Mecanizado de eje largo: minimizando la deformación por flexión

Durante el proceso de mecanizado, muchas piezas en forma de eje tienen una relación longitud-diámetro (L/d) superior a 25.

Bajo los efectos combinados de las fuerzas de corte, la gravedad y las fuerzas de sujeción de la punta, un eje largo, delgado y orientado horizontalmente está sujeto a flexión o incluso a inestabilidad.

Por lo tanto, al girar dichos ejes, es necesario mejorar su distribución de tensiones.

Método de mecanizado: se emplea el torneado con avance inverso junto con una serie de medidas efectivas, como la selección de la geometría adecuada de la herramienta, los parámetros de corte, los dispositivos de sujeción y el uso de un soporte estable para sostener el husillo.

1. Análisis de los factores que provocan la deformación por flexión durante el torneado de ejes largos y delgados.

Existen dos métodos de sujeción tradicionales principales para tornear ejes largos y delgados en un torno: uno usa una punta y un centro y el otro usa dos puntas.

Aquí, analizamos principalmente el método de fijación de un extremo y de un centro, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Método de fijación de un extremo y un centro y análisis de fuerza.

Mediante un análisis práctico de mecanizado, las principales razones de la deformación por flexión de ejes largos y delgados durante el torneado son:

(1) Deformación causada por fuerzas de corte

Durante el proceso de torneado, las fuerzas de corte generadas se pueden descomponer en fuerza de corte axial PX, fuerza de corte radial PY y fuerza de corte tangencial PZ. Diferentes fuerzas de corte tienen diferentes efectos sobre la deformación por flexión de ejes largos y delgados durante el torneado.

1)Efecto de la fuerza de corte radial PY

La fuerza de corte radial se aplica perpendicular al plano que pasa por el eje del eje largo y delgado. Debido a la baja rigidez del eje largo y delgado, la fuerza radial doblará el eje, provocando que se deforme en el plano horizontal. El efecto de la fuerza de corte radial sobre la deformación por flexión del eje largo y delgado se muestra en la Figura 1.

2)Efecto de la fuerza de corte axial PX

La fuerza de corte axial se aplica paralela al eje del eje largo y delgado, creando un momento de flexión en la pieza de trabajo. Para procesos generales de torneado, el efecto de la fuerza de corte axial sobre la deformación por flexión de la pieza de trabajo no es significativo y puede ignorarse. Sin embargo, debido a la baja rigidez y estabilidad del eje largo y delgado, cuando la fuerza de corte axial excede un cierto valor, el eje se doblará longitudinalmente y provocará deformación. Esto se muestra en la Figura 2.

(2) Efecto de cortar el calor

El calor de corte generado durante el mecanizado puede provocar deformación térmica y alargamiento de la pieza. Durante el giro, el centro del mandril y el contrapunto están fijos y la distancia entre ellos permanece constante.

Como resultado, el alargamiento axial del eje largo y delgado está limitado por la distancia fija, lo que provoca compresión axial y deformación por flexión del eje cuando sufre expansión térmica.

Por lo tanto, mejorar la precisión del mecanizado de ejes largos y delgados es esencialmente una cuestión de controlar las fuerzas y la deformación térmica en el proceso.

2. Medidas para mejorar la precisión del mecanizado de ejes largos y delgados

Para mejorar la precisión del mecanizado de ejes largos y delgados, se deben tomar diferentes medidas según las diferentes condiciones de producción.

(1) Elegir el método de fijación adecuado

De los dos métodos de sujeción tradicionales utilizados para tornear ejes largos y delgados en un torno, el uso de un método de sujeción de doble punto central garantiza un posicionamiento preciso y la coaxialidad de la pieza.

Sin embargo, este método no es adecuado para ejes largos y delgados con baja rigidez, alta deformación por flexión y vibración, y solo es adecuado para piezas de trabajo con relaciones longitud-diámetro bajas, tolerancias de mecanizado pequeñas y requisitos de coaxialidad altos.

Para mecanizar ejes largos y delgados, comúnmente se utiliza un método de sujeción de un extremo y un centro.

Sin embargo, si el centro del contrapunto está demasiado apretado, no solo puede doblar el eje largo y delgado, sino que también dificulta el estiramiento térmico durante el giro, provocando compresión axial y deformación por flexión.

