El mecanizado de chaveteros, es una de las aplicaciones más extendidas en el mundo del mecanizado. Se pueden realizar en un gran número de máquinas-herramientas; cómo: fresadoras convencionales y CNC, centros de mecanizado, tornos CNC, tornos CNC con eje Y, cepilladoras, brochadoras, limadoras, máquinas de corte por hilo EDM y además, también se realizan en mecanizado «in-situ».
Tabla de Contenidos
- 1 ¿Qué es un chavetero?
- 2 ¿Qué es una chaveta?
- 3 Tipos de chavetas
- 4 Resumen
¿Qué es un chavetero?
Un chavetero es un rebaje que mecanizamos en un eje o en un acoplamiento de un eje. Este rebaje tiene que tener unas medidas y unas tolerancias estandarizadas. Las medidas y las tolerancias, las marca una norma DIN. Las normas DIN son una estandarización internacional, lo que hacemos con estas normas, es unificar las medidas y las tolerancias admisibles, para chaveteros y chavetas. Las medidas de las chaveteros son iguales en España que en México, por poner un ejemplo.
Los chaveteros son esenciales en el montaje de maquinaria, todos los conjuntos que tengan un eje, tendrán su chavetero con su respectiva chaveta.
Tipos de chaveteros
Dentro del mundo de la ingeniería mecánica tenemos diferentes tipos de chaveteros, sus principales grupos son los chaveteros de eje y los chaveteros de rueda.
Los chaveteros de eje, son los que se realizan en el eje de un motor o de una pieza. Veremos que, por norma general, estos chaveteros van a presión con las tolerancias más ajustadas.
Los chaveteros de rueda, son los chaveteros que son pasantes y atraviesan la rueda de lado a lado. Además, también se les denominan como chaveteros de cubo.
Este tipo de chaveteros suelen ser deslizantes o ligeros, todo va a depender del tipo de aplicación que se necesite.
¿Cuáles son las tolerancias de los chaveteros?
Los chaveteros tienen varios tipos de tolerancia, que son: a presión, ligero y deslizante.
Aquí tenemos que diferenciar, entre chaveteros de eje y chaveteros de rueda. Aunque las tolerancias veremos que son muy similares, cambian entre ellas.
Las tolerancias de chaveteros, cumplen la norma ISO 286-2:1988 y dentro de esta norma, tenemos que seguir la calidad ISA-IT9 para chavetas que no tengan agujeros, e ISA-IT8 para chavetas con agujero. Las calidades ISA, son los valores numéricos de los grados de tolerancia normalizados.
Está es solo una breve explicación, ya que después en las tablas de cada norma DIN de cada chavetero, veremos todas sus tolerancias.
¿Qué es una chaveta?
Una chaveta es un elemento de fijación, que une el eje de un motor con otros componentes.
Por lo general, se fabrica a partir de una barra cuadrada comercial. Veremos que hay diferentes tipos de chavetas, según su funcionamiento mecánico. A mayor diámetro del eje, la chaveta será más grande, ya que la torsión que va a sufrir la chaveta es la misma que la del eje motor.
Tanto las chavetas, cómo los chaveteros, en las aplicaciones de eje y rueda, tienen que tener sus puntas redondeadas. Esto se hace para evitar posibles grietas y roturas, recordemos que tanto la pieza dónde va la chaveta, como la chaveta, giraran con el eje del motor a bastantes revoluciones por minuto «RPM».
La chaveta deberá dimensionarse de manera que pueda transmitir el mismo par de torsión que el eje correspondiente.
Con esto queremos decir, que la chaveta tiene que aguantar el mismo par de torsión «Newton metro» (NM) que el eje dónde se vaya a colocar.
Si ponemos una chaveta de 10mm de ancho, en un eje de 400mm, poco vamos hacer. Todo tiene un porque, porque ha de ser funcional y cumplir unos requerimientos mecánicos.
La longitud de la chaveta, deberá ser como mínimo, igual a 1,5 veces el diámetro del eje. Ahora vamos a ver más en profundidad, cuales son estas normas DIN de chavetas y chaveteros, y cuáles son sus tolerancias.
