Tallado a mano

El tallado con fresa madre es un proceso de mecanizado para cortar engranajes , estrías y ruedas dentadas mediante una fresadora con fresa madre , una máquina fresadora especializada . Los dientes o estrías del engranaje se cortan progresivamente en el material (como una pieza plana y cilíndrica de metal o plástico termoendurecible) mediante una serie de cortes realizados con una herramienta de corte llamada fresa madre .

El tallado con fresa madre es relativamente rápido y económico en comparación con la mayoría de los demás procesos de formación de engranajes y se utiliza para una amplia gama de piezas y cantidades. ^[1] El tallado con fresa madre es especialmente común para el mecanizado de engranajes rectos y helicoidales. ^[2]

Un tipo de desbaste análogo al tallado de engranajes externos se puede aplicar al corte de engranajes internos, que se desbastan con una fresa rotatoria (en lugar de darles forma o brocharlos ). ^[3]

El tallado con fresa madre puede crear engranajes rectos, helicoidales, cónicos rectos, refrentados, coronados, sinfín, cilíndricos y achaflanados. ^[4] Una máquina talladora con fresa madre utiliza dos husillos oblicuos . Uno está montado con una pieza de trabajo en bruto y el otro sostiene la fresa (o "fresa madre"). El ángulo entre el husillo (eje) de la fresa madre y el husillo de la pieza de trabajo varía según el tipo de pieza que se esté fabricando. Por ejemplo, si se está produciendo un engranaje recto, el husillo se mantiene en el ángulo de avance de la fresa madre, mientras que si se está produciendo un engranaje helicoidal, se mantiene en el ángulo de avance de la fresa madre más el ángulo de hélice del engranaje helicoidal. Las velocidades de los dos husillos se mantienen en una proporción constante determinada por el número de dientes que se cortan en la pieza en bruto; por ejemplo, para una fresa madre de una sola rosca con una relación de transmisión de 40:1, la fresa madre gira 40 veces por cada vuelta de la pieza en bruto, produciendo 40 dientes en la pieza en bruto. Si la fresa tiene varias roscas, la relación de velocidad se multiplica por el número de roscas de la fresa. ^[5] A continuación, la fresa se introduce en la pieza de trabajo hasta obtener la profundidad de diente correcta. Para finalizar la operación, la fresa se introduce a través de la pieza de trabajo en paralelo al eje de rotación de la pieza en bruto. ^[4]

A menudo, durante la producción en masa, se apilan múltiples piezas en bruto utilizando un dispositivo adecuado y se cortan en una sola operación. ^[5]

En el caso de engranajes muy grandes, la pieza en bruto se puede tallar preliminarmente hasta obtener una forma rugosa para que el tallado sea más eficiente.

Las fresadoras, también conocidas como fresas madre , vienen en muchos tamaños para producir diferentes tamaños de engranajes. Los engranajes de instrumentos diminutos se producen en pequeñas máquinas de sobremesa, mientras que los engranajes marinos de gran diámetro se producen en grandes máquinas industriales. Una fresadora madre normalmente consta de un mandril y un contrapunto para sujetar la pieza de trabajo, un husillo para montar la fresa madre y un motor de accionamiento. ^[6]

Para un perfil de diente que es teóricamente evolvente , la cremallera fundamental tiene lados rectos, con lados inclinados en el ángulo de presión de la forma del diente, con la parte superior e inferior planas. La corrección de adenda necesaria para permitir el uso de piñones de numeración pequeña se puede obtener mediante la modificación adecuada de esta cremallera a una forma cicloidal en las puntas, o mediante tallado con un diámetro distinto del paso teórico. Dado que la relación de transmisión entre la fresa y la pieza bruta es fija, el engranaje resultante tendrá el paso correcto en el círculo de paso, pero el espesor del diente no será igual al ancho del espacio.

