INFORME TALLER PIEZA EJE

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INFORME DE TALLER DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS
(DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UN EJE)
FERNANDO MIGUEL SOLAR DORIA
ANGGIE CAROLINA PEREIRA PASTRANA
GABRIEL ANTONIO ZUMAQUE GALARAGA
LUIS ALBERTO OLIVERA MANGONES
Orientador
 ELKIN CAMILO MEDELLÍN PEREZ
UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
FACULTAD DE INGENIERÍAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
MONTERÍA, CÓRDOBA
2022
1. INTRODUCCIÓN
La enseñanza de lo teórico va de la mano con lo práctico, por ello en el programa de ingeniería mecánica ofertado en la Universidad de Córdoba se cuenta con múltiples laboratorios de física, química y de maquinas avanzadas capaces de realizar ensayos y maquinados a diferentes tipos de piezas con el fin de afianzar el conocimiento enseñado por los docentes en el aula de clases. En este caso el curso de TALLER DE MAQUINAS Y HERRAMIENTAS se buscó diseñar y fabricar un eje a partir de un lingote de aluminio el cual anteriormente fue fundido utilizando diversos elementos de aluminio (chatarra, piezas rotas, etc.) con el propósito de aprender como las industrias maquinan un material convirtiéndolo en un producto final con diversos acabados.
El proceso fundamental para maquinar el eje de aluminio fue el torneado, el cual se implementa en el torno. Para hacer uso del torno se deben tener muchas variables en cuenta, en este caso las primordiales que se aplican sobre la pieza a maquinar y que generan acción reacción en la pieza montada en el torno, las cuales son la fuerza de avance, fuerza de corte y fuerza de empuje (Groover, 2007).
Por otro lado, hablando por ejemplo de la calidad de acabado superficial de las piezas mecanizadas por arranque de viruta, están: la velocidad de corte y avance, profundidad de la última pasada de desbaste y la de acabado, material de la herramienta y de la pieza procesada, filo de la cuchilla y la geometría de la parte que efectúa el corte, tipo de operación de mecanizado, uso de refrigerantes, las vibraciones y el pandeo que pueda sufrir la pieza al momento de hacerla rotar. (Zaroual Mustapha, 2017). 
Por ello, teniendo todo esto en cuenta procedemos a fabricar un eje de aluminio utilizando los recursos y material didáctico suministrado por el docente, así como las indicaciones realizadas por el auxiliar de laboratorio en cuanto a la ejecución de la máquina, factores de seguridad como el buen uso de las maquinas, elementos de protección y por último la limpieza y lubricación de la máquina.
2. JUSTIFICACION
Se diseñó y fabricó un eje de aluminio con fines académicos y didácticos con el fin de demostrarle al docente el manejo de la maquinaria otorgada para nuestro desarrollo estudiantil y profesional. Aprendiendo su buen uso, manipulación, consideraciones de seguridad y mantenimiento y por último demostrándolo en el maquinado con precisión de un eje de aluminio con varios acabados específicos.
Esto con el fin de adquirir los conocimientos de como operar de forma correcta las maquinas y herramientas que se encuentran en el taller de ingeniería mecánica de la Universidad de Córdoba, las cuales son muy comunes en la industria, reto en el cual nosotros aspirantes a ingenieros mecánicos nos enfrentaremos profesionalmente en nuestro día a día.
3. ESTADO DEL ARTE
Los procesos de mecanizado por arranque de viruta tienen una gran importancia en la industria actual, puesto que permiten la fabricación de piezas de características muy diversas y de diferentes materiales. En este trabajo se analizará el proceso de fabricación de una pieza en un torno. Para ello, se tomará como ejemplo una pieza de ajedrez (la reina) y, tras fijar sus características geométricas y de material, se explicarán los pasos a seguir hasta la redacción de la hoja de proceso, que definirá los pasos y las condiciones del mecanizado. Para poder redactar este documento, antes habrá que decidir la secuencia de las operaciones de mecanizado, además de escoger las herramientas, parámetros de corte y la máquina-herramienta adecuadas. (Fernández de Gamboa Andrío Mikel, 2019).
