husillo 3

8 mm

0.35 mm

2

16.75 mm

2.3 mm

1

6.35 mm

5

8 mm

4 mm

4

6 mm

5 mm

3

Seleccionar el tipo de máquina a utilizar Tipo de máquina: Manurhin de cabezal fijo

3.

Considerar las capacidades de la máquina para su optimo aprovechamiento Cantidad de porta herramientas: • 2 carros laterales • 3 carros superiores. • 3 husillos frontales 1 de éstos: roscador. Velocidades de corte y avances permisibles

• Ver las Tabla 5.6, Tabla 5.7Tabla 5.11Tabla 5.12Tabla 5.13Tabla 5.14Tabla 5.15Tabla 5.16Tabla 5.17Tabla 5.18Tabla 5.19Tabla 5.20Tabla 5.21Tabla 5.22Tabla 5.23Tabla 5.24Tabla 25Tabla 26Tabla 27Tabla 28Tabla 29 Operaciones que se pueden realizar De acuerdo a las características de la máquina modelo PF-16, 25, 32 y 42 (cualquiera de las anteriores, ya que esta se diferencian únicamente por el paso de barra) las operaciones que se pueden realizar son:

• • • •

2 Torneados longitudinales 3 o 5 Torneados transversales 2 Barrenos (husillos longitudinales) 1 Roscado a derecha o izquierda (husillo para roscado)

111

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

Diámetro de las levas que utiliza DESCRIPCION Levas de los carros 1 al 5 (Transversales) Levas de los carros 1 y 2 (longitudinales) Levas para cambio de husillos Levas para el barrenado y el roscado Leva de embrague para roscado

LEVAS N°

DIAMETRO INTERIOR

DIAMETRO EXTERIOR MINIMO

DIAMETRO EXTERIOR MÁXIMO

DIAMETRO DEL PERNO

1, 2, 3, 4 y 5

34

80

160

6

220

6

6 7

34

9 y 10

34

8 y 8a

34

LE

70 120 Husillo 1 126

Husillo 2 173

70

Husillo 3 220 220

6

6

Leva de caracteristicas fijas dada por el fabricante (no se modifica, unicamente se coloca en la posición necesaria)

Número de levas

• 4.

12 Levas

Hacer un croquis con la disposición de las herramientas

Figura 6-2 Disposición de las herramientas

112

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

5.

Obtener las revoluciones de las operaciones necesarias para poder determinar cuáles pueden trabajar simultáneamente. De acuerdo a la siguiente formula, llenamos la tabla que se presenta a continuación # de revoluciones=longitud a maquinar/avance Las distancias de corte se aumentan o se disminuyen dependiendo de la geometria de la herramienta que se considero y de las necesidades propias de la operación No. De herramienta. Y su operación HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA TORNEADO LONGITUDINAL HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL HTA.3 FORMAR Ø3mm HTA.4 FORMAR Ø9mm HTA.5 CORTAR PRECORTE CORTE HUSILLO 1 BARRENAR SALIDA ENTRADA BARRENAR HUSILLO 2 BARRENO Ø2mm HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 (28 x 5 + 28 = 168)

6.

Distancia de corte

Avance por revolución

Revoluciones productivas obtenidas

3.5 19

0.04 0.1

87 190

10

0.1

100

3 3

0.04 0.05

75 60

4 4 20 20 20 14 4

0.05 0.025 0.1 0.5 0.3 0.08 0.06

80 160 200 40 67 175 67

28

Por cada 5 vueltas de la barra el machuelo rosca un hilo

168

Determinar la secuencia de las operaciones a realizar. Secuencia de las operaciones productivas. Husillo 1, herramienta frontal No 6. • Herramienta 1 torneado longitudinal (Entra mientras trabaja husillo 1) • Herramienta 4 de forma (Entra mientras trabaja husillo 1) Husillo 2, herramienta frontal No.7 • Herramienta 2 torneado longitudinal (Entra mientras trabaja husillo 2) • Herramienta 3 de forma (Entra mientras trabaja husillo 2) Husillo 3 roscado Herramienta 5

113

CAPITULO VI

GRADOS OPERACIONES SIMULTANEAS

PROD. SIMULTANEAS

IMPROD.

