Una nueva cara para la sujeción de partes

Las puntas mecánicas de arrastre frontal merecen un estudio más detallado como alternativa a otros métodos tradicionales de sujeción con mandril. En muchos casos, el uso de puntas mecánicas de arrastre frontal en aplicaciones de torneado, provee mayor flexibilidad y menores tiempos de ciclo. El mayor beneficio de una punta de arrastre frontal es permitir que la pieza de trabajo se tornee completamente, desde un extremo hasta el otro, en una sola operación.

Pocas limitaciones
Se pensó alguna vez que las puntas de arrastre frontal eran básicamente para ejes cilíndricos largos y rectos, que tenían que tornearse entre centros. Ahora, muchos fabricantes encuentran que cualquier cosa que pueda tornearse entre centros puede hacerse con una punta de arrastre frontal.

Algunas piezas de trabajo que rutinariamente se cortan usando puntas de arrastre frontal, incluyen partes de transmisiones de automóvil, cigüeñales, ejes de levas, piñones, ejes de motores eléctricos, forjas y ejes hasta de 36 pulgadas de diámetro. Para que el torneado sea seguro con una punta de arrastre frontal, se recomienda una relación tres a uno del diámetro de la punta al diámetro de la pieza de trabajo en bruto, aunque también se usan relaciones cinco a uno.

También se pensó alguna vez que los cortes pesados eran un problema con las puntas de arrastre frontal, por el deslizamiento de la parte. Esto ya no es así, especialmente con las puntas mecánicas de arrastre frontal. Con una carga adecuada del contrapunto y el uso de pernos de arrastre (algunas aplicaciones no requieren pernos de arrastre; por ejemplo, ciertas puntas de arrastre frontal usadas en aplicaciones de tallado de engranajes incluyen un sistema de disco guía para evitar el deslizamiento), casi cualquier tipo de parte puede tornearse y, a menudo, con mayor eficiencia que usando un mandril de mordazas.

Los cortes interrumpidos generalmente se consideraban inaceptables para las puntas de arrastre frontal, pero ahora estos tipos de corte pueden hacerse con avances rápidos y cortes profundos. Hoy los cortes axiales o los cortes interrumpidos de ranuras en engranajes endurecidos, así como el roscado en duro, se hacen con puntas de arrastre frontal.

Las puntas de arrastre frontal pueden manejar una amplia gama de piezas de trabajo con un solo tamaño de punta. Por ejemplo, cambiando los pernos de arrastre, los modelos tamaño 4 de Neidlein (ambas versiones cargadas por resorte y con centro fijo), pueden manejar piezas de trabajo desde 1,575 hasta 7,0 pulgadas de diámetro.

Otras aplicaciones, como el torneado en duro, el rectificado, el tallado de engranajes y el fresado, también son aptas para estos sujetadores. Por ejemplo, la incidencia de la fresa matriz para tallar engranajes puede ser una preocupación con varios tipos de sujetadores de trabajos, pero con la punta de arrastre frontal especificada e implementada correctamente, esta aplicación puede ser muy exitosa. Los contrapuntos cargados por resorte que usan un disco de arrastre (en lugar de pernos de arrastre) tienen buen desempeño en el tallado. El disco de arrastre puede cambiarse rápidamente para darle forma o reemplazarlo, porque es fácil de retirar.

Las reglas
Dos reglas aplican para usar puntas de arrastre frontal.

Primera, la aplicación debe tener una máquina que pueda entregar suficiente fuerza en el cabezal móvil para mantener la pieza de trabajo. Sin embargo, la fuerza depende del tipo de pieza que se vaya a tornear, el material del que está hecha, el número de pernos de arrastre usados en la punta de arrastre frontal y la clase de operación que se esté desarrollando (torneado, rectificado, torneado en duro, tallado de engranajes, etc.). Si existe alguna duda de cuánta fuerza es necesaria, se aconseja a los usuarios consultar con el fabricante de la punta de arrastre frontal para obtener una guía. Por lo general, la mayoría de máquinas tiene suficiente fuerza en el cabezal móvil para una punta mecánica de arrastre frontal, aunque las rectificadoras con cabezal móvil manual y los tornos de roscar son una excepción.

