Procesos y Componentes en Tecnología Industrial: Engranajes, Frenos, Moldeo y Conformado

Tipos de Engranajes y sus Aplicaciones

Engranajes Rectos

Los engranajes rectos son engranajes cilíndricos de diente recto que se emplean para transmitir el movimiento entre ejes paralelos. Existen dos variantes principales:

• Engranajes de diente recto
• Engranajes de cremallera

Relaciones Fundamentales en Engranajes Rectos

• Dimensiones del diente: En los engranajes rectos normales, la altura de la cabeza del diente es igual a un módulo, y el pie del diente es ligeramente mayor que el módulo. Esto evita que la cabeza de un diente roce con el vano del engranaje contrario.
• Forma de los dientes: La forma debe cumplir con una condición de compatibilidad para asegurar un movimiento regular y uniforme. Se utiliza universalmente el perfil de evolvente, que es la curva descrita por el extremo de un hilo que se desenrolla de una circunferencia base.
• Ángulo de presión: Es el ángulo que forma la tangente común a los perfiles de los dientes con la recta que une los centros de los engranajes. También se puede definir como el ángulo entre la dirección de la fuerza que un diente ejerce sobre otro y la tangente común a las circunferencias primitivas.

Engranajes Cónicos

Los engranajes cónicos se utilizan para transmitir el movimiento entre ejes que se cruzan en el espacio, y en algunos casos, entre ejes paralelos. Los dientes están construidos sobre un cono imaginario como primitivo. Para que dos engranajes cónicos engranen correctamente, deben tener un punto o vértice común. Por lo tanto, un engranaje cónico no puede engranar con cualquier otro, incluso si tienen la misma forma de diente y el mismo módulo; cada rueda debe engranar únicamente con el piñón para el que fue construida.

Engranajes Hipoides

Los engranajes hipoides tienen una forma similar a los engranajes cónicos, pero los ejes no se cortan, sino que se cruzan. Su forma es la de un hiperboloide de revolución y el diente es curvo. Estos engranajes se emplean comúnmente en el diferencial de los automóviles.

Engranajes Helicoidales

Los engranajes helicoidales tienen dientes tallados en forma de hélice. Se utilizan para transmitir el movimiento entre ejes que se cruzan en ángulo recto y, a veces, entre ejes paralelos, especialmente cuando se requiere una transmisión suave y uniforme. Para que se produzca el engrane entre ejes que se cruzan, los dientes deben estar inclinados en el mismo sentido, mientras que en la transmisión entre ejes paralelos, la hélice de los dientes debe ser una a derechas y la otra a izquierdas.

Engranajes de Tornillo Sin Fin

Un engranaje de tornillo sin fin, o visinfín, es un tornillo de una o varias entradas que engrana con una rueda dentada. Este sistema puede considerarse un caso particular de engranajes helicoidales, donde uno de ellos tiene uno o muy pocos dientes. Los materiales de fabricación de los engranajes dependen de las características, la relación de transmisión y la energía a transmitir. Los más comunes son: hierro fundido, acero aleado, bronce y otros metales. Actualmente, también se fabrican engranajes de plástico y fibra de carbono.

Mecanismo Biela-Manivela

Este mecanismo transforma un movimiento rectilíneo alternativo en uno circular, o viceversa. Se compone de tres elementos:

• Manivela: Se fija al eje.
• Cruceta: Se desliza sobre la colisa o deslizadera.
• Biela: Une la cruceta y la manivela, transformando el movimiento.

Para que el movimiento sea uniforme, este mecanismo debe tener un volante solidario al eje de la manivela para regularizar el movimiento por inercia.

Tipos de Frenos y su Funcionamiento

Los frenos son componentes diseñados para reducir o detener el movimiento de una máquina o elemento.

Frenos de Cinta

Compuestos por una cinta de acero flexible que se acopla a un tambor de fundición solidario con el eje. Al accionar la palanca, se tensa la cinta de acero, generando fricción del ferodo sobre el eje a frenar.

Frenos de Zapata

El frenado se produce por una zapata protegida con ferodo que, a través de una palanca, ejerce presión contra el tambor. También existe el frenado con doble zapata.

Freno de Disco

Un disco montado solidariamente sobre el eje reduce su velocidad o lo detiene. Al accionarse, las pastillas friccionan sobre el disco, produciendo la reducción o parada del eje.

Proceso Productivo de Componentes Metálicos

Etapas del Proceso

• Materia prima: Polvos metálicos de distinta composición y tamaño.
• Mezcla: Preparación del polvo según las especificaciones de la pieza. En mezclas de base ferrosa, se añaden aleaciones como níquel, cobre, molibdeno, etc. También se añade un agente lubricante para reducir la fricción.
• Compactación o compresión: La mezcla de polvo metálico adquiere la forma de la pieza mediante la aplicación de altas presiones.
• Sinterizado: Solidificación de la compresión para obtener la estructura de la pieza. Se utilizan hornos especiales para unir las partículas, determinando el grado de dureza.
• Calibrado: Reduce el volumen de la pieza, aumenta la densidad y mejora la resistencia y la precisión dimensional.

