TALADRADO Y MANDRINADO
JOHN DIAZ AGREDO
FUNDACION CENTRO COLOMBIANO DE ESTUDIOS PROFESIONALES FACULTAD DE INGENIERIAS TECNOLOGIA INDUSTRIAL SANTIAGO DE CALI 2015
TALADRADO Y MANDDRINADO Monografía
Presentado por: JOHN DIAZ AGREDO
Profesor: EFRAIN SANCHEZ GOMEZ
I4AE FUNDACION CENTRO COLOMBIANO DE ESTUDIOS PROFECIONALES FACULTAD DE INGENIRIAS TECNOLOGIA INDUSTRIAL SANTIAGO DE CALI AGOSTO 29 DE 2014
INTRODUCCION Se llama mandrinado a una operación de mecanizado que se realiza en agujeros de piezas ya realizados para obtener mayor precisión dimensional, mayor precisión geométrica o una menor rugosidad superficial, pudiéndose utilizar para agujeros cilíndricos como cónicos, así como para realizar roscas interiores. El mandrinado puede realizarse en varias máquinas herramientas diferentes. Si la pieza es un sólido de revolución pequeño con un agujero en su eje de simetría, el mandrinado puede realizarse en un torno, haciendo girar la pieza en el plato giratorio y fijando una barra de mandrinar con el filo adecuado en el contrapunto del torno. Para otras piezas, con uno o varios agujeros, se utilizan fresadoras, mandrinadoras y centros de mecanizado con una herramienta rotatoria. El portaherramientas utilizado en una mandrinadora es un mandril micrométrico (no debe confundirse con el mandril de un torno) específicamente diseñado para ello, 2 también denominado mandrino o cabezal de mandrinar.3 También se puede aumentar el diámetro de agujeros ya realizados realizando operaciones de taladrado (con una broca) o de escariado (con un escariador) cuando las dimensiones son adecuadas para la máquina y la herramienta utilizadas. La limitación de las condiciones de corte en el mandrinado viene impuesta por la rigidez y el voladizo que pueda tener la herramienta, para evitar vibraciones excesivas que comprometan la calidad y precisión del agujero.
1. RESEÑA HISTORICA El mandrinado, tiene su origen en el barrenado de cañones de bronce fundidos ahuecados. Este procedimiento se remonta por lo menos a 1372, fecha en la que se conocen datos concretos de los primeros cañones de bronce fundidos por Aarán en Augsburgo. A partir del siglo XVI, también se fundían de hierro colado. Al principio, el mecanizado se hacía con barrenas accionadas directamente a mano. Poco después se mecanizaba mediante una rueda, que llevaba insertado un eje que giraba de manera continua apoyada sobre dos soportes; accionado indistintamente, a mano, con animales, o con fuerza hidráulica. En uno de los extremos del eje, se colocaba la herramienta, de manera intercambiable, para barrenar en desbaste o alisar en acabado, piezas de cañón. A partir de 1744, debido a la construcción de una barrenadora mandrinadora vertical por el suizo Jean Maritz, los cañones comenzaron a fundirse macizos. Gaspard Monge describe una máquina vertical similar a la de Maritz, compuesta de un árbol central porta herramientas, accionado mediante un juego de engranajes con fuerza humana o tracción animal. En España se construyeron varios tipos diferentes de máquinas, destacando un modelo horizontal para barrenar y tornear, construido en 1768 en Sevilla, movida por las aguas del Guadaira. Durante el siglo XVII, las barrenadoras horizontales, similares a la descrita por G. Monge, con giro de pieza, fueron más utilizadas que las verticales. En 1770, John Smeaton consiguió perfeccionar la máquina de vapor de Newcomen mediante la construcción de una máquina para mandrinar cilindros de 450 mm, de diámetro. Era una máquina de tipo horizontal con giro de árbol porta herramientas, accionada por rueda hidráulica. Pero el gran avance se produjo en 1775, cuando John Wilkinson construyó una mandrinadora horizontal de mayor precisión accionada por rueda hidráulica, para mandrinar cilindros de 72 pulgadas, y que fue la base para la construcción de la máquina de vapor de James Watt. Varios constructores, entre ellos, William Murdock, en 1799 mejoraron gradualmente la máquina de Wilkinson. En 1817, Matthew Murray construye una mandrinadora en la que la mesa porta piezas se desplaza sobre guías metálicas. En 1830 se consiguen precisiones con tolerancia de un dieciseisavo de pulgada. Las mandrinadoras evolucionan lentamente. En 1857, Thomas Spencer Sawyer construye una mandrinadora en la misma línea de las anteriores. En 1865 se construyen en USA, mandrinadoras verticales para mecanizar ruedas de locomotoras, destacando entre sus ventajas, la menor flexión de barra de mandrinado y la mejor evacuación de virutas. Hacia 1870, se registra un fuerte avance con la construcción de una mandrinadora horizontal con desplazamiento vertical y longitudinal de la mesa porta piezas que tuvo gran aceptación; siendo denominada popularmente, "elevating-table type". Hacia 1870, la firma americana "Wm Sellers and Co," desarrolla una máquina para mecanizar piezas pesadas con columna regable transversalmente y cabezal deslizable en vertical sobre dicha columna. Pocos años más tarde varios fabricantes, entre ellos, "G. Richards" perfeccionan la mandrinadora, incorporando movimientos transversal y longitudinal de la mesa porta - piezas. A finales del siglo XIX, las mandrinadoras alcanzan su pleno desarrollo, estructural y mecánico. A principios del siglo XX, ante la exigencia de precisión e intercambiabilidad de la industria relojera
suiza, Perrenond Jacot pone a punto una punteadora vertical, con mesa de coordenadas polares que constituye una maravilla mecánica. Poco después de la guerra civil de 1936, Sacem de Billabona y Juaristi de Azkoitia, construyen las primeras mandrinadoras del estado Español.
