¿Qué es un eje mecanizado?
Un eje mecanizado es una pieza cilíndrica o redonda que facilita la transferencia de movimiento de rotación y potencia. Son muy útiles en diversas aplicaciones, como automóviles y aviones. Los ejes mecanizados se fabrican en barras que se someten a movimientos lineales necesarios para la precisión de las máquinas. Ambos tipos de ejes deben fabricarse dentro de unos límites estrechos. Deben ser capaces de soportar cargas especiales y funcionar eficazmente en condiciones severas.
La fabricación de astiles tiene una larga historia. Los primeros testimonios proceden de Persépolis (Irán), donde las máquinas daban forma de asta a las barras de metal. Este proceso ha evolucionado a lo largo de los siglos. Satisface las necesidades de industrias como la automovilística, la aeroespacial y la de ingeniería. Hoy en día se fabrican diversos ejes para distintas aplicaciones utilizando técnicas y materiales actuales.
Los ejes mecanizados utilizan la fuerza de rotación, impartiendo un par que permite un funcionamiento suave y la eficiencia en las máquinas. Los fabricados a medida pueden proporcionar el mejor movimiento lineal. Así se evitan problemas como las salidas de pista. Ambos tipos son cruciales. Mejoran el rendimiento y la funcionalidad de las máquinas. Por eso son esenciales en muchos ámbitos.
Procesamiento de ejes mecanizados a medida
La fabricación de ejes a medida tiene tres ventajas principales. Tienen dimensiones precisas, exactitud y un acabado superficial superior. El proceso comienza estableciendo para qué se utilizará el eje. Esto incluye las condiciones a las que se someterá y los requisitos del proyecto. Así se garantiza que cada uno sea preciso y funcione como se necesita.
Selección de materiales
La elección del material es fundamental. El aluminio, la fibra de carbono, el acero y el plástico son materiales que se utilizan para otros fines. Por ejemplo, en la industria se utiliza el acero porque es resistente. El aluminio se utiliza en vehículos recreativos principalmente por su ligereza.
Diseño y programación
En la fase de diseño, hay que determinar el material con el que se fabricará el eje, así como su diámetro y longitud. A continuación, se elabora un plano detallado en software CAD. Tras este proceso de mecanizado, se programa el software CAM para generar trayectorias de herramientas y un programa CNC (código G).
Cortar y dar forma
Este material se corta con sierras o láser antes de mecanizarlo con fresadoras CNC. El desbaste consiste en cortar el material en piezas más pequeñas y girarlas con una fresadora para darles una forma precisa.
Configuración de la máquina
Para montar una máquina CNC, hay que elegir un tipo de máquina adecuado -fresa o torno-, preparar la pieza y seleccionar las herramientas de corte, entre otras cosas. Se trata de fijar las piezas con útiles y emplear herramientas de corte afiladas para que haya precisión.
Proceso de mecanizado de ejes
El torneado CNC maneja bien las piezas cilíndricas. Es ideal para fabricar ejes a medida. También debe implicar una cuidadosa supervisión e inspecciones durante todo el proceso. Se trata de garantizar la calidad.
Tratamiento térmico
Existen distintos tipos de procesos de tratamiento térmico. El martilleado garantiza que el eje pueda soportar cambios de temperatura y ambientales durante su uso.
Acabado de superficies
La superficie de los ejes puede mejorarse mediante técnicas de granallado, anodizado o pasivado. De este modo, cumplirán mejor su función y siempre tendrán un buen aspecto. Esto también se consigue mediante galvanoplastia. Estos métodos responden a las especificaciones requeridas para las distintas aplicaciones.
Inspección y control de calidad
Para medir todos los ejes a medida, se utilizan micrómetros, calibres, calibradores, etc., para garantizar que se ajustan a las tolerancias deseadas.
Embalaje
Por último, los ejes se embalan cuidadosamente. El objetivo es evitar daños durante el transporte. Deben llegar intactos a su destino para ser utilizados en diversas aplicaciones.
Variedades y aplicaciones de los ejes mecanizados
Ejes huecos
Los ejes huecos tienen un orificio o espacio en su centro que permite el paso rápido de fluidos, cables y otros elementos, lo que los hace más accesibles para aplicaciones sensibles al peso, como coches de carreras y aviones. Son más ligeros que los ejes macizos del mismo tamaño. También desempeñan un papel importante en sistemas transportadores, bombas y dispositivos médicos. Su menor peso ayuda a las industrias automovilística y aeroespacial. Mejora el rendimiento y la eficiencia del combustible.
