Trepant

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Trepant sensitiva de columna.
Un trepant sense fil

El trepant és una màquina que s'utilitza per perforar materials diversos. Els forats es fan per un procés d'arrencament de material mitjançant unes eines anomenades broques Aquesta màquina destaca per la senzillesa del seu maneig. Té dos moviments: el de rotació de la broca que li imprimeix el motor elèctric i el d'avanç de penetració de la broca, que es pot realitzar de forma manual sensitiva o de forma automàtica, si té una transmissió per fer-ho. Bàsicament els trepants poden ser de dos tipus: el trepant de mà, que és portàtil, i el trepant de sobretaula

El trepant de sobretaula està collat a una taula o a qualsevol superfície plana. Aquest trepant, disposa d'una plataforma que serveix per donar un límit al forat que fa l'usuari. Com la resta dels trepants, el trepant de sobretaula disposa de l'opció de posar-hi diferents i variades broques. Pel canvi de broca s'utilitza una mena de clau que serveix per afluixar la peça que subjecta la broca. Aquests trepants tenen un nombre de palanques, normalment tres, per fer baixar la broca cap a la superfície que es vol foradar. Habitualment s'utilitza conjuntament amb la mordassa, eina que permet subjectar el material que es vol perforar. Segons el material utilitzarem una broca o una altra. Hi ha broques per al metall, el formigó, la fusta o la pedra. A més a més, també es permet triar el diàmetre de la broca en funció del diàmetre del forat que cal realitzar. Normalment els trepants porten un regulador de velocitat que haurà de ser lenta per als materials durs i més ràpida per als tous o forats petits. Per als materials com ara pedra, ceràmica o formigó sovint és convenient activar el percussor, que és un dispositiu que permet que la broca, a més a més de girar, piqui sobre el material.

S'anomena trepat a l'operació de mecanització que té per objecte fer forats cilíndrics en una peça qualsevol, utilitzant com a eina una broca. L'operació de trepat es pot fer amb un trepant portàtil, amb una màquina perforadora, en un torn, en una fresadora, en un centre de mecanització CNC o en una mandrinadora.

De tots els processos de mecanització, el trepat és considerat com un dels més importants a causa del seu ampli ús i facilitat de realització, ja que és una de les operacions de mecanització més senzilles de realitzar i que es fa necessària en la majoria de components que es fabriquen.

Els trepants descrits en aquest article, es refereixen bàsicament als utilitzats en les indústries metal·lúrgiques per a la mecanització de peces de metall. Altres tipus de trepants emprats en els fonaments d'edificis i obres públiques, així com a sondejos miners tenen característiques molt diferents i seran objecte d'altres articles específics.

Història[modifica | modifica el codi]

El precursor del trepant va ser probablement el molinet de fer foc. Consistia en una vareta cilíndrica de fusta. El sistema de gir va ser desenvolupant progressivament, primer accionant amb els palmells de les mans, després mitjançant un cordill enrotllat a la vareta del qual s'estirava alternativament dels seus extrems, segons figura en un gravat egipci de 1440 aC.

Un procediment molt antic per trepar pedra, segons un baix relleu egipci de 2700 aC consistia en un robust eix que portava inserit una punta de pedrenyal per foradar i en la part superior un mànec per facilitar el gir i la incorporació de dos testos per regular el gir.

Un sistema semblant era l'arc de violí: una corda cargolada a l'eix portabroques, lligada pels seus extrems a un arc de fusta, que amb l'impuls de la mà de l'home, feia girar la peça en moviment de vaivé.

Un altre tipus molt usat va ser el filaberquí de corda: un eix portaeina de fusta que duia incorporat un volant d'inèrcia. A aquest eix s'enrotllava una corda lligada pels seus extrems a un travesser que, impulsat per la mà de l'home, aconseguia un gir alternatiu.

L'antic filaberquí de fuster, construït de fusta, amb el temps va anar evolucionant. El filaberquí d'eix portaeines d'acer roscat, porta incorporat en aquest eix un capçal giratori amb un allotjament quadrat, on s'acobla la broca i un rodet femella, produint-se un gir de vaivé, quan s'exerceix una pressió longitudinal.

El filaberquí de gir continu representà un avenç sobre l'anterior, assolint-se el gir mitjançant el roscat en l'eix portabroques, de dos filets helicoïdals en sentit contrari, incorporant en un extrem del rodet, una femella a l'esquerra i en l'oposat una altra a la dreta.

El filaberquí de gir continu, construït per Heyerhoff accionat per maneta i joc d'engranatges va representar un important avanç. Es van construir trepants de sobretaula accionats manualment amb maneta i versions de regulador de boles i joc d'engranatges. A partir del segle XV, s'utilitza l'energia hidràulica per foradar troncs gruixuts de fusta destinats a diverses finalitats, entre d'altres a les canonades per conduir l'aigua. A finals del segle XV, Leonardo da Vinci dissenya un trepant horitzontal per a trepats profunds.[1]

El 1775, John Wilkinson va construir, per encàrrec de James Watt, una mandrinadora més avançada tècnicament i de major precisió, accionada igual que les anteriors per mitjà d'una roda hidràulica. Amb aquesta màquina, equipada amb un enginyós capçal giratori i desplaçable, es va aconseguir un error màxim "del gruix d'una moneda de sis penics en un diàmetre de 72 polzades", tolerància suficient per garantir l'ajustament i hermetisme entre pistó i cilindre.

Davant la necessitat de foradar peces d'acer, cada vegada més gruixudes, James Nasmyth va ser el primer que va construir cap a 1838, un trepant de sobretaula totalment metàl·lic, amb gir d'eix portabroques accionat a mà o per transmissió. Alguns anys després, el 1850, Joseph Whitworth fabricà el primer trepant de columna accionat per transmissió amb corretja i gir de l'eix portabroques, a través d'un joc d'engranatges cònics. Portava una taula portapeces regulable verticalment mitjançant el sistema de pinyó de cremallera. El 1860 es produeix un esdeveniment molt important per al trepat: el suís Martignon inventà la broca helicoïdal. L'ús d'aquestes broques es va generalitzar ràpidament, ja que representava un gran avenç en producció i durada de l'eina amb relació a les broques de punta de llança utilitzades fins a la data esmentada.