TIPOS Y CLASES TIPOS DE MAQUINAS MANDRINADORAS. Se han desarrollado muchas maquinas especialmente adaptadas a trabajos de ampliación de agujeros. Una de ellas, conocida Como mandrinadoras de plantillas, se construye para efectuar trabajos de precisión en plantillas y accesorios. Similar en apariencia a un taladro de banco, puede hacer trabajos tanto de taladrado Como de escariado además del mandrilado. La mandrinadora vertical y horizontal, se adaptan a trabajos de gran tamaño. Aun cuando las operaciones que efectúan estas máquinas se pueden hacer en tornos y otras máquinas, su construcción se justifica por la facilidad y economía que se obtiene en la sujeción y labrado del material. Mandrinadoras Para Plantillas: Está diseñada para localizar y hacer agujeros en plantillas, accesorios, matrices, calibradores y otras partes de precisión. Las maquinas mandrinadoras para plantillas, semejan una fresa vertical, pero se construyen con mayor precisión y van equipadas con dispositivos de medición muy precisos, para controlar los movimientos de la mesa. Se pueden hacer ajustes de 0.0025 mm (0.0001 pulg.) partiendo de los dibujos directamente. Cuenta con dos conjuntos de cuadrantes para lecturas directas, una para dimensionado longitudinal y otro para transversal. El operario fija las cifras en los cuadrantes, de modo que correspondan a las dimensiones en el dibujo, y al oprimir el botón asociado a cada eje, que se encuentra en el tablero de control, la pieza es acomodada automáticamente y con precisión. Esta máquina también se diseña para ser operada por control numérico. Inscribiendo en la cinta los trabajos a realizar, se garantiza una repetición precisa, se eliminan los dispositivos, accesorios y el mandrilado de precisión se hace práctico para el trabajo de lotes pequeños. Mandrinadora Vertical: La mandrinadora vertical recibe este nombre, debido a que el trabajo gira sobre una mesa horizontal en forma similar al antiguo torno para cerámica. Las herramientas de corte son estacionarias, excepto para el avance, y están montadas sobre la cruceta de altura ajustable. Estas herramientas son del mismo tipo que las de torno y cepillo, y se adaptan al trabajo de refrentado horizontal, torneado vertical y mandrinado. Esta máquina se llama frecuentemente cepillo rotatorio, y su acción de corte sobre discos planos es idéntica a la de un cepillo. Clasificadas según el diámetro de la mesa varían en tamaños de 0.9 a 12 m. La mandrinadora vertical puede sujetar piezas grandes y pesadas, puesto que las piezas pueden colocarse sobre la mesa con una grúa, y no requieren muchos pernos paras sujetarlas en su lugar. Por otra parte, ocupa muy poco espacio del piso, comparada con otras máquinas capaces de ejecutar el mismo trabajo. Entre los ejemplos que pueden labrarse en una mandrinadora vertical, se tienen poleas grandes, discos esmeriladores para plantas de vidrio, bridas grandes, carcazas verticales para bombas y motores, volantes y otros muchos artículos de forma circular. En estas
máquinas puede hacerse trabajo muy exacto, debido a su extrema rigidez y simplicidad de diseño. Mandrinadora Horizontal: La mandrinadora horizontal, que difiere de la vertical en que el trabajo es estacionario y la herramienta gira, se adapta al trabajo de agujeros horizontales. El husillo horizontal para sujetar a la herramienta, se encuentra soportado en un extremo y puede ajustarse verticalmente dentro de los límites de la máquina. Este movimiento y el rotatorio que se imparten a la herramienta, son los únicos que normalmente Tiene esta. Una mesa de trabajo con movimiento longitudinal y transversal, se encuentra soportada sobre guías en la bancada de la máquina. En algunos casos, la mesa puede girarse para permitir la preparación del material y para el mandrilado de agujeros según un ángulo deseado. En el otro extremo de la maquina se encuentra un pedestal para soportar el extremo externo de una barra de torneado interno, cuando se trabaja en agujeros de piezas coladas de gran tamaño.