Ejes roscados
Los ejes roscados tienen roscas interiores o exteriores que coinciden con sus homólogos como las tuercas. Por ejemplo, los ejes roscados son mejores cuando el montaje es necesario con frecuencia, o el desmontaje es habitual en trabajos eléctricos o de fontanería. Los husillos roscados, los husillos de avance y los dispositivos de fijación también emplean adecuadamente los ejes roscados. Sin embargo, los ajustes deben ser precisos en los montajes mecánicos. Y los accesorios deben ser seguros.
Ejes con chaveta
Los ejes enchavetados poseen un corte único llamado chavetero que mantiene las ruedas dentadas, las poleas o los engranajes fijos en ellos. Una vez instalados en los ejes con chaveta, ésta impide que las piezas giren o se salgan de su sitio. Estas situaciones requieren equipos de alto par, como motores y bombas. Por ejemplo, los motores industriales pueden tener ejes con chavetero que mantienen intactos los engranajes. Esto facilita una transmisión de potencia suave y fiable.
Ejes estriados
Los ejes estriados poseen unas ranuras llamadas estrías que encajan con precisión en las estrías correspondientes que se encuentran en piezas como las ruedas de las poleas o los engranajes. Un ajuste firme permite que la potencia fluya suavemente a través de estas piezas. Es útil para el posicionamiento y el par. Por ejemplo, en las transmisiones de los coches, todas las piezas deben moverse juntas. Esto se debe a los ejes estriados. De este modo se garantiza una transmisión eficaz de la potencia. Se utilizan en la industria del automóvil, entre otras, y en aplicaciones industriales y aeroespaciales.
Ejes cónicos
Los ejes cónicos se hacen más delgados a lo largo de su longitud. Esta forma proporciona un agarre firme para piezas como poleas, engranajes y cubos de rueda de automóvil. Estos ejes suelen tener un chavetero o están hechos para encajar de forma cónica, de modo que los componentes permanezcan firmemente montados. Además, el diseño cónico también facilita el desmontaje y montaje de diversas piezas. Esto ayuda a simplificar las sustituciones o los trabajos de mantenimiento. Por ejemplo, en un cubo de rueda de automóvil, un eje cónico garantiza un ajuste perfecto, lo que mantiene la rueda segura y estable.
Ejes macizos
Los ejes macizos son como pequeñas barras de acero o aluminio estiradas hasta formar varillas largas. Son básicos pero sólidos. Por eso pueden utilizarse en aplicaciones de poca potencia o baja velocidad. Entre ellas se incluyen herramientas manuales para electrodomésticos y maquinaria pequeña. Su robusta estructura los hace muy duraderos cuando se utilizan en diferentes sistemas mecánicos.
Ejes escalonados
Los ejes escalonados tienen múltiples diámetros a lo largo de su longitud, lo que les permite alojar rodamientos, engranajes y poleas, entre otras piezas. Esta característica permite que las piezas pasen fácilmente de un rango de tamaños a otro. Esto hace que sean muy utilizados en sistemas de transmisión de potencia. La configuración escalonada aumenta la versatilidad, lo que permite realizar montajes mecánicos complejos.
Ejes de pistón
Estos pistones se mueven hacia delante y hacia atrás a través de las paredes del cilindro para generar movimiento. El movimiento derivado de objetos grandes y pesados que se deslizan hacia arriba o hacia abajo por el vástago es típico de este caso. El diseño del vástago del pistón es robusto. Puede soportar grandes fuerzas derivadas de estos usos. Por tanto, ofrece un rendimiento fiable.
Ejes de tornillo sin fin
El eje helicoidal tiene en su interior discos helicoidales. Pueden girar sobre una línea axial paralela a su movimiento dentro del espacio sinfín. Los procesadores de alimentos deben ser eficientes y sostenibles. Las roscas helicoidales también son mecanismos de accionamiento adecuados para la mayoría de los ventiladores. Su forma única permite una transferencia suave del movimiento. De este modo se reduce la fricción inútil en los sistemas mecánicos.
