ESTUDIAR LA CAPACIDAD DE PROCESO DE LA MÁQUINA TOOL

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ESTUDIAR LA CAPACIDAD DE PROCESO DE LA MÁQUINA TOOL & CUTTER

GRINDER CT-205 PARA LA OBTENCIÓN DE GEOMETRÍAS NORMALIZADAS

EN HERRAMIENTAS DE CORTE

Autores

Daniel Camilo López Suárez 20172375041

David Leonardo Coral Martínez 20172375005

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Mecánico.

Director

Ing. John Alejandro Forero Casallas M.Sc.

Universidad Distrital – Francisco José de Caldas

Facultad Tecnológica

Ingeniería Mecánica

Bogotá D.C., Colombia

2019


Contenido

● RESUMEN .................................................................................................................... 9

● INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 10

● 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 11

● 2. OBJETIVOS ........................................................................................................... 12

○ 2.1 Objetivo general. ............................................................................................. 12

○ 2.2 Objetivos específicos. ..................................................................................... 12

● 3. MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 13

○ 3.1 Mantenimiento ................................................................................................. 13

■ 3.1.1 Tipos de mantenimiento ................................................................... 13

○ 3.2 Herramienta de corte ...................................................................................... 18

■ 3.2.1 Acero al carbono ................................................................................ 18

■ 3.2.2 Acero rápido ....................................................................................... 19

■ 3.2.3 Carburo cementado o metal duro ................................................... 19

■ 3.2.4 Cermet (combinación de material cerámico y metal) ................... 20

■ 3.2.5 Cerámica ............................................................................................. 20

■ 3.2.6 Nitruro de boro cúbico (CBN) ........................................................... 20

■ 3.2.7 Diamante policristalino (PCD) .......................................................... 20

■ 3.2.8 Buril ...................................................................................................... 21

■ 3.2.9 Brocas .................................................................................................. 22

○ 3.3 Capacidad de proceso ................................................................................... 24

■ 3.3.1 Capacidad del proceso ..................................................................... 27


■ 3.3.2 Índices Cp y Cpk ................................................................................ 27

■ 3.4 Diseño de experimento ........................................................................ 28

● 4 PLAN DE TRABAJO .............................................................................................. 30

○ Diagrama de flujo ................................................................................................... 31

● 5 DIAGNÓSTICO DE LA MÁQUINA ...................................................................... 33

○ 5.1 Condiciones iniciales ...................................................................................... 33

○ 5.2 Puesta a punto. ............................................................................................... 39

○ 5.3 Reglas generales de seguridad .................................................................... 41

■ 5.3.1 Protección personal ........................................................................... 42

● 6 AFILADO DE LA HERRAMIENTA ....................................................................... 43

○ 6.1 Montaje buril ..................................................................................................... 43

○ 6.2 Montaje brocas ................................................................................................ 46

● 7 PROCESO ESTADÍSTICO ................................................................................... 48

○ 7.1 Número de réplicas ......................................................................................... 48

● 7.2 DATOS EXPERIMENTALES ............................................................................ 53

■ Datos buriles ................................................................................................. 55

■ Datos brocas ................................................................................................. 56

● 8 ANÁLISIS DEL DISEÑO ....................................................................................... 57

○ Datos buriles, procedimiento estadístico ........................................................... 58

○ Datos brocas, procedimiento estadístico ........................................................... 58

● 9 CONCLUSIONES ................................................................................................... 62

● 10 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 64


● 11 ANEXOS ............................................................................................................... 65


ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Análisis del ICP 26

Tabla 2: Descripción de los ICP 27

Tabla 3: Pasos de diseño experimental 30

Tabla 4: Pasos de RCM 34

Tabla 5: Hoja de vida máquina 35

Tabla 6: Intervenciones realizadas 40

Tabla 7: Formato de mantenimiento 41

Tabla 8: Ángulo de buriles 48

Tabla 9: Número de réplicas para muestra 1 50

Tabla 10: Número de réplicas para muestra 2 51

Tabla 11: Número de réplicas para muestra 3. 51

Tabla 12: Afilado de brocas para cada material. 51

Tabla 13: Datos experimentales de acero duro. 55

Tabla 14: Datos experimentales de fundición gris. 55

Tabla 15: Datos experimentales de aluminio. 55

Tabla 16: Datos experimentales de hierro fundido. 56

Tabla 17: Datos experimentales de bronce y latón. 56

Tabla 18: Datos estadísticos para acero duro. 58

Tabla 19: Datos estadísticos para fundición gris. 58

Tabla 20: Datos estadísticos para aluminio. 58


Tabla 21: Datos estadísticos para hierro fundido 59

Tabla 22: Datos estadísticos para bronce y latón. 59

Tabla 23: Datos capacidad promedio 60


ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Tareas de mantenimiento 17

Ilustración 2: Partes del buril 23

Ilustración 3: Ángulo de paso 24

Ilustración 4: Ángulo de corte 24

Ilustración 5: Ángulo de destalonado 25

Ilustración 6: Ángulo de punta 25

Ilustración 7: Índice de CP 29

Ilustración 8: Daños eléctricos 36

Ilustración 9: Daño dial transversal 37

Ilustración 10: Daño en soporte porta buriles 37

Ilustración 11: Lubricación de componentes 38

Ilustración 12: Ausencia de tornillos 38

Ilustración 13: Limpieza general de la máquina 39

Ilustración 14: Daño en cuña de ajuste carro transversal 39

Ilustración 15: Dispositivo de buril para ángulo α. 44

Ilustración 16: Dispositivo de buril para ángulo γ 45

Ilustración 17: Dispositivo de buril con ángulos αs y γs 46

Ilustración 18: Dispositivo de brocas 47

Ilustración 19: Curva característica para la obtención de número de réplicas. 50

Ilustración 20: Ángulo de punta para trabajar hierro fundido 52

Ilustración 21: Ángulo de punta para trabajar bronce y latón. 52


Ilustración 22: Buriles afilados en máquina universal tool & cutter grinder ct-205. 53

Ilustración 23: Goniómetro universal mitutoyo. 54

Ilustración 24: Mesa de mármol mitutoyo. 54

9


● RESUMEN

El presente trabajo, es un estudio experimental, el cual pretende fortalecer las

prácticas en el aula de clase para controlar las geometrías de las herramientas de

corte, implementando la máquina de afilado “Tool & cutter grinder ct-205”, para que

los nuevos estudiantes de tecnología en mecánica industrial puedan realmente

tener criterios acertados y cercanos, a los de las normas para herramientas de corte

ya estandarizados. El procedimiento que se va a utilizar para esta investigación es

estudiar la capacidad de proceso de esta máquina, creando herramientas de corte

que luego serán evaluadas, y con esto se definirá el alcance de esta máquina.

El principal esfuerzo de este trabajo se verá reflejado en la mejora de los

mecanizados de los alumnos de la Universidad Distrital, que serán capaces de crear

herramientas con un nivel elevado y proporcionar mejores mecanizados dentro del

laboratorio de máquinas herramientas de la Facultad Tecnológica.