La necessitat de foradar peces pesades i voluminoses va fer que l'empresa Sharp, Roberts & Co construís, cap a l'any 1851, un trepant radial. A partir de 1898, amb el descobriment de l'acer ràpid, Taylor i White van fabricar noves eines amb les quals es triplicà la velocitat perifèrica de tall, augmentant la capacitat de despreniment d'encenall, de l'ordre de set vegades, amb màquines adaptades a les noves circumstàncies.

El sistema de generació polifàsic de Tesla va fer possible, el 1887, la disponibilitat de l'electricitat per a usos industrials, consolidant-se com una nova font d'energia capaç de garantir el formidable desenvolupament industrial del segle XX. Apareix just en el moment precís, quan les fonts d'energia del segle XIX es manifesten insuficients. Els motors de corrent continu fabricats a petita escala, i els de corrent altern, reben un gran impuls a principis de segle, reemplaçant les màquines de vapor i les turbines que accionaven, fins a aquell moment, les transmissions dels tallers industrials. Poc després, molt lenta però progressivament, s'acoblen directament de forma individualitzada a la màquina-eina.

L'exigència de qualitat i la forta evolució productiva de l'automòbil van contribuir al desenvolupament de la màquina eina, la metrologia i l'aplicació dels procediments de fabricació en sèrie. La fabricació de peces intercanviables augmenta constantment, i es fa necessari millorar les prestacions de matriceria i utillatge. Per donar resposta al problema, l'enginyer suís Perrenond Jacot dissenya i fabrica una puntejadora vertical amb taula de coordenades polars, en què s'executen operacions amb una precisió mai assolida fins aleshores.

El 1908 Henry Ford fabrica el primer automòbil produït en sèrie, model T, i el 1911 el primer transportador en cadena a Highland Park, iniciant així la producció en massa. Es perfeccionen una gran quantitat de màquines eina adaptades a les característiques exigides per la indústria de l'automòbil.

Des de principis del segle XX fins al naixement del control numèric (CN) i fins i tot després, es mantenen pràcticament en totes les màquines les formes que, en aquest sentit, van aconseguir la seva plenitud a la fi del segle XIX. No obstant això, se'n van construir altres de més potents, rígides, automàtiques i precises, i s'aconseguiren majors velocitats de gir, amb la incorporació dels capçals de coixinet sobre rodaments de boles, contribuint rendiblement a l'extraordinari increment de productivitat assolit per la indústria en general i en especial per l'automobilística i aeronàutica.

Aquesta evolució va ser deguda fonamentalment, d'una banda, al descobriment de noves eines de tall com el carbur de silici i l'acer ràpid. A partir de 1926, es produeix un altre avenç important amb el descobriment per part de l'empresa alemanya Krupp del carbur cimentat, una mena de metall dur, presentat a la fira de Leipzig el 1927 amb la denominació de Widia. D'altra banda apareix l'automatització de diversos moviments mitjançant l'aplicació de motors elèctrics i sistemes hidràulics, pneumàtics i elèctrics.

A partir d'1925, als Estats Units, les revistes especialitzades tracten de les unitats autònomes de mecanització i neix la noció de transferència de les peces que s'han de mecanitzar. Tenint en compte que, llevat d'algunes excepcions, totes les operacions de mecanització que combinen la rotació d'una eina amb un moviment d'avanç es poden realitzar amb aquestes unitats, s'ha descobert la màquina ideal perquè, disposada en línia, pugui realitzar diferents operacions mitjançant la transferència de la peça. A partir de l'any 1945 les fàbriques d'automòbils utilitzen de manera generalitzada màquines transfer, compostes d'unitats autònomes, en la mecanització de blocs i culates.

L'electrònica -i la informàtica, que n'és una conseqüència- han provocat una nova revolució industrial. El punt de partida cal situar-lo en el 1945, quan dos científics de la Universitat de Pennsilvanya, John W. Manclhy i J. Presper Ecker van crear el primer ordinador electrònica digital. Es va denominar ENAC: Era voluminós, consumia molta energia i era difícil de programar però funcionava.

El 1948, John T. Parsons inicià l'aplicació del control numèric a la màquina eina per tal de resoldre el problema del fresat de superfícies complexes tridimensionals per a l'aeronàutica. El 1949 Parson contractà amb l'Institut Tecnològic de Massachusetts el disseny dels servomecanismes de control per a una fresadora. El 1952 funcionava un control experimental, aplicat a una fresadora Cincinnati. La programació utilitzava un codi binari sobre cinta perforada, i la màquina executava moviments simultanis coordinats sobre tres eixos. El 1955 es presenten unes quantes màquines a la Fira de Chicago, governades per targetes i cintes perforades. La US Air Force s'interessà pel sistema i formulà una comanda de 170 màquines eina per valor de cinquanta milions de dòlars, de la qual es beneficiaren diversos prestigiosos fabricants americans. Però els models desenvolupats durant els anys cinquanta i seixanta van ser poc eficaços i van resultar molt cars.

