"TECNICAS DE REACONDICIONAMIENTO DE LOS
COMPONENTES DE UN MOTOR DE COMBUSTION
INTERNA"
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE
INGENIERO MECANICO
TEODOSIO ZAPANA MORENO
PROMOCION 1998-1
LIMA-PERO
l.
2.
INTRODUCCIÓN
1. 1 Antecedentes 1.2 Justificación 1.3 Objetivos
EL PROCESO DE REPARACIÓN DE UN MOTOR
3 3 3 4
5 2.1 Características técnicas de los motores Otto y Diesel 5
2. 1.1 Mecanismo biela-manivela 5
2.1.1.1 Generalidades 5
2.1. 1.2 Fuerzas que actúan sobre el motor durante el ciclo 7
2.1.2 Componentes principales del motor 8
2.1.2.1 Elementos Fijos 8
2.1.2.2 Elementos Móviles 1 O
2.2 Etapas del proceso de reparación de un motor 17
2.2.1 El proceso de reparación de un motor 17
2.2.2 Desannado del motor 20
2.2.3 Limpieza y lavado de piezas 21
2.2.4 Reparación de piezas por mecanizado 22
2.2.5 Reparación agregando piezas suplementarias (bocinas, aros, etc.)22
2.2.6 Reglas generales para el montaje, desmontaje y reparación
3. CAUSAS QUE ORIGINAN FALLAS EN LOS MOTORES 3. 1 Origen de las fallas en los motores
3.1.1 Destrucción de piezas por fatiga 3.1.2 Desgaste por encima de cierto límite 3.1.3 Corrosión
3.1.4 Deformación plástica
26 26 26 27 27 28 3.1.5 Cambios en la estructura de los materiales de los componentes del
motor
3.2 Avería en los componentes de un motor 3.2.1 Culatas
3.2.2 Conjunto pistón-cilindro 3.2.3 Cigüeñal
3.2.4 Bielas
3.2.5 Cojinetes 3.2.6 Válvulas 3.2.7 Eje de levas
28 28 28 35 41 42 42 43 45
4. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS SOBRE ELABORACIÓN DE LOS
METALES POR CORTE 47
4.1 Procesos de arranque de viruta en máquinas-herramientas 48 4.2 Características de las máquinas-herramientas convencionales 55
4.2.1 Herramientas de corte 55
4.2.2 Nomenclatura de la herramienta de corte 59
4.2.4 Estructura y movimientos de trabajo de las
máquinas-herramienta 81
5. MEDICIÓN DEL DESGASTE DE LOS COMPONENTES DE UN MOTOR
5.1 Herramientas y equipos de medición
5.2 Parámetros de desgaste de los componentes de un motor 5.2.1 Bloque de los cilindros
5.2.2 Planitud de la culata
5.2.3 Plano de apoyo de la culata 5.2.4 Control de los pistones y anillos
5.2.5 Control del cigüeñal
5.2.6 Control de las válvulas, guías y asientos 5.2.7 Control de las bielas
85
85 89
89 90
91 91 93 94 96
6. PROCESOS TECNOLÓGICOS PARA EL REACONDICIONAMIENTO
DE LOS COMPONENTES DE UN MOTOR 6.1 Generalidades
6.2 Servicio de reacondicionamiento
6.2.1 Reacondicionamiento de cilindros 6.2. l. l Rectificado de cilindros 6.2.1.2 Pulido de cilindros
6.2.2 Reacondicionamiento de cigüeñales
6.2.3 Reacondicionamiento de culatas 109 6.2.4 Reacondicionamiento de válvulas y asiento de válvulas 111
6.2.5 Reacondicionamiento de la bancada 114
6.2.6 Reacondicionamiento de bielas 116
6.2.6.1 Rectificado de bocinas de biela 118
6.2.6.2 Alineado de bielas 119
CONCLUSIONES 121
BIBLIOGRAFÍA 123
APÉNDICE 125
El presente trabajo describe las técnicas existentes para el proceso de reacondicionamiento, usando máquinas de rectificado automotriz, de los componentes principales de un motor de combustión interna, sea éste de ciclo Otto o Diesel, el cual constituye una etapa importante en el proceso de reparación de un motor.
El capítulo 2 describe las características técnicas de los motores de ciclo Otto y Diesel así como las etapas que involucran el proceso de reparación de un motor.
En el capítulo 3 se presentan el origen de las fallas en los motores y las averías que se presentan en los componentes principales de un motor
En el capítulo 4 se describe los procesos de arranque de viruta en máquinas herramientas y se presenta las máquinas herramientas más importantes.
Finalmente, en el capítulo 6 se describen los procesos tecnológicos que hacen posible
el reacondicionamiento, mediante máquinas de rectificado automotriz, de los
1.1 ANTECEDENTES
Un mantenimiento adecuado garantiza un funcionamiento óptimo del motor� pero aún teniendo un cuidado extremo, el desgaste natural de sus componentes origina desajustes que requieren su intervención para verificar y corregir los problemas que se presentan.
La determinación de las causas y localización de los elementos dañados o desajustados nos permitirá conocer si el motor necesita una reparación parcial o una reparación general y además si es necesario cambiar o reacondicionar alguno de sus componentes.
1.2 JUSTIFICACIÓN
El presente trabajo describe las técnicas existentes para el proceso de reacondicionamiento, mediante máquinas de rectificado automotriz, de los
componentes principales de un motor de combustión interna, sea éste de ciclo
1.3 OBJETIVOS
Describir las técnicas existentes para el proceso de reacondicionamiento, mediante máquinas de rectificado automotriz, de los componentes principales
2.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS MOTORES OTTO Y DIESEL
Tanto los motores de ciclo Otto, como los de ciclo Diesel, presentan una estructura similar, pudiéndolos diferenciar al tomar como referencia alguno de sus componentes, tales como la bomba de inyección, el carburador, inyectores, etc. Los rendimientos de los motores diesel son netamente superiores a los de gasolina, sobre todo, en razón del aumento de la relación de compresión� sin embargo, en igualdad de potencia resultan más pesados, a causa de una presión máxima más elevada, que exige órganos más robustos.
2.1.1 Mecanismo Biela-Manivela 2.1.1.1 Generalidades
Este mecanismo permite la realización del ciclo de trabajo del motor y la transformación del movimiento alternativo del pistón en movimiento rotativo del cigüeñal.
Está compuesto por las siguientes partes (Fig.2. 1)
o Cilindro del motor cubierto en la parte superior por la culata
o Cigüeñal ubicado en el monoblock con la volante ubicada en la salida del motor
o El cárter que tapa el cigüeñal
o El pistón se instala en el cilindro con una adecuada luz y los
anillos se encargan de hermetizar al cilindro. El pistón está
unido a la biela a través del bulón y la biela está unida a uno de
los puños del cigüeñal. El cigüeñal se apoya en el block con sus
puños de bancada sobre cojinetes antifricción deslizante
plenamente lubricados.
to,aao d• ... �.
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CulataCilindro Pistón
Biela
... -.,c:,011
Cigueñal
Cárter
2.1.1.2 Fuerzas que actúan sobre el motor durante el ciclo
El ciclo del motor se realiza debido a la presión que ejercen los gases
en forma uniforme sobre la cabeza del pistón; podemos observar en la
Fig. 2.2 que la fuerza F concentrada en el centro del pistón se transmite gracias al bulón hasta la biela.