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● INTRODUCCIÓN

Las máquinas para el afilado de herramientas de corte se han venido posicionando

en un punto muy alto, tanto que se pudieron establecer el principio de las líneas de

manufactura para los procesos de mecanizado. Esto generó que la industria

mejorará a nivel de calidad en los productos terminados como también a nivel de

eficiencia y vida útil de las herramientas de corte utilizadas durante todo el proceso.

En la actualidad se encuentran normas como la como la ISO 3002-1:1982, que rigen

las principales herramientas de corte. En este trabajo se mostrará la capacidad que

tiene la máquina para aproximarse a las geometrías ya estandarizadas, y luego del

mecanizado cuanto se pudo alcanzar respecto del punto ideal ya parametrizado. Se

establecerán la cantidad de probetas a usar, el estado de la máquina, el material de

las herramientas de corte, y la capacidad de proceso sugerido para alcanzar.

El desarrollo quiere mostrar que en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

se hace necesario la adquisición de este nuevo proyecto dentro de las aulas de

clase ya que ofrecen tanto a el docente como a el estudiante criterios que aporten

a los buenos hábitos de afilado de herramientas de corte y a mejorar las calidades

de los mecanizados dentro del mismo.

11


● 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El afilado de herramientas es parte fundamental en las diferentes industrias, ya que

un procedimiento correcto en el afilado de la herramienta de corte conlleva a mejorar

las propiedades del material que se mecaniza, sin dejar de lado la calidad de la

herramienta prolongando la vida útil de la misma y la calidad del producto fabricado

con este tipo de herramienta. La mejora continua, es una necesidad integral en

cualquier industria en la actualidad, la materia prima y las buenas herramientas de

trabajo, son los pilares para realizar un buen proceso de fabricación. En esta

propuesta, busca principalmente implementar el uso de la máquina de afilado

mediante un procedimiento experimental, y sus posibles falencias, del afilado de

herramientas de corte teniendo en cuenta los diferentes factores que influyen para

mejorar la calidad de la herramienta de corte, implementando diversos elementos

para el afilado, de distinta granulación y dureza según la herramienta que se desee

afilar, Los metales utilizados para la fabricación de estas herramientas, su

composición, su geometría y sus tratamientos térmicos, que permitir la máxima

producción con el mínimo desgaste en la herramienta, sin dejar a un lado una

necesidad constante de mejora en los procesos de producción, para generar una

menor variabilidad en las especificaciones del proceso y mejoras en la calidad bajo

parámetros establecidos. La capacidad de proceso en ese tipo de experimentos, es

aquel grado de aptitud que tiene un proceso para cumplir con las especificaciones

técnicas deseadas, en nuestro estudio, se busca mejorar los procesos de afilado

por parte de los estudiantes teniendo en cuenta que no se encuentra documentos

afines sobre la máquina dentro de la universidad o personal capacitado de la misma,

por lo tanto se plantea dar solución pertinente para mejorar la calidad en el afilado

de la herramienta, (que exige cada vez más calidades superiores que conlleva al

proceso de la mejora continua), esta propuesta se basará en el afilado de

herramientas de corte (buriles y brocas), viéndolo como una solución a mejorar los

procesos de mecanizado en la máquina de afilado universal y evidenciar la

eficiencia de trabajos rápidos para desarrollar componentes que exige la industria .

12


● 2. OBJETIVOS

○ 2.1 Objetivo general.

Estudiar la capacidad de proceso de la máquina Tool & cutter grinder ct-205 para la

obtención de geometrías normalizadas en herramientas de corte.

○ 2.2 Objetivos específicos.

● Diagnosticar y generar un plan de trabajo para la implementación de la máquina

de afilado de herramientas de corte.

● Desarrollar el plan de trabajo y finiquitar la puesta a punto de la máquina de

afilado.

● Implementar los protocolos y normas existentes para el afilado de buriles y brocas.

● Desarrollar los procesos de afilado necesarios para obtener los datos estadísticos

del estudio.

● Concluir la viabilidad de la implementación de la máquina de afilado de

herramientas de corte en los procesos de mecanizado del taller de la Universidad

Distrital.

13


● 3. MARCO TEÓRICO

○ 3.1 Mantenimiento

Es necesario llevar a cabo un plan de mantenimiento sobre la máquina de afilado

universal, para el correspondiente diagnóstico del proceso que permita identificar

las fortalezas y debilidades, para validar así estrategias internas y levantar

oportunidades de mejora, para la obtención de geometrías normalizadas con la

calidad pertinente. Lo anterior es posible abordando aspectos claves en la dirección

del mantenimiento.

La metodología es flexible y se ajustan a un probado procedimiento que recopila,

analiza y categoriza la información. [1]

■ 3.1.1 Tipos de mantenimiento

El mantenimiento prioriza por relevancia las acciones a tener en la máquina y las

clasifica dentro de los tipos de mantenimiento, esto con el fin de adquirir técnicas y

normas que aporten a la correcta conservación de las instalaciones como de la

máquina en cualquier planta industrial, en este caso en el laboratorio de máquinas

y herramientas de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas-Facultad

tecnológica.

Los planes de mantenimiento son necesarios en cualquier instalación que quiera

mantener sus equipos e infraestructura, estos son conjuntos de tareas programadas

agrupadas o no siguiendo algún tipo de criterio y que incluye los entes a mantener.

Al determinar cada tarea se deben asignar 5 informaciones referentes a ella;

frecuencia, especialidad, duración, necesidad de permiso de trabajo especial y

necesidad de parar la máquina para efectuar.

Frecuencia: En cuanto a la frecuencia de la tarea existen dos formas de fijarlas

● Siguiendo periodicidades fijas

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● Determinando a partir de las horas de funcionamiento

Para realizar tareas de mantenimiento siguiendo periodicidades fijas puede suponer

hacer mantenimiento a equipos que no han funcionado, y que, por tanto, no se han

desgastado en un periodo determinado. Y, por el contrario, basar el mantenimiento

en horas de funcionamiento tiene el inconveniente de que la programación de las

actividades se hace mucho más complicada, al no estar fijado de antemano

exactamente cuándo tendrán que llevarse a cabo.

Duración de las tareas: Es una información complementaria del plan de

mantenimiento. Siempre se realiza de forma aproximada, y se asume que esta

estimación lleva implícito un error por exceso o por defecto.

Permiso de trabajo: Determinadas tareas requieren de un permiso especial para

llevarlas a cabo. Así, las tareas de corte y soldadura, las que requieren la entrada

en espacios confinados, las que suponen un riesgo eléctrico, etc., requieren

normalmente de un permiso de trabajo especial. Resulta útil que en el plan de

mantenimiento esté contenida esta información, de manera que estén diferenciados

aquellos trabajos que requieren de un permiso, de aquellos que se realizan

simplemente con una orden de trabajo.

Máquina parada o en marcha: Para llevar a cabo una tarea determinada puede ser

conveniente que el equipo, el sistema al que pertenece o incluso toda la planta estén

paradas o en macha. Resulta útil que este extremo esté indicado en el plan de

mantenimiento, ya que facilita su programación.

