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5. Selección de los utillajes de producción y control

Hay que ser consciente de que, al margen de los útiles estándar para la correcta cogida de piezas en máquinas como torno, fresa y taladro, existe infinidad de utillaje ideado para la realización de una acción en particular (para usar en una máquina concreta, con una pieza concreta, etc.).

En virtud de las necesidades que cubre un determinado utillaje, podríamos clasificarlo como ‘utillaje de producción’ o ‘utillaje de control’.

Nota

En general se podría afirmar que cada utillaje es único e irrepetible, es decir, no existe otro igual ya que ha sido ideado para un trabajo único, específico y concreto.

5.1. Utillaje de producción

El utillaje de producción se utiliza como apoyo a la fabricación. Existen diferentes tipos entre los que se destacan: topes universales, progresivos, de posicionamiento, de amarre, etc.

También se suelen utilizar con frecuencia (se verá con más detalle en los capítulos siguientes) elementos como:

1 Morsas de amarre.
2 Imanes (de sujeción, de elevación, etc.).
3 Tensores.
4 Garras.
5 Bridas.
6 Mordazas.

Los anteriores elementos son utilizados como ayuda en los trabajos de producción mecánica. En los catálogos técnicos que ponen a nuestra disposición fabricantes y distribuidores se puede encontrar infinidad de utillaje destinado a la manipulación, colocación y sujeción de piezas de gran formato o peso.

Para poner de manifiesto la razón de ser de este tipo de utillaje, suponga la fabricación en serie de 100 barandillas completas de 5 metros de longitud cada una.

Cada barandilla se dividirá para su fabricación en 2 tramos de 2500 mm de longitud. Además, hay que practicar 20 taladros por tramo para insertar y soldar posteriormente los barrotes de diámetro 20 mm.

Se necesitarán por tanto 100 tubos de 6.000 mm (de longitud comercial) y diámetro de 50,8 mm de acero inoxidable para la fabricación del pasamanos.

Para los barrotes (que tendrán una longitud 1,10 m) se necesitarán 800 tubos de acero inoxidable de diámetro 20 mm (ya que de cada barra de longitud 6.000 mm salen 5 barrotes completos de 1,10 m).

Visto lo anterior, se deben realizar un total de 200 cortes en el tubo de ϕ 50,8 mm y 4.000 cortes en el tubo de ϕ 20 mm utilizando la sierra de cinta o una prensa con útil cortador al efecto (total 4.200 operaciones de corte).

En este momento se justifica el uso de un útil de ayuda al corte, es decir, un tope para no estar midiendo 2.500 mm y/o 1.100 mm continuamente (tanto si se utiliza la sierra de cinta o la prensa).

Se trata de un tope para acoplar al chasis de la sierra de cinta. Evita la continua medición (por parte del operador) de la longitud de tubo.

Una vez cortados los tubos que conformarán los pasamanos y los barrotes, se procede a realizar en los primeros unos taladros para introducir los barrotes y posteriormente soldarlos (mediante el método TIG). La cantidad de taladros a realizar es de 4.000 (cifra nada despreciable).

Por lo tanto, se justifica una vez más el empleo de utillaje de posicionamiento, tanto para la correcta ejecución y alineación de los taladros (topes progresivos), como para la soldadura (homogénea y alineada) de los barrotes al pasamanos.

Importante

Este tipo de utillaje facilita la fabricación, asegura la posición durante el montaje y certifica la homogeneidad en la serie fabricada.

5.2. Utillaje de control

Es una herramienta imprescindible para la verificación de piezas en las que se hace difícil comprobar sus medidas con sistemas convencionales, ya sea por sus dimensiones o por la complejidad de su geometría.

Se suelen utilizar con frecuencia ‘plantillas’, que aseguran la correcta forma geométrica de piezas complicadas (superficies curvas, distancia entre centros de taladros, etc.).

Asegura los tres diámetros de la pieza y la correcta posición de los taladros.

Estos utillajes aseguran la funcionalidad y el montaje final, ya que en algunas ocasiones (cuando se trabaja con superficies) es mucho más importante verificar una serie de puntos de control que la exactitud en la forma geométrica de la pieza.

Importante

Este utillaje asegura el montaje final y controla las desviaciones producidas en el proceso de fabricación.

