El análisis, la evaluación y la selección racional de diferentes métodos de procesamiento de roscas internas pueden ayudar a los fabricantes de piezas a producir agujeros roscados de alta calidad de manera eficiente y económica. Ventajas y desventajas de los cinco métodos principales de procesamiento de roscas internas: roscado, extrusión, fresado, torneado y rectificado.
Procesamiento de roscas internas mediante roscado
El roscado con macho es un método eficaz y común para muchas operaciones de roscado. Suele tener el coste inicial más bajo, pero no es necesariamente el más económico en general.
El roscado con macho es un proceso de corte continuo en el que se elimina material de la pieza de trabajo mediante filos de corte secuenciales para obtener el tamaño de rosca final en una sola pasada. Los machos de roscar se fabrican específicamente para los diámetros mayor, menor y de paso de la rosca. Dado que los machos de roscar deben completar el desbaste y el acabado en una sola pasada, se debe evacuar una gran cantidad de virutas de manera eficaz y se puede generar una presión excesiva, lo que da lugar a problemas con la calidad de la rosca o daños en el macho de roscar.
El control de viruta es un problema importante que no se puede ignorar al roscar, especialmente cuando se mecanizan materiales de piezas de trabajo con menor dureza, mayor viscosidad y tendencia a producir virutas en tiras largas. Estas virutas en tiras tienen el potencial de formar un nido de pájaro alrededor del macho o acumularse en la ranura de viruta, lo que hace que el macho se rompa en el orificio. El aluminio, el acero al carbono y el acero inoxidable de la serie 300 son generalmente los materiales de piezas de trabajo más desafiantes para el control de viruta.
Los machos de roscar pueden procesar casi cualquier material de pieza de trabajo con una dureza inferior a HRC50, y algunos fabricantes de herramientas ofrecen machos de roscar que incluso pueden procesar materiales de pieza de trabajo con una dureza tan alta como HRC65.
El diámetro del orificio es otro factor a tener en cuenta. La mayoría de los usuarios finales solo pueden roscar orificios con un diámetro inferior a 16 mm. Si el diámetro del orificio supera los 16 mm, habrá un problema con la potencia suficiente de la máquina herramienta para girar el macho de roscar. Cuando el diámetro del orificio es inferior a 6,35 mm, el roscado también es propenso a problemas debido al espacio limitado para la viruta y la menor resistencia de los machos de roscar de diámetro pequeño.
Además, la longitud de rosca interna que se puede procesar con el macho de roscar generalmente puede alcanzar más de 3 veces su diámetro. Para roscas de agujeros profundos, los machos de roscar suelen ser más rápidos que las fresas de roscar de un solo diente. Siempre que las virutas se puedan descargar con éxito del agujero, se puede roscar la profundidad del macho de roscar.
Debido a que el diámetro y el paso son fijos, un macho no puede procesar diferentes tamaños de tornillos. Además, debido a la gran área de contacto entre el macho y la pared del orificio durante el roscado y la alta fuerza de corte generada, el macho puede romperse y atascarse en el orificio, lo que hace que la pieza de trabajo se desguace. El roscado también requiere una gran cantidad de lubricante para completar el proceso de manera efectiva.
Procesamiento de extrusión de roscas internas
Al transferir (en lugar de cortar) el material de la pieza de trabajo, los machos de roscar por extrusión pueden producir roscas internas de hasta 4 veces el diámetro. Dado que no se producen virutas, no hay necesidad de preocuparse por la formación de nidos de pájaros de virutas. Sin embargo, las roscas por extrusión requieren que la dureza de la pieza de trabajo se limite a menos de aproximadamente HRC40. Además, el material de la pieza de trabajo debe tener buena ductilidad debido a la necesidad de transferir material.
Los machos de roscar para extrusión suelen tener un diámetro inferior a 19 mm y pueden ser tan pequeños como 0,5 mm. Cuanto mayor sea el diámetro del macho de roscar, mayor será la fricción generada durante el procesamiento y mayor será la potencia necesaria para la máquina herramienta.
En comparación con los machos de roscar de corte, los machos de roscar de extrusión son más rígidos y tienen menos probabilidades de romperse. La presión que actúa sobre los machos de roscar de corte es una fuerza tangencial a través de su superficie poligonal, mientras que la presión que actúa sobre los machos de roscar de extrusión es una fuerza radial hacia el centro del macho, por lo que es mucho mayor que la fuerza tangencial.
