UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

“DISEÑO DE UNA CANTEADORAFRESADORA PARA MADERA”

TESINA Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA

PRESENTA: RAFAEL ARTURO CARMONA GUZMAN

DIRECTOR: DR. JOSE ALBERTO VELAZQUEZ PEREZ

XALAPA, VER.

FEBRERO 2013 1

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DEDICATORIAS A Dios. Por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio. A mi madre Lorenza. Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la motivación constante que me ha permitido ser una persona de bien, pero más que nada, por su amor. A mi padre Senobio. Por los ejemplos de perseverancia y constancia que lo caracterizan y que me ha infundado siempre, por el valor mostrado para salir adelante y por su amor. Mis hermanos, Franco y Sarahi, por estar conmigo y apoyarme siempre, los quiero mucho. A mis amigos. A los que nos apoyamos mutuamente en nuestra formación profesional y aquellos que se encontraron junto a mi mostrando su apoyo, que hasta ahora, seguimos siendo amigos: Gregorio Mauricio, Ali Fabián, Oscar Díaz, Carlos Miguel, José Manuel, David Salazar, Carlos y Héctor Celis, Julio Cesar, Juan Daniel, Luz Maritza, Anayeli, Josué y una persona que solo pertenecerá como una amistad. A mis familiares A mi tía Irma por ser el ejemplo de una hermana mayor y de la cual aprendí aciertos y de momentos difíciles; a mis abuelos Franco y Sara y a todos aquellos que participaron directa o indirectamente en la elaboración de esta tesis. A mis maestros. Dr. José Alberto Velásquez Pérez por su gran apoyo y motivación para la culminación de nuestros estudios profesionales y para la elaboración de esta tesis; al maestro Pedro y la maestra Ángeles por ser las personas que me dieron el primer impulso y crearon los cimientos de esta gran formación.

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Índice Índice de figuras ........................................................................................... 7 Introducción ................................................................................................ 13 Hipótesis ..................................................................................................... 14 Capítulo I: Tipos de máquinas para trabajar la madera. ............................. 15 Sierra circular de banco .......................................................................... 16 Introducción ......................................................................................... 16 Descripción .......................................................................................... 17 Los principales componentes de la sierra circular de banco son ......... 18 Sierra de banda ....................................................................................... 22 Introducción ......................................................................................... 23 Descripción .......................................................................................... 23 Los principales componentes de la sierra de banda son: .................... 25 Sierra circular radial ................................................................................ 29 Introducción ......................................................................................... 29 Descripción .......................................................................................... 30 Los principales componentes de la sierra circular radial son: .............. 31 Sierra caladora ........................................................................................ 34 Introducción ......................................................................................... 34 Descripción .......................................................................................... 34 Los principales componentes de la sierra caladora son: ..................... 35 Taladro de banco .................................................................................... 37 Introducción ......................................................................................... 37 Descripción .......................................................................................... 38 Los principales componentes de un taladro de banco son: ................. 39 Torno para madera.................................................................................. 41 Introducción ......................................................................................... 42 Descripción .......................................................................................... 42 Los principales componentes de un torno son: ................................... 44 Canteadora ............................................................................................. 50 Introducción ......................................................................................... 50 Descripción .......................................................................................... 50 4

Los principales componentes de una canteadora son: ........................ 52 Fresadora ................................................................................................ 59 Introducción ......................................................................................... 59 Descripción .......................................................................................... 59 Los principales componentes de una fresadora son:........................... 60 Capitulo II: Tecnología de la canteadora .................................................... 62 Apianado y achaflanado de cantos en la máquina acepilladora .............. 64 Tecnología de corte................................................................................. 74 Esfuerzo de corte y energía necesaria para el útil de corte .................... 76 Factores que influyen en el esfuerzo de corte ......................................... 82 Densidad ............................................................................................. 82 Abrasividad .......................................................................................... 83 Humedad ............................................................................................. 85 Temperatura ........................................................................................ 86 Dirección del corte ............................................................................... 86 Espesor de corte.................................................................................. 87 Formación del corte................................................................................. 88 Mecanizado longitudinal 90-0 .............................................................. 88 Mecanizado transversal 90-90 ............................................................. 91 Mecanizado tangencial O-90 ............................................................... 91 Geometría de los útiles ........................................................................... 91 Angulo de ataque γ .............................................................................. 91 Angulo de afilado β .............................................................................. 91 Angulo de desahogo α ......................................................................... 91 Corte con cuchilla .................................................................................... 92 Capitulo III: Tecnología de la fresadora ...................................................... 96 Tupi ......................................................................................................... 97 Corte con fresa ...................................................................................... 104 Geometría del corte con cuchilla o fresa ............................................... 107 Trazas sobre la superficie ..................................................................... 109 Materiales.............................................................................................. 113 Acero ................................................................................................. 114 Aleaciones ......................................................................................... 115 Diamante ........................................................................................... 118 5

Materiales cerámicos ......................................................................... 119 Capitulo IV: Diseño de canteadora-fresadora. .......................................... 120 Determinación de fuerza en cabezal ..................................................... 120 Determinación de fuerza en una fresa .................................................. 125 Canteadora-fresadora ........................................................................... 128 Análisis mecánico.................................................................................. 130 Análisis en plano x-y .......................................................................... 134 Análisis en plano x-z .......................................................................... 137 Análisis de deflexión .......................................................................... 148 Conclusiones ............................................................................................ 153 Bibliografía ................................................................................................ 156

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Índice de figuras Figuras Figura 1. 1 Sierra circular de banco marca “melabo” ............................................ 16 Figura 1. 2 Componentes de una sierra circular de banco .................................... 18 Figura 1. 3 Disco de corte de dientes de carburo de tungsteno de una sierra circular de banco ................................................................................................... 19 Figura 1. 4Disco de corte al hilo ............................................................................ 19 Figura 1. 5 Disco de corte a través ........................................................................ 20 Figura 1. 6 Disco de cote universal ....................................................................... 20 Figura 1. 7 Disco de corte con dientes de puntas de carbono (a); puntas de carburo de tungsteno ............................................................................................ 21 Figura 1. 8 Sierra de banda ................................................................................... 23 Figura 1. 9 Componentes principales de la sierra de banda ................................. 24 Figura 1. 10 Hoja de corte de una sierra de banda ............................................... 25 Figura 1. 11 Diferentes tamaños, formas y disposición de los dientes de las hojas de sierra de banda ................................................................................................ 26 Figura 1. 12 Volante superior de una sierra de banda .......................................... 27 Figura 1. 13 Reguladores de la hoja de corte........................................................ 27 Figura 1. 14 Medición para el ajuste de la guía longitudinal .................................. 29 Figura 1. 15 Sierra circular radial .......................................................................... 30 Figura 1. 16 Diferentes hojas de corte de sierra radial izquierda corte al hilo, derecha corte a través. .......................................................................................... 31 Figura 1. 17 Cabezal ranurador izquierda, cabezal moldurador derecha, ambos para sierra circular radial ....................................................................................... 32 Figura 1. 18 Vista frontal de una sierra circular radial; a) brazo, b) guía longitudinal, c) cuchilla abridora ................................................................................................ 33 Figura 1. 19 Sierra caladora de banco .................................................................. 34 Figura 1. 20 Hojas de corte de sierra caladora...................................................... 35 Figura 1. 21 Alcance de cuello de una sierra caladora.......................................... 36 Figura 1. 22 Revisan de la tensión de la hoja de corte .......................................... 37 Figura 1. 23 Taladro de banco vertical .................................................................. 38 Figura 1. 24 Portabrocas de taladro de banco ...................................................... 39 Figura 1. 25 Componentes de taladro de banco; a) cuello, b) palanca de accionamiento, c) mesa......................................................................................... 40 Figura 1. 26 Torno para madera............................................................................ 41 Figura 1. 27Componentes principales de un torno para madera........................... 43 Figura 1. 28 Cabezal fijo de torno ......................................................................... 44 Figura 1. 29 Bancada ............................................................................................ 44 Figura 1. 30 Guía de apoyo para las gurbias ........................................................ 45 Figura 1. 31 Cabezal móvil .................................................................................... 45 Figura 1. 32 Palanca de avance del cabezal móvil .............................................. 46 Figura 1. 33 Palanca de sujeción del cabezal móvil .............................................. 46 7

Figura 1. 34 Palanca de sujeción del eje ............................................................... 47 Figura 1. 35 Punta de copa ................................................................................... 47 Figura 1. 36 Cañón de desbaste estándar ............................................................ 48 Figura 1. 37 Cañón tipo continental....................................................................... 49 Figura 1. 38 Cañón forma de huso estándar ......................................................... 49 Figura 1. 39 Cañón vaciado forma uña ................................................................. 49 Figura 1. 40 Formón oval sesgado ........................................................................ 49 Figura 1. 41 Formón sesgado estándar ................................................................ 50 Figura 1. 42 Canteadora ....................................................................................... 51 Figura 1. 43 Anchura de cepillado y guía longitudinal de apoyo ........................... 52 Figura 1. 44 Profundidad de corte se muestra en la cuchilla y la mesa de salida . 53 Figura 1. 45 Guarda del eje portacuchillas ............................................................ 54 Figura 1. 46 Ritmo de trabajo de una canteadora ................................................. 56 Figura 1. 47 Cabezal portacuchillas de cepilladora ............................................... 57 Figura 1. 48 Cabezal portacuchillas salido de las mesas. ..................................... 58 Figura 1. 49 Elementos para la colocación de las cuchillas de corte .................... 58 Figura 1. 50 Forma de alimentación de madera a la fresadora ............................. 59 Figura 1. 51 Fresas para madera .......................................................................... 61 Figura 1. 52Guía de una fresadora tipo tupi .......................................................... 61 Figura 2. 1 Canteado de un tablón con apoyo de regla directriz y regla guía ....... 63 Figura 2. 2 Aplanado. El árbol portacuchillas permanece cubierto en la parte no utilizada ................................................................................................................. 63 Figura 2. 3 El movimiento de acepillado a mano levanta la viruta. ........................ 64 Figura 2. 4 Las cuchillas rotativas de la máquina de acepillar levantan una viruta corta y en forma de arco circular. .......................................................................... 64 Figura 2. 5 La superficie superior de la mesa de salida y la arista superior del cilindro descrito por los filos de las cuchillas están exactamente enrasadas (son tangentes), mientras que la mesa de colocación está más baja en una magnitud igual al espesor de la viruta. .................................................................................. 65 Figura 2. 6 Las fibras de la madera inclinadas hay que cortarlas viniendo de su lado dorsal. ............................................................................................................ 65 Figura 2. 7 Reparación de la diferencia en piezas alabeadas. .............................. 66 Figura 2. 8 Aplanado: el árbol portacuchillas está cubierto hasta la anchura de trabajo; posición correcta de trabajo. a) Tope; b) Listón dela guía; c) Mesa de colocación; d) Mesa de salida; e) Cobertura articulada. ........................................ 66 Figura 2. 9 Colocación de piezas cortas. .............................................................. 67 Figura 2. 10 Para tablas cortas se recurre al auxilio de una pieza auxiliar de conducción. ........................................................................................................... 68 Figura 2. 11 Las superficies muy anchas se acepillan atacando por ambos bordes. .............................................................................................................................. 68 Figura 2. 12 Acepilladora de mesa larga con dispositivos de rápido ajuste de espesor mediante pedal (derecha). ....................................................................... 69 Figura 2. 13 Recorte de los cantos. El listón de la guía protege la mano y ayuda a apretar. a) Palanca de mano para el ajuste de la mesa. ....................................... 70 8

Figura 2. 14 a) La mesa de salida está por encima de la arista superior del cilindro descrito por las cuchillas, la pieza choca con la mesa. b) La mesa de salida está por debajo de la arista superior descrita por los filos de las cuchillas, la pieza resulta socavada por las cuchillas. ........................................................................ 71 Figura 2. 15 Varias tablas se pasan al mismo tiempo unas junto otras. ................ 72 Figura 2. 16 La presencia de señales fuertemente marcadas por las cuchillas indica una excesiva rapidez en la pasada. ............................................................ 72 Figura 2. 17 Superficie bien cepillada: esto indica un avance correcto y el uso de cuchillas bien afiladas ........................................................................................... 73 Figura 2. 18 Golpes de las cuchillas aumentados: a) Avance demasiado rápido, b) Avance correcto .................................................................................................... 73 Figura 2. 19 Cuando se aplanan maderas estrechas se hace avanzar primeramente la regla del tope y después se la echa para atrás por escalones. .. 74 Figura 2. 20 Tipos de mecanizado ........................................................................ 75 Figura 2. 21 Esfuerzo de corte. Fc Esfuerzo de corte igual y opuesto a F, F1 Fuerza de oposición de la madera al útil, F2 Fuerza debida a la fricción sobre el útil, F Fuerza total de la madera sobre el útil. ................................................................. 77 Figura 2. 22 Incidencia del filo en las componentes del esfuerzo de corte. F c Esfuerzo de corte, Ft Esfuerzo tangencial, Fn Esfuerzo normal............................. 78 Figura 2. 23 Variaciones del esfuerzo del corte tangencial ................................... 81 Figura 2. 24 a, Variación de los esfuerzos tangencial y normal respecto a la densidad de la madera, b, Variación de los esfuerzos tangencial y normal respecto al Angulo de desahogo. ......................................................................................... 83 Figura 2. 25 Variación del esfuerzo de corte respecto al contenido de humedad. 86 Figura 2. 26 Influencia del Angulo de ataque sobre los esfuerzos de corte según las direcciones de mecanizado. ............................................................................ 87 Figura 2. 27 Fuerza de corte necesaria en función del espesor de corte según las direcciones A, B y C. ............................................................................................. 88 Figura 2. 28 Variaciones del esfuerzo de corte con relación al tiempo, cuando el corte se obtiene por: A. Rajado, B. Compresión, C. Curvado. .............................. 89 Figura 2. 29 Fases del corte en un movimiento circular. 1ª fase. Curvado, 2ª fase. Compresión, 3ª fase, Rajado................................................................................. 90 Figura 2. 30 Ángulos de corte. 1. Rectilíneo, 2. Circular ....................................... 92 Figura 2. 31 a. Geometría, b. Reacción de la madera al ataque del útil, c. Esfuerzo de corte. ................................................................................................................ 93 Figura 2. 32 Situación de los entrehierros a. Profundidad de paso b. Hierros ...... 95 Figura 2. 33 Influencia de la altura del corte en la calidad del mecanizado .......... 95 Figura 3. 1 Tupi con apoyo de mesa extensible, ................................................... 96 Figura 3. 2 Equipo mínimo de accesorios. Tablero 1 y tablero 2........................... 97 Figura 3. 3 Cabezal universal de perfiles .............................................................. 98 Figura 3. 4 Cabezal de cuchillas reversibles ......................................................... 99 Figura 3. 5 Disco de fresa de molduras ................................................................. 99 Figura 3. 6 Fresa de una sola pieza. ................................................................... 100 Figura 3. 7 Fresa compuesta............................................................................... 100 Figura 3. 8 Fresa de dientes plegados ................................................................ 101 9

Figura 3. 9 Fresa de juegos de filos .................................................................... 101 Figura 3. 10 Plantilla de verificación de las herramientas de avance de mano ... 102 Figura 3. 11 Símbolo de avance de mano ........................................................... 102 Figura 3. 12 Fresa para avance a mano- ............................................................ 102 Figura 3. 13 Fresas para el avance semimecánico ............................................. 103 Figura 3. 14 Símbolo de avance mecánico. ........................................................ 103 Figura 3. 15 Fresa para avance mecánico. ......................................................... 104 Figura 3. 16 Símbolo de avance mecánico. ........................................................ 104 Figura 3. 17 Útiles de corte utilizados en fresas 1. Monobloc, 2. Soldados ........ 105 Figura 3. 18 Tipos de aristas en fresas. 1. Oblicua, 2. Rectas, 3. Mixtas, rectas/oblicuas .................................................................................................... 106 Figura 3. 19 Ángulos de corte en fresas .............................................................. 106 Figura 3. 20 Geometría de corte con cuchilla o fresa. a. En oposición, b. En paralelo ............................................................................................................... 108 Figura 3. 21 Cicloide desarrollada en un mecanizado perfecto ........................... 110 Figura 3. 22 Cicloides desarrollados, a. En oposición, b. En paralelo ................. 111 Figura 3. 23 Ondas secundarias con mecanizados incorrectos. a. Útil correcto con paso regular, b. Útil incorrecto con paso irregular, c. Útil incorrecto con paso regular conteniendo cuatro teóricos. ................................................................... 113 Figura 3. 24 Característica de dureza de los diferentes materiales utilizados en las herramientas de corte. ........................................................................................ 119 Figura 4. 1 Canteadora marca “TRUPER” modelo CANT_6X ............................. 121 Figura 4. 2 Fuerza de corte en una cabezal de canteadora ................................ 122 Figura 4. 3 Fuerza de corte distribuida en el cabezal .......................................... 124 Figura 4. 4 Trompo moldeador modelo DC-WS75 marca “Silverline” de ½” y ¾” 125 Figura 4. 5 Fuerza aplicada a una fresa .............................................................. 128 Figura 4. 6 Diseño canteadora-fresadora con un eje con cabezal de corte a izquierda y fresadora a la derecha ...................................................................... 129 Figura 4. 7 Dimensiones del eje con cabezales en mm ...................................... 130 Figura 4. 8 Fuerzas producidas por la transmisión de potencia por poleas ........ 132 Figura 4. 9 Fuerzas aplicadas al eje.................................................................... 134 Figura 4. 10 Diagrama de cuerpo libre de plano x-y............................................ 134 Figura 4. 11 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momentos flexionantes del plano x-y ........................................................................................................ 136 Figura 4. 12 Diagrama de cuerpo libre de plano x-z............................................ 137 Figura 4. 13 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momentos flexionantes del plano x-z ........................................................................................................ 138 Figura 4. 14 Colocación de datos al Acelerador de diseño de Autodesk Inventor ............................................................................................................................ 143 Figura 4. 15 Colocación de datos de fuerzas y material...................................... 144 Figura 4. 16 Fuerzas aplicadas al eje. ................................................................. 144 Figura 4. 17 Diagrama de fuerzas cortantes en el plano x-y desarrolladas por Autodesk Inventor ............................................................................................... 145 Figura 4. 18 Diagrama de fuerzas cortantes en el plano x-z desarrolladas por Autodesk Inventor ............................................................................................... 145 10

Figura 4. 19 Diagrama de momentos flexionantes en el plano x-y desarrolladas por Autodesk Inventor ............................................................................................... 146 Figura 4. 20 Diagrama de momentos flexionantes en el plano x-z desarrolladas por Autodesk Inventor ............................................................................................... 146 Figura 4. 21 Diagrama de momentos flexionantes maximos desarrolladas por Autodesk Inventor ............................................................................................... 147 Figura 4. 22 Diagrama de diámetro ideal desarrollado por Autodesk Inventor .... 148 Figura 4. 23 Diagrama de deflexión de eje de acero realizado por Autodesk Inventor. .............................................................................................................. 149 Figura 4. 24 Diagrama de deflexión de eje de aluminio realizado por Autodesk Inventor. .............................................................................................................. 149 Figura 4. 25 Diagrama de deflexión de eje de acero realizado por Autodesk Inventor. .............................................................................................................. 150 Figura 4. 26 Diagrama de deflexión de eje de aluminio realizado por Autodesk Inventor. .............................................................................................................. 150 Figura 4. 27 Diagrama de deflexión de eje de acero realizado por Autodesk Inventor. .............................................................................................................. 151 Figura 4. 28 Diagrama de deflexión de eje de aluminio realizado por Autodesk Inventor. .............................................................................................................. 151 Figura 5. 1 Maquina canteadora-fresadora para madera diseñada en Autodesk Inventor ............................................................................................................... 154 Figura 5. 2 Simulación del eje portador de cabezal de corte y portafresas ......... 155 Figura 5. 3 Vista lateral de canteadora-fresadora para madera .......................... 155 Figura 5. 4 Vista isométrica de canteadora-fresadora para madera.................... 155

Tablas Tabla 2. 1 Tipos de mecanizado ........................................................................... 75 Tabla 2. 2 Esfuerzo tangencial (kp) para maderas de densidad ≤0.70. ................ 79 Tabla 2. 3 Esfuerzo tangencial (kp) para maderas de densidad ≤0.80. ................ 79 Tabla 2. 4 Trabajo unitario (kpm) para procesar 1 cm3 de madera de densidad ≤0.70 H=12%. ....................................................................................................... 80 Tabla 2. 5 Trabajo unitario (kpm) para procesar 1 cm 3 de madera de densidad ≤0.80 H=12%. ....................................................................................................... 80 Tabla 2. 6 Variación de los esfuerzos de corte en función de la densidad de la madera. ................................................................................................................. 82 Tabla 2. 7 Variación de los esfuerzos de corte para materiales de primera trasformación......................................................................................................... 83 Tabla 2. 8 Poder abrasivo de algunas maderas .................................................... 84 Tabla 3. 1 Características de las fresas de acero de arista recta y corte cilíndrico. ............................................................................................................................ 107 11

Tabla 3. 2 Angulo de ataque de dientes con plaquetas soldadas de carburo de tungsteno............................................................................................................. 107 Tabla 3. 3 Composición de las estelitas de grado 1 y12. .................................... 115 Tabla 3. 4 Características de los diferentes materiales de corte ......................... 117 Tabla 4. 1 Deflexiones encontradas por Autodesk Inventor ................................ 152

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Introducción En la actualidad el uso de la madera en nuestra vida cotidiana es muy común, por ello en la actualidad existen gran cantidad de maquinaria para el proceso de transformación de esta, desde el que se encuentra en trozo hasta los diferentes muebles con figuras talladas. Para ello se observaran las diferentes máquinas de herramientas para la manufacturación de muebles a partir de un taller carpintero de pequeña escala, es decir, la mayoría de las carpinterías donde trabajan de dos hasta cuatro personas se encuentran con la necesidad de utilizar maquinaria de banco para realizar cortes, cepillados, moldurados espigados entre otros, por lo que el uso de cada una de estas maquinarias implica un espacio necesario para el trabajo de éstas, esto se debe principalmente a la seguridad del usuario que se encuentre laborando, además de fines propios como los acabados calidad deseada en el proceso de transformación de la madera. Uno de los problemas que se encuentra en los pequeños talleres es el tamaño de la maquinaria, debido a los pequeños espacios que existe hoy en día y que en zonas concurridas donde existe potencial para la venta de artículos de madera y su derivados, por tal motivo se analizara la posibilidad de poder fusionar máquinas que utilicen un sistemas parecidos en la realización de su trabajo. Como percibiremos la gran variedad de herramientas de carpintería no solo se deben a su funcionamiento sino a la gran cantidad de marcas que existen en el mercado, y fusionar dos máquinas aun siendo de la misma marca pero de distinto funcionamiento prácticamente no es muy fácil, debido a que ocasionaría varios problemas en la calidad de cortes, texturas y acabados en la madera, esto es comprobado prácticamente en algunos casos que se han observado anteriormente en un taller propio. Para ello la tarea más importante es aplicar la ingeniería mecánica, el diseño mecánico, para lograr hacer un acoplamiento de dos máquinas que cuentan con un funcionamiento parecido, esencialmente en el corte, donde podremos decidir si se puede llevar un funcionamiento adecuado y si resulta factible la elaboración.

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Hipótesis Se puede acoplar dos elementos principales de corte, cabezal de corte de una canteadora y mandril portafresas de una fresadora o trompo moldeador de banco, en un mismo eje.