Como utillaje de control se deben incluir los útiles de medición. Estos últimos suelen ser herramientas estándar destinadas a certificar dimensionalmente la totalidad o partes específicas de las piezas. Algunos de los útiles más conocidos son:

1 Pie de rey (o calibre).
2 Micrómetro (o ‘Palmer’).
3 Reloj comparador.
4 Galgas (de espesor, de roscado, etc.).
5 Escuadras y reglas.

Nota

Las galgas son instrumentos que sirven para medir calibres o comprobar la forma o dimensión de una pieza.

Véase un ejemplo que justifica la utilización de este tipo de utillaje.

Se trata de la fabricación de una barra antivuelco, para una serie de 250 vehículos todoterreno. En este caso, la pieza ha de unirse a la cabina y a la caja de carga del vehículo mediante 14 puntos de anclaje.

En el vehículo existen 14 agujeros roscados que han de coincidir forzosamente con los 14 agujeros de la pieza. Una vez efectuada esta coincidencia se pasa a la fase de anclaje o atornillado de la pieza.

Para ello, se ha de contar con un útil de verificación (o control) que proporcione la total seguridad del montaje de la pieza al vehículo. Todas y cada una de las piezas totalmente terminadas pasarán por el utillaje de control, el cual aceptará o rechazará las mismas en función de la precisión con la que se realice el montaje.

Se trata en este caso de una plantilla, que reproduce de una forma muy precisa la caja de carga del vehículo. De esta forma, las piezas salen de fabricación con la seguridad de recibir la aceptación por parte del cliente final.

6. Procedimientos alternativos de uso de herramientas y maquinaria

En la actualidad podemos afirmar sin temor a equivocarnos que para cada una de las transformaciones de las que es susceptible una pieza existe una máquina especializada en lograrlo.

En el caso de no disponer de esa máquina (algo muy normal ya que no es posible disponer de todas y cada una de las máquinas que pone a nuestra disposición el mercado), podremos continuar con la fabricación de la pieza basándonos en primera instancia en nuestra experiencia profesional y apoyándonos en una serie de procedimientos alternativos que se explican a continuación.

6.1. Transformaciones de la materia prima

En un primer lugar, hay que aclarar que la materia prima sufre una serie de transformaciones en la industria siderometalúrgica para proceder más tarde a la obtención de formas (comerciales) en bruto. Se utilizan para ello diferentes procedimientos tecnológicos enfocados a este fin, y algunos de ellos se detallan a continuación.

Laminación

Es el paso de un lingote de material caliente (o frío) a través de uno o varios cilindros para la obtención de chapas, barras o perfiles de diferentes calibres.

Trefilado

Se llama así al paso de una barra de metal laminado en frío a través de una embocadura de diámetro decreciente para la obtención de un fino alambre.

Fundición

Es el proceso, por el cual el metal fundido se introduce en un molde destinado a la obtención de una pieza.

Forja

Se llama así a la realización de un esbozo de la pieza en caliente, mediante una operación de prensado o martilleado.

Estampación

Es el procedimiento a partir del cual se cambia la forma de una chapa (mediante troqueles o prensas) realizando en ella cortes, plegados y/o embuticiones.

Sinterización

Es el proceso por el cual se calientan y se prensan polvos de metal para la obtención de la pieza.

No obstante, no es adecuado profundizar en exceso en los procesos señalados anteriormente ya que no son objeto directo de este manual. Solo se exige que se conozca de su existencia, ya que es la génesis de la elaboración de futuras piezas metálicas.

Tras la aplicación de los procedimientos anteriores, se obtienen formas geométricas estandarizadas como redondos, lingotes, chapas, perfiles, etc. Conocido esto, el siguiente paso es la transformación de una forma en bruto en una pieza acabada.

Importante

Estos procesos dan como resultado diferentes formas de piezas en bruto. Por otro lado, en las fundiciones, se obtienen productos semielaborados y, finalmente, tras el proceso de mecanizado, se consigue la pieza final o acabada.

Por ello, estos procedimientos se deben clasificar en dos grupos: los encaminados al arranque de viruta y los enfocados al arranque de partículas.

6.2. Procesos enfocados al arranque de viruta

Se definirán en este apartado los procesos más significativos y conocidos en la industria del metal. No obstante, existen procedimientos menos extendidos debido a su poca utilización a los que se hará referencia igualmente.

