Descripción del Trabajo de Fabricación de Engranaje Helicoidal

Resumen

El presente trabajo consiste en presentar el resultado de la investigación en campo, de cómo se fabrica un engranaje helicoidal, en una factoría. Es necesario indicar que no todas las factorías tienen la capacidad de fabricar dicha pieza, pues su manufactura es muy compleja e implica mucho conocimiento técnico y las maquinas herramientas a usar deben tener todos sus implementos completos, por lo que se deduce que son más costosas. El contenido de esta investigación es el resultado de tomar apuntes de la explicación didáctica de todo el proceso de fabricación, desde el inicio, que es el diseño de la pieza a fabricar junto con el cálculo de las medidas, apoyados con manuales de cálculo, luego la pieza en bruto es llevada al torno para su corte, para luego ser llevada dicha pieza a la fresadora y su mecanizado hasta su presentación final.

Introducción

El objetivo de este informe de mi trabajo, es evidenciar de manera práctica y real en el campo, la aplicación de las Maquinas Herramienta en la fabricación de piezas de mucha complejidad. Así como, la importancia de conocimiento técnico por parte de los ingenieros y operadores de las mismas.

El lugar donde se investigó, es en el departamento de La Libertad, provincia de Trujillo, distrito Trujillo.

Los métodos de investigación fue la búsqueda de factorías a través de Internet y preguntas en talleres de mecánica de autos; una vez ubicada la factoría que me dio facilidades, utilicé la entrevista a los especialistas e ingeniero de la factoría, como instrumento para esta investigación. Como dato, encontré la factoría Palacios, que es mucho más grande y con equipos más modernos, en Trujillo. Pero el ingeniero a cargo me exigía muchos requisitos y 3 semanas de tiempo de espera, además yo estaba solo unos días en Trujillo, justamente para ejecutar este trabajo.

Desarrollo del trabajo

Datos Generales:

• Descripción general de la empresa:

La empresa se encuentra ubicada en la avenida Miraflores 1405-1411 Urb. Los Jardines. En la ciudad de Trujillo. La razón social es Factoría Y Rectificaciones San José S.A.C. cuenta con 4 trabajadores, la persona que me apoyó es el Ingeniero José Rodríguez.

• Ejecución del trabajo:

El Ing. a cargo de la Factoría, me mostro primero los tipos de trabajos que realizan, como fabricación de bocinas, engranajes, rectificación de motores de combustión interna, etc.

A continuación, me explicó el proceso de fabricación de un engranaje helicoidal. El mismo que consiste de los siguientes pasos:

Proceso

1. Diseño de la pieza a fabricar
2. Medidas, cálculos.
3. Corte, refrentado de la pieza utilizando el torno
4. Verificar que corte de piñón se requiere, tren de engranaje, plato divisor.
5. Mecanizado del engranaje en la Fresadora.
6. Tratamiento térmico.
7. Presentación del engranaje terminado.

Presento dicho proceso en el siguiente diagrama de flujo:

• Materiales:

Se puede utilizar Acero Böhler o Fierro fundido.

• Tipo de máquina:

Las maquinas a utilizar son Torno y Fresadora.

• Tipo de ejecución:

En este caso, la pieza se fabrica en un promedio 02 a 03 días, de acuerdo al tamaño de pieza a realizar.

• Tipo de tratamiento térmico:

El tratamiento térmico se realiza en un horno, de acuerdo a la resistencia que se requiera.

En este caso se realizó el tratamiento en un horno que se encuentra dentro del Laboratorio de la facultad de Ing. de Materiales de la Universidad Nacional de Trujillo.

• Marca de la maquina herramienta:

Torno y Fresadora ambas de la marca GHE.

Resultados

Definición de engranaje helicoidal:

El engranaje helicoidal es un tipo de engranaje que presenta su dentado oblicuo con relación a su eje de rotación. Con respecto a los cilindros de dentado recto, el movimiento se transmite de igual modo, se transmite mayor potencia, más velocidad, son más caros de fabricar y necesitan más engrase. (engranajes, 2019)

La materia prima a utilizar es acero al carbono o variantes de acuerdo al tipo de uso de destino del engranaje (AISI 1020, AISI 3140, etc.) Después del maquinado los engranajes reciben un tratamiento térmico en sus dientes de endurecimiento superficial.

Especificaciones de diseño:

1. Es el 1er paso en la fabricación del engranaje helicoidal, comprende el cálculo de los siguientes parámetros:
2. Circunferencia primitiva (Cp): Es la circunferencia en donde se efectúa el contacto efectivo
3. Diámetro primitivo: Es el diámetro de la circunferencia primitiva.
4. Paso circular: Es la distancia de dos puntos homólogos consecutivos, medidos sobre la circunferencia primitiva.
5. Diámetro exterior: Diámetro de la circunferencia que inscribe a todo el dentado del engranaje (Ce).
6. Diámetro interior: Diámetro de la circunferencia en donde se apoya el dentado del engranaje (Ci).
7. Cabeza del diente: Es la distancia radial entre Cp y Ce.
8. Altura del diente: Es la distancia radial entre Cp y Ci.
9. Modulo: Es un valor proveniente del cálculo de diseño en función de la resistencia necesaria del diente.