● 3.1.1.1 Preventivo

El mantenimiento preventivo, garantiza la seguridad de los equipos e instalaciones,

para el personal, reduce la gravedad de las averías, evita las paradas no

productivas, reduce los costos que se derivan dentro de los procesos optimizando

los recursos, mantiene los equipos en condiciones de seguridad y proactividad,

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además alarga la vida útil de los equipos e instalaciones y con esto se mejoran los

procesos aumentando los factores de disponibilidad, fiabilidad, mantenibilidad y

calidad

Como norma general del mantenimiento preventivo, es necesario que este se

aplique a todo el centro de trabajo, y servirá para llevar control de todas las

máquinas e instalaciones, teniendo que realizar intervenciones de tiempo ya

controlados y especificados en los planes de mantenimiento.

Es importante que se realice un tratamiento de datos de los resultados obtenidos

en las revisiones efectuadas en cada programa de mantenimiento, con la finalidad

de valorar, por ejemplo, el tiempo invertido en cada intervención y el estado de los

elementos revisados, los recambios utilizados y la eventual previsión de hacer algún

paro de producción para sustituir alguna pieza, además todo esto se debe realizar

gestionando el mantenimiento con medios informáticos y con un software específico

con la finalidad de aprovechar las nuevas tecnologías. De esta manera se puede

llevar un control exhaustivo de todas las revisiones que se hacen en el centro de

trabajo y obtener datos referentes al mantenimiento, como, por ejemplo: Coste de

revisión. Horas invertidas en las operaciones. Recambios utilizados. Operaciones

no previstas. Histórico de revisiones. Generación de fichas de mantenimiento. [2]

● 3.1.1.2 Correctivo

Las tareas de mantenimiento correctivo son las tareas que se realizan con intención

de recuperar la funcionabilidad del elemento o sistema, tras la pérdida de su

capacidad para realizar la función o las prestaciones que se requieren, y se

consideran de corto plazo. Una tarea de mantenimiento correctivo típica consta de

las siguientes actividades: Detección del fallo, localización del fallo, desmontaje,

recuperación o sustitución, montaje, pruebas, verificación (Knezevic, 1996).

Además, las personas encargadas de reportar el fallo son directamente los

operarios de las máquinas o equipos, las correcciones de dichos fallos

corresponden por lo general a el equipo de mantenimiento, y la reparación de esta

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deberá de ser rápida, sencilla y se debe contar con todos los insumos y

herramientas, para que acortar los tiempos muertos de reparación.

1

Ilustración 1: Tareas de mantenimiento

La figura anterior muestra de manera gráfica las tareas de mantenimiento, y la suma

de estas representará el tiempo necesario transcurrido para para la reparación de

la máquina y a si continuar con la producción.

Existen dos tipos de tareas no planeadas de orden correctivo

● El desvare, que consiste en aplicar una reparación inmediata al equipo

para devolverlo a la condición de trabajo u operación, pero no

necesariamente a sus condiciones estándar. Se aplica en urgencias donde

no se debe paralizar el proceso operativo de bienes y/o servicios.

● Reparación correcta y definitiva, para la cual se tienen experiencias previas

similares y se conoce la causa raíz de la falla. Esta reparación devuelve la

máquina a sus condiciones estándar de producción y mantenimiento.

1 "Libro de Mantenimiento - Calaméo." https://www.calameo.com/books/0006512410dfea2781a3f. Fecha de

acceso 13 jul.. 2019.

https://www.calameo.com/books/0006512410dfea2781a3f

17


● 3.1.1.3 Predictivo

Las acciones preventivas se basan en analizar periódicamente el estado de los

elementos de las máquinas, para planear de una forma lógica las tareas proactivas.

Su gran ventaja consiste en que permite organizar las actividades en forma

anticipada, con lo cual se optimizan los recursos. Entre las formas como pueden

aparecer las acciones preventivas sobresalen: el denominado de uso que consiste

en que el mismo operario vela constantemente por todas las funciones sencillas de

mantenimiento, de modo que puede anticiparse a graves averías. (Luis Alberto

Mora)

Este mantenimiento permite diagnosticar el comportamiento a futuro en tiempo real

de la posible aparición de fallas, o situaciones fuera de condiciones estándar, con

el fin de evitarlas y a si elevar el tiempo de utilidad de la máquina, y prevenir averías

grandes que retrasen el tiempo de intervención de los mantenimientos y produzcan

paros prolongados de las máquinas.

La predicción de los fallos se realiza por medio de ciencias matemáticas y

estadísticas que, junto al software, realizan un seguimiento robusto de cada

componente que sufra daños inesperados, y así poder predecir por fallas anteriores,

y los nuevos posibles colapsos de la máquina. [3]

Algunas de las ventajas del mantenimiento predictivo son:

● Reduce el tiempo de parada al conocerse exactamente el órgano que falla.

● Permite seguir la evolución de un defecto en el tiempo.

● Optimiza la gestión del personal de mantenimiento.

● Realiza la verificación de la condición de estado y monitoreo en tiempo real

de la maquinaria, tanto la que se realiza en forma periódica como la que se

hace de carácter eventual.

● Maneja y analiza un registro de información histórica vital a la hora de la

toma de decisiones técnicas en los equipos.

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● Define los límites de tendencia relativos a los tiempos de falla o de

aparición de condiciones no estándar.

● Posibilita la toma de decisiones sobre la parada de una línea de máquinas

en momentos críticos.

● Facilita la confección de formas internas de funcionamiento, o compra de

nuevos equipos.

● Provee el conocimiento del historial de actuaciones, para ser utilizado por el

mantenimiento correctivo.

● Facilita el análisis de las averías.

● Aplica el análisis estadístico del sistema

○ 3.2 Herramienta de corte

Es requisito indispensable que la herramienta de corte sea de alta dureza, incluso

a temperaturas elevadas, alta resistencia al desgaste y gran ductilidad. Estas

características dependen de los materiales con los que se fabrica la herramienta,

los cuales se dividen en varios grupos: [4]

■ 3.2.1 Acero al carbono

De escasa aplicación en la actualidad, las herramientas fabricadas en acero al

carbono o acero no aleado tienen una resistencia térmica al rojo de 250-300 ºC y,

por lo tanto, se emplean solamente para bajas velocidades de corte o en el torneado

de madera y plásticos. Son herramientas de bajo costo y fácil tratamiento térmico,

pero por encima de 300°C pierden el filo y la dureza. Con acero al carbono se

fabrican machuelos, terrajas, limas de mano y otras herramientas similares.2

2 Máquinas y herramientas, 08 de noviembre del 2010, Aceros rápidos,

https://www.demaquinasyherramientas.com

https://www.demaquinasyherramientas.com/

19


■ 3.2.2 Acero rápido

Son herramientas de acero aleado con elementos ferrosos tales como tungsteno,

cromo, vanadio, molibdeno y otros. Estos aceros adquieren alta dureza, alta

resistencia al desgaste y una resistencia térmica al rojo hasta temperaturas de

650ºC. Aunque a escala industrial y en el mecanizado de alta velocidad su

aplicación ha disminuido notablemente en los últimos años, las herramientas de

acero rápido aún se prefieren para trabajos en metales blandos o de baja

producción, porque son relativamente económicas y son las únicas que se pueden

volver a afilar en amoladoras o esmeriladoras provistas de una muela abrasiva de

óxido de aluminio, de uso común en la mayoría de los talleres.