Torneado

Es una de las operaciones más utilizadas en las industrias modernas. Se basa en el arranque de viruta a una pieza que se encuentra en movimiento (de giro sobre su propio eje). En este caso, la herramienta de corte avanza linealmente en diferentes direcciones. Tal y como se ha comentado con anterioridad, consiste en la generación sólida de un perfil que gira alrededor de un eje.

Fresado

Junto al torneado, esta operación es de las más utilizadas en la actualidad. El arranque de viruta se produce con herramientas que giran a gran velocidad y producen el corte en la pieza.

Normalmente, el desplazamiento lo realiza la pieza y permanece estática la herramienta, aunque con los centros de mecanizado actuales cada vez es más habitual el movimiento de ambas.

Taladrado

Es el proceso por el cual se realiza un agujero por medio de arranque de viruta. En este proceso tiene gran importancia la evacuación de viruta. Indicar que los agujeros se clasifican en pasantes, que atraviesan completamente la pieza, o ciegos, que no atraviesan totalmente la pieza.

Roscado

Por definición es la realización de un fileteado sobre una pieza cilíndrica y maciza (dando lugar al tornillo o varilla roscada), o por el contrario en el interior de un agujero (dando lugar a la tuerca o agujero roscado).

Escariado

También conocido como ‘mandrinado’, podría definirse como el cilindrado interior de una cavidad. Se debe tener en cuenta que esta operación es de alta precisión, por lo que con frecuencia se utiliza para ello la operación de torneado o fresado.

Limado

Es el proceso por el cual se arranca viruta en caras horizontales de una pieza. Se suele realizar en dos direcciones y en varias pasadas (en lugar de hacerlo solo en una). Este procedimiento implica movimiento en la herramienta y pieza inmóvil.

Planeado

También conocido como ‘cepillado’, al igual que en el proceso anterior se arranca viruta en caras horizontales de la pieza. Se suele realizar en dos direcciones y en varias pasadas, ya que así se alarga la vida de la herramienta y el ataque de la pieza sobre esta se produce con menor violencia.

Corte

También conocido como ‘aserrado’, es la acción de separar en dos partes (iguales o no) una barra, perfil, tubo, etc. En la industria existen para este trabajo multitud de sierras (manuales o automáticas), pero las más conocidas y por tanto las más utilizadas son las denominadas circulares y de cinta.

Aplicación práctica

Debido a su corta experiencia profesional pero favorecido por su buena actitud, su superior le selecciona para que fabrique el prototipo de una pieza importante. Usted desea realizar el trabajo, ajustándose además a los criterios de calidad establecidos por su empresa. Su superior le facilita un plano de la pieza y usted detecta rápidamente que se trata de una pieza de revolución con varios agujeros en los que irán alojados tornillos de métrica 8.

¿Qué procesos de entre los dedicados al arranque de viruta utilizaría usted para la elaboración del prototipo y en qué orden?

SOLUCIÓN

En primer lugar se realizaría un torneado (ya que se trata de una pieza de revolución).

Posteriormente se taladraría la pieza (el taladrado generalmente ocupa el último lugar entre las operaciones de mecanizado).

Finalmente se roscarían los taladros para recibir a los tornillos métrica 8.

Recuerde

Todos los procesos analizados anteriormente son susceptibles de poder realizarse mediante torno, fresa y taladro, aunque existen máquinas especializadas para ejecutar cada uno de ellos de forma separada.

6.3. Procesos enfocados al arranque de partículas

En este apartado se hará referencia a los procesos más conocidos en lo que respecta a acabado superficial. Gracias a la utilización de los siguientes métodos son posibles unos grados de acabado superficial muy finos.

Rectificado

Este proceso consiste básicamente en la corrección de una superficie. Esta corrección lleva aparejada una enorme precisión, por lo que se elimina material en forma de partículas, logrando piezas con tolerancias del orden de milésimas de milímetro. Este procedimiento implica movimiento en la herramienta y de la pieza.

Bruñido

Es la acción de repasar con abrasivos (de grano muy fino) una superficie previamente rectificada. Esta operación suele llevarse a cabo en húmedo, es decir, utilizando para ello pastas o aceites destinados a este fin.