Esta fuerza que actúa sobre la biela mostrada (la cual en ese momento se encuentra inclinada respecto del cilindro), se divide en 2: una fuerza que actúa a los largo de la biela y otra que actúa perpendicular al cilindro.
La fuerza F2 perpendicular al cilindro trata de voltear al motor con respecto a su apoyo con un brazo de palanca y ésta es la causa por la
cual el motor vibra ya que la fuerza F 2 cambia de dirección permanentemente.
La Fuerza F 1 se transmite a lo largo de la biela y trata de aplastar el aceite que se encuentra en los cojinetes de biela.
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en par motor por el sistema biela-manivela
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'-,i/ � / F1Fig. 2.2 Fuerzas que actúan sobre los componentes del Mecanismo Biela-Manivela por acción de los gases
2.1.2 Componentes principales del motor 2.1.2.1 Elementos Fiios
Dentro de los elementos fijos de un motor podemos mencionar: o Bloque de cilindros
Es una de las piezas más importantes ya que es la base en la que se alojan las restantes.
El cilindro es la superficie donde se desliza el pistón. Puede estar mecanizado en el mismo bloque o puede ajustarse una pieza extraíble llamada camiseta.
Las camisetas secas son fabricadas con paredes delgadas e introducidas a presión a lo largo de todo el cilindro. Se denominan secas por no estar en contacto con el agua de refrigeración.
Camisa de Agua
Cilindro Galería de Aceite
Rodamiento del Cigüeñal
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o La Culata
Es el elemento que sirve de cierre a la parte superior de los cilindros y se
realiza en ella el proceso de combustión, ha de resistir grandes esfuerzos,
por lo que es necesario un cierre perfectamente hermético.
Fig.2.4 Disposición de una culata y sus componentes
2.1.2.2 Elementos Móviles
Dentro de los elementos móviles de un motor podemos mencionar:
o Mecanismo biela-manivela
Fig.2.5 Mecanismo biela-manivela
o Pistón
Es el elemento móvil que se desplaza en el interior del cilindro y recibe la fuerza de expansión de los gases de la combustión para transmitirlos
al cigüeñal por medio de la biela.
Actualmente los pistones utilizados en automoción son de aleación ligera a base de aluminio y silicio con ligeros contenidos de cobre, níquel y magnesio. El silicio proporciona una reducción del coeficiente de dilatación, mejora la conductividad, aumenta la resistencia a la rotura y reduce la densidad.
o Anillos
Se tiene básicamente dos tipos de anillos: los anillos de compresión que son los que impiden que pasen los gases en los tiempos de compresión y expansión, denominándose al primer anillo de fuego y al segundo o tercero de estanqueidad o rascador; asimismo se tienen los anillos de lubricación que son los encargados de eliminar el aceite de las paredes del cilindro.
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1 - engrase.
2 - rascador.
3 - fuego. -r )
Fig. 2. 6 Tipos de anillos
o Biela
Es la pieza encargada de unir el émbolo (mediante un bulón) con el
o Cigüeñal
Cuerpo
Tapa de biela
Anillo
Longitud
dela biela
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_
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J_
Anatomia de una biela
Las partes denladas
aseguran el posicionamiento
correc!O de las bielas
Caso parlicular de una biela con corte oblicuo
Fig.2. 7 Componentes de una biela
Es la pieza que completa el conjunto biela-manivela. Es el encargado de
la transformación final del movimiento lineal del pistón en movimiento
rotativo.
La forma del cigüeñal depende de los factores de diseños propios para cada vehículo: número de cilindros, ciclos de trabajo, número de apoyos, etc.
Se fabrican por estampación y son de acero aleado al cromo-níquel
posterior que le confiere nna alta resistencia a la tracción (70 a 11 O kg-f/rnm2).
Fig.2.8
Despiece del cigüeñal y cojinetes principaleso Cojinetes
La función principal de los cojinetes de nn motor es la de reducir el rozamiento entre piez.as con movimiento rotatorio o ejes y piezas fijas
del motor, interponiéndose entre ambas.
Considerando el conjnnto pistón-biela-cigüeñal, los cojinetes se montan en tres lugares diferentes:
a) Entre los apoyos del cigüeñal y los alojamientos del bloque motor ( metales de bancada).
b) Entre los muñones o puños del cigüeñal y el extremo mayor de la biela (metales de biela).
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Cojinetes de bancada Cigüeñal,,
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-8ojinetes .A-bol Levas Camsha1t 8earings
Fig.2.9 Ubicación de cojinetes en un motor de combustión interna
o Válvulas
Tienen la función de abrir y cerrar los conductos que comumcan el
interior de la cámara con los colectores de admisión y escape.
También tienen que mantener perfectamente hermética la cámara en los
tiempos de compresión y explosión (expansión) hasta el momento de
abrirse la válvula de escape.
Se construyen con aceros aleados de gran resistencia mecánica a altas temperaturas y resistentes a la oxidación y corrosión. Las aleaciones variarán según se trate de las de admisión o las de escape.
El asiento de válvula en la culata forma un ángulo con el plano de la
Cara exterior ele la cola
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Fig.2.10 Partes de una válvula y accesorios de fijación a su asiento en la culata
o Eje de levas
El eje o árbol de levas es el encargado de abrir y cerrar las válvulas.
Lleva mecanizado unos salientes excéntricos llamados levas que son las
que se encargan de abrir y cerrar las válvulas. Dispone de puntos de apoyo que sirven de sujeción y giro del mismo árbol de levas con el fin
de evitar flexiones y vibraciones.
STRE DEL-Á_F.tl:3:0L DEL STRIBWDOR Y \'.)E LA
1 BOMBA DE ACEITE
Fig.2.11 Eje de levas
EXCENTRICIDAD DE MANDO'
DE LABÓ.MBA OE,.GASOLINA:
2.2 ETAPAS DEL PROCESO DE REPARACIÓN DE UN MOTOR
El servicio de reparación de un motor depende principalmente del diagnóstico,
se deduce de observaciones y medidas realizadas antes o después del
desmontaje del motor y conduce a conclusiones que ameritan la reparación
parcial o general del motor.
2.2.1 El proceso de reparación de un motor
El proceso de reparación se puede realizar teniendo en cuenta los
siguientes pasos:
a. Recepción.
b. Lavado exterior.
c. Desarmado.
d Limpieza de piezas.
e. Selección de piezas y mediciones del desgaste de piezas. f Reparación de piezas o compra de nuevas.
h. Montaje de subconjuntos (armado de mecarusmo y sistemas del
motor).
1. Montaje o ensamble general.
J. Puesta en marcha.
k. Asentamiento.
l. Ajustes finales.
m. Entrega.
La recepción debe incluir una inspección detallada para llenar un
protocolo de recepción donde se indican las piezas faltantes, el estado
externo del motor y otras observaciones.
Las mediciones de las diferentes piezas nos permitirán decidir por el
cambio o reparación (reacondicionamiento) de las mismas.
Asimismo, cabe mencionar que un control de calidad, esto es,
mediciones luego de la reparación de las piezas, nos permitirá asegurar
un funcionamiento seguro y confiable del motor.