El mecanizado es un proceso de fabricación mecánica en que están involucrados varios parámetros y factores. Hablando por ejemplo de la calidad de acabado superficial de las piezas mecanizadas por arranque de viruta, están: la velocidad de corte y avance, profundidad de la última pasada de desbaste y la de acabado, material de la herramienta y de la pieza procesada, filo de la cuchilla y la geometría de la parte que efectúa el corte, tipo de operación de mecanizado, uso de refrigerantes y las vibraciones. De forma general, las vibraciones son indeseadas en las operaciones de mecanizado por arranque de viruta, puesto que las que aparecen en este proceso productivo son auto excitadas y se denominan vibraciones chatter. Las vibraciones chatter son perjudiciales porque empeoran el acabado superficial y modifican las dimensiones, lo cual no favorece obtener tolerancias estrechas. Además, dejan marcas visibles sobre la superficie obtenida y acortan a la vida útil de las herramientas de corte por sufrir desgaste elevado e irregular. Encima de eso, estas vibraciones pueden dar lugar a rupturas prematuras y repentinas de las herramientas de corte. Sobre todo, cuando se fabrican de materiales frágiles dado que sufren choques o picos de esfuerzos. (Mustapha Zaroual El Miri, 2017).
Si bien en la actualidad la tendencia en el mecanizado es utilizar el CNC, el hecho de fabricar una pieza con una máquina-herramienta manual semiautomática, proporcionará al alumno una visión más profunda y cercana de las diferentes operaciones y sus requerimientos de tiempo, velocidad, esfuerzo y seguridad. Este conocimiento, basado en la experiencia, no se consigue al mismo nivel de profundidad con una máquina automática con CNC. De esta manera el alumno contará con una experiencia adicional al alumno formado únicamente con máquina-herramienta automatizada que le será de gran utilidad a la hora de programar una máquina-herramienta con CNC. (Espinoza, Fernández, Soto & Rueda, 2018).
4. CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD
Durante la realización de las prácticas aquí expuestas es de vital importancia cumplir una serie de medidas de seguridad para evitar posibles accidentes por riesgos mecánicos o térmicos. Los peligros mecánicos más frecuentes en el uso de máquinas-herramienta son el aplastamiento, el cizallamiento, el corte, el enganche, el arrastre, el atrapamiento, el impacto, la perforación, la fricción y la proyección de partículas o de fluido a presión. Por otro lado, el peligro térmico principal se produce por el calentamiento de la superficie de la pieza y de la herramienta debido a la fricción entre ambas durante el corte.
Algunas consideraciones obligatorias y a tener en cuenta son:
· Lo más importante de todo es la seguridad integral de las personas. Por lo tanto, el profesor y cada alumno(a) debe ser muy cauto antes de activar el motor de las máquinas y durante su funcionamiento. 
· Es obligatorio vestir ropa adecuada que cubra las piernas y partes del cuerpo dónde podrían caer las virutas, que salen despedidas de la pieza a altas temperaturas. 
· Es obligatorio calzar zapatos de trabajo. 
· Es obligatorio vestir bata o mono de trabajo. 
· Es obligatorio llevar gafas de protección. 
· En caso de tener el pelo largo, es obligatorio tenerlo recogido para evitar que se enrede en cualquier parte de la maquinaria. 
· Se recomienda usar guantes de trabajo universales (de los que tiene una parte textil por arriba y de caucho por debajo, de tal manera que los dedos tengan buena movilidad y se puedan manipular las piezas correctamente.
5. MARCO TEÓRICO
MECANIZADO: Se denomina ‘mecanizado’ a cualquier proceso que elimine material (Sandvik Coromant., 1994). Se emplea para fabricar piezas desde una pieza en bruto inicial o para realizar el acabado de piezas ya fabricadas por otros métodos. El mecanizado consiste en varios tipos de procesos de remoción de materia: mecanizado por arranque de viruta (que se lleva a cabo con un torno, una fresadora, etc.); procesos abrasivos (que son procesos de rectificado); procesosavanzados de mecanizado (que se realizan por medio de mecanizado químico, electroquímico, por electroerosión, etc.). 
MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA: Consiste en dar forma a una pieza en bruto inicial cortándola con una herramienta específica y generando virutas definidas.
MÁQUINA-HERRAMIENTA: Es un tipo de máquina accionada por una fuente de energía eléctrica que se emplea para mecanizar una pieza sólida generalmente de metal. Los tipos más comunes de máquina herramienta son el torno y la fresadora. Pueden ser manuales, semiautomáticos o automáticos con CNC. Actualmente, las máquinas-herramienta multitarea combinan torneado y fresado en una sola máquina. 
PIEZA EN BRUTO: Es la pieza de material en bruto de dónde se obtendrá la pieza deseada.