Segunda, el primer corte debe hacerse generalmente hacia la punta de arrastre frontal para ajustar mejor la pieza de trabajo y permitir a los pernos de arrastre hacer su trabajo apresándola. Una vez se hace el primer corte hacia la punta de arrastre frontal, se pueden hacer cortes hacia el cabezal móvil. Sin embargo, las aplicaciones de rectificado y torneado en duro pueden no requerir el seguimiento de esta regla.

Componentes de diseño de la punta de arrastre frontal
Las puntas de arrastre frontal tienen cuatro partes principales:

Brida/vástago: se usa un montaje con brida o un montaje con vástago para unir la punta de arrastre al centro de torneado.

Cono de nariz: esta área de la punta de arrastre frontal (unida al área de brida/vástago) es la caja y guía para los pernos de arrastre, el contrapunto y su mecanismo de compensación/sistema cargado por resorte. El mecanismo de compensación/sistema cargado por resorte permite que los pernos de arrastre se ajusten a cualquier variación en la planitud del extremo de la pieza de trabajo. En algunos diseños mecánicos, un sistema de arandela cóncava/convexa trabaja con el contrapunto cargado por resorte o de centro fijo para permitir que el sistema acomode piezas de trabajo refrentadas irregularmente (que se encuentran por lo general en partes aserradas sin uniformidad, fundiciones de forma casi bruta o partes forjadas).

Contrapunto: en el centro de la punta de arrastre frontal hay un contrapunto que mantiene la pieza de trabajo en la línea central con el otro centro (o soporte de la pieza contraria) en el lado opuesto, generalmente un cabezal móvil con un centro giratorio o estático. Un centro giratorio/estático se usa para centrar la pieza de trabajo y localizar su punto en el agujero de centro de la pieza de trabajo. Los contrapuntos pueden cambiarse para diferentes tipos y tamaños de piezas de trabajo. (Por ejemplo, las piezas de trabajo endurecidas requieren normalmente un contrapunto de carburo o diámetros diferentes de tamaños de centro). Ellos centran la pieza de trabajo para rotar a lo largo del eje de la máquina y permiten que los pernos de arrastre sujeten la cara de la pieza de trabajo. Con amplia aceptación en la industria de hoy, el diseño de contrapunto cargado por resorte incluye posicionamiento de longitud desde el perno de arrastre o la cara de la pieza de trabajo. También están disponibles los contrapuntos de centro fijo (las mediciones de longitud se toman con una esfera de medición sobre la cara de la pieza de trabajo). Las versiones de centro fijo proveen las operaciones más precisas, con mediciones TIR tan bajas como 0.0002 pulgadas en comparación con TIR de 0.0004 pulgadas, típico en diseños cargados por resorte.

En las puntas de arrastre frontal con centro fijo, un actuador hidráulico o neumático empuja los pernos de arrastre a la pieza de trabajo, mientras que con los tipos cargados por resorte, el cabezal móvil empuja la pieza de trabajo al contrapunto. En los casos que se usa una punta de arrastre con centro fijo (cuando se necesitan tolerancias extremadamente altas o donde las longitudes se miden desde el agujero central mediante una esfera de medición), se debe tener el actuador y la barra de tiro de tamaño adecuado para evitar sobrecargar el cabezal móvil y optimizar el sistema hidráulico/neumático de la máquina.

Pernos de arrastre: para tornear eficientemente una pieza de trabajo, los pernos de arrastre deberían actuar como dientes que muerden la cara de la pieza de trabajo. Estos pernos son reemplazables y están disponibles en juegos de tres, cinco o seis, según el tamaño de la punta de arrastre y de la pieza de trabajo que se vaya a tornear.

Algunas aplicaciones requieren pernos de arrastre recubiertos con materiales como carburo o diamante. Las piezas de trabajo metálicas con una dureza Rockwell C 48 o mayor, deberían usar pernos de arrastre recubiertos. Los pernos recubiertos con diamante se continúan usando para rectificar piezas de trabajo endurecidas. El rectificado no genera tanta fuerza como el torneado.

Están disponibles pernos de arrastre microaserrados y con recubrimiento duro. Estos pernos, que reducen o eliminan el deslizamiento de la parte, reducen así los desperdicios. También duran más que los pernos de arrastre con recubrimiento de diamante.