LIMPIEZA
DE PIEZAS
DESARMADO
LAVADO
EXTERNO
RECEPCIÓN
ENTRADA
SELECCIÓN Y MEDICIÓN
DEL DESGASTE
1
111,1
DE PIEZAS
INGRESO DE
REPUESTOS
REPARACIÓN DE
PIEZAS PEQUEÑAS
FABRICACIÓN
DE PIEZAS
REPARACIÓN DE
PIEZAS PRINCIPALES:
MONOBLOCK
CIGÜEÑAL
BIELAS
CULATA
ELIMINACIÓN DE
PIEZAS
DEFECTUOSAS
•
CONTROL DE
CALIDAD METROLOGIA POTS-REPARACIÓN O FABRICACIÓN
COMPLETAMIENTO
DE PIEZAS
ARMADO DE
MECANISMO
ARMADO DE
SISTEMA
ENSAMBLE GENERAL
PUESTA EN MARCHA
ASENTAMIENTO
AJUSTES FINALES
DOCUMENTAC
�I ENTREGA
=
1
Para el lavado exterior el motor podría ubicarse en una plataforma móvil a fin
de facilitar el transporte del mismo. La recomendable es usar agua caliente a
(75 - 85)ºC y a una presión de (4 - 5) kg/cm2.
Fig.2.13 Máquina para el lavado de un motor
2.2.2 Desarmado del motor
El desarme es una de las fases más importantes del proceso
tecnológico de la reparación del motor. La eficiencia de este proceso
incide en los tiempos y en el costo de reparación del motor.
un correcto orden de desarme o por no emplear las herramientas
adecuadas.
Muchas piezas están constituidas por 2 o más componentes, los cuales no se deben bajo ningún aspecto confundir.
Se recomienda utilizar carritos transportables con separaciones con el
fin de tener por conjuntos las piezas del motor y así facilitar las
operaciones posteriores.
Es muy recomendable trabajar el motor en un banco de trabajo cómodo y de preferencia rotativo para facilitar el proceso de desarme, armado, regulaciones y calibraciones del motor.
2.2.3 Limpieza y lavado de piezas
Las piezas componentes del motor deben ser limpiados de la suciedad, grasas, hollín, óxido y otros. La calidad del lavado ayuda a elevar la calidad del servicio de reparación.
Una pieza libre de grasa y suciedad es fácil de calibrar y de medir el
grado de desgaste que presenta.
Las sustancias grasas son de 2 tipos: las primeras se disuelven con
soluciones básicas las cuales forman jabón con las grasas orgánicas y se eliminan fácilmente. Las grasas minerales y otros se disuelven con
kerosene o gasolina.
2.2.4 Reparación de piezas por mecanizado
Este método es una de los más utilizados para reparar las piezas más
importantes del motor, siempre que el espesor de metal que se elimina
no afecte la resistencia ni el tratamiento térmico de las superficies de
trabajo de las piezas.
Este tema se tratará en los capítulos siguientes.
2.2.5 Reparación agregando piezas suplementarias (bocinas, aros, etc.).
Se utiliza este método cuando no existe la posibilidad de mecanizar y
utilizar repuestos en súper medidas que compense el espesor del material extraído.
La medida mínima de las piezas, al tener menos espesor o medida no es garantía para un buen funcionamiento.
Las piezas suplementarias se montan en frío o a temperatura que
llegan a 150 ºC. En muchos casos se debe fijar las piezas suplementarias con prisioneros o si es posible con un cordón de
soldadura lateral.
Este método permite recuperar las dimensiones nominales de las
2.2.6 Reglas generales para el montaje, desmontaje y reparación de
motores
Para el proceso de reparación de un motor, durante el desmontaje y
montaje de piezas, se recomienda tener en cuenta las siguientes reglas
generales las cuales permitirán simplificar y realizar el trabajo con
éxito.
Las principales reglas son las siguientes: A) Determinar el lugar de la avería.
Antes de tocar un solo tornillo se deberá comprobar los síntomas de avería que presenta el motor y reflexionar sobre ellos para determinar,
con la mayor exactitud posible, el lugar de la avería.
B) Estudiar el mecanismo a desmontar.
En algunos casos, el mecánico conoce el mecamsmo que debe desmontar, si ya anteriormente lo ha hecho; pero dada la diversidad de tipos de motores, el mecánico, sobre todo si no tiene muchos años de práctica, se encuentra, en la mayoría de los casos, con mecanismos que no ha desmontado nunca, aunque conozca otros semejantes. En tales casos debe observarse éste atentamente, viendo cómo están sujetas las piezas unas a otras y pensando cómo pueden desligarse y volverse a unir después, así como pensar en la función de cada pieza y cómo trabajan en el mecanismo.
C) Desmontar el mínimo de piezas o mecanismos necesarios.
trabajo de la reparación al mínimo y tiende a evitar al máximo los
posibles errores del montaje posterior a la reparación de la avería.
D) Señales para montaje.
En muchos casos las piezas que se desmontan deben volver a
colocarse en una posición determinada unas con respecto a otras,
dificil de determinar. En tales casos el mecánico, siempre que le sea
posible, deberá marcar las piezas antes de desmontarlas, de tal modo
que las marcas le sirvan de referencia segura al volverlas a montar. En
las posibles manipulaciones de las piezas marcadas debe evitarse que
las marcas desaparezcan antes del montaje.
E) Guardar en orden las piezas desmontadas.
Al ir desmontando un mecanismo, las piezas que se retiran del
conjunto deben mantenerse en el mayor orden posible; son prácticas
aconsejables el guardar los tornillos con sus tuercas correspondientes
apuntadas, esto es; puestas en los tornillos sólo comenzadas a roscar, y
guardar todas las piezas en una caja de tamaño adecuado. Cuando las
piezas son de gran tamaño éstas no se colocan en la caja o cajón, pero
si las pequeñas.
F) Utilizar herramientas adecuadas.
Tanto en el desmontaje como en la reparación y montaje debe, en cada
caso, emplearse la herramienta adecuada y en buen estado; una llave demasiado grande o un destornillador demasiado pequeño o en mal
G) Montar exacto al original.
Al efectuar el montaje de un mecanismo previamente desmontado, se
debe procurar que quede exactamente como estaba antes del
desmontaje. No se puede simplificar un mecanismo haciendo
modificaciones en los montajes originales ya que generalmente son
fuente de fracasos y averías. Se debe reflexionar antes de introducir un
cambio, ya que el constructor ha tenido sus razones para hacerlo tal
como es y que el mecanismo que tiene entre manos es, en general, el
fruto del estudio y la experiencia de un grupo de profesionales en la
construcción de motores.
B) Indicar si se realizan montajes provisionales.
Se dan muchas ocasiones en las cuales la avería que se trata de reparar
es tal que no se dispone de los medios necesarios o piezas de repuestos
adecuadas para realizar una reparación definitiva. En muchos de estos
casos se puede realizar una reparación provisional que permite
funcionar el motor hasta que haya ocasión de ejecutar la reparación
completa. Siempre que esto suceda el mecánico no debe descuidarse
de indicarlo, ya que la avería tarde o temprano se produce y entonces podría responsabilizarse de esto a la falta de conocimiento del
3.1 ORIGEN DE LAS FALLAS EN LOS COMPONENTES DE UN MOTOR El origen de las fallas de los componentes de un motor son las siguientes:
a) Destrucción de piezas por fatiga
b) Desgaste por encima de cierto límite
c) Corrosión
d) Deformación plástica
e) Cambios en la estructura fisica de los materiales de las piezas del motor.
