Roscado (fabricación)

El roscado, en comparación con el conformado y laminado de roscas, se utiliza cuando se requiere una profundidad de rosca completa, cuando la cantidad es pequeña, cuando la pieza en bruto no es muy precisa, cuando se requiere roscar hasta un hombro, cuando se rosca una rosca cónica o cuando el material es quebradizo. ^{[ 5 ]}

Fresado de roscas

Las roscas se pueden mecanizar con una fresa rotativa si se puede configurar la trayectoria helicoidal correcta . Anteriormente, esto se hacía mecánicamente y era adecuado para la producción en masa, aunque poco común en talleres. Con la difusión generalizada de las máquinas CNC asequibles, rápidas y precisas , se volvió mucho más común, y hoy en día las roscas internas y externas se mecanizan con frecuencia incluso en trabajos donde antes se cortaban con machos, terrajas o herramientas de un solo filo. Algunas ventajas del fresado de roscas, en comparación con el corte de un solo filo o los machos y terrajas, son tiempos de ciclo más rápidos, menor rotura de herramientas y la posibilidad de crear una rosca izquierda o derecha con la misma herramienta. ^{[ 10 ]} Además, para piezas de trabajo grandes y difíciles de manejar (como una pieza fundida de hidrante ), es simplemente más fácil dejar la pieza de trabajo estacionaria sobre una mesa mientras se realizan todas las operaciones de mecanizado necesarias con herramientas giratorias, en lugar de prepararla para girar alrededor del eje de cada conjunto de roscas (es decir, para los "brazos" y la "boca" del hidrante).

Existen varios tipos de fresado de roscas, incluyendo varias variantes de fresado de forma y una combinación de taladrado y roscado con una sola herramienta, denominada fresado por fricción .

Una de las principales ventajas frente al roscado es que este solo comienza a crear un perfil de rosca completo en el tercer hilo, mientras que el fresado de roscas produce un perfil de rosca completo de arriba a abajo. ^{[ 11 ]}

El fresado de forma utiliza una fresa de forma simple o múltiple. En una variante, la fresa se inclina según el ángulo de hélice de la rosca y se introduce radialmente en la pieza. A continuación, la pieza gira lentamente mientras la fresa se desplaza con precisión a lo largo de su eje, cortando así la rosca. Esto puede realizarse en una sola pasada, si la fresa se introduce hasta la profundidad total de la rosca, o en dos pasadas, sin que la primera alcance dicha profundidad. Este proceso se utiliza principalmente en roscas de más de 38 mm (1,5 pulgadas ) . Es común el fresado de roscas de paso largo o de paso múltiple. Existe una variante similar que utiliza una fresa de forma múltiple, en la que el proceso completa la rosca en una sola vuelta alrededor de la pieza. La fresa debe ser más larga que la longitud de rosca deseada. El uso de una fresa de forma múltiple es más rápido que el de una fresa de forma simple, pero se limita a roscas con un ángulo de hélice inferior a 3°. También se limita a piezas en bruto de un diámetro considerable y no más largas de 2 pulgadas (51 mm) . ^{[ 12 ]}    

Otra variante del fresado de forma implica mantener el eje de la fresa ortogonalmente (sin inclinación respecto al ángulo de hélice de la rosca) y alimentar la fresa en una trayectoria que generará la rosca. ^{[ 13 ]} La pieza suele ser una pieza de trabajo estacionaria, como un saliente en un cuerpo de válvula (en el fresado de rosca externa) o un orificio en una placa o bloque (en el fresado de rosca interna). Este tipo de fresado de rosca utiliza esencialmente el mismo concepto que el contorneado con una fresa de extremo o una fresa de punta esférica, pero la fresa y la trayectoria se disponen específicamente para definir el "contorno" de una rosca. La trayectoria se consigue mediante interpolación helicoidal (que es interpolación circular en un plano [normalmente XY] con interpolación lineal simultánea a lo largo de un tercer eje [normalmente Z]; el modelo de control CNC debe ser compatible con el uso del tercer eje) ^{[ 13 ]} o mediante una simulación utilizando incrementos extremadamente pequeños de interpolación lineal de 3 ejes (lo cual no es práctico de programar manualmente, pero se puede programar fácilmente con software CAD/CAM). ^{[ 14 ]} La geometría de la fresa refleja el paso de la rosca pero no su avance; el avance (ángulo de hélice de la rosca) está determinado por la trayectoria de la herramienta. ^{[ 15 ]} Las roscas cónicas se pueden cortar con una fresa cónica de forma múltiple que completa la rosca en una revolución usando interpolación helicoidal, ^{[ 16 ]} o con una fresa recta o cónica (de forma simple o múltiple) cuya trayectoria de herramienta es de una o más revoluciones pero no puede usar interpolación helicoidal y debe usar software CAD/CAM para generar una simulación de interpolación helicoidal similar a un contorno. ^{[ 16 ]}