Los materiales que siguen son aquellos con los que se construyen los hoy tan

difundidos insertos o plaquitas.

■ 3.2.3 Carburo cementado o metal duro

Estas herramientas se fabrican a base de polvo de carburo, que, junto a una porción

de cobalto, usado como aglomerante, le otorgan una resistencia de hasta 815°C.

Los carburos más comunes son: carburo de tungsteno (WC o widia), carburo de

titanio (TiC), carburo de tantalio (TaC) y carburo de niobio (NbC). Por su dureza y

buena resistencia al desgaste son las herramientas más adecuadas para maquinar

hierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales abrasivos no metálicos. Otra

categoría de metales duros aleados comprende carburo cementado recubierto,

donde la base de carburo cementado se recubre con carburo de titanio, nitruro de

titanio (TiN), óxido de aluminio, nitruro de titanio y carbono (TiCN) y nitruro de titanio

y aluminio (TiAlN).3

3 Máquinas y herramientas, 03 de febrero del 2013, Carburos cementados,

https://www.demaquinasyherramientas.com

https://www.demaquinasyherramientas.com/

20


■ 3.2.4 Cermet (combinación de material cerámico y metal)

Aunque el nombre es aplicable incluso a las herramientas de carburo cementado,

en este caso las partículas base son de TiC, TiCN y TiN en vez de carburo de

tungsteno. El aglomerante es níquel-cobalto. Estas herramientas presentan buena

resistencia al desgaste, alta estabilidad química y dureza en caliente. Su aplicación

más adecuada es en los materiales que producen una viruta dúctil, aceros y las

fundiciones dúctiles.

■ 3.2.5 Cerámica

Existen dos tipos básicos de cerámica, las basadas en óxido de aluminio y las de

nitruro de silicio. Son duras, con alta dureza en caliente y no reaccionan

químicamente con los materiales de la pieza, pero son muy frágiles. Se emplean en

producciones en serie, como el sector automotriz y las autopartes, donde dado a su

buen desempeño, han logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas

fabricadas.

■ 3.2.6 Nitruro de boro cúbico (CBN)

Es el material más duro después del diamante. Presenta extrema dureza en

caliente, excelente resistencia al desgaste y en general buena estabilidad química

durante el mecanizado. Es frágil, pero más tenaz que la cerámica.

■ 3.2.7 Diamante policristalino (PCD)

Es sintético y casi tan duro como el diamante natural. Presenta una increíble

resistencia al desgaste y una baja conductividad térmica, por lo que la vida útil de la

herramienta es hasta cien veces mayor que la del carburo cementado. Sin embargo,

también es muy frágil, las temperaturas de corte no deben exceder de 600 ºC, no

puede usarse para cortar materiales ferrosos porque existe afinidad y no sirve para

cortar materiales tenaces.

21


■ 3.2.8 Buril

Se denomina buril a una herramienta manual de corte o marcado formada por una

barra prismática, terminada en una punta de forma variada principalmente de acero

templado con un qué sirve fundamentalmente para cortar, ranurar o desbastar

material.

Las herramientas monofilo son herramientas de corte que poseen una parte cortante

(o elemento productor de viruta) y un cuerpo. Son usadas comúnmente en los

tornos, tornos revólver, cepillos, limadoras, mandrinadoras y máquinas semejantes.

ISO 3002.4

Según la Norma ISO 3002, una herramienta monofilo comprende las partes

indicadas en la figura y se definen así:

● Cara: Es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta (superficie

de desprendimiento).

● Flanco: Es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la viruta

generada en la pieza (superficie de incidencia).

● Filo: Es la parte que realiza el corte. El filo principal es la parte del filo que

ataca la superficie transitoria en la pieza. El filo secundario es la parte

restante del filo de la herramienta.

● Punta: Es la parte del filo donde se cortan los filos principales y secundarios;

puede ser aguda o redondeada o puede ser intersección de esos filos.

4 ISO 3002-1:1982, Herramientas de corte

22


[5]

Ilustración 2: Parte del buril

■ 3.2.9 Brocas

Las brocas son herramientas de corte para ser utilizadas con un taladro o torno.

Estas herramientas realizan un modo de mecanizado que se llama taladrado, que

consiste en crear agujeros en distintos materiales metálicos. Existen brocas

diamantadas utilizadas para el corte de materiales como cerámicos, porcelanatos,

entre otros.5

Una característica de las brocas es que tienen un cuerpo helicoidal por donde la

viruta sale.

Cabe destacarse que esta herramienta se utiliza con lubricantes de mecanizado

para mantener la vida útil de la misma. La formación de la viruta está determinada

por el material de la pieza a perforar, la geometría de la broca, la velocidad de corte

y en cierta medida por el tipo de lubricante que se utilice. La forma y longitud de la

viruta son aceptables siempre que permitan su evacuación de modo efectivo.

5 Máquinas y herramientas, 08 de noviembre del 2010,

https://www.demaquinasyherramientas.com/mecanizado/brocas-mechas-tipos-y-plicaciones

23


● Ángulo de paso (Υ). Es el grado de inclinación del filo helicoidal de la broca

con respecto aleje. Está determinado según normas técnicas, de acuerdo

con el tipo de material que debe cortar la broca.

Ilustración 3: Ángulo de paso

● Ángulo de corte (β). Es el ángulo entre la arista del bisel y la superficie

destalonada. Está destinado a soportar las grandes resistencias de corte que

se presentan al taladrar materiales duros.

Ilustración 4: Ángulo de corte

● Ángulo de destalonado (α). Es el ángulo de desplazamiento hacia atrás de la

superficie cónica de la punta de la broca, con respecto a las aristas cortantes.

Cuando la broca está correctamente afilada, este ángulo debe tener 12°.

24


Ilustración 5: Ángulo de destalonado

● Ángulo de la punta (ε). Es la inclinación de los filos principales de la broca.

Su valor depende del material a perforar. Para acero corriente es de 118°.

Si la broca está correctamente afilada, las dos aristas cortantes principales

forman una línea recta.

Ilustración 6: Ángulo de punta

○ 3.3 Capacidad de proceso

“La capacidad del proceso mide la habilidad de un proceso de generar productos o

servicios que se ajustan a las especificaciones” [6]. Es importante asegurarse de

que el proceso esté bajo control antes de evaluar la capacidad. Se puede evaluar la

capacidad del proceso para producir unidades que se encuentren dentro de las

especificaciones y así poder predecir el número de piezas, aparatos, o servicios

fuera de las especificaciones. La capacidad se determina al comparar la dispersión

del proceso con la dispersión de especificación. En otras palabras, el ancho de la

25


variación del proceso se compara con el ancho del intervalo de especificación. Lo

que se espera es que la dispersión del proceso sea menor, y esté incluida en la

dispersión de especificación. Los índices de capacidad (ICP) son relaciones de la

dispersión del proceso y la dispersión de especificación y representan valores

adimensionales, de manera que se pueden utilizar para comparar la capacidad de

procesos diferentes.