¿Cuál es la función de la chaveta?
La función de la chaveta, es evitar la rotación relativa entre dos componentes. Sobre todo, que ambos permanezcan unidos, durante la fuerza centrífuga que se ejerce sobre ellos. Como resultado, permite la transmisión de par y velocidad.
Las chavetas están hechas, para que eje y componente, giren a la misma velocidad y se transfiera la misma fuerza del motor, (Par motor) «Nm» del eje, al componente que tengamos enchavetado.
Por eso, es importante cumplir con las tolerancias de cada norma DIN de cada chavetero. Si la chaveta queda holgada, con la fuerza del motor no tendremos una relación de transmisión idónea. Perderemos velocidad, fuerza y podremos llegar a romper tanto la chaveta como el chavetero en el eje del motor.
Con la chaveta, permitimos un movimiento axial relativo con el componente de transmisión.
¿Cuáles son las aplicaciones de las chavetas?
Las principales aplicaciones de chavetas, son en los extremos del eje de un motor eléctrico.
A su vez estos encajan en infinidad de aplicaciones, van desde motores de engranajes, moto reductores, acoplamientos, variadores, poleas, etc.
Además, también pueden ser ejes de punta de transmisión, ejes de motores de combustión, etc.
Las chavetas, además de poder mecanizarse en un taller de mecanizado, también se pueden mecanizar en el sitio. Existen máquinas portátiles, para poder realizar chaveteros en mecanizado in situ.
¿Qué tolerancias tienen las chavetas?
Las tolerancias de las chavetas, principalmente son dos. h9 y h11. En el caso de los perfiles calibrados, tenemos que tener en cuenta que, en los extremos, la colada del acero puede tener imperfecciones. Puede estar el material doblado o retorcido, suele pasar en los perfiles calibrados de mayor tamaño.
¿De qué material están hechas las chavetas?
Las chavetas de perfil comercial, por norma general son en acero C45 su equivalente es el acero 1.140 (F-114) y tiene una resistencia a la tracción de 600N/mm². Según medidas, los fabricantes también pueden disponer de chavetas en acero inoxidable 1.4401 (AISI-316L) y 1.4301 (AISI-304).
Chavetas de acero inoxidable
En el caso del acero inoxidable (AISI-316L) 1.4401 tiene una resistencia a la tracción, que oscila entre: 520 y 680N/mm².
Para el acero inoxidable (AISI-304) 1.4301 tiene una resistencia a la tracción, que oscila entre: 520 y 750N/mm².
Además, pueden estar disponibles en otros aceros inoxidables más especiales, cómo: (AISI-316Ti) 1.4571, este acero inoxidable tiene una resistencia a la tracción, que oscila entre: 500 y 700N/mm².
El acero inoxidable AISI-316L está estabilizado con titanio. Este acero tiene una resistencia a la corrosión, mejor que otros aceros inoxidables, gracias al titanio.
El Titanio hace que el acero inoxidable AISI-316L tenga una mayor protección contra la corrosión. Esto es gracias, a que evita la precipitación de carburos en los límites del grano.
Las chavetas de este material, están enfocadas en aplicaciones marinas principalmente, aunque también se aplica en otras industrias, como la industria química, médica o farmacéutica.
Otro acero inoxidable para aplicaciones especiales, es el acero (AISI-431) 1.4057. Este acero inoxidable es el más fuerte en las aplicaciones de chavetas, tiene una resistencia a la torsión, que oscila entre: 800 y 1050N/mm².
Este acero inoxidable es tan duro, gracias al cromo (Cr) y al níquel (Ni). La principal desventaja, es que con el cromo puede aparecer corrosión intergranular. En cambio, el níquel hace que sea resistente al acido.
Las chavetas de este material, están enfocadas en aplicaciones petroquímicas, centrales eléctricas y aviación.
Chavetas de aplicaciones especiales.
Por otro lado, también existen chavetas para casos excepcionales, dónde la chaveta va a estar sometida a torsiones superiores a los 600Nm. En este caso usamos aceros más duros que los que hemos visto anteriormente.