Las fresadoras con fresa madre se caracterizan por el módulo más grande o diámetro de paso que pueden generar. Por ejemplo, una máquina con una capacidad de 10 pulgadas (250 mm) puede generar engranajes con un diámetro de paso de 10 pulgadas y, por lo general, un ancho de cara máximo de 10 pulgadas. La mayoría de las fresadoras con fresa madre son fresadoras verticales, lo que significa que la pieza en bruto se monta verticalmente. Las fresadoras con fresa madre horizontales se utilizan generalmente para cortar piezas de trabajo más largas; es decir, cortar estrías en el extremo de un eje. ^[7]

La fresa madre es una herramienta de corte que se utiliza para cortar los dientes en la pieza de trabajo. Tiene forma cilíndrica con dientes de corte helicoidales. Estos dientes tienen ranuras que recorren la longitud de la fresa madre, que ayudan en el corte y la eliminación de virutas . También hay fresas madre especiales diseñadas para engranajes especiales, como los engranajes estriados y de rueda dentada. ^[6]

La forma de la sección transversal de los dientes de la fresa madre es casi la misma que la de los dientes de un engranaje de cremallera que se utilizaría con el producto terminado. Hay ligeros cambios en la forma para fines de generación, como extender la longitud del diente de la fresa madre para crear un espacio libre en las raíces del engranaje. ^[8] Cada diente de la fresa madre tiene un relieve en su lado posterior para reducir la fricción. ^[9]

La mayoría de las fresas madre son de un solo hilo, pero las fresas madre de doble y triple hilo se utilizan para talleres de alto volumen de producción. Las fresas madre de múltiples hilos son más eficientes pero menos precisas que las de un solo hilo. ^[10] Dependiendo del tipo de dientes de engranaje que se vayan a cortar, existen fresas madre hechas a medida y fresas madre de uso general. Las fresas madre hechas a medida son diferentes de otras fresas madre, ya que son adecuadas para hacer engranajes con perfiles de dientes modificados. Los perfiles de dientes modificados se utilizan generalmente para agregar resistencia y reducir el tamaño y el ruido de los engranajes.

Los tipos más comunes de placas de cocción incluyen:

• Fresas para piñones de cadena de rodillos
• Fresas de rueda helicoidal
• Fresas ranuradas
• Fresas de chaflán
• Fresas para engranajes helicoidales y rectos
• Fresas ranuradas de lado recto
• Fresas estriadas evolventes
• Fresas dentadas
• Placas de cocción de engranajes semi-recortables

El fresado se utiliza para fabricar los siguientes tipos de engranajes terminados:

• Engranajes cicloidales (ver más abajo)
• Engranajes helicoidales
• Engranajes evolventes
• Trinquetes
• Estrías
• Piñones
• Engranajes rectos
• Engranajes helicoidales

El tallado con fresa madre se utiliza para producir la mayoría de las ruedas helicoidales con garganta , pero ciertos perfiles de dientes no se pueden tallar con fresa madre. Si alguna parte del perfil de la fresa madre es perpendicular al eje, la fresa madre no tendrá la holgura de corte generada por el proceso de retroceso habitual y no cortará bien.

Para engranajes cicloidales (como los utilizados en la Especificación BS978-2 para engranajes de paso fino) y engranajes de tipo cicloidal, cada módulo , relación y número de dientes en el piñón requiere una fresa de tallado diferente, por lo que el tallado es ineficaz para la producción de pequeños volúmenes.

Para evitar este problema, se elaboró ​​una norma especial de emergencia para engranajes de arco circular en tiempos de guerra que ofrecía una serie de formas casi cicloidales que se podían cortar con una sola fresa para cada módulo de ocho dientes en adelante, con el fin de economizar recursos de fabricación de la fresa. Una variante de esta norma todavía se incluye en la norma BS978-2a (Engranajes para instrumentos y mecanismos de relojería. Engranajes de tipo cicloidal. Engranajes de arco circular doble).

Las tolerancias de concentricidad de la fresa limitan los módulos inferiores que se pueden cortar prácticamente mediante fresado a aproximadamente 0,5 módulos.