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Capítulo I: Tipos de máquinas para trabajar la madera. En este capítulo se analizan individualmente una serie de máquinas que son utilizadas en la amplia gama de carpintería. Actualmente la moderna maquinaria para carpintería ofrece a tal grado de precisión y de calidad de acabado que constituye todo un incentivo para realiza proyectos que, al elaborarse manualmente resultarían muy difíciles, tardado, costosos, hasta desalentadores para la persona que lo esté realizando. A su vez estas realizan el trabajo de corte, al hilo o de revés, tronzado y/o de cepillado de grandes piezas de madera, que serían muy tardadas si lo hiciera manualmente una persona en su jornada, y la mayoría de estas máquinas están diseñadas para hacer, con facilidad y precisión, el corte de elementos idénticos. Prácticamente toda maquinaria de carpintería son muy peligrosas debido al estudio de partes de accidentes, las investigaciones de dichos accidentes y la experiencia propia y ajena. Así pues es fundamental observar al pie de la letra las recomendaciones de seguridad y dispones de algún sistema de este y de un sistema de extracción de polvo, para evitar posible pérdida de concentración, una poca visibilidad o un axfisiamiento la inhalación del este debido a las altas cantidades producidas por la propia maquinaria. Este tipo de maquinaria generalmente funciona con motores eléctricos de corriente alterna, es decir, pueden ser monofásicos, bifásicos o trifásicos; y también, a su vez, pueden estar a diferentes voltajes según la alimentación de energía eléctrica con la contemos. Sin embargo, la mayoría de las veces los niveles de voltajes son dados en la tabla de especificaciones de cada máquina; por lo cual nos debemos adecuar a las necesidades de esta para su perfecto funcionamiento. Como se ha dicho la maquinaria para realizar trabajos de madera es muy extensa, por lo cual se lleva a cabo la investigación donde se enlistan las siguientes: Sierra circular de banco Sierra de banda Sierra circular radial Sierra caladora Taladro de banco Torno para madera 15

Cateadora Fresadora En el análisis que se ha hecho de cada una de estas máquinas se ha seguido una especie de ficha que contempla, para todas ellas, los mismos aspectos, que han sido los siguientes: Introducción.- Describe brevemente el uso principal para el cual fue diseñado, el nombre de la máquina y los posibles nombres sinónimos que estas pudiesen darles por las diferentes de acentos que existen en nuestro idioma, además, de alguna relación y/o similitud que tenga con alguna de las maquinas anteriormente mencionadas. Descripción.- Se explicara con más detalle el funcionamiento, los componentes principales con sus descripciones y la una breve descripción de uso de la maquinaria descrita.

Sierra circular de banco

Figura 1. 1 Sierra circular de banco marca “melabo”

Introducción Es una máquina diseñada para cortar madera maciza, aglomerado, tableros de fibra, contrachapados, aun así cuando estos materiales sus caras o sus cantos estarán recubiertos de láminas de plástico y/o mezclas ligeras de plástico.

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Asimismo es la herramienta más usada en cualquier taller de carpintería. Resulta básica para aserrar la madera a lo largo, es decir, al hilo de la veta; también es la herramienta que permite cortar al través de ella (tronzado), en cortes perfectos a escuadra, es decir, con Angulo de 90° del canto de la madera. Conjuntamente resulta ideal para producir un sin número de piezas exactamente iguales, idénticas; aparte de tener otros múltiples usos. Gracias a la precisión de sus cortes se logra una calidad que, a mano libre, solo es posible cuando el carpintero es muy experimentado. Por otra parte esta máquina tiene similitud con la sierra radial con las diferencias mínimas en los posicionamientos de sus componentes.

Descripción Una sierra circular consiste, básicamente, en una hoja (disco) de sierra giratoria que sobresale en el centro de un banco de una mesa horizontal, estas sierras que van provistas de guías y topes, se utilizan para el corte de la madera. A pesar de lo aparentemente limitado de su función, esta herramienta suele ser la primer máquina que adquiere un carpintero y se convierte en el centro de la actividad de la carpintería ya que las diferentes piezas vuelven una y otra vez a la sierra para escuadrarlas, darles forma, ranurarlas, ingletearlas y empalmarlas.

Elementos de una sierra de banco

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Figura 1. 2 Componentes de una sierra circular de banco

1. Base 2. Mesa 3. Sierra o disco 4. Guía de tiento 5. Guía de tiento para cortes transversales y en ángulo 6. Volante elevador de la mesa 7. Volante de inclinación de la mesa 8. Manivela de fijación de la mesa 9. Protector 10. Salida de aserrín

Los principales componentes de la sierra circular de banco son Cuchillo divisor u hoja de corte Es un disco que en su perímetro esta dentado con cortadores afilados, que su función principal es el corte de la madera. Este es componente principal de la herramienta ya que puede definir forma de corte, tronzado o canteado, en la que va hacer utilizada la sierra.

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Figura 1. 3 Disco de corte de dientes de carburo de tungsteno de una sierra circular de banco

Las sierras circulares para talleres domésticos suelen ir provistas de hojas cuyos diámetros oscilan entre los 1400 y los 300 mm de diámetro El factor más importante, la profundidad de corte, viene determinado por aquella porción de la hoja que puede sobresalir por la mesa, y que viene a ser tan sólo una tercera parte del diámetro de la misma Para trabajos de cierta envergadura conviene sopesar la posibilidad de adquirir una sierra con floja de 250 mm e incluso preferiblemente de 300 mm. A hoja generalmente se sube y se baja mediante un volante o una manivela. Par a obtener un corte limpio. Y para prolongar la vida de la hoja, ajuste la altura de la misma de forma que los dientes de ésta queden aproximadamente entre 6 y9 mm. Por encima de la superficie de la pieza. En los tipos de hojas para sierra circular de banco encontramos las siguientes: Hoja de corte al hilo: Estas hojas tienen un dentado con disposición triscada y con canales profundos para extraer gran cantidad de sobrante. Están diseñadas exclusivamente para cortar al hilo.

Figura 1. 4Disco de corte al hilo

Hoja de corte a través: el dentado de estas hojas es mucho más pequeño que el de una hoja de corte al hilo y están diseñadas para cortar a contrahílo sin romperlo. Las hojas de grosor descendente, es decir, aquellas cuyo grosos se reduce progresivamente hacia el centro de la hoja, dan lugar a un acabado de gran calidad. 19

Figura 1. 5 Disco de corte a través

Hojas universales: estas hojas que pueden cortar al hilo como de través, están formadas por grupo de dientes de corte al hilo y de canal profundo. El rendimiento de este tipo de hojas no es tan bueno como el de las hojas especiales.

Figura 1. 6 Disco de cote universal

Hojas con puntas de carburo: los dientes de estas hojas no tienen “triscado” algunos en el sentido tradicional del término. En su lugar hay unas grandes puntas de carburo que van fijadas a cada uno de los dientes para 20

proporcionar la holgura necesaria en la entallada. Generalmente las hojas con puntas de carburo de tungsteno están ranuradas para evitar distorsiones producidas por la dilatación de la hoja por efecto del calor. Para reducir el ruido producido al pasar el aire por estas ranuras, éstas están llenas en su extremo inferior de metal blando.

A b Figura 1. 7 Disco de corte con dientes de puntas de carbono (a); puntas de carburo de tungsteno

Mesa El requisito fundamental de cualquier sierra circular de banco es que tenga una mesa rígida horizontal. Por consiguiente, la mayoría de estas herramientas cuentan con mesas de metal de fundición o de chapa de acero. Algunos tipos de estas sierras son fabricadas con una mesa plegable, pero siempre a condición de que quede la mese quede siempre rígida.

Resguardo de hoja de corte Destinado a impedir el acceso a los útiles de corte. Inmediatamente encima de la hoja se coloca una guardia metálica robusta con el fin de evitar de que el usuario de la pueda tocar accidentalmente la hoja, y también para frenar a las piezas en el caso en que el movimiento de la hoja las levante de la mesa. La guarda puede ir atornillada sobre la cuchilla abridora o suspendida del brazo ajustable.

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Guía longitudinal Al cortar una pieza de un extremo a otro, se hace discurrir contra una guía. Es esencial que esta sea robusta y rígida. Para esto algunas guías van asentadas tanto en la parte anterior como en la posterior de la mesa, aunque no resulta esencial, siempre y cuando la guía este construida con un único soporte bien diseñado.

Guía de ingletes En la mesa de la sierra circular existe una serie de ranuras, y por una de ellas, paralela a la hoja de corte, se desliza una guía de ingletes. Esta guía se utiliza para cortar de través, perpendicularmente a las fibras, de madera con ángulo de 45 y 90 grados. Esta debe desplazarse con suavidad y sin un huelgo excesivo, y debe tener una escala para indicar el ángulo que forma.

Elementos de mando Lugar desde donde se pone en funcionamiento la máquina, como son. Bloqueo de la guía longitudinal Control de ajuste de la guía longitudinal Volante de inclinación de hoja Volante de la altura de la hoja Interruptor de encendido-apagado

Sierra de banda

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Figura 1. 8 Sierra de banda

Introducción La sierra de banda es la sierra que se usa para cortar curvas o líneas irregulares en la madera. También se emplea para hacer cortes rectos, particularmente de tablas, de madera, gruesas que se desea hacer más delgadas. La hoja con la que corta una sierra de banda es una tira de metal dentada que discurre sobre dos o tres grandes volantes. Dado que el empuje de la hoja es siempre descendente, hacia la mesa de la sierra no existe riesgo de que el retroceso pueda lanzar la pieza hacia el usuario de la sierra. Conjuntamente estas máquinas tienen una reducción de desperdicio de madera, en comparación con una sierra circular, ya que en la entallada de la hoja es muy estrecha, además ocupan muy poca superficie y son lo suficientemente ligeras como para poder moverlas de sitio sin necesidad de recurrir a equipos especiales. La sierra de banda es denominada por el diseño de la hoja de corte que es una banda de metal. Sin embargo, por empirismo, la mayoría de los carpinteros les denomina sierra cinta. Y esta sierra tiene un gran parecido a la sierra caladora que se explicara posteriormente.

Descripción

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Como ya se dijo en una sierra cinta o sierra de banda la hoja va sostenida entre dos ruedas o poleas que giran de modo que la hoja gira, aserrando mientras corre hacia abajo. Las ruedas o poleas están cubiertas de hule para proteger la hoja y sus dientes del contacto con el metal.

Figura 1. 9 Componentes principales de la sierra de banda

Generalmente la polea de abajo es la polea motriz, conectada al motor por medio de una banda, esta mueve a la hoja, que al correr mueve, a su vez, la polea superior, que en ella tiene un eje que puede cambiar ligeramente de inclinación y moverse hacia arriba o hacia abajo, con lo que mantiene el balance y la tensión de la hoja. Para permitir el corte en bisel, la mayoría de las sierras tienen una mesa inclinable que puede ser ladeada hasta un ángulo de 45 grados. Asimismo algunas tienen una ranura sobre la mesa, para poder utilizar una guía de ingletes, con lo que es posible cortar con precisión en cualquier ángulo que se desee. El motor de estas sierras debe girar a 1725 revoluciones por minuto y generalmente es de ¾ de caballo de fuerza. 24

Los principales componentes de la sierra de banda son: Hoja de banda

Figura 1. 10 Hoja de corte de una sierra de banda

Material.- Las hojas de la sierras de cinta están echa de un acero flexible y resistente, con un borde cortante dura y frágil que se mantiene afilado y con la disposición correcta de los dientes durante largos periodos de tiempo. Algunas hojas pueden afilarse con lima y hay que desecharlas tan pronto como se embotan. Aunque las hojas de acero níquel relativamente dulce se pueden afilar, triscar e incluso resoldar cuando se rompen, los costes de mantenimiento y de una reparación profesional son tan elevados que resultan mejor las hojas desechables de larga duración.

Tamaño de los dientes.- Este tamaño de una sierra se especifica, a pesar del sistema decimal, Por el número de dientes por pulgada (2.54 cm.) de hoja. Con un mismo groso, las maderas sin desbastar, tableros contrachapados y los aglomerados exigen un mayor número de dientes por pulgada que las maderas blandas resinosas.

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Forma de los dientes.- Los dientes de una hoja de esta máquina representan una forma especial diseñada, ya sea para cortar más rápido o para conseguir un corte más limpio.

Figura 1. 11 Diferentes tamaños, formas y disposición de los dientes de las hojas de sierra de banda

Disposición de los dientes.- Los dientes de las hojas de esta herramienta están orientados lateralmente para que así la entalla sea mayor que la propia hoja, consiguiendo de este modo reducir la fricción en un corte recto, al tiempo que se puede girar la pieza cuando se trata de un corte curvo.

Volantes Todas la sierras de cinta cuentan con al menos dos volantes para accionarla hoja, uno encima de otro. El volante inferior esta accionado directamente por el motor. Algunas sierras cuentan con un tercer volante para aumentar de este modo la anchura del cuello de la sierra, ya que la hoja viaja lateralmente antes de volver al volante superior. Las sierras de tres volantes suelen forzar en exceso las hojas, haciendo que estas se rompan con mayor frecuencia. Genialmente los volantes suelen ir revestidos de goma, caucho, o de PVC para proteger el dentado de las hojas.

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Figura 1. 12 Volante superior de una sierra de banda

Guías de la hoja: Mediante unas guías o cojinetes, situados a ambos lados de la hoja, así como detrás de la misma, se consigue frenar la tendencia de la hoja a salirse de los volantes como consecuencia de la acción de corte. Sobre la mesa de la sierra hay un juego de cojinetes que se utilizan para ajustar la anchura de la pieza, y por lo general, en la parte inferior de la misma otros cojinetes, estos fijos. Las guías de la hoja deben poder ajustarse con gran precisión.

Regulador de tensión y desplazamiento de la hoja La tensión de la hoja se ajusta subiendo o bajando el volante superior de la sierra. Algunas de estas cuentan con una escala en la que se indica la tensión aunque, por lo general, ajustar correctamente la tensión de la banda suele ser fruto de la experiencia. Se puede igualmente graduar el desplazamiento lateral asegurándose de que la cita se desplace centrada en ambos volantes.

Figura 1. 13 Reguladores de la hoja de corte

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Guardas de la hoja Salvo aquella parte que está en contacto con la pieza, el reto de la hoja permanece oculto en la caja de la máquina. La parte que queda a la vista va protegida mediante una guarda de ajuste vertical.

Estructura de la sierra de banda Las mejores sierras de cinta tienen una estructura rígida de acero para poder resistir la importante tensión que ejerce sobre l hoja. Si la estructura de la sierra no es completamente fuerte la sierra no funcionara con precisión.

Mesa La mayoría de las mesas de este tipo de sierras suelen ser de hierro colada, de chapa de acero o de aleación de aluminio. Son totalmente horizontales y pueden tener una serie de ranuras para una mejor evacuación del aserrín. Las mesas de las sierras de cinta se inclinan hasta alcanzar los 45 grados para aserrar ingletes y biseles. En la parte inferior de la mesa la una escala en la que se indica el ángulo de inclinación.

Guía longitudinal Los cortes al hilo rectos se hacen contra una pequeña guía ajustable. Con la guía convencional la piezas demasiado gruesas o demasiado largas suelen ser inestables, en cuyo caso, se debe prolongar ésta atornillando una guía de madera de mayor tamaño a la guía de la máquina. Resulta recomendable que la guía longitudinal se pueda colocar en ambos lados de la hoja, especialmente cuando se trata de hacer biseles, ya que la fuerza de la gravedad contribuirá a mantener la una pieza contra la guía cuando la mesa de la sierra este inclinada. Algunas sierras de cinta tienen un tope en uno de los extremos de la guía longitudinal para poder cortar espigas y otros ensambles.

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Figura 1. 14 Medición para el ajuste de la guía longitudinal

Guía de ingletes La guía de ingletes se desliza por la mesa gracias a unas ranuras existentes en la superficie de esta. Ajustando el ángulo de esta guía es posible hacer cortes de través escuadrados o ingleteados. Frecuentemente estas guías de ingletes resultan excesivamente cortas y hay que prolongarlas con un listón de madera para poder sostener en ellas algunas piezas largas.

Freno de pie Las sierras de banda que van colocadas directamente sobre el suelo disponen a veces de un freno con el que se puede detener la hoja tras la desconexión de la máquina.

Extractor del aserrín En la parte exterior de la mesa hay un orificio de salida de aserrín que se puede conectar al tubo de un equipo portátil de extracción.

Sierra circular radial Introducción 29

La sierra circular radial fue inventada en 1922 por un carpintero que decidió resolver la dificultad para mover y cortar tablas grandes y pesadas al través, en la sierra circular de banco. Al cortar al través en la sierra radial, la madera permanece fija, quieta mientras que la hoja de la sierra se mueve, colgada de un riel haciendo un corte seguro, más preciso y menos cansado.

Figura 1. 15 Sierra circular radial

Cortar al través es la principal ventaja de la sierra circular radial, pero también se usa para cortar al hilo, aunque la herramienta más adecuada y segura para ese corte sigue siendo la sierra circular de banco. Además de cortar al través y al hilo la sierra radial tiene otras muchas aplicaciones, pues sirve como escopleadora, como tropo, como ranuradora y como lijadora. Sus partidarios dicen que es la herramienta que mayor diversidad de uso puede tener dentro de un taller de carpintería. Las sierras radiales más comunes tienen un motor de 2 caballos de fuerza y una hoja de 10 pulgadas de diámetro, con la que se puede cortar las tablas hasta de 3 pulgadas de grosor.

Descripción 30

Es una sierra de disco normal, la hoja y la carcasa del motor van suspendidas de la parte superior de una columna rígida. El brazo gira de un lado a otro para colocarse la sierra con un ángulo determinado para poder hacer ingletes. Al mismo tiempo la carcasa del motor y la hoja pueden inclinarse en diferentes posiciones para hacer cortes con diversos ángulos. Dado que la columna va colocada en la parte posterior de una mesa, esta se puede situar contra la pared. La mayor parte de las sierra circular radial van colocadas sobre un banco o sobre sus propias patas, y en algunos casos estos soportes se pueden desmontar y se pueden colgar de la pared. Las sierras circulares radiales tienen cisco movimientos principales. El primero es la elevación de la hoja con una manivela que en algunos modelos, vienen bajo la mesa. El segundo es la inclinación o ángulo de la hoja del motor. El tercero

Los principales componentes de la sierra circular radial son:

Figura 1. 16 Diferentes hojas de corte de sierra radial izquierda corte al hilo, derecha corte a través.

Hoja de corte En este tipo de sierras se utilizan hojas semejantes a las de las sierras circulares de banco. La mejor opción para un taller pequeño es la de una hoja universal, especialmente una que tenga el dentado con puntas de carburo de tungsteno. Utilizando arandelas oscilantes para que la hoja se mueva lateralmente es un sistema para hacer ranuras y cajeados. Una hoja rotativa de ranurar, colocada en el eje normal de la sierra constituye un sistema eficaz para hacer ranuras y cajeados de hasta 21 mm de anchura de una sola pasada. Sin embargo sustituyendo la hoja de una sierra radial por un eje portacuchillas metálico, en el que se colocan dos o tres cuchillas se convierte de sierra circular radial a una fresadora.

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Figura 1. 17 Cabezal ranurador izquierda, cabezal moldurador derecha, ambos para sierra circular radial

Brazo Al liberar la palanca de ingletes este se puede girar a derecha e izquierda. Va provisto de un freno que o bloque firmemente para hacer cortes de través de 90 y 45 grados

Palanca de ingletes Es la encargada de bloquear el ángulo de brazo.

Guarda de la hoja La sierras de disco radiales modernas llevan la hoja encerrada en, una “guarda de gravedad”, que se levanta automáticamente por acciones de la pieza durante la operación de corte, y que se seguidamente se encierra por su propio peso una vez finalizado el corte.

Cuchilla abridora Cuando se están haciendo cortes longitudinales, y para evitar que la madera de secado irregular se cierre sobre la hoja, se tiene que colocar la cuchilla abridora en su posición, tras la hoja. En los cortes de raves la cuchilla abridora se retrae en la guarda.

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A

C

B

Figura 1. 18 Vista frontal de una sierra circular radial; a) brazo, b) guía longitudinal, c) cuchilla abridora

Mesa Sobre la base metálica de la maquina va colocada una sencilla mesa de tablero de fibras de alta densidad o de aglomerado. Dado que las hojas de estas sierras de disco radial deben penetrar en la superficie de la mesa, es aconsejablemente fija, con unas puntas o con un poco de cola, un tablero delgado de contrachapado sobre el tablero de aglomerado o de tablero de fibras. Hay que asegurar que, dentro del campo de acción de la hoja no hay ningún tipo de elemento metálico.

Guía Los cortes transversales se hacen apoyándose la pieza en una guía que discurre trasversalmente sobre la mesa. Esta misma guía se utiliza también para los cortes longitudinales. Durante los cortes de través la guía queda entre la mesa y una pieza de separación situada cerca de la columna, entre corte y corte la sierra se deja detrás de la guía.

Extractor de aserrín Las sierras circular radial producen una gran cantidad de aserrín, que es expulsado a través de un conducto de goma de salida situado en la parte superior de la guarda. Es preciso instalar algún sistema de extracción para asegurarse de que la zona circundante a la sierra no se vuelve resbaladiza a causa del aserrín.

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Sierra caladora Introducción Las sierras de calar eléctricas se suelen asociar normalmente con trabajos de construcción de maquetas y de artesanías, si bien la sierras de calar de mejor calidad son capases de cortar madera relativamente gruesas con facilidad y consiguiendo un acabado extraordinario. Esta sierra puede ser cortes calados en el interior de una tabla, sin necesidad de hacer una ranura desde el exterior. Además, puede cortar curvas muy estrechas dejando una ranura muy fina. Se usa principalmente para hacer piezas ornamentales.

Descripción La sierra caladora consiste en un sistema mecánico para cambiar el movimiento circular del motor en uno de sube y baja. En segundos se puede cambiar sus hojas a través de un agujero taladrado, para comenzar a cortar el interior de una pieza. Con sus hojas muy finas hacen cortes sumamente intricados.

Figura 1. 19 Sierra caladora de banco

El movimiento de vaivén propio de estas sierras proviene de las sierras de calar manuales, si bien esta versión eléctrica deja libres a ambas manos para poder guiar la pieza por la cual se puede trabajar con mayor precisión. La mayor parte de las sierras de calar están diseñadas para fijarlas sobre un banco a la altura estándar de este. 34

Los principales componentes de la sierra caladora son: Hojas de corte Las hojas de esta máquina son desechables y no se vuelven a afilar. En general se rompen por exceso o falta de tensión, por alimentar el trabajo muy aprisa, por doblarse o torcerlas, o por usarlas sin filo, cuando su vida útil ha terminado. Los dientes de la sierra de esta herramienta se gastan aprisa, por lo que deben ser repuestas con frecuencias. Duran afiladas entre media hora y 2 horas de trabajo continuo. Estas hojas se acaban más cuando cortan triplay, cuando cortan maderas gruesas, cuando cortan madera dura y cuando se ejerce demasiada presión sobre ellas.

Figura 1. 20 Hojas de corte de sierra caladora

Mesa Independientemente de que la mesa de la sierra sea de aleación de fundición o de metal estampado, ha de ser plan y rígida. Prácticamente la totalidad de las mesas pueden incluirse para hacer cortes en bisel, e incluso algunas pueden elevarse y bajarse para utilizar otra sección de la hoja cuando de ésta esté ya embotada.

Cuello El cuello de esta herramienta, es decir la distancia que hay entre la hoja y la columna de la máquina, determina la anchura máxima de corte posible. Las sierras de calar de poca potencia tienen un cuello de aproximadamente 380 mm., aunque existen sierra de mayor tamaño que llegan acortar tableros con un ancho de 600 mm. En cualquier caso, siempre cabe la posibilidad de girar la hoja 45 o 90

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grados de manera que las piezas especialmente grandes puedan pasar por la columna de la máquina.

Figura 1. 21 Alcance de cuello de una sierra caladora

Tornillo de tensión de la hoja Las hojas de estas máquinas son notablemente delgadas y, por consiguiente, deben colocarse muy tensas para evitar que se doblen como consecuencia de la presión ejercida sobre ellas. Esta tensión se consigue mediante un muelle que actúa sobre uno de los extremos de la hoja.

Guarda de la hoja La guarda es muy sencilla, consistiendo normalmente una o dos varillas verticales, de plástico o de alambre, que forman parte de la guarda prensora este tipo de guarda está diseñado para evitar que los dedos entren en contacto con la hoja.

