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Formación Profesional AVILÉS

F.M.E.-203-1 Apuntes de trazado y curvado 1015/1016

1º curso Soldadura y Calderería

Prof.: Ignacio Escudero 1

Calderería Introducción Por "Calderería" se entiende la rama de la industria en que se realizan las más diversas construcciones en metal o en aleaciones metálicas, y siempre partiendo de chapas de diversas formas y espesores. Cuando en dichas construcciones intervienen perfiles diversos y siempre de dimensiones relativamente reducidas, suele aplicarse la denominación de "Carpintería Metálica a la subrama que las incluye. La "Calderería", también es conocida o denominada "Construcciones Metálicas" se subdivide en tres grandes sectores en función del espesor de la chapa o plancha utilizada y la dimensiones de los perfiles, en:

Calderería ligera.- Espesor que varía entre [0,5] y [3] mm. Aparatos de calefacción y de ventilación, los de muebles metálicos, puertas y ventanas, etc.

Calderería mediana.- Espesor entre [3] y [10] mm. Depósitos, prefabricación de uso industrial, grúas, tuberías forzadas (de presión),

Calderería pesada. Más de [10] mm de espesor. Tramos y estructuras de puentes, transportadores de grandes dimensiones, estructuras de grandes centrales termoeléctricas, etc.

Trazado. El trazado es una .operación previa al mecanizado, conformado, que consiste en dibujar sobre la superficie exterior de la pieza las líneas que deben delimitar sus caras, los centros para su mecanizado, los ejes o planos de simetría, es decir, todas las líneas que han de servir de base para su construcción. La importancia de esta operación estriba entre otras, en que de ella va a depender la construcción posterior de la pieza. Con el trazado se pretende:

Comprobar si la pieza bruta contiene a la pieza acabada.

Repartir proporcionalmente el material.

Facilitar la nivelación y orientación de la pieza sobre la máquina.

Servir de referencia y guía para operaciones de desbaste o acabado, de poca precisión. Según la forma en que se realice el trazado, puede ser:

Trazado plano.

Trazado "al aire"o "en el espacio". En el trazado plano, todas las líneas señaladas están sobre una misma superficie, mientras que en el trazado al aire, aquellas se realizan simultáneamente sobre varias superficies de la pieza o sobre una sola cara, apoyándose en una superficie de referencia (mármol). Para realizar el trazado se necesita una serie de instrumentos tales como:

Mármol, mesa o superficie de trazar.

Gramil.

Granete.

Regla graduada.

Escuadras.

Cubo de trazar.

Compases.

Instrumentos de medida.

Cubos de trazado…. Trazado plano. Consiste en efectuar sobre la superficie plana de una pieza o chapa una simple operación de dibujo, utilizando en lugar de papel la superficie previamente preparada. En el caso de superficies metálicas (de acero) limpias, estas se humedecen con cal, sulfato de cobre, blanco-españa,... Deberán de tenerse muy en cuenta todos los conocimientos de geometría y dibujo que se posea (son imprescindibles), extremando el cuidado en la exactitud del trabajo. Como norma, deberán de trazarse primero los ejes y a partir de ellos las restantes líneas. Su uso está muy generalizado en los talleres de chapistería y de construcciones metálicas (calderería). Existen varios pasos o fases que es necesario seguir para realizar diversas piezas. Estas fases pueden ser las siguientes:

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Calcular las medidas necesarias (ver métodos a emplear).

Trazado de los desarrollos planos.

Corte de uno o varios desarrollos sobre una chapa.

Curvado y conformado de los desarrollos.

Realización y localización de las juntas de los desarrollos (uniones).

Útiles de trazado 3.1. Punta de trazar o rayador El más sencillo de estos elementos consiste en una varilla de acero, afilada y templada por uno o ambos extremos (Fig. 1). En la actualidad están cobrando bastante auge* las que disponen de punta de metal duro, que mantienen durante más tiempo la punta afilada. Sea del tipo que sea, debemos tener en cuenta que es un útil puntiagudo, por lo que debemos proteger sus puntas, cuando no se esté utilizando, con unos corchos o gomas, o con tapones apropiados, para evitar tanto accidentes como que se deterioren dichas puntas. 3.2. Granete Es un elemento formado por una varilla de acero, uno de cuyos

extremos termina en punta, formando un cono de ángulo entre 60 y 70º (Fig. 2). El otro extremo está preparado con un chaflán o rematado en un casquete esférico para poder recibir los golpes del martillo. El cuerpo, o parte central entre ambos extremos, suele estar moleteado para hacer más cómodo el agarre. El empleo casi exclusivo de este útil consiste en señalar o marcar centros de apoyo para el compás o el punto donde debe incidir la punta de la broca al iniciar el taladrado.

