Las piezas que requieren un ajuste hermético, un sellado adecuado o una alineación precisa suelen necesitar un cono preciso. Incluso un pequeño error puede hacer que una pieza falle o no encaje como es debido. El torneado cónico es un proceso importante para fabricar piezas con superficies en ángulo. Esta guía explica el torneado cónico paso a paso, para que pueda obtener resultados suaves y precisos y evitar errores costosos.
El torneado cónico se utiliza ampliamente en ejes, componentes de máquinas y piezas ensambladas. También es un proceso habitual en las operaciones de torneado CNC. En las siguientes secciones, veremos cómo funciona el torneado cónico y qué método es el mejor para sus necesidades.
¿Qué es el torneado cónico en el mecanizado?
El torneado cónico consiste en cortar una superficie que cambia gradualmente de diámetro a lo largo de una pieza redonda. Se forma un cono utilizando un torno. El cono puede estar en el exterior (externo) o en el interior (interno) de la pieza. El ángulo y la longitud del cono dependen del uso de la pieza.
Este método se utiliza a menudo cuando las piezas deben encajar o alinearse con exactitud, como ejes, pasadores o portaherramientas. Los conos pueden cortarse con tornos manuales o CNC. Cada tipo de máquina tiene su propia forma de configurar y controlar el corte.
Las conicidades son útiles porque facilitan la colocación y el bloqueo de las piezas. Son autocentrantes, proporcionan un ajuste perfecto y se mantienen firmes bajo presión. Las conicidades en las herramientas permiten un montaje rápido y repetible. En fontanería o conductos de gas, las roscas cónicas ayudan a formar juntas resistentes.
¿Cómo funciona el torneado cónico?
El torneado cónico consiste en mover la herramienta de corte en ángulo respecto al eje de la pieza mientras ésta gira en el torno. Este movimiento en ángulo hace que el diámetro cambie gradualmente a lo largo de la pieza.
El proceso comienza fijando la pieza en el mandril o entre centros. A continuación, el operario fija el ángulo del cono. Esto puede hacerse con el apoyo compuesto, un accesorio cónico o desplazando el contrapunto. En los tornos CNC, el ángulo del cono se introduce directamente en el programa.
Una vez listo el montaje, los cortes de desbaste eliminan la mayor parte del material sobrante. A continuación, unos cortes de acabado más ligeros llevan la pieza a su tamaño final. La precisión se comprueba con herramientas como micrómetros, calibradores o calibres cónicos. Una velocidad de avance suave, unos bordes de corte afilados y una velocidad de husillo adecuada ayudan a producir una superficie limpia y precisa.
Geometría de un cono
El torneado cónico no sólo consiste en cortar material. Se trata de dar a la pieza una forma específica y precisa. Para hacerlo bien, hay que entender la geometría básica que hay detrás de cada cono.
Ángulo cónico y su medición
El ángulo de conicidad es el ángulo entre la superficie cónica y el eje de la pieza. Suele ser pequeño y se mide en grados. Entre las herramientas de medición habituales se incluyen una barra sinusoidal, un transportador o un calibre cónico.
La mayoría de los conos son simétricos, lo que significa que el ángulo es el mismo en ambos lados. Por ejemplo, si una pieza tiene un ángulo total incluido de 10°, cada lado estará a 5° del eje.
Explicación del Taper Ratio
La relación de conicidad describe cuánto cambia el diámetro en una longitud determinada. Se escribe como una proporción, por ejemplo 1:20. Esto significa que por cada 20 mm (o pulgadas) de longitud, el diámetro cambia en 1 mm (o pulgada).
Esta relación ayuda a determinar si un cono es pronunciado o gradual. Un cono pronunciado, como el de 1:10, se utiliza para un montaje rápido o una liberación fácil. Un cono poco pronunciado, como 1:50, es mejor para una alineación precisa.
Fórmula matemática para el torneado cónico
Esta es la fórmula básica para el taper:
Conicidad = (D - d) / L
Dónde:
- D = Diámetro grande
- d = Diámetro pequeño
- L = Longitud del cono
Para hallar el ángulo en grados:
Ángulo = arctangente[(D - d) / (2 × L)]
Estos cálculos son útiles tanto para configurar el corte como para comprobar la pieza acabada. También son importantes para programar máquinas CNC con gran precisión.
Tipos de métodos de torneado cónico
Existen varias formas de crear un cono en un torno. Cada método se adapta a diferentes longitudes de pieza, ángulos y necesidades de precisión. A continuación se explica cómo funciona cada uno y cuándo utilizarlo.
Método Form Tool
Este método utiliza una herramienta de corte rectificada para adaptarse al ángulo cónico exacto. La herramienta se introduce directamente en la pieza giratoria en línea recta. Como la herramienta ya tiene la forma cónica, produce la superficie angulada en una sola pasada.