Guardas prensoras Para evitar que las piezas muy delgadas vibren y hagan ruido estas máquinas suelen traer una guarda prensora para evitar que la pieza se levante de mesa como consecuencia de la acción de la hoja. Una guarda prensora con mecanismo de resorte se levanta automáticamente cuando se pasa por la hoja una pieza delgada, pero con maderas de mayor grosor puede resultar necesario levantarla antes por encima de la pieza para poder cortarla. Existen guardas prensoras ajustables verticalmente que se utilizan para fijar la pieza antes de comenzar a cortar.

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Figura 1. 22 Revisan de la tensión de la hoja de corte

Extractor de polvo: Generalmente estas sierras no cuentan con un sistema de extracción de polvo pero, y dado que el aserrín que producen es muy fino, si se padece algún tipo de trastorno respiratorio utilice una máscara de protección.

Limpiador de polvo Una de las características de las mejores sierras de calar es un conducto que va colocado inmediatamente detrás de la hoja y que quita el aserrín gracias, a un chorro de aire, del punto de corte antes de que cubra por completo la línea de corte.

Taladro de banco Introducción 37

La taladradora vertical es una maquina robusta y estacionaria que se utiliza para hacer taladrados. Es decir, hacer agujeros empleando diversos tipos de brocas.

Figura 1. 23 Taladro de banco vertical

Descripción El taladro tiene cuatro piezas fundamentales: la base, la columna, y el cabezal. El cabezal de la taladradora, que está formado por el portabrocas, el mecanismo de transmisión y el motor, va colocado sobre una columna metálica rígida. La columna se apoya a su vez en una base rígida de metal de fundición que, o bien va fijada a un banco de trabajo mediante unos pernos o se coloca directamente sobre el suelo del taller. En este último caso la columna es lo suficientemente alta como para situar tanto la taladradora en si como una mesa a una altura cómoda de trabajo. La profundidad máxima del taladro de que es capaz una taladradora en concreto viene determinada por el movimiento del cabezal. El movimiento vertical máximo varía entre aproximadamente entre los 5 y los 90 mm en el caso de las taladradoras de banco. Con toda probabilidad se podrá hacer agujeros de mayor profundidad en taladradoras verticales de pie.

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Los principales componentes de un taladro de banco son: Portabrocas Este elemento está formado por tres garras de autocentrado que se acciona mediante una llave y, en principio idéntico al portabrocas de las más familiares taladradoras eléctricas portátiles. La mayoría de portabrocas de las taladradoras de banco pueden albergar brocas con espigas de hasta 12 mm de diámetro.

Figura 1. 24 Portabrocas de taladro de banco

Mesa De la columna de la maquina sobresale una mesa de metal de fundición. En algunas taladradoras la mesa se levanta o se baja a mano, y se fija en la posición correcta en la columna mediante un sistema de presión. Otros modelos cuentan con un sistema de piñón y cremallera, ajustándose la atura de la mesa gracias a una manivela. Es conveniente utilizar una maquina cuya mesa se pueda inclinar hasta los 45 grados, y también que se pueda apartar hacia un lado haciéndola girar en la columna, para poder trabajar con piezas mayores de lo normal apoyándose sobre la base de la propia máquina.

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Base La base de esta herramienta ha de ser, por cuestiones de estabilidad, grande y de peso. La superficie superior es perfectamente plana y está igualmente ranurada para poder ser utilizada como segunda mesa cuando se trabaja con piezas de dimensiones extraordinarias.

Cuello El cuello, es decir, la distancia que hay de la mesa a la columna debe ser lo mayor posible. La capacidad de este cuello, en las taladradoras verticales para uso de taller pequeño puede oscilar entre los 100mm y los 200mm.

A

B

C Figura 1. 25 Componentes de taladro de banco; a) cuello, b) palanca de accionamiento, c) mesa.

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Palanca de accionamiento La broca adentra en la pieza gracias a una palanca de accionamiento que va situad en uno de los dados de la máquina. Gracias a un sistema de muelles, la palanca vuelve automáticamente a su posición, si bien se puede bloquear este mecanismo con otra palanca de fijación para hacer que la taladradora funcione en la posición de bajada contando así ambas manos libres para trabajar.

Marcador de profundidad La profundidad del taladro se puede controlar ajustando previamente el marcador de la profundidad. Ya que este se encarga de fijar el tope de continuación para limitar el recorrido vertical del huesillo y del portabrocas.

Guarda Por lo general está hecha de plástico transparente que, vertical o longitudinalmente, envuelve l portabrocas de la máquina. Esta sirve para evitar que el pelo, o la ropa demasiado holgada se enganche en el portabrocas

Torno para madera

Figura 1. 26 Torno para madera

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Introducción La talla suele exigir golpear un escoplo o gurbia contra o sobre una pieza de madera fija. El uso de un torno supone la situación inversa, ya que la madera gira y se mueve contra una herramienta apoyada en un soporte. Las herramientas con mangos muy largos son las mejores para un apalancamiento adecuado. Puede suceder que el torneado sea el único procedimiento para la fabricación de un objeto, como es el frecuente caso de cuencos, platos y tarros; pero en otras ocasiones, la obra previamente trabajada a torno puede luego labrarse o tallarse. Muchos objetos así se convertirán en componentes de una estructura más grande, como las sillas, que pueden ser montadas en otro taller.

Torneado entre dos puntos Durante miles de años, la práctica ha sido fijar la madera y tornearla entre dos puntos. El tornero, de pie y junto al torno apoya su instrumento en el soporte y corta virutas de la parte superior a medida que el leño gira hacia él. El giro entre dos puntos es ideal, para producir objetos más largos que anchos, como patas de sillas, palmatoria o mangos de herramientas. Torneado en plato de arrastre Este es el mejor método para fabricar cuencos, platos o fuentes más anchos que altos y que necesitan tornearse tanto del frente como de los lados. En las modernas maquinarias de motor, el torno suele estar acoplado en el extremo del cabezal giratorio mediante un plato que puede insertarse un bloque de madera con tornillos o con calzos. Para el torneado en el plato de arrates (solo el cabezal giratorio), el soporte se mueve si el tornero está trabajando en el exterior o ahuecando la parte frontal.

Esta máquina tiene corno función dar forma circular a la sección de la pieza, bien de forma homogénea a todo lo largo o de forma variable corno es lo más habitual.

Descripción

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La máquina dispone de un punto y un contrapunto para sujetar la pieza a elaborar y dotarla de movimiento circular, y de una herramienta variable según diferentes tipos de tornos. El punto es una garra unida a un eje motriz que tiene como función asir fuertemente a la pieza por una de las testas, para dotarla del movimiento necesario. El contrapunto está situado en el lado contrario, sirve como apoyo a la pieza, en su otra testa, dispone de un movimiento manual de traslación, hacia el punto para adecuarse a la longitud de la pieza y aunque no tiene movimiento de giro, dispone de rodamientos para girar de forma loca con la pieza.

Elementos de un torno de madera 1. Cabezal fijo 2. Eje del cabezal 3. Bancada 4. Guía de apoyo para herramientas 5. Cabezal móvil 6. Palanca de sujeción del eje del cabezal móvil. 7. Palanca de avance del cabezal móvil 8. Eje del cabezal móvil 9. Palanca de sujeción del cabezal del cabezal móvil 10. Punta de diente (trinche) 11. Punta de copa (trompo) 12. Base de la guía 13. Palanca de sujeción de la guía 14. Palanca de sujeción de la base

Figura 1. 27Componentes principales de un torno para madera

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Los principales componentes de un torno son: El cabezal fijo Sirve de apoyo en el montaje de la pieza a tornear está compuesto por un eje con su polea y en un extremo el puente de diente que cumple la función de aprisionar la pieza. El otro extremo del eje del cabezal fijo; se utiliza para acondicionar el esmeril con el objeto de afinar el filo de las herramientas.

Figura 1. 28 Cabezal fijo de torno

Bancada Sirve de asiento a los cabezales: móvil y fijo y a la guía de apoyo, puede ser construida en hierro o madera.

Figura 1. 29 Bancada

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La guía de apoyo Cumple la función de soporte o descanso de las herramientas .Son de varias medidas, de acuerdo al largo de las piezas.

Figura 1. 30 Guía de apoyo para las gurbias

El cabezal móvil Está compuesto por un eje, que tiene en uno de sus extremos la punta de copa, y en el otro la manivela de avance, también se encuentra la palanca de sujeción del eje y la palanca que sujeta el mismo cabezal. El cabezal móvil se desliza por toda la bancada, a fin de graduarlo de acuerdo a la longitud de la pieza que se va a tornear.

Figura 1. 31 Cabezal móvil

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La palanca de avance del cabezal móvil Es la que permite la salida y entrada del eje. Se hace girar hacia delante para la salida y hacia atrás para la entrada.

Figura 1. 32 Palanca de avance del cabezal móvil

La palanca de sujeción Se emplea para apretar el cabezal móvil cuando este se ha deslizado y ubicado a la distancia requerida.

Figura 1. 33 Palanca de sujeción del cabezal móvil

Palanca de sujeción del eje Una vez colocada la pieza y ajustada entre los cabezales (móvil y fijo) la palanca de sujeción aprisiona el eje, para que, con la vibración del torno, este no se desenvuelva y bote la pieza que se está torneando.

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Figura 1. 34 Palanca de sujeción del eje

La punta de copa Localizado en un extremo del eje del cabezal móvil, debe estar montado en los balineros para que gire al mismo tiempo que la pieza. Su punta es aguda la cual se introduce en el centro de la testa de la pieza a tornear.

Figura 1. 35 Punta de copa

Herramientas utilizadas en un torno Las herramientas de torno deben de disponer de unas características muy especiales, debido a las exigencias del trabajo para el que están pensadas. El acero debe estar templado de tal manera que permita retener su dureza ya que la herramienta está expuesta a altas temperaturas durante el trabajo de torneado. Adicionalmente, la hoja debe ser bastante resistente 47

para evitar la rotura durante el torneado. A su vez y para conseguir acabados lo más fi nos posible, el acero debe ser fácilmente afilable todo ello sin olvidar que el diseño de la herramienta debe ser lo suficientemente robusta para soportar las vibraciones producidas al tornear la madera. Deb ido a e sta s razone s, las herramientas de torno, al contrario que bedanes u otras herramientas de escultura (fabricadas normalmente con acero al carbono), se fabrican casi exclusivamente con acero HSS. Esto permite que la elasticidad, la dureza y la resistencia a altas temperaturas sean altamente mejoradas. Las herramientas fabricadas con acero HSS son más duras, esto significa que disponen de una longevidad más alta. La vida útil de una herramienta enacero HSS puede llegar a ser seis veces superior a una herramienta fabricada en acero al carbono. La mayoría de herramientas de torneado en HSS son fabricadas en Sheffield (ciudad conocida por la calidad de sus aceros). La mayoría de fabricantes de herramientas de torno, utilizan el mismo punto de partida para la fabricación de las herramientas, el acero HSS M2. Desde aquí hasta la herramienta terminada, es donde se encuentra la diferencia. Forjar y endurecer el acero HSS se puede realizar de diversas maneras es en este apartado, donde entra en juego el sistema utilizado para cada fabricante. La intensidad en mano de obra puede variar significativamente. Podemos dividir las herramientas de torno en dos grupos básicos; las gubias y los rascadores

Gurbias Cañón desbaste estándar: Herramienta para el torneado entre puntos, permite obtener rápidamente y con seguridad la forma cilíndrica torneando los cantos.

Figura 1. 36 Cañón de desbaste estándar

Cañón tipo continental: Esta gubia de perfilado tiene forma de “U” más profunda y con grosor de pared igual en todos los lados, esto la convierte en una herramienta muy manejable.

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Figura 1. 37 Cañón tipo continental

Cañón forma de huso estándar: Herramienta para el perfilado de la pieza en el torneado entre puntos en forma de uña.

Figura 1. 38 Cañón forma de huso estándar

Cañón vaciado forma de uña: Gubia forjada con un perfil cilíndrico y particularmente rígido. Se utilizará básicamente sobre su lado, con lo que generará un corte perfectamente limpio.

Figura 1. 39 Cañón vaciado forma uña

Formones Formón oval sesgado: Las aplicaciones son las mismas que el formón sesgado estándar, pero su forma oval le hace más manejable

Figura 1. 40 Formón oval sesgado

Formón sesgado estándar: Se utiliza básicamente entre puntos. Aconsejado para las formas convexas. Se aconseja experiencia. Deja un acabado que hace el lijado casi inútil.

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Figura 1. 41 Formón sesgado estándar

Canteadora Introducción La madera, al salir elaborada del aserradero, sale derecha, pero durante el proceso de seca, tiende a encogerse y contraerse. Debido a este proceso natural, al llegar el momento de la elaboración, la madera llega con sus caras y/o cantos disparejos. Es por este motivo, que se realiza el canteado a la madera, y que consiste en dejar un canto o una cara, o ambos rectos para poder dimensionar la madera, a la medida que el producto o el cliente lo necesite. Este proceso, es esencial para la fabricación de puertas, ventanas y marcos.

Descripción La mayor parte de los carpinteros comienza a plantearse la adquisición de una máquina que cepille, las cuatro caras de una pieza con precisión. Los talleres industriales cuentan con frecuencia con dos máquinas diferentes la primera es una cepilladora que se utiliza para preparar las diferentes caras de la pieza. Pieza que seguidamente pasa por una regruesadora que cepillas restantes superficies con relación a la cara y el borde vistos de la pieza. Si no hay espacio suficiente, o necesidad, para dos cepilladoras. Los carpinteros suelen inclinarse por una cepilladora/regruesadora que combina ambas funciones en una sola máquina.

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Figura 1. 42 Canteadora

Mientras que en el cepillado a mano el filo de la cuchilla del cepillo levanta, en virtud del movimiento de avance, una larga viruta paralela a las fibras de la madera, la máquina de acepillar trabaja con cuchillas rotativas que levantan una viruta corta y en arco de círculo en ángulo agudo respecto a las fibras de la madera. La madera bruta, desde la parte delantera de la mesa que le presta un apoyo firme, se acerca a las cuchillas, que van arrancando todo lo que se pone al alcance del arco que describen (arco de vuelo). Cuando la pieza acepillada llega a la parte posterior de la mesa encuentra en día nuevamente un apoyo firme. Si al seguir avanzando la pieza acepillada se mantiene pegada a la superficie posterior de la mesa, la parte siguiente de la pieza tendrá que resultar recta en Las tres direcciones (longitudinal, transversal y diagonal).

Anchura máxima de cepillado. Las cepilladoras se destacan normalmente por pieza de mayor anchura que se pueda cepillar en la máquina, que viene determinada por el tamaño de las cuchillas que van en el eje portacuchillas. Las cepilladoras pequeñas tienen cuchillas pequeñas, de los 50 mm. O menos, aunque la cepilladoras/regruesadoras medias para taller suelen tener una anchura máxima de cepillado de aproximadamente 260 mm.

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Figura 1. 43 Anchura de cepillado y guía longitudinal de apoyo

Velocidad del eje portacuchillas. EI eje portacuchillas, que puede llevar dos o tres cuchillas, gira a gran velocidad para obtener una superficie limpia y lisa. En ocasiones la velocidad del eje portacuchillas se especifica en revoluciones por minuto, si bien es mucho más expresivo el número de cortes por minuto de las cuchillas. Un eje de tres cuchillas da más cortes por minuto que uno de dos cuchillas, girando ambos a la misma velocidad. Para un eje de dos cuchillas 2.000 cortes por minuto es una velocidad razonable. Longitud total de la mesa. Para poder obtener en una pieza un borde recto perfectamente cepillado es conveniente que la longitud total de la mesa, parte anterior más parte posterior, sea la mayor posible. La longitud norma de una cepilladora media suele ser de 1 m.

Los principales componentes de una canteadora son: Guía Para poder cepillar con precisión los bordes escuadrados o biselados de una pieza es esencial contar con una guía metálica rígida. Todas as guías se pueden inclinar entre os 45 y los 90 grados con relación a la mesa Es conveniente que a guía dé automáticamente con un tope en ambos extremos aunque lo mejor es verificar siempre su posición con una escuadra de tacón o una falsa escuadra. 52

Profundidad máxima de corte El eje portacuchillas está situado entre dos mesas independientes de metal de fundición. La altura de la mesa situada tras el eje portacuchillas, a parte posterior, debe ajustarse de manera que quede nivelada con la parte superior dl círculo descrito por las cuchillas en movimiento. La parte anterior de la mesa se baja para obtener de este modo la profundidad de corte deseada, hasta un máximo de aproximadamente 3 mm. Los coites muy poco profundos, 0,5 mm., consiguen siempre un mejor acabado, pero por cuestiones de tiempo es mejor dar dos o tres cortes más profundos seguidos de uno o más cortes de acabado. La profundidad de los cortes se indica en una escara situada normalmente en las proximidades de la mesa anterior.

Figura 1. 44 Profundidad de corte se muestra en la cuchilla y la mesa de salida

Guarda del eje portacuchillas Las cuchillas de una cepilladora pueden seccionar un dedo en tan sólo una fracción de segundo, por lo tanto, no utilice nunca la máquina sin su guarda correspondiente. La forma ideal de protección es la de una guarda longitudinal, ajustable verticalmente, y que cubra todo el ancho del eje portacuchillas. Algunas cepilladoras tienen una guarda longitudinal de resorte que se levanta o se desplaza por la acción de la pieza conforme ésta pasa por el eje portacuchillas. Este tipo de guarda es mejor que la guarda convencional, que simplemente se aparta al pasar la pieza, dejando al aire las cuchillas.

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Figura 1. 45 Guarda del eje portacuchillas

Debe existir además una guarda por la parte posterior de la guía que se coloque de manera automática cuando se ajuste lateralmente la guía. No debe intentar nunca hacer un rebajo en una pieza sin una guarda prensora (horizontal/vertical), para que las manos no hayan nunca de acercarse a las cuchillas.

Interruptor de encendido El interruptor de encendido debe estar en una posición que resulte accesible desde cualquiera de los extremos de la máquina, para poder desconectar ésta en caso de emergencia, con independencia de que esté funcionando como cepilladora o regruesadora.

Anchura de la mesa de regruesar Una mesa de regruesar normal suele tener una anchura de 250 mm. No intente nunca regruesar una pieza que sea más corta que la anchura de la mesa. Si la pieza puede desplazarse lateramente puede suceder también que sea agrietada por los rodillos de arrastre y por las cuchillas, y salir disparada de la regruesadora con una velocidad considerable.

Rodillos de arrastre Las regruesadoras están equipadas con dos rodillos de arrastre accionados por el motor que sirven para hacer pasar la pieza por debajo del eje portacuchillas que se encuentra en movimiento, y que igualmente hacen salir la pieza por el otro extremo de la máquina. El rodillo de arrastre anterior, o de entrada, normalmente 54

es un rodillo de acero dentado y que está situado delante del eje portacuchillas siendo este rodillo el que ejerce a mayor parte de la fuerza de tracción que desplaza a pieza. El rodillo de arrastre posterior. O de salida, está situado detrás de eje portacuchillas se trata de un rodillo blando para no dañar la superficie de la pieza. Este rodillo ejerce una menor presión sobre la pieza. En algunas ocasiones cuando los cortes de las cuchillas son muy superficiales, se pueden detectar en la pieza las estrías paralelas dejadas por el rodillo dentado. Esta es la razón por la que en algunas cepilladoras los rodillos de arrastre están recubiertos de goma.

Profundidad máxima de regruesado Cuando una pieza de madera pasa por una regruesadora, está pasando por una mesa situada debajo del mismo eje portacuchillas que se utiliza pare el cepillado de piezas. En la mayor parte de las máquinas se puede subir y bajar la mesa de regruesar para ajustar cualquier pieza hasta un grosor máximo de entre I 60 y 1 8 mm. A pesar de que la regruesadora funcione con motor, no intente nunca eliminar de una pasada más de 3 o 4 mm. De madera.

Motores eléctricos Un motor eléctrico pequeño, de 375 W, es suficientemente potente como para hacer funcionar una cepilladora especializada. Sin embargo en la regruesadora el motor se utiliza para accionar a un mismo tiempo los rodillos de arrastre y el eje portacuchl1as. De modo que se necesita un motor de mayor potencia, de entre 1 ,5 y 2,2 kW (de 2 a 3 hp). En algunos modelos se pueden desconectar del motor los rodillos de arrastre para que toda la potencia de aquel vaya directamente a la cepilladora.

Ritmo de trabajo de la regruesadora Dado que a un carpintero aficionado no es el volumen de producción de una máquina lo que más les afecta, estos se verán más atraídos por una cepilladora que ofrezca buenos acabados a costa de la velocidad, ya que Un ritmo lento de trabajo, combinado con un eje portacuchillas que funde a gran velocidad, produce el mejor acabado. De este modo, muchas regruesadoras están pensadas para que as piezas avancen lentamente, aproximadamente a 5 metros por minuto. No obstante se pueden adquirir regruesadoras que alcancen los 9 metros por minuto, velocidad que puede aumentarse hasta los 10 metros por minuto. Como normal general as maderas duras han de pasar a poca velocidad, mientas que para las maderas blandas la velocidad ha de ser mayor.

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Figura 1. 46 Ritmo de trabajo de una canteadora

Dispositivo antiretroceso Si por cualquier razón se perdiera ci contacto entre os rodillos de arrastre y la pieza, ésta puede ser expulsada de la máquina por tal acción del eje portacuchillas, dando rugar a un accidente grave en caso de que el operario se encuentre en ese momento introduciendo piezas en la máquina. Para evitar que esto suceda, delante del rodillo de arrastre interior hay una fila de puntas metálicas, también denominados “dedales”. Al pasar la pieza por debajo de ellos, los dedales se levantan, liberando así el paso de la misma. En caso de que la pieza comenzara a retroceder, estos dedales se clavarían sobre la superficie de la pieza deteniendo su movimiento.

Extractor de polvo Sin un extractor las virutas caerían tanto por encima como debajo del eje portacuchillas, reduciendo de este modo la precisión y la eficacia de la máquina. Por consiguiente, resulta necesario detener el trabajo regularmente para limpiar estas virutas acumuladas. Existe una salida que permite conectar un tubo a un extractor portátil, resolviendo así el problema.

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Figura 1. 47 Cabezal portacuchillas de cepilladora

Cuchillas para cepilladoras Son pocas las cepilladoras que utilizan cuchillas desechables de doble filo, como las que se utilizan en los cepillos eléctricos portátiles. No obstante, la mayor parte de estas máquinas van equipadas con dos o tres cuchillas de un soro filo, también denominadas hierros que deben ser afiladas y rectificadas de manera periódica.

Tipos de cuchillas Las cepilladoras destinadas al mercado de talleres domésticos suelen venir equipadas con cuchillas de acero de gran velocidad que resultan perfectamente adecuadas, salvo que se prevea cepillar gran cantidad de tableros de aglomerado o de maderas “arenosas” como la teca. Cuando vaya a cepillar estos materiales, siga las normas de trabajo del taller y utilice las cuchillas con puntas de carburo de tungsteno, aunque sean más caras. El filo de estas cuchillas se mantiene afilado durante mucho más tiempo que el de las normales aunque, tras un período prolongado de tiempo, hayan de ser enviadas a afilar a un profesional. También las cuchillas de acero de gran velocidad han de ser afiladas, aunque periódicamente se pueden asentar sus filos con una piedra de aceite. 57

Figura 1. 48 Cabezal portacuchillas salido de las mesas.

Colocación de las cuchillas Para la colocación de las cuchillas en la cepilladora es importante seguir las instrucciones del fabricante de la misma. No obstante, y en principio, las cuchillas van asentadas en unas ranuras existentes en un eje cilíndrico. En algunos casos en el fondo de estas ranuras existen unos muelles sobre los que descansan tas cuchillas, siendo la altura de la cuchilla tan solo una cuestión de ajuste de la cuchilla contra el muestre. Las cuchillas suden ir Fijadas en su posición mediante unas placas metálicas en forma de cuña y unos pasadores de expansión. Antes de conectar la máquina verifique siempre por dos veces que las cuchillas están bien apretadas.

