Utillaje en Mecanizado: Conceptos, Requisitos y Componentes
Conceptos Fundamentales del Utillaje
1. Definición de Utillaje en Mecanizado
Se denomina utillaje a cualquier dispositivo, especial o estándar, situado entre el plato o la mesa de la máquina herramienta y la pieza a mecanizar, facilitando la ejecución de una o más operaciones.
2. Utillaje Habitual
Se entiende por utillaje habitual el equipo ordinario de las máquinas herramientas convencionales. No siempre es el más adecuado para ciertos procesos, aunque se trate de trabajos unitarios que realicen operarios cualificados.
3. Utillaje Especial
El utillaje especial es el que debe permitir ejecutar procesos específicos, tanto si su ubicación es una pieza unitaria como en la producción en serie. No por el hecho de utilizar montajes especiales mejorará la precisión de la máquina, puesto que las imprecisiones de estos suelen sumarse a los propios de la máquina, lo que sin duda repercute en la pieza.
Requisitos Clave del Utillaje
4. Tipos de Requisitos que debe cumplir el Utillaje
El utillaje debe cumplir con tres tipos principales de requisitos:
- Económicos: Suelen representar el 30% del coste de fabricación de una serie de piezas. El tiempo invertido en su diseño se aproxima al 25% del tiempo total de preparación del mecanizado.
- Técnicos: Un utillaje genera la conexión física entre la máquina y la pieza que se debe mecanizar. El utillaje debe garantizar el posicionamiento y orientación de la pieza, así como su mantenimiento a pesar de las fuerzas de corte, fuerzas de amarre y del peso propio de la pieza.
- Ergonómicos: Requisitos que inciden en la comodidad y facilidad de amarre y desamarre de la pieza.
Requisitos Técnicos Detallados
5. Esquema de Requisitos de la Pieza a Mecanizar desde el Punto de Vista Técnico
El utillaje debe cumplir con las siguientes condiciones respecto a la pieza:
- Generar la referencia espacial de la pieza.
- No deformar la pieza por encima de los límites establecidos.
- No interferir en el mecanizado de la pieza.
15. Factores que Influyen en el Diseño del Utillaje
Los siguientes factores deben considerarse en el diseño:
- Relaciones de tolerancias geométricas entre caras a mecanizar o que ya han sido mecanizadas.
- Forma y propiedades de la pieza.
- Tamaño y propiedades de las caras de posicionamiento, amarre y soporte.
- Forma y tamaño de los elementos disponibles para posicionar, amarrar y soportar.
- Direcciones del mecanizado.
- Valor de las fuerzas y direcciones.
- Tendencias a vibraciones durante el mecanizado.
Utillaje Específico y Modular
6. Características del Utillaje Específico
El utillaje específico presenta las siguientes características:
- Diseñado y fabricado para la sujeción de una pieza específica, lo que limita su funcionalidad a esa pieza.
- Mantiene su precisión durante largos periodos de uso.
- Incorpora en pocos elementos muchas funciones de amarre.
- Permite la incorporación de muchos elementos estándar y modulares.
- Suele ser rentable para las series medias-altas.
9. Utillaje Modular
Podemos distinguir dos tipos de utillajes modulares: los formados por elementos modulares propiamente dichos y los que utilizan elementos comerciales estándar definidos según norma. Sus características importantes son:
- Máxima flexibilidad y reutilización.
- Repetibilidad.
- Precisión y durabilidad.
Ergonomía Aplicada al Utillaje
7. Definición de Ergonomía
La ergonomía es la disciplina científica que busca entender las interacciones entre el humano y los elementos de un sistema, y la profesión que aplica teorías, principios, datos y métodos para el diseño con el fin de optimizar el bienestar humano y el rendimiento global del sistema.
8. Requisitos Ergonómicos del Utillaje
El utillaje debe cumplir con los siguientes requisitos ergonómicos:
- Que no requiera de considerables esfuerzos para el amarre de la pieza.
- Facilidad de limpieza, para evitar desalineamientos o desajustes debido a virutas u otros elementos.
- Disposición única de la pieza para evitar errores en el posicionamiento.
Componentes Universales de Sujeción
10. El Plato y la Mordaza como Elementos Universales
El plato circular es un elemento universal de sujeción y soporte que forma parte de los tornos y de algunas otras máquinas (rectificadoras, taladradoras, talladoras…). Es solidario al eje principal de la máquina, liso en bancadas o dotado de 3 o 4 garras de accionamiento manual, neumático, hidráulico, etc.
De la misma manera que el plato es el sistema universal de sujeción y soporte para el torno, la mordaza lo es para la fresadora, la mandrinadora, etc., cuando se trata de realizar trabajos.
11. Bases Magnéticas
Las bases magnéticas son imanes que solo cuentan con un lado magnético y el otro simplemente está forrado por un armazón metálico. Sirven como topes para detener piezas o para mantener en posición fija relojes comparadores, taladradoras de banco, etc.
13. Función de una Brida
La función de una brida es la de sujetar e inmovilizar una pieza mientras realizamos sobre ella una acción. Las bridas de sujeción se utilizan, por tanto, en utillajes de todo tipo: mecanizado, soldadura, etc.
Función y Tipos de Puntos de Apoyo
12. Funciones de los Puntos de Apoyo
Los puntos de apoyo cubren tres funciones esenciales:
- Emplazar la pieza en posición.
- Impedir cualquier desplazamiento, sea por la acción de su propio peso, de los esfuerzos de corte o de los de fijación.
- Impedir la deformación de la pieza por las mismas causas.
14. Tipos de Apoyos
Es habitual encontrarse este tipo de apoyos tanto de contacto plano como puntual (en número limitado), así como apoyos eventuales en los utillajes. En algunos casos, se utilizan para sostener piezas de grandes dimensiones, complementando los apoyos fijos. Su condición de regulable requiere un correcto reglaje, tanto si se trata de una serie como de piezas unitarias.
Problemas Comunes en la Sujeción y Posicionamiento
16. Desplazamiento de la Pieza
El utillaje puede no impedir el desplazamiento de la pieza por la acción del esfuerzo de corte, el peso, e incluso a veces por fuerzas de inercia de los desplazamientos.
17. Deterioro Superficial
El utillaje puede deteriorar superficialmente la pieza e incluso deformarla.
18. Deslizamiento y Desplazamiento de Referencia
Cuando la pieza se desliza sobre sus apoyos, consecuentemente la superficie que se está generando también se desplaza con relación a los otros puntos de referencia. Para solventar este contratiempo, suele utilizarse uno de estos sistemas:
- Colocar topes.
- Crear adherencia.
Control Térmico en el Mecanizado
20. Estrategias para la Gestión del Calor
Las estrategias para el control térmico incluyen:
- Reducir la producción de calor en la punta de la herramienta, disminuyendo el valor de la fuerza de corte (Fc) por reducción de la sección de la viruta.
- Disipar el calor rápidamente mediante líquido o sistema de refrigeración.