En comparación con las roscas cortadas, los machos de roscar por extrusión son más resistentes porque forman roscas comprimiendo (en lugar de cortar) la estructura del grano del material de la pieza de trabajo.
En comparación con el roscado de corte, el roscado de extrusión requiere una máquina con mayor torque y potencia, mayores requisitos de estabilidad de sujeción de la pieza de trabajo, mayor fuerza requerida para transferir el material de la pieza de trabajo que el corte del material de la pieza de trabajo y mayores requisitos de precisión de perforación para los orificios de los tornillos.
En algunas industrias, incluidas la industria médica y la industria aeroespacial, no se acepta el roscado por extrusión. El paso de rosca formado por roscado por extrusión tiene defectos y la industria aeroespacial no permite puntas afiladas (perfil de diente en forma de U) en el paso de rosca. Sin embargo, este defecto no afecta la resistencia a la tracción de la rosca, por lo que no es una razón para rechazarla para piezas de uso general.
Procesamiento de fresado de roscas internas
Fresas de roscar Utilice la interpolación helicoidal para cortar roscas internas y externas. La mayoría de las máquinas CNC construidas en los últimos 10 a 15 años tienen capacidades de fresado de roscas.
El fresado de roscas se puede realizar con fresas de roscar de carburo sólido o fresas de roscar con insertos indexables (con vástagos de acero e insertos de carburo). Las fresas de roscar de dientes múltiples producen roscas de profundidad completa en una rotación alrededor del orificio, mientras que las fresas de roscar de un solo diente tienen filos de corte en una sola cara y solo pueden producir una rosca a la vez. Sin embargo, la mayoría de las fresas de roscar tienen varios dientes.
El fresado de roscas es adecuado para mecanizar materiales de piezas de trabajo con una dureza de hasta HRC 65 y presenta una excelente versatilidad. Las fresas de roscar con uno o dos recubrimientos diferentes se utilizan normalmente para mecanizar una variedad de materiales de piezas de trabajo.
El control de virutas en el fresado de roscas no suele ser complicado. El fresado de roscas es un corte interrumpido, lo que significa que se pueden formar virutas cortas e interrumpidas independientemente de las características de viruta del material de la pieza de trabajo.
Las fresas de roscar cubren una amplia gama de tamaños, desde roscas tan pequeñas como 0-80 (diámetro de corte 1,524 mm) hasta roscas con los diámetros de orificio más grandes. En términos generales, la mejor profundidad de orificio para el fresado de roscas se controla dentro de aproximadamente 2,5 veces el diámetro del orificio. La fuerza de corte del fresado de roscas no está equilibrada. Si la longitud de fresado es demasiado grande, la gran fuerza de corte radial formará una gran presión lateral, lo que provocará problemas como la desviación de la fresa, el astillado del filo de corte e incluso fresas de tamaño pequeño.
Sin embargo, las fresas de roscar de un solo diente pueden procesar agujeros de tornillo más profundos, incluso hasta 20 veces el diámetro del agujero. Dado que todo el corte se realiza en el extremo de la fresa, no hay problemas de deflexión de la herramienta. Muchos usuarios que producen equipos para yacimientos petrolíferos o grandes componentes de energía necesitan utilizar fresas de roscar de mango largo. Para ellos, fresar múltiples roscas con una fresa de un solo diente es más lento, pero sigue siendo más rentable que invertir $1.000 en un macho de roscar de 250 mm de largo.
El fresado de roscas tiene muchas ventajas. Se puede utilizar una sola fresa para procesar una serie de orificios para tornillos con el mismo paso y diferentes diámetros de orificio, mientras que una fresa de un solo diente puede procesar orificios para tornillos con múltiples pasos y múltiples diámetros de orificio. Además, una fresa de roscas se puede utilizar para procesar tanto orificios ciegos como orificios pasantes, y se pueden procesar tanto roscas a derechas como a izquierdas. Dado que la fresa de roscas tiene una estructura de fondo plano, también puede procesar una rosca completa cerca del fondo del orificio ciego. Incluso si la molino de extremo Si se rompe, es poco probable que se deseche la pieza. Por último, la fresa de roscar también se puede combinar con otras herramientas de procesamiento de orificios para formar una herramienta compuesta (como una herramienta compuesta de taladrado, biselado y fresado de roscas).