Las herramientas utilizadas para el fresado de roscas pueden ser sólidas o indexables. Para roscas internas, las fresas sólidas generalmente se limitan a orificios mayores de 6 mm (0,24 pulg.) ^{[ 15 ]} , y las herramientas de corte de roscas internas indexables se limitan a orificios mayores de 12 mm (0,47 pulg .) . La ventaja es que, cuando el inserto se desgasta, se reemplaza de forma fácil y más económica. La desventaja es que el tiempo de ciclo suele ser mayor que con las herramientas sólidas. Cabe destacar que las herramientas de corte de roscas sólidas de múltiples formas se parecen a los machos de roscar, pero se diferencian en que la herramienta de corte no tiene conicidad posterior ni chaflán de entrada. Esta falta de chaflán de entrada permite que las roscas se formen dentro de una longitud de paso del fondo de un orificio ciego. ^{[ 17 ]}    

Emocionante

El proceso de roscado y taladrado (en orden inverso) de roscas internas se realiza utilizando una herramienta de corte especializada en una fresadora CNC. La punta de la herramienta tiene forma de broca o fresa de centrado, mientras que el cuerpo tiene forma de rosca con una fresa avellanadora cerca del vástago. La fresa primero perfora el orificio. Luego, la rosca se interpola circularmente, al igual que la fresa de forma múltiple descrita anteriormente. Esta herramienta taladra, chaflana y rosca un orificio en un ciclo compacto. ^{[ 18 ]} La ventaja es que este proceso elimina la necesidad de cambiar la herramienta, el portaherramientas y la herramienta. La desventaja es que el proceso está limitado a una profundidad de orificio no mayor a tres veces el diámetro de la herramienta. ^{[ 19 ]}

El rectificado de roscas se realiza en una rectificadora utilizando muelas abrasivas especialmente preparadas que coinciden con la forma de las roscas. El proceso se utiliza generalmente para producir roscas precisas o roscas en materiales duros; una aplicación común son los mecanismos de husillo de bolas. Existen tres tipos: rectificado de tipo centrado con avance axial , rectificado de roscas de tipo centrado con avance interno y rectificado de roscas sin centros . El rectificado de tipo centrado con avance axial es el más común de los tres. Es similar al corte de una rosca en un torno con una herramienta de corte de un solo punto , excepto que la herramienta de corte se reemplaza por una muela abrasiva. Generalmente se utiliza una muela de una sola nervadura, aunque también hay disponibles muelas de múltiples nervaduras. Para completar la rosca, generalmente se requieren varias pasadas. El rectificado de roscas de tipo centrado con avance interno utiliza una muela abrasiva con múltiples nervaduras que es más larga que la longitud de la rosca deseada. Primero, la muela abrasiva se introduce en la pieza en bruto hasta la profundidad total de la rosca. Luego, la pieza en bruto se gira lentamente aproximadamente 1,5 vueltas mientras avanza axialmente un paso por revolución. Finalmente, el proceso de rectificado de roscas sin centros se utiliza para fabricar tornillos prisioneros sin cabeza en un método similar al rectificado sin centros . Las piezas en bruto se alimentan mediante tolvas a las muelas abrasivas, donde se forma completamente la rosca. Las tasas de producción habituales para el rectificado de roscas sin centros son de 60 a 70 piezas por minuto para un tornillo prisionero de 0,5 pulgadas (13 mm) de longitud. ^{[ 19 ]}  

En raras ocasiones, el roscado o el rectificado (generalmente este último) se complementa con el lapeado de roscas para lograr la máxima precisión y el mejor acabado superficial posible. Esta práctica se utiliza en talleres de herramientas cuando se requiere la máxima precisión, aunque rara vez se emplea, salvo en los husillos de avance o de bolas de las máquinas herramienta de alta gama.

Las roscas internas se pueden mecanizar por descarga eléctrica (EDM) en materiales duros utilizando una máquina de penetración.