HERRAMIENTA DE CORTE: Es el elemento que entra en contacto directo con la pieza y produce la eliminación del material sobrante de la preforma (Kalpakjian & Schmid, 2002). Se clasifica en función del número de aristas de corte: monofilo (generalmente para torneado) y multifilo (generalmente para fresado); y según su constitución: enterizas y de plaquitas. La tendencia actual es a emplear plaquitas, por su fácil intercambiabilidad. 
PORTAHERRAMIENTA: Es la pieza metálica que aloja la herramienta de corte.
FRESADO: Es un proceso de mecanizado en el que se arrancan virutas mediante una herramienta de forma circular con múltiples filos llamada fresa. El movimiento principal de corte es circular y lo realiza la fresa al girar sobre su propio eje. Los movimientos de avance los realiza la pieza que se mecaniza. 
TORNEADO: Es un proceso de mecanizado en el que se arrancan virutas mediante una herramienta monofilo que generalmente permanece estacionaria mientras la pieza rota sobre su eje. El producto del torneado son piezas de revolución.
PLATO DE GARRAS: Es un elemento de sujeción que sujeta la pieza a mecanizar a través de la presión ejercida por tres garras. Se localiza en el cabezal giratorio del torno. 
PLATO DE ARRASTRE: Es un elemento de sujeción que contiene un perno llamado perno de arrastre y que se localiza en el cabezal giratorio del torno. Sujeta la pieza a mecanizar por medio de un perro de arrastre que se apoya en el perno de arrastre. Para emplear este tipo de plato es necesario situar la pieza entre el punto y el contrapunto del torno. Para ello es imprescindible que la pieza cuente con agujeros cónicos a ambos lados realizados con la broca de puntear. 
PERRO DE ARRASTRE: Es un elemento de sujeción que se adapta a la pieza para sujetarla al torno por medio del plato de arrastre. 
PUNTO Y CONTRAPUNTO: Son elementos de apoyo de la pieza que se localiza en el cabezal fijo de la máquina herramienta (punto) y en su cabezal móvil (contrapunto).
TORRETA: Es dónde se sujeta el porta-herramientas. Tiene capacidad de giro de 360º sobre su eje. 
CARRO: Es el elemento móvil que contiene la torreta y otros elementos. Es el encargado de realizar los movimientos axiales (eje z) y radial (eje x) de la herramienta. 
VISOR: Es el elemento que indica la posición actual de la herramienta (axial y radial) relativa a una posición de referencia. Previamente es necesario establecer las referencias en el visor (x = 0 y z = 0). Los valores pueden ser dados en milímetro o en pulgadas (dependiendo de lo que el usuario elija en el visor).
CILINDRADO: Es una operación de torneado que permite la obtención de geometrías cilíndricas de revolución. Se aplica tanto a exteriores como a interiores. 
TALADRADO: En el torno, es una operación que permite la obtención de agujeros coaxiales con el eje de rotación de la pieza. En la fresadora, es una operación que permite obtener agujeros en la pieza. 
RANURADO: En el torno, es una operación que permite la obtención de cajas o ranuras de revolución. En la fresadora, es una operación que permite obtener cajas o ranuras abiertas a ambos lados o a un solo lado. El ranurado conlleva mecanizar tres planos a la vez, lo que la convierte en una operación exigente para la herramienta. Por lo general, se emplea fluido de corte.
PIE DE REY: Instrumento de medición directa lineal empleado para medir longitudes exteriores o interiores. Tienen un elemento graduado fijo y otro móvil llamado nonio. Cuenta además con una sonda para medir profundidades. Este será el uno de los instrumentos de medición más empleado para medir durante las prácticas.
DESBASTE: Es el conjunto de pasadas que permite eliminar el máximo volumen de material para acercarse a la forma final sin dar importancia a la calidad superficial o a las tolerancias de la pieza. Por lo general, se emplea un desbaste pesado para la limpieza inicial de la pieza en bruto (cuya forma pudiera ser irregular y cuya superficie pudiera estar oxidada). En el desbaste se emplean herramientas robustas. 
ACABADO: Es la pasada de precisión que permite obtener la rugosidad (acabado superficial) y las tolerancias (acabado dimensional) exigidas por el cliente. En el acabado, el volumen de metal arrancado es menor que en el desbaste. El acabado ligero se aplica por lo general en las últimas pasadas de cada operación sobre la pieza para obtener las dimensiones finales y el acabado superficial definidos en el plano. 