Ventajas:
- Muy rápida para piezas pequeñas y conicidades cortas.
- Configuración sencilla con ajustes mínimos.
Limitaciones:
- Sólo es práctico para conos cortos porque todo el cono debe formarse en un corte.
- Crea fuerzas de corte elevadas, que pueden desviar la pieza o la herramienta.
- Puede reducir la calidad del acabado superficial y acortar la vida útil de la herramienta debido a la carga pesada.
Lo mejor para:
Pequeñas secciones cónicas, chaflanes y producción de gran volumen de conos cortos.
Método de alimentación combinada
En este método, tanto el avance longitudinal (a lo largo del eje) como el avance transversal (hacia el eje) se activan simultáneamente. El movimiento combinado desplaza la herramienta en diagonal, generando el cono.
Ventajas:
- Puede utilizarse para conos cortos y de longitud moderada.
- Permite un ajuste flexible del ángulo del cono mediante el cambio de las velocidades de avance.
Limitaciones:
- Difícil de controlar manualmente porque coordinar ambas alimentaciones es todo un reto.
- No es común en tornos manuales, pero se utiliza ampliamente en torneado CNC donde la trayectoria de la herramienta puede programarse con precisión.
Lo mejor para:
Operaciones de torno CNC, en las que el software puede coordinar con precisión el movimiento diagonal de la herramienta.
Método de reposo compuesto
Esta es una de las técnicas más comunes para tornos manuales. El apoyo compuesto se gira (pivota) hasta el ángulo de conicidad deseado. A continuación, el operario utiliza el volante del apoyo compuesto para alimentar la herramienta a lo largo de ese ángulo establecido mientras gira la pieza de trabajo.
Ventajas:
- Buena para conos cortos y precisos.
- Fácil de colocar y ajustar los ángulos.
- Proporciona un buen control del acabado superficial.
Limitaciones:
- El recorrido limitado del apoyo compuesto lo hace inadecuado para conos largos.
- Más lento que otros métodos para piezas grandes.
Lo mejor para:
Conicidades cortas, como las utilizadas en mangos de herramientas, brocas centrales y pequeños elementos de alineación.
Método de fijación de torneado cónico
Este método utiliza un accesorio de torneado cónico específico montado en el torno. El accesorio guía el portaherramientas en un ángulo predeterminado mientras el carro se desplaza en línea recta a lo largo de la bancada del torno.
Ventajas:
- Ideal para conos largos porque el movimiento del carro no está restringido.
- Mantiene el contrapunto en posición normal, evitando problemas de alineación.
- Produce una gran precisión con errores de configuración mínimos.
Limitaciones:
- Requiere un accesorio especial, que puede no estar disponible en todos los tornos.
- Se necesita algo más de tiempo para la preparación en comparación con el método de reposo compuesto.
Lo mejor para:
Conicidades largas y precisas, especialmente en trabajos de producción o cuando se utilizan configuraciones entre centros.
Método de ajuste del contrapunto
En este método, el contrapunto se desplaza lateralmente una cantidad calculada, provocando que la pieza de trabajo se sitúe en un ligero ángulo con respecto al eje del torno. Un avance recto a lo largo del carro produce entonces un cono.
Ventajas:
- Fácil de montar en tornos básicos sin accesorios.
- Funciona bien para conos poco profundos y largos.
Limitaciones:
- Sólo apto para conos exteriores entre centros.
- No puede utilizarse para conos interiores.
- Desplazar el contrapunto desalinea ligeramente los centros, lo que puede provocar un desgaste desigual de los mismos con el paso del tiempo.
Lo mejor para:
Conicidades largas y graduales en ejes o husillos cuando no se dispone de otro equipo de torneado cónico.
Selección de herramientas para torneado cónico
La herramienta adecuada hace que el torneado cónico sea más suave, rápido y preciso. Una mala elección de la herramienta provoca vibraciones, acabados rugosos y ángulos incorrectos. Esto es lo que hay que tener en cuenta.
Elegir la herramienta de corte adecuada
Utilice una herramienta de torneado de una sola punta para la mayoría de los trabajos cónicos. Permite controlar mejor el corte y el ángulo. Para conicidades cortas y pronunciadas, una herramienta de forma también puede funcionar.
Asegúrese de que la herramienta sea rígida y esté afilada. Elija una herramienta que se adapte al ángulo del cono y al método de preparación. Las herramientas de metal duro son buenas para materiales duros y cortes a alta velocidad, mientras que las herramientas de acero rápido (HSS) funcionan bien para uso general y velocidades más bajas.
Geometría y holgura de la herramienta
Utilice una herramienta con los ángulos de inclinación lateral y posterior adecuados. Esto ayuda a cortar suavemente sin rozar la superficie.