Especificación del producto versus capacidad del proceso: “La principal razón para

cuantificar la capacidad de un proceso es la necesidad de conocer objetivamente la

habilidad del proceso para mantenerse dentro de las especificaciones de calidad

establecidas”. Para procesos que están bajo control estadístico, una comparación

de la variación de 6 sigma, con los límites de especificaciones permite un fácil

cálculo del porcentaje de defectuosos mediante la tolerancia estadística

convencional. Esto plantea la necesidad de abordar primeramente la cuestión sobre

la normalidad de los datos analizados antes de realizar análisis comparativos que

pretenden validar la capacidad de un proceso.

El índice de capacidad del proceso (ICP) es la fórmula utilizada para calcular la

habilidad del proceso de cumplir con las especificaciones y se expresa de la

siguiente manera:

𝐼𝐶𝑃 = 𝐶𝑝 =𝐿𝑆𝐸−𝐿𝐼𝐸

6𝜎

Dónde: LSE: Límite superior especificado, LIE: Límite inferior especificado, σ:

varianza de los datos Según los valores obtenidos del ICP, se puede conocer la

habilidad de cumplir con las especificaciones del proceso como muestra la tabla 1.

ICP Decisión

ICP ˃ 1.33 más que adecuado, incluso puede exigirse más en términos de su capacidad

1 ˂ ICP ˃ 1.33

Adecuado para lo que fue diseñado. Requiere control estrecho si el valor es cercano a 1.

0.67 ˂ ICP ˂ 1 No es adecuado para cumplir con el diseño inicial.

Tabla 1: Análisis del ICP

26


Para determinar los diferentes índices de capacidad de un proceso, éste debe

cumplir con dos condiciones esenciales: 1. El proceso debe estar bajo control según

explicación detallada en la norma ASTM F 1503 – 02 (2007). 2. Los datos se ajustan

a una distribución normal. Cuando los datos no se ajustan a una distribución normal,

se debe realizar una estimación de la distribución o transformación que presente

mejor ajuste a los datos recolectados del proceso evaluado. En la tabla 2 se

muestran algunas referencias sobre cuándo hallar cada uno de los índices de la

capacidad de proceso. Si los datos tomados del proceso que se está analizando

siguen una distribución normal, se puede diseñar los ICP de corto plazo y también

los de largo plazo (Control Estadístico de la calidad con MINITAB 2003). La

capacidad global o a largo plazo nos dice cómo se está comportando el proceso

respecto a las especificaciones prefijadas. La capacidad potencial o a corto plazo

nos dice cómo se comportaría el proceso si se pudiera eliminar la variabilidad entre

los distintos subgrupos. Por otra parte, es necesario resaltar que para un proceso

que no siga una distribución normal, no se puede estimar indicadores de capacidad

a corto plazo como Cp, Cpk, CPU, y CPL (Tabla 2) y sólo es posible calcular los

índices de capacidad de largo plazo o globales, que son Pp, Ppk, PPU, y PPL.

Índice Uso fórmula

Cp o Pp el proceso está centrado en los límites de especificación (LSE-LIE)/6σ

Cpk o Ppk

el proceso no está centrado en los límites de especificación, pero está en ellos

MIN{(LSE-µ)/3σ, (µ-LIE)/3σ}

CPU o PPU

el proceso solo tiene un límite de especificaciones superior (LSE-µ)/3σ

CPL o PPL

el proceso solo tiene un límite de especificaciones inferior (µ-LIE)/3σ

Tabla 2: Descripción de los ICP

Un proceso normal está en control estadístico, la característica de calidad de los

elementos fabricados estará comprendida entre µ - 3σ y µ + 3σ. El parámetro µ

depende del punto en el que centramos el proceso. Sin embargo σ depende del

27


número y variabilidad de las causas comunes del proceso y por lo tanto es intrínseca

a él. Por lo tanto 6σ es la Variabilidad Natural del Proceso o Capacidad del proceso.

Por definición:

■ 3.3.1 Capacidad del proceso

Es esencial resaltar que la variabilidad natural del proceso, 6σ, es intrínseca a él e

independiente de las tolerancias que se asignen. Por lo tanto si 6σ es menor que el

intervalo de las tolerancias a cumplir, necesariamente algunos productos fabricados

estarán fuera de tolerancia y serán no conformes. Si no se tiene en cuenta este

hecho y se pretende corregir a base de reajustar el proceso, es decir modificar el

centrado, lo único que se consigue es aumentar la variabilidad de este.

■ 3.3.2 Índices Cp y Cpk

Con objeto de comparar la capacidad del proceso y la amplitud de las tolerancias

a satisfacer, se

Define el índice de capacidad de proceso:

𝐶𝑝 =𝑇𝑠−𝑇𝑖

6𝜎

Si se pretende que la producción esté dentro de tolerancia, es necesario que

Cp. > 1.

Si el proceso no estuviese centrado, el valor de este índice sería falso y el grado

de cobertura con respecto a fabricar piezas fuera de tolerancias. En estos casos es

más significativo el índice C que se define:

𝐶𝑝𝑘 = 𝑚𝑖𝑛{(𝐿𝑆𝐸 − µ)/3𝜎, (µ − 𝐿𝐼𝐸)/3𝜎}

De este modo se define un proceso capaz como aquel que Cp > 1. Aplicando estos

mismos conceptos a la variabilidad atribuible de una máquina de las que integran el

proceso de fabricación, podemos definir la capacidad de máquina, el índice de

capacidad de máquina Cm y Cmk.

28


Ilustración 7: Índice de CP

■ 3.4 Diseño de experimento

Los modelos de diseño de experimentos son modelos estadísticos clásicos cuyo

objetivo es averiguar si unos determinados factores influyen en una variable de

interés y, si existe influencia de algún factor, cuantificar dicha influencia. Los

modelos de diseño experimental permiten al experimentador realizar análisis

teniendo de referencia ciertas pautas generales en estos casos. [7]

Se debe tener en cuenta una serie de pautas para realizar un diseño de

experimentos correcto donde los tres primeros pasos que se encuentran en la tabla

3, son esenciales en el desarrollo óptimo del diseño. A continuación, se enuncian

cada uno.

29


1 Paso del diseño experimental.

2 Identificación y exposición del problema.

3 Elección de los factores, niveles y rangos.

4 Elección del diseño experimental.

5 Realización del experimento.

6 Análisis estadístico de los datos.

7 Conclusiones y recomendaciones.

*en la práctica los pasos 2 y 3 suelen hacerse simultáneamente o en orden inverso.

Tabla 3: Pasos de diseño experimental

La metodología del diseño de experimentos estudia cómo variar las condiciones

habituales de realización de un proceso empírico para aumentar la probabilidad de

detectar cambios significativos en la respuesta; de esta forma se obtiene un mayor

conocimiento del comportamiento del proceso de interés. Para que la metodología

de diseño de experimentos sea eficaz es fundamental que el experimento esté bien

diseñado. Un experimento se realiza por alguno de los siguientes motivos:

● Determinar las principales causas de variación en la respuesta.