Con estos parámetros se calculan los elementos a fijar en la fresadora universal, para realizar el maquinado de los dientes del engranaje helicoidal. Para esto se usan fórmulas estándar. (Casillas, 1980):

• Para selección del tren de engranaje:

1. Donde dp: diámetro primitivo del piñón.
2. m: módulo normal del piñón
3. Z: número de dientes
4. ᵦ: ángulo de la hélice

• Para determinar el módulo de la fresa:

Donde mf: módulo de la fresa a utilizar. Es el Coeficiente de variación del espesor del diente.

• Para determinar el número de la fresa, usamos:

Cálculo del ángulo de giro del piñón:

1. Ag: ángulo de giro (grados)
2. Pa: paso circular
3. Rc: radio primitivo
4. Em: espesor del diente de la fresa en la Cp en el extremo mayor del engranaje
5. En: espesor del diente de la fresa en la Cp en el extremo menor del engranaje.

• Proceso de manufactura:

Con los elementos calculados en el paso anterior, se ejecuta completamente la tecnología de los engranajes helicoidales:

1. Cilindro: Materia prima.
2. Preforma: Es una parte cortada del cilindro. Es la pieza en bruto.
3. Refrentado: La pieza en bruto se refrenta en el torno, por arranque de viruta.
4. Diámetros exteriores: Mediante cuchillas por arranque de viruta, en el torno.
5. Diámetro interior: Mediante una broca, en el torno.
6. Cubo del engranaje: Montaje de tren de engranajes en la lira de la fresadora.
7. Dientes interiores: En la máquina fresadora. Se usa el módulo y el número de la fresa, que es la que finalmente dará forma a las ranuras helicoidales en el engranaje.

• Detalle de la tecnología del fresado:

Cuando la pieza sale de la fase del torneado, pasa a la fresadora. Los ajustes en la fresadora una vez colocado la pieza en la misma, son los siguientes:

1. Montar en cabezal divisor sujetando en mandril.
2. Inclinar cabezal divisor B grados y establecer división.
3. Montar tren de engranajes
4. Colocar cabezal de fresa vertical y montar fresa modular espiga.
5. Fresado de los dientes hasta profundidad en el diámetro mayor
6. Girar pieza en el sentido derecho o izquierda (según el diseño) x agujeros.
7. Fresar caras de los dientes. (Hernández Riverón & García Nieto, 2007)

Una vez que sale la pieza de la fresadora, ya tiene la forma final del engranaje helicoidal. De acá enviamos el engranaje a un tratamiento térmico, rectificado y bruñido de la misma.

Preguntas hechas en las entrevistas:

• ¿Cuánto tiempo toma hacer un engranaje helicoidal?

Rpta. De 1 día y medio a 2.

• ¿Qué valor tiene el engranaje que me está mostrando (aparece en el vídeo que adjunto)?

Rpta. Su valor es de $2,000

• ¿Dónde realizan el tratamiento térmico?

Rpta. En el Laboratorio de la facultad de Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de Trujillo. Donde hacen un trabajo de calidad y el costo es muy competitivo.

• ¿Con que frecuencia los clientes solicitan hacer un engranaje helicoidal?

Rpta. Hace unos 10 años, era muy común que los clientes solicitaran estas piezas. Pero ahora los pedidos son de 1 a 2 en un año.

• ¿A qué se debe esta baja de pedidos?

Rpta. Puede ser porque lo hacen en otras factorías. Hay mayor competencia. Además, esas piezas en su mayoría la usan en el sector pesquero; en Chimbote, por ejemplo; y en esa ciudad ahora existen factorías bien implementadas, por ese motivo, ya no es necesario que vayan a Trujillo a solicitar su fabricación.

• ¿Cómo se inició en el rubro de la Factoria?

Rpta. Soy Ing. Industrial de profesión, me interesé por el mecanizado de piezas y la factoría en mis prácticas en la empresa que antes era Sider Perú. Por ese motivo, me matriculé en la carrera técnica de Mecánico de Máquinas Herramientas, en el Senati de Lima, luego me dediqué a crear mi factoría.

Conclusiones

Esta investigación me ha dado a conocer que los engranajes helicoidales pueden ser fabricados utilizando maquinas herramientas universales, que están disponibles en muchas factorías.

El uso de un CNC se justificaría por la ventaja del tiempo de fabricación, porque es más rápida. La etapa de diseño se hace generalmente con cálculos manuales y haciendo uso de manuales como el libro de Cálculos de Taller, etc.

Referencias

1. Casillas, A. L. (1980). Máquinas: Cálculos de Taller. La Habana: Instituto Cubano del Libro.
2. engranajes, P. d. (febrero de 2019). Gestión de Compras Industrial Sourcing. Obtenido de http://www.gestiondecompras.com/: http://www.gestiondecompras.com/es/productos/componentes-mecanicos-y-de-ferreteria/engranajes
3. Hernández Riverón, R., & García Nieto, E. (marzo de 2007). Fabricación del dentado de engranajes helicoidales en fresadoras universales. Pinar del Río, Pinar del Río, Cuba.