Christian Schiele, de Lancaster, Inglaterra, patentó la máquina de tallado en 1856. ^{[11] [ fuente autoeditada ]} Era un diseño simple, pero los componentes rudimentarios están todos presentes en los dibujos de patentes habituales. La herramienta de corte de la fresa y el tren de engranajes para proporcionar la relación de velocidad del husillo adecuada son claramente visibles. El conocimiento del tallado en el sector de la relojería probablemente precedió a su patente. El siguiente gran paso adelante se produjo en 1897, cuando Herman Pfauter inventó una máquina que podía cortar tanto los engranajes "rectos" tradicionales como los engranajes helicoidales, lo que impulsó aún más la producción. ^[12]

• Lista de nomenclatura de engranajes

• Sociedad Americana de Metales ; Cubberly, William H.; Bardes, Bruce P. (1978), Manual de metales: mecanizado, vol. 16 (novena edición ilustrada), ASM International, ISBN 978-0-87170-007-0.
• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (novena edición), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Drozda, Tom; Wick, Charles; Benedict, John T.; Veilleux, Raymond F.; Sociedad de Ingenieros de Manufactura; Bakerjian, Ramon (1983), Manual de ingenieros de herramientas y manufactura: mecanizado, vol. 1 (4.ª edición ilustrada), Sociedad de Ingenieros de Manufactura, ISBN 978-0-87263-085-7.
• Endoy, Robert (1990), Tallado, modelado y afeitado de engranajes (edición ilustrada), Society of Manufacturing Engineers , ISBN 978-0-87263-383-4.
• Jones, Franklin D. (1964), Curso de capacitación en talleres mecánicos (quinta edición ilustrada), Industrial Press Inc., ISBN 978-0-8311-1040-6.
• Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Guía de referencia de procesos de fabricación, Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.

• Burstall, Aubrey F. (1965), Una historia de la ingeniería mecánica , MIT Press, ISBN 0-262-52001-X, Código de Comercio de Canadá  65-10278. En la pág. 303, "El proceso de tallado concebido en 1856 por Christian Schiele se convirtió en un proceso práctico para el trabajo de producción tan pronto como los dientes de engranajes con forma evolvente reemplazaron al tipo cicloidal en la década de 1880, ya que la fresa evolvente, al igual que la cremallera evolvente, tiene lados rectos (ya que el sinfín es una forma de cremallera continua) de modo que para hacer una fresa a partir de un sinfín todo lo que uno tiene que hacer es cortar algunos dientes en el sinfín para que corte la pieza en bruto a medida que gira".
• GB 185702896, Schiele, Christian, "Maquinaria para cortar tuercas, tornillos y ruedas dentadas", publicado el 6 de diciembre de 1856, emitido el 5 de junio de 1857  ; patente anterior a 1890 no encontrada en eSpaceNet (ver observaciones de la Biblioteca Británica); ver reimpresión de Google Books a la que le faltan las hojas 1 y 2.
• Woodbury, Robert S. (1958), Historia de la máquina cortadora de engranajes: un estudio histórico sobre geometría y máquinas, MIT Press, ISBN 9780262730013, OCLC  1689960. En la pág. 105, "Pero se había reconocido que el sinfín era una forma de cremallera continua y todo lo que se necesitaba para cortar engranajes con él era proporcionarle bordes cortantes, para hacer una fresa (Fig. 45). Los dientes habían sido cortados con este método probablemente por primera vez por Ramsden en 1768".
• Woodbury, Robert S. (1972), "Historia de la máquina de corte de engranajes", Estudios de la historia de las máquinas herramienta , Cambridge, Massachusetts: MIT Press, ISBN 978-0-262-73033-4, LCCN  72006354, OCLC  609185
• Dudley, Darle W. (1969), "La evolución del arte de los engranajes", publicado por la Asociación Estadounidense de Fabricantes de Engranajes, Washington DC, Biblioteca del Congreso, número de catálogo: 72-78509
• Radzevich, Stephen P. (2017), "Herramientas de corte de engranajes: ciencia e ingeniería", CRC Press, segunda edición, ISBN 9781138037069. El capítulo 1 ofrece una historia muy completa y contemporánea de las herramientas de corte de engranajes. 

• Gimpert, Dennis (enero de 1994), "El proceso de tallado de engranajes" (PDF) , Gear Technology , 11 (1): 38–44. Tiene esquemas de máquinas talladoras en las figuras 8-10.