Estos aceros introducen en mayor porcentaje, materiales como el níquel (Ni), molibdeno (Mo) y el cromo (Cr). Además, admiten tratamientos térmicos y su resistencia a la torsión puede llegar a superar los 1000N/mm².
El acero 1.6511 36CrNiMo4 es uno de los aceros más duros que se usan para fabricación de chavetas. Algunos fabricantes disponen de ellas en diferentes medidas y perfiles.
Otro ejemplo de materiales duros para chavetas, es el acero 1.5919 18NiCrMo5. Este acero es para tratamientos de cementación y es menos duro que el anterior. Este material en chavetas en sus medidas es menos extenso, ya que los perfiles con este material son escasos.
Tipos de chavetas
Tenemos chavetas de diferentes formas, tolerancias y longitudes. Cumplen una norma DIN, esa norma específica todos los apartados de las chavetas. Siguen un patrón común en todos los montajes mecánicos. Como dijimos más arriba, debe de cumplir unos requerimientos mecánicos concretos, para cada aplicación.
Perfil calibrado para chavetas DIN-6880
El perfil calibrado para chavetas, es un perfil realizado en acero C45+C (F-114) con unas tolerancias de h9 y h12 según modelo. Este tipo de chavetas, suelen ser para posicionamiento de piezas o para chaveteros de rueda. Este tipo de calibrados, los fresadores los usamos mucho; sobre todo para alinear piezas con las guías de la mesa de la fresadora.
Los aceros pulidos para chavetas DIN 6880 sirven para fabricar chavetas de talón DIN 6884, DIN 6887 y chavetas huecas con talón según DIN 6889, también son válidas, para chavetas paralelas DIN 6885 y chavetas DIN 6886. En las tablas de la imagen, veréis que son válidas para estas normas.
¿Cuáles son las aplicaciones del perfil calibrado para chavetas’?
Algunas medidas de este tipo de chavetas, son válidos para otras normas DIN de chaveteros.
Este tipo de chavetas, son las que se utilizan para dar posicionamiento en subconjuntos, se utilizan en matricería y en montajes mecánicos. En el caso de ser para posicionamiento de piezas, en este tipo de ranuras, el ajuste por norma general será prieto. Se usan tolerancias H7 (0 mm a +0.025 mm), aunque en ocasiones también, podemos ver las ranuras, con tolerancias deslizante como F9 (+0.013mm a +0.049 mm) entre otras.
Norma DIN-6880 perfil calibrado para chavetas
¿Cómo se mecanizan los chaveteros para la norma DIN-6880?
Los chaveteros de la norma DIN-6880, cómo podemos ver en la norma, son aplicables a diferentes tipos de normas. Las normas DIN-6885 y DIN-6886, son las que más se usan. Explicamos los diferentes tipos de mecanizado que hay, en las explicaciones de dichas normas. Lo tienes más abajo en esta publicación.
Chavetas DIN-6881
Las chavetas de esta norma, se llama chaveta longitudinal de media caña. Tiene forma de cuña, con una inclinación de 1:100. La superficie de apoyo, como podéis ver tiene forma circular. Tiene una forma convexa.
Está diseñado para ejes de pequeño diámetro, solo se realizan en chaveteros de eje dado su geometría. Los chaveteros para este tipo de chavetas, son poco profundos y tienen que tener la base circular para para el apoyo de la chaveta.
Tolerancias y medidas para chavetas DIN-6881
En la tabla de la norma anterior, podemos ver cuáles son compatibles con esta norma de chavetas. Aun así, tendríamos que mecanizar el ángulo de inclinación que marca la norma.
las medidas de las chavetas DIN-6881 son las siguientes:
Ancho (W). 6 a 36mm.
Altura (T). 2 a 9mm.
Longitud (L). 20 a 400mm.
Este tipo de chaveta, tiene un mayor contacto con el eje en comparación con las chavetas de otras normas DIN.
¿Cómo se mecanizan los chaveteros para la norma DIN-6881?