Ejes de engranaje
Estas transmisiones de potencia son esenciales en automóviles y otros aparatos en los que los engranajes desempeñan un papel vital. Se puede optar por las transmisiones manuales o automáticas. Esto permite recorrer largas distancias a altas velocidades sin desgastarse.
Técnicas de fabricación de ejes de precisión
Máquina de torneado CNC
El torno CNC es muy rápido para mecanizar piezas torneadas cilíndricas. La máquina gira alrededor del husillo del contrapunto y perfora el material con una herramienta de corte fija sujeta por un carro de torreta. Es importante porque proporciona cualquier diámetro y acabado superficial deseados. Se favorece en la producción de gran volumen ya que sus herramientas especializadas cortan el material del eje giratorio.
Fresadora CNC
Este proceso utiliza una fresa giratoria para crear características como estrías, planos y chaveteros. Da al eje estacionario la forma y el tamaño requeridos. La herramienta puede ser un dispositivo rotativo multipunto o una fresa de mango. Encaja en un soporte adaptador en el cabezal de fresado de una máquina CNC o en el carro de la torreta. Los cortes de fresado son siempre precisos y rectos en el eje estacionario.
Rectificadoras CNC
Para que los ejes mecanizados queden lisos, el rectificado CNC los frota contra ruedas o discos abrasivos giratorios. Esto garantiza que los productos acabados cumplan las tolerancias dimensionales y los tamaños especificados. Los ejes de transmisión a medida construidos de esta forma deben tener unas tolerancias y dimensiones establecidas para que funcionen correctamente. Esto conduce a un acabado de buena calidad.
Taladradora CNC
Las secuencias se producen en diferentes dimensiones diametrales a través de los ejes utilizando máquinas de perforación CNC, también; estas ranuras pueden ir más profundo en función de su uso previsto. Con su bajo coste y sencillez, forma bien agujeros y canales en ejes personalizados.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
La electricidad se utiliza para eliminar una parte o la totalidad de una pieza de metal. De este modo se crean pequeñas características denominadas componentes en metales como el acero, el cobre o el aluminio. Este proceso se denomina electroerosión. Hace inútil la experiencia en la fabricación de elementos intrincados. Esto se debe a que se puede hacer sin conocimientos especiales de las reglas de diseño de fabricación. En su lugar, sólo se necesitan conocimientos básicos de matemáticas, incluida la trigonometría. Esto se utiliza para realizar pequeños detalles en ejes macizos.
Materiales para el mecanizado de piezas de eje
Diversos materiales con propiedades únicas fabrican ejes de precisión que responden a las necesidades específicas de cada aplicación. Estos deben ser capaces de soportar las exigencias operativas porque deben ser sólidos y duraderos.
Aluminio
Al ser ligero y resistente a la corrosión, el aluminio es fácilmente mecanizable. Por ejemplo, es ideal para aplicaciones de bajo peso, como los sectores de alto rendimiento y aeroespacial. Un ejemplo serían los coches de carreras, en los que a menudo se montan ejes de transmisión de aluminio para reducir el peso y mejorar la aceleración.
Acero inoxidable
Ideal para condiciones expuestas al agua o a elementos corrosivos, el acero inoxidable es muy resistente a la corrosión. Son habituales los grados 304 y 316 en plantas químicas y entornos marinos, y no se oxidan con facilidad cuando se someten a entornos agresivos.
Acero al carbono
El acero al carbono también puede someterse a tratamiento térmico para aumentar su dureza, ya que tiene una excelente resistencia a la tracción y maquinabilidad. Los ejes de bombas y motores utilizan principalmente aceros con bajo contenido en carbono, siendo el 1045 famoso para estas dos aplicaciones. Los aceros con bajo contenido en carbono ofrecen una buena resistencia. Esto los hace rentables. Los aceros con alto contenido en carbono ofrecen aún más resistencia.
Titanio
Es conocido por su elevada relación resistencia-peso y su resistencia a la corrosión. Además, el titanio se utiliza en la industria aeroespacial. Necesita una resistencia extrema porque es de alto rendimiento. El titanio hace ejes a medida; esto significa que pueden soportar tensiones antes de romperse.
Acero aleado
Este material es resistente, como las aleaciones 4140 o 4340, y se utiliza en condiciones severas con altas temperaturas. Normalmente, los constructores los fijan a grandes motores industriales y estructuras de maquinaria. Estos aceros pueden contener molibdeno, cromo y níquel. Estos elementos aumentan la resistencia al desgaste.