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES PROD.

PROD.

IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

GRADOS

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES

En la hoja de cálculo poner la secuencia de las operaciones ACELERACION

7.

CALCULO DE LEVAS

ALIMENTACION

HUSILLO 1 BARRENAR 20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40 ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175

HTA.4 FORMAR Ø9mm 3/0.05=60 PARADA

REGRESO CAMBIO AVANCE

HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

BARRENO

CAMBIO AVANCE

HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 10/0.10=100 HTA.3 FORMAR Ø3mm 3/0.04=75

HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5

114

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

ALIMENTACION

ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175 18 16 25 BARRENO

CAMBIO AVANCE HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5 SUMATORIA

OPERACIONES SIMULTANEAS

PROD. SIMULTANEAS

IMPROD.

PROD.

GRADOS

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40

HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES

PROGRECION DE A

66

HUSILLO 1 BARRENAR

REGRESO CAMBIO AVANCE

PROD.

IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

GRADOS

REVOLUCIONES

Llenar la hoja con las grados improductivos de las operaciones 66° para abrir, alimentar y cerrar la boquilla. 12° para posicionar el tope y retirarlo (se aprovecha para retirar la herramienta 5). 18° para retorno de cada husillo. 16° para cambio del cabezal. 25° para avance del husillo. 66° + 12° + ((18° + 16° + 25°) * 2) = 196° Improductivos ACELERACION

8.

4

HTA.4 FORMAR Ø9mm 3/0.05=60 4 PARADA HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 10/0.10=100

18 16 25

HTA.3 FORMAR Ø3mm 3/0.04=75

12 196

115

CAPITULO VI

ALIMENTACION

200

20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40

40 66

ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175

HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

PROD. SIMULTANEAS

OPERACIONES SIMULTANEAS

PROGRECION DE A

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

87 4 190

165 18 16 25

BARRENO

CAMBIO AVANCE HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5 SUMATORIA

GRADOS

66

HUSILLO 1 BARRENAR

REGRESO CAMBIO AVANCE

IMPROD.

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES PROD.

PROD.

IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

GRADOS

REVOLUCIONES

Introducir en la hoja con las revoluciones productivas de las operaciones (obtenidas en los incisos 5 y 6) ACELERACION

9.

CALCULO DE LEVAS

66

HTA.4 FORMAR Ø9mm 3/0.05=60 4 PARADA HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 10/0.10=100

100

HTA.3 FORMAR Ø3mm 3/0.04=75

75

60

18 16 25

168 (80) 169 12 196

875

116

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

10.

Restar a 360 grados los grados improductivos para obtener los grados productivos y repartirlos en las operaciones necesarias. 360° - 196° = 164° productivos

11.

Repartir los grados productivos en las operaciones a realizar de acuerdo a las revoluciones productivas

Para repartir los grados productivos proporcionalmente a las revoluciones productivas necesarias para cada operación. Debemos tener en cuenta que es necesario determinar un factor de proporcionalidad con respecto al total de revoluciones productivas mediante la siguiente ecuación. C = grados productivos / ∑ de revoluciones productivas donde C = factor de conversión de revoluciones productivas a grados productivos C = 196° / (200+40+66+175+66+168+160) rev C = 164° / 875 rev = 0.1874 ° / rev Obtenemos los grados productivos para cada una de las progresiones definidas en el inciso 5 mediante la siguiente ecuación: GRADOS PRODUCTIVOS = REVOLUCIONES PRODUCTIVAS x C Los resultados obtenidos, se ordenan en el formato

117

ALIMENTACION

20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40 ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175

HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

38

200

8

40

12

66

32

165

18 16 25 BARRENO

CAMBIO AVANCE HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5 SUMATORIA

OPERACIONES SIMULTANEAS

PROD. SIMULTANEAS

GRADOS

PROGRECION DE A

66

HUSILLO 1 BARRENAR

REGRESO CAMBIO AVANCE

IMPROD.

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES PROD.

PROD.

IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

GRADOS

REVOLUCIONES

CALCULO DE LEVAS

ACELERACION

CAPITULO VI

12

66

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

17

87

4 36

HTA.4 FORMAR Ø9mm 12 3/0.05=60 4 PARADA HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 19 10/0.10=100

190

60

100

18 HTA.3 FORMAR Ø3mm 14 3/0.04=75

16 25

12 196

32

168

(14) 30

(80) 169

164

875

75

118

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

12.

Llenar la progresión de los grados mediante la sumatoria parcial de grados productivos e improductivos Para la sumatoria de la progresión de los grados se debe de realizar desde cero grados (a la izquierda de la casilla) más la suma de los grados correspondientes (a la derecha de la casilla), separados por un guión

ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175 REGRESO CAMBIO AVANCE HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

38

66-104

200

8

104-112

40

12

112-124

66

32

124-156

165

18

156-174

16 25

174-190 190-215

BARRENO

CAMBIO AVANCE HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5 SUMATORIA

18

12

215-227 227-245

16

245-261

25

261-286

12 196

OPERACIONES SIMULTANEAS

REVOLUCIONES

GRADOS

PROGRECION DE-A

17

80-97

4

97-101

36

101-137

190

0-66

HUSILLO 1 BARRENAR 20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40

IMPROD.

PROD.

PROD.

66

PROGRECION DE-A

REVOLUCIONES

PROD. SIMULTANEAS

ALIMENTACION

GRADOS IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

ACELERACION

En las operaciones simultaneas nosotros proponemos los grados de inicio según nuestra conveniencia y la la sumatoria de la progresión se realiza por bloque igual que el parrafo anterior

66

32

286-318

168

(14) 30

(304-318) 318-348 348-360

(80) 169

164

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

87

HTA.4 FORMAR Ø9mm 12 3/0.05=60 4 PARADA HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 19 10/0.10=100

140-152 152-156

60

290-309

100

HTA.3 FORMAR Ø3mm 14 3/0.04=75

309-323

75

875

119

CAPITULO VI

13.

CALCULO DE LEVAS

Introducir en la hoja con las revoluciones improductivas de las operaciones Para la obtención de las revoluciones improductivas se deben de dividir los grados improductivos entre la constante “C” que se obtuvo en el paso 11 mediante la siguiente ecuación.

0-66

ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175 REGRESO CAMBIO AVANCE HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

38

66-104

200

8

104-112

40

12

112-124

66

32

124-156

165

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

18

156-174

96

16 25

174-190 190-215

85 133

BARRENO

CAMBIO AVANCE HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5 SUMATORIA

12 18

215-227 227-245

16

245-261

85

25

261-286

133

12 196

66

PROGRECION DE A

17

80-97

4

97-101

36

101-137

190

87

HTA.4 FORMAR Ø9mm 12 3/0.05=60 4 PARADA HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 19 10/0.10=100

140-152 152-156

60

290-309

100

HTA.3 FORMAR Ø3mm 14 3/0.04=75

309-323

75

96

32

286-318

168

(14) 30

(304-318) 318-348 348-360

(80) 169

164

OPERACIONES SIMULTANEAS

352

HUSILLO 1 BARRENAR 20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40

GRADOS

REVOLUCIONES

IMPROD.

PROD.

PROD.

66

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES

PROD. SIMULTANEAS

ALIMENTACION

GRADOS IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

ACELERACION

Revoluciones improductivas = Grados Improductivos / C.

875

64 (1044)

Nota: cuando tenemos aceleración en la maquina en las revoluciones improductivas estas tiene una velocidad diferente al resto de las demás a razón de 72 grados del árbol de levas por segundo.

120

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

14.