Va ser a partir de la dècada de 1960, amb el desenvolupament de la microelectrònica, quan el CN passa a ser (CNC) mercès a la integració d'un ordinador en el sistema. Però definitivament va ser durant els anys vuitanta quan es produí l'aplicació generalitzada del CNC, a causa del desenvolupament de l'electrònica i la informàtica, que provocà una revolució on encara estem immersos.[2]

Paràmetres de tall del trepatge[modifica | modifica el codi]

Els paràmetres de tall fonamentals que cal considerar en el procés de trepatge són els següents:

  • Elecció del tipus de broca més adequat
  • Sistema de fixació de la peça
  • Velocitat de tall ( V c ) de la broca expressada en metres/minut
  • Diàmetre exterior de la broca o una altra eina
  • Revolucions per minut (rpm) del cargol portabroques
  • Avanç en mm/rev de la broca
  • Avanç en mm/ml de la broca
  • Profunditat del forat
  • Esforços de tall
  • Tipus de trepant i accessoris adequats

Velocitat de tall[modifica | modifica el codi]

Article principal: Velocitat de tall

Es defineix com a velocitat de tall la velocitat lineal de la perifèria de la broca o una altra eina que s'utilitzi en la perforadora (mandrí, mascle de roscar, etc.). La velocitat de tall, que s'expressa en metres per minut (m/min), ha de ser triada abans d'iniciar la mecanització, i el seu valor adequat depèn de molts factors, especialment de la qualitat, duresa i tipus de broca que s'utilitzi, de la màquina que s'utlitzi i de la velocitat d'avanç emprada. Les limitacions principals de la màquina són la seva gamma de velocitats, la potència dels motors i de la rigidesa de la fixació de la peça i de l'eina.

A partir de la determinació de la velocitat de tall es pot determinar les revolucions per minut que tindrà la claveguera portafresas segons la fórmula següent:

 V_c \left (\mathrm{m \over min}\right) \ = \ \frac{n \ \mathrm{(min^{-1})}\ \times \ \pi \times \ \mathrm{D_c (mm)}}{1000 \left ({mm \over m}\right)}

On V c és la velocitat de tall, n és la velocitat de rotació de l'eina i D c és el diàmetre de l'eina.

La velocitat de tall és el factor principal que determina la durada de l'eina. Una alta velocitat de tall permet realitzar el mecanització en menys temps però accelera el desgast de l'eina. Els fabricants d'eines i promptuaris de mecanització, ofereixen dades orientatives sobre la velocitat de tall adequada de les eines per a una durada determinada, per exemple, 15 minuts. De vegades, és desitjable ajustar la velocitat de tall per a una durada diferent de l'eina. Per a això, els valors de la velocitat de tall es multipliquen per un factor de correcció. La relació entre aquest factor de correcció i la durada de l'eina en operació de tall no és lineal.[3]

La velocitat de tall excessiva pot donar lloc a:
  • Desgast molt ràpid del tall de l'eina.
  • Deformació plàstica del tall amb pèrdua de tolerància del mecanització.
  • Qualitat del mecanització deficient.
La velocitat de tall massa baixa pot donar lloc a:
  • Formació de tall d'aportació a l'eina.
  • Efecte negatiu sobre l'evacuació de ferritja.
  • Baixa productivitat.
  • Cost elevat del mecanització.

Velocitat de rotació de la broca[modifica | modifica el codi]

La velocitat de rotació de la claveguera portaborcas s'expressa habitualment en revolucions per minut (rpm). En les trepants convencionals hi ha una gamma limitada de velocitats, que depenen de la velocitat de gir del motor principal i del nombre de velocitats de la caixa de canvis de la màquina. En les trepants de control numèric, aquesta velocitat és controlada amb un sistema de realimentació que habitualment utilitza un variador de freqüència i pot seleccionar una velocitat qualsevol dins d'un rang de velocitats, fins a una velocitat màxima.

La velocitat de rotació de l'eina és directament proporcional a la velocitat de tall i al diàmetre de l'eina.

 N \ (min^{-1}) ={V_c \left ({m \over min}\right) * 1.000 \left ({mm \over m}\right) \over \pi * D_c (mm)}

Velocitat d'avanç[modifica | modifica el codi]

L'avanç o velocitat d'avanç en el trepatge és la velocitat relativa entre la peça i l'eina, és a dir, la velocitat amb què progressa el tall. L'avanç de l'eina de tall és un factor molt important en el procés de trepatge. Cada broca pot tallar adequadament en un rang de velocitats d'avanç per cada revolució de l'eina, denominat avanç per revolució (f rev ). Aquest rang depèn fonamentalment del diàmetre de la broca, de la profunditat del forat, a més del tipus de material de la peça i de la qualitat de la broca. Aquest rang de velocitats es determina experimentalment i es troba en els catàlegs dels fabricants de broques. A més aquesta velocitat està limitada per les rigideses de les subjeccions de la peça i de l'eina i per la potència del motor d'avanç de la màquina. El gruix màxim d'encenall en mm és l'indicador de limitació més important per a una broca. El fil de tall de les eines es prova perquè tingui un valor determinat entre un mínim i un màxim de gruix de l'encenall.

La velocitat d'avanç és el producte de l'avanç per revolució per la velocitat de rotació de l'eina.

 F \ \mathrm{(mm/minut)}\ = \N \ \mathrm{(rpm)}\ \times F \ \mathrm{(mm/rev \acute on)}

Igual que amb la velocitat de rotació de l'eina, en les trepants convencionals la velocitat d'avanç es selecciona d'una gamma de velocitats disponibles, mentre que les trepants de control numèric poden treballar amb qualsevol velocitat d'avanç fins a la màxima velocitat d'avanç de la màquina.

Efectes de la velocitat d'avanç 
  • Decisiva per a la formació d'encenall
  • Afecta el consum de potència
  • Contribueix a la tensió mecànica i tèrmica
L'elevada velocitat d'avanç dóna lloc a :
  • Bon control de ferritja
  • Menor temps de tall
  • Menor desgast de l'eina
  • Risc més alt de trencament de l'eina
  • Elevada rugositat superficial del mecanització.
La velocitat d'avanç baixa dóna lloc a :
  • Viruta més llarga
  • Millora de la qualitat del mecanització
  • Desgast accelerat de l'eina
  • Major durada del temps de mecanització
  • Major cost del mecanització

Temps de mecanització[modifica | modifica el codi]

Per poder calcular el temps de mecanització d'un trepant cal tenir en compte la longitud d'aproximació i sortida de la broca de la peça que es mecanitza. La longitud d'aproximació depèn del diàmetre de la broca.