3.1.1 Destrucción de piezas por fatiga
La mayor parte de piezas móviles del motor trabajan con cargas cíclicas variables por lo que están sometidas a la fatiga la cual sucede
generalmente en los lugares donde se concentran las tensiones. Con el
tiempo de operación de los motores, en estas piezas aparecen
microfisuras que son el inicio de la destrucción de la piez.a por fatiga.
La duración de las piezas similares de motores es muy variable. Sobre la base de datos estadísticos se puede solo afirmar la probabilidad de que
En los motores, las piezas que están sometidas a fatiga son: el cigüeñal, las bielas, espárragos, etc. Con una adecuada organización del servicio de mantenimiento y reparaciones, este fenómeno se puede detectar a tiempo para evitar la destrucción del motor.
3.1.2 Desgaste por encima de cierto límite
La mayoría de fallas se suceden en el motor por desgaste excesivo.
El desgaste se puede definir como el cambio de las dimensiones de las piezas del motor durante el período de operación. Por ejemplo, la variación del diámetro de un eje, el espesor de una pieza o la longitud de otro elemento, el desgaste se mide en unidades de longitud (milímetro o micras).
3.1.3 Corrosión
La corrosión afecta en mayor o menor grado a todas las piezas del
motor. Este fenómeno afecta al motor durante su funcionamiento o
también entre intervalos de operación.
La corrosión afecta la resistencia de las piezas, malogra el acabado superficial de las superficies rectificadas. Los productos de la corrosión
tienen elevada dureza y su presencia en mecanismos origina la
3.1.4 Deformación plástica
Las deformaciones plásticas son originadas por el envejecimiento
natural de las piezas del motor en condiciones de tensió� vibración y
elevada temperatura, así como también por la destrucción del motor que
origina un detenimiento violento con deformación de sus componentes.
Los principales tipos de deformación plástica son alabeo, flexado,
torsionado, aplastado, cambio de la elasticidad en los resortes.
Las deformaciones se detectan midiendo las piezas y las uniones de 2 ó
más elementos del motor.
3.1.5 Cambios en la estructura física de los materiales de las piezas del
motor.
Algunas piezas son muy inestables al tiempo y sufren de un
envejecimiento natural, por ejemplo el jebe de retenes, por ese motivo,
durante la reparación del motor, se deben cambiar obligatoriamente.
Es imposible construir los motores de tal forma que todas las piezas se
gasten a igual velocidad, por lo que la reparación es una actividad
plenamente justificada.
3.2 A VERÍA EN LOS COMPONENTES DE UN MOTOR
3.2.1 Culatas
A la culata, también se le conoce como "tapa del cilindro", dado que su
misión consiste en tapar la cámara de combustión de forma que los gases
La culata se fija al bloque mediante espárragos de acero y de gran
resistencia, pues tiene que aguantar todo el esfuerzo de los gases que se
compnmen.
Entre la culata y el bloque se dispone una junta o empaquetadura con el fin de evitar pérdidas de presión.
A) Formación de grietas
Las incrustaciones van formando sin cesar capas superpuestas en las
paredes de la culata, impidiendo la transmisión del calor. Por ello su
limpieza no debe demorarse en exceso; no debe olvidarse que en
cualquier momento puede desprenderse en un pedazo de costra, con lo
cual el agua se pone en contacto con al pared y la temperatura se eleva
en exceso.
En caso de corrosión, o sea, cuando las paredes de la culata son atacadas
por el oxígeno del agua o del aire esta queda debilitada y llegan a
producirse grietas.
Para hacer frente a esa corrosión, se mezcla el agua con un compuesto
llamado "inhibidor" de la corrosión. Se trata de un compuesto de nitrato
o de cromato que deposita sobre las superficies de las paredes unas películas protectoras que evitan la formación de la herrumbre.
B) Problemas de refrigeración y grietas en las culatas
forma sólida con el calor, en los puntos calientes se forman incrustaciones que provocan mayores temperaturas al aislar la zona. También puede ocurrir que el problema nazca en puntos en que la sección de paso se hace grande o el refrigerante queda estancado, con lo que lejos de enfriar, acabará produciendo bolsas de vapor en esos puntos. Esto es lo que quiere representar la figura 3. 1.
A B
e
Fig. 3.1 Culata con incrustaciones. A: cámaras de agua; B: conducto de
aspiración; C: capas de sales (incrustaciones)
Fig. 3.2 Sección parcial de una culata de un motor diesel de 4
tiempos. 1: alojamiento de la válvula de admisión; 2:
alojamiento del inyector; 3: alojamiento de la válvula de
escape; A: puntos en que pueden producirse grietas.
El mejor material para las culatas es la fundición que resiste bien el agua
y su carbono, forma muy buenas guías y asientos; pero suele alearse
algo, precisamente para conseguir un buen coeficiente de transmisión de
calor que evite las grietas.
El proceso menos grave es el que se ve en A de la figura 3.3. En la pared rayada, una cara soporta la alta temperatura y se dilata; pero la otra cara se enfría, se encoge y la pared plana se curva hacia arriba, si puede. Puede ocurrir que las paredes P del resto de la pieza. fría se lo impidan y entonces pueden pasar dos cosas:
Primera: que la capa caliente aguante la tensión de alargamiento y la
Segunda: que, como es corriente, la capa caliente ( como ve en la parte B
de la figura) sea la que al dilatarse, sostenida por los puentes de válvula,
se tenga que deformar plásticamente y pase de la forma 1 a la 2. AJ
motor no le pasa nada todavía. Cuando se para se enfría todo hasta la
forma de origen 1 y al faltar la pasta acumulada en 2, se abre la grieta. Si el material tiene buena conductibilidad térmica o la refrigeración en esos
puntos es enérgica, no hay suficiente diferencia de temperaturas, entre
una y otra cara, para provocar estos efectos.
2
¡
p _-_-_-_-_-2�
1
��{r---Fig. 3.3 Proceso de formación de las grietas
La comprobación de si una culata tiene fugas, por grietas, se hace mediante una prueba de presión hidráulica y viendo si en algún punto
filtra agua. AJgunas veces, si se aplica este procedimiento y la grieta es
del tipo A no aparece fuga alguna porque al enfriarse se vuelve a cerrar (lo contrario de lo que ocurre en B). En ese caso puede admitirse que la
pieza sigue siendo buena, a no ser que otros motivos, por ejemplo
oxidación de válvulas o anillos, obligasen a rechazarla. La apariencia de
de una fundición normal a una aleada de menor resistencia pero de
conductibilidad térmica doble, hizo desaparecer las grietas.
Fig. 3.4 Una de las grietas más frecuentes es la del puente entre la
válvula de admisión y el escape o entre éste y el inyector
C) Corrosión
La corrosión se presenta en puntos muy variados y en forma muy
diferentes produciendo a veces daños considerables en las piezas.
Existen tres formas bastante diferentes de ataque por corrosión.
La primera, y más conocida, es el ataque químico de los metales por una atmósfera ácida u oxidante ( atmósfera con vapores ácidos o humedad) favorecida por la temperatura o la presión. Es la corrosión química.