El conformado y el laminado de roscas son procesos para formar , en lugar de cortar, roscas de tornillos, refiriéndose el primero a la creación de roscas internas y el segundo a roscas externas. En ambos procesos, las roscas se forman en una pieza en bruto presionando una herramienta con forma, comúnmente llamada "matriz de laminado de roscas", contra la pieza en bruto, en un proceso similar al moleteado . Estos procesos se utilizan para grandes series de producción porque las tasas de producción típicas son de alrededor de una pieza por segundo. El conformado y el laminado no producen virutas y se requiere menos material porque el tamaño de la pieza en bruto comienza más pequeño que una pieza en bruto requerida para cortar roscas; normalmente hay un ahorro de material del 15 al 20% en la pieza en bruto, por peso. ^{[ 19 ]} Una rosca laminada se puede reconocer fácilmente en los sujetadores que se formaron a partir de una pieza en bruto sin tope porque la rosca tiene un diámetro mayor que la varilla en bruto de la que se ha hecho; Sin embargo, los cuellos y socavados se pueden cortar o laminar en piezas en bruto con roscas que no se laminan, y algunos sujetadores se fabrican a partir de piezas en bruto con un vástago reducido en la región que se va a laminar para mantener un diámetro mayor constante desde la rosca hasta el vástago sin roscar. A menos que se les dé un acabado, las roscas de los extremos de un sujetador laminado tienen un extremo cóncavo, ya que el material sobrante en las roscas finales cónicas se colapsa uniformemente sobre el extremo de la pieza en bruto. ^{[ 3 ]}

Los materiales se limitan a materiales dúctiles debido a que las roscas se conforman en frío . Sin embargo, esto aumenta la resistencia a la fluencia, el acabado superficial, la dureza , la resistencia al desgaste ^{[ 19 ]} y la resistencia a la fatiga de la rosca debido a la conformidad del grano con el perfil de la rosca. Además, se requieren materiales con buenas características de deformación para el laminado; estos materiales incluyen metales más blandos (más dúctiles) y excluyen materiales frágiles , como el hierro fundido . Las tolerancias suelen ser de ±0,001  pulg. (±0,025  mm), pero se pueden lograr tolerancias tan ajustadas como ±0,0006  pulg. (±0,015  mm). Los acabados superficiales varían de 6 a 32 micropulgadas. ^{[ 21 ]}

Existen cuatro tipos principales de laminado de roscas, denominados según la configuración de las matrices : matrices planas , cilíndricas de dos matrices , cilíndricas de tres matrices y planetarias . El sistema de matrices planas consta de dos matrices planas. La inferior se mantiene fija y la otra se desliza. La pieza en bruto se coloca en un extremo de la matriz fija y, a continuación, la matriz móvil se desliza sobre ella, lo que provoca que la pieza en bruto ruede entre las dos matrices formando las roscas. Antes de que la matriz móvil llegue al final de su recorrido, la pieza en bruto sale de la matriz fija con la forma final. El proceso cilíndrico de dos matrices se utiliza para producir roscas de hasta 150 mm ( 6 pulgadas ) de diámetro y 510 mm (20 pulgadas ) de longitud. Existen dos tipos de procesos de tres matrices; en el primero, las tres matrices se mueven radialmente desde el centro para permitir la entrada de la pieza en bruto y, a continuación, se cierran y giran para laminar las roscas. Este tipo de proceso se emplea comúnmente en tornos revólver y máquinas de tornillos . El segundo tipo adopta la forma de un cabezal de matriz autoabrible . Este tipo es más común que el anterior, pero tiene la limitación de no poder formar los últimos 1,5 a 2 hilos contra los hombros. Las matrices planetarias se utilizan para la producción en masa de roscas de hasta 1 pulgada (25 mm) de diámetro. ^{[ 5 ] [ 19 ]}      

La formación de roscas se realiza utilizando ungrifo sin flauta , oMacho de roscar de rodillo , ^{[ 22 ]} que se asemeja mucho a un macho de roscar de corte sin las estrías. Haylóbulosespaciados periódicamente alrededor del macho que realmente forman la rosca a medida que se avanza el macho en un orificio del tamaño adecuado. Dado que el macho no produce virutas, no es necesario retrocederlo periódicamente para eliminarlas, lo que, en un macho de roscar de corte, puede atascarlo y romperlo. Por lo tanto, la formación de roscas es particularmente adecuada para roscar agujeros ciegos, que son más difíciles de roscar con un macho de roscar de corte debido a la acumulación de virutas en el agujero. Tenga en cuenta que el tamaño de la broca para macho de roscar difiere del que se usa para un macho de roscar de corte y que se requiere un tamaño de agujero preciso, ya que un agujero ligeramente más pequeño puede romper el macho. Una lubricación adecuada es esencial debido a lasfuerzas de friccióninvolucradas, por lo quese usaaceiteaceite de corte. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