 T \ \mathrm{(minuts)}\ = \ \frac{\mathrm{Longitud \ d'\ apropament\ (mm)+Longitud \ a \ foradar \ (mm)}}{F \ \mathrm{(mm/minut )}}

Força específica de tall[modifica | modifica el codi]

La força de tall és un paràmetre necessari per poder calcular la potència necessària per efectuar un determinat mecanització. Aquest paràmetre està en funció de l'avanç de la broca, de la velocitat de tall, de la màquina del material, de la duresa del material, de les característiques de l'eina i del gruix mitjà de l'encenall. Tots aquests factors s'engloben en un coeficient anomenat K x . La força específica de tall s'expressa en N/mm2.[4]

Potència de tall[modifica | modifica el codi]

La potència de tall P c necessària per efectuar un determinat mecanització es calcula a partir del valor del volum d'arrencada de ferritja, la força específica de tall i del rendiment que tingui la trepant. S'expressa en quilowatts (kW).

Aquesta força específica de tall F c , és una constant que es determina pel tipus de material que s'està mecanitzant, geometria de l'eina, gruix d'encenall, etc.

Per poder obtenir el valor de potència correcte, el valor obtingut ha de dividir-se per un determinat valor ( ρ ) que té en compte l'eficiència de la màquina. Aquest valor és el percentatge de la potència del motor que està disponible en l'eina posada en la claveguera.

 P_c ={A_c * p * f * F_c \over 60 * 10^6 * \rho}

on

  • P c és la potència de tall (kW)
  • A c és el diàmetre de la broca (mm)
  • f és la velocitat d'avanç (mm/min)
  • F c és la força específica de tall (N/mm 2 )
  • ρ és el rendiment o l'eficiència de la màquina

Tipus de màquines perforadores[modifica | modifica el codi]

Les màquines perforadores es poden reunir en sis grups separats:

  • Trepants sensitives
  • Trepants de columnes
  • Trepants radials
  • Trepants de torreta
  • Trepant de clavegueres múltiples
  • Centres de mecanització CNC

Trepant de sobretaula[modifica | modifica el codi]

El trepant de sobretaula és un tipus de trepant, el qual està enganxat a una taula o qualsevol superfície plana.[5] Es fa servir per a foradar materials tous com per exemple el suro. Aquest trepant, disposa d'una plataforma (el material depenent als models) que serveix per donar un límit al forat que fa l'usuari. Com la resta dels trepants, el trepant de sobretaula disposa de l'opció de posar-hi diferents i variades broques. Pel canvi de broca s'acostuma a utilitzar una mena de clau que serveix per afluixar la peça que subjecta la broca. Per fer baixar la broca cap a la superfície que vols foradar, hi ha un nombre de palanques (normalment tres) que et permeten fer-lo baixar.[5]

Trepants sensitives[modifica | modifica el codi]

trepant portàtil sensitiu.
Article principal: trepant de mà

Corresponen a aquest grup les trepants d'accionament elèctric o pneumàtic més petites. La majoria d'elles són portàtils i permeten fer forats de petit diàmetre i sobre materials tous. Bàsicament tenen un motor en l'eix s'acobla el portabroques i són pressionades en la seva fase treball amb la força de l'operari que les maneja. Poden tenir una única o diverses velocitats de gir. Hi ha petites trepants sensitives que van fixes en un suport de columna amb una bancada per fixar les peces a trepatge. Les trepants sensitives portàtils són molt usades en tasques domèstiques i de bricolatge.

Trepants de columna[modifica | modifica el codi]

Aquestes màquines es caracteritzen per la rotació d'un eix vertical en una posició fixa i suportat per un bastidor de construcció, tipus C modificat. La família de les màquines perforadores de columna es componen de les trepant de columna amb avanç regulat per engranatges, el trepant de producció de treball pesat, el trepant de precisió, i el trepant per forats profunds.

Els trepants de columna d'avanç per engranatge són característics d'aquesta família de màquines i s'adapten millor per il·lustrar la nomenclatura. Els components principals de la màquina són els següents

Trepant de columna.
  • Bancada : és la carcassa que suporta la màquina, consta d'una base o peu en la qual va fixada la columna sobre la qual va fixat el capçal i la taula de la màquina que és giratòria al voltant de la columna.
  • Motor : aquestes màquines porten incorporat un motor elèctric de potència variable segons les capacitats de la màquina.
  • Capçal : és la part de la màquina que allotja la caixa de velocitats i el mecanisme d'avanç de la claveguera. El capçal portabroques llisca cap avall actuant amb unes palanques que activen un mecanisme de pinyó cremallera desplaçant tota la carrera que tingui la perforadora, el retrocés del capçal és automàtic quan cedeix la pressió sobre aquest.

L'avanç de trepatge automàtic de treball està regulat en mm/revolució de l'eix.

  • Politges de transmissió : el moviment del motor a la claveguera, es realitza mitjançant corretges que enllacen dues politges esglaonades amb les quals és possible variar el nombre de revolucions d'acord amb les condicions de tall del trepatge i la claveguera portabroques. Hi ha trepants que a més de les politges esglaonades incorporen una caixa d'engranatges per regular les velocitats del cargol i de l'avanç de penetració.
  • Nonio : les trepants disposen d'un nonio amb la finalitat de controlar la profunditat del trepatge. Aquest nonio té un límit que es regula quan s'aconsegueix la profunditat desitjada.
  • Eix : està equipat amb un forat cònic per rebre l'extrem cònic de les broques, o del portabroques que permet el muntatge de broques primes, o d'altres eines de tall que s'utilitzin en la màquina, com ara mascles o escariadors.
  • Taula : està muntada a la columna i se la pot aixecar o baixar i subjectar en posició per suportar la peça a l'altura apropiada per a permetre foradar en la forma desitjada.