Deje espacio suficiente entre la herramienta y la pieza de trabajo para evitar roces, especialmente a lo largo del cono. Utilice un radio de punta que se ajuste al acabado deseado. Un radio pequeño proporciona una punta más afilada pero puede provocar vibraciones. Un radio mayor mejora el acabado pero requiere más control.
Consideraciones materiales
El material de la pieza afecta a la elección de la herramienta y a las condiciones de corte.
- Para metales blandos como el aluminio o el latón, utilice herramientas afiladas y velocidades más altas.
- Para aceros más duros o inoxidables, utilice herramientas de metal duro recubiertas con velocidades más lentas.
- Si la pieza es larga o flexible, utilice un apoyo central o de seguimiento para reducir la desviación.
Mejores prácticas de torneado cónico
Un buen torneado cónico depende de configuraciones sólidas, cortes estables e inspecciones coherentes. Estas buenas prácticas ayudan a evitar errores, ahorrar tiempo y mejorar el acabado superficial.
Sujeción y centrado de piezas
Sujete firmemente la pieza. Utilice un mandril para piezas cortas y centros para conos largos. Compruebe siempre la excentricidad antes de cortar.
Si utiliza el método de contrapunto, alinee los centros con cuidado. La desalineación provoca cortes desiguales y desajustes del cono. En el caso de piezas largas, sujételas con una luneta o una base de apoyo para reducir la flexión o las vibraciones.
Recomendaciones de velocidad, avance y profundidad de corte
Comience con velocidades de corte moderadas en función del material. Para acero, utilice 80-150 SFM. Para el aluminio, aumente hasta 400 SFM.
Utilice un avance más ligero para el acabado, alrededor de 0,05 a 0,1 mm/rev. Para el desbaste, auméntelo a 0,2-0,3 mm/rev. La profundidad de corte debe coincidir con la herramienta y la rigidez, normalmente de 0,2 a 1,0 mm para el desbaste. desbaste y menos de 0,2 mm para el acabado.
Evite cortes profundos en una sola pasada. Varias pasadas ligeras reducen las vibraciones y mejoran el control.
Evitar los defectos del cono y el desgaste de la herramienta
Preste atención a los signos de vibración, desviación de la herramienta o superficies irregulares. Suelen deberse a herramientas desafiladas, configuraciones deficientes o velocidades incorrectas.
Mantenga la herramienta afilada y sustitúyala antes de que se desgaste el filo. Las herramientas desafiladas aumentan el calor y provocan acabados ásperos. Compruebe a menudo la alineación de la herramienta: si la punta de la herramienta no está centrada, el cono estará descentrado.
Limpie siempre las virutas y compruebe el ángulo del cono entre pasadas. Una medición constante ayuda a detectar errores a tiempo.
Aplicaciones de las piezas cónicas
Las piezas cónicas están muy presentes en la ingeniería de precisión. Su forma ayuda a las piezas a alinearse, bloquearse o separarse con control. Éstas son las principales áreas en las que se utilizan.
Componentes de máquinas herramienta
Los husillos de las máquinas, los ejes y los portaherramientas suelen tener conos de precisión. Algunos ejemplos son los conos Morse, Jacobs y CAT. Permiten que las herramientas se asienten firmemente sin dejar de ser fáciles de extraer. El cono garantiza una alineación precisa entre la herramienta y el husillo, reduciendo las vibraciones y mejorando la precisión del mecanizado.
Aplicaciones aeroespaciales y de automoción
En coches, camiones y aviones, los ejes y pasadores cónicos se utilizan para conectar ruedas, engranajes y hélices. Transmiten el par sin resbalar y pueden soportar cargas pesadas. Los rodamientos de rodillos cónicos, por ejemplo, soportan tanto fuerzas radiales como axiales, lo que los hace ideales para situaciones de alta velocidad o alta carga.
Dispositivos médicos y sistemas de utillaje
Las herramientas quirúrgicas, las piezas de mano dentales y los implantes ortopédicos suelen utilizar conos para conexiones precisas y seguras. En los sistemas de herramientas, los soportes de cambio rápido y los adaptadores se basan en conos para mantener la alineación en un uso repetido. Estos diseños permiten un montaje rápido al tiempo que garantizan la estabilidad y precisión durante el funcionamiento.
Conclusión
El torneado cónico es un proceso de torno clave utilizado para crear piezas con diámetros variables. En muchos sectores, permite realizar ajustes estrechos, ensamblajes suaves y alineaciones precisas. Existen varios métodos de torneado cónico y cada uno de ellos se adapta a distintos tipos de piezas y necesidades de precisión. Si elige la configuración, las herramientas de corte y los parámetros de mecanizado adecuados, podrá producir conos limpios y precisos con menos repeticiones.
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Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