Figura 1. 49 Elementos para la colocación de las cuchillas de corte

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Fresadora Introducción Las fresadoras sirven para hacer ensambles de madera, fresar perfiles o molduras, maderas, materiales de madera y de plástico según plantillas. La elaboración de la pieza se produce mediante distintas herramientas perfiladas accionadas mecánicamente. Se distingue entre Las siguientes fresadoras: la tupi (o fresadora vertical con mesa), la tupi de brazo superior. La fresadora de empalme. La de cadena y la de bordes.

Descripción El movimiento de avance lo efectúa la pieza a mecanizar. El sentido de corte es en general circular; en Las fresadoras de cadena es además rectilíneo. El avance de la pieza se efectúa de forma mecánica, semimecánica o manual. Se distingue entre Las siguientes fresadoras: la tupi (o fresadora vertical con mesa), la tupi de brazo superior. La fresadora de empalme. La de cadena y la de bordes. Debido a que la cuchilla gira unas veces para un lado y otras para el otro, hay que tener cuidado de que la cuchilla y las guías laterales se instalen correctamente y que la madera se alimente por el lado correcto.

Figura 1. 50 Forma de alimentación de madera a la fresadora

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Las cuchillas se deben colocar de tal manera que su parte plana, y no el bisel, sea lo primero que toque la madera. La madera siempre se debe de alimentar en contra de la rotación de la cuchilla. Cuando la cuchilla gira en el mismo sentido de las manecillas del reloj, la alimentación se debe hacer de izquierda a derecha, de tal manera que la guía lateral izquierda es la guía de entrada, mientras que la de la derecha es la de salida. Cualquier tope para mantener la madera contra la mesa se debe instalar sobre la guía derecha o guía de salida. AI contrario, cuando la cuchilla gira en sentido contrario a las manecillas del reloj, la madera se debe alimentar de derecha a izquierda, de modo que la guía del lado derecho es la de entrada y la izquierda es la de salida. Cualquier tope para mantener la madera contra la mesa se debe instalar sobre la guía izquierda o guía de salida. Nunca invierta la rotación de la cuchilla sin cambiar los ajustes.

Los principales componentes de una fresadora son: Fresas Las fresas, accionadas mediante una correa de transmisión, giran a una velocidad de entre 4000 y 8000 rpm. En algunos modelos de máquinas universales se pueden seleccionar diferentes velocidades. Hoy en día, la mayoría de los fabricantes sigue las normas internacionales en lo relativo las dimensiones de tas fresas de manera que, por lo general, estas fresas suelen tener un diámetro de 300 mm. Así pues siempre podrá utilizar ejes portafresas fabricados por cualquier empresa que siga as normas internacional, siempre a condición de que no lo haga girar a una velocidad superior a la recomendada. Normalmente esta información suele venir grabada en el propio eje portafresas. El sistema de colocación del eje portafresas varía de un modelo a otro, de modo que resulta importante seguir las instrucciones del fabricante de a máquina. En principio, el husillo se coloca en su posición mediante una clavija de acero que le impide girar, a continuación el eje portafresas se coloca en su lugar. Tras haber colocado el eje portafresas se suelen instalar unas arandelas o separadores, y antes de que una tuerca de bloqueo o un tornillo de retención, situado en el extremo superior del husillo se apriete para asentar el eje portafresas en sus posición correcta. A continuación se retira la clavija metálica que retenía el husillo. La altura del husillo se puede regular para situar 1ìs fresas en relación con la pieza.

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Figura 1. 51 Fresas para madera

Guardas Tanto el husillo como el eje portafresas van rodeados por unas guardas y unas guías, salvo aquella parte de las fresas que han de estar en contacto con la pieza. La parte posterior de husillo está encerrado en una carcasa metálica en tanto que unas guardas prensoras, ajustables vertical y horizontalmente, sostienen firmemente la pieza contra la guía y la mesa

Guía Esta guía consta de dos partes independientes con un espacio entre ambas por el cual sobresale la fresa. Ambas partes puede ajustarse lateralmente para proporcionar así’ espacio suficiente para las fresas. Cuando vaya a hacer una moldura en la que parte del borde de la pieza haya de quedar intacto, ambas partes de la guía han de colocarse a la misma altura). Si la moldura va a afectar a la totalidad del borde la guía posterior debe ajustarse longitudinalmente de una manera precisa para recibir el borde ya moldurado.

Figura 1. 52Guía de una fresadora tipo tupi

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Capitulo II: Tecnología de la canteadora Para el análisis de la presente maquina “canteadora” es necesario comprender los siguientes términos, canteado y aplanado, debido a que el presente texto es lo que se toma como referencia para el análisis de esta herramienta muy útil en las carpinterías tanto como en pequeña y gran escala, también mencionando los diferentes nombres que se le puede otorgar debido a la gran variación del idioma español, ya que los siguientes nombres se utilizaran como sinónimos para esta máquina, los cuales son: “canteadora”, “cepilladora”, “acepilladora”, “aplanadora” o “regruesadora”, este último no se encuentra tan especificado para esta máquina ya que su función específica es diferente a una canteadora convencional, pero el principio de funcionamiento es el mismo. Se llama "cantear" la operación de labrar los cantos o bordes de una pieza de madera. Muchas veces se realiza este trabajo en las serrerías después del despiezo de los rollos. En casi todos los talleres de carpintería se emplea, sin embargo, material sin cantear. Este material después de tronzado se empieza por cantearlo. En el caso de tablas costeras se labea generalmente un canto con objeto de cortar, partiendo de él, los demás anchos. Las tablas centrales (tablas del madero o corazón) con conductos medulares o grietas medulares, y también los extremos del tronco con forma cónica, es preferible labrarlos por ambos cantos para dejar que el desperdicio sea del centro.

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Figura 2. 1 Canteado de un tablón con apoyo de regla directriz y regla guía

Es discutible lo de si ha de ir debajo el lado izquierdo (hueco) o el derecho (redondo) (Figura 2.1). Si va arriba el lado izquierdo se tiene mal apoyo, pero buena visión sobre el canto de la tabla; si va arriba el lado derecho se tiene mejor apoyo pero queda oculto el borde. EL corte de loa cantos en planchas de madera o maderas contrachapeadas puede también llamarse cantear las planchas o chapas correspondientes.

Se llama “aplanar”, la operación de acepillar una superficie con objeto de hacer que resulte completamente plana. Se pretende con esta operación que la superficie sea recia en la dirección longitudinal y en la transversal y que diagonalmente no presente retorcimiento o torsión alguna, es decir, expresado en términos científicos, que no esté “alabeada”.

Figura 2. 2 Aplanado. El árbol portacuchillas permanece cubierto en la parte no utilizada

Mientras que en el cepillado a mano el filo de la cuchilla del cepillo levanta, en virtud del movimiento de avance, una larga viruta paralela a las fibras de la madera (figura 2.3) la máquina de acepillar trabaja con cuchillas rotativas que levantan una viruta corta y en arco de circulo en ángulo agudo respecto a Las fibras de la madera (figura 2.4). La madera bruta, desde la parte delantera de la mesa que le presta un apoyo firme, se acerca a las cuchillas, que van arrancando todo lo que se pone al alcance del arco que describen (arco de vuelo). Cuando la 63

pieza acepillada llega a la parte posterior de la mesa encuentra en día nuevamente un apoyo firme. Si al seguir avanzando la pieza acepillada se mantiene pegada a la superficie posterior de la mesa, la parte siguiente de la pieza tendrá que resultar recta en Las tres direcciones (longitudinal, transversal y diagonal).

Figura 2. 3 El movimiento de acepillado a mano levanta la viruta.

Este resultado no se obtiene generalmente con una sola pasada. La superficie que se trata de planear no tendrá tampoco que ser completamente «brillante». Pueden quedar también pequeñas señales del aserrado y zonas cóncavas; todo ello se suprime en el siguiente “acepillado a grueso”.

Figura 2. 4 Las cuchillas rotativas de la máquina de acepillar levantan una viruta corta y en forma de arco circular.

Apianado y achaflanado de cantos en la máquina acepilladora Antes de cada utilización hay que comprobar la posición de la mesa. La parte posterior de la mesa (detrás del árbol portacuchillas). O mejor dicho, la mesa de salida o la mesa de aplanar, tiene que estar exactamente enrasada con la arista superior de la superficie cilíndrica engendrada por la rotación de los filos de las cuchillas (circunferencias de vuelo de las cuchillas); la parte delantera de la mesa, mejor llamada mesa de colocación y también mesa de alimentación, está 64

más baja que la otra siendo la diferencia de nivel igual al espesor de la viruta (Figura 2.5).

Figura 2. 5 La superficie superior de la mesa de salida y la arista superior del cilindro descrito por los filos de las cuchillas están exactamente enrasadas (son tangentes), mientras que la mesa de colocación está más baja en una magnitud igual al espesor de la viruta.

La parte hueca o cóncava de las tablas y tablones se pone hacia abajo con lo que se consigue una mejor adaptación sobre la mesa. En maderas con fibras oblicuas y nudos de ramas inclinados habrá que cortar éstos por el dorso en el mismo sentido que las fibras y no cogiéndolos de punta, contra las fibras (Figura 2.6 a y b), pues procediendo de otro modo se produciría un violento arranque de las fibras y de los nudos.

Figura 2. 6 Las fibras de la madera inclinadas hay que cortarlas viniendo de su lado dorsal.

Cuando se coloca la pieza sobre la placa de la mesa se observa ejerciendo una presión variable sobre los bordes exteriores, si la pieza está alabeada. Si efectivamente lo está, habrá que repartir la diferencia sobre ambos extremos, es decir, se tendrá que mantener la pieza de tal modo que en cada extremo se acepille la mitad de la diferencia. Si no se atendiera a esto y al iniciar el corte se va a toda anchura, habría que acepillar todo el alabeamiento en el extremo de salida (Figuras 2.7 a y b).Aclarémoslo con números:

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Figura 2. 7 Reparación de la diferencia en piezas alabeadas.

Una tabla de 24 mm de espesor bruto tiene un alabeamiento de 6 mm. Este alabamiento, repartido en ambos extremos, supondría una disminución de espesor de 3 mm con lo que el espesor final sería de 21 mm, mientras que operando del otro modo este valor sería de 18 mm. Después de estas verificaciones que han de repetirse para cada pieza — después de alguna práctica esto se hace con suma facilidad— se empuja la pieza con ambas manos contra el árbol portacuchillas (Figura 2.8).

Figura 2. 8 Aplanado: el árbol portacuchillas está cubierto hasta la anchura de trabajo; posición correcta de trabajo. a) Tope; b) Listón dela guía; c) Mesa de colocación; d) Mesa de salida; e) Cobertura articulada.

La mano izquierda se coloca plana sobre el extremo delantero apretando con ella la pieza contra la mesa; los dedos han de mantenerse cerrados; la mano derecha se pone detrás y en el caso de piezas cortas y gruesas incluso también con el pulpejo colocado en la arista superior de la testa trasera, y se empuja hacia adelante. Cuando se trata de piezas estrechas para bastidores, por ejemplo, el 66

pulgar y el dedo meñique se colocan sobre La arista longitudinal, pero dejando entonces suficiente distancia al plano de la mesa ya que en éste es donde trabajan las cuchillas. Los nudos grandes o los que están sueltos no deben retirarse con las manos, pues saltan fácilmente y han dado lugar muchas veces a serias lesiones. Cada pieza hay que agarrarla, si ello es posible, de tal modo que después de colocada no haya necesidad de cambiar su modo de sujetarla. Cuando se trata de piezas cortas esto es siempre posible y es lo más seguro, pero en las largas, estrechas o delgadas la cosa no es así. Cuando se llegue con el extremo anterior de la pieza a un par de palmos sobre la mesa de salida, se detiene el avance, se sujeta la pieza con la mano derecha mientras que la izquierda vuelve nuevamente a disponerse detrás del árbol portacuchillas y se inicia otra vez el empuje hacia adelante. La presión que se ejerza ahora con la mano izquierda será mayor, porque la mesa de salida suministrará a la superficie acepillada apoyo y dirección.

Figura 2. 9 Colocación de piezas cortas.

Las piezas cortas, anchas y duras se aplican a la máquina por un ángulo (Figura 2.9). De ese modo, Las cuchillas inician y terminan el corte más fácilmente. Las piezas muy cortas no deben acepillarse sino con ayuda de una pieza auxiliar de conducción (Figura 2.10).

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Figura 2. 10 Para tablas cortas se recurre al auxilio de una pieza auxiliar de conducción.

Las superficies de tablas encoladas como, por ejemplo, para suelos, se acepillan sólo muy ligeramente, Las superficies que son más anchas que la mesa de la acepilladora se trabajan partiendo de ambos lados (Figura 2.11).

Figura 2. 11 Las superficies muy anchas se acepillan atacando por ambos bordes.

Es fácil que a causa de la parte que queda en voladizo se forme en el centro una arista más profundamente tallada. Esta arista puede evitarse mediante una hábil sujeción de la parte que sobresale, en caso dado haciendo uso de un ayudante. El objeto perseguido con el aplanado de estas piezas tan grandes es evitar Las mayores irregularidades, dejando el resto para la regruesadora. Las piezas para marcos o bastidores tienen que ser muy cuidadosamente aplanadas. No deben estar alabeadas ni ser redondas o cóncavas. Es incorrecta, por lo tanto, la práctica de forzar por compresión la madera bruta mientras se aplana en la dirección longitudinal. Con ello se puede ciertamente ahorrar algo en espesor, pero se tienen después marcos deformados.

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En espesor se puede ahorrar disponiendo las cosas para trabajar con reducido espesor de viruta. Un espesor de viruta de 1 mm podría suponer, con un paso repetido por la máquina, 2 mm de pérdida de viruta y con un espesor de 2 mm, 4 mm de pérdida. La deducción de que se podría ajustar entonces el espesor de viruta a 2 mm y dar a la madera una sola pasada es errónea, porque pasada. Si las maderas a trabajar tienen distintos espesores en ambos extremos, se dispone el extremo más delgado en la mesa de salida y se hace pasar la pieza, con lo cual el espesor total de viruta no se arrancará sino del extremo grueso.

Figura 2. 12 Acepilladora de mesa larga con dispositivos de rápido ajuste de espesor mediante pedal (derecha).

La acepilladora o planeadora de mesa larga (Figura 2.12) ofrece la posibilidad de una sola pasada para cada espesor de viruta. En la mesa de colocación de 2000 mm longitud se ve inmediatamente el arranque de viruta necesario. Sin soltar la pieza de la mano se gradúa instantáneamente con el pedal el necesario espesor de virutas según una escala dispuesta sobre la mesa. El ahorro de tiempo conseguido mediante una sola pasada y el ajuste instantáneo, todo ello con un aprovechamiento óptimo del espesor de la madera, es muy importante. Generalmente, al aplanado de una cara va unido el recorte de un canto es decir, el cepilladlo de un borde a ángulo recto con el lado aplanado (Figura 2.13).

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Figura 2. 13 Recorte de los cantos. El listón de la guía protege la mano y ayuda a apretar. a) Palanca de mano para el ajuste de la mesa.

Se toma el canto mejor, con objeto de que un eventual desperdicio de anchura caiga hacia el canto peor (borde de la corteza. restos de albura, nudos, rajas centrales). La regla de tope debe ser comprobada en cuanto a su perfecta perpendicularidad mediante una escuadra. La cara aplanada de una tabla se adapta contra la superficie de la regla de tope. La mano izquierda, con el dedo pulgar sobre el canto superior, aprieta y la derecha empuja hacia delante (Figura 2.13), En el caso de piezas largas hay que cambiar sobre la marcha el modo de agarrar la pieza. Hay que prestar atención a que el canto que se recorta apoye bien sobre la mesa de salida. Si el canto es redondo no se procede a cortar desde el principio, sino que se empieza por colocar la pieza sobre la mesa de salida. Una vez que se hayan recortado (acepillado) los dos primeros cantos, se aprieta uno contra otro y se miran contra la luz o se adaptan sobre la placa de la mesa para comprobar si la junta formada es bien estanca. Este es un buen procedimiento para ver las discrepancias, porque poniendo juntas las piezas aparecen duplicadas. Del mismo modo se ve así si la mesa posterior está bien ajustada. Demasiado alta, de modo claramente apreciable, no puede estar, porque en este caso tropezaría con la pieza (Figura 2.14 a).

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Figura 2. 14 a) La mesa de salida está por encima de la arista superior del cilindro descrito por las cuchillas, la pieza choca con la mesa. b) La mesa de salida está por debajo de la arista superior descrita por los filos de las cuchillas, la pieza resulta socavada por las cuchillas.

Cuando está demasiado alta, pero con diferencia de altura apenas perceptible, lo que sucede es que la parte posterior de la pieza no resulta atacada ya por el árbol portacuchillas. Si está demasiado baja aparece en el extremo posterior una sinuosidad que tendrá una profundidad igual a la diferencia entre La arista superior del cilindro descrito por las cuchillas y la superficie de la mesa (Figura 2.14 b). La obtención de bordes que dejan junta estanca como se precisa parte juntas encoladas, exige un cuidado especial. Esto no puede conseguirse sino con cuchillas bien afiladas, porque las que están romas no cortan las fibras de madera, sino que las machacan, aplastándolas. Por esta razón resultarían encoladas sólo las partículas que sobresalieran y no toda la superficie. La necesaria forma cóncava que han de tener las rendijas de un ensamblaje se exagera fácilmente. Para 1 m de longitud basta con un hueco de 1/2 mm. Mediante una sólo una pequeña elevación de la mesa salida, aproximadamente 0,2 mm se obtiene una junta ligeramente cóncava. En máquinas que sólo se utilizan para preparar ensambladoras se consigue esto por medio de una posición ligeramente convexa de ambas superficies de mesa; basta para ello, aproximadamente, una flecha de 1/2-1 mm para la longitud total. En los extremos tienen forzosamente que estar las juntas íntimamente unidas (junta hermética).

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Figura 2. 15 Varias tablas se pasan al mismo tiempo unas junto otras.

En el ensamblaje de tablas para suelos, por ejemplo, se pasan sobre el de portacuchillas con frecuencia varias tablas, unas junto a otras, simultáneamente (Figura 2.15), con lo cual se economiza tiempo disminuyendo, empero, la calidad. Para conseguir ensamblajes impecables han de trabajarse las superficies por separado.

Figura 2. 16 La presencia de señales fuertemente marcadas por las cuchillas indica una excesiva rapidez en la pasada.

Un avance demasiado rápido al trabajar en la máquina de aplanar hace que se presenten defectos. La madera es arrancada con más facilidad y mayor intensidad y quedan claramente visibles los golpes de las cuchillas, y esto tanto más cuanto mayor es el avance, hasta que pasa finalmente toda la pieza (Figura 2.16).

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Figura 2. 17 Superficie bien cepillada: esto indica un avance correcto y el uso de cuchillas bien afiladas

Un avance dc 4 m/min haría que con dos cuchillas se produjera en el caso 4000

de 4000 Rev. /min un golpe de cuchillas de longitud igual a4000∗2 = 0.5𝑚𝑚. Las distintas señales producidas por el golpe de las cuchillas no se notarían y la superficie sería lisa (Figura 2.17). Al multiplicarse la velocidad de avance, la longitud de los golpes aumentaría en la misma proporción, por ejemplo, con 20 20000

Rev. /min de avance se tendrían más señales de 2,5 mm (4000∗2 = 2.5 𝑚𝑚); estas señales serían claramente visibles y la superficie ya no sería lisa (Figura 2.17, y con aumento Figura 2.18 a/b).

Un aumento del número de revoluciones o del número de cuchillas trae consigo un acortamiento de los golpes y con ello un posible aumento de la velocidad de avance.

Figura 2. 18 Golpes de las cuchillas aumentados: a) Avance demasiado rápido, b) Avance correcto

Las partes del árbol portacuchillas que no se utilizan deben ser cubiertas.

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Si las cuchillas están recién afiladas y las maderas que hay que aplanar son estrechas, se hace salir hacia afuera la regla de tope hasta que quede libre una buena anchura de trabajo (Figura 2.19). La parte del árbol portacuchillas que queda detrás de la regla de tope deberá quedar cubierta. En máquinas anchas se facilita con esto el trabajo junto al tope. Aparte de esto se puede siempre echar el tope unos cuantos centímetros hacia atrás cuando La parte primeramente utilizada se ha embotado, con objeto de tener nuevamente una zona con Las cuchillas bien afiladas.

Figura 2. 19 Cuando se aplanan maderas estrechas se hace avanzar primeramente la regla del tope y después se la echa para atrás por escalones.

Tecnología de corte. El proceso de corte se realiza por desplazamiento de un útil sobre la pieza o por el movimiento de ésta respecto a él. Cuando esta pieza la que se mueve, el movimiento puede ser rectilíneo (labra) o rotativo (torneado). Si es el útil el que se mueve, dicho movimiento puede ser rotativo, como en el caso de la sierra circular, tupí, etc., lineal, como la sierra de cinta, alternativo, como la sierra alternativa, o mixto, como en el caso de la escopleadora. El mecanizado de la madera se realiza mediante dos elementos de corte, por diente o por cuchilla. Con cualquiera de los dos tipos, su intervención puede realizarse de varias formas. Para su representación se hace uso de dos valores numéricos. El primero corresponde al ángulo formado por la dirección de la arista de corte y la fibra de la madera y el segundo, el ángulo formado entre la dirección de desplazamiento del útil y la fibra de la madera (Tabla 2.1 y figura 2.20).

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Tipo 1 2 3 4

Orientación 90-90 90-0 0-90 0-90

5 6

90-0 90-90

Máquinas sierra de cinta al hilo cepillo desenrollo sierra de cinta (tronzado) tupi fresado en cabezal

Tabla 2. 1 Tipos de mecanizado

Aunque en la mayor parte de las máquinas de corte con diente o cuchilla, la alimentación de la madera tiene un sentido opuesto al de giro o avance del corte, es necesario señalar que existen otros tipos de máquinas cuya alimentación y sentido de corte coinciden. Estas últimas requieren siempre alimentación mecánica, ya que la manual resulta muy peligrosa.

Figura 2. 20 Tipos de mecanizado

Cuando el corte se realiza con un movimiento de la pieza contrario a la trayectoria del útil, se dice que el corte es en oposición. Por el contrario, cuando se efectúa en el mismo sentido se denomina en paralelo. Mientras que en el primer caso el esfuerzo de corte crece desde la entrada del útil hasta su salida, con riesgo de astillados, en el mecanizado en paralelo el gradiente del esfuerzo de corte es contrario, decreciendo a medida que avanza el proceso. En el mecanizado en paralelo, las velocidades de alimentación son más rápidas, sin riesgos de astillado, ni deterioro prematuro de los útiles de corte, y ausencia de 75

vibraciones; sin embargo, la potencia requerida es superior al mecanizado en oposición. No obstante, el requerimiento brusco de solicitaciones importantes al comienzo del mecanizado en paralelo, produce un efecto de envejecimiento prematuro del útil. En cualquier caso, todos los útiles de corte deben efectuar un trabajo de calidad desde el punto de vista estético, con los parámetros de corte establecidos. Su dureza debe ser la adecuada y su resistencia al desgaste debe ser lo suficientemente elevada como para que tengan una vida de trabajo razonable. Su diseño debe satisfacer las necesidades propias de la máquina sobre las que van montados, permitiendo un cambio rápido y un reglado fácil. En realidad, ya sea un movimiento en oposición o en paralelo, las velocidades de corte y de alimentación deben considerarse ligadas, de manera que una y otra se resta en el primer tipo de alimentación, y se suman en el segundo. No obstante, los valores que alcanza la segunda respecto a la primera, hace que esta sea despreciable frente a aquella. Por ejemplo, la velocidad de corte habitual se sitúa en torno a 50 m/s, mientras que una velocidad de alimentación lo hace sobre los 60 m/mm, o lo que es lo mismo 1 m/s. La velocidad de corte real será: 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 ± 𝑉𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛

En cuanto a la velocidad lineal del corte expresada en m/s, las experiencias realizadas la sitúan sobre los 50 m/s, disminuyendo cuando se interviene sobre maderas duras, alcanzando 40 m/s, y elevándola hasta 70 m/s cuando se intervienen maderas blandas.