Trepants radials[modifica | modifica el codi]

Aquestes màquines s'identifiquen pel braç radial que permet la col·locació de la cap a diferents distàncies de la columna ia més la rotació del cap al voltant de la columna. Amb aquesta combinació de moviment del cap, es pot col locar i subjectar l'eix per foradar en qualsevol lloc dins de l'abast de la màquina, al contrari de l'operació de les màquines trepants de columna, les quals tenen una posició fixa de la claveguera. Aquesta flexibilitat de col·locació de la claveguera fa als forats radials especialment apropiats per a peces grans, i, per tant, la capacitat dels forats radials com a classe és més gran que la dels trepants de columna. El pes del cap és un factor important per aconseguir una precisió d'alimentació eficient sense una tensió indeguda del braç. Els principals components del trepant radial són:

  • Base : és la part bàsica de suport per a la màquina i que també suporta a la peça durant les operacions de trepant. Els trepants radials estan dissenyats principalment per a peces pesades que es munten millor directament sobre la base de la màquina. Algunes màquines fins i tot tenen bases engrandides per permetre el muntatge de dues o més peces al mateix temps perquè no s'hagi d'interrompre la producció en tant es retira una peça i es posa una altra al seu lloc.
  • Columna : és una peça de forma tubular, i que gira al voltant de, una columna rígida (tapada) muntada sobre la base.
  • Braç : suporta al motor i el capçal, correspon a la caixa d'engranatges de la màquina de columna. Es pot moure cap amunt i cap avall sobre la columna i subjectar-se a qualsevol altura desitjada.
  • Capçal : conté tots els engranatges per a les velocitats i per als avenços i així com els controls necessaris per als diferents moviments de la màquina. Es pot moure cap a dins o cap a fora del braç i subjectar en posició la claveguera de trepatge a qualsevol distància de la columna. Aquest moviment, combinat amb l'elevació, descens i rotació del braç, permet trepatge a qualsevol punt dins de la capacitat dimensional de la màquina.

Els trepants radials són considerats com les trepants més eficients i versàtils. Aquestes màquines proporcionen una gran capacitat i flexibilitat d'aplicacions a un cost relativament baix. A més, la preparació és ràpida i econòmica pel fet que, podent retirar cap als costats tant el braç com el cap, per mitjà d'una grua, es poden baixar directament les peces pesades sobre la base de la màquina. En alguns casos, quan es tracta normalment de peces grans, els forats radials van muntats realment sobre rails i es desplacen al costat de les peces per eliminar la necessitat d'un maneig i col·locació repetits. Els trepants radials muntats en aquesta forma són anomenats màquines del tipus sobre rails.

Trepants de torreta[modifica | modifica el codi]

Amb la introducció del Control Numèric en totes les màquines-eines, les trepants de torreta han augmentat la seva popularitat tant per a sèries petites com per a sèries de gran producció perquè avui dia la majoria d'aquestes màquines estan regulades per una unitat CNC. Aquestes màquines es caracteritzen per una torreta de eixos múltiples. La trepant de torreta permet poder realitzar diverses operacions de trepatge en determinada seqüència sense canviar eines o desmuntar la peça.

Els components bàsics de la màquina, excepte la torreta, són semblants als de les màquines perforadores de columna. Es disposa de trepants de torreta d'una sèrie de mides des de la petita màquina de tres eixos muntada sobre banc o taula fins a la màquina de treball pesat amb torreta de vuit costats. Per operacions relativament senzilles, la peça es pot posar a mà i la torreta es pot fer avançar a mà o mecànicament, per executar un cert nombre d'operacions com ara les que es fan en una màquina perforadora del tipus de eixos múltiples. Segons s'afegeixen a l'operació controls més complicats, el trepant de torreta es torna més i més un dispositiu estalviador de temps.

L'habitual de les trepants de torreta actuals és que tenen una taula posicionadora per a una col·locació precisa de la peça. Aquesta taula pot prendre la forma d'una taula localitzadora accionada a mà, una taula posicionadora accionada separadament i controlada per mitjà de cinta, o amb límits precolocados, o pot prendre la forma d'una unitat completament controlada per Control Numèric on també es programa i executa el procés de treball.

Trepants de clavegueres múltiples[modifica | modifica el codi]

Culata de motor mecanitzada a màquina transfer.

Aquesta família de trepants cobreix tot el camp des del grup senzill de les màquines de columna fins a les dissenyades especialment per a propòsits específics de gran producció.

Les màquines estàndard de eixos múltiples: es componen de dues o més columnes, caps i eixos estàndard, muntats sobre una base comuna. Els trepants de eixos múltiples faciliten l'execució d'una seqüència fixa de les operacions de trepatge mitjançant el desplaçament de la peça d'estació en estació al llarg de la taula.

Les aplicacions més comuns d'aquest tipus de màquines és per eliminar el canvi d'eines per a una seqüència d'operacions. Encara que les màquines trepants de eixos múltiples encara es fabriquen, estan cedint ràpidament la seva popularitat a les màquines trepants de torreta accionades per control numèric que poden portar un magatzem d'eines bastant gran.

Hi ha dos tipus bàsics de trepants de eixos múltiples:

  • Trepants d'unió universal : són extremadament versàtils i han assolit una posició molt important en la manufactura de producció de tipus baix a mitjà. Les màquines perforadores d'unió universal es fabriquen en una sèrie completa de tipus estàndard amb cert nombre de eixos que es poden ajustar dins d'una àrea determinada. Les màquines perforadores d'unió universal es caracteritzen per la seva gran nombre de eixos que es poden posar en qualsevol posició dins l'àrea de la taula per foradar qualsevol plantilla de forats preseleccionada.

A més dels catàlegs de mides estàndard, les màquines d'unió universal es construeixen en molts altres mides amb plantilles per al trepanatge i el nombre de clavegueres per a treballs específics.