Obtener las revoluciones reales improductivas con aceleración (en caso de que exista aceleración) Para poder obtener el comparativo de las revoluciones improductivas en el tiempo real de la maquina (RIA) se realiza obteniendo las revoluciones de la velocidad de corte en revoluciones por segundo (RPS) y multiplicadas por el dividendo de los grados improductivos con aceleración (GI) entre los 72 grados por segundo de la aceleración de la maquina (A).Estos cálculos son exactos cuando se utiliza la velocidad de corte que tenga la maquina. RIA = Vc X (GI / A) Donde: Vc= Velocidad de corte del material (debe estar dada en RPS) Para convertir a RPS las unidades de Vc Vc= (metros / minutos) / (Desarrollo mayor de la pieza) Vc= (metros / minutos) / (diameto mayor de la pieza por π) Vc= (milimitros / minutos) / (diameto mayor de la pieza por π) Vc= (100,000 milimetros/minuto) / (14.60 milimetros X π) Vc=2180RPM (teorica) / 60 segundos= 36.33333 RPS. Vc=2190RPM (PF 32) / 60 Segundos= 36.5 RPS RIA= 36.5 X (196 Grados imroductivos / 72 Grados por segundo) RIA= 99.36 (Revoluciones improductivas considerando aceleración) que para fines prácticos se consideran como: RIA=100 (Revoluciones improductivas considerando aceleración)

121

0-66

IMPROD.

PROD.

PROD.

66

PROGRECION DE A

REVOLUCIONES

ENTRADA 20/0.30=66 BARRENAR 14/0.08=175 REGRESO CAMBIO AVANCE HUSILLO 2 Ø2mm 4/0.06=66 REGRESO

HTA.1 TORNEADO LONGITUDINAL ENTRADA 3.50/0.04=87 PARADA TORNEADO LONG. 19/0.10=190

66-104

200

8

104-112

40

12

112-124

66

32

124-156

165

18

156-174

96

16 25

174-190 190-215

85 133

BARRENO

CAMBIO AVANCE HUSILLO 3 ROSCADO M5 x 0.80 28 x 5 + 28 = 168 HTA.5 CORTAR PRECORTE 4/0.05=80 CORTE 4/0.025=160 REGRESO HTA.5 SUMATORIA

15.

38

12 18

215-227 227-245

16

245-261

85

25

261-286

133

12 196

66

PROGRECION DE A

17

80-97

4

97-101

36

101-137

190

87

HTA.4 FORMAR Ø9mm 12 3/0.05=60 4 PARADA HTA.2 TORNEADO LONGITUDINAL 19 10/0.10=100

140-152 152-156

60

290-309

100

HTA.3 FORMAR Ø3mm 14 3/0.04=75

309-323

75

96

32

286-318

168

(14) 30

(304-318) 318-348 348-360

(80) 169

164

OPERACIONES SIMULTANEAS

352

HUSILLO 1 BARRENAR 20/0.10=200 SALIDA 20/0.50=40

GRADOS PROD. SIMULTANEAS

ALIMENTACION

IMPROD.

ORDEN DE LAS OPERACIONES VALIDAS PARA EL CALCULO DE LEVAS

GRADOS

REVOLUCIONES

CALCULO DE LEVAS

ACELERACION

CAPITULO VI

875

64 (1044) 100

Obtener el tiempo que tarda la maquina en hacer un ciclo de 360 grados Para esto se necesita sumar las revoluciones productivas totales mas improductivas totales o si se utiliza la aceleración las revoluciones improductivas considerando la aceleración (RIA) (en el tiempo real de la maquina) que se multiplican por 60 segundos, El resultado de este producto se divide entre la Velocidad real del usillo de la maquina en RPM Tiempo = ((∑ r. prod) + (∑ r. improd)) (60) / RPM del Husillo de la maquina. Tiempo = (975 X60)/2190 =26.71 Segundos (Teorico)

122

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

16.

Trazar las levas de acuerdo a los datos obtenidos del cálculo. Para realizar el trazado de las levas se tienen que utilizar los grados obtenidos en el cálculo para cada leva. Para el trazado correcto de los ángulos de la leva se deben utilizar las plantillas de las trayectorias de los seguidores de carretilla de la maquina. Una vez trazados todos los grados se empiezan a unir todos los puntos en una forma lógica con sus diferencias, ya que estas, se traducen en los avances transversales o longitudinales de los carros o husillos. y se obtiene la geometría de la levas. Para las subidas y bajadas se utilizan las plantillas para los ángulos de presión recomendados por el fabricante, es recomendable trazar las levas con los grados de la progresión, debido a que al colocar las levas en la maquina si colocamos todas las levas en cero grados (los cero grados deben de estar en la tangente del seguidor de carretilla) de este modo, todas las levas estarán en la posición exacta y solo será necesario ajustar la maquina con las medidas de diámetros y largos necesarios. Empezaremos a trazar la leva del carro 1, (el orden del trazado de las levas no necesariamente tiene que ser en el orden de la numeración de los carros o bien en el orden de operaciones) para el carro 1 son dos levas, la leva transversal (leva 1) y la leva longitudinal (leva 6). En la leva 1, de 80 a 97 grados hay una diferencia de incremento en el radio de 3.5mm y de 97 a 137 el radio de la leva es concéntrico como se ve en la siguiente figura:

Leva 1 123

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

En la leva 6 de 97 a 133 grados hay una diferencia ascendente de radio de 19 mm. Que son los que realizan el torneado logitudinal.y de 134 a 137 grados el radio es concentrico para evitar la formación de virutas.

Leva 6 Para trazar las levas del carro 2, que en este caso son dos, la leva transversal (leva 2) y la leva longitudinal (leva 7). En la leva 2, de 290 a 309 grados la leva es concéntrica.

Leva 2

124

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Y en la leva del torneado longitudinal (Leva 7) tenemos que de 290 a 309 grados hay una diferencia ascendente de 10mm

Leva 7 Para el trazado de la leva de la herramienta 3 se calculo que la leva necesita 14 grados para el formado del diámetro menor, por lo que de 309 a 323 grados hay una dierencia ascendente de 3mm en el radio. Como se ve en la figura siguiente:

Leva 3

125

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

En la leva del carro numero 4 son necesarios 12 grados para realizar el torneado transversal, en consecuencia, de 140 a 152 grados habrá una diferencia ascendente de 3mm en el radio y en los 4 grados restantes la leva sera concentrica para efectuar una parada que va de 152 a 156 grados, como se ve e la siguiente figura:

Leva 4 En la leva para el carro 5 se necesitan 14 grados para el precorte que va de 304 a 318 grados, 30 grados para el corte el cual se realiza de 318 a 348 grados y 12 grados para retirar la herramienta que son de 348 a 360 grados.

Leva 5

126

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Para el trazado de la leva 8 existen dos opciones, separar las levas en dos o trazar todas las levas en una sola que es como se realizara este trazado. Primero sabemos que de 0 a 66 grados es la alimentación de la maquina de 66 a 104 grados se realiza la entrada de la broca de 20mm que es la diferencia ascendente de los radios en ese rango de grados, de 104 a 112 re sealiza el desahogo de la broca para este la broca tiene que salir en su totalidad, de 112 a 124 entada de la broca al punto anterior que en este la broca queda en el mismo radio que en el de 104 grados y la diferencia ascendente que hay en 124 a 156 es de 14mm. de 124 a 156 terminado del barrenado, de 156 a 215 se realiza el regreso del husillo1, cambio y avance del husillo 2. 215 a 227 barreno del husillo 2 en donde tenemos una diferencia ascendente de 4mm, de 227 a 245 regreso del husillo 2. de 245 a 261 cambio del husillo 3, de 261 a 286 avance y de 286 a 318 roscado y salida del machuelo. Como se ve en la siguiente figura leva 8:

Leva 8

127

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

Para el trazado de las levas 9 y10 se puede realizar la misma operación anterior ya sea de unir las dos levas o bien hacerlo por separado como se muetra a continuacion.

Leva 9

Leva 10

128

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Simulación de las herramientas en varias posiciones.

Figura 6-3 Posición del árbol de levas a los 66 grados

Figura 6-4 Posición del árbol de levas a los 104 grados

Figura 6-5 Posición del árbol de levas a los 102 grados

129

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

Figura 6-6 Posición del árbol de levas a los 124 grados

Figura 6-7 Posición del árbol de levas a los 156 grados

Figura 6-8 Posición del árbol de levas a los 215 grados

130

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Figura 6-9 Posición del árbol de levas a los 227 grados

Figura 6-10 Posición del árbol de levas a los 286 grados

Figura 6-11 Posición del árbol de levas a los 309 grados

131

CAPITULO VI

CALCULO DE LEVAS

Figura 6-12 Posición del árbol de levas a los 318 grados

Figura 6-13 Posición del árbol de levas a los 323 grados

132

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Figura 6-14 Posición del árbol de levas a los 348 grados