Sin embargo, en comparación con el roscado, el fresado de roscas suele requerir un ciclo más largo. Dado que el fresado de roscas requiere un programa de procesamiento especial, algunos usuarios pueden mostrarse reacios a utilizar este método de procesamiento. Sin embargo, este programa no es complicado y se puede compilar utilizando muchos programas de programación CNC.
Algunas empresas aún prefieren el roscado porque no quieren que el operador intervenga en el procesamiento. El fresado de roscas requiere que el operador realice algunos ajustes de compensación en la máquina herramienta. El diámetro de la fresa disminuirá gradualmente debido al desgaste normal. Para mantener el tamaño de procesamiento adecuado, el operador debe compensar el desgaste de la herramienta mediante ajustes. Primero se debe medir la tolerancia de la rosca y luego se ajustan los parámetros de procesamiento de acuerdo con el desgaste medido. El operador solo puede probar regularmente la rosca con un calibre. Si el resultado de la prueba no es satisfactorio, es necesario reemplazar el macho de roscar.
Procesamiento de torneado de roscas internas
Otra forma de producir roscas internas es tornearlas en una máquina multieje o un torno con un inserto indexable o una pequeña herramienta de mandrilado de cuerpo sólido. Este proceso se puede realizar con insertos de un solo diente o de varios dientes. Los insertos de varios dientes tienen varios dientes en cada filo de corte, y cada diente posterior corta más profundamente que el anterior. El uso de un inserto de varios dientes reduce la cantidad de pasadas necesarias para completar la rosca. Sin embargo, los insertos de varios dientes son más caros, por lo que son más ventajosos para la producción de gran volumen, no para la producción de bajo volumen.
Las roscas internas también se pueden tornear con una herramienta de mandrilado de cuerpo sólido. Al tornear roscas con una herramienta de un solo diente, los usuarios pueden utilizar un inserto de perfil completo o de perfil parcial (los insertos de varios dientes solo tienen un perfil completo), y los insertos de perfil completo producen el perfil completo de la rosca, incluida la cresta (el inserto corta el diámetro menor de la rosca). Con este inserto, se requiere un inserto separado para cada paso.
Los insertos de perfil completo producen roscas más fuertes y precisas con menos pasadas que los insertos de perfil parcial porque pueden producir los diámetros mayor, menor y de paso de la rosca al mismo tiempo.
Algunos insertos con forma de diente no tienen crestas (no pueden cortar el diámetro de la rosca) y algunos insertos con forma de diente tienen solo un diente, por lo que se pueden producir diferentes pasos utilizando diferentes profundidades de corte. Esta rosca tiene un arco de cresta muy afilado, lo que reduce la resistencia de la rosca gruesa y tarda más en procesarse.
La gama de tamaños de procesamiento para el torneado de roscas con herramientas indexables es muy amplia, desde el diámetro más grande hasta agujeros para tornillos tan pequeños como 6 mm. Los agujeros para tornillos con un diámetro de menos de 6 mm deben procesarse con herramientas de carburo sólido, y el diámetro mínimo de agujero que se puede procesar puede alcanzar aproximadamente 1,25 mm. Para agujeros de gran diámetro, Vargus ha procesado agujeros para tornillos grandes con un diámetro de hasta 0,9 m en un torno de torreta vertical que ha estado en servicio durante aproximadamente 100 años. No hay otra forma de procesar roscas de agujeros tan grandes excepto mediante torneado. Esta antigua máquina herramienta no tiene función de interpolación helicoidal.
Las herramientas de torneado de roscas con vástagos de acero son adecuadas para procesar agujeros de hasta 3 veces el diámetro del agujero, mientras que las herramientas con vástagos de carburo pueden procesar agujeros de 4 a 5 veces el diámetro del agujero.
El torneado de roscas también permite procesar una variedad de materiales de piezas de trabajo y se pueden tornear roscas en piezas de trabajo con una dureza de hasta HRC50 o aleaciones de alta temperatura como Hastelloy e Inconel. Sin embargo, estos materiales son duros y abrasivos, lo que acorta la vida útil de la herramienta.