Aleaciones de níquel
A altas temperaturas y con una excelente resistencia a la corrosión, las aleaciones de níquel como Inconel 600 y 800 son fiables. Se utilizan para ejes de turbinas y otras aplicaciones exigentes. Pueden utilizarse incluso en condiciones severas y conservar sus propiedades.
Materiales compuestos
Los materiales compuestos avanzados, como la fibra de carbono, han popularizado las carreras de rendimiento. Combinan a la perfección las cualidades de alta resistencia y ligereza. Algunos de ellos son ideales en casos en los que es necesario reducir el peso en una cantidad significativa. Se convierten en estupendos sustitutos de los metales; resultan útiles cuando fallan los materiales tradicionales.
Acabado de superficies para ejes a medida
Pasivado
El pasivado se emplea para mejorar el eje de acero inoxidable. La limpieza de este tipo de eje con ácido elimina el hierro libre y otros contaminantes. Esto forma una capa de óxido pasiva que mejora la resistencia a la corrosión.
Anodizado
El anodizado es la mejor solución para los ejes de aluminio, ya que les confiere una superficie dura que resiste la corrosión. El anodizado también mejora su atractivo estético, sobre todo cuando se introducen tintes de colores decorativos.
Galvanoplastia
La galvanoplastia añade una fina película de zinc, níquel u oro a la superficie. Esto la hace muy resistente al desgaste y la corrosión.
Granallado
El chorreado con microesferas utiliza microesferas de acero a alta presión o finas partículas de vidrio para limpiar la superficie. Consigue que esta tenga un aspecto limpio, mate o satinado.
Pulido
Este método elimina todas las mellas y arañazos por abrasión. Esto evita la contaminación y la oxidación. También mejora la resistencia a la corrosión y la reflectividad.
Cromado
En este tipo de eje se aplica una fina capa de cromo, lo que aumenta la dureza y la resistencia a la oxidación. Tiene un revestimiento brillante pero resistente, que puede soportar entornos difíciles, incluidos los escenarios de uso continuo.
Consejos para fabricar piezas de eje
Para soportar las cargas y pares previstos, hay que asegurarse de que las piezas del eje sean fiables y precisas. Mediante este proceso, se puede seleccionar el material y el diámetro adecuados del eje para evitar fallos durante el funcionamiento.
Material del eje
El material adecuado debe elegirse en función de la resistencia, la temperatura y la resistencia a la corrosión, entre otros factores. Los materiales más comunes son el acero inoxidable, el carbono, las aleaciones y el aluminio. La elección del material debe corresponderse con los requisitos del proyecto y la asignación presupuestaria.
Determinar la longitud y el diámetro del eje
Mecanizar la longitud y el diámetro de un eje para cumplir los requisitos de la aplicación ayuda a evitar la flexión y las vibraciones. Elija una forma de sección transversal que pueda soportar la carga.
Acabado de superficies
Un acabado superficial adecuado mejora la durabilidad del eje. Algunos ejemplos de estos acabados son la anodización o el recubrimiento en polvo. Aumentan la resistencia a la corrosión, el desgaste y la fricción.
Control de calidad en el mecanizado de ejes
Cuando se trata de ejes funcionales, el control de calidad es fundamental. Las inspecciones y pruebas periódicas verifican las dimensiones, las propiedades de los materiales y los acabados superficiales. Algunos métodos son la medición por coordenadas y los ensayos de rugosidad y dureza superficial. También garantizan la trazabilidad y el cumplimiento de las normas mediante una documentación exhaustiva.
Análisis de tensiones
La realización de análisis de tensiones revela áreas propensas a grandes tensiones y puntos de fallo en términos generales. El software de ingeniería lo modela mediante técnicas de optimización.
Alineación de ejes
Pueden emplearse herramientas de precisión y técnicas adecuadas para lograr una alineación apropiada. Hay que tener en cuenta el entorno para reducir las vibraciones y el desgaste.
Conclusión
Los ejes mecanizados desempeñan un papel fundamental en la maquinaria moderna, garantizando un funcionamiento sin problemas y un alto rendimiento. Con una fabricación precisa y un estricto control de calidad, estos componentes cumplen las rigurosas normas del sector.
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