Fig. 2 Granete. 3.3. Compás de trazar o compás de puntas Se emplea, al igual que el compás de dibujo, para trazar circunferencias o arcos de círculo, hacer perpendiculares, transportar ángulos, realizar y marcar divisiones equidistantes, etc. El más empleado es el compás sencillo o de muelle (Fig. 3), cuyas puntas están realizadas en acero y templadas, y en algunos modelos terminadas en unas puntas postizas, de metal duro, soldadas a las patas. En caso de tener que manejar grandes radios se empleará el compás de varas (Fig. 4). Fig. 3: Compás de puntas. Fig. 4: Compás de varas. 3.4. Gramil Es un instrumento básico en las operaciones de trazado. Su misión consiste en el marcado de líneas paralelas a una superficie de referencia o paralelas entre sí (figura 5). Consta de una base, con su asiento perfectamente plano, que generalmente lleva un ranurado en V para permitir su apoyo sobre ejes y superficies redondeadas.

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De esa base sale el vástago, que consiste en una barra, de forma cilíndrica o prismática, a lo largo de la cual se desliza la corredera. Fig. 5: Gramil sencillo. Fig. 6: Gramil de precisión. Cuando el vástago no tiene posibilidad de moverse con respecto a la base, se denomina fijo, y si tiene la facultad de oscilar mediante una articulación, se llamará móvil o articulado. La corredera dispone de un dispositivo capaz de sujetar un rayador que será el encargado de realizar el trazado. En el gramil sencillo articulado, la medida se tomará con ayuda de una regla graduada, desplazando la corredera hasta la cota aproximada y realizando el ajuste final mediante el tornillo que modifica la posición del vástago con respecto a la base. Actualmente se suelen emplear gramiles (Fig. 6), de vástago fijo, prismático con regla graduada y nonius, en el que resulta muy sencillo tomar las medidas. 3.5. Reglas Las reglas se emplean para dos labores principalmente: Para medir: en este caso se suelen emplear las reglas graduadas flexibles (Fig. 7). Para realizar trazados: para estas labores también se pueden emplear esas mismas reglas, aunque es más aconsejable emplear reglas rígidas, normalmente sin graduación, que ofrecen una mayor facilidad para el trazado. Para realizar trazados sobre cilindros es muy adecuada la regla angular (Fig. 8), que permite un mejor apoyo sobre ese tipo de superficies. Fig. 7: Regla graduada. Fig. 8: Regla angular. 3.6. Escuadras En la mayoría de los trazados es necesario realizar líneas perpendiculares a otras o a alguna de las caras de referencia de la pieza. Para estos casos son de gran utilidad las escuadras. Las más empleadas son las escuadras lisas, cuando se trate de trazar perpendiculares a otras líneas, y las escuadras de solapa, cuando las perpendiculares se hagan respecto a alguna cara o superficie de referencia (Fig. 9). También son de gran utilidad las escuadras que disponen de un tercer brazo a 45º, para trazar ingletes (Fig. 10). Fig. 9: Escuadras. Fig. 10: Escuadra de ingletar. 3.7. Goniómetros En el trazado de líneas o trazos a distintos ángulos será indispensable disponer de alguno de estos instrumentos.

