Mecanizado de manguitos de acero: tipos, aplicaciones y procesos

Durante las aplicaciones, cualquier componente del producto expuesto al entorno se enfrenta a condiciones adversas. Dicho componente, expuesto a condiciones adversas, se vuelve más vulnerable o su probabilidad de fallo aumenta en comparación con las piezas internas. Las aplicaciones pueden ser motores, sistemas hidráulicos, maquinaria industrial, etc. Su fallo se vuelve aún más importante si estos componentes son costosos o críticos. En estos casos, se utilizan manguitos de acero como piezas de protección. En este artículo se ofrece información completa sobre los manguitos de acero, su mecanizado, tipos, etc.

¿Qué es una manga de acero?

Es un tipo de protección que envuelve otra pieza para protegerla de condiciones adversas. El diseño de esta pieza de sacrificio es un tubo que presenta dificultades, pero el componente interno permanece seguro.

Cómo definir la manga de acero

En términos de ingeniería y prácticos, es un inserto cilíndrico que se utiliza para proteger, restaurar o reforzar otro componente. Es como una cubierta para un eje o un pasador, o un revestimiento reemplazable dentro de una carcasa más blanda.

Geometrías comunes de manguitos de acero

Estas son las geometrías comunes de manguitos de acero, utilizados en industrias prácticas.

• Manguito de acero recto

Un manguito recto se utiliza cuando se necesita proteger o restaurar un eje o un orificio. Tiene el mismo grosor y lados paralelos en toda su longitud. Su geometría ofrece ventajas como un mecanizado sencillo y ajustes precisos.

• Manguito de acero con brida

La siguiente tabla proporciona información sobre los manguitos de acero con brida:

• Manga de acero dividida

Un manguito de acero presenta un corte longitudinal. El propósito de esta geometría es flexionarse o comprimirse ligeramente para facilitar la instalación. Se utiliza sobre ejes o en orificios sin necesidad de desmontarlo por completo.

Manguito técnico vs. buje vs. revestimiento

En general, un manguito técnico se utiliza para protección o refuerzo, un casquillo de acero se utiliza como cojinete y el manguito de acero de revestimiento se utiliza como capa protectora interna. Veamos sus diferencias en detalle:

Diferencias de características

La siguiente tabla muestra las diferencias entre características geométricas y otras.

Diferencias de funciones

Estas son las diferencias funcionales entre estos tipos funcionales de manguito de acero:

Diferencias de fabricación

La siguiente tabla explica de forma breve y precisa las diferencias de fabricación entre estos manguitos de acero. Muchos fabricantes aplican un tratamiento térmico a los manguitos de acero para garantizar la máxima dureza y durabilidad.

Aplicaciones de manguitos de acero mecanizados

Hasta ahora, la discusión ha sido general. Esta sección presenta múltiples aplicaciones prácticas e importantes en las que se utilizan manguitos de acero mecanizados.

Cojinetes y manguitos guía

• Manguitos de rodamiento

Un eje gira dentro de una carcasa o un orificio, como en los motores de automóviles. Durante la rotación, es importante que la superficie se mantenga lisa y resistente. El casquillo de cojinete se utiliza dentro del motor para que el eje pueda girar sin dañar el orificio ni la carcasa.

• Manguitos guía

Los manguitos guía evitan el tambaleo y reducen el desgaste del componente circundante al mantener los pasadores o varillas alineados. Los manguitos guía simplemente guían las varillas o pasadores.

Revestimientos del bloque del motor

Camisas de bloque de motor, utilizadas en motores de combustión interna para formar las paredes de los cilindros. El diseño y el sistema de refrigeración determinan el tipo de camisa.

• Si no se requiere contacto con el refrigerante, se utilizan revestimientos de bloque de motor secos.
• Los revestimientos húmedos del bloque del motor permanecen en contacto directo con el refrigerante.

Reparación de ejes y manguitos de desgaste

• Reparación del eje

Como su nombre lo indica, este manguito se utiliza para restaurar un eje dañado. De esta manera, se cumple la necesidad de reemplazarlo.

• Usar mangas

Si hay deslizamiento o rotación en la aplicación, entonces estos manguitos de desgaste de pared delgada se utilizan en ejes o carcasas.

Revestimientos hidráulicos y neumáticos

El pistón se desliza o gira dentro de un cilindro hidráulico para un sellado eficiente del fluido y la reducción de fugas. En el interior de estos cilindros hidráulicos se utilizan camisas de acero para evitar el desgaste de la superficie.

Lo mismo ocurre en los sistemas neumáticos (cilindros). Las camisas de acero proporcionan un orificio liso para el movimiento del pistón.