La segunda se produce cuando dos clases de metales diferentes (por ejemplo: hierro y cobre o también zinc y hierro) se ponen en contacto. Si en su superficie puede presentarse una atmósfera conductora ( el aire
corriente se come el metal más electronegativo y se recubre de una
protección el más electropositivo. (En el par cobre - hierro se come el
hierro, en el zinc - hierro o magnesio - el hierro se come el zinc o al
magnesio). La escala es así: oro -mercurio - plata - cobre - estaño
-plomo - níquel - cobalto - hierro - zinc - magnesio, es la corrosión
galvánica.
Finalmente, existe una tercera variante de corrosión en la que se suma a
alguno de los dos efectos anteriores un problema mecánico que acelera
los desgastes, suele ser: roce, vibración de la pared metálica o darlo de
fluido (agua o gases) incidiendo sobre la pared. En este caso se le llama
corrosión -erosión.
Por ejemplo, el bulón del pistón tenía algo de juego y escupía el aceite
de su alojamiento. Debido a la temperatura de esa zona ( unos 200º C) se
formaba un dardo de vapor de aceite, que ayudaba a descoronar la pared
del pistón.
La corrosión en los motores de combustión interna tiene muchísima
importancia, ataca a piezas complicadas y vitales. Se presenta fácilmente en los circuitos de refrigeración, especialmente cilindros y culatas. La
corrosión puede tener efectos secundarios: por ejemplo concentrar los
esfuerzos en un punto débil a causa de su ataque.
El líquido refrigerante si es excesivamente puro (por ejemplo agua destilada) es muy fácil que produzca el ataque químico del hierro que se
irá oxidando, sobre todo si en ciertos puntos calientes se vaporizan
En los motores refrigerados por agua de mar, este efecto es mucho más
enérgico, porque el agua se vuelve muy conductora.
En cilindros y culatas se trata siempre de fundiciones más o menos aleadas. La superficie interior del cilindro suele llevar un revestimiento ( cromado, nitrurado, sulfunizado, etc.).
Es conveniente rechazar refrigeración directa con el agua de mar,
incluso en los buques. Lo propio es refrigerar en circuito cerrado con
una mezcla bien preparada o agua corregida y enfriar esa agua en W1
intercambiador de calor, alimentado por el agua de mar o la fuente de
frío exterior de que se disponga.
3.2.2 Conjunto pistón-cilindro
A) Desgastes de los Cilindros y sus Causas
El desgaste mayor se debe al roce del pistón que hace necesario, en motores de gran tamaño, un engrase a alta presión de las paredes.
También incluyen las temperaturas, así como los gases que escapan de la
cámara a través de los anillos. Las temperaturas llegan a deteriorar el
aceite.
Las paradas y frecuentes cambios de régimen rompen la película de engrase, lo que sin duda favorece el desgaste.
Entre los elementos que erosionan el pistón y el cilindro se hallan los residuos abrasivos en aceite y combustible, el combustible ácido y los
El polvo arrastrado por el aue de admisión resulta fatal, así como el
exceso de carga, por lo que al desgaste se refiere.
Finalmente, las lacas que pueden formarse se pegan a las ranuras de ]os
anillos y hacen crecer el "blow-by" o fuga de gases de combustión.
Toda pieza al funcionar, se hermana con su superficie de sostén y ambas
realizan una labor de hermanamiento y rodaje que deja claramente sus
huellas sobre ambas, pero eso, lejos de ser malo, es muy beneficio y le
permite al mecánico saber muchas cosas que ocurrían durante el
servicio. Por ejemplo: si un empujador tenía tendencia a trabajar
inclinado; si una válvula giraba al funcionar; si una leva levantaba su
rodillo por toda la generatriz; si un cojinete trabajaba más de los
extremos que por el centro, o lo contrario, etc. en todos esos casos no se
trata de rayados y mucho menos de agarrotamientos, sino tan sólo de un
pulido o suavización superficial que se produce entre las piezas.
Podríamos decir que se trata de marcas ópticas, que se producen por aplastamiento y endurecimiento superficial y que nunca presentan
erosiones o levantamientos de la superficie de los materiales.
En el caso de los cilindros, puede haber muchas marcas ópticas. Por ejemplo, suele ver visible el nivel vertical que alcanza cada uno de los
aros en su carrera; el final de la falda del pistón y unas anchas rayas
B) Desgaste de la camisa
El desgaste de la camisa en un motor Diesel es un fenómeno importante
y, a la vez, muy poco conocido.
El desgaste obliga al reemplazo de la camisa; su duración no excede de
los seis o siete años, pues es tan acusado e irregular que no permite su
utilización por más tiempo. En los motores rápidos el desgaste es más
acusado en el diámetro transversal que en el longitudinal, debido al
mayor roce que el émbolo ejerce transversalmente a causa de la
inclinación de la biela.
Muchas son las causas del exceso de desgaste en un cilindro. Citaremos
alguna, indicando también la forma de subsanarlas.
o Aceite de engrase de mala calidad (revisar el manual del motor).
o Mala combustión, que deja carbonilla (revisar el sistema de inyección).
o Agua en el combustible (hay que filtrar el combustible).
o Refrigeración defectuosa (limpiar los conductos).
o Pistón y cilindro deformados (comprobar el desgaste y, según los casos,
sustituirlos por otros).
o Frecuente puesta en marcha en tiempo frío.
o Desgaste normal del cilindro, etc.
Todas estas causas influyen indudablemente, en mayor o menor medida,
en la vida de las camisas.
superior; la camisa debe desmontarse cada dos años, por lo menos, para
proceder a su limpieza completa y total.
Fig. 3. 5 Desgaste de una camisa en un motor diesel
C) Cavitación
Los golpes que da el pistón contra el cilindro provocan en la pared unas vibraciones, como al golpear un gong o una campana. Esas vibraciones
suelen hacer que la masa de agua que envuelve la camisa se despegue de ella y se formen unas burbujitas de vacío o vapor que atacan
enérgicamente la pared. Este efecto se puede hacer más o menos
extenso, pero casi siempre hace aparecer en la pared exterior de la camisa húmeda un picado longitudinal más o menos extenso pero
profundo, como se ve en la figura 3.6. En esos casos la verdadera
casi siempre imposible. Queda el camino de añadir unas guías de chapa
que aumenten la velocidad del agua al obligarla a circular en espiral, con
lo que se arrastran las burbujas y así no causan daño.
jr
·
l
______
, .Fig. 3. 6 Cilindro con cavitación
D) El pistón se agarrota
Los pistones pueden deformarse con relativa facilidad, debido, entre
otros motivos, a las elevadas temperaturas a que están sometidos. Se origina entonces una serie de puntos elevados en su superficie que
impide que el pistón se apoye correctamente en la totalidad de ésta.
Cuando la deformación es pequeña, o sea, cuando estos puntos son poco elevados, se desgastan hasta el nivel general de la superficie y se pulen.
entonces se produce un rozamiento entre metales, lo que engendra
todavía mayor calor y el pistón se dilata, quedando aprisionado en el
cilindro; en una palabra, se agarrota.
¿ Cuándo se conoce que un pistón se va a agarrotar? El primer síntoma es
un ruido desagradable, fruto del rozamiento con la camisa; a la vez, la
velocidad comienza a disminuir y pocos segundos después el motor se
para bruscamente.