PARÁMETROS DE CORTE: Son los valores de velocidad de corte, profundidad de corte y avance por revolución (en el torno) o avance por diente (en la fresa) que se establecen en la máquina-herramienta según la operación que se desea realizar y la herramienta seleccionada para dicha operación. Por lo general, el fabricante de la herramienta proporciona información para realizar esta selección. Actualmente existen softwares de cálculo proporcionados por los fabricantes que facilitan la selección de la herramienta y sus parámetros de corte. 
VELOCIDAD DE CORTE: Es la velocidad lineal en la periferia de la zona de la pieza que se está mecanizando. Es la velocidad a la cual el filo de corte mecaniza la superficie de la pieza. Está definida por la velocidad de giro de la pieza (n) y su diámetro (D) por medio de la fórmula Vc = D·π·n. Sus unidades son m/min. 
PROFUNDIDAD DE CORTE: Es la medida de lo que la herramienta penetra en la pieza en cada pasada de mecanizado. 
AVANCE POR REVOLUCIÓN: En el torno, se define como el desplazamiento de la herramienta durante una vuelta de la pieza. De este valor y del radio de la punta de la herramienta, depende la rugosidad de la pieza (acabado superficial). Sus unidades son mm/r.
Figura 1. Elementos que componen un torno.
Figura 2. Elementos que componen una fresadora.
6. OBJETIVOS
OJETIVO GENERAL
· Fabricar un eje a partir de un lingote de aluminio, empleando las máquinas y herramientas adecuadas que se encuentran en el taller de ingeniería mecánica de la Universidad de Córdoba.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
· Fundir el aluminio conseguido de diferentes fuentes (chatarra, piezas dañadas, etc.) para crear el lingote de aluminio bruto.
· Mecanizar el lingote de aluminio fundido aplicando las distintas técnicas como el refrendado, cilindrado, cilindrado cónico, ranurado externo y perforación utilizando el torno y la fresa del taller.
7. METODOLOGÍA
El lingote de aluminio se crea a partir de la fundición de varias piezas de aluminio traídas al taller.
Luego de obtener el cilindro de aluminio fundido, procedemos a montarlo en el torno para empezar a desbastarlo y reducir al espesor que buscamos.
Hicimos uso de liquido refrigerante de agua envasada en botella de plástico con un orificio en la tapa para poder mitigar el calentamiento de la cuchilla al momento de desbastar el eje de aluminio.
Luego dividimos la pieza en tres secciones para que el maquinado fuera mas sencillo y tener un lineamiento sencillo de seguir.
Luego empezamos a desbastes mayores entre la sección número 1 y 2.
Así quedo el cilindro luego de hacer los desbastes mayores
Luego empezamos a taladrar gracias al carrito que tiene el torno por el centro del cilindro.
En la fresadora empezamos a hacer los orificios para el ranurado en la sección perpendicular al cilindro.
Resultado final.
8. RESULTADOS Y DISCUSIONESSe obtiene buena experiencia utilizando las máquinas y herramientas de mecanizado disponibles en el taller de ingeniería mecánica de la universidad de Córdoba, además de fortalecer nuestra formación profesional y acercarnos a la vida industrial. 
Perdimos tiempo al momento de realizar el eje de aluminio ya que la mayoría de compañeros fueron a las practicas de Medellín, lo cual nos atrasó una semana con respecto a los demás grupos. Al final se pudo cumplir con el objetivo final el cual fue fabricar el eje de aluminio.
9. CONCLUSIONES
Al ser estudiantes de ingeniería mecánica, debemos someter el trabajo teórico y plasmarlo experimentalmente, por ende, el uso del taller y de la fabricación de piezas que nos ayuden a poner en practica todo el material suministrado y aprendido en clases, por consiguiente, también es de esperar que el tiempo de elaboración de la pieza o la forma de trabajo haya sido más dura y difícil de lo que en realidad pueda llegar a ser en comparación con la industria.
10. BIBLIOGRAFIA
· GROOVER MIKELL P. 2007. Fundamento de manufactura moderna. México. McGraw-Hill/INTERAMERICANA EDITORES S.A DE C.V
· MIKEL FERNANDEZ DE GAMBOA ANDRIO, 2019. Hoja de proceso para la fabricación de una pieza de ajedrez: La reina.
· SANDVIK Coromant. Formación Manual. Tecnología de Mecanizado de Metal (2017).
· SANDVIK Coromant. Herramientas de torneado (2012).
· MUSTAPHA ZAROUAL EL MIRI, 2017. Diseño y fabricación de una herramienta de torno asistida por vibración.
· ESPINOZA, FERNANDEZ, SOTO, RUEDA, 2018. Practicas de mecanizado en torno y fresadora.
11. ANEXOS