Esfuerzo de corte y energía necesaria para el útil de corte La penetración del diente en la madera se realiza gracias a la acción combinada de dos esfuerzos, el primero, es el necesario para vencer la resistencia que opone la madera a ser cortada (perpendicular a la cara del corte), y el segundo, el esfuerzo que se requiere para vencer los rozamientos de la madera sobre el útil. La suma de ambos es la fuerza total ejercida por la madera contra el útil de corte (Figura 2.21)

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Figura 2. 21 Esfuerzo de corte. Fc Esfuerzo de corte igual y opuesto a F, F1 Fuerza de oposición de la madera al útil, F2 Fuerza debida a la fricción sobre el útil, F Fuerza total de la madera sobre el útil.

Este esfuerzo depende de varios factores ligados a la propia naturaleza del material a cortar, a las condiciones de trabajo y al estado del útil. EI esfuerzo de corte Fc se puede descomponer en dos fuerzas ortogonales entres sí, una perpendicular a la trayectoria del útil Fn, y otra axial o tangencial Ft. Mientras que la fuerza Fn, influye sobre el par que debe ejercer el motor, la fuerza Ft, es la que caracteriza el avance de la pieza. Según sea el valor del ángulo de corte, la fuerza Fn puede ser positiva o negativa. Generalmente Fn, es mucho menor que Ft, lo cual significa que el esfuerzo de corte puede ser considera do para la mayoría de los casos el valor correspondiente al esfuerzo tangencial Ft (Figura 2.22).

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Figura 2. 22 Incidencia del filo en las componentes del esfuerzo de corte. Fc Esfuerzo de corte, Ft Esfuerzo tangencial, Fn Esfuerzo normal.

El hecho de que la arista de corte por lo general no presente un filo perfecto, sino que por el contrario sea toma debido a la abrasividad de la madera o a la calidad del propio afilado, hace que la dirección del esfuerzo de corte no pueda ser definida con exactitud, ya que el esfuerzo tangencial Ft, aumenta y el normal Fn disminuye. A partir de las tablas 2.2 y 2.3, establecidas por Heurtematte, Orus, Pouzeau y Le Sage (1985), basadas en los valores correspondientes a los esfuerzos tangenciales necesarios para maderas con densidades 0,70 y 0,80, se puede determinar el trabajo unitario para maderas de las citadas densidades, según se disponga el filo del útil respecto a las fibras (paralelo o perpendicular).

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Espesor de los cortes (mm)

0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 Maquina

Disposición de los filos de corte Ángulos comprendidos entre la trayectoria del útil y las fibras de la madera Filo perpendicular a las fibras Filo paralelo a las fibras 0° 30° 60° 90° 0° 30° 60° 90° 3.0 4.5 6.0 7.0 1.5 4.0 5.0 6.0 3.5 6.0 8.0 9.5 2.0 5.5 7.2 8.0 4.0 8.0 12.0 14.0 2.5 6.0 9.0 12.0 4.5 9.0 14.0 17.0 3.0 7.0 10.0 15.0 5.0 10.0 16.0 21.0 3.5 8.0 12.0 18.0 A B C D E F G H

A, Cepilladoras de paso pequeño. B. Cepilladoras de gran pasó. C. Aserrado con circular. D. Tupi de cabeza, aserrado con sierra de cinta. E. Desenrollo y plana. F. Espigado por cepillo. G. Tronzado con circular. H. Tronzado con sierra cinta Tabla 2. 2 Esfuerzo tangencial (kp) para maderas de densidad ≤0.70.

Los esfuerzos tangenciales incluidos en las tablas 2.2 y 2.3 se han calculado para una anchura de corte de 1 cm.

Espesor de los cortes (mm)

0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 Maquina

Disposición de los filos de corte Ángulos comprendidos entre la trayectoria del útil y las fibras de la madera Filo perpendicular a las fibras Filo paralelo a las fibras 0° 30° 60° 90° 0° 30° 60° 90° 3.5 6.0 7.0 8.0 1.7 5.0 6.0 7.0 4.0 7.0 9.0 11.0 2.4 6.5 7.5 10.0 4.6 9.0 14.0 16.0 2.9 7.0 11.0 14.0 5.0 11.0 16.0 19.0 3.5 8.0 12.0 16.0 5.7 14.0 19.0 24.0 4.0 9.0 14.0 20.0 A B C D E F G H

Tabla 2. 3 Esfuerzo tangencial (kp) para maderas de densidad ≤0.80.

De las tablas 2.2 y 2.3, sabiendo que son necesarios 200 cortes de 0,05mm de espesor, 100 de 0,1, 50 de 0,2, 33 de 0,3 y 25 de 0,4 mm para eliminar 1 cm de madera, se deduce el trabajo unitario para procesar 1 cm3 de madera se recoge en las tablas 2.4. Y 2.5.

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Espesor de los cortes (mm)

0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 Maquina

Disposición de los filos de corte Ángulos comprendidos entre la trayectoria del útil y las fibras de la madera Filo perpendicular a las fibras Filo paralelo a las fibras 0° 30° 60° 90° 0° 30° 60° 90° 6.0 9.0 12.0 15.0 4.0 8.0 10.0 12.0 3.5 6.0 8.0 9.5 2.0 5.5 7.2 8.0 2.0 4.0 6.0 7.0 1.5 3.0 4.5 6.0 1.8 3.0 4.5 6.0 1.0 2.3 3.3 5.0 1.0 2.5 4.0 5.5 0.8 2.0 3.0 4.5 A B C D E F G H

Tabla 2. 4 Trabajo unitario (kpm) para procesar 1 cm3 de madera de densidad ≤0.70 H=12%.

Espesor de los cortes (mm)

0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 Maquina

Disposición de los filos de corte Ángulos comprendidos entre la trayectoria del útil y las fibras de la madera Filo perpendicular a las fibras Filo paralelo a las fibras 0° 30° 60° 90° 0° 30° 60° 90° 7.0 12.0 14.0 16.0 3.4 10.0 12.0 14.0 4.0 7.0 9.0 11.0 2.4 6.5 7.5 10.0 2.3 4.5 7.0 8.0 1.5 3.5 5.5 7.0 1.7 3.9 5.3 6.5 1.2 2.7 4.0 5.3 1.4 3.5 4.8 5.8 1.0 2.2 3.5 5.0 A B C D E F G H

Tabla 2. 5 Trabajo unitario (kpm) para procesar 1 cm3 de madera de densidad ≤0.80 H=12%.

La energía consumida por el útil de corte se determina partiendo del trabajo necesario para transformar 1 cm3 de corte de madera expresado en kpm. Si este trabajo unitario se multiplica por el volumen total de corte a realizar en segundo, se obtiene la energía total necesaria para un útil de corte expresada en kpm/s 𝑃 = 𝑇𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜

𝑉 𝑡

Dividiendo el resultado por 75 obtendremos la potencia en cv. La energía calculada debe ser mayorizada por un coeficiente entre 1,2 y 1,4 relativo a las perdidas mecánicas, rendimiento del motor, etc.

80

En los gráficos de la figura 2.23 se observa la variación del esfuerzo de componentes de tangencial de corte en función de la densidad de la madera, del ángulo de corte, ángulo de desahogo y humedad de la madera.

Figura 2. 23 Variaciones del esfuerzo del corte tangencial

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Factores que influyen en el esfuerzo de corte Peso específico, abrasividad de la madera y contenido de humedad son tres factores ligados a las características de la madera. Profundidad, anchura, espesor de corte, velocidades de corte y alimentación son factores dependientes de las condiciones de trabajo. Por último, ángulos de corte, afilado y desahogo, estado del filo, número de aristas cortantes, etc., son parámetros propios del útil.

Densidad La dureza está directamente relacionada con la densidad, de manera que las maderas más densas opondrán mayor resistencia a ser cortadas por su mayor dureza. En la tabla 2.6, utilizando un ángulo de ataque de 30°, se incluye la variación que sufren los esfuerzos de corte dependiendo de la densidad de la madera tomando la de haya seca al 12% como material de referencia. Madera Balsa Chopo Abeto Haya Niangón Sipo Roble Acajou Makoré Azobe

Coeficiente 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.3 1.4 1.5 1.7 2.1

Tabla 2. 6 Variación de los esfuerzos de corte en función de la densidad de la madera.

Del mismo modo, y también referidos a la madera de haya como material de referencia, en la tabla 2.7 se incluyen los coeficientes de los esfuerzos de corte para materiales de primera transformación. Material contrachapado tablero de partículas tablero de fibras

coeficiente 1.2 a 1.5 1.2 2.5 82

duro laminados

2.7

Tabla 2. 7 Variación de los esfuerzos de corte para materiales de primera trasformación.

En los gráficos de la figura 2.24 se observa la variación que experimentan los esfuerzos tangencial y normal respecto a la densidad de la madera, El primero Fn está más influenciado por la densidad de la madera que el segundo Ft, que aumenta en menor grado.

Figura 2. 24 a, Variación de los esfuerzos tangencial y normal respecto a la densidad de la madera, b, Variación de los esfuerzos tangencial y normal respecto al Angulo de desahogo.

Abrasividad En muchas maderas, la presencia de depósitos minerales (Si02) supone un inconveniente para su mecanizado, no tanto por su contribución al aumento de la densidad, sino por su influencia en el desgaste del útil de corte. Ese desgaste provoca a su vez un aumento de la temperatura que altera en algunos materiales sus características de corte. La pérdida progresiva del carácter cortante del útil termina por golpear periódicamente la madera, aportando vibraciones que pueden acabar por fisuras el elemento de corte. El riesgo aumenta cuando los materiales de corte son heterogéneos, compuestos por un cuerpo de material a base de acero y un cuerpo duro o cortante a base de carburo, estilita, etc. Menos habitual es el desgaste por electroerosión. Dicho proceso se genera como consecuencia de la temperatura elevada por rozamiento. Esa temperatura junto al agua contenida en la madera puede desarrollar campos eléctricos del

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orden de 1.500 voltios que ocasionan el arranque de las partículas del elemento de corte. Más frecuente es el desgaste de los elementos de corte por corrosión, sobre todo en materiales ferrosos, consecuencia directa de la presencia de agentes causantes de ella en la madera. Cuando las condiciones de humedad y temperatura son adecuadas, la corrosión progresa deteriorando el elemento de corte al disminuir su resistencia al desgaste. En la tabla 2.8, elaborada por Jacques Juan (CTBA 1992) se recogen varios grupos de maderas atendiendo a su poder abrasivo. Grado de abrasividad fuerte medio fuerte medio

Maderas angélique, assamela, kapur, makoré anieggré, iroko, keruing, moabi, movingui, okoume

pequeño a fuerte pequeño a medio pequeño

pinos

acajou de africa, mansonia, bubinga, roble, roble americano, roble de tasmania, dabema, doussie, framiré, fresno, haya, kosipo, kotibe, meranti, lauán rojo oscuro, lauán rojo claro, lauán amarillo, naga, niangón, nogal, olmo, ramín, sapelli, tiama. bahia, bossé, teca

acajou de américa, avodire, abedul, castaño, dibetou, picea, arce, eyong, llomba, kauri, lauán blanco, limba, alerce, cerezo, padouk, chopo, plátano, samba, abeto, sipo, tilo, wenge Tabla 2. 8 Poder abrasivo de algunas maderas

Algunos productos de primera transformación, como tableros de partículas y contrachapados, se pueden incluir en el grupo de grado de abrasividad medio a fuerte, mientras que los tableros de fibras lo hacen en el grupo medio. El factor que determina que el desgaste del elemento de corte se produzca más en la cara que en la espalda, depende fundamentalmente de la parte que mayor incidencia tiene sobre la madera. La pérdida del poder cortante del útil va acompañada de un progresivo aumento del esfuerzo de corte y de la obtención de una superficie en la que aparecen defectos de mecanizado. Entre ellos destacamos el aspecto de algunas maderas en las que aparecen trazas de carbonización, por la pérdida de la arista cortante y, en consecuencia, el aumento progresivo de superficie de contacto 84

entre el útil y la madera. Este defecto, además de ser antiestético y requerir un mecanizado posterior de limpieza lijado, supone un obstáculo importante para el proceso de encolado. A este defecto se le suman otros como repelo, arranque de fibras, superficie irregular en maderas heterogéneas (anillos de muy distinta densidad), cortes desviados, etc. En definitiva, el poder abrasivo de algunas maderas supone en ocasiones un elevado precio a pagar, que depende de factores tales como el coste propio del afilado, el tiempo de cambio del útil, inversión en repuestos, tiempo de reglaje de la máquina, etc. Por último, al margen del poder abrasivo de la madera, los útiles de corte se desgastan menos cuanto mayor es el espesor de corte y cuando la alimentación de la madera se realiza en oposición. La primera afirmación obedece al hecho de que cuantas menos veces intervenga el útil en la madera, menor será el rozamiento del útil contra ella. Esta circunstancia sólo está limitada por la disposición de una máquina de elevada potencia capaz de absorber los esfuerzos generados por un corte grueso y por las marcas dejadas durante un proceso de corte de estas características. En cuanto a la segunda afirmación, el choque producido por el útil contra una madera que trabaja en paralelo es mucho más elevado que si se trabaja en oposición, ya que la intervención inicial sobre la madera se realiza sobre su máximo espesor de corte. Cuando la madera es dura y el espesor de corte elevado, el choque es aún más violento, produciéndose una alternancia periódica que generará una vibración que puede destruir el elemento de corte.

Humedad Un contenido de humedad elevado en la madera propicia un menor desgaste del útil de corte, siendo más acusado cuanto mayor es el poder abrasivo de la madera. Además, humedades elevadas proporcionan polvo menos agresivo para las vías respiratorias y una adherencia menor de las resinas sobre los útiles de corte. No obstante, salvo en el aserrado de primera transformación, donde el corte es aconsejable realizarlo en húmedo por las razones mencionadas, el resto de las operaciones de corte o mecanizado (cepillado, fresado, etc.) requieren el uso de madera con un contenido de humedad en torno al 12%, con el fin de evitar mermas que inutilizarían el producto.

85

Por último, por encima del punto de saturación de la pared celular la influencia de la humedad sobre el esfuerzo de corte tangencial se mantiene constante, alcanzándose los valores más desfavorables de dicho esfuerzo entre el 5 y el 8% de humedad. En el gráfico de la figura 2.25 se representa la influencia de la humedad sobre el esfuerzo de corte tangencial realizado sobre madera de haya con un espesor de corte de 0,2 mm, siendo Ch el coeficiente de humedad.

Figura 2. 25 Variación del esfuerzo de corte respecto al contenido de humedad.

Temperatura La influencia de la temperatura cuando se trabaja con madera seca no repercute sobre el esfuerzo de corte, mientras que cuando su acción se combina con la humedad, dicho esfuerzo se reduce considerablemente, rebajándose hasta en un 40% en cortes realizados por cizallado en planos paralelos a la fibra (desenrollo y chapa a la plana), y hasta en un 10% en cortes transversales (cepillado) y cortes al hilo (cepillado y regruesado). El manejo de este factor alcanza una importancia relevante en la obtención de chapas, influyendo el mismo sobre las fases de cocido o vaporizado.

Dirección del corte Existe una notable diferencia del esfuerzo de corte requerido en función de la dirección utilizada, de manera que con carácter general se puede establecer que el mayor esfuerzo de corte para el mecanizado de una madera es absorbido por la dirección A, seguido de la B, y por último de la C, representadas en la figura 2.26.

86

Figura 2. 26 Influencia del Angulo de ataque sobre los esfuerzos de corte según las direcciones de mecanizado.

Su influencia es tan significativa que entre la dirección A y C pueden existir diferencias de esfuerzos de corte de 4 a 1.

Espesor de corte Los umbrales superior e inferior para el espesor de corte se sitúan entre 0,02 mm y 0,5 mm respectivamente, no debiéndose fijar los óptimos en los extremos del intervalo ya que por debajo de 0,05 mm el desgaste del útil comienza a ser elevado. Por encima, valores de 0,4 para maderas duras y 0,7 para maderas blandas presentan el mismo inconveniente.

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Figura 2. 27 Fuerza de corte necesaria en función del espesor de corte según las direcciones A, B y C.

Atendiendo a las direcciones de corte representadas en la figura 2.27, se observa la diferencia de los esfuerzos de corte en función del espesor del mismo. Las experiencias realizadas demuestran que existe una relación lineal entre uno y otro, respondiendo a las expresiones siguientes: F= 100+300e para cortes en la dirección A F=40+120e para cortes en la dirección B F = 25+50e para cortes en la dirección C Siendo F el esfuerzo de corte por cada cm de anchura del mismo.

Formación del corte En este apartado se estudiará el proceso de formación del corte para el mecanizado longitudinal correspondiente a la dirección 90-0, y a la dirección 90-90 referida al mecanizado de cabeza.

Mecanizado longitudinal 90-0 Para el movimiento longitudinal, el corte se realiza de tres formas diferentes: por rajado, por compresión y por curvado. En el corte obtenido por rajado, el útil penetra en la madera siguiendo una raja que se propaga por delante de él. Este tipo de corte tiene lugar cuando la componente normal del esfuerzo de cine es superior a la resistencia a la tracción perpendicular a las fibras. La realización del corte por rajado tiende a producir astillas y repelo que no benefician 88

en modo alguno un buen corte. Por otro lado, para lograr el corte por compresión, es necesario que la componente normal del esfuerzo de corte sea muy pequeña e incluso negativa, llegando de esta manera a producir la compresión de la madera hasta la rotura de las fibras. Cuando el corte se realiza de este último modo, la superficie de corte generada es buena. Por último, la tercera forma de obtener el corte es por curvado o plegado. En esencia, para que se produzca un corte de este tipo se tienen que dar dos procesos, por un lado, que el corte sea muy delgado, y por el otro, que la componente axial sea predominante. No obstante, la superficie de corte obtenida no es de gran calidad debido al arranque de paquetes de fibras (figura 2.28).

Figura 2. 28 Variaciones del esfuerzo de corte con relación al tiempo, cuando el corte se obtiene por: A. Rajado, B. Compresión, C. Curvado.

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Para el movimiento circular, a diferencia del movimiento rectilíneo o longitudinal, el espesor de corte es variable y la dirección del esfuerzo de corte cambia en cada instante, pero presenta la particularidad de albergar los tres tipos de corte citados anteriormente. Cuando la alimentación es en oposición, principio del corte, éste se produce por plegado, seguido a continuación de un corte por compresión (componente normal pequeña), para finalizar con un corte por rajado (componente normal elevada). La mala calidad del corte por rajado, hace que se deba intentar rebajar o eliminar esta fase en lo posible, solucionándose únicamente disminuyendo el espesor del corte o reduciendo el ángulo de ataque. Cuando la alimentación es en paralelo, no se produce esta sucesión de tipos de corte, sino que se produce únicamente por compresión en toda su trayectoria, salvo al final, donde aparece ligeramente el corte por plegado (figura 2.29).

Figura 2. 29 Fases del corte en un movimiento circular. 1ª fase. Curvado, 2ª fase. Compresión, 3ª fase, Rajado.

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Mecanizado transversal 90-90 Corte de la madera frente al mecanizado transversal, ofrece una respuesta distinta en función de la distancia a la que se encuentre el esfuerzo respecto al plano de incrustación de las fibras, obteniéndose la rotura por flexión o por cizallado. No obstante, la respuesta de la madera no debe ser considerada de la manera unitaria, sino que la dependencia por ligazón lateral de las fibras entre sí hace que el estado de la superficie tras el corte dependa de la cohesión terfibrilar. Tal es así, que cuando dicha cohesión es fuerte, la respuesta al mecanizado es óptima, mientras que cuando es débil, los esfuerzos de corte superan la cohesión dando cortes de mala calidad.

Mecanizado tangencial O-90 Este mecanizado responde al que se realiza en los tornos de desenrollo. En teoría el corte se produce sin afectar a las fibras, desarrollándose únicamente por despegue de unas y con otras la influencia de la arisca de corte. La única precaución a tener es que el ángulo de ataque sea elevado (30°), ya que de lo contrario, la cuchilla tendería a fragmentar el corte no obteniéndose un corte en continuo.

Geometría de los útiles Los parámetros que definen un útil de corte son: el paso entre dos dientes consecutivos, la forma del diente y los ángulos de corte. Los ángulos de corte que se manejan en la tecnología del corte son:

Angulo de ataque γ Angulo comprendido entre la dirección del vector que define el avance de la madera y la cara de ataque del diente que penetra. Un ángulo pequeño provoca un esfuerzo de corte elevado y un ángulo elevado, aunque disminuye el esfuerzo de corte provoca un escamado de la madera importante. Varía, según los útiles, entre -10 y +40°.

Angulo de afilado β Angulo comprendido entre las dos caras del diente. Es el ángulo que confiere al útil su robustez. Mientras que en los materiales frágiles, como el diamante, debe tener un valor de 75°, en el acero puede tener sobre los 20°.

Angulo de desahogo α Angulo comprendido entre la dirección del vector que define el movimiento de la hoja y la cara de desahogo del diente. Cuando el ángulo es pequeño, el 91

dorso del diente frota contra la madera calentándose, y si es demasiado grande el filo del diente se convierte en un elemento frágil. Su magnitud varía de 5 a 25°, mientras que los ángulos de desahogo secundarios (laterales, radiales, etc.) son de 1 a 30° (figura 2.30).

Figura 2. 30 Ángulos de corte. 1. Rectilíneo, 2. Circular

La suma de α+β+γ=90° Existen otros ángulos que quedan definidos por la posición del filo del útil. Estos son: el ángulo de inclinación y el ángulo de filo.

Corte con cuchilla En este grupo se incluyen las máquinas cuyo trabajo se efectúa mediante una cuchilla, ya sea con un movimiento de la pieza en oposición o en paralelo. Pertenecen a este grupo, la labra, la regruesadora, la tupí, etc. El estudio del corte con cuchilla le dividiremos en dos grupos, por un lado el corte que permite obtener superficies planas en madera al hilo (labra, regruesadora), y por otro, el mecanizado por fresado (tupi).

Los movimientos del útil y de la pieza a mecanizar están siempre en oposición. El hecho de que durante el proceso de corte la madera avance, supone una modificación de las fuerzas de penetración. Dicha fuerza aumenta progresivamente con el espesor del corte, dándose la paradoja a de que incluso al 92

principio el útil rechaza el corte hasta no alcanzar un espesor suficiente; cuando éste se alcanza, se inicia el corte. En cuanto a la fuerza de avance, también crece, ya que el espesor de corte aumenta hasta que el útil sale de la madera. En definitiva, la alternancia de los esfuerzos de corte, al pasar de un valor mínimo a otro máximo, provoca una periodicidad del corte. Pues bien, ese intervalo que pasa entre dos aristas de corte consecutivas durante una rotación, se denomina paso del útil. Esa alternancia o periodicidad del corte, explica las vibraciones durante algunos mecanizados (Figura 2.31).

Figura 2. 31 a. Geometría, b. Reacción de la madera al ataque del útil, c. Esfuerzo de corte.