Es importante, cuando está a punto de producirse un agarrotamiento, no
parar el motor, pues esto supondría la inmovilización del émbolo; lo que
debe hacerse es quitar la carga al motor en primer lugar, y después quitar el suministro de combustible al cilindro afectado y aumentar, por
el contrario, el suministro de aceite de engrase.
Se mantiene el motor en funcionamiento algunos segundos para permitir
que el cilindro se enfríe y finalmente se extrae éste para su inspección.
E) Anillos
Los problemas más importantes y frecuentes son:
o Anillos pegados.
Los síntomas serán una falta de potencia, consumo excesivo y consumo
importante de aceite. En este caso, lo primero es despegar los anillos y
retirarlos, utilizando para ello querosene o hirviéndolos en agua con detergente. De no conseguirlo, deben romperse con una cuña procurando
o Deformación de la camisa o de los anillos.
Al desmontar pueden aparecer fugas de gases, que se aprecian
fácilmente porque en las zonas de fuga la superficie de fricción con el
cilindro aparece negruzca en lugar de brillante por el roce. La culpa de
dicha deformación puede ser de la camisa o de un trabajo defectuoso del
émbolo.
Los anillos no puede� en estas circunstancias, volver a montarse.
Limitarse a cambiar los anillos es un procedimiento fácil y económico
pero de dudoso resultado, ya que tardarían en rodarse de nuevo y no se
conseguiría la deformación del cilindro, si esta era la causa de la avería.
Por lo tanto para corregir la deformación debe rectificarse la camisa. Si el émbolo o pistón está en buenas condiciones, no será preciso
sustituirlo.
3.2.3 Cigüeñal
Aparte de la falta de aceite, debida en realidad a descuido, la causa
principal de los problemas en el cigüeñal es la falta de rigidez del bloque
o la imperfección del asiento de los cojinetes.
Es fácil que el cigüeñal presente algún defecto de fabricació� algún
ángulo demasiado vivo, etc., lo que puede ser el primer paso para la
rotura.
Entre los defectos más importantes que presentan los cigüeñales
mencionaremos:
2. Desgaste de los alojamientos de la polea y la volante.
3. Fisuras.
4. Flexión del cigüeñal.
3.2.4 Bielas
Los defectos más comunes que presentan las bielas son:
1. Desgaste de la superficie interior del pie.
2. Desgaste de la superficie interior de la cabe.z,a.
3. Desgaste de los alojamientos de los pernos de ajuste de la tapa.
4. Torcedura del vástago.
5. Flexión del vástago.
La reparación de las bielas puede comprender: el cambio de la bocina
del pie, rectificado del plano de unión del cabe.z,a con la tapa, rectificado
de la bocina, endere.z,ado del vástago.
3.2.5 Cojinetes
Principales defectos
Son muchas las causas de averías e los cojinetes que no se pueden
averiguar a simple vista.
Entre los defectos más comunes se tiene:
Fallo total. Causas: temperaturas excesivas o mala lubricación.
Fallo localizado. Causas: desalineación o soportes de cojinetes
3.2.6
Desgaste excesivo. Causas: cigüeñal en mal estado o suciedad en el
cojinete.
Fatiga del materia. Causas: presiones o temperaturas excesivas.
Corrosión. Causas: aceite muy caliente o con ácidos del azufre.
Válvulas
La avería más frecuente en el accionamiento de las válvulas es el desgaste de la cara de contacto del empujador con la leva.
Si son las guías de los empujadores las que presentan desgaste, este se
debe al juego excesivo de las mismas, provocando por el esfuerzo que soporta el empujador en el momento de la apertura de las válvulas. Este
esfuerzo no es paralelo al eje del empujador sino que tiende a inclinarse,
con lo que produce el desgaste de la guía. Para comprobar el juego de
los empujadores de utiliza un comparador montado sobre un soporte.
Defectos de las válvulas
Varias son las averías o desarreglos más comunes en las válvulas. Entre
las más comunes tenemos:
La válvula se adhiere.
Las causas pueden ser:
a) Lubricación inapropiada. Hay que verificar la presión del aceite y limpiar el circuito.
b) Poco enfriamiento. Eliminar incrustaciones y sedimentos en el
c) Huelgo defectuoso. Si el huelgo entre válvula y guías es pequeño,
hay falta de lubricación y exceso de calor; si es excesivo, el aceite, al
ser atacado por los gases provenientes del cilindro, se descompone.
Debe establecerse un huelgo apropiado cambiando las piezas que
tengan las superficies rayadas.
Desgaste del vástago y la guía.
Las causas pueden ser:
a) Lubricación defectuosa. Algún obstáculo impide la formación de la
película lubricante. Hay que limpiar el circuito y verificar la presión
del aceite.
b) Excentricidad de la válvula o el asiento. Pueden hallarse
descentrados con respecto a la guía, produciéndose un desgaste lateral,
hay que esmerilar el asiento de acuerdo con la guía, y también la
válvula.
c) Acabado defectuoso de las superficies. Pulir las válvulas antes de
montarlas o buscar válvulas bien acabadas.
Desgaste de la cara.
Causas principales:
a) Deformación del asiento debido a cargar excesivas. Debe cambiarse
el ángulo de inclinación del asiento para reducir el movimiento lateral.
b) Golpes fuertes de la válvula, que pueden ser debidos a un juego
Para subsanar este desarreglo verifíquese que los resortes estén bien
instalados y tengan la tensión adecuada. Si son muy débiles deben ser
reemplazados.
c) Guías flojas que permiten movimientos laterales de las válvulas.
Hay que establecer unas tolerancias mínimas entre la guía y la válvula,
comprobando su alineación.
Otras causas pueden ser la inadecuación del material, la corrosión y la
suciedad del aire que entra o dale del cilindro.
Adelgazamiento del vástago.
La causa es que los gases calientes inciden sobre el vástago al salir del
cilindro y lo van minando hasta fracturarlo.
La solución es buscar un material mejor y más resistente a la oxidación. O efectuar inspecciones para cambiar la válvula antes de
que se rompa.
3.2. 7 Eje de levas
Es posible que el eje de levas adquiera un juego longitudinal que le
permita desplazarse adelante y atrás. Ello produce un ruido perceptible
parecido al de los engranajes de la distribución.
Su origen suele ser el desgaste de la parte saliente de las levas, que es
la zona en que más roce se produce. Si las levas presentan grietas,
habrá que cambiar el eje.
más frecuente, es de placa de tope, el juego puede medirse sm
desmontar el eJe, empujándolo hacia la parte trasera del motor y
colocando un comparador ajustado a cero. El palpador se apoya en la
cara plena del extremo anterior y se empuja al eje hacia delante,
METALES POR CORTE
Las máquinas-herramienta por lo general son máquinas de potencia para corte o
conformación de metales que se utilizan para dar forma a metales mediante.
• La eliminación de virutas. • Prensado, estirado o corte.
• Procesos de maquinado eléctrico controlados.
Las máquinas productoras de viruta, son las que forman el metal al tamaño y forma requerida retirando el material no deseado. Estas máquinas-herramienta
generalmente alteran la forma de productos de acero producidos mediante fundición
forja o laminado.