Terminar piezas de trabajo endurecidas usando puntas de arrastre frontal gana mayor aceptación con las avanzadas capacidades de las puntas de arrastre, las máquinas-herramienta y las herramientas de corte. Sin embargo, el revenido ha dado la capacidad para sujetar piezas de trabajo endurecidas con confiabilidad y precisión mientras se mecanizan completamente en una sola operación. Para asegurar una apropiada sujeción del trabajo, se necesita un elemento de arrastre adecuado --que pueda manejar demandas de tolerancias estrechas y siga siendo rentable para posibilitar el torneado en duro--. Una opción es un sistema de pernos de arrastre microaserrados y con recubrimiento duro montado alrededor de la punta de arrastre frontal (lo cual ha resultado exitoso en muchas aplicaciones de torneado, pero especialmente en el torneado en duro).

En aplicaciones de torneado en duro y rectificado, la expectativa de vida de los pernos de arrastre microaserrados y con recubrimiento duro se reporta entre seis y diez veces mayor que aquella de los pernos con recubrimiento de diamante. Los nuevos pernos son más confiables que los pernos con recubrimiento de diamante, los cuales pueden perder agarre si el recubrimiento de diamante se pierde en condiciones difíciles, como el torneado de piezas de trabajo endurecidas. Además, estos pernos pueden sujetar un área superficial menor, permitiéndoles manejar una mayor variedad de piezas de trabajo que con los pernos recubiertos con diamante.

Dados los parámetros apropiados, se dice que estos pernos de arrastre logran tolerancias de redondez menores de 0.000008 pulgadas (0.002 mm) en corridas de producción largas.

¿Mecánicas o hidráulicas?
Aunque ambos tipos se utilicen ampliamente, las puntas mecánicas de arrastre frontal parecen proveer mejores razones para seleccionarlas frente a las hidráulicas. Los modelos mecánicos tienen pernos de arrastre compensados y mínimo desalineamiento del centro, resultado de la longitud de guía extendida en el centro, el contrapunto y su mecanismo de bloqueo (sólo en los modelos cargados por resorte). El cabezal móvil se bloquea mecánicamente cuando está en la posición sujetada. Estas puntas de arrastre frontales ofrecen una precisión por debajo de 0.0004 pulgadas TIR. Los diámetros de partes que pueden manejarse varían desde 0.240 pulgadas hasta 36 pulgadas con puntas de arrastre frontal estándar. (Se han mecanizado diámetros más pequeños y más grandes con puntas de arrastre frontal para aplicaciones especiales).

Los estilos mecánicos pueden usarse con piezas de trabajo que pesen hasta 8.000 lbs (se dice que las puntas de arrastre frontal hidráulicas están limitadas a piezas de trabajo de la mitad del peso). El torneado de piezas de trabajo más largas puede requerir el uso de un descanso continuo para soporte adicional.

La típica punta mecánica de arrastre frontal requiere menos fuerza del cabezal móvil porque de 90% a 95% de esta fuerza está disponible para que los pernos de arrastre muerdan la pieza de trabajo, con 5% a 10% de la fuerza del cabezal móvil usada para colapsar el contrapunto. En las puntas de arrastre frontal hidráulicas, cerca de 50% de la fuerza del cabezal móvil se usa para colapsar el contrapunto, porque no tienen ningún mecanismo de bloqueo del mismo.

Ahorro de costos y otras observaciones
Otros beneficios de las puntas de arrastre frontal incluyen costos menores de energía, así como menor desgaste y deterioro del husillo y de los componentes internos de la máquina. Se requiere más energía para hacer girar un mandril grande montado en una máquina de la que puede requerirse para una pequeña punta de arrastre frontal. Las puntas mecánicas de arrastre frontal también pueden reducir los costos de mantenimiento. Por lo general, lo único que se requiere es aplicar grasa cuando se cambian los pernos de arrastre.

En centros giratorios/estáticos, la punta de arrastre frontal generalmente sólo es tan buena como el cabezal móvil. Los centros con punta de carburo trabajan bien en aplicaciones de torneado en duro y rectificado. Conviene escoger un centro del cabezal móvil diseñado para minimizar el error de desalineamiento, soportar altas cargas axiales y radiales y requerir poco mantenimiento.