Para realizar este chavetero, necesitamos un plato divisor para realizar el radio de la chaveta, el plato divisor puede ser convencional o CNC. El radio de la fresa no le podremos obviar, asique utilizaremos una fresa que deje el menor radio posible y nos permita poder mecanizarlo.
La poca profundidad de estos chaveteros, nos permite usar fresas pequeñas, de diámetro 2 o 3 por ejemplo, y no tener problemas de vibraciones.
Para el desbaste de la ranura dejaremos creces en los laterales únicamente. Usaremos una fresa de mayor diámetro para el desbaste y para acabar el fondo. Dejamos solo la fresa de menor diámetro para acabar las paredes, prestaremos atención al excedente en los radios. Daremos varias pasadas con poca carga hasta realizar el acabado final.
Otra opción para poder mecanizarlo, es usar primero una fresa de desbaste dejando pequeños escalones, y por último usar una fresa esférica para realizar el acabado del radio y la tolerancia final.
En este último caso, la programación se haría mediante Cad/Cam.
Chavetas DIN-6885
Las chavetas de esta norma son bastantes, son casi la mitad de las chavetas que existen. Veremos que, dentro de esta norma, hay muchos tipos, pero sus tolerancias son las mismas. Estas chavetas son las que más vamos a ver en el taller de mecanizado.
La norma DIN-6885 es la norma de aplicación para todas las chavetas planas que existen. La tolerancia b, es la misma en todas las aplicaciones, esta tolerancia es la más importante para nosotros; los operarios de mecanizado. Está tolerancia es la que define el ajuste de la chaveta, ya sea un chavetero de eje o un chavetero de rueda.
Tipos de chavetas según DIN-6885
- DIN-6885 A
- DIN-6885 B
- DIN-6855 AB
- DIN-6855 AE
- DIN-6855 C
- DIN-6855 D
- DIN-6855 E
- DIN-6855 F
- DIN-6855 G
- DIN-6855 H
- DIN-6855 J
Tabla de medidas y tolerancias de chavetas y chaveteros norma DIN-6885
Como esta es la norma más extendida dentro de las chavetas, hemos diseñado unas tablas dónde indicamos todas las tolerancias. Tolerancias de chaveta y chavetero, tamaño de eje, tolerancias de altura de chaveteros, etc. Si quieres tener esta tabla, entre tus apuntes del taller, puedes contactar con nosotros desde el formulario de contacto y os enviaremos el PDF completo.
¿Cómo se mecanizan los chaveteros para la norma DIN-6885?
Los chaveteros de esta norma, son los que más llegaremos a mecanizar en el taller. Para mecanizar los chaveteros tenemos varias formas de hacerlo.
- Realizar un desbaste y un acabado. Para el desbaste, podremos acabar el fondo y dejar 0,1mm de sobremedida por pared. En el acabado, dejaremos la fresa entre 0,01 y 0,03mm del fondo para acabar únicamente las paredes. La profundidad del chavetero tiene una tolerancia de 0,1 a 0,3mm y el acabado superficial no es importante.
- Usar una estrategia de fresado trocoidal para el desbaste, (volumill, mecanizado adaptativo) programándolo mediante sistemas Cad/Cam. Acabar realizando una pasada final.
- Realizar el desbaste con una fresa de 4 labios y acabar con una fresa de 2 labios a la medida final. Si el chavetero es de 8mm de ancho, usar una fresa de 8mm de diámetro de 2 labios para el acabado. Con una fresa de 2 labios para hacer el acabado, podremos conseguir una tolerancia P9 de una sola pasada. Siempre y cuando, la fresa se encuentre en perfectas condiciones.
Chavetas DIN-6886
Las chavetas DIN-6886 son solo las dos, que veis en las imágenes superiores.
Este tipo de chavetas junto con las de la norma DIN-6881, se les llaman chavetas forzadas. En las chavetas con esta forma, es necesario que tengan tolerancias de apriete (P9). Se recomienda esta tolerancia, ya que el rozamiento entre chaveta y eje tiene que ser estático. Estas chavetas tienen forma de cuña y su inclinación es 1:100, igual que las chavetas de la norma DIN-6881.