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Si ese trazado no requiere una especial precisión podremos emplear un goniómetro simple o transportador de ángulos, mientras que si es imprescindible una mayor exactitud deberemos emplear un goniómetro de precisión (Fig. 11). Fig. 11: Goniómetros. a. Goniómetro sencillo. b. Goniómetro de precisión. En la mayoría de trazados angulares será suficiente emplear falsas escuadras (Fig. 12), que ajustaremos con un goniómetro de precisión a la medida deseada y que evita los riesgos de deterioro de este instrumento, que es bastante caro y delicado. Fig. 12: Falsa escuadra. 3.8. Mármol de trazado Este elemento (Fig. 13) tiene la misión de soporte y referencia en el trazado de múltiples piezas. Estos mármoles son similares en forma y dimensiones a los mármoles de verificación, aunque, dada su labor, no necesitan tener la superficie tan exquisitamente acabada. Fig. 14. Mármol de trazado 3.9. Calzos Consisten en unas piezas prismáticas, de fundición, de diversas formas y dimensiones, con una o varias ranuras en V, para permitir el apoyo de piezas redondas (Fig. 14).Fig. 14. Calzos 3.10. Escuadras y cubos de trazar Son instrumentos (Fig.15) de gran utilidad para el trazado al aire de piezas cuyas formas no permitan su apoyo normal sobre el mármol o calzos. Suelen estar construidos en fundición y disponen de taladros y ranuras para permitir la sujeción de las piezas mediante tornillos o prensillas. Fig. 15. Escuadras y cubos de trazar 3.11. Escuadras y mesas orientables Cuando la superficie a trazar forma un ángulo con la cara de referencia, se facilitará enormemente la labor de trazado empleando estos utensilios. Se colocan sobre el mármol de trazar, y la pieza se fija sobre la superficie dispuesta para ello (Fig. 16). Fig. 16. Escuadras y mesas orientables.

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3.12. Cuñas Su misión es apoyar las piezas dándoles la nivelación necesaria para lograr una correcta posición para un posterior trazado. Las hay de diversos tipos, pero las más empleadas son las de regulación por dentado (Fig. 17) y las de regulación continua por tornillo (Fig. 18). Fig. 18. Cuña con regulación continua Fig. 17. Cuñas dentadas 3.13. Gatos Se emplean en el mismo tipo de trabajos que las cuñas, pero con la salvedad de que pueden abarcar mayores desniveles (Fig. 19). Fig. 19. Gatos. Técnicas de trazado Exponemos las particularidades de las técnicas de trazado aplicado a los trabajos de calderería y de la construcción metálica. Preparación del material El material sobre el que se va a efectuar el trazado, debe estar perfectamente plano si se trata de efectuar trazados planos sobre planchas, o perfectamente enderezados, si el trazado se hace sobre perfiles laminados, tubos, pletinas, etc. Pinturas para trazar Aquellas partes de la chapa sobre las que se va a trazar, es necesario pintarlas, con el fin de destaquen las líneas del trazado; para este fin se puede utilizar tiza blanca simplemente, siempre la pieza trazada no vaya a ser muy manipulada llegue a borrarse el trazado; se evita este inconveniente si se utiliza la pintura compuesta por banco España disuelto en agua, al que se agrega un poco de cola blanca para aumentar su adherencia. Cuando se trata de efectuar trazados sobre tiza blanca, sobre aluminio, cobre, etc., se puede prescindir del pintado de la chapa, efectuando el traza directamente sobre la chapa, pero procurando no rayar demasiado el material; algunas veces se utilizan puntas de latón, sobre todo si se trata de trazar sobre aceros, con lo que el trazado aparecer color; si se desea evitar el rayado del material, el fin de que no quede marca alguna, se puede realizar el trazado con un lápiz de grafito blanco, técnica muy

utilizada en el trazado sobre chapas de cinc, aluminio, etc. Trazado de cotas El trazado de cotas se hace, generalmente, utilizando la regla graduada de acero flexible (fig.). El trazado se lleva a cabo apoyando la chapa o pieza a trazar sobre un mármol o mesa de trazado, haciendo que, tanto la pieza como la regla, apoyen contra un tope, con el fin de que el origen de la medida coincida exactamente con el borde de la pieza, a continuación se señala por medio de pequeños trazos, en forma de V invertida, las medidas o cotas a llevar sobre la pieza, el vértice de trazada

señalará exactamente la medida.

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Trazado de rectas Si se trata de rectas de gran longitud, el trazado se realiza directamente utilizando la regla de acero flexible, tal como indica la figura, procurando que la punta de trazar tenga una doble inclinación de unos 20° hacia adelante en el sentido de su desplazamiento y 159 hacia afuera.