Operaciones Complementarias

• Mecanizado: Para piezas que no pueden obtener su forma final con el proceso de sinterizado.
• Impregnación: Al vacío y con aceites de alta calidad.
• Tratamiento por vapor recalentado: Para piezas que requieren alta dureza superficial y resistencia al desgaste. Crea una película de óxido de gran dureza.
• Control de calidad: Cada pieza se somete a un riguroso control de calidad, utilizando el control estadístico como herramienta de prevención.

Técnicas de Moldeo en la Fabricación Industrial

Tipos de Moldeo

• Moldeo por gravedad: El material fundido se vierte en el molde y cae por su propio peso.
• Moldeo a presión: El metal fundido llena el molde mediante presión, generalmente producida por una máquina de moldear.

1. Moldeo en arena a mano: Se coloca el modelo en una caja de moldeo que se llena con una arena especial. Al prensarla y retirar el modelo, deja la huella en negativo de la pieza. Si la pieza tiene orificios o cavidades, se utilizan machos de arena prensada. Las arenas de fundición contienen sílice, arcilla, agua y negro vegetal.
2. Moldeo en arena mecánico: Se utilizan máquinas de moldear donde la arena se comprime mecánicamente. La cavidad de la pieza se fija a un soporte de placa metálica o yeso.
3. Moldeo en cáscara: Se obtienen moldes delgados y resistentes a partir de placas-modelo metálicas. Se añade una resina termoendurecible a la arena, que endurece unos milímetros formando una cáscara que se adapta a la placa-modelo.
4. Moldeo a la cera perdida: Moldeo de precisión que permite suprimir el mecanizado posterior. El molde se forma alrededor de un modelo de cera, que luego se elimina por fusión.
5. Moldeo en coquilla: Se utiliza un molde metálico reutilizable. El molde lleva mecanizada la cavidad de la pieza.
6. Moldeo por centrifugado: Aprovecha la fuerza centrífuga durante el giro del molde para distribuir el metal fundido. Se utiliza para piezas de revolución de poco espesor y con buenas calidades de acabado.

Conformación por Deformación de Metales

Deformación en Frío

Consiste en someter el material a un proceso de presión o golpes en frío. Genera acritud, haciendo que el material se vuelva duro y frágil. Sin embargo, un proceso de recocido posterior puede aumentar su dureza, elasticidad y resistencia a la rotura.

Deformación en Caliente

Calentando la pieza, el proceso de deformación requiere menos esfuerzo que en frío, y la recristalización se produce inmediatamente al cesar la deformación.

Forja

Procedimiento de conformación por deformación de la masa metálica mediante golpes o presión. Suele hacerse en caliente para obtener piezas con forma cercana al producto terminado.

• Forjado mecánico: Calentamiento y deformación realizados en máquinas. Ventajas: energía de golpes o presión adecuada al volumen de la pieza, mayor rapidez y producción, posibilidad de trabajar piezas de diferentes tamaños, y se realiza por golpes o presión.
• Forja con martillo: Se basa en el impacto de una masa en caída libre contra el tocho de material colocado sobre el yunque.
• Forjado con prensa: Se basa en la presión progresiva producida sobre el tocho por dos yunques. Las prensas pueden ser mecánicas o hidráulicas. La forja en prensa transmite mejor la presión al interior, generando un amasado más uniforme y una mejor distribución de la fibra.

Conformación por Extrusión

Permite obtener formas complejas aprovechando la plasticidad de los materiales al someterlos a esfuerzos de choque o presión. Un tocho de metal calentado se coloca en un depósito, y un punzón ejerce compresión para obligar al material a salir por el orificio de una hilera, cuya forma transversal es la del perfil deseado.

Características y Clasificación de los Laminadores

Características de los Laminadores

• Bancada o bastidor
• Cilindros
• Órganos de accionamiento y control

Características de los Cilindros

1. Tipo: Lisos o acanalados.
2. Dimensiones: Diámetro y longitud de la mesa, diámetro y longitud de los muñones.
3. Material: Fundición o acero.

Estas características varían según:

1. El servicio al que se destine el laminador.
2. La operación realizada.
3. El modo de deformación (en caliente o en frío).

Clasificación de los Laminadores

Según el Producto a Conseguir

1. Laminadores para chapas y secciones rectangulares: Cilindros lisos.
2. Laminadores para perfiles: Cilindros acanalados.
3. Laminadores universales: Permiten obtener diversos perfiles.

Según la Marcha de los Cilindros

1. Laminadores continuos: Giran siempre en el mismo sentido. Accionamiento sencillo, pero el producto debe retroceder después de cada pasada.
2. Laminadores reversibles: El sentido de la marcha se puede modificar a voluntad.

Según el Número de Cilindros

1. Dúo reversible
2. Dúo continuo