Una pinza / ˈ k ɒ l ɪ t / es un manguito, banda o collar segmentado . [1] [2] Una de las dos superficies radiales de una pinza suele ser cónica (es decir, un cono truncado) y la otra es cilíndrica. El término pinza se refiere comúnmente a un tipo de mandril que utiliza pinzas para sujetar una pieza de trabajo o una herramienta (como un taladro), pero las pinzas tienen otras aplicaciones mecánicas.
Una pinza externa es un manguito con una superficie interior cilíndrica y una superficie exterior cónica . La pinza se puede apretar contra un cono correspondiente de modo que su superficie interior se contraiga hasta un diámetro ligeramente menor, apretando la herramienta o pieza de trabajo para sujetarla de forma segura. La mayoría de las veces, la pinza está hecha de acero para resortes , con uno o más cortes de ranura a lo largo de su longitud para permitir que se expanda y contraiga. Este tipo de pinza sujeta la superficie externa de la herramienta o pieza de trabajo que se está sujetando. Este es el tipo más habitual de mandril de pinza. Una pinza externa se sujeta contra la superficie interna o el orificio de un cilindro hueco. El cono de la pinza es interno y la pinza se expande cuando se dibuja o fuerza un cono correspondiente en el cono interno de la pinza.
Como dispositivo de sujeción, las pinzas pueden producir una gran fuerza de sujeción y una alineación precisa. Si bien la superficie de sujeción de una pinza normalmente es cilíndrica, se puede adaptar para que acepte cualquier forma definida.
Generalmente, un mandril de pinza , [3] considerado como una unidad, consta de un manguito receptor cónico (a veces integrado al husillo de la máquina), la pinza propiamente dicha (generalmente hecha de acero para resortes) que se inserta en el manguito receptor y (a menudo) una tapa que se enrosca sobre la pinza, sujetándola a través de otro cono.
En las operaciones de mecanizado, como el torneado , se utilizan habitualmente mandriles para sujetar la pieza de trabajo . La siguiente tabla ofrece una comparación funcional de los tres tipos de mandriles más comunes que se utilizan para sujetar piezas de trabajo.
Las pinzas tienen un rango de sujeción estrecho y se requiere una gran cantidad de pinzas para sujetar una gama determinada de herramientas (como taladros ) o material en bruto. Esto presenta la desventaja de un mayor costo de capital y las hace inadecuadas para el uso general en taladros eléctricos, etc. Sin embargo, la ventaja de la pinza sobre otros tipos de mandril es que combina todas las siguientes características en un solo mandril, lo que lo hace muy útil para trabajos repetitivos.
Existen muchos tipos de pinzas utilizadas en la industria metalúrgica. Los diseños estándar de la industria más comunes son R8 [5] (roscado internamente para fresadoras ) y 5C [6] (generalmente roscado externamente para tornos ). También existen diseños patentados que solo se adaptan al equipo de un fabricante. Las pinzas pueden variar en capacidad de sujeción desde cero hasta varias pulgadas de diámetro. El tipo de pinza más común sujeta una barra o herramienta redonda, pero existen pinzas para formas cuadradas, hexagonales y otras. Además de las pinzas de sujeción externas, existen pinzas que se utilizan para sujetar una pieza en su superficie interna para que pueda mecanizarse en la superficie externa (similar a un mandril expansible ). Además, no es raro que los maquinistas fabriquen una pinza personalizada para sujetar cualquier tamaño o forma inusual de pieza. A menudo se las llama pinzas de emergencia ( e-collets ) o pinzas blandas (por el hecho de que se compran en un estado blando (sin endurecer) y se mecanizan según sea necesario). Otro tipo de pinza es la pinza escalonada , que se extiende hasta un diámetro mayor desde el husillo y permite sujetar piezas de trabajo más grandes.
En uso, la pieza que se va a sujetar se inserta en el portaherramientas y luego se presiona el portaherramientas (usando una tapa con punta roscada) o se tira (usando una barra de tracción roscada) hacia el cuerpo que tiene una forma cónica conjugada. La geometría cónica sirve para traducir una parte de la fuerza de tracción axial en una fuerza de sujeción radial. Cuando se aprieta correctamente, se aplica suficiente fuerza para sujetar de forma segura la pieza de trabajo o la herramienta. Las roscas de la tapa o la barra de tracción actúan como una palanca de tornillo, y esta palanca se ve agravada por la conicidad, de modo que un par moderado en el tornillo produce una enorme fuerza de sujeción.
La forma precisa y simétrica y el material rígido de la pinza proporcionan un centrado radial y una concentricidad axial precisos y repetibles. El mecanismo básico fija cuatro de los seis grados de libertad cinemática, dos posiciones y dos ángulos. Las pinzas también pueden instalarse para alinear con precisión las piezas en la dirección axial (un quinto grado de libertad) con un tope interno ajustable o mediante un tope de hombro mecanizado en la forma interna. El sexto grado de libertad restante, es decir, la rotación de la pieza en la pinza, puede fijarse utilizando una geometría de pieza cuadrada, hexagonal u otra que no sea circular.
El sistema de pinzas "ER", desarrollado y patentado por el fabricante suizo Rego-Fix en 1972, y estandarizado como DIN 6499, es el sistema de sujeción de herramientas más utilizado en el mundo y hoy en día está disponible a través de muchos fabricantes en todo el mundo. [7] [8] Las series estándar son: ER-8, ER-11, ER-16, ER-20, ER-25, ER-32, ER-40 y ER-50. El nombre "ER" proviene de una pinza "E" existente (que era una serie de nombres con letras) que Rego-Fix modificó y agregó "R" para "Rego-Fix". El número de serie es el diámetro de apertura del receptáculo cónico, en milímetros. Las pinzas ER se colapsan para sujetar piezas hasta 1 mm más pequeñas que el tamaño interno nominal de la pinza en la mayoría de las series (hasta 2 mm más pequeñas en ER-50 y 0,5 mm en tamaños más pequeños) y están disponibles en pasos de 1 mm o 0,5 mm. Por lo tanto, una pinza dada sostiene cualquier diámetro que va desde su tamaño nominal hasta su tamaño colapsado 1 mm más pequeño, y un conjunto completo de pinzas ER en pasos nominales de 1 mm se ajusta a cualquier diámetro cilíndrico posible dentro de la capacidad de la serie. Con un mandril de fijación ER, las pinzas ER también pueden servir como accesorios de sujeción para piezas pequeñas, además de su aplicación habitual como portaherramientas con mandriles de husillo. [9] Aunque es un estándar métrico, las pinzas ER con tamaños internos en pulgadas están ampliamente disponibles para un uso conveniente de herramientas de tamaño imperial. La geometría de resorte de la pinza ER es adecuada solo para piezas cilíndricas y no se aplica típicamente a formas cuadradas o hexagonales como las pinzas 5C.
Los portaherramientas de "bloqueo automático" (el "Pozi-Lock" de Osbourn es un sistema similar) se diseñaron para proporcionar una sujeción segura de las fresas con solo apretarlas con la mano. Fueron desarrollados en la década de 1940 por una empresa británica ahora desaparecida, Clarkson (Engineers) Limited, y se conocen comúnmente como portaherramientas Clarkson. Los portaherramientas de bloqueo automático requieren fresas con extremos de vástago roscados para enroscarse en el propio portaherramientas. Cualquier rotación de la fresa fuerza la fresa contra el cono de la tapa de la fresa, que sujeta firmemente la fresa; el ajuste del tornillo también evita cualquier tendencia de la fresa a salirse. Los portaherramientas solo están disponibles en tamaños fijos, imperiales o métricos, y el vástago de la fresa debe coincidir exactamente. [10]
La secuencia de apriete de las pinzas Autolock es ampliamente malinterpretada. La tapa del portabrocas en sí no aprieta la pinza en absoluto; con la tapa apretada y sin ninguna herramienta insertada, la pinza está suelta en el portabrocas. Solo cuando se inserta una herramienta de corte, la pinza se presiona contra el cono de la tapa. La parte posterior de la herramienta de corte se acopla con un pasador de centrado y, al girar más, la pinza se empuja contra la tapa del portabrocas, apretándose alrededor del vástago de la herramienta de corte, de ahí el "bloqueo automático".
La secuencia de instalación correcta según la especificación original es:
A medida que se utiliza la herramienta, la rotación adicional aprieta el portaherramientas y el pasador de centrado garantiza que la extensión y la alineación de la herramienta permanezcan inalteradas. Solo se necesita una llave para liberar el portaherramientas bloqueado. [11]
Si bien las herramientas con vástago roscado "Autolock" se pueden sujetar con pinzas simples, como ER, las herramientas con vástago simple nunca se deben utilizar en una pinza "Autolock" ya que no quedarán sujetas ni alineadas correctamente.
Bridgeport Machines, Inc. desarrolló las pinzas R8 para su uso en fresadoras. De manera poco habitual, las pinzas R8 encajan en el propio cono de la máquina (es decir, no hay un mandril independiente) y también se pueden montar directamente herramientas con cono R8 integrado. La R8 se desarrolló para permitir cambios rápidos de herramientas y requiere una coincidencia exacta entre la pinza y el diámetro del vástago de la herramienta.
Las pinzas R8 tienen una ranura para evitar la rotación al colocarlas o quitarlas, pero es el cono comprimido y no la ranura para chaveta lo que proporciona la fuerza motriz. Las pinzas se comprimen mediante una barra de tracción desde atrás, se liberan automáticamente y los cambios de herramientas se pueden automatizar.
A diferencia de la mayoría de los demás sistemas de pinzas para máquinas, las pinzas 5C se desarrollaron principalmente para sujetar piezas. Superficialmente similares a las pinzas R8, las pinzas 5C tienen una rosca externa en la parte trasera para cerrar la pinza y así las piezas de trabajo pueden pasar directamente a través de la pinza y el mandril (las pinzas 5C a menudo también tienen una rosca interna para ubicar la pieza de trabajo). Las pinzas también están disponibles para sujetar piezas cuadradas y hexagonales. Las pinzas 5C tienen un rango de cierre limitado, por lo que los diámetros del vástago y de la pinza deben coincidir estrechamente. También existen otras pinzas de la serie C (1C, 3C, 4C, 5C, 16C, 20C y 25C) con diferentes rangos de sujeción.
Un sistema de pinza con capacidades similares al 5C (originalmente un sistema propietario de Hardinge ) es el 2J (originalmente un sistema propietario de Sjogren, [12] un competidor de Hardinge, y que Hardinge luego asimiló).
Las rectificadoras de herramientas SO Deckel utilizan estas pinzas, a veces denominadas pinzas U2.
La relojería en Waltham, Massachusetts, condujo a la invención de las pinzas. Todos los tornos de los relojeros utilizan pinzas cuyo tamaño se determina según su rosca externa. El tamaño más popular es el de 8 mm, que se presenta en varias variaciones, pero todas las pinzas de 8 mm son intercambiables. Lorch, un fabricante de tornos alemán, comenzó con pinzas de 6 mm y los primeros Boleys utilizaron una pinza de 6,5 mm. Las pinzas de 6 mm encajan en un torno de 6,5 mm, pero es una práctica deficiente. Otro tamaño popular es la pinza de 10 mm utilizada por Clement y Levin. Para sujetar la pieza de trabajo, las pinzas se dimensionan en incrementos de 0,1 mm y el número en la cara es el diámetro en décimas de milímetro. Por lo tanto, un 5 es una pinza de 0,5 mm.
Las pinzas de relojero vienen en configuraciones adicionales. Hay pinzas escalonadas que se inclinan hacia adentro para sujetar las ruedas dentadas por el perímetro exterior. Por lo general, se fabricaban en juegos de cinco para adaptarse a una variedad de ruedas dentadas de diferentes tamaños. Estas, al igual que las pinzas de sujeción de varillas rectas, se cierran en el cono exterior. Las pinzas de anillo también vienen en juegos de cinco y sujetan la pieza desde el interior de un orificio. Se abren a medida que se aprietan mediante un cono exterior contra el cono exterior del cabezal del torno.
Las pinzas para relojes también incluyen adaptadores cónicos y mandriles de cera o cemento. Estas pinzas llevan un inserto, generalmente de latón, al que se adhieren pequeñas piezas, generalmente con goma laca.
El libro El torno del relojero moderno y cómo usarlo [13] contiene tablas de fabricantes y tamaños; tenga en cuenta que se refiere a las pinzas básicas como mandriles de alambre partido .
Estas pinzas son comunes, especialmente en máquinas de producción, en particular en tornos europeos con cierres de palanca o automáticos. A diferencia de las pinzas de sujeción, no se retraen para cerrar, sino que generalmente se empujan hacia adelante, con la cara en su lugar.
Pinzas que permiten un rango más amplio de sujeción de piezas mediante resortes o espaciadores elásticos entre mordazas; dichas pinzas fueron desarrolladas por Jacobs (Rubberflex), Crawford (Multibore) y Pratt Burnerd, y en algunos casos son compatibles con ciertos mandriles de pinza de resorte.
El cono Morse es un cono de máquina común que se utiliza con frecuencia en taladros, tornos y fresadoras pequeñas. Los mandriles para taladrar suelen utilizar un cono Morse y se pueden quitar para acomodar brocas de cono Morse . Los juegos de pinzas de cono Morse suelen emplear pinzas ER en un adaptador para adaptarse al cono Morse. El adaptador está roscado para sujetarse en su lugar con una barra de tracción . Se pueden utilizar para sujetar herramientas de vástago recto (brocas y fresas) de forma más segura y con mayor precisión (menor descentramiento ) que un mandril.
En una fresadora de madera (una herramienta eléctrica portátil o de mesa que se utiliza para trabajar la madera ), la pinza es lo que mantiene la broca en su lugar. En los EE. UU., generalmente se utilizan brocas de 0,25 o 0,5 pulgadas (6,4 o 12,7 mm), mientras que en Europa las brocas más comunes son de 6, 8 o 12 mm (0,24, 0,31 o 0,47 pulgadas). La tuerca de la pinza es hexagonal en el exterior, por lo que se puede apretar o aflojar con una llave estándar , y tiene roscas en el interior para que se pueda atornillar al eje del motor .
Muchos usuarios (aficionados, artistas gráficos, arquitectos, estudiantes y otros) pueden estar familiarizados con las pinzas como parte de una cuchilla X-Acto o equivalente que sujeta la hoja. Otro ejemplo común es la pinza que sujeta las brocas de una Dremel o una herramienta rotativa equivalente.
En la industria de semiconductores , se utiliza una pinza para recoger una matriz de una oblea una vez finalizado el proceso de troquelado y unirla en un paquete. Algunas de ellas están hechas de goma y utilizan el vacío para recogerla.
La mayoría de los motores de combustión interna utilizan un collar dividido para mantener las válvulas de admisión y escape bajo una presión constante del resorte de la válvula, lo que devuelve las válvulas a su posición cerrada cuando los lóbulos del árbol de levas no están en contacto con la parte superior de las válvulas. Las dos mitades del collar tienen una nervadura elevada interna que se ubica en una ranura circular cerca de la parte superior de cada vástago de la válvula; el lado exterior de las mitades del collar tiene un ajuste cónico en el retenedor del resorte (también conocido como collar); este cono bloquea el retenedor en su lugar y la nervadura elevada que se encuentra en la ranura circular en el vástago de la válvula también bloquea las mitades del collar en su lugar en el vástago de la válvula. Para quitar las válvulas de una culata, se utiliza un "compresor de resorte de válvula" para comprimir los resortes de la válvula ejerciendo fuerza sobre el retenedor del resorte, lo que permite quitar los collares; cuando se quita el compresor, el retenedor, el resorte y la válvula se pueden quitar de la culata. Se puede observar que el retenedor no se mueve cuando se utiliza el compresor de resorte de válvula, esto se debe a una acumulación de carbón que con el tiempo ha bloqueado ligeramente el retenedor y las pinzas. Un golpecito leve y fuerte en la parte trasera del compresor de resorte de válvula por encima del vástago de la válvula debería liberar el retenedor, lo que permite comprimir los resortes mientras se recupera la pinza dividida. Al volver a ensamblar, es difícil mantener las pinzas divididas en su lugar mientras se libera el compresor; al aplicar una pequeña cantidad de grasa en el lado interno de las pinzas divididas, se mantendrán en su lugar en el vástago de la válvula mientras se libera el compresor; luego, a medida que el retenedor de resorte se eleva, bloquea las pinzas divididas cónicas en su lugar.
El Blaser R93 (y los modelos relacionados) utilizan un sistema de bloqueo de cerrojo único que emplea un collarín expansible. El collarín tiene segmentos en forma de L con forma de garra que miran hacia afuera desde el eje del cañón. Las múltiples garras brindan una gran área de contacto para distribuir la carga. A medida que se cierra la recámara , el collarín se expande, extendiendo las garras para engancharse con una ranura anular en el cañón justo detrás de la recámara; bloqueando el cerrojo. [14] [15]
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