Además, la superficie de sujeción del mandril y el orificio central del contrapunto pueden no ser coaxiales, lo que provoca una superposición después de la sujeción y provoca una deformación por flexión del eje largo y delgado.

Por lo tanto, cuando se utiliza el método de fijación de un extremo y un centro, se debe utilizar una parte superior elástica para permitir que el eje largo y delgado se alargue libremente debido a la expansión térmica, reduciendo la deformación por flexión térmica.

Al mismo tiempo, se puede insertar un anillo de alambre abierto entre el mandril y el eje largo y delgado para reducir la longitud de contacto axial entre ellos, eliminar la superposición durante la instalación y reducir la deformación por flexión, como se muestra en la Figura 3.

(2) Reducir directamente la deformación por tensión de ejes largos y delgados

1) Usando una luneta y un luneta central

Al girar ejes largos y delgados utilizando un método de sujeción de un extremo y un centro, para reducir la influencia de la fuerza de corte radial en la deformación por flexión, tradicionalmente se utiliza un soporte estable y un soporte central.

Esto agrega soporte al eje largo y delgado, aumentando su rigidez y reduciendo efectivamente el impacto de la fuerza de corte radial.

2) Uso del método de sujeción axial para rotar ejes largos y delgados

Aunque el uso de soporte constante y soporte central puede aumentar la rigidez de la pieza de trabajo y eliminar el impacto de la fuerza de corte radial, no puede resolver el problema de la fuerza de corte axial al doblar la pieza de trabajo, especialmente para ejes largos y delgados con gran longitud. relaciones entre diámetro y diámetro, donde la deformación por flexión es más obvia.

Por lo tanto, se puede utilizar un método de sujeción axial para girar ejes largos y delgados. El torneado de abrazadera axial se refiere a un proceso en el que un extremo del eje largo y delgado se sujeta mediante un mandril y el otro extremo se sujeta mediante una pinza de sujeción especialmente diseñada que aplica tensión axial al eje, como se muestra en la Figura 4.

Durante el proceso de torneado, el eje largo y delgado está constantemente sujeto a tensión axial, lo que resuelve el problema de la fuerza de corte axial al doblar la pieza de trabajo.

Bajo la acción de la tensión axial, se reduce el grado de deformación por flexión causada por la fuerza de corte radial y se compensa el alargamiento axial causado por el calor de corte, mejorando la rigidez y la precisión del mecanizado del eje largo y delgado.

3) Uso del método de corte inverso para girar ejes largos y delgados

El método de corte inverso se refiere a un proceso en el que la herramienta de corte avanza en la dirección del contrapunto desde el mandril del husillo durante el proceso de giro del eje largo y delgado, como se muestra en la Figura 5.

De esta manera, la fuerza de corte axial generada durante el proceso de mecanizado deja el eje largo y delgado bajo tensión, eliminando la deformación por flexión causada por la fuerza de corte axial.

Al mismo tiempo, el uso de un centro elástico del contrapunto puede compensar eficazmente la deformación por compresión y el estiramiento térmico de la pieza de trabajo desde la herramienta de corte hasta el extremo del contrapunto, evitando la deformación por flexión de la pieza de trabajo.

Utilizando un enfoque de doble herramienta para tornear ejes largos y delgados en un torno modificado con un portaherramientas trasero agregado, las herramientas de corte delanteras y traseras se pueden usar simultáneamente, como se muestra en la Figura 6.

Se colocan dos herramientas de torneado radialmente opuestas entre sí, con la herramienta delantera instalada en la orientación correcta y la herramienta trasera instalada al revés.

Las fuerzas de corte radial generadas durante el torneado con las dos herramientas se anulan entre sí, lo que da como resultado una deformación y vibración mínimas de la pieza y una alta precisión de mecanizado, lo que la hace adecuada para la producción por lotes.

4) El corte magnético se utiliza para girar ejes delgados.

El principio del corte magnético es similar al del corte inverso. Durante el torneado, el eje delgado se estira mediante una fuerza magnética, lo que reduce su deformación por flexión y mejora su precisión de mecanizado.

(3) Controlar razonablemente la cantidad de corte.

La selección de la cantidad de corte afecta el tamaño de las fuerzas de corte y la cantidad de calor de corte generado durante el proceso de corte. Por tanto, también afecta la deformación provocada al girar ejes delgados.

1) Profundidad de corte

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