OPERACIONES Y TIPOS: Las operaciones de mandrinado están relacionadas con el agrandamiento de un agujero existente, situado en un punto, para que pueda ser perfeccionado. Estas máquinas están diseñadas para hacer acciones de finalizado. Estos tipos de equipos de precisión pueden ser usados para cortar contornos circulares así como agujeros cónicos. Además, estos alcanzan a tener una alta precisión en los diámetros de sus agujeros. Estas pueden ser usadas también para crear ranuras, así como canales asimétricos, adicionalmente a la labor de perfeccionar agujeros circulares. La máquina de mandrinado es usualmente utilizada para hacer un mecanizado en grandes piezas, pero también puede ser utilizada para hacer perforaciones en pequeñas piezas que han sido previamente dibujadas en programas de diseño y que siguen un contorno automático de operaciones y tienen una alta consistencia en el mecanizado de piezas. La barra de mandrinado se diseña usualmente para hacer una cavidad pasante y así poder dejar que el líquido de refrigeración circule libremente, y por tanto se pueda hacer un enfriamiento de los demás agujeros. Como el mandrinado tiene como objetivo incrementar la precisión de los agujeros, se deben hacer un tipo de consideraciones iniciales. Por lo tanto, los agujeros de diámetros largos o los maquinados de agujeros ciegos, no pueden hacerse por medio de un contacto discontinuo entre la herramienta de trabajo y la superficie. Adicionalmente la función de la barra de mandrinado será la de alojar dentro de sí las herramientas de corte que puedan ser utilizadas por los husillos robóticos. Mandrinado de un solo filo generalmente aplicado en operaciones de acabado, y para desbaste y acabado en materiales donde se requiere un control de virutas. El mandrinado con un solo filo puede ser también una solución cuando la potencia de máquina es el factor limitador. Mandrinado Multi-filo: promedio
por
Implicando dos o tres filos de corte, es utilizado en operaciones de desbaste donde la prioridad es el de material arrancado. Se puede mantener un alto nivel de productividad con dos o tres plaquitas situadas en la misma posición axial, cada una trabajando con el avance por diente recomendado. Esto da como resultado un alto avance revolución en el mecanizado del agujero.
Mandrinado escalonado: Este se realiza con una herramienta de mandrinar con plaquitas situadas a diferentes alturas axiales y diámetros. Esto también mejora el control de viruta en materiales exigentes con las diferentes profundidades de corte entre 1,0 o 1,5 veces la longitud del filo de corte. Profundidades de corte de 0,5 veces la longitud de filo pueden dividirse en dos cortes menores, generando virutas más pequeñas.
Escariado: es una operación de acabado fino realizada con una herramienta multi-filo que permite obtener agujeros de alta precisión. Se consigue buen acabado superficial y tolerancias muy estrechas con una alta gama de penetración. Los agujeros previos deben de tener una tolerancia limitada y una pequeña profundidad de corte radial. Tipos de taladros: • Maquinas taladradoras de columna: Estas maquinas se caracterizan por la rotación de un husillo vertical en una posición fija y soportado por un bastidor de construcción, tipo C modificado. La familia de las maquinas taladradoras de columna se compone de. El taladro sencillo de transmisión por banda, la taladradora sensitiva, la taladradora de columna con avance por engranaje, la taladradora de producción de trabajo pesado, la taladradora de precisión, y la taladradora para agujeros profundos. Los taladros de columna de alimentación por engranaje son característicos de esta familia de maquinas y se adaptan mejor para ilustrar la nomenclatura y componentes principales de este tipo de máquinas. • MAQUINAS TALADRADORAS RADIALES: estas se identifican por el brazo radial que permite la colocación de la cabeza a distintas distancias de la columna y además la rotación de la cabeza alrededor de la columna. Con esta combinación de movimiento de la cabeza, se puede colocar y sujetar el husillo para taladrar en cualquier lugar dentro del alcance de la maquina, al contrario de la operación de las maquinas taladradoras de columna, las cuales tienen una posición fija del husillo. Esta flexibilidad de colocación del husillo hace a los taladros radiales especialmente apropiados para piezas grandes, y, por lo tanto, la capacidad de los taladros radiales como clase es mayor que la de los taladros de columna. Dibujo # 7Taladro radial típico. El peso de la cabeza es un factor importante para conseguir una precisión de alimentación eficiente sin una tensión indebida del brazo. Dibujo #8 los taladros radiales montados sobre rieles se desplazan al lado de la pieza para disminuir el manejo y las operaciones de colocar en posición la pieza a trabajar. 18 • MAQUINAS TALADRADORAS HORIZONTALES: esta familia de maquinas se fabrica para operaciones de taladrado en general con el husillo montado horizontalmente, del tipo de maquinas de mesa, del tipo de sobre guías y unidades
taladradoras independientes. Estas maquinas representan otra evolución estándar para resolver problemas de fabricación. La mayor parte del taladrado se hace verticalmente porque es preferible contar con la ayuda de la gravedad al hacer avanzar la broca. Pero algunas veces es imposible o inconveniente colocar la pieza para taladrado vertical. Entonces se emplea el taladro horizontal. En las maquinas especiales de uso sencillo hay muchas ventajas para el montaje horizontal del husillo. El taladro horizontal tiende a facilitar la remoción de las virutas y se presta bien para la automatización y