El desempeño de toda máquina-herramienta se determina por lo general en función de su velocidad de remoción de metal, su exactitud, y su capacidad de repetición. La
velocidad de remoción de metal depende de la velocidad de corte, de la rapidez de avance, y de la profundidad de corte. La exactitud está determinada por la precisión
localización dada. La capacidad de repetición es la aptitud de la máquina para
posicionar la herramienta de corte de manera consistente en cualquier posición dada.
Máquinas como el taladro de columna, el torno, la fresadora y la rectificadora se
considera usualmente máquina-herramienta básica en un taller mecánico.
4.1 PROCESOS DE ARRANQUE DE VIRUTA EN MÁQUINAS
HERRAMIENTAS
El objeto fundamental de la elaboración de los metales por corte es fabricar piezas
de una configuración geométrica requerida y obtener dimensiones exactas y
superficies debidamente trabajadas; dicha operación consiste esencialmente en
arrancar de las piezas brutas la capa sobrante (sobreespesor) de metal.
Las capas sobrantes · ( sobreespesores) de metal de las piezas en bruto son
arrancadas por medio de herramientas cortantes, puestas en acción por máquinas
respectivas (elaboración mecánica) y por procedimiento manual (trabajos de ajuste). Los procedimientos mencionados se denominan elaboración de los
metales por corte.
Como piezas en bruto se utilizan las piezas moldeadas, forjadas, estampadas y laminadas con material de calidad.
Características del proceso de elaboración de los metales por corte
La diversidad de procedimientos para trabajar mecánicamente las piezas,
Los movimientos de cada máquina-herramienta se dividen en principales,
auxiliares de fijación y especiales. A los principales corresponden los de corte I y
de avance II; a los movimientos auxiliares de fijación ID (Fig. 4.1) pertenecen los desplazamientos de los soportes y mesas que se realizan al fijar los instrumentos
de corte o piezas en bruto según la profundidad de la capa de metal que se corta.
A los movimientos especiales pertenecen los movimientos divisores,
distribuidores y otros.
En las operaciones de torneado (Fig. 4.1 a), la pieza en bruto 1 hace un
movimiento giratorio, o también llamado movimiento de corte I (movimiento
principal), mientras que el instrumento 2 (cuchilla) se desplaza progresivamente a
lo largo del eje de la pieza o realiza el llamado movimiento de avance II. En esta
operación la cuchilla puede avanzar también perpendicularmente al eje de la pieza
creando un movimiento de avance transversal.
En las operaciones de rectificado (Fig. 4.1 e, t) al instrumento 2 (piedra) se le
comunica un movimiento giratorio (movimiento de corte I), mientras que a la
pieza 1 se le da un movimiento circular y rectilíneo de avance II, si se rectifican
superficies cilíndricas (Fig. 4.1 e) y un movimiento rectilíneo de avance II, si se
a)
ll
,, .2
,
,
b)
tn
i
e)
f)Fig. 4.1 Procesos fundamentales de corte de metales
Partiendo de los procedimientos fundamentales del tratamiento de los metales
por corte, se observa que al utilizar cualquier máquina-herramienta, será
necesario disponer de dos clases principales de movimientos: el de corte I
(movimiento principal) y el de avance II. Además de esto, todos los
procedimientos de corte de metales en máquinas-herramientas deben ser
complementados por movimiento auxiliares de fijación III.
Los elementos fundamentales que componente el proceso de mecanizado de los
metales son los siguientes: sobre espesor para la elaboración, profundidad de
corte, avance, sección de la capa de metal a arrancar, velocidad de corte y
La profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada del útil, se denomina profundidad de corte. La profundidad de corte es designada con la letra t y se mide en milímetros, en sentido perpendicular entre las superficies a trabajar y la trabajada.
Por avance se entiende el movimiento del instrumento en dirección de]
movimiento de avance con respecto a la pieza o de esta última respecto a]
instrumento, en un período de tiempo determinado ( en una vuelta del eje del
cabezal de los tomos, tomos revólver y taladradoras; en una carrera doble de la
corredera o de la mesa de las acepilladoras. El avance se designa con la letra s
y se mide en milímetros para una vuelta del eje del cabezal (Fig. 4.2), o en una
carrera doble de la corredera (Fig. 4. 1 d). El avance de las fresadoras (Fig. 4. 1 c) se determina en milímetro por minuto para una vuelta del eje del cabezal o para un diente de la fresa. El avance circular (velocidad de giro de la pieza) de las
máquinas con piedras para pulir se mide en metros por minuto.
En un tomo la sección nominal transversal de la capa que se corta (Fig. 4.2)
equivale al producto de la profundidad de corte por el avance, o sea, 2
1
6
Posición extrema de
la cuchilla 7
8
-E--tr-�s-11
4
Posición inicial de la cuchilla
Fig.4.2 Tratamiento con cuchilla y superficies en la operación de
corte: 1) Chuck; 2) Superficie a trabajar; 3) Superficie de
corte; 4) Superficie trabajada; 5) Cuchilla; 6) Pieza;
7) Soporte.
Por velocidad de corte se entiende la distancia que recorre el filo de corte de la
herramienta, al pasar en dirección del movimiento principal (movimiento de
corte) respecto a la superficie que se trabaja multiplicada por la unidad de
tiempo. Al realizar las operaciones del torneado (Fig. 4.2) en tornos, tornos
revólver y de cuchillas múltiples, tornos automáticos y semiautomáticos, la
velocidad de corte se mide sobre el plano de giro de la pieza, como velocidad
tangencial de la superficie que se trabaja según el máximo diámetro de ésta. La velocidad de corte se designa con la letra v y se mide en metro por minuto, o
sea,
Donde v= velocidad de corte, en m/min;
d= diámetro de la superficie de la pieza que se trabaja, y
en algunos casos, del instrumento, en mm;
n= número de revoluciones del eje del cabezal ( o de la pieza),
y en algunos casos, del instrumento, en r.p.m.
El instrumento que se utiliza para arrancar la capa sobrante de metal ( sobre
espesor) se llama instrumento de corte (cuchilla).
La forma principal de los instrumentos de corte es la cuña. El contorno de los
filos del instrumento depende de las propiedades del material que se trabaja y
de las condiciones en las cuales transcurre el proceso de corte.
La herramienta cuneiforme más simple es la cuchilla. Las demás (broca, fresa,
escariador) son modificaciones de la cuchilla.
La cuchilla (Fig. 4.3) consta de la parte activa (cabeza de corte) y del mango
(vástago); éste sirve para sujetar la misma en el portaherramientas (soporte).
La parte activa de la cuchilla está formada por tres superficies especialmente
torneadas en un extremo del cuerpo de la cuchilla, a saber: superficie de
ataque, de incidencia principal y de incidencia secundaria. Los cortes (filos) de
la cuchilla (Fig. 4.3) son formados por la intersección de las tres superficies
indicadas más arriba. El filo principal, que arranca la capa de metal, está formado por la intersección de la superficie de ataque y a la superficie de
incidencia principal. El corte secundario está formado por la intersección de la superficie de ataque y la superficie de incidencia secundaria. El punto de
incidencia de los cortes principal y secundario se denomina punta de la
cuchilla. Esta puede ser aguda o redondeada con un radio de O, 1 a 2,0 mm.