Pulido

Este procedimiento se suele aplicar como paso previo al abrillantado. Para ello se utilizan abrasivos finos en varias etapas (normalmente prepulido y pulido). No tiene precisión dimensional y su fin es el de igualar una superficie para posteriormente abrillantarla por medio de la aplicación de ‘trapo’ o ‘cuerda’ impregnada en pasta (máquinas abrillantadoras).

Sabía que...

Las defensas delanteras de los vehículos 4X4 están fabricadas con tubo de acero inoxidable al que se le ha aplicado un prepulido inicial, seguido de un pulido y un abrillantado final.

Aplicación práctica

En la empresa para la que usted trabaja se va a fabricar una importante partida de piezas que requieren una exhaustiva comprobación antes de ser enviadas al cliente final. Se trata de un eje que ha de cumplir necesariamente las cotas de diámetro y longitud total.

¿Qué tipo de utillaje necesitaría usted para poder certificar que su trabajo se ajusta a las exigencias del cliente?

SOLUCIÓN

Se necesitaría tanto un utillaje de fabricación como de control.

El primero sería necesario para realizar los cortes de material y asegurar la homogeneidad en la longitud de los mismos antes de ser torneados.

El segundo se utilizaría para garantizar la longitud y el diámetro.

7. Resumen

Una buena planificación, junto con el estudio de planos, materiales y maquinaria, son la base para acometer cualquier trabajo de mecanizado con garantías de éxito.

Hay que prestar especial atención al orden de los trabajos, ya que en ocasiones estos pueden ser unidireccionales (solo tienen un orden posible). También ocurre que al elegir erróneamente el orden de las fases de trabajo se suceden roturas en herramientas o se pierde tiempo y dinero en operaciones innecesarias.

Hay que dedicar siempre unos minutos a estudiar la máquina adecuada al trabajo que se desea realizar; y hay que utilizar también el menor número de máquinas posible (más máquinas significa normalmente mayor número de cambios de utillaje).

También hay que señalar que la hoja de ruta en cualquier proceso de fabricación es el documento de identificación de la pieza ejecutada. Por otro lado, afirmar que los utillajes se pueden clasificar en dos grandes grupos: fabricación y control.

Por último, y tras conocer los procesos que hacen posible la transformación de la materia prima en formas en bruto, se está en condiciones de poder elegir entre distintos métodos alternativos de producción. Todos ellos, y de una manera más artesanal e imprecisa, son capaces de sustituir a cualquier máquina herramienta de las estudiadas en este manual (torno, fresa y taladro).

Ejercicios de repaso y autoevaluación

1. Para poder seleccionar la máquina herramienta que se adapta a la fabricación de una pieza en particular basta con analizar...

1 ... el plano de la pieza.
2 ... el material con el que se fabricará la pieza.
3 ... la maquinaria con que contamos.
4 Todas las opciones son incorrectas.

2. De las siguientes frases, indique cuál es verdadera o falsa.

1 Los trabajos de taladrado generalmente ocupan el último lugar en los procedimientos de mecanizado.VerdaderoFalso
2 El documento que define el camino a seguir en cuanto al orden de las operaciones y la cantidad de piezas a fabricar se llama procedimiento de trabajo.VerdaderoFalso
3 Un útil destinado a posicionar una pieza y posteriormente soldarla a otra con una inclinación de 45 grados se considera un utillaje de producción.VerdaderoFalso

3. Complete las siguientes oraciones.

Para la mecanización de un eje se utilizará el procedimiento de ________.

Los procedimientos de arranque de viruta más conocidos son el __________, el _____________ y el _____________.

4. La máquina roscadora, es una máquina herramienta utilizada para...

1 La máquina roscadora no se considera una máquina herramienta.
2 ... realizar roscados solo en piezas planas.
3 ... filetear ejes.
4 ... retaladrar agujeros roscados solo en piezas planas.

5. Relacione los siguientes elementos.

1 Fresadora.
2 Utillaje de control.
3 Utillaje de fabricación.

1 Máquina herramienta.
2 Calidad.
3 Producción.

6. El utillaje que certifica la correcta fabricación y montaje de una pieza se llama...

1 ... utillaje de producción o control.
2 ... utillaje de verificación.
3 ... utillaje de fabricación.
4 ... utillaje de posicionamiento o autocontrol.

7. ¿Cómo se llama el procedimiento de arranque de partículas por el cual se corrige una superficie con enorme precisión?