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Los elementos de corte se montan sobre un portaútil cuya misión, además de asegurar dichos elementos, es aportar masa y el equilibrio cinético que necesita el corte. Las cuchillas son de acero altamente aleado, por lo general, de cromo molibdeno y cromo tungsteno para especies no abrasivas, y de carburo de tungsteno para especies con alto contenido en sílice. En cuanto a la geometría de los ángulos, el de corte juega un papel importantísimo en el rendimiento de la máquina, de manera que si es inferior a 35° la madera se corta bien, aunque el esfuerzo de corte requerido exige un gran consumo de energía. Por el contrario, con ángulos de corte superiores a 45° la energía requerida disminuye, pero es probable que la superficie de la madera presente un aspecto escamado. Por otro lado, el ángulo de desahogo suele estar comprendido entre 12 y 15°. Las cuchillas, con un espesor habitual de 3 a 4 mm, se disponen sobre el portaútil con precisiones de 0,03 a 0,05mm. En el caso de que la colocación no sea la correcta, una de las cuchillas cortará más que el resto, dibujando sobre la madera una onda de mecanizado incorrecta. Para lograr una situación correcta de las cuchillas se debe utilizar un equipo de reglaje que disponga de un comparador micrométrico. Además de dicho equipo, dos son las premisas que se deben cumplir durante la fijación de las cuchillas al portaútiles: por un lado, que el eje del portaútil permanezca paralelo a la mesa de planitud de la máquina, y por otro, que las cuchillas sobresalgan del portaútil una altura comprendida entre 0,8 y 1 mm. Alturas superiores a la recomendada provocan vibraciones no deseadas. En cuanto a los contrahierros, estos sobresalen del perfil de la barra de blocaje del portaútil. Su eficacia reside en la precisión del reglaje de los hierros y en la precisión de los cortes. Si el contrahierro está demasiado alejado de la arista de corte, el mecanizado de la superficie es defectuoso, mientras que si está demasiado próximo, interviene con demasiada antelación frenando la alimentación de la madera (Figura 2.32).

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Figura 2. 32 Situación de los entrehierros a. Profundidad de paso b. Hierros

Por último, cuando el ángulo formado por el esfuerzo de corte y la superficie de la madera es positivo, se produce un levantamiento o astillado de las fibras de dicha superficie. En este ángulo influyen dos factores: en primer lugar, el diámetro del cilindro de corte, de manera que cuanto mayor sea el diámetro menos se favorece el levantamiento de fibras, y en segundo lugar por la altura de corte, también denominada profundidad de paso, de manera que cuanto mayor sea ésta, mayor posibilidad de repelo existe (Figura 2.33).

Figura 2. 33 Influencia de la altura del corte en la calidad del mecanizado

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Capitulo III: Tecnología de la fresadora Las fresadoras sirven para hacer ensambles de madera, fresar perfiles o molduras, maderas, materiales de madera y de plástico según plantillas. La elaboración de la pieza se produce mediante distintas herramientas perfiladas accionadas mecánicamente. El movimiento de avance lo efectúa la pieza a mecanizar. El sentido de corte es en general circular; en las fresadoras de cadena es además rectilíneo. El avance de la pieza se efectúa de forma mecánica, semimecánica o manual. Se distingue entre las siguientes fresadoras: la tupi (o fresadora vertical con mesa), la tupi de brazo superior. La fresadora de empalme, la de cadena y la de bordes. Para el nuestro caso solo vamos a analizar la primera y hacer una breve descripción de la tupi de brazo superior.

Figura 3. 1 Tupi con apoyo de mesa extensible,

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Tupi La tupi se emplea para ranurar, ensamblar, achatar, moldurar y fresar perfiles. Equipada con aparatos adicionales es apropiada también para fresar colas de milano, espigas y alisar. El robusto montante soporta las distintas partes de la máquina. La mesa, que sirve para la colocación y guía de las piezas está unida solidariamente en la mayoría de las tupíes al montante. En las máquinas antiguas la mesa es regulable en altura e inclinable hasta 45°. La regla de tope es de quita y pon y ajustable. Se puede fijar a la mesa mediante tornillos de ajuste. En la regla y en sentido longitudinal hay dos mordazas de tope de madera dura, aluminio o plástico, así como una placa de recubrimiento que tapa la parte de la herramienta que no se utiliza y al mismo tiempo recogen las virutas. La rendija entre las mordazas del tope se cierra al máximo posible según el trabajo que se realice mediante piezas intermedias (puentes); para esto se pueden emplear también una tabla antepuesta con soportes a cola de milano así como agujeros de fijación para los estribos de desviación. Para mantener el máximo estrecha posible la separación entre el suplemento de la mesa y la herramienta se emplean anillos de distintos tamaños de madera o de plástico (Figura 3.2).

Figura 3. 2 Equipo mínimo de accesorios. Tablero 1 y tablero 2.

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Hay una mesa de corredera o de rodillos desmontable con dispositivo de fijación para aliviar el paso de la pieza al hacer ranuras, espigas y molduras, así corno el manejo de piezas largas (avance semimecánico). El husillo de fresar va montado verticalmente en el montante de la máquina. En las tupíes de mesa fija se puede regular su altura a mano o eléctricamente, así como inclinarse hacia adelante 45° y 5° hacia atrás. Mediante una palanca o un tornillo aprisionador se mantiene fijo (bloquea) el husillo a la altura deseada. En otras fresadoras se evitan los prisioneros de fijación porque el mecanismo de acción del volante se bloquea automáticamente. La parte superior del husillo de fresar, el cabezal, sirve para la colocación del vástago de la fresa. Para este fin lleva una perforación cónica y para afianzar el vástago, o mandril una tuerca de racor.

Figura 3. 3 Cabezal universal de perfiles

Las fresas con orificio se acopian a mandriles cortos o largos de 30 mm o 40 mm de diámetro y aseguran con una tuerca de racor. Para la regulación en altura se utilizan anillos de mandril de distintas alturas. Cuando la máquina va equipada con un freno de accionamiento automático, el mandril de la fresa debe tener una ranura longitudinal en la zona de la tuerca de racor. Debajo de la tuerca del mandril de la fresa se coloca un anillo intermedio provisto de un prisionero que evita se rompa la tuerca en los frenados rápidos. La impulsión del husillo de fresar tiene lugar casi siempre mediante correas trapezoidales a través de un motor incorporado en el montante. Para conseguir con cada fresa la velocidad de corte correcta hay que variar la velocidad de rotación del husillo, lo cual se hace por poleas escalonadas.

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Figura 3. 4 Cabezal de cuchillas reversibles

La polea escalonada está compuesta por varias de distinto diámetro con garganta para correas trapezoidales. Una polea escalonada colocada en el eje de la herramienta queda enfrentada a otra motriz, también escalonada, montada en el eje del motor. Cambiando la correa de una polea a otra se varía la velocidad de giro del eje de la herramienta. Esta variación de velocidad de rotación se consigue también frecuentemente con motores eléctricos que tienen distintas velocidades, pudiéndose variar incluso con el motor en marcha. El husillo de la fresa tiene por lo general giro a la izquierda, es decir en sentido contrario a las agujas del reloj visto desde arriba.

Figura 3. 5 Disco de fresa de molduras

Dado que en distintas fases de trabajo hay que practicar cortes a la derecha ya la izquierda, en la mayoría de Las tupíes el motor de impulsión se puede conectar con giro en ambos sentidos. Entre las fresas Las hay de una sola pieza, compuestas, dientes pegados y juegos de filos. En las herramientas rotatorias deben figurar de modo permanente los siguientes datos: Fabricante, frecuencia de giro admisible en n máxima, material

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de los filos y el sello o marca de calidad del lugar de verificación de las herramientas para máquinas para el trabajo de la madera (8G-TEST, BG-FORM). Las fresas de una sola pieza (figura 3.6) llevan los filos practicados en el mismo material del soporte. Para fijarlas al mandril, con excepción de las fresas de ranuras, van provistas de un agujero cuyo diámetro corresponde al del vástago del mandril. En estas fresas no hay ningún peligro en cuanto a que las cuchillas salgan volando o se ladeen. Tienen en cambio el inconveniente de que en cada afilado se gasta toda ella.

Figura 3. 6 Fresa de una sola pieza.

Las fresas compuestas (figura 3.7) constan de varias piezas desmontables. Por lo general llevan uno o varios portacuchillas intercambiables unidos a un cuerpo de soporte. Tienen la ventaja de que el porta herramienta solamente hace falta adquirirlo una vez. Por la posibilidad de intercambiar las cuchillas. Las fresas resultan más universales y económicas. A este grupo de herramientas pertenecen los cabezales para ranurar (encajes), los de cepillo y los de moldurar (figura 3.3), los cabezales de cuchillas reversibles (figura 3.4), la fresa de ranurar regulable, la de biselar (figura 3.5) y los discos de ranuras. Pueden estar concebidos de distintos modos; sin embargo, la sujeción de Las cuchillas tiene que ser en arrastre de forma, con lo cual se evita que se ladeen o salgan despedidas las cuchillas y se limita el espesor de Las virutas. (El empleo de cuchillas con varios lados perfilados está prohibido.) A partir de 1.4.1980 dejaron de estar admitidas las fijaciones en arrastre de fuerza.

Figura 3. 7 Fresa compuesta

100

Las fresas de dientes pegados (figura 3.8) son herramientas equipadas con piezas cortantes que están unidas de forma permanente al cuerpo de soporte por adhesión de material, como puede ser la soldadura, por ejemplo. Pueden ser de acero rápido muy aleado o de metal duro.

Figura 3. 8 Fresa de dientes plegados

Las fresas de juegos de filos (figura 3.9) comprenden varias herramientas que constituyen una sola. Pueden ser de una sola pieza, compuestas o pegadas.

Figura 3. 9 Fresa de juegos de filos

La velocidad de giro de Las fresas de juegos de filos se rige siempre por el de menor velocidad admisible. Su construcción corresponde también a su forma de trabajar, ya sea de avance a mano, semimecánico o mecánico. En Las de avance a mano la herramienta ha de tener limitado el arranque de viruta a un máximo de 1,1 mm de espesor y ser de forma circular en gran parte. Además, el ancho del hueco de virutas ha de estar estrechamente limitado y la frese tener poca retención. El comportamiento de retención ha de corresponder a la condición VR/VS = 0,25. Las herramientas con el sello de calidad BG-TES cumplen estas exigencias. Las que no las cumplen sólo pueden emplearse para el avance mecánico o condicionalmente semimecánico. El cumplimiento de estas condiciones se puede comprobar con la plantilla de verificación de fresase dela asociación profesional de la madera (figura 3.10).

101

Figura 3. 10 Plantilla de verificación de las herramientas de avance de mano

Si en un taller sólo se puede trabajar con avance a mano, deben pues permitirse únicamente herramientas que estén garantizadas para tal forma de avance. Se recomienda que estén marcadas con el rótulo “Avance a mano” sale como el lugar donde se guarden de verde (figuras 3.11 y 3.12).

Figura 3. 11 Símbolo de avance de mano

Figura 3. 12 Fresa para avance a mano-

En el avance semimecánico se guían y avanzan Las piezas mediante dispositivos mecánicos de sujeción y guía. Tales dispositivos pueden ser carros corredizos o aparatos de avance. Las herramientas para avance semimecánico 102

pueden tener un sobresaliente de corte máximo de 10mm y han de ser ampliamente de forma cerrada, así como mostrar un ancho de hueco de virutas limitado y estar exentas del peligro de retención.

Figura 3. 13 Fresas para el avance semimecánico

El comportamiento de retención ha de corresponder a la condición VR/VS 0.5. Las herramientas con el sello de calidad BG-FORM cumplen estas exigencias (figura 3.13). Las que no las cumplen sólo son válidas para avance mecánico. Para que éstas no se puedan instalar en avance semimecánico, no deben guardarse en tales lugares. El color indicativo de herramienta de avance semimecánico es el amarillo (figura 3.14).

Figura 3. 14 Símbolo de avance mecánico.

Si Las piezas son sujetas o guiadas mediante dispositivos de fuerza motriz (por ejemplo Las perfiladoras dobles), se trata entonces de un avance mecánico. 103

En este caso resultan apropiadas además de Las herramientas para avance normal y avance semimecánico, otras sin limitación en el grueso de las virutas. Desaparece la limitación en el sobresaliente de los dientes; puede ser mayor que 10mm. El hueco para virutas es mayor que el admitido en Las plantillas de verificación para “avance semimecánico”. La forma de la fresa no tiene que ser cerrada (figura 3.15).

Figura 3. 15 Fresa para avance mecánico.

Todas las herramientas fabricadas a partir del .1.1980 deben llevar la indicación duradera »Avance mecánico». Las de fecha de fabricación anterior tienen igualmente que marcarse; puede ser con etiquetas pegadas de color rojo (figuras 3.16). Se recomienda que también sea rojo el Sitio donde se guarden.

Figura 3. 16 Símbolo de avance mecánico.

A causa de su gran peligro de golpe de retroceso, en los talleres en que no haya ninguna máquina de avance mecánico, no deberla guardarse ninguna herramienta de avance mecánico.

Corte con fresa EI principio de corte con fresas es el mismo que en el corte con cuchillas, pero a diferencia de éste, el movimiento de avance de la madera se puede realizar en oposición o en paralelo. El espesor de corte se sitúa entre 0,1 y 0,3 mm para 104

trabajos normales, y entre 0,06 y 0,08 mm para trabajos finos, ya sea sobre madera maciza o tableros. Los útiles de corte utilizados son de tres tipos: monobloc, mixtos, y soldados. Los primeros están construidos por completo de aleaciones de acero. Los segundos, están formados por un núcleo central similar al portaútiles de la labra sobre el que se atornillan las fresas de corte y el contrahierro. Por último, los terceros se componen de un cuerpo central de acero y los dientes soldados con plaquetas de carburos de tungsteno o diamante (figura 3.17).

Figura 3. 17 Útiles de corte utilizados en fresas 1. Monobloc, 2. Soldados

La ventaja que presentan los monobloc es su facilidad de afilado, no obstante, tienen el inconveniente de la pérdida de diámetro cada vez que se realiza el mismo. Por cl contrario, los mixtos no presentan éste inconveniente, pero al igual que los útiles soldados tienen más dificultad de ser equilibrados dinámicamente. En cuanto a la velocidad de corte, en las fresas de acero se sitúa entre 30 y 40 m/s, mientras que en las de carburo de tungsteno lo hace entre 40 y 80 m/s, para maderas blandas, y entre 40 y 60 m/s para maderas duras. En cuanto a la arista de corte del útil, esta puede ser recta, es decir, para lela al eje de rotación de la máquina, u oblicua. Cuando lo es respecto al citado eje de rotación, aunque también existen rectas-oblicuas, dando así cortes cilíndricos, oblicuos y mixtos respectivamente (figura 3.18). No obstante, existe otra tipología de corte que responde a las fresas destinadas a la fabricación de elementos moldurados; en éstas, parte de la arista de corte se dispone perpendicular al eje de la máquina. Respecto a la espalda de los dientes, puede ser recta o curva, y en el caso de trabajar manualmente se recomienda el uso de fresas con limitadores de paso.

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Figura 3. 18 Tipos de aristas en fresas. 1. Oblicua, 2. Rectas, 3. Mixtas, rectas/oblicuas

Por otro lado, la geometría de los ángulos de ataque en fresas de arista recta y corte cilíndrico, depende de los siguientes factores: del diámetro del cilindro de corte de las fresas, de la dureza y abrasividad del producto a mecanizar (madera, tablero, etc.), y de la dirección de las fibras. Cuando los útiles de este tipo van a tener usos variados el ángulo de ataque variará entre 20 y 25° (figura 3.19).

Figura 3. 19 Ángulos de corte en fresas

En la tabla 3.1 se recogen los ángulos de ataque de las fresas de acero de arista recta y corte cilíndrico, en función del mecanizado a realizar y de la naturaleza de la madera.

106

Madera

Angulo de ataque

Angulo de desahogo Corte al hilo 15° 15° 15° 15° Corte de testa 12° 12° 12° 12° Corte trasversal 15° 15° 15° 15°

Angulo de afilado

Muy dura Dura Semidura Blanda

25° 30° 35° 40°

50° 45° 40° 35°

Muy dura Dura Semidura Blanda

15° 20° 25° 30°

Muy dura Dura Semidura Blanda

30° 35° 40° 45°

63° 58° 53° 48° 45° 40° 35° 30°

Tabla 3. 1 Características de las fresas de acero de arista recta y corte cilíndrico.

Teniendo en cuenta el material a mecanizar (madera maciza, tableros, etc.), en la tabla 3.2 se recogen las características de los ángulos de ataque de dientes en los que se han soldado plaquetas de carburo de tungsteno: Material Madera ligera sin nudos Tableros de partículas Madera ligera con nudos Madera dura Tableros de fibras Tableros estratificados

Angulo de ataque 25-30° 25° 8-15° 8-15° 8-15° 2-5°

Tabla 3. 2 Angulo de ataque de dientes con plaquetas soldadas de carburo de tungsteno.

Geometría del corte con cuchilla o fresa Al igual que en el mecanizado con sierra de disco, la geometría desarrollada con la cuchilla es similar a la de una hoja falciforme, en la que la 107

anchura de corte es igual a la anchura de la tabla, en unos casos, o a la anchura del útil en otros. En las máquinas de corte con cuchilla, la alimentación de la pieza puede presentar el mismo movimiento que el del corte, y en ese caso el corte se denomina en paralelo, dando lugar a un espesor inicial igual al paso de mecanizado o avance por diente y un espesor final nulo. Por el contrario, la alimentación en oposición da un espesor de corte inicial nulo y un espesor final igual al paso de mecanizado. Mientras que el primer tipo de alimentación se reserva a dispositivos automáticos, el segundo puede ser manual o automático. La geometría del corte con cuchilla viene caracterizada por las siguientes expresiones en las que el hecho de asimilar la trayectoria de la cuchilla a la de un arco de círculo supone despreciar la velocidad de alimentación respecto a la de corte. Cuando se precisan estudios minuciosos es necesario tener en cuenta esta última velocidad, culpable de la modificación de la trayectoria circular figura 3.20).

Figura 3. 20 Geometría de corte con cuchilla o fresa. a. En oposición, b. En paralelo

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Cuando la alimentación se realiza en oposición, la geometría responde a las siguientes expresiones: 𝑓𝑧 =

1000 ∗ 𝑉𝑎 𝑁∗𝑍

ℎ 𝑓𝑧 𝑍√𝐷 ∗ ℎ − ℎ2 𝑙 = 𝑅 (𝑎𝑟𝑐 cos (1 − ) + ) 𝑟 𝜋𝐷 𝑓𝑧 ℎ

𝑒𝑚 =

ℎ

𝑅 (𝑎𝑟𝑐 cos (1 − 𝑟 ) +

𝑓𝑧 𝑍√𝐷∗ℎ−ℎ2 𝜋𝐷

)

Por el contrario, cuando obedece a una alimentación en paralelo, la geometría del corte es 𝑓𝑧 =

1000 ∗ 𝑉𝑎 𝑁∗𝑍

ℎ 𝑓𝑧 𝑍√𝐷 ∗ ℎ − ℎ2 𝑙 = 𝑅 (𝑎𝑟𝑐 cos (1 − ) − ) 𝑟 𝜋𝐷 𝑒𝑚 =

𝑓𝑧 ℎ ℎ

𝑅 (𝑎𝑟𝑐 cos (1 − 𝑟 ) −

𝑓𝑧 𝑍√𝐷∗ℎ−ℎ2 𝜋𝐷

)

Siendo 𝑓𝑧 , 𝑙, 𝑒𝑚 , ℎ, 𝑉𝑎 , 𝑅, 𝐷, 𝑁, 𝑍,

𝑒𝑙 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 (𝑚𝑚) 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 (𝑚𝑚) 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 (𝑚𝑚) 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜 (𝑚𝑚) 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 (𝑚/𝑚𝑖𝑛) 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑢𝑡𝑖𝑙 (𝑚𝑚) 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑢𝑡𝑖𝑙 (𝑚𝑚) 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑟𝑝𝑚) 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠

Trazas sobre la superficie Durante el proceso de corte con cuchilla, la superficie generada se aproxima a un plano, pero en realidad es una sucesión de pequeños arcos pertenecientes a una cicloide, El dibujo que ofrece un mecanizado con cuchilla

109

obedece a dos movimientos, por un Lado el de rotación del útil, y por el otro, el de traslación de la madera. Para comprender mejor el proceso de corte bastaría dibujar dos circunferencias desplazadas una determinada distancia originada por la alimentación de la madera. Pues bien, esa distancia comprendida entre dos ondulaciones sucesivas, se denomina paso de mecanizado o paso de alimentación de la madera. Si la altura de corte de alguna de las cuchillas es distinta a las otras, la superficie generada es de paso irregular. Este hecho hay que evitarlo con un reglado correcto, ya que de lo contrario las ondulaciones producidas deben ser eliminadas por un segundo cepillado o por un lijado en profundidad. Los valores de paso de mecanizado más habituales oscilan desde 0,2 a 0,4 mm para acabados de calidad, hasta los 1,2 a 2,5 mm, para los de calidades menores. Cuando el reglaje de los útiles de corte es correcto, las trazas dejadas sobre la madera están compuestas por un sólo tipo de ondas, denominadas principales. Si por el contrario el afilado o el reglaje es incorrecto, o existen vibraciones por un mal equilibrado dinámico, entonces se generan unas ondas secundarias. Cuando el mecanizado se realiza en oposición, la onda secundaria es de pequeña amplitud, mientras que con mecanizados en paralelo las ondas secundarias se ponen más de manifiesto (figura 3.21).

Figura 3. 21 Cicloide desarrollada en un mecanizado perfecto

Considerando un mecanizado perfecto en el que todos los elementos de corte se encuentran en el mismo círculo, las ecuaciones que representan la cicloide desarrollada, con alimentación en oposición, responden a las expresiones siguientes: 𝑓𝑧 =

1000 ∗ 𝑉𝑎 𝑁∗𝑍 110

2

𝑟=

𝑓𝑧 𝑍 2

[𝑅 + ( 2𝜋 ) + 𝑅2 + 𝑒=

𝑓𝑧 𝑍 2𝜋

𝑓𝑧 𝑍 𝜋

(𝑅 − ℎ)]

3 2

(𝑅 − ℎ)

𝑓𝑧 2 8 (𝑅 +

𝑓𝑧 𝑍 𝜋

)

Si el mecanizado no fuese perfecto y sólo interviniese un diente, la ecuación se vería modificada, sustituyendo Z por su valor, es decir 1. Si la alimentación se realiza en paralelo, el valor del paso de mecanizado corresponde al avance por diente. Al igual que en el mecanizado en oposición, pero la profundidad de la onda y el radio de curvatura son distintos. Mientras que en el mecanizado en oposición el radio de curvatura de la onda es más grande que el radio del útil, en cl mecanizado en paralelo es más pequeño (figura 3.22).

Figura 3. 22 Cicloides desarrollados, a. En oposición, b. En paralelo

111

Las ecuaciones de la cicloide para el mecanizado en paralelo responden a las siguientes expresiones:

𝑓𝑧 =

1000 ∗ 𝑉𝑎 𝑁∗𝑍

𝑓𝑧 𝑍 2

𝑟=

[𝑅 2 + ( 2𝜋 ) − 𝑅2 −

𝑓𝑧 𝑍 2𝜋

𝑓𝑧 𝑍 𝜋

(𝑅 − ℎ)]

3 2

(𝑅 − ℎ) 2

𝑅 𝑓𝑧 𝑒= ( ) 8 𝑅 − 𝑓𝑧 𝑍 2𝜋

Siendo 𝑓𝑧 , 𝑟, 𝑅, 𝑁, 𝑍, ℎ, 𝑉𝑎 ,

𝑒𝑙 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 (𝑚𝑚) 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎𝑛𝑒𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑜𝑛𝑑𝑎 (𝑚𝑚) 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑢𝑡𝑖𝑙 (𝑚𝑚) 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑟𝑝𝑚) 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑠𝑜 (𝑚𝑚) 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑣𝑎𝑛𝑐𝑒 (𝑚/𝑚𝑖𝑛)

Tanto en uno como en otro tipo de alimentación, es habitual que alguno de los elementos de corte no se encuentren en el mismo círculo. Este hecho provoca unas ondas secundarias que ofrecen una superficie irregular. Esta irregularidad va desde la inclusión perfecta de las ondas secundarias en el interior de la primaria, hasta ondas irregulares en su totalidad, donde el paso de mecanizado es siempre distinto entre dos ondas consecutivas (figura 3.23).