Al considerar la tolerancia del diámetro de la pieza en bruto, un cambio en el diámetro de la pieza en bruto afectará al diámetro mayor en una proporción aproximada de 3 a 1. Las tasas de producción suelen ser de tres a cinco veces más rápidas que las del roscado.

En la fundición y el moldeo, las roscas se forman directamente por la geometría de la cavidad del molde o matriz . Cuando el material se solidifica en el molde, conserva su forma una vez retirado. El material se calienta hasta convertirse en líquido o se mezcla con un líquido que se seca o cura (como yeso o cemento). Alternativamente, el material puede introducirse en un molde en forma de polvo y comprimirse hasta solidificarse, como en el caso del grafito .

Aunque lo primero que se le viene a la mente a la mayoría de los maquinistas al pensar en roscado son los procesos de corte de roscas (como el roscado con macho, el roscado de un solo punto o el fresado helicoidal), Smid señala que, cuando se consideran las botellas de plástico para alimentos, bebidas, productos de cuidado personal y otros productos de consumo, en realidad es el moldeo de plástico el método principal (por puro volumen) de generación de roscas en la fabricación actual. ^{[ 23 ]} Por supuesto, este hecho resalta la importancia de que los fabricantes de moldes consigan que el molde sea perfecto (en preparación para millones de ciclos, generalmente a alta velocidad).

Las roscas fundidas en piezas metálicas pueden acabarse mediante mecanizado o dejarse en su estado de fundición. (Lo mismo se aplica a los dientes de engranajes fundidos ). La conveniencia de realizar el mecanizado, que supone un gasto adicional, depende de la aplicación. Para piezas donde la precisión y el acabado superficial no son estrictamente necesarios, se prescinde del mecanizado para reducir costes. En el caso de piezas fundidas en arena, esto implica un acabado bastante tosco; sin embargo, en plástico moldeado o metal fundido a presión, las roscas pueden ser de muy buena calidad directamente del molde. Un ejemplo común de roscas de plástico moldeado se encuentra en las botellas de refrescos. Un ejemplo común de roscas fundidas a presión se encuentra en los prensaestopas (conectores/accesorios).

La primera patente para el laminado en frío de roscas de tornillos se emitió en 1836 a William Keane de Monroe, NY ^{[ 24 ] [ 25 ]} Sin embargo, los troqueles para laminar las roscas en las piezas en bruto de los tornillos estaban hechos de hierro fundido, que es quebradizo, por lo que la máquina no tuvo éxito. El proceso quedó en suspenso hasta 1867, cuando Harvey J. Harwood de Utica, Nueva York, presentó una patente para el laminado en frío de roscas en tornillos para madera. ^{[ 26 ]} Posteriormente se realizaron más esfuerzos para laminar en frío roscas en tornillos, ^{[ 27 ]} pero ninguno pareció tener mucho éxito hasta que Hayward Augustus Harvey (1824–1893) de Orange, NJ presentó sus patentes de 1880 y 1881. ^{[ 28 ]} Charles D. Rogers de American Screw Co. de Providence, Rhode Island, realizó más mejoras al proceso de laminado de roscas en tornillos. ^{[ 29 ]}

• Degarmo, E. Paul; Black, J. T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (9.ª  ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H. (1996), Green, Robert E.; McCauley, Christopher J. (eds.), Machinery's Handbook (25.ª  ed.), Nueva York: Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2575-2, OCLC 473691581 . 
• Smid, Peter (2008), Manual de programación CNC (3.ª  ed.), Nueva York: Industrial Press, ISBN 9780831133474, LCCN 2007045901 . 
• Stephenson, David A.; Agapiou, John S. (1997), Teoría y práctica del corte de metales , Marcel Dekker, ISBN 978-0-8247-9579-5.
• Stephenson, David A.; Agapiou, John S. (2006), Teoría y práctica del corte de metales (2.ª  ed.), CRC Press, ISBN 978-0-8247-5888-2.
• Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Guía de referencia de procesos de fabricación , Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.