2
7
Fig. 4.3 Cuchilla: 1) Cabeza; 2) Cuerpo; 3) Superficie de ataque;
4) Superficie de incidencia principal; 5) Corte principal;
6) Punta de la cuchilla; 7) Superficie de incidencia
secundaria; 8) Corte secundario.
Los ángulos principales de la cuchilla son medidos en el plano secante
principal (Fig. 4.4).
El ángulo de incidencia principal a es el ángulo que está formado por la
superficie de incidencia principal de la parte activa de la cuchilla y el plano
de corte. El ángulo de filo
13
es el ángulo formado por la superficie de ataquey la superficie de incidencia principal de la cuchilla.
El ángulo de ataque o de desprendimiento y es el ángulo formado por la
trazado por el filo principal. El ángulo de ataque juega un importante papel en
el trabajo de la cuchilla.
�-�a.,
----Plano principal
Fig. 4.4 Planos en la operación de corte y ángulos de la cuchilla.
4.2 CARACTERÍSTICAS DE
CONVENCIONALES
4.2.1 Herramientas de corte
LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTAS
Uno de los componentes más importantes en el proceso de maquinado
es la herramienta de corte o cuchilla, de cuya función dependerá la
eficiencia de la operación. En consecuencia, debe pensarse mucho no
sólo en la selección del material de la herramienta de corte, sino también en los ángulos de tal herramienta, necesarios para maquinar
Existen básicamente dos clases de cortadores (excluyendo los de tipo
abrasivo): de punta simple y de puntas múltiples o multipuntos. La
cuchilla para tomo, es la herramienta de punta simple más común. Los
principios de este tipo de herramienta de corte.
A) Materiales de las herramientas de corte
Los cortadores o cuchillas para tomo se fabrican generalmente de
cinco materiales; acero de alta velocidad, aleaciones coladas o
fundidas (como la llamada estelita), carburo cementado, cerámico y
cermets. Los materiales de herramienta de corte menos usuales, como
el nitruro de boro cúbico policristalino (PCD), están siendo muy
utilizados en al industria del trabajo de metales debido a la mayor
productividad que ofrecen. El Borazon se emplea para maqumar
aceros aleados endurecidos y superaleaciones tenaces. Las
herramientas de corte de diamante policristalino se utilizan para
maquinar materiales no férreos y no metálicos, que requieren estrictas
tolerancias y un alto acabado superficial. Las propiedades que poseen
estos materiales son diferentes, y la aplicación de cada uno depende
del material por maquinar y del estado de la máquina.
Las cuchillas para tomo deben ser como sigue:
• Duras.
• Resistentes al desgaste.
• Capaces de mantener una dureza al roJo durante la operación de
maquinado. (La dureza al rojo es la capacidad del material de la
enroJezca debido al alto calor producido en la inter-cara pieza
herramienta durante la operación de corte).
• Deben ser capaces de soportar impactos durante la operación de corte.
• Deben tener una forma tal que la arista afilada pueda penetrar debidamente en la pieza. (La forma estará determinada por el material
de la herramienta de corte, el material a cortar y el ángulo del filo).
o Cortadores de acero de alta velocidad
Probablemente la herramienta cortante de uso más común en las
operaciones de tomo es la cuchilla de acero de alta velocidad. Los
aceros de tal clase pueden contener combinaciones de tungsteno,
cromo, vanadio, molibdemo y cobalto. Son capaces de realizar cortes
gruesos, soportar impactos y mantener la arista o borde de corte
afilado aun a altas temperaturas.
o Cortadores de aleación fundidos
Estas herramientas de corte ( de estelita o stellite) contienen
usualmente de 25% a 35% de cromo, de 4% a 25% de tungsteno, y de
1 % a 3% de carbono; el resto es cobalto. Estos cortadores tiene alta dureza, elevada resistencia al desgaste y excelentes cualidades de
dureza al rojo. Debido a que son fundidas, resultan más débiles y frágiles que los de acero de alta velocidad. Las cuchillas de estelita
sirven para altas velocidades y avances para cortes profundos e
veces y media la velocidad correspondiente a una cuchilla de acero de
alta velocidad.
o Cortadores de carburo cementado
Las herramientas de carburo son capaces de velocidades de corte tres o
cuatro mayores que las correspondientes a cortadores de acero de alta
velocidad. Tienen baja tenacidad, pero alta dureza y excelentes
cualidades de dureza al rojo.
o Cortadores de carburo recubiertos
Estas herramientas de corte se fabrican depositando una capa delgada
de nitruro de titanio resistente al desgaste, o de carburo de titanio o
bien de óxido de aluminio (cerámico) en la arista cortante de la
herramienta. ·nicha capa aumenta la lubricación, mejora la resistencia
al desgaste del borde cortante en 200% a 500%, y reduce la resistencia
a la ruptura hasta un 20%, al mismo tiempo que aporta una más larga
duración y permite velocidades de corte más altas.
o Cortadores de cerámico
Un cerámico es un material resistente al calor, producido sin un agente
de adhesión metálico, como el cobalto. El óxido de aluminio es el
material más común utilizado en la fabricación de herramientas de corte cerámicas. El óxido de titanio o el carburo de titanio pueden
utilizarse como aditivos, dependiendo de la aplicación de la
4.2.2
o Cortadores de diamante
Las herramientas de corte hechas de diamante se utilizan
principalmente para maquinar metales no ferrosos y materiales no
metálicos abrasivos. Los diamantes naturales monocristalinos tienen
propiedades de alta resistencia al desgaste, pero baja resistencia al
impacto.
o Cortadores de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico (Borazon) sigue después del diamante en la
escala de dureza. Las herramientas de corte de este material se
fabrican uniendo una capa de nitruro de boro cúbico policristalino, a
un substrato de carburo cementado, lo que da una buena resistencia al
impacto, ofrecen excepcional alta resistencia al desgaste y duración
del filo, y · pueden utilizarse para maquinar aleaciones de alta
temperatura y aleaciones ferrosas con templado.
Nomenclatura de la herramienta de corte
Las herramientas de corte utilizadas en un tomo son por lo general de
punta simple, y aunque la forma de la cuchilla se modifica para
diversas aplicaciones, se aplica la misma nomenclatura a todas las
herramientas de corte (Fig. 4.5).
La base es la superficie inferior del cuerpo de la herramienta.
El filo ( o arista cortante) es el borde frontal de la cuchilla, que realiza
La cara es la superficie supenor contra la que empuJa la viruta
conforme se separa de la pieza de trabajo.
El flanco es la superficie lateral de la herramienta adyacente y situada
debajo de la arista afiliada.
La punta es el extremo filoso de la herramienta de corte, fonnado en la
unión del flanco y la superficie frontal.
El radio de punta (o nariz) es el de curvatura de la punta. El tamaño
del mismo afectará el acabado. Para desbaste, se utiliza un radio de
punta pequeño [de aproximadamente 1/64 pulg (0.38 mm)]. Se usa un
radio mayor [de aproximadamente 1/16 a 1/8 de pulgada (1.5 mm a 3
mm) para los cortes de acabado.
La cabeza cortante es el extremo de la herramienta (cuchilla) con
afiliado para hacer el corte.
El cuerpo ( o vástago) es el soporte del extremo del cortador, y es la parte sujetada por la porta-cuchilla o porta-herramienta.
CARA
BORDE CORTANTE O FILO
CUERPO
FLANCO BASE