Aquestes màquines també són molt flexibles però requereixen de tots els forats siguin trepatges simultàniament en una línia recta. Òbviament, es pot trepatge qualsevol disposició de forats que són a una sèrie de línies rectes simplement desplaçant la peça. En les màquines de eixos en línia l'avanç es proporciona senzillament fent baixar el pont dels eixos o elevant la taula. La selecció de l'avanç, tant per mitjà del pont com de la taula es basa en el tipus de treball i les operacions implicades. Les màquines de unió universal i gran àrea es proporcionen també amb avenços tant per mitjà del pont com per l'elevació de la taula.

  • Trepants de producció de cargol fix : consisteix en cert nombre de eixos en una posició fixa, rebent la seva força motriu a través d'una sèrie d'engranatges accionats per un sol motor de la mida apropiat. Prenen la forma d'una senzilla màquina individual, tant vertical com horitzontal, o accionada en angle, o bé poden prendre la forma de cert nombre d'aquestes unitats col·locades juntes per a fer una màquina especial.

Les Culata (motor)s de motor i els blocs de cilindres de motor són peces clàssiques que es mecanitzen en aquest tipus de trepants que es coneixen amb el nom de transfer.

Centres de mecanització CNC[modifica | modifica el codi]

La instal·lació massiva de centres de mecanització CNC en les indústries metal·lúrgiques ha suposat un gran revulsiu en tots els aspectes de la mecanització tradicional.

Un centre de mecanització ha unit en una sola màquina i en un sol procés tasques que abans es feien en diverses màquines, trepants, fresadores, mandrinadores, etc., ia més efectua els diferents mecanitzaciós en uns temps mínims abans impensables degut principalment a la robustesa d'aquestes màquines a la velocitat de gir tan elevada que funciona la claveguera i la qualitat extraordinària de les diferents eines que s'utilitzen.

Així que un centre de mecanització incorpora un magatzem d'eines de diferents operacions que es poden efectuar a les diferents cares de les peces cúbiques, de manera que amb una sola fixació i manipulació de la peça s'aconsegueix el mecanització integral de les cares de les peces, de manera que el temps total de mecanització i precisió que s'aconsegueix és molt valuós des del punt de vista dels costos de mecanització, en aconseguir més rapidesa i menys peces defectuoses.

Gestió econòmica del trepatge[modifica | modifica el codi]

Quan els enginyers dissenyen una màquina, un equip o un estri, ho fan mitjançant l'acoblament d'una sèrie de components de materials diferents i que requereixen processos de mecanització per aconseguir les Tolerància (fabricació)s de funcionament adequat.

Bloc motor amb molts forats foradats.

La suma del cost de la matèria primera d'una peça, el cost del procés de mecanització i el cost de les peces fabricades de manera defectuosa constitueixen el cost total d'una peça. Des de sempre el desenvolupament tecnològic ha tingut com a objectiu aconseguir la màxima qualitat possible dels components així com el preu més baix possible tant de la matèria primera com dels costos de mecanització. Per reduir el cost de trepatge i del mecanització en general s'ha actuat en els següents fronts:

  • Aconseguir materials cada vegada millor mecanitzables, materials que un cop mecanitzaciós en tou són endurits mitjançant tractaments tèrmics que milloren de manera molt sensible seves prestacions mecàniques de duresa i resistència principalment.
  • Aconseguir eines de mecanització d'una qualitat extraordinària que permet augmentar de forma considerable les condicions tecnològiques del mecanització, és a dir, més revolucions de l'eix portabroques, més avanç de treball de la broca i més temps de durada del seu tall de tall.
  • Aconseguir trepants, més robustes, ràpides, precises i adaptades a les necessitats de producció que aconsegueixen reduir sensiblement el temps de mecanització així com aconseguir peces de major qualitat i tolerància més estretes.

Per disminuir l'índex de peces defectuoses s'ha aconseguit automatitzar al màxim el treball de les trepants, disminuint dràsticament el trepatge manual, i construint trepants automàtiques molt sofisticades o guiats per control numèric que executen un mecanització d'acord a un programa establert prèviament.

Característiques tècniques de les broques[modifica | modifica el codi]

Article principal: Broca
Tipus de broques.

Les broques són les eines més comuns que utilitzen les trepants, tot i que també poden utilitzar mascles per roscar a màquina, mandrís per a l'acabat de forats de toleràncies estretes, avellanats per xamfrans forats, o fins i tot barres amb eines de mandrinar

Les broques tenen diferent geometria depenent de la finalitat amb què hagin estat fabricades. Dissenyades específicament per treure material i formar, en general, un orifici o una cavitat cilíndrica, la intenció en el seu disseny inclou la velocitat amb què el material ha de ser retirat i la duresa del material i altres qualitats característiques.

Elements constituents d'una broca[modifica | modifica el codi]

Broca trepanatge.

Entre algunes de les parts i generalitats comuns a la majoria de les broques estan:

  1. Longitud total de l'broca. Hi ha broques normals, llargues i súper-llargues.
  2. Longitud de tall. És la profunditat màxima que es pot trepatge amb una broca i ve definida per la longitud de la part helicoïdal.
  3. Diàmetre de tall. És el diàmetre de l'orifici obtingut amb la broca. Existeixen diàmetres normalitzats i també es poden fabricar broques amb diàmetres especials.
  4. Diàmetre i forma del mànec. El mànec és cilíndric per diàmetres inferiors a 13 mm, que és la capacitat de fixació d'un portabroques normal. Per diàmetres superiors, el mànec és cònic (tipus Morse).
  5. Angle de tall. L'angle de tall normal en una broca és el de 118 °. També es pot utilitzar el de 135 °, potser menys conegut però, potser, més eficient en emprar un angle obtús més ampli per al tall dels materials.
  6. Nombre de llavis o flautes. La quantitat més comuna de llavis (també anomenats flautes) és dos i després quatre, encara que hi ha broques de tres flautes o broques d'una (sola i dreta), per exemple en el cas del trepatge d'escopeta.
  7. Profunditat dels llavis. També important ja que afecta a la fortalesa de la broca.
  8. Angle de l'hèlix. És variable d'unes broques a altres depenent del material que es tracti de foradar. Té com a objectiu facilitar l'evacuació de la ferritja.
  9. Material constitutiu de la broca. Existeixen tres tipus bàsics de materials:
  10. # Acer al carboni, per foradar materials molt tous (fusta, plàstic, etc.)
  11. # Acer ràpid (HSS), per foradar acers de poca duresa
  12. # Metal dur (Widia), per foradar foses i acers en treballs de gran rendiment.
  13. Acabat de la broca. Depenent del material i ús específic de la broca, se li pot aplicar una capa de recobriment que pot ser d'òxid negre, de titani o de níquel, cobrint totalment o parcialment la broca, des del punt de tall.

Característiques de les broques de metall dur[modifica | modifica el codi]

Broca de metall dur soldada.

Per a les màquines trepants de gran producció s'utilitzen broques massisses de metall dur per forats petits i barres de mandrinar amb plaquetes canviables per a la mecanització de forats grans. La seva selecció es fa tenint en compte el material de la peça, el tipus d'aplicació i les condicions de mecanització.

La varietat de les formes de les plaquetes és gran i està normalitzada. Així mateix la varietat de materials de les eines modernes és considerable i està subjecta a un desenvolupament continu.[6]

L'adequació dels diferents tipus de plaquetes que s'utilitzen en les broques de metall dur ja siguin soldades o canviables s'adeqüen a les característiques del material a mecanitzar i s'indiquen a continuació i es classifiquen segons una norma ISO/ANSI per indicar les aplicacions en relació a la resistència i la tenacitat que tenen.

Codi de qualitats de plaquetes
SÈRIE ISO Característiques
Sèrie P ISO 01, 10, 20, 30, 40, 50 Ideals per al mecanització d'acer, acer fos, i acer mal·leable d'encenall llarga.
Sèrie M ISO 10, 20, 30, 40 Ideals per a la mecanització acer inoxidable, ferrític i martensítico, acer fos, acer al manganès, fosa aleada, fosa mal·leable i acer de fàcil mecanització.
Sèrie K ISO 01, 10, 20, 30 Ideal per a la mecanització de fosa grisa, fosa en coquilla, i fosa mal·leable d'encenall curta.
Sèrie N ISO 01, 10. 20, 30 Ideal per a la mecanització de metalls no-fèrrics
Sèrie S Poden ser de base de níquel o de base de titani. Ideals per al mecanització d'aliatges termorresistentes i súperaleaciones.
Sèrie H ISO 01, 10, 20, 30 Ideal per a la mecanització de materials endurits.

Accessoris de les trepants[modifica | modifica el codi]

Les trepants utilitzen com accessoris principals:

  • Portabroques.
  • Pinces de fixació de broques.
  • Utillatges per posicionar i subjectar les peces.
  • Plantilla amb casquets per a la guia de les broques.
  • Granet
  • Mordasses de subjecció de peces
  • Elements robotitzats per a l'alimentació de peces i transfer de peces.
  • Afiladora de broques

Portabroques[modifica | modifica el codi]

Portabroques.

L'portabroquess el dispositiu que s'utilitza per fixar la broca en el trepant quan les broques tenen el mànec cilíndric. El portabroques va fixat a la màquina amb un mànec de con Morse segons sigui la mida del portabroques.

Els portabroques s'obren i tanquen de forma manual, encara que hi ha alguns que porten un petit dispositiu per poder ser estrets amb una clau especial. Els portabroques més comuns poden subjectar broques de fins a 13 mm de diàmetre. Les broques de diàmetre superior porten un mànec de con morse i es subjecten directament a la trepant.

Mordassa[modifica | modifica el codi]

Mordassa per subjectar peces.

En les trepa s'ha de controlar bé la pressió i la zona d'estrenyi perquè no es deteriorin. hola que tl ?

Pinces de collament còniques[modifica | modifica el codi]

Quan s'utilitzen capçals multihusillo o broques de gran producció s'utilitzen en lloc de portabroques, el premi és feble, pinces còniques cargolades que ocupen menys espai i donen un premi més rígid a l'eina.

Pinces còniques portaeines.

Granet[modifica | modifica el codi]

Granet.

Es denomina Granet a una eina manual que té forma de punter d'acer temperat afilat en un extrem amb una punta de 60 º aproximadament que s'utilitza per marcar el lloc exacte que s'ha traçat prèviament en una peça on calgui fer-se un forat, quan no es disposa d'una plantilla adequada.

Plantilles de trepatge[modifica | modifica el codi]

Quan es mecanitzen peces en sèrie, no es procedeix a marcar els forats amb bieles, etc sinó que es fabriquen unes plantilles que s'incorporen al sistema de fixació de la peça degudament referenciada. Les plantilles porten incorporat uns casquets guies perquè la broca pugui encarar els forats de forma exacta sense que es produeixin desviacions de la punta de la broca. En operacions que porten incorporat un mandrinatge o un roscat posterior els casquets guies són amovibles i es canvien quan es procedeix a mandrinar o roscar el forat.

Afiladora de broques[modifica | modifica el codi]

En les indústries metal·lúrgiques que realitzen molts forats, es disposa de màquines especials d'afilat per esmolar les broques quan el tall de tall s'ha deteriorat. L'afilat es pot realitzar en una mola que tingui la pedra amb gra fi però la qualitat d'aquest esmolat manual sol ser molt deficient perquè s'ha de ser prou expert per aconseguir els angles de tall adequats. La millor opció és disposar d'esmoladores de broques.

