Los casquillos se encuentran entre los componentes más comunes pero desafiantes en el mecanizado de precisión. Estas piezas cilíndricas de paredes delgadas requieren un espesor de pared uniforme para funcionar correctamente. Cualquier variación provoca un contacto desigual en los rodamientos, desgaste prematuro y dificultades de montaje. Sin embargo, muchos maquinistas luchan con casquillos que miden perfectamente en la máquina pero que muestran una variación de pared inaceptable después de soltarlos. La causa casi siempre es la deformación de la sujeción. Comprender cómo sujetar casquillos de paredes delgadas sin distorsionarlos diferencia a los talleres que producen piezas consistentes y confiables de aquellos que persiguen problemas de redondez.
La física de la deformación del casquillo de pared delgada es simple. Un casquillo con un espesor de pared de 0,050 pulgadas tiene muy poca rigidez radial. Cuando un mandril de tres mordazas se aprieta en su diámetro exterior, las mordazas aplican cargas puntuales. El casquillo se desvía elásticamente hasta adoptar una forma de tres lóbulos. El maquinista perfora el diámetro interior mientras la pieza está distorsionada. Después de que se sueltan las mordazas del portabrocas, el casquillo vuelve a su forma redonda. El diámetro interior, sin embargo, ahora tiene tres puntos altos que corresponden a las posiciones originales de las mandíbulas. El espesor de la pared varía exactamente según la cantidad de deflexión. El mismo efecto se produce al sujetar el diámetro interior y girar el exterior. La solución es sujetar de manera que se aplique una fuerza de tensión baja y uniforme en toda la circunferencia.
Una de las técnicas más efectivas para sujetar casquillos de pared delgada es utilizar un mandril de sujeción o un mandril expansible. Un portabrocas es un dispositivo con un orificio interno cónico y un collar de acero ranurado. Cuando se introduce en el cono, el collar se expande uniformemente contra el diámetro interior del casquillo. La fuerza de expansión se distribuye a lo largo de toda la circunferencia, no en puntos discretos. Los mandriles de recipiente correctamente diseñados pueden sujetar casquillos con espesores de pared de hasta 0,020 pulgadas sin distorsión mensurable. La clave es limitar el recorrido de expansión a solo 0,001 o 0,002 pulgadas más allá del diámetro de reposo de las piezas. Una expansión excesiva, incluso de unas pocas milésimas, seguirá distorsionando las paredes delgadas. Se prefieren los portabrocas ajustables con un tornillo de tope para limitar el recorrido.
Para girar el diámetro exterior se utiliza un mandril expansible según el mismo principio. El mandril tiene un eje central cónico y un manguito dividido de acero o uretano. A medida que el eje se introduce en el manguito, el manguito se expande radialmente contra el diámetro interior del casquillo. El contacto es continuo alrededor de la circunferencia. Muchas tiendas fabrican sus propios mandriles de expansión con acero 4140, tratado térmicamente y rectificado. Un conjunto de manguitos intercambiables permite manipular diferentes tamaños de casquillos. El mandril se monta entre centros o en un mandril y el casquillo se desliza sobre el manguito de expansión. Una barra de tracción o un tornillo acciona la expansión. Este método produce una concentricidad excelente porque el mandril se centra en el mismo eje que el husillo del torno.
Las mordazas blandas son una alternativa más accesible para muchas tiendas. Las mordazas del mandril estándar se pueden mecanizar para que coincidan con el contorno del buje, pero esto por sí solo no resuelve el problema de la carga puntual. La solución es utilizar un juego de mordazas para tartas. Se trata de mordazas blandas mecanizadas con un gran arco, normalmente de 120 grados cada una, y luego cortadas radialmente desde el borde exterior casi hasta el tornillo de montaje. Cuando se aprieta, cada mandíbula se flexiona ligeramente, distribuyendo la fuerza de sujeción sobre un área más amplia. Para obtener mejores resultados, el diámetro mecanizado de las mordazas de la tarta debe ser exactamente el mismo que el diámetro exterior del casquillo. Desbastar el casquillo con cortes pesados requiere más fuerza de sujeción. Las pasadas de acabado deben realizarse con presión reducida en el portabrocas. Muchos tornos CNC modernos permiten una presión de mandril programable, que se puede establecer en un valor bajo, alrededor de 50 a 100 PSI, para cortes de acabado.
Otro método poderoso es la sujeción axial combinada con un relleno de sacrificio. En lugar de sujetarse a la pared del casquillo, la pieza se sujeta entre dos placas frontales que comprimen el casquillo de extremo a extremo. Un material de relleno, como una aleación de bajo punto de fusión, cera o incluso hielo congelado, llena el interior del casquillo. El relleno proporciona soporte interno durante el mecanizado. Después del mecanizado, la masilla se funde o se lava. Esta técnica es común para casquillos de pared extremadamente delgados con un espesor de pared inferior a 0,010 pulgadas. El relleno evita que la pieza se aplaste o vibre. La fuerza de sujeción axial, aplicada a través de arandelas blandas, no distorsiona la pared cilíndrica porque la fuerza es paralela al eje del orificio.
Para casquillos fabricados con materiales que responden a técnicas criogénicas o térmicas, el ajuste por contracción ofrece un método de sujeción sin distorsión. El casquillo se enfría en nitrógeno líquido, lo que reduce su diámetro. Un mandril o mandril correspondiente a temperatura ambiente es ligeramente más grande que el diámetro interior del casquillo frío. El casquillo se desliza sobre el mandril y se calienta. A medida que se expande, agarra el mandril con una fuerza radial uniforme. El mecanizado se realiza sin puntos de sujeción concentrados. Después del corte, el conjunto se enfría nuevamente para liberar la pieza. Este método requiere un ambiente controlado pero produce una uniformidad de pared excepcional.
En el proceso, la medición también es esencial para el control del espesor de la pared del buje. Un medidor de diámetro interior o un medidor de aire utilizado mientras la pieza aún está sujeta da una lectura falsa. La verdadera variación del espesor de la pared sólo aparece después de soltarla. La mejor práctica es realizar un corte con resorte: una pasada muy ligera, de 0,002 a 0,004 pulgadas de profundidad de corte, con la presión del mandril reducida al mínimo necesario para girar la pieza. Este corte final elimina la superficie distorsionada dejada por pasadas de desbaste más pesadas. Al corte del resorte le debe seguir una segunda medición después de que la pieza esté completamente libre. Los talleres que dominan estas técnicas mantienen habitualmente la variación del espesor de la pared del buje por debajo de 0,0003 pulgadas de lectura total del indicador. Sus homólogos menos experimentados continúan desechando piezas, convencidos de que es imposible mecanizar paredes delgadas. La verdad es que las paredes finas no son el problema. Una sujeción inadecuada es. Elija un soporte uniforme, de baja tensión y de circunferencia completa, y la uniformidad del espesor de la pared del buje será completamente controlable.