Mangas de diseño personalizado

Si el diseño de una carcasa o un orificio difiere del diseño estándar, se requiere la personalización del diseño del manguito. Estos manguitos de diseño personalizado pueden tener ranuras, bridas o diámetros escalonados personalizados.

Materiales comunes de manguitos de acero

Diferentes materiales tienen diferentes propiedades, por lo que se eligen en función de un criterio adecuado que se analiza en esta sección.

Criterios de selección de materiales

Elija el material que:

1. Ofrece alta resistencia al desgaste.
2. Excelente resistencia a la corrosión
3. Tiene alta resistencia y dureza.
4. Ofrece buena resistencia térmica.
5. Fácil de mecanizar
6. Debe ser económico y fácilmente disponible.

52100 Rodamiento de acero

• Tiene alto contenido de carbono
• Conocido como acero de aleación de cromo
• Las propiedades incluyen alta dureza, excelente resistencia al desgaste y a la fatiga.
• Se utiliza en manguitos de cojinetes, camisas de motor y ejes.

4140/42CrMo4 y 4130

Los aceros 4140/42 CrMo4 y 4130 se utilizan para fabricar manguitos de acero porque:

Acero inoxidable 420/440C y 316L

• 420 / 440C

Se utiliza en la fabricación de manguitos con bridas, antidesgaste y de cojinetes. Si se busca una alta dureza y resistencia al desgaste, se utiliza acero 420/440C tras el tratamiento térmico.

• 316L acero inoxidable

Si el entorno es agresivo para los manguitos de acero, donde la resistencia a la corrosión debe ser mayor, se utiliza este acero inoxidable para fabricar manguitos de acero.

Tratamiento térmico para manguitos de acero

El material utilizado para la fabricación de manguitos de acero se somete a tratamientos térmicos, ya que el requisito principal es lograr una alta dureza y resistencia al desgaste. Para ello, generalmente se realiza un temple seguido de un revenido. Por ejemplo, para el acero 420/440C, primero se realiza un temple seguido de un revenido, y en ocasiones se aplica nitruración.

Proceso de fabricación de manguitos de acero y estrategias CNC

En esta sección se explican los procesos de fabricación de manguitos de acero.

Proceso principal de fabricación

Estos son los principales procesos de fabricación:

Preparación en blanco

Primero, la lámina de materia prima se coloca en una prensa. El troquel de esta máquina contiene el diseño de la camisa de acero requerida. Este proceso produce una camisa de acero con acabado superficial rugoso.

Fijación de paredes delgadas

El troquelado produce una camisa de acero con un espesor ligeramente superior al requerido. Para lograr precisión, se reduce el espesor de la pared mediante diferentes procesos, como torneado o rectificado, etc.

Aburrido de precisión

Se realiza para aumentar el tamaño de los agujeros existentes en el torno o máquinas CNC.

Desafíos del mecanizado de manguitos de acero

Las mangas de acero no son fáciles de mecanizar por muchas razones, tales como:

1. Tolerancias dimensionales estrictas
2. Generación de calor
3. Desviación de la herramienta
4. Alta dureza
5. Secciones de pared delgada
6. Evacuación de virutas

Consejos de mecanizado

Utilice los siguientes consejos para mejorar la experiencia de mecanizado de manguitos de acero:

1. Utilice herramientas de carburo o cerámica.
2. Avance bajo y velocidades de corte moderadas
3. Utilice una configuración estable
4. Utilice refrigerante o lubricación adecuada
5. Controlar adecuadamente la evacuación de virutas
6. Pases aproximados para la eliminación de material a granel
7. Pases de acabado para una eliminación mínima de material

¿Qué Ra se recomienda para un orificio de manguito afilado?

La rugosidad superficial es un factor importante para el rendimiento de los manguitos de acero. Los manguitos con superficies rugosas experimentan mayor fricción y, en última instancia, provocan fallos en las aplicaciones. El valor Ra habitual para la mayoría de los manguitos de acero oscila entre 0.2 y 0.8 micras.

Manguitos de acero para bruñido CNC

Mediante un recorrido preciso, presión y selección del abrasivo, se refinan las camisas de acero. Otras dos partes de este proceso incluyen:

• Para manejar alta dureza, piedras CBN
• Para evitar el vidriado, refrigerante

Las mangas producidas tienen una superficie de baja fricción y dimensionalmente consistente.

Manguitos de acero para rectificado CNC

En este proceso, tras el rectificado, la superficie del manguito de acero queda impecablemente limpia. La pieza permanece fija mientras el papel de lija gira.