Sujetar la regla firmemente para que no se nos desvíe el trazado, y pasar la punta de trazar una sola vez, para evitar las superposiciones irregulares de las líneas trazadas. Cuando se trata de líneas muy largas, que sobrepasan los 3 metros, se

realiza el trazado auxiliándose de un cordel o bramante fino ennegrecido con grafito, el cuál, se tensa ligeramente con la mano (posición a, fig. izq.), teniendo como referencia una escuadra de solapa para que el trazo no salga desviado de la vertical, soltando ahora el cordel se proyectará contra la superficie de la chapa a trazar, quedando marcada la recta b. Trazado de paralelas Sobre piezas de pequeñas dimensiones que presenten bien recto uno de los bordes, el perpendicular a las paralelas a trazar, se puede llevar a cabo el trazado de aquéllas utilizando la escuadra de solapa, tal como se indica en la figura. Por el contrario, si de lo que se trata es de trazar paralelas sobre grandes planchas, el proceso a seguir es el siguiente: se hace, en primer lugar, un trazado doble de cotas (fig. 22.5), para efectuar finalmente el trazado de las paralelas uniendo entre sí los correspondientes vértices de las V previamente trazados. Trazado de paralelas sobre perfiles Las figuras siguientes, muestran técnicas de trazado de generatrices o paralelas en perfiles de sección rectangular, circular y angular, respectivamente, utilizando para ello un gramil ordinario, una regla angular o un gramil horizontal, sucesivamente.

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Compases utilizados Cuatro son los tipos de compases utilizados en calderería:

Compás ordinario o de puntas.

Compás de sector con tornillo de fijación.

Compás con muelle y tornillo de regulación

Compás de varas

Trazado sobre perfiles Ya se indicó anteriormente que se suele utilizar el gramil, pero tratándose de una serie de piezas resulta práctico y económico utilizar plantillas. Las plantillas pueden ser fijas o deslizantes, las primeras se emplean cuando hay que señalar sobre el aquellas partes que hay que eliminar o si se trata de señalar posición de agujeros (fig dcha). Las plantillas móviles o deslizantes se utilizan para trazar paralelas a lo largo del perfil, preferentemente los ejes de los taladros (fig.Izq.), es decir, sustituye al gramil regulable. Sistemas de trazado. El trazado de "desarrollos" y a su vez de las piezas más frecuentes en calderería se presenta en forma de:

Cilindros (virolas).

Prismas

Conos (troncos de cono).

Pirámides y se realizan por alguno de los siguientes métodos o procedimientos:

Sistema de paralelas.

Sistema radial

Sistema de triangulación.

Sistema de cálculo Diámetro medio. Observando un cilindro o virola (trozo de tubo) cilíndrica, construida en chapa, con un determinado espesor "e", a simple vista se aprecian dos diámetros, el "exterior" que será el que coincide con la cara externa de la misma y el "interior", que coincide con la cara interior. Si pretendemos construir dicha virola con una chapa de un espesor igual a "e", tendremos que trazar el desarrollo de la virola (círculo que forma la misma), cuyo desarrollo es igual a

"2πr= TcDm". El diámetro "Dm" (diámetro medio) que tenemos que utilizar no es ninguno, de los que apreciamos a simple vista (interior o exterior), sino que utilizaremos el formado por una línea o plano imaginario, ver "Fig. 1" que coincide con el plano central del espesor de la chapa y por lo tanto, estará a la misma distancia del plano exterior que del interior y que llamaremos:

¡¡diámetro medio¡¡ ¡¡plano neutro¡¡ ¡¡fibra neutra¡¡

por lo que tendremos que el diámetro medio "Dm" es igual a: Dm = De - e-, Dm=Di + e

Por lo que una vez conocido el diámetro medio o base circular de la virola, si la hacemos girar, se convierte en una línea recta de longitud igual a la de la circunferencia base y de altura igual a la de una de sus generatrices, con lo que se obtiene un rectángulo, ver "Fig. 2" de altura igual a la de la virola y base igual a la de la longitud de la circunferencia-media de la base de la misma.

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Método o sistema de paralelas. Este sistema se aplica en los desarrollos de los cuerpos prismáticos y cilíndricos, mediante el trazado de paralelas. Aplicación a los cilindros. Introducción, La operación de curvado a máquina de las chapas suele denominarse también cilindrado, y las máquinas empleadas para este objeto, cilindradoras (rollos). Las piezas, una vez curvadas con la máquina, reciben el nombre de virolas. Curvado en el cilindro. La chapa a curvar es introducida en un sistema de rodillos; por lo general, este sistema está constituido por tres rodillos cuyos ejes son paralelos entre sí y están dispuestos según los vértices de un triángulo isósceles. Imprimiendo, por otra parte, a los dos rodillos motrices un movimiento de traslación (hacia adelante o hacia atrás) y por otra parte al rodillo curvador un movimiento hacia arriba o hacia abajo (según los casos), la chapa sufre una flexión permanente en correspondencia con la generatriz de contacto con el rodillo curvador. Los dos rodillos motrices sostienen la chapa, mientras que el curvador la mantiene adherida a los anteriormente citados. Habiendo dispuesto los tres rodillos según una posición relativa dada, y haciéndolos girar en un cierto sentido, la chapa es forzada a moverse entre ellos y adquiere un cierto grado de curvatura. Después subiendo el rodillo curvador y girando los motrices, la chapa al pasar entre ellos, aumenta todavía la propia curvatura