133

CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

CONCLUSIONES Este trabajo muestra un procedimiento para calcular la geometría de las levas para los tornos automáticos, ya que son muy utilizados en la industria y sin embargo pocas personas tienen los conocimientos necesarios para desarrollar dichos cálculos. Desde la antigüedad, los hombres han utilizado las maquinas en diversas áreas para facilitar las labores de la humanidad, las cuales, en esencia son un conjunto de mecanismos. Existen una gran variedad de maquinas que utilizan levas para su funcionamiento Las levas se clasifican de acuerdo a su forma (planas, cilíndricas e inversas), tipo de seguidor (cuchilla, carretilla y cara plana) y la relación que guarda el seguidor con el eje de rotación de la leva (en línea o radial, excéntrico y oscilatorio), en todas sus posibles combinaciones, la geometría de las levas puede ser de infinita. Las variantes fundamentales de las levas son: tipo de leva, grados (productivos e improductivos), desplazamientos o carrera, material de las levas, curva de paso y dimensión de la leva. Para la realización del cálculo de levas para los tornos automáticos hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones:

• • • • •

Números de carros que se van a utilizar y las levas que estos necesitan Dimensiones de las levas (espesor, diámetros interior y exterior) Grados necesarios para las operaciones improductivas Rangos de los avances para cada una de las operaciones Velocidades de corte de los diversos materiales a maquinar.

Se tiene que recordar que aun cuando existan todos estos datos para la realización del calculo de las levas cada quien es libre de realizar el calculo como mejor le convenga ya que cada uno de nosotros tenemos diferentes experiencias en los maquinados de las piezas y por lo tanto definimos la forma para realizar el calculo dependiendo de la pieza a maquinar. Se pueden acomodar a conveniencia los valores dados por los fabricantes. En la actualidad es necesario ahorrar en todo lo que se pueda para ser competitivos por esto al realizar el calculo de levas hay que observar que no existan tiempos muertos innecesarios para maquinar las piezas con el menor tiempo posible, esto se logra trabajando a los limites máximos de los parámetros utilizados.

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

FUENTES DE CONSULTA BIBLIOGRAFÍA Mecanismos y Dinámica de Maquinaria. 2ª Edición Hamilton H. Mabie Charles F. Reinholtz 1998 Editorial Limusa S.A. de C.V. Grupo Noriega Editores Balderas 95, México, D.F. ISBN-968-18-4567-6 Manual del Ingeniero Mecánico 9ª Edición en Ingles 3ª Edición en Español Eugene A. Avallone Theodore Baumeister III Mc Graw-Hill/Interamericana de México S.A. de C.V. 1995, México, Naucalpan de Juárez, Edo. Mex. ISBN-970-10-0661-5 Obra completa. ISBN-970-10-0662-3 Tomo I Manual del Ingeniero Mecánico 1ª Edición 1998, México, Naucalpan de Juárez, Edo. Mex. Prentice-Hall Hispanoamericano, S.A. ISBN-970-17-0081-3 Tomo I ISBN-970-17-0083-X Tomo III Elementos de maquinaria Mecanismos Mc Graw Hill / Interamericana Editores S.A. de C.V. 1995, 1ª Edición en español México, D.F. ISNB 970-10-0613-5 Obra completa ISBN 970-10-0614-3 Tomo I Materiales y Procesos de Fabricación E.P. De Garma J.T. Black R.A. Kosher

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CÁLCULO DE LEVAS PARA LA MANUFACTURA DE PIEZAS EN TORNOS DE ALTA PRODUCCIÓN

Editorial Reverte 1994 2ª Edición España, Barcelona Manual Universal de la Técnica Mecánica Para el Taller y la Oficina Eric Oberg F.D. Jones Editorial Labor S.A. 4ª Edicion 1965 España, Barcelona Manuales de Tornos Automatico Manurhin PF-16, PF-25, PF-32 y PF-42 Georges Cuttat. Impreso en Francia No. De Registro 20-275-000.

CONSULTA VIRTUAL http://es.wikipedia.org/wiki/Portada http://www.monografias.com http://www.rincondelvago.com

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