112

Figura 3. 23 Ondas secundarias con mecanizados incorrectos. a. Útil correcto con paso regular, b. Útil incorrecto con paso irregular, c. Útil incorrecto con paso regular conteniendo cuatro teóricos.

Materiales La fabricación de los elementos de corte se realiza a base de un solo material, el acero (útiles homogéneos), o por el contrario gracias a la combinación de dos elementos (útiles heterogéneos). Aunque estos últimos son los más utilizados en la actualidad, todavía son muchos los útiles fabricados en acero o en aleaciones de éste, como por ejemplo, las sierras de cinta, algunas sierras circulares de vía pequeña para cortes delgados, fresas a usar sobre maderas poco abrasivas, etc. El uso casi generalizado de los útiles heterogéneos supuso un cambio radical en la concepción de los procesos de mantenimiento y afilado, así como en los rendimientos y calidades obtenidos. Se fabrican sobre una base de acero o una aleación ligera para el cuerpo del útil, depositándose sobre éste materiales más duros para el propio diente, Los materiales más utilizados son: acero rápido, estelita, carburo de tungsteno y diamante sintético. 113

La fijación del material duro sobre el cuerpo de la hoja se realiza de distintas formas: fijación mecánica, cuerpo y material de corte responden a dos elementos diferenciados en el que el segundo se fija mecánicamente sobre el primero en un porta útiles; fijación por fusión directa, el material de corte se deposita directamente sobre el cuerpo de la hoja, desapareciendo al cabo de unos afilados, pudiendo recuperarse por estilitado posterior seguido de un afilado; fijación por soldadura, técnica reservada a constructores especializados de útiles de corte, que requiere un cuidado especial para no modificar las características del elemento soldado, pudiéndose recuperar por soldaduras posteriores del material duro. En ocasiones, los costes de afilado pueden resultar tan elevados que en determinadas circunstancias existe la posibilidad de utilizar útiles de corte desechables. Se basan en que su suministro dispone de tres a cuatro aristas de corte y por lo tanto de 3 a 4 puestas. Incluso cuando estos útiles alcanzan precios elevados presentan las siguientes ventajas respecto a los útiles no desechables: menor ruido, mejor equilibrado y mayor seguridad.

Acero Formado por una aleación de hierro y carbono, este último en una proporción máxima de un 2,06% es el material más utilizado en la fabricación de elementos de corte. Mejorado con la adición de cromo, níquel, vanadio, titanio, tungsteno, etc., aumentan sus características físicas y mecánicas como resistencia al desgaste, dureza, resistencia a la corrosión, etc. Otros tipos de tratamientos, en concreto los térmicos, se encargan de mejorar las características de los aceros. Con la acción de la temperatura mantenida en el acero durante un determinado tiempo y procediendo a un enfriado rápido, se logra templar el acero aumentando la dureza del mismo. Esa dureza será tanto más elevada cuanto más rápido sea el enfriado, no obstante, una velocidad de enfriado excesiva aumenta la fragilidad del útil corriendo el riesgo de una rotura del mismo. En el caso del tratamiento por recocido, el acero es calentado seguido de un enfriamiento lento con el que se confiere al acero una liberación de tensiones del propio proceso de laminado. Los aceros se utilizan tanto como cuerpo del útil como para el elemento de corte. Los aceros más utilizados para este último destino son: aceros al cromo, aceros rápidos y los aceros subcarburados, Todos ellos tienen una respuesta negativa frente a la temperatura provocada por el rozamiento contra la madera, modificándose por ello su respuesta mecánica. Aun así, son elementos utilizables 114

en sierras de cinta, cuchillas de desenrolladora, etc., con unas buenas características de resistencia al choque, facilidad de afilado y un precio muy asequible.

Aleaciones El uso de las aleaciones de acero con otros materiales es una práctica habitual en los elementos de corte para madera ya que les confiere un mayor campo de aplicaciones, mayor resistencia al desgaste y a la corrosión. Las aleaciones más utilizadas son: de cromo-cobalto, carburos de tungsteno, diamante y cerámicos.

Estelita y tantung En cuanto a las aleaciones de cromo, cobalto y tungsteno, las más importantes son la estelita y el tantung, aunque este último en menor grado. De todas las utilizadas la más conocida y a la vez más empleada para otros usos es la estelita. Obtenida Por primera vez en 1922, presenta una respuesta ideal frente a la temperatura; mientras que el acero rápido pierde 10 unidades de dureza Rockwell al pasar de 0 a 400°C, la estelita mantiene su dureza en dicho intervalo (50 Rockwell). En ambos materiales la aleación se deposita por Risión, dejando caer una gota en un ahuecamiento dejado en la cara de ataque del diente. Son materiales homogéneos, ya que se obtienen por mezcla entre distintos elementos. La escasa cantidad de hierro que tienen estas aleaciones las confiere una elevada resistencia a la corrosión. La operación de estelitado se complica cuando el depósito de la aleación se realiza sobre hojas muy finas, no obstante, su desarrollo hasta espesores de 1 mm no presenta problemas. Las estelitas conocidas por sus llamados grados aportan a la industria de la madera dos tipos, el grado 1 y el grado 12, cuyas composiciones porcentuales se recogen en la tabla 3.3. Elemento Cromo Cobalto Carbono Tungsteno Silicio Otros

Grado 1 33 50 2.4 13 0.8 0.8

Grado 12 29 58 1.9 9 0.8 1.3

Tabla 3. 3 Composición de las estelitas de grado 1 y12.

115

La estelita es particularmente apta para el corte de maderas de pequeña y mediana densidad, peto con alto contenido de sílice, tanto en sierras de cinta, alternativas y circulares. Como la estelita, el tantung conserva sus propiedades hasta temperaturas elevadas, concretamente por encima de 700°C. Este hecho confiere a ambas aleaciones la característica de no tener que poseer una dureza más elevada que el acero, de hecho, en frío tienen unos valores muy próximos a él (50 a 65 Rockwell). La diferencia fundamental en la composición porcentual de la estelita y el tantung radica en la presencia en el segundo de materiales como tántalo y niobio (2 a 7%), manganeso (1 a 3%) y hierro (2 a 5%), y la ausencia de silicio, estando el resto de sus elementos en porcentajes similares. Su fácil depósito sobre el acero, su buena resistencia al desgaste y su buena aptitud al afilado, convierten a ambas aleaciones en dos magníficos elementos de corte.

Carburo de tungsteno El carburo dc tungsteno es un aglomerado de gránulos de carburo de tungsteno, utilizando como elemento ligante el cobalto. El carácter ligante de este último junto a la elevada dureza que presenta el carburo de tungsteno, confieren a este material unas características ideales para ser utilizado como elemento de corte. Es uno de los cuerpos conocidos más duros, situándose después del diamante y del nitruro de boro cúbico (borazón), pero además tiene dos particularidades, la primera responder magníficamente a temperaturas elevadas, y la segunda, su carácter inerte respecto a agentes físico-químicos. Su afilado se debe realizar con diamante, preferiblemente con lubricación. A diferencia de las aleaciones anteriores de cromo y cobalto, es un material heterogéneo fabricado con cobalto. El carburo de tungsteno es un material quebradizo muy sensible a golpes y vibraciones, debiendo prestar atención a estos factores durante su servicio. Esa fragilidad se puede mitigar utilizando ángulos de afilado de al menos 60°. Su fabricación puede realizarse en una o en dos fases. En el primer caso, el carburo de tungsteno amalgamado con cobalto y parafina es mezclado hasta realizar una mezcla íntima, para posteriormente ser vertida sobre un molde cuya forma será la del elemento a fabricar. La influencia de la presión (150 a 220 MPa) y una temperatura de 1400 °C permiten la obtención de la plaqueta. La acción de

116

la temperatura evapora la parafina a la vez que permite formar la plaqueta de carburo lista para ser afilada. La utilización de las dos fases permite la obtención de plaquetas con distintas formas. La puesta en presión se realiza con la misma magnitud que en el primer procedimiento pero la temperatura que se alcanza se sitúa en torno a 750 °C. El producto obtenido presenta la textura y consistencia del yeso, facilitando su mecanización a las formas más diversas. Por último, se finaliza el proceso en el horno a 1400 oc. En cualquier caso, la dureza final del material depende de la proporción de cobalto y de su granulometría, Si la proporción de cobalto es elevada, la resistencia al desgaste disminuye, pero aumenta su fragilidad. Este hecho explica que las diferentes proporciones de carburo limiten los usos del carburo de tungsteno según las aplicaciones. En cuanto a la granulometría, variable en un rango de unas pocas a varias decenas de micras, decir que el polvo de wolframio, del cual se obtiene el carburo de tungsteno por formación química, aporta mejores resultados a la abrasión cuanto menor es el tamaño de las partículas. Así pues, la combinación de ambos factores, cantidad de cobalto y granulometría, deben facultar al usuario para la obtención del carburo de tungsteno ideal.

Dureza Resistencia a la abrasión Resistencia al desgaste

Acero 1 0.05-0.1

Tantung 1 0.3

Estelita 0.9 0.3

1

7

7

Carburos Cerámicos Diamante 5 8 25 1 10-30 100 30

-

30006000

Tabla 3. 4 Características de los diferentes materiales de corte

La fijación de las plaquetas de carburo de tungsteno se realiza por soldadura o mecánicamente, y aunque aguan tan muy bien el proceso de soldado, es necesario tomar algunas precauciones cuando se realizan en los útiles de grandes dimensiones, ya que los coeficientes de dilatación del acero y del carburo de tungsteno son muy diferentes, pudiéndose provocar roturas no deseadas. Esta razón justifica en alguna medida que el uso de grandes plaquetas de carburo de tungsteno requiera fijaciones mecánicas. El carburo de tungsteno está especialmente diseñado para el corte y mecanizado de maderas tropicales abrasivas, tableros y otros materiales compuestos, aunque la calidad del corte obtenido hace que compita con otras aleaciones como las de cromo-cobalto, incluso en el mecanizado de maderas de baja densidad. 117

Diamante El diamante utilizado para la fabricación de útiles de corte recibe el calificativo de policristalino a diferencia del natural donde cada diamante es un solo cristal. Su fabricación se realiza partiendo de polvo de diamante sometido a una elevada presión y a una alta temperatura, depositándose sobre una plaqueta de carburo de tungsteno revestida de una fina banda de metal. Además de complicada, la fabricación de este elemento es especialmente costosa, estando reservada a unas pocas instalaciones. Estas se encargan de distribuir a otros talleres las plaquetas para que sean procesadas y afiladas para ser distribuidas en la industria. Aunque todavía algunos talleres afilan sus útiles con diamante, este proceso está siendo sustituido por el de electroerosión, La principal ventaja de este producto es su elevada longevidad (100 a 200) veces más que los carburos clásicos), pero presenta el inconveniente de su fragilidad. No admite vibraciones ni choques debido a la escasa cohesión de la banda de diamante, y no puede intervenir sobre maderas en las que presumiblemente existan inclusiones metálicas. De cualquier modo, para evitar las posibles fisuras que se pueden producir por vibraciones, choques físicos o térmicos, se recomiendan ángulos de afilado mayor de 70 °.

118

Figura 3. 24 Característica de dureza de los diferentes materiales utilizados en las herramientas de corte.

Materiales cerámicos Aunque todavía no son comunes en la industria de la madera, es previsible que próximamente entren en este campo con toda garantía, ocupando un espacio entre los carburos y el diamante. En este grupo se incluyen todos aquellos materiales amalgamados compuestos a base de óxidos con una riqueza entorno al 95%. Los tres grandes grupos con los que se trabaja en la actualidad son: óxido de aluminio A1203, óxido de zirconio Zr02 y nitruro de silicio Si3N4. Los primeros presentan, en general, buenas características, salvo una escasa resistencia mecánica. Los zircones muy utilizados en otras industrias, presentan el inconveniente de no ser soldables, y por último, los nitruros de silicio, todavía poco estudiados, tienen la facultad de poder ser soldados y admiten muy bien la electroerosión.

119

Capitulo IV: Diseño de canteadorafresadora. Para el diseño de la canteadora-fresadora se necesita los valores de la fuerza de corte por unidad de longitud, debido a que esto produce cargas distribuidas en el cabezal de corte como en las fresas. Como anteriormente se observó las variaciones de esfuerzo que puede causar los distintos tipos de factores que influyen en el corte de la madera. Para determinar los valores de la fuerza por unidad de longitud que incide en el cabezal de corte en la madera, se realizara de manera práctica, para obtener los valores reales aplicados en la ingeniería, esto es, se utilizaran los datos de la tabla de especificaciones de una canteadora y una fresadora (tupi de cabeza o trompo moldeador) de uso comercial debido a que no se encontró con precisión formulas o ecuaciones donde nos determinen estas fuerzas tan necesarias para el diseño de nuestra máquina.

Determinación de fuerza en cabezal

120

Figura 4. 1 Canteadora marca “TRUPER” modelo CANT_6X

Para este caso se utilizaran los datos de una canteadora de la marca “TRUPER” (figura 4.1) con las siguientes especificaciones: Tensión: 115 V~ / 230 V~ Frecuencia: 60 Hz Corriente: 12,4 A / 6,2 A Potencia nominal del motor: 746 W (1 Hp) Velocidad del motor sin carga: 3 450 r/min Cabezal de corte:  Velocidad: 5 000 r/min  Número de cuchillas: 3  Diámetro: 63.5 mm (2 ½”) Capacidad de corte: • Ancho: 152.4 mm (6”) • Profundidad: 12.7 mm (1/2”) • Ranurado: 127 mm x 152.4 mm (1/2” x 6”) Mesa: • Largo: 1 168.4 mm (46”) • Altura desde el suelo: 825.5 mm (32 1/2”) Guía de apoyo: • Tamaño: 127 mm x 889 mm (5” x 35”) • Inclinación: hacia adentro y hacia afuera de 45˚ y 90˚

Con ello se determinan los datos necesarios para la determinar la fuerza de corte (figura 4.). Con lo que se muestran los siguientes variables asignadas para nuestro estudio:

121

Figura 4. 2 Fuerza de corte en un cabezal de canteadora

𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 3450 𝑟𝑝𝑚, 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑝𝑚 = ? , 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑤𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 5000 𝑟𝑝𝑚, 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑝𝑐 = ? , 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑟𝑝𝑐 = ? , 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑟𝑝𝑐 = ? , 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑃 = 746 𝑊 (1 𝐻𝑝), 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝐷𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 63.5 𝑚𝑚, 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑙𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 152.4 𝑚𝑚, 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒

Aplicando el cálculo para las velocidades en poleas, se tiene: 𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑝𝑚 = 𝑤𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑝𝑐 𝑑𝑝𝑚 = 𝑑𝑝𝑚 =

𝑤𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑝𝑐 𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

(5000 𝑟𝑝𝑚)𝑑𝑝𝑐

(3450 𝑟𝑝𝑚)

𝑑𝑝𝑚 = 1.449𝑑𝑝𝑐 Cambiando los diámetros por los radios de las poleas, se obtiene: 𝑟𝑝𝑐 =

𝑑𝑝𝑐 , 2

𝑟𝑝𝑚 =

𝑑𝑝𝑚 2

𝑑𝑝𝑚 𝑑𝑝𝑐 = 1.449 2 2 𝑟𝑝𝑚 = 1.449𝑟𝑝𝑐 Con esto se observa que la polea del motor es casi 50% mayor que la polea del cabezal. Esto es necesario calcular para posterior análisis, con ello se procede a calcular el torque del motor con la siguiente expresión:

𝑇=

𝑃 2𝜋𝑓 122

Dónde: 𝑇: 𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑁𝑚 𝑃: 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑤 𝑓: 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝐻𝑧

Para el caso de la frecuencia solo es necesario dividir la velocidad angular del motor entre 60 para obtener rps o Hz. 𝑓=

3450 𝑟𝑝𝑚 60 𝑚𝑖𝑛

𝑓 = 57.5 𝐻𝑧 𝑃 = 1 𝐻𝑝 = 746𝑤 𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =

746 𝑤 2𝜋(57.5 𝐻𝑧)

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 2.064 𝑁𝑚 Como se observa se obtuvo el torque que un motor de 1 hp entrega en el eje de este, de ahí se procede a obtener el torque en la polea del cabezal para continuar con nuestro análisis. Entonces la fuerza que se aplica en la banda es: 𝐹=

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑇𝑝𝑐 = 𝑟𝑝𝑚 𝑟𝑝𝑐

𝑇𝑝𝑐 =

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑟𝑝𝑐 𝑟𝑝𝑚

𝑇𝑝𝑐 =

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑟𝑝𝑐 1.449𝑟𝑝𝑐

𝑇𝑝𝑐 = 0.69𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 Como se observa se obtuvo la razón del torque en la polea del cabezal con respecto a la polea del motor. Pero como ya se tiene el valor del torque del motor se procede a obtener este en la polea de cabezal que a su vez es el mismo en cabezal.

𝑇𝑝𝑐 = 0.69(2.064 𝑁𝑚) 𝑇𝑝𝑐 = 1.424 𝑁𝑚 Ya obtenido este valor se procede a obtener la fuerza de corte en el cabezal a partir de que T=F/r para este caso donde rcc es el radio del cabezal de corte (figura 4.) 123

𝐷𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 2.5 𝑖𝑛 = 0.0635 𝑚 𝑟𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 =

0.0635 𝑚 = 0.03175 𝑚 2

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 =

𝑇𝑝𝑐 1.424 𝑁𝑚 = 𝑟𝑐𝑐 0.0315𝑚

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 44.85 𝑁

44.85 N

Figura 4. 3 Fuerza de corte distribuida en el cabezal

Como se observa esta es la fuerza que necesita el cabezal para cortar a lo largo de este (152.4 mm) para cortar la madera. Siendo esta una fuerza distribuida a lo largo del cabezal, con lo que podemos obtener la fuerza por unidad de longitud que es necesaria para cortar la madera: 𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 =

44.85 𝑁 152.4 𝑚𝑚

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 0.2943

𝑁 𝑚𝑚

Como se observa esto significa que se necesitan casi 0.3 N por cada 1 mm para hace un corte con cuchilla en la madera.

124

Determinación de fuerza en una fresa

Figura 4. 4 Trompo moldeador modelo DC-WS75 marca “Silverline” de ½” y ¾”

Para este caso se utilizaran los datos de un trompo moldeador (tupi de cabeza) de la marca “Silverline” con las siguientes especificaciones: Tensión: 110 V~ monofásico Frecuencia: 60 Hz Corriente: 13 A Potencia nominal del motor: 746 W (1 Hp) Velocidad del motor sin carga: 3 450 r/min Fresa de corte: • Velocidad: 13 200 r/min • Número de cuchillas: 2 • Diámetro máximo de corte: 73.025 mm (2 7/8") Capacidad de corte: • Ancho: 63.5 mm (2 1/2”)

Con ello se determinan los datos necesarios para la determinar la fuerza de corte. Con lo que se muestran los siguientes. 𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 3450 𝑟𝑝𝑚, 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑝𝑚 = ? , 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑤𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 5000 𝑟𝑝𝑚, 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑑𝑝𝑓 = ? , 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑟𝑝𝑓 = ? , 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑟𝑝𝑓 = ? , 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑃 = 746 𝑊 (1 𝐻𝑝), 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝐷𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 63.5 𝑚𝑚, 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑙𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 63.5 𝑚𝑚, 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎

125

Aplicando el cálculo para las velocidades en poleas, se tiene:

𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑝𝑚 = 𝑤𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑑𝑝𝑓 𝑑𝑝𝑚 = 𝑑𝑝𝑚 =

𝑤𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑑𝑝𝑓 𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

(13200 𝑟𝑝𝑚)𝑑𝑝𝑓

(3450 𝑟𝑝𝑚)

𝑑𝑝𝑚 = 3.826𝑑𝑝𝑓 Cambiando los diámetros por los radios de las poleas, se obtiene: 𝑟𝑝𝑓 =

𝑑𝑝𝑓 , 2

𝑟𝑝𝑚 =

𝑑𝑝𝑚 2

𝑑𝑝𝑚 𝑑𝑝𝑓 = 3.826 2 2 𝑟𝑝𝑚 = 3.8236𝑟𝑝𝑓 Con esto se observa que la polea del motor es casi 300% mayor que la polea del eje de la fresa. Esto es necesario calcular para posterior análisis, con ello se procede a calcular el torque del motor con la siguiente expresión:

𝑇= 𝑓=

𝑃 2𝜋𝑓

3450 𝑟𝑝𝑚 60 𝑚𝑖𝑛

𝑓 = 57.5 𝐻𝑧 𝑃 = 1 𝐻𝑝 = 746𝑤 𝑇=

746 𝑤 2𝜋(57.5 𝐻𝑧)

𝑇 = 2.064 𝑁𝑚 Como se observa se obtuvo el torque que un motor de 1 hp entrega en el eje de este, a su vez a la polea, de ahí se procede a obtener el torque en la polea

126

de la fresa para continuar con nuestro análisis. Entonces la fuerza que se aplica en la banda es: 𝐹=

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑇𝑝𝑓 = 𝑟𝑝𝑚 𝑟𝑝𝑓

𝑇𝑝𝑓 =

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑟𝑝𝑓 𝑟𝑝𝑚

𝑇𝑝𝑓 =

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑟𝑝𝑓 3.826𝑟𝑝𝑓

𝑇𝑝𝑓 = 0.2613𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 Como se observa se obtuvo la razón del torque en la polea del eje de la fresa con respecto a la polea del motor. Pero como ya se tiene el valor del torque del motor se procede a obtener este en la polea del eje de la fresa que a su vez es el mismo en la fresa.

𝑇𝑝𝑓 = 0.2613(2.064 𝑁𝑚) 𝑇𝑝𝑓 = 0.5393 𝑁𝑚 Ya obtenido este valor se procede a obtener la fuerza de corte en el eje de la fresa a partir de que T=F/r para este caso donde r fc es el radio de la fresa de corte 𝐷𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 2.875 𝑖𝑛 = 0.0730 𝑚 𝑟𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 =

0.07302 𝑚 = 0.0365 𝑚 2

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 =

𝑇𝑝𝑓 0.5393 𝑁𝑚 = 𝑟𝑓𝑐 0.0365𝑚

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 14.7753 𝑁

127

14.7753 N Figura 4. 5 Fuerza aplicada a una fresa

Como se observa esta es la fuerza que necesita la fresa para cortar a lo largo de este (63.5 mm) para cortar la madera. Siendo esta una fuerza distribuida a lo largo de esta, con lo que podemos obtener la fuerza por unidad de longitud que es necesaria para cortar la madera: 𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 =

14.7753 𝑁 63.5 𝑚𝑚

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 0.2327

𝑁 𝑚𝑚

Como se observa esto significa que se necesitan casi 0.25 N por cada 1 mm para hace un corte con fresa en la madera. Este valor es muy cercano al corte con cuchilla debido a que este corte se efectúa del mismo modo.

Canteadora-fresadora Para el caso de nuestro diseño necesitaremos las especificaciones de nuestros elementos de corte tanto del cabezal como de la fresa, además de definir la velocidad angular del eje ya que este va disponer del cabezal y de la porta fresas en sus extremos como se muestra en la figura 4...