Combinando así oportunamente el movimiento de traslación horizontal de la chapa y el desplazamiento vertical (de curvatura), con un cierto número de pasadas sucesivas se producen en la chapa una serie de curvaturas, siempre crecientes, hasta alcanzar la deseada forma cilíndrica final.

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En relación con el espesor de la chapa a trabajar y las dimensiones de la pieza a obtener, pueden utilizarse curvadoras (rollos) a mano o a motor (mecánicas Curvadoras de mano. Estas máquinas, de concepción muy simple, están esencialmente constituidas por tres rollos horizontales sostenidos por un par de montantes laterales. Las curvadoras de mano se emplean cuando la producción está limitada a cantidades reducidas de piezas, de dimensiones pequeñas o medias, a construir con chapas delgadas (es decir de poco espesor). Los rodillos deben tener una fuerte resistencia a la flexión; por ello se construyen de acero de características mecánicas elevadas.

También la estructura de los montantes (laterales) debe de ser muy robusta, porque debe de soportar los esfuerzos transmitidos por los rodillos Permiten curvar chapas con una longitud (ancho) de hasta 1.800 mm. y con espesores comprendidos entre 0,3 y 2 mm. Las curvadoras (rollos) de mano, por ser máquinas de potencia limitada y no de mucha precisión, difícilmente consiguen dar

la curvatura deseada a la chapa en la proximidad de sus extremos. Antes de introducir la chapa en la máquina y después de las operaciones preliminares de trazado y corte, hay que curvar las zonas próximas a los extremos, sirviéndose como estampa, por ejemplo, de un cilindro de acero cuyo diámetro sea el de la pieza acabada. Estas máquinas llevan una parte rebatible a fin de que, dejando un extremo libre entre cilindros, se puedan sacar las virolas totalmente curvadas. Curvadoras a motor (mecánicas). En relación con las curvadoras a mano, las motorizadas ofrecen indudablemente prestaciones superiores. Permiten curvar chapas con espesores de hasta 40 mm., longitudes de hasta 6.000 mm. y ancho de 2.000 mm. Los rodillos motrices son regulables a fin de adaptarse a los distintos espesores de chapa. Curvadoras de grandes dimensiones.- Para el curvado de grandes dimensiones y de fuerte espesor, las curvadoras a motor pueden alcanzar medidas imponentes; existen tipos en que los rodillos tienen longitudes de 10.000 mm. y otros capaces de curvar chapas de hasta 150 mm. de espesor. Tales máquinas deben de tener constantemente grúas a su servicio a fin de

sostener la chapa durante las fases iniciales del trabajo y para extraer las virolas terminadas. El cilindrado de chapas de notable espesor es facilitado por un calentamiento previo de la chapa en un horno apropiado, a una temperatura aproximada de unos 400°C. Cuando hay que curvar una virola tronco-cónica, es preciso montar en uno de los extremos (montantes), generalmente en el del lado opuesto al motor, un par de rodillos cortos estriados dispuestos verticalmente, los cuales tienen por objeto contrarrestar la

tendencia al deslizamiento longitudinal que presenta la virola en virtud de la posición oblicua de los rodillos inferiores

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Las virolas cilíndricas o tronco-cónicas se sacan de la máquina curvadora, rebatiendo la parte articulada, mediante la bisagra o articulación (distintas en función de la marca o casa fabricadora). Curvadoras de cuatro cilindros. Para el curvado de chapas de medio y gran espesor, se emplean también curvadoras de cuatro rodillos. Los dos centrales son los de arrastre y la distancia entre ellos es regulable según el espesor de la chapa, mientras que los rodillos laterales son los curvadores y se pueden desplazar de abajo hacia arriba y viceversa

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