El control de virutas es fundamental en el torneado de roscas internas, especialmente al tornear roscas de agujeros ciegos. Los usuarios pueden utilizar la geometría de la plaquita para controlar las virutas y utilizar métodos de avance (incluidos el avance radial, el avance por flanco, el avance modificado por flanco o el avance alternado por flanco) o métodos helicoidales inversos (dirección de formación de la rosca en dirección opuesta al husillo en lugar de hacia el husillo) para facilitar la evacuación de las virutas.
El método de avance que se debe utilizar depende de las condiciones de procesamiento, pero en la mayoría de los casos, es beneficioso utilizar el avance radial de flanco modificado, por lo que puede ser la preferencia predeterminada. Sin embargo, en casi todas las máquinas herramienta, si no se cambia un parámetro en el programa de mecanizado, el mecanizado se realizará en modo de avance radial.
Rectificado de roscas internas
El rectificado de roscas es un método de mecanizado de alta precisión y una opción eficaz para roscas internas de precisión con requisitos de tolerancia estrictos. Se pueden mecanizar diversas roscas internas, ranuras, pistas de rodamientos y otras características de piezas relacionadas en una rectificadora. Las piezas típicas que se pueden mecanizar con una rectificadora de roscas internas incluyen calibres de anillos de rosca, tuercas de rodillos, tornillos de bolas, etc.
El rectificado de roscas internas generalmente debe realizarse en una rectificadora especializada. En términos generales, para rectificar una rosca con un perfil de diente preciso, la posición de instalación de la muela de rectificado de la máquina herramienta debe inclinarse de acuerdo con el ángulo de hélice de la rosca, lo que requiere un eje giratorio, que la mayoría de las rectificadoras de uso general no tienen. A veces, también se puede utilizar el método de rectificado paralelo al eje A, con una muela de rectificado de múltiples dientes que se ha modificado (corregido su perfil helicoidal) insertada directamente en la pieza de trabajo para rectificar la rosca externa, pero el rectificado de roscas internas requiere una muela de rectificado de un solo diente instalada en el eje A de acuerdo con el ángulo de hélice.
El tamaño del diámetro interior de la rosca rectificada con una buena economía de mecanizado suele ser de 10 a 25 mm. La regla general para rectificar roscas internas de agujeros profundos es: la relación entre la longitud del eje de la muela de rectificar y el diámetro no debe superar 7:1. El principal desafío en el rectificado de roscas internas profundas es el ángulo de hélice en relación con el diámetro del agujero. A medida que aumenta la longitud de la rosca y disminuye el diámetro del agujero, el rectificado en ángulos de hélice altos se vuelve difícil porque es más probable que el husillo de rectificado colisione con la pieza de trabajo.
El control de virutas para el rectificado de roscas internas implica enjuagar la zona de rectificado con refrigerante. Nuevamente, es difícil hacer llegar el refrigerante a la zona de rectificado en la dirección de rotación de la muela sin obstruir la entrada de la muela y el husillo de rectificado en el orificio pequeño, ya que el espacio del orificio interno es limitado.
El rectificado de roscas internas es muy preciso, lo que permite contornear la rueda con precisión y volver a contornearla rápidamente según sea necesario después de que se haya formado la rueda. Además, el rectificado de roscas internas aumenta la productividad. La rueda se puede volver a contornear para producir diferentes formas de rosca sin tener que cambiar otras ruedas.
Una buena rectificadora de roscas internas debe tener varias características: buena rigidez y estabilidad térmica, alta precisión de movimiento del eje, retroalimentación precisa de la posición en circuito cerrado y un husillo de precisión con control de temperatura.
¿Cómo determina un fabricante de piezas qué método de roscado interno utilizar? Cada método de procesamiento tiene sus propias ventajas y desventajas. Si un método de procesamiento no da resultados satisfactorios, se deben probar otros métodos de procesamiento. Al determinar el proceso de procesamiento de roscas internas, es importante considerar qué tipo de máquina herramienta tiene y evaluar cuidadosamente el costo de la herramienta, el ciclo de procesamiento y la vida útil de la herramienta.