● Encontrar las condiciones experimentales con las que se consigue un valor

extremo en la variable de interés o respuesta.

● Comparar las respuestas en diferentes niveles de observación de variables

controladas.

● Obtener un modelo estadístico-matemático que permita hacer predicciones

de respuestas futuras.

Para esta investigación es muy importante controlar la variación de los datos y

complementar con algunas suposiciones pertinentes según lo deseado.

30


● 4 PLAN DE TRABAJO

El plan de trabajo realizado permite ordenar y sistematizar información relevante

para realizar este proyecto, donde se realiza un paso a paso para poder establecer

el correcto desarrollo para la implementación de la máquina universal de afilado.

Para esta propuesta experimental, se inicia con la puesta a punto de la máquina tool

& cutter grinder ct-205, ubicada en los laboratorios de mecánica de la universidad,

se debe tener en cuenta el respectivo plan mantenimiento general para la puesta a

punto de la máquina generando un diagnóstico detallado del estado actual de la

máquina, con una posterior corrección de los daños encontrados. Se realizar una

propuesta estadística por medio del correspondiente afilado de herramientas

monofilo y multifilo, con una respectiva obtención de datos a través de medición en

los ángulos de las herramientas de corte que permita evaluar la capacidad proceso

de la máquina para las diferentes herramientas. Se entiende que para obtener la

cantidad de probetas a usar se hace necesario utilizar un método estadístico que

arroje esta cantidad “n”, para conocer la calidad de las mismas y así establecen

parámetros iniciales con los cuales se va a efectuar el diseño experimental y ya con

esta se podrá dar paso a las demás pausas, esto con el fin de obtener resultados

favorables teniendo en cuenta el proceso estadístico y el análisis de los datos

obtenidos.

Para el desarrollo del plan de trabajo cabe resaltar que las herramientas de corte a

utilizar serán buriles y brocas en acero rápido(HSS) ya que son herramientas de

uso comercial y económico, generando un afiliado universal de cilindrado y

rectificado en los buriles normalmente utilizado por un estudiante de tecnología

mecánica e ingeniería mecánica y en las brocas el afilados será basada en los

ángulos para el trabajo sobre un material duro y blando, según la bibliografía

existentes respecto a los diferentes temas como la norma ISO 3002, libros de

herramientas de corte entre otros, contando con videos realizados por estudiantes

31


de la facultad de semestres anteriores del uso de la máquina, los cuales podemos

encontrar en los anexos.

Para este plan de trabajo se diseña unos parámetros mostrados en un diagrama de

flujo.

○ Diagrama de flujo

32


(Autores-2019)

33


● 5 DIAGNÓSTICO DE LA MÁQUINA

○ 5.1 Condiciones iniciales

Se realizó el correspondiente mantenimiento, para ello se utiliza la norma SAE

JA10116, de AGO 2009, como referencia, la cual establece que para que un proceso

sea reconocido como mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM), debe seguir

los siete pasos en el orden que se muestra a continuación:

1

Delimitar el contexto operativo, las funciones y los estándares de desempeño deseados asociados al activo (contexto operacional y funciones).

2

Determinar cómo un activo puede fallar en el cumplimiento de sus funciones (fallas funcionales).

3 Definir las causas de cada falla funcional (modos de falla).

4 Describir qué sucede cuando ocurre cada falla (efectos de falla).

5 Clasificar los efectos de las fallas (consecuencias de la falla).

6

Determinar qué se debe realizar para predecir o prevenir cada falla (tareas e intervalos de tareas).

7 Decidir si otras estrategias de gestión de fallas pueden ser más efectivas (cambios de una sola vez

Tabla 4: Pasos de RCM

El propósito de la norma SAE JA1011, de AGO 2009, es establecer los criterios que

cualquier proceso debe cumplir para ser llamado “RCM”, describe los

requerimientos mínimos para que un proceso se considere un método en

conformidad con RCM. La norma proporciona los criterios para establecer si un

proceso dado sigue los credos de RCM como se propuso originalmente. También

puede servir como una guía para las organizaciones que buscan capacitación,

facilitación y consultoría de RCM. Como condición inicial se genera una hoja de vida

nueva para la máquina:

6 SAE JA1011, Criterios de procesos de mantenimiento RCM, AGO 2009.

34


Tabla 5: Hoja de vida máquina

(Autores-2019)

Se hace un registro de consideraciones para la ejecución de mantenimiento

preventivo, las cuales ayudan al usuario a un óptimo uso de máquina, entre los

cuales encontramos estudio de condiciones actuales, recopilación de información

técnica, creación o reorganización de las hojas de vida, programación de

intervenciones, stock de repuestos y partes la cuales se dejan como anexo,

determinación de personal de mantenimiento, equipos de servicio y soporte para

mantenimiento, diseño y creación de sistemas de información, capacitación a

talento humano, estudio de impacto de plan de mantenimiento, cálculo de

35


repuestos, impacto ambiental, cronograma de ajustes o implementación, inicio de

ajuste organizacional o implementación, retroalimentación del plan de

mantenimiento preventivo [8].

Se tomó en cuenta que la máquina se encuentra en desuso, algunos de los

accesorios como piedras de desbaste o dispositivos, se desconocen, y otros se

dejan bajo la supervisión por parte de las personas encargadas de la máquina.

Se registra por medio de imágenes, de cada uno de las correcciones que se realiza

la máquina:

● clavija: la máquina se encuentro sin la respectiva toma trifásica para

conectar al fluido eléctrico.

Ilustración 8: Daños eléctricos

● Dial transversal: presenta un desajuste, por la ausencia de la cuña que lleva

al interior de la manivela del dial.

36


Ilustración 9: Daño dial transversal

● Soporte: El soporte porta buriles, se encontró roto en dos, y se fabricó en

fundición gris.

Ilustración 10: Daño en soporte porta buriles

● lubricación: en algunos componentes encontramos atascamiento por falta de

lubricación adecuada o alta fricción por falta de la misma

37


Ilustración 11: Lubricación de componentes

● tornillos: se encuentra la falta de tornillos prisioneros para el ajuste de los

respectivos componentes.

Ilustración 12: Ausencia de tornillos

● limpieza: Se realizó una limpieza general de la máquina para mejorar el

funcionamiento, y quitar suciedades que entorpecen el trabajo.

38


Ilustración 13: Limpieza general de la máquina

● cuña: La cuña que va dentro del carro transversal, se encuentro rota, esto

genera que el carro tenga mayor tolerancia en su ajuste horizontal generando

una mala práctica ya que se genera movimientos inusuales en los

componentes para el afilado de herramientas de corte, se fabrica la pieza en

fundición gris y se mecaniza para darle los ángulos y condiciones necesaria

para su buen funcionamiento, esta pieza se fabrica bajo las medidas de la

pieza rota sin generar planos y el proceso de fabricación pertinente se deja

a cargo de una persona con experiencia en este tema.