Objetivos de acabado superficial (Ra, Rz)

Rugosidad de la superficie (Ra)

Ra muestra lo lisa que es la superficie. Es la cima de los picos y valles microscópicos.

Rz (Altura media pico-valle)

• Distancia desde el pico más alto hasta el valle más profundo
• Da una idea sobre la textura de la superficie.

En general, los objetivos de acabado de la superficie siguen siendo:

• Ra: 0.2 micras a 0.8 micras
• Rz: 1.5 – 6.0 micras

Factores a considerar al elegir un tratamiento de superficie

Existen ciertos factores que influyen en los tratamientos superficiales, independientemente de si se trata de mangas de acero pintadas o galvanizadas. Estos tratamientos superficiales se refieren únicamente a la superficie. Estos factores incluyen:

Modo de uso

En primer lugar, se analiza cómo se elimina el material de una camisa de acero. Por ejemplo, si se debe al deslizamiento, se realiza el tratamiento superficial de nitruración.

Exposición a la corrosión

La exposición a la corrosión se refiere al tipo de entorno en el que se utiliza la camisa de acero. Por ejemplo, si el entorno es marino o salado, se aplican recubrimientos de barrera resistentes, como el PVD dúplex.

Construcción dimensional

La construcción dimensional se refiere al cambio de espesor del manguito de acero. Los tratamientos superficiales suelen aumentar el espesor total. Por ejemplo, para un ajuste preciso, se utilizan recubrimientos PVD por su ultrafino (1-5 micras).

Diseño para la fabricación de manguitos de acero

Para facilitar el mecanizado de manguitos de acero, a veces se requiere un diseño para la fabricación ( DFM ). Este DFM incluye:

Selección de materiales

Seleccione el material con cuidado, ya que cada uno tiene sus propias propiedades, como alta dureza o baja resistencia a la corrosión. Seleccione el material según el entorno en el que se utilizará el manguito de acero.

Diseños de Geometría

No agregue tolerancias innecesarias al diseño de los manguitos de acero, ya que dificultan el mecanizado. Intente redondear las esquinas, ya que las esquinas afiladas en un manguito de acero son restricciones de tensión y causan fallas.

Consideraciones sobre el proceso de fabricación

1. Durante el proceso de fabricación de manguitos de acero, se debe tener:
2. Una configuración rígida para el mecanizado
3. Sistema adecuado de evacuación de viruta
4. Disponibilidad de refrigerante y lubricación
5. Herramientas adecuadas según el material del manguito de acero
6. Velocidad de avance y velocidad de corte óptimas

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¿Cómo garantizar la calidad de las mangas de acero mecanizadas?

Para obtener una manga de acero de alta calidad, es importante inspeccionar primero la materia prima. Posteriormente, la inspección de calidad durante y después de la producción de las mangas de acero garantiza la calidad. Para la inspección de calidad, se utilizan las siguientes herramientas:

• Máquina de medición coordinada (CMM)
• Probador de rugosidad de superficies
• Prueba de dureza Rockwell/Vickers
• micrómetros
• Calibres de diámetro interior
• Medidores de altura
• Pruebas no destructivas

Conclusión

Para proteger las piezas del desgaste, los manguitos de acero son importantes en la fabricación de piezas. A veces, estos manguitos se seleccionan en función de su funcionalidad y, a veces, de su geometría. La alta dureza y la resistencia al desgaste son las principales propiedades requeridas para un material en la fabricación de un manguito. En ocasiones, se realizan tratamientos superficiales, como la nitruración, para lograr una alta dureza. Su fabricación comienza con el troquelado y, posteriormente, el mecanizado CNC para lograr tolerancias ajustadas. Durante y después de la producción de manguitos de acero, se utilizan herramientas de inspección para garantizar su calidad.

Preguntas Frecuentes

¿Qué dureza es típica para las mangas 52100?

• En estado recocido:

15-20 HRC

• Después del enfriamiento:

60-66 HRC

• Después del endurecimiento superficial:

60-65

¿Cómo evitar la distorsión en manguitos de paredes delgadas?

Mediante el uso:

• Configuración estable
• Minimizando las fuerzas de corte
• Mediante sujeción y fijación
• Utilizando una secuencia adecuada de mecanizado

¿Es necesario bruñir las mangas después del tratamiento térmico?

Los tratamientos térmicos, como el temple, siempre distorsionan las dimensiones de un manguito de acero, por eso siempre es necesario un bruñido después de un tratamiento térmico.

¿Puedo afilar o rectificar después de recubrir manguitos de acero?

Si el recubrimiento es muy fino, no es seguro afilarlo, ya que lo dañará. Para recubrimientos gruesos, sí se puede afilar o afilar.