- 1. Departamento de Ingeniera Mecnica y MecatrnicaLnea de
Investigacin, Innovacin y Desarrollo TecnolgicoXXIV MUESTRA DE
MQUINAS Y PROTOTIPOSCONSTRUCCIN Y ADECUACIN DE UNA CMARA DE VACO
PARA INTRODUCIRMUESTRAS EN UN EQUIPO PVD Estudiantes: JUAN CARLOS
PARADA ROJAS CRISTIAN LEONARDO CUBILLOS LENRAFAEL JONATHAN CAMILO
VERA RODRGUEZDirector:ING. JHON JAIRO OLAYA
2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACINEl mejoramiento de la calidad de
los recubrimientos duros, la disminucin del tiempo en elproceso y
una mayor economa en el equipo PVD (Deposicin Fsica en Fase de
Vapor) , son losantecedentes con mayor importancia que planteo el
cliente, ya que actualmente las soluciones paraestos
requerimientos, son poco eficientes e implica que en la operacin
del dispositivo, seanecesario la labor de dos o ms personas,
volviendo el proceso ineficiente.Se disea un dispositivo que genera
vaco, sujeta y posiciona una probeta dentro de un equipoPVD,
utilizando materiales anticorrosivos y paramagnticos. Adems que el
dispositivo seamanejado por una persona.FINANCIADOR:
COLCIENCIASVALOR DEL PROYECTO: 15.500.000TIEMPO DE DESARROLLO: 6
MESES 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA(I)Actualmente la universidad
cuenta con un sistema de PVD (Deposicin Fsicaen Fase de Vapor).Para
poder realizar trabajos en el equipo, es necesario controlar las
condicionesde presin del medio circundante.Estas condiciones son
controladas por medio de una bomba mecnica de vacoy un barmetro; al
iniciar el recubrimiento es necesario tener la cmara con unvaco de
1E-7 mbar. 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA(II)El problema radica, en
que la cmara que contiene el sistema PVD posee granvolumen, de
extraccin de aire, por ende, es demorado producir el vacorequerido
en la realizacin del recubrimiento. El proceso en si es lento,
yactualmente slo se puede generar 2 recubrimientos
diarios.Adicionalmente existe el problema de posicionamiento de la
probeta dentro delsistema PVD, ya que es un mtodo artesanal y
demorado, lo cual generaprdidas sustanciales, de tiempo en la
realizacin de los recubrimientos. 5. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTEEl
diseo y construccin de una cmara de vacio para introducir muestras
deun equipo PVD, la cual sea de tamao pequeo, fcil montaje,
fcilmantenimiento y sostenimiento.Tambin se requiere que la
construccin de los dispositivos sea con materialesque no reaccionen
con los componentes de fabricacin de los recubrimientos. 6.
DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIN FUNCIONAL 7. GENERACIN DEL CONCEPTO(I)El
problema se descompuso en dos partes: Diseo Cmara de vacio y Diseo
de brazoy PinzaPrimera parte: Diseo cmara de vacio.Como partida
inicial para poder definir lo que se iba hacer, consultamos las
necesidadese ideas que tenia el cliente con la cmara de
vacio.Investigar la procedencia, la fabricacin, los elementos y el
funcionamiento de laCmara de Vacio actual que contiene el sistema
PVD.. 8. GENERACIN DEL CONCEPTO(II)Consultar bibliografa sobre el
diseo, normatividad y catlogos de proveedores deequipos de
vacio.Despus de pasado por las anteriores indicaciones, se comenz a
generar ideas para laobtencin de la cmara, teniendo en cuenta, las
limitaciones de espacio impuestas porel cliente y cumpliendo las
exigencias del proceso.A la hora de disear se tubo en cuenta, en la
obtencin de partes de la maquina, entener en ellas fcil acceso en
el comercio. 9. GENERACIN DEL CONCEPTO(III)Segunda Parte: Diseo
Brazo y Pinza .Ya teniendo el diseo y aprobacin de la cmara de
vacio por nuestro cliente,comenzamos a consultar tambin las
necesidades e ideas del cliente sobre la forma delbrazo y pinza.Con
este dise tambin consultamos bibliografa y catlogos comerciales.
10. GENERACIN DEL CONCEPTO(IV)Dentro de la bibliografa se encontr
diversidad de elementos los cuales nos podanayudar a solucionar el
problema del diseo del brazo y pinza.La seleccin del brazo y pinza
se tuvo en cuenta el tamao y la forma defuncionamiento, ya que se
necesitaba que cuando no estuviera funcionando, el epudiera recoger
de una forma fcil y practica, sin impedir el funcionamiento
delsistema PVD 11. DESARROLLO DE LA IDEA(I)Cmara de vacio:Para
generar un buen diseo de la cmara de vacio tuvimos que tener en
cuenta estosfactores:Partes en materiales anticorrosivos.Lugar de
instalacin de la cmara.Tamao de la cmara de vacio.Forma de instalar
los componentes bsicos de la cmara de vacio(bomba, barmetro,etc.
12. DESARROLLO DE LA IDEA(II)Cmara de vacio: 13. DESARROLLO DE LA
IDEA (III)Cmara de vacio: 14. DESARROLLO DE LA IDEA (IV)Cmara de
vacio: 15. DESARROLLO DE LA IDEA (V)Brazo y pinza :Para generar un
buen diseo del brazo y pinza tuvimos que tener en cuenta
estosfactores:Partes en materiales anticorrosivos.Lugar de
instalacin en la cmara.Tamao del brazo.Forma de funcionamiento del
brazo. 16. DESARROLLO DE LA IDEA (VI)Brazo: 17. DESARROLLO DE LA
IDEA (VII)Pinza: 18. DESARROLLO DE LA IDEA(VIII)Brazo: 19.
DESARROLLO DE LA IDEA (IX)Pinza: 20. PRESENTACIN DE LA ALTERNATIVA
DE DISEO DOMINANTE Y JUSTIFICACIN 21. DESCRIPCIN DE LA MQUINA(I)El
equipo PVD, el cual es utilizado para producir recubrimientos
duros,esta introducido dentro de un cmara de vaci en acero
inoxidable,equivalente de tamao a un tanque de agua de 1m^3. 22.
DESCRIPCIN DE LA MQUINA(II)Adems esta cmara tiene diferentes
entradas fijas, de diferentes tamaos.Estas dos especificaciones
brindan problemas, los cuales, son: el tiempoimproductivo que es
producido por la generacin del vaco, esto es por elvolumen tan
grande que hay que producir de vaci y adems de el lugarespecifico
en que hay que depositar la probeta para generar la muestra
derecubrimiento duro. 23. DESCRIPCIN DE LA MQUINA(III)La idea es de
producir una cmara de vaco de menor tamao en la cual sepueda
generar vaco mas rpido, ubicarla en una de las entradas de lacmara
grande, y que contenga un dispositivo en cual nos brinde
laposibilidad de llevar y posicionar la probeta dentro de la
cmaraanteriormente mencionada. 24. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL
DISEOLa fabricacin de la Cmara de Vaco tiene como fin fomentar,
estimular ymejorar centros de investigacin para los alumnos de
pregrado y deposgrado de la Universidad Nacional y la Industria
Colombiana. Tambinde mejorar el sistema de produccin de
recubrimientos duros, acortando eltiempo de realizacin del proceso
y su calidad para poder modelarexcelentes investigaciones sobre los
recubrimientos generados en el equipoPVD. 25. ANLISIS ECONMICO
(I)El costo de la maquina es la siguiente:- Cmara de vacio:Carcasa
$ 5.300.000Flanges $ 3.500.000Compuerta $ 2.200.000Tornillera $
30.000Empaques$ 10.000Total $11.040.000 26. ANLISIS ECONMICO(II)El
costo de la maquina es la siguiente:- Brazo y Pinza:Brazo $
800.000Pinza $ 100.000Fuente$30.000Cableado$20.000Interruptores
$10.000Total $ 930.000 27. ANLISIS ECONMICO(III)El costo de la
maquina es la siguiente:- Mano de obra:Operarios $
2.600.000Investigacin $ 500.000Transportes $ 200.000Gastos otros$
200.000Total $3.500.000 28. ANLISIS ECONMICO(IV)El costo de la
maquina es la siguiente:TotalCmara de vacio $ 11.040.000Brazo y
Pinza$ 960.000Obra de Mano $ 3.500.000Total $15.500.000 29.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES (I)La variedad en los componentes de
la mquina hizo necesario unaprofundizacin en aspectos tericos y
prcticos indispensables para la claridaden los conceptos a aplicar
durante todo el proyecto.Debido a la falta de experiencia se
presentan algunos inconvenientes noprevistos en la etapa de diseo,
por no conocimiento de elementos existentes 30. CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES(II)La experiencia ganada durante el proyecto, es
muy importante para la vidaprofesional, ya que hay muchos aspectos
los cuales no se dan en la teora. 31. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERA EMPLEADAS [1] J.J. Olaya, Recubrimientos
de nitruros metlicos depositados con la tcnica de espurreoasistido
con campos magnticos variables, Tesis Doctoral, Instituto de
Investigaciones enMateriales, UNAM, Mxico, 2005. [2] B. Navinsek,
P.Panjan and I. Milosev, PVD coatings as an environmentally
cleanalternative to electroplating an electroless processes, Surf.
and Coat. Technol., 116-117, pp.476-487, (1999). [3] J.J.Olaya ,
S.E. Rodil, S. Muhl and E. Snchez, Comparative study of chromium
nitridecoatings deposited by unbalanced and balanced magnetron
sputtering, Thin Solid Film, Vol.474, No. 1-2, 1 Pg. 119-126, 2005
[4] Pfeiffer Vacuum, The Vacuum Technology book 32. PREGUNTAS? 33.
GRACIAS POR SUATENCIN