128

Figura 4. 6 Diseño canteadora-fresadora con un eje con cabezal de corte a izquierda y fresadora a la derecha

Ahora obtendremos las especificaciones de los componentes anteriormente mencionados y definir las condiciones de trabajo para posteriormente realizar el análisis mecánico. Para la fresa 𝑙𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 63.5 𝑚𝑚, 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝐷𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 63.5 𝑚𝑚, 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 Para el cabezal 𝐷𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 63.5 𝑚𝑚, 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑙𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 = 152.4 𝑚𝑚, 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 Eje Para el caso del eje este es de tipo comercial de 25 mm de diámetro y una polea al centro de 38.1 mm (1.5”) (figura). Velocidad angular del eje: 10 000 r/min

129

Figura 4. 7 Dimensiones del eje con cabezales en mm

Análisis mecánico Para determinar la fuerza de en cabezal de corte multiplicamos la longitud del cabezal por la fuerza de corte en unidad de longitud calculada anteriormente. 𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 0.2943

𝑁 (200 𝑚𝑚) 𝑚𝑚

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 58.86 𝑁 Para el caso de la fresa se realiza la misma operación: 𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 0.2327

𝑁 (50 𝑚𝑚) 𝑚𝑚

𝐹𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 11.63 𝑁 Como se observa estas fuerzas distribuidas son excéntricas lo que producen un par de torsión que se opone al giro del eje producido por las polea, esta a su vez por el motor, con ello la calculamos de la siguiente forma. 𝑇 =𝐹∗𝑟

130

𝑟𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 𝑦 𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 =

0.0635𝑚 = 0.03175 𝑚 2

𝑇𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = (58.86𝑁)( 0.03175 𝑚) 𝑇𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 = 1.8688 𝑁𝑚 𝑇𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = (11.63𝑁)( 0.03175 𝑚) 𝑇𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 = 0.3692 𝑁𝑚 𝑇𝑒𝑗𝑒 = 𝑇𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎𝑙 + 𝑇𝑓𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑇𝑒𝑗𝑒 = 1.8688 𝑁𝑚 + 0.3692 𝑁𝑚 𝑇𝑒𝑗𝑒 = 2.238 𝑁𝑚 Como se observa este es el torque total que se opone al sentido de giro y con este torque es necesario para calcular los esfuerzos a la que se someterá el eje. Con este resultado se puede calcular la potencia del motor y el diámetro de la polea. Para la el cálculo de la polea a partir de las velocidades: 𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑝𝑚 = 𝑤𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑝𝑒 𝑑𝑝𝑚 = 𝑑𝑝𝑚 =

𝑤𝑒𝑗𝑒 𝑑𝑝𝑒 𝑤𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

(10000 𝑟𝑝𝑚)(38.1𝑚𝑚)

(3450 𝑟𝑝𝑚)

𝑑𝑝𝑚 = 110.434 𝑚𝑚 Como se observa no se encontrara una polea comercial de estas medidas entonces se procederá a tomar la medida comercial superior, para conservar la velocidad en el eje, la cual seria 114.3 mm (4”), con esto se procede a sacar el toque del motor:

𝐹=

𝑇𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑗𝑒 = 𝑟𝑝𝑚 𝑟𝑝𝑒

𝑇𝑚 =

𝑇𝑚 =

𝑇𝑒𝑗𝑒 𝑟𝑝𝑚 𝑟𝑝𝑒 114.3𝑚𝑚 ) 2 38.1𝑚𝑚 2

2.238 𝑁𝑚(

131

𝑇𝑚 = 6.714 𝑁𝑚 Ahora de forma inversa teniendo los valores de torque y sabiendo que se utilizara un motor comercial de 3450 rpm y como anteriormente se calculó la frecuencia esta es igual a 57.5 Hz, entonces: 𝑃 = 2𝜋𝑓𝑇 𝑃 = 2𝜋(57.5𝐻𝑧)(6.714𝑁𝑚) 𝑃 = 2425.65 𝑤 =

2425.65 𝑤(1ℎ𝑝) 746𝑤

𝑃 = 3.25 ℎ𝑝 Este sería la potencia del motor para la máquina. Para realizar el análisis mecánico es necesario saber la fuerza que va a efectuar el motor para flexionar el eje a partir del par de torsión para equilibrar el toque producido por las fuerzas de corte en ambos útiles. Como se obtuvo anteriormente: 𝑇𝑒𝑗𝑒 = 2.238 𝑁𝑚 Entonces como se observa en la figura existen dos fuerzas que son las que aplica la tensión de las bandas:

𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 Figura 4. 8 Fuerzas producidas por la transmisión de potencia por poleas

132

𝑇𝑒𝑗𝑒 = 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 ∗ 𝑟𝑝𝑒 − 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 ∗ 𝑟𝑝𝑒 𝑇𝑒𝑗𝑒 = (𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 − 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 )𝑟𝑝𝑒 Para fines prácticos se toma en cuenta que la fuerza de la banda floja es un 20% de la banda tensa, por que sucede lo siguiente: 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 = 0.2𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 𝑇𝑒𝑗𝑒 = (𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 − 0.2𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 )𝑟𝑝𝑒 𝑇𝑒𝑗𝑒 = 0.8𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 ∗ 𝑟𝑝𝑒 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 = 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 =

𝑇𝑒𝑗𝑒 0.8 ∗ 𝑟𝑝𝑒

2.238 𝑁𝑚 0.8 ∗

0.0381𝑚 2

𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 = 146.85 𝑁 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 = 0.2(146.85 𝑁) 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 = 29.37 𝑁 Ahora que ya se obtuvieron ambas fuerzas, la sumatoria de estas es la fuerza que incide en el eje para hacerlo flexionar, entonces: 𝐹𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑎 + 𝐹𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑗𝑎 𝐹𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 146.85 𝑁 + 29.37 𝑁 𝐹𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 176.22 𝑁 Ahora con las fuerzas calculadas ya podemos realizar el análisis mecánico en el eje como se muestra en la figura:

133

176.22 N

11.63 N

T = 2.83 N m

58.86 N

Figura 4. 9 Fuerzas aplicadas al eje

Análisis en plano x-y

Figura 4. 10 Diagrama de cuerpo libre de plano x-y

134

Se hace el análisis de cuerpo libre de sumatorias de fuerzas ∑ 𝐹𝑦 = 0 𝑅𝐶 − 176.22 + 𝑅𝐸 = 0 Como la fuerza actúa exactamente en la parte central del eje entonces las reacciones son las mismas: 𝑅𝐶 = 𝑅𝐸 −176.22 + 2𝑅𝐸 = 0 𝑅𝐸 =

176.22 2

𝑅𝐸 = 88.11 𝑁 𝑅𝐶 = 88.11 𝑁 Ahora se muestra el diagrama de cortantes y momentos para este plano:

135

Figura 4. 11 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momentos flexionantes del plano x-y

136

Análisis en plano x-z

Figura 4. 12 Diagrama de cuerpo libre de plano x-z

Se realiza el análisis de cuerpo libre con sumatoria de momentos en el punto C.

∑ 𝑀𝐶 = 0 58.86(190) + 𝑅𝐸 (220) − 11.63(355) = 0 𝑅𝐸 =

11.63(355) − 60(190) 220 𝑅𝐸 = −32.06 𝑁

Obteniendo la reacción en el punto E se procese obtener el valor de fuerza de reacción del punto C. ∑ 𝐹𝑥 = 0 −58.86 + 𝑅𝐶 − 32.06 − 11.63 = 0 𝑅𝐶 = 58.86 + 57.5 + 11.63 𝑅𝐶 = 102.55𝑁 Ahora se muestra el diagrama de cortantes y momentos para este plano

137

Figura 4. 13 Diagrama de cuerpo libre, fuerzas cortantes y momentos flexionantes del plano x-z

Como se puede observar los puntos donde existe mayor cantidad de momento flexionante son en el punto C y en D; por lo cual en el punto C solo existe en plano z-x pero para el punto D se encuentra en otro, que sería la suma de sus componentes para obtener el máximo momento flector, por lo cual: 𝑀𝐷 = √𝑀𝑥−𝑦 𝑒𝑛 𝐶 2 + 𝑀𝑧−𝑥 𝑒𝑛 𝐶 2 𝑀𝐷 = √(9.6921 𝑁𝑚)2 + (6.3575 𝑁𝑚)2 𝑀𝐷 = 11.5911 𝑁𝑚 Y para el momento en C este se encuentra en un solo plano por lo cual 𝑀𝐶 = 11.1634 𝑁𝑚

138

Como se puede observar que el momento máximo en el eje es en el punto D, con lo cual se procede a calcular los esfuerzos normales en el eje, donde: 𝑀𝑐 𝐼

𝜎= Dónde: 𝜎, 𝑀, 𝑐,

𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑀𝑃𝑎 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑁𝑚 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑖𝑑𝑒 𝑒𝑛 𝑚 𝜋𝑑4 𝐼= , 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑚4 64

Entonces, para el momento máximo, el esfuerzo seria: 0.025 𝑚

𝜎=

(11.5911 𝑁𝑚) (

2

)

(

𝜋(0.025 𝑚)4

1 𝑀𝑃𝑎 ) 1𝑥106 𝑃𝑎

64

𝜎 = 7.5562 𝑀𝑝𝑎 Ahora para obtener el esfuerzo cortante es a partir de la torsión a la que se encuentra sometido el eje, esto es: 𝜏=

𝑇𝑐 𝐽

Dónde: 𝜏, 𝑇, 𝑐,

𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑀𝑃𝑎 𝑃𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 𝑁𝑚 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜𝑖𝑑𝑒 𝑒𝑛 𝑚 𝜋𝑑4 𝐽= , 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑚4 32

Entonces para el torque que se encuentra en el eje el esfuerzo cortante seria: 𝜏=

(2.238 𝑁𝑚) (

0.025 𝑚

𝜋(0.025 𝑚)4

2

)

(

1 𝑀𝑃𝑎 ) 1𝑥106 𝑃𝑎

32

𝜏 = 0.7295 𝑀𝑃𝑎 Además de saber que no existen esfuerzos normales por cargas axiales, ya que en el eje no actúa ninguna fuerza en la sección transversal de este. 139

Entonces como tenemos los valores de esfuerzos normales y cortantes en ese punto, sin embargo, los esfuerzos máximos no se encuentran en esas componentes por lo que se procede a determinar los esfuerzos principales a partir de la trasformación de esfuerzo plano. Con las siguientes formulas se obtiene el σ1, 2 y τmax: 𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 2 2 √ 𝜎1 , 𝜎2 = ± ( ) + (𝜏𝑥𝑦 ) 2 2 𝜎𝑥 + 𝜎𝑦 2 2 𝜏𝑚𝑎𝑥,𝑚𝑖𝑛 = ±√( ) + (𝜏𝑥𝑦 ) 2 Como anteriormente obtuvimos los esfuerzos normales estos solo existen los siguientes: 𝜎𝑥 = 7.5562 𝑀𝑃𝑎 𝜎𝑦 = 0 𝜏𝑥𝑦 = 0.7295 𝑀𝑃𝑎 Entonces sustituimos en las ecuaciones anteriores para determinar los esfuerzos principales y cortante máximo.

𝜎1 =

7.5562 𝑀𝑃𝑎 7.5562 𝑀𝑃𝑎 2 + √( ) + (0.7295 𝑀𝑃𝑎)2 2 2 𝜎1 = 7.6260 𝑀𝑃𝑎

7.2774 𝑀𝑃𝑎 7.2774 𝑀𝑃𝑎 2 √ 𝜎2 = − ( ) + (0.7295 𝑀𝑃𝑎)2 2 2 𝜎2 = −0.0698 𝑀𝑃𝑎

𝜏𝑚𝑎𝑥

= √(

7.2774 𝑀𝑃𝑎 2 ) + (0.7295 𝑀𝑃𝑎)2 2 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 3.8479 𝑀𝑃𝑎

Para nuestro caso utilizaremos dos materiales: acero AISI1045 templado y revenido con una resistencia a la tensión de 725 MPa y Aleación de aluminio 140

6061-T6 con una resistencia a la tensión de 240 MPa y una resistencia al cortante de 140 MPa, en los análisis para determinar el factor de seguridad, y estos dos materiales se determinaron debido a la comercialización y alcance de ellos en la zona, conjuntamente con los costos menores de ambos respecto a otros. Para determinar el factor de seguridad (F.S.) se realizara a partir de dos teorías, Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo (TECM) y Teoría de la Energía de Distorsión (TED), debido a que son las más adecuadas en el análisis de ejes conforme a este caso, entonces se procede a lo siguiente: Para la Teoría del Esfuerzo Cortante Máximo (TECM) donde nos dice lo siguiente: 𝐹. 𝑆. =

𝑆𝑠𝑦 𝜏𝑚𝑎𝑥

Dónde: 𝐹. 𝑆., 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑠𝑦 = 0.5𝑆𝑦 , 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑙 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑦 , 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝜏𝑚𝑎𝑥 , 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑜

Para el caso del acero, como solo se tiene la resistencia a la tensión aplica la ecuación anterior donde la resistencia al cortante es la mitad de la resistencia a la tensión, entonces: 𝑆𝑦 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 = 725 𝑀𝑃𝑎 𝑆𝑠𝑦 = 0.5𝑆𝑦 𝑆𝑠𝑦 = 0.5(725 MPa) 𝑆𝑠𝑦 = 362.5 𝑀𝑃𝑎 Entonces procedemos a obtener el factor de seguridad: 𝐹. 𝑆. = 𝐹. 𝑆. =

𝑆𝑠𝑦 𝜏𝑚𝑎𝑥

362.5 𝑀𝑃𝑎 3.8479 𝑀𝑝𝑎

𝐹. 𝑆. = 94.2

141

Ahora para el aluminio, en este caso ya se obtuvo la resistencia al cortante de este material que es de 140 MPa, entonces solo se aplica la ecuación: 𝑆𝑠𝑦 𝑎𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = 140 𝑀𝑃𝑎 𝐹. 𝑆. =

140 𝑀𝑃𝑎 3.7111 𝑀𝑝𝑎

𝐹. 𝑆. = 36.38 Como se observa ambos materiales presentan un factor de seguridad mayor que 1 y pues es muy alto pero bajo estas condiciones es factible el sistema debido a lo que nos dice el factor de seguridad por esta teoría. Para la Teoría de la Energía de Distorsión (TED) donde nos determina lo siguiente: 𝐹. 𝑆. =

𝑆𝑦 𝜎′

𝜎 ′ = √𝜎1 2 − 𝜎1 𝜎2 + 𝜎2 2 Dónde: 𝐹. 𝑆., 𝑆𝑦 , 𝜎 ′,

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒

Entonces procederemos a obtener el esfuerzo aparente, debido a que ya se obtuvieron los esfuerzos principales: 𝜎 ′ = √𝜎1 2 − 𝜎1 𝜎2 + 𝜎2 2 𝜎 ′ = √(7.6260 𝑀𝑃𝑎)2 − (7.6260 𝑀𝑃𝑎)(−0.0698 𝑀𝑃𝑎) + (−0.0698 𝑀𝑃𝑎)2 𝜎 ′ = 7.6611 𝑀𝑃𝑎 Como anteriormente se obtuvieron los valores de resistencia a la tensión entonces se obtienen los factores de seguridad. Para el acero: 𝑆𝑦 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 = 725 𝑀𝑃𝑎 𝐹. 𝑆. =

725 𝑀𝑃𝑎 7.6611 𝑀𝑃𝑎 142

𝐹. 𝑆. = 94.63 Y para la aleación de aluminio: 𝑆𝑦 𝑎𝑙𝑒𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 = 240 𝑀𝑃𝑎 𝐹. 𝑆. =

240 𝑀𝑃𝑎 7.6611 𝑀𝑃𝑎

𝐹. 𝑆. = 31.32

Como se puede observar los valore del factor de seguridad son muy altos con lo que se puede definir que se encuentra sobrepasado el diámetro del eje, es decir se podría utilizar un eje de menor diámetro. Para ello se utiliza la herramienta de software de Autodesk Inventor para determinar el valor del diámetro ideal para estas condiciones de carga, como se presenta en lo siguiente: Para llevar acabo se utiliza el “acelerador de diseño” de Autodesk inventor donde se diseña el eje.

Figura 4. 14 Colocación de datos al Acelerador de diseño de Autodesk Inventor

Entonces se procede a insertar los valores de las diferentes cargas a las que se encuentra sometido el eje. Mencionando que tanto los cabezales, el 143

portafresas se encuentran acoplados herméticamente formando así una unión completa haciéndolo un cuero rígido, donde se analiza lo siguiente:

Figura 4. 15 Colocación de datos de fuerzas y material.

Con ello nos dirigimos en la parte superior donde nos proporciona las grafica o diagrama de cuerpo libre. Mostrando ahí los diagramas de fuerzas cortantes, momentos flexionantes, deflexión entre otros. Con lo que observaremos los diagramas de fuerzas cortantes para plano x-y plano z-x.

Figura 4. 16 Fuerzas aplicadas al eje.

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Figura 4. 17 Diagrama de fuerzas cortantes en el plano x-y desarrolladas por Autodesk Inventor

Figura 4. 18 Diagrama de fuerzas cortantes en el plano x-z desarrolladas por Autodesk Inventor

Como se observa los valores de fuerzas cortantes son los mismos comparados con los obtenidos en forma manual. Conjuntamente los momentos flexionantes en los mismos planos. 145

Figura 4. 19 Diagrama de momentos flexionantes en el plano x-y desarrolladas por Autodesk Inventor

Figura 4. 20 Diagrama de momentos flexionantes en el plano x-z desarrolladas por Autodesk Inventor

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Como se observa se obtuvieron valores muy aproximado en los momentos flexionantes en cada uno de los planos. Además sé que nos arroja el valor de momento flexionante máximo en el diagrama de momento:

Figura 4. 21 Diagrama de momentos flexionantes maximos desarrolladas por Autodesk Inventor

Como se observa los valores obtenidos son muy aproximados a los obtenidos manualmente con lo que podemos determinar que tiene un mismo análisis mecánico tanto de forma manual como el software. Debido a lo anterior podemos determinar el valor de ideal para un eje que se encuentre sometido en estas condiciones de carga. Con ello vemos lo siguiente:

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Figura 4. 22 Diagrama de diámetro ideal desarrollado por Autodesk Inventor

Con lo que podemos observar que el diámetro ideal que el programa nos arroja es de 13.3622 mm. Aproximadamente 14 mm seria el eje ideal que se podría utilizar para nuestro caso. Sin embargo, esto no concreta que se utilizara un eje de menor diámetro debió a que no se conoce los valores de deflexión que presenta el eje. Ya que esto presentaría problemas en el corte tanto en la parte de cabezal como de la fresa.

Análisis de deflexión Para el análisis de deflexión se sigue utilizando la herramienta de Autodesk Inventor para el estudio de esta, debido a que se plantea realizar en tres circunstancias para eje de 25 mm (1”) de 20 mm (3/4”) y 16 mm(5/8”), además de hacerlo también con dos materiales, como anteriormente se mencionó acero AISI1045 y aluminio 6061 respectivamente. Primeramente se realizó el estudio con 25 mm y como material acero como se muestra:

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Figura 4. 23 Diagrama de deflexión de eje de acero realizado por Autodesk Inventor.

Como se puede observar el eje de las ordenadas es donde nos indica la deflexión del elemento esto se encuentra en unidades de micras o micrómetros. Y para este caso se observa una deflexión de 205.124 µm. Para el caso de un eje de aluminio y de 25 mm de diámetro:

Figura 4. 24 Diagrama de deflexión de eje de aluminio realizado por Autodesk Inventor.

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Se puede observar una deflexión de 586.76 µm. Continuando con el análisis se realiza para un eje de 20mm de diámetro de acero y aluminio:

Figura 4. 25 Diagrama de deflexión de eje de acero realizado por Autodesk Inventor.

Como se refleja existen 500.175 µm para el acero.

Figura 4. 26 Diagrama de deflexión de eje de aluminio realizado por Autodesk Inventor.

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Y1430.14 µm para el aluminio. Y para finalizar y aproximándonos más al diámetro ideal se obtienen los valores para un eje de 16 mm de diámetro: Para acero:

Figura 4. 27 Diagrama de deflexión de eje de acero realizado por Autodesk Inventor.

Obteniendo 1168.7 µm y para aluminio

Figura 4. 28 Diagrama de deflexión de eje de aluminio realizado por Autodesk Inventor.

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Obteniendo 3340.76 µm de deflexión. Con todos estos valores podemos obtener unas tablas donde nos muestre de forma más compacta las deflexiones de los posibles ejes. Deflexiones Diámetro Acero AISI1045 Aluminio 6061 205.124 µm 586.76 µm. 25 mm (1”). 500.175 µm 1430.14 µm 20 mm (3/4”). 1168.7 µm 3340.76 µm 16 mm (5/8”). Tabla 4. 1 Deflexiones encontradas por Autodesk Inventor

Con lo que podemos observar que la menor deflexión existente se encuentra en eje de 25 mm de diámetro en un material de acero AISI1045. En comparación con las otras deflexiones con respecto al aluminio muestra menos de la mitad de deformación por deflexión.

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Conclusiones Como principal conclusión se obtiene el desarrollo del diseño de una fusión de dos máquinas importantes en el campo de la carpintería, en cuestión del acabado de cualquier proyecto de madera, que son la canteadora y fresadora. Como se definieron las dimensiones del cabezal de corte y de la fresa devastadora, esta última es la que produce la máxima fuerza de oposición al giro del eje, para cubrir las necesidades requeridas en un taller propio. Entonces se realizó el análisis mecánico en el eje de tipo comercia de 25 mm de diámetro (1”) para determinar el factor de seguridad, resultando ser demasiado grandes significando un sobredimensionamiento del eje debido a que se encuentra 90 veces mayor la resistencia de la pieza, utilizando con material acero AISI1045 y más de 30 veces utilizando aluminio 6061, a las condiciones que se encontrara sometida. Aun así utilizando diferentes teorías para encontrar el Factor de Seguridad, como la Teoría de Energía de Distorsión y la Teoría del Cortante Máximo. Sabiendo que los factores de seguridad se encuentran muy altos la mejor opción más favorable fue reducir el diámetro del eje, utilizando el software de Autodesk Inventor se pudo obtener que el diámetro ideal fuera de 13. 36 mm, es decir, con un eje de medida comercial siguiente, el cual sería de 16 mm (5/8”), cumpliría satisfactoriamente la resistencia a una falla del eje. Sin embargo, este análisis no es satisfactorio debido a que al disminuir el diámetro del eje aumenta la deflexión, en el lado del cabezal de corte de la canteadora, lo que produciría defectos de corte como se mencionó en el capítulo II donde las cuchillas, por tener una pequeña altura de corte requiere estar lo más fijado posible. Entonces para el eje comercial inicial, de 25 mm de diámetro, muestra la menor deflexión que es de 205.124 µm, en comparación con un eje de 16 mm, que bajo el análisis mecánico cumple la resistencia a la ruptura, que presenta una deflexión 1168.7 µm, estos encontrados para el acero y en cuestión del aluminio serian de 586.76 µm y 3340.76 µm para los diámetros respectivos, por lo que estos últimos producirían mayores fallas al corte y especialmente al acabado final de la pieza de madera. Todos los análisis apuntan como la mejor opción el eje inicial de 25 mm pero no se ha la mejor opción desde el punto de vista económico. Dado el estudio de presupuestos que se realizó en las diferentes distribuidoras de la zona. Y 153

tomando como unitario el costo de un eje comercial de 20 mm, un eje comercial de 25 mm con chumaceras y polea a centro constaría un 18% más que el eje tomado como base, el de 20 mm con las mismas condiciones con chumaceras y poleas y su costo es de $520.00 en promedio, y para un eje comercial de 16 mm solo disminuye un 10%. Ahora como elección personal la opción adecuada y factible seria utilizar un eje de comercial en acero AISI1045 de 25 mm con chumaceras y polea a centro. Debido a que cuenta con el mayor factor de seguridad y la menor deflexión, aunque el coste sea un mayor, debido a que si se utilizara otro de menor diámetro el coste sea menor en cuestión del eje, sin embargo, al presentar más deflexión se vería la necesidad de colocar otro punto de apoyo que otorgaría un precio mayor al de compra de un eje de 25 mm. Y para casi finalizar, tanto las cuchillas del cabezal de corte y las fresas que ocuparía esta máquina, no presentaría ningún problema debido a que el análisis se realizó bajo las condiciones de maquinarias comerciales. Donde las cuchillas por lo general son de acero rápido (HSS) y las fresas son de carburo de tungsteno, ambas presentando la mayor durabilidad en los diferentes tipos de maderas que existen en nuestras zonas. Ultimando con la posible maquina ya diseñada en el software Autodesk Inventor como se muestran en las siguientes figuras:

Figura 5. 1 Maquina canteadora-fresadora para madera diseñada en Autodesk Inventor

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Figura 5. 2 Simulación del eje portador de cabezal de corte y portafresas

Figura 5. 3 Vista lateral de canteadora-fresadora para madera

Figura 5. 4 Vista isométrica de canteadora-fresadora para madera

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