Ilustración 14: Daño en cuña de ajuste carro transversal

39


Se realiza la revisión general de la máquina tool & cutter grinder ct-205, después

de las correcciones pertinentes, se genera condiciones de trabajo iniciales para la

propuesta experimental, se evidencia que la máquina no se encuentra en un soporte

de ideal para este tipo de máquinas la cual puede causar vibraciones y otras

afectaciones en el afilado de la herramienta, sin embargo no se genera diseño de

este soporte ya que corresponde a los encargados del taller de máquinas donde se

encuentra ubicada. La máquina no cuenta con planes de mantenimiento, ni personal

capacitado en el uso de la máquina, no cuenta con stock de repuestos, se cuenta

con algunos dispositivos que se colocan en el registro de anexo, se genera una lista

de pautas para solucionar algunas de las problemáticas a futuro.

○ 5.2 Puesta a punto.

Se realizó una serie de operaciones para ajustar la máquina a sus condiciones

óptimas de funcionamiento; tales operaciones como una revisión previa de cada

una de las partes mecánicas y eléctricas, y así poner la máquina en condiciones de

operación. Se gestionaron una serie de correcciones para poder manipularla y hacer

las respectivas pruebas de afilado de las herramientas de corte, en la tabla

siguiente (tabla 6) se especifican las correcciones que tuvieron cabida en este

proyecto.

40


Tabla 6: Intervenciones realizadas

(Autores-2019)

Se debe tener en cuenta el mantenimiento posterior a la puesta a punto, para

prevenir futuros fallos que afecten los parámetros de la máquina, tener como

referencia para próximas investigaciones se realiza un formato para poder registrar

cada uno de las irregularidades.

41


Tabla 7: Formato de mantenimiento

○ 5.3 Reglas generales de seguridad

Antes de comenzar cualquier trabajo el usuario debe seguir las normas básicas en

este tipo de talleres. No se deben realizar modificaciones ni trabajos de

mantenimiento no descritos sin una respectiva investigación previa o indicaciones

de uso adecuado.

42


■ 5.3.1 Protección personal

El proceso de afilado de una herramienta de corte genera ruido, calor y

emanaciones de viruta, derrame de líquidos refrigerantes. El usuario de la máquina

debe usar los siguientes implementos de protección:

• Overol o bata.

• Gafas de protección.

• Calzado adecuado como botas.

• Tapa oídos.

En caso de que la máquina presente algún daño, hacer el respectivo informe ante

la persona encargada, para poder generar el respectivo mantenimiento y el

correspondiente informe anexado a la hoja de vida de la máquina.

43


● 6 AFILADO DE LA HERRAMIENTA

Las herramientas de corte que se utilizaron son herramientas monofilo y multifilo de

las cuales solo se tomaron en cuenta, Buriles y Brocas en acero rápido (HSS),

realizara procedimiento de afilado correspondiente segundo normas ya

mencionadas, para así hallar el Cp de la máquina tool & cutter grinder ct-205 por

medio de la recopilación de datos de los ángulos de las herramientas y el debido

proceso estadístico.

En el proceso estadístico del documento se realiza la obtención del número de

muestras de cada herramienta, y los ángulos teóricos promedio , se procedió a

realizar los respectivos montajes para cada una de las herramientas en este caso

específico las herramientas de corte monofilo (buril) y multifilo (brocas), a

continuación se hace una descripción general del montaje de cada uno de los

ángulos para el respectivo afilado. estos procedimientos de afilado, montajes y

descripción de la máquina y sus dispositivos los encontramos en videos,

documentos relacionados, manual de uso entre otros registrados en plataforma

virtual moodle(https://tecnologica.udistrital.edu.co/) de la universidad, realizado por

parte de los autores de esta investigación, como soporte para los estudiantes, se

adjunta imágenes de la plataforma virtual en los anexos como correspondiente

ayuda técnica.

○ 6.1 Montaje buril

Es necesario hacer un correcto montaje de la herramienta en el dispositivo de

buriles, descrito en los anexos, y de los ángulos de afilado. Inicialmente se hace el

montaje del dispositivo para afilar buriles con un portaherramientas necesario para

colocar el buril, se hace el ajuste de cada ángulo, colocando el buril paralelo a la

piedra, para un afilado uniforme y colocando el filo de corte en la línea del eje

horizontal del centro de la piedra de afilado, se ajusta el buril aproximadamente 4

centímetros del largo de buril por fuera del porta herramienta. Se hacen pasadas

cortas al afilar el buril para no quemar la herramienta. Para obtener los diferentes

https://tecnologica.udistrital.edu.co/

44


ángulos, esto se hace la demostración con un paso a paso para generar el afilado

correspondiente a continuación:

● Ángulo alfa (α): para generar este ángulo en el buril se ajusta el dispositivo

pertinente, con el dispositivo colocado en el lado izquierdo de la mesa.

Colocando el dial principal, el dial de cuello y el dial de cabeza en cero grados

(0º), y girando el dial de brazo en sentido horario, ajustando los grados

pertinentes según el afilado deseado. como ejemplo se toma los grados del

afilado de herramientas para trabajar acero duro (8º).

Ilustración 15: Dispositivo de buril para ángulo α.

● Ángulo gamma (γ): para generar este ángulo en el buril, después del afilado

del ángulo𝛼, se gira el buril sobre la cara donde se va a realizar el afilado, se

ajusta el dispositivo, colocando el dial principal, el dial de cuello y el dial de

cabeza en cero grados (0º), y girando el dial de brazo en sentido antihorario,

45


ajustando los grados pertinentes según el afilado deseado. como ejemplo se

toma los grados del afilado de herramientas para trabajar acero duro (16º).

Ilustración 16: Dispositivo de buril para ángulo γ

● Ángulos alfa de salida (αs) y gamma de salida (γs): para generar estos

ángulos al tiempo en el buril se ajusta el dispositivo, colocando el dial de

cuello y el dial de cabeza en cero grados(0º), y girando el dial de brazo en

sentido horario al igual que el dial principal del dispositivo, ajustando los

grados pertinentes según el afilado deseado. como ejemplo se toma los

grados del afilado de herramientas para trabajar acero duro (6.5º) para el

ángulo αs y (22.5º) para γs.

46


Ilustración 17: Dispositivo de buril con ángulos αs y γs

○ 6.2 Montaje brocas

Es necesario hacer un correcto montaje de la herramienta en el dispositivo de

brocas, descrito en los anexos, y de los ángulos de afilado. Inicialmente se hizo el

montaje del dispositivo para afilar brocas con una prensa de brocas y sus

respectivos topes, necesario para colocar la broca, se hace el ajuste del ángulo

respectivo en el dispositivo, colocando la palanca de giro para configurar el centro

muerto de la herramienta de corte en la línea del eje horizontal del centro de la

piedra de afilado, se hacen pasadas cortas, al afilar la broca para no quemar la

herramienta. Para obtener los ángulos se hace la demostración con un paso a paso

para generar el afilado correspondiente a continuación:

● Ángulo de punta: para general el ángulo en la broca se ajusta el dispositivo

pertinente descritos en los anexos , colocado en el lado izquierdo de la mesa.

el dial del ángulo principal ajustando los grados pertinentes según el afilado

deseado. como ejemplo se toma los grados del afilado de herramientas para

trabajar bronce y latón (90º).