Tolerancias y medidas de chavetas DIN-6886
Las medidas y tolerancias de las chavetas DIN-6886 comparten medidas y tolerancias con las chavetas de la norma DIN-6885. Si os fijáis en la tabla DIN-6880, tenéis las medidas que son compatibles con la norma DIN-6885.
¿Cómo se mecanizan las chaveteros de la norma DIN-6886?
La forma de mecanizar este tipo de chaveteros, es la misma que hemos descrito anteriormente en la norma DIN-6885. No tiene nada de especial, lo único tener en cuenta que la recomendación para estas chavetas, es la tolerancia P9. Para ir seguros, podríamos añadir un semiacabado y ajustar la medida con esta operación, para hacer el acabado final. Los chaveteros de eje, se mecanizan de igual forma que los de la norma DIN-6885, pero los chaveteros de rueda son inclinados. Hoy en día para hacer este tipo de chaveteros inclinados, lo mejor es el corte por hilo EDM.
Chavetas de talón DIN-6884 y DIN-6887
Las chavetas de talón DIN-6887, son chavetas que tienen una pequeña cabeza para poder bloquearlas. Tienen forma de cuña en su zona de apoyo y es otro ejemplo más de chaveta forzada, como hemos visto en los anteriores ejemplos de chavetas de cuña. Su inclinación, es la misma que en los ejemplos de otras normas DIN, 1:100.
Las tolerancias y medidas de las chavetas, de la norma DIN-6884 son las mismas que las de la norma DIN-6887. La diferencia entre normas, es que la norma DIN-6884 son chavetas planas y la norma DIN-6887 son en forma de cuña. En las tablas veréis, que indicamos que se aplican a la norma DIN-6884 y DIN-6887.
Este tipo de chavetas, se usan en la fabricación de automóviles y maquinaria agrícola entre otros. Este tipo de chavetas con cabeza, además de ser un elemento de fijación entre eje y componente, tiene que ser un sistema de retén. Hablamos de retén, para que no entre ningún tipo de suciedad entre chaveta y chavetero. Su principal ajuste es prieto (P9).
En este tipo de aplicación, la chaveta tiene que ser más blanda que los elementos que los fija. Las tolerancias que siguen este tipo de chavetas, es la norma DIN-6885, a pesar de ello hemos desarrollado unas tablas para verlo de forma más rápida.
¿Cómo se mecanizan los chaveteros para la norma DIN-6884 y DIN-6887?
Para mecanizar los chaveteros de estas normas DIN, se realizan de la misma forma que hemos visto en las normas DIN-6885 en el caso de chaveteros de eje. En el caso de ser chaveteros de rueda inclinados, en caso de la norma DIN-6887, la mejor forma es usar el corte por hilo EDM.
Chavetas de disco DIN-6888
Las chavetas de disco como su nombre indica, tienen forma de semidisco. Se las llaman también de diversas formas: chavetas Woodruff, chavetas de lengüeta redonda, cuñero redondo, etc. Todo va a depender del país desde el que nos estés viendo.
Las chavetas de disco, están diseñadas para trabajos ligeros. Esto es debido a que dada la profundidad del chavetero, hace que se debilite la chaveta más fácilmente.
En comparación con otro tipo de chavetas, estas chavetas de disco, se auto centran rápidamente con la ayuda del semicírculo.
¿Cuáles son las aplicaciones de la chaveta de disco?
Su aplicación es en ejes de tamaño pequeño, en ejes de hasta unos 50mm de diámetro aproximadamente.
La norma DIN que se rige, para la estandarización de este tipo de chavetas, es la DIN-6888. A continuación, os vamos adjuntar unas tablas, dónde indicamos las medidas, tolerancias y diferencia admisible entre diámetros que permiten este tipo de chavetas.
Norma DIN-6888 para chavetas de disco
¿Cómo se mecanizan los chaveteros de disco, según norma DIN-6888?
Los chaveteros de disco, para poder mecanizarlas, necesitamos unas fresas de T o fresas de disco. Ya que, por su forma es la única forma de poder mecanizarlas.
Para las operaciones de mecanizado, primero haremos un desbaste usando una fresa de T de menor altura que la de la medida final. Dejaremos material para realizar el acabado tanto en las paredes como en el fondo de la ranura.
Podemos realizar también una operación de semidesbaste. Dividir el desbaste en dos operaciones, antes de realizar la operación de acabado.
En la operación de acabado, dejaremos menos de 0,1mm por pared de la medida final. Podemos realizar también una operación de semidesbaste. Dividir el desbaste en dos operaciones, antes de realizar la operación de acabado.
Para el acabado usaremos una fresa que entraremos primero por el medio y después nos separaremos hacia las paredes para ir ajustando. Para comprobar la tolerancia, usaremos unas calas patrón.
Recordad que las fresas de T son muy delicadas y tienen unas velocidades de corte pequeñas. Las fresas de T, tienen medidas normalizadas, es decir deberíamos de poder realizar la ranura sin problemas. En ocasiones, puede que la medida del vástago de la fresa, nos pueda pegar en la pieza al mecanizar la ranura. Este es un caso muy excepcional, ya que puede que no tengamos una fresa normalizada específica para este trabajo. Si nos encontramos con este problema, tendremos que destalonar la fresa, hacer el vástago de menor diámetro.
Para destalonar la fresa, necesitaremos una amoladora neumática , con esto le quitamos rigidez a la herramienta asique iremos con poca carga y pasadas pequeñas.
Aspectos importantes sobre el mecanizado de chaveteros
- Usar fresas en buen estado, ya sea para desbaste o acabado.
- Utilizar fresas con un AP (longitud de corte), adecuada al chavetero que vamos a mecanizar. Si vamos a realizar un chavetero de 15mm de profundidad, no usar una fresa de 30mm de longitud de corte. Usar una fresa más larga de lo necesario, nos provocará vibraciones en el mecanizado e incluso la rotura de la fresa.
- Evitar el mecanizado en rampa, usar el mecanizado en rampa, hará que la fresa se desgaste más rápido por la punta de la fresa que por el resto de la fresa. Evitar esta estrategia de mecanizado. Obtendremos un chavetero cónico que no servirá, ni en medidas ni en tolerancias.
- Asegurarnos antes de mecanizar, que el cero pieza está bien cogido, que hemos programado correctamente el chavetero y tenemos la compensación de radio a izquierdas.
- Usar una compensación de radio de la herramienta a izquierdas tanto para el desbaste como para el acabado. Si tenemos una compensación de radio a derechas, la fresa junto con la viruta desechada se clavará sobre la pieza. No podemos conseguir la tolerancia que necesitamos, trabajando con una compensación de radio de la herramienta a derechas.
- El amarre tanto de la pieza como de la herramienta, es otro aspecto importante a la hora de mecanizar cualquier chavetero. Si mecanizamos un chavetero de eje, usaremos unos «V block» para tener el eje de forma perpendicular a la mesa de la fresadora. Para el amarre de la pieza, cómo para el amarre de la herramienta, dependerá en gran medida, de los medios que se dispongan en el taller de mecanizado.
- Para el desbaste, necesitamos un portaherramientas más robusto. En este caso puede ser una pinza de gran apriete (APC), un weldon o un portaherramientas térmico. Las pinzas ER las dejaríamos como última opción, ya que siempre tienden a flexar un poco si el material es duro. Para el acabado de chaveteros, la opción que usemos de las anteriores mencionadas, será más que suficiente, ya que la fresa arrancará muy poca viruta, tanto si estamos haciendo un semiacabado como un acabado.
Resumen
Cómo podemos ver, existen diversos tipos de chaveteros y chavetas. Existen más tipos que no hemos querido incluir, ya que apenas se usan en la industria como el caso de las chavetas tangenciales.
Hemos querido recopilar toda la información necesaria, para realizar este tipo de mecanizado que hacemos día sí día también en el taller. Esperamos que os haya gustado está nueva entrada, dónde hemos realizado unas tablas que son bastante sencillas y fácil de comprender. Nos vemos en la próxima, un saludo.