Control de ferritja i fluid refrigerant[modifica | modifica el codi]

Aquests dos factors són molt importants en el procés de trepatge. La generació de formes i mides d'encenall adequats, i també la seva evacuació, és vital per a realitzar correctament qualsevol operació de trepanatge. Si el procés no és correcte, qualsevol broca deixarà de tallar després de poc temps perquè l'encenall es quedarà encallada en el forat. Amb les broques modernes les velocitats de perforació són molt elevades però això només ha estat possible gràcies a l'evacuació eficaç de l'encenall mitjançant el fluid de tall. Totes les broques helicoïdals disposen de canals per evacuar l'encenall. Durant el mecanització s'injecta fluid de tall en la punta de la broca per lubricar i per evacuar els encenalls pels canals. La formació de l'encenall està determinada pel material de la peça, la geometria de l'eina, la velocitat de tall i en certa mesura pel tipus de lubricant que s'utilitzi. La forma i longitud de l'encenall són acceptables sempre que permetin la seva evacuació de manera fiable.

Normes de seguretat en el trepatge[modifica | modifica el codi]

Quan s'està treballant en una perforadora, cal observar una sèrie de requisits per assegurar-se no tenir cap accident que pogués ocasionar qualsevol peça que fos comiat de la taula o la encenall si no surt bé tallada. Per això és indispensable que les peces estiguin ben subjectes. Però també molt important és prevenir ser atrapat (a) pel moviment rotacional de la màquina, per exemple per la roba o pel cabell llarg. La precaució és indispensable, ja que l'ésser atrapat accidentalment pot ser fatal.[7]

Normes de seguretat
1 Utilitzar equip de seguretat: ulleress de seguretat, caretes, etc ..
2 No utilitzar roba ampla o molt solta. Es recomanen les mànigues curtes.
3 Utilitzar roba de cotó.
4 Utilitzar calçat de seguretat.
5 Mantenir el lloc sempre net.
6 Si es mecanitzen peces pesades utilitzar polipasts adequats per carregar i descarregar les peces de la màquina.
7 És preferible portar el cabell curt. Si és llarg no ha d'estar solt sinó recollit.
8 No vestir joieria, com collarets o anells.
9 Sempre s'han de conèixer els controls i funcionament de la màquina. S'ha de saber com aturar la seva operació.
10 És molt recomanable treballar en una àrea ben il·luminada que ajudi a l'operador, però la il·luminació no ha de ser excessiva perquè no causi massa resplendor.

Perfil professional dels operaris de trepants[modifica | modifica el codi]

No hi ha una professió tècnica especialitzada per al maneig de trepants, ja que són unes màquines senzilles de manejar i amb breus instruccions donades a peu de màquina és suficient perquè una persona responsable la sàpiga utilitzar.

No obstant això actualment moltes operacions de trepatge es realitzen en centres de mecanització o trepants de control numèric i, a causa del alt cost que té el temps de mecanització en aquestes màquines, ha estat necessari formar nous tècnics en elles, especialment programadors de control numèric.

Programadors de trepants i centres de mecanització CNC[modifica | modifica el codi]

Les trepants i centres de mecanització requereixen en primer lloc un tècnic programador que elabori el programa d'execució que ha de realitzar la màquina per al mecanització d'una determinada peça.

En aquest cas ha de tractar-se d'un bon coneixedor dels factors que intervenen en el mecanització i que són els següents:

  • Prestacions de la màquina
  • Prestacions i disponibilitat d'eines
  • Subjecció de les peces
  • Tipus de material a mecanitzar i les seves característiques de mecanització
  • Ús de refrigerants
  • Quantitat de peces a mecanitzar
  • Acabat superficial i rugositat
  • Tolerància de mecanització admissible

A més ha de conèixer bé els paràmetres tecnològics del trepatge, que són:

  • Velocitat de tall òptima a què s'ha de fer el trepatge
  • Avanç òptim del mecanització
  • Velocitat de gir (RPM) del cargol
  • Sistema de canvi d'eines.

A tots aquests requisits han d'unir una correcta interpretació dels plànols de les peces i la tècnica de programació que utilitzi d'acord amb l'equip que tingui la trepant.[8]

Vegeu també[modifica | modifica el codi]


Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Museu màquina de eina de Elgoibar
  2. Patxi Aldabaldetrecu. Ressenya històrica de la màquina-eina
  3. Productivitat, en CoroKey 2006 , Sandvik
  4. Sandvik Coromant. Guia Tècnica de mecanització. AB Sandvik Coromant 2005.10, 2006. 
  5. 5,0 5,1 Chris Simpson. Home Guide To Woodwork. Murdoch Books, 1 June 2004, p. 144–. ISBN 978-1-74045-279-3 [Consulta: 15 gener 2013]. 
  6. Error de citació: Etiqueta <ref> no vàlida; no s'ha proporcionat text per les refs amb l'etiqueta ref_duplicada_1
  7. Manual de Seguretat i Salut en operacions amb eines manuals, maquinària de taller i soldadura. Universitat Politècnica de València
  8. Creu Terol, Francisco. Control numèric i programació. Marcombo, Edicions tècniques, 2005. ISBN 84-267-1359-9. 

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

  • Millán Gómez, Simón. Procediments de mecanització. Madrid: Editorial Paraninfo, 2006. ISBN 84-9732-428-5. 
  • Creu Terol, Francisco. Control numèric i programació. Marcombo, Edicions tècniques, 2005. ISBN 84-267-1359-9. 
  • Sandvik Coromant. Guia Tècnica de mecanització. AB Sandvik Coromant 2005.10, 2006. 
  • Diversos autors. Enciclopèdia de Ciència i Tècnica. Tom 13. Trepant i perforadora.. Salvat Editores S.A, 1984. ISBN 84-345-4490-3. 
  • Larbáburu Arrizabalaga, Nicolás. Màquines. Promptuari. Tècniques màquines eines.. Madrid: Thomson Editors, 2004. ISBN 84-283-1968-5. 

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]