47


Ilustración 18: Dispositivo de brocas

En cuanto se culmina la primera cara de la herramienta, se gira 180º para afilar la

segunda y así generar el ángulo deseado.

48


● 7 PROCESO ESTADÍSTICO

Para el estudio de capacidad de proceso de la máquina ,se realizó el análisis del

diseño llamado experimentos de un solo factor con distintos niveles o número de

réplicas, donde los datos se toman como aleatorios independientes, para el

desarrollo del proceso estadístico, mediante la obtención de los ángulos en un buril

afilado con la máquina tool & cutter grinder ct-205, con múltiples repeticiones, se

quiere llegar a la conclusión si los ángulos obtenidos afilando con la máquina son

los adecuados para la implementación de la máquina en la cotidianidad del

estudiante teniendo en cuenta la calidad de la herramienta de corte y si el número

de réplicas es lo ideal para este caso; a continuación se hace se toman los

respectivos datos de las herramientas teniendo en cuenta que se hace algunas

suposiciones y así poder medir la capacidad de la máquina, para este proyecto.

○ 7.1 Número de réplicas

Se tiene en cuenta el libro diseño de experimentos de montgomery como referencia

bibliográfica principal, para el desarrollo del diseño de experimentos, en este caso

se inicia con la información para el afilado de los buriles que se desean inspeccionar,

después del debido afilado de la herramienta.

Materiales α ɣ αsalida ɣ salida

acero de construcción 40 a 50 Kg 8 20 a 25 7 a 9 23 a 35

acero semiduro 7 a 10 15 a 20 7 a 9 20 a 30

acero duro y fundido 8 14 a 18 6 a 7 15 a 30

acero al CriNi 6 a 8 8 a 10 6 a 7 8 a 10

fundición gris 5 a 8 12 a 16 5 a 7 10 a 12

fundición dura y al Si 4 a 6 4 a 0 4 a 6 2 a -3

bronce duro 4 a 6 4 a 0 4 a 6 2 a -3

cobre, latón, etc. 6 a 15 20 a 30 6 a 18 15 a 25

aluminio y aleaciones ligeras 8 a 15 30 a 40 8 a 15 5 a 25

materiales plásticos 6 a 12 5 a 30 6 a 15 0 a -20

Tabla 8: Ángulo de buriles

49


Para este proyecto se eligieron tres grupos de materiales que se pueden maquinar

con buriles: acero duro y fundido, aluminio y aleaciones ligeras y fundición gris,

respectivamente con los ángulos alfa (α), gamma (γ), alfa de salida (𝛼𝑠), gamma de

salida (𝛾𝑠) de los diferentes grupos que aparecen en la tabla 8, se tomará cada grupo

de materiales como una muestra.

Se realizó las siguientes operaciones para determinar el número de réplicas para

cada grupo de la respectiva muestra, teniendo en cuenta la prueba de hipótesis

donde aceptamos o rechazamos las suposiciones. Inicialmente se hacen las

suposiciones pertinentes como en este caso el de H0 y H1.

H0=hipótesis nula, 1=µ2, el ángulo mínimo es igual al ángulo máximo.

H1=hipótesis aceptación, µ1≠µ2, ángulo mínimo y ángulo máximo son diferentes.

Para la desviación se presenta como ejemplo el ángulo alfa de aluminio, el cual se

calcula con la siguiente operación, se coge los dos ángulos, el máximo y el mínimo,

se restan y se divide dos. σ= (15-8)/2=3.5 y así sucesivamente para cada uno de

los ángulos teóricos el cual se utilizará más adelante para hallar el factor

independiente d.

Para encontrar factor “d” se utiliza la fórmula:

𝑑 =|𝜇1 − 𝜇2|

2𝜎=

|𝛿|

2𝜎

Para encontrar el valor “d”, para el ángulo alfa, del aluminio, se hace el desarrollo

de la respectiva formula: d=(|7-15|)/(2(3.5))=1.con el valor “d” respectivo y teniendo

en cuenta que se desea una probabilidad aceptación de H0 con un valor de 0.2 que

se asume como valor ideal para este diseño. Se encuentra que para la mayoría de

los ángulos la cantidad de réplicas (n∗) es 9 donde se halla con la tabla de curva de

operación característica y donde no tenemos desviación como en el ángulo alfa

del acero duro y fundición, asumimos misma cantidad que en los demás ángulos.

50


[7]

Ilustración 19: Curva característica para la obtención de número de réplicas.

Con el valor de n* encontrado se procede hacer la corrección, teniendo en cuenta

mediante la fórmula de corrección del número de muestras:

𝑛 =𝑛∗ + 1

2

Donde n= (9+1)/(2)=5, el cual será el número de réplicas o muestras real para este

diseño, el cual se encontrará en las siguientes tablas para cada muestra.

Tabla 9: Número de réplicas para muestra 1

51


Tabla 10: Número de réplicas para muestra 2

Tabla 11: Número de réplicas para muestra 3.

Ya que para las brocas no tenemos una desviación asumimos que el número de

réplicas es 5, para este diseño, el cual tendrá una probabilidad de aceptación de 0.2

el cual se asume, teniendo en cuenta la respectiva bibliografía para los ángulos de

punta de las brocas. [9]

Número de figura material a taladrar

1,2,3 Afilado normal para acero duro y fundición.

4 acero de carriles 7% a 13% de manganeso y materiales duros

5 acero forjado y de tratamiento hasta una dureza brinell 250

6 hierro fundido blando

7 bronce y latón

8 madera dura, bakelita goma, fibra y ebonita

52


9 cobre, aluminio, metal blando

10 afilado de pequeñas brocas para perforaciones muy profundas

Tabla 12: Afilado de brocas para cada material.

Para el desarrollo del experimento se tomará solo dos tipos de ángulos de punta

para materiales duros como lo es hierro fundido y materiales blandos como el

bronce y latón.

Ilustración 20: Ángulo de punta para trabajar hierro fundido

Ilustración 21: Ángulo de punta para trabajar bronce y latón.

53


● 7.2 DATOS EXPERIMENTALES

Después de conocer el número de réplicas y haber concluido el afilado de las

herramientas de corte, se hace la respectiva toma de datos con la medición de los

ángulos de las cinco muestras por material a trabajar para un total de 15 buriles y

10 brocas.

Ilustración 22: Buriles afilados en máquina universal tool & cutter grinder ct-205.

● Instrumento de medición: Esta medición se realiza con un goniómetro

universal marca Mitutoyo.El goniómetro o transportador universal es un

instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos. Consta de un

círculo graduado de 180° o 360º, el cual lleva incorporado un dial giratorio

sobre su eje de simetría, para poder medir cualquier valor angular. El dial

giratorio lleva incorporado un nonio para medidas de precisión, este caso

cuenta con una resolución de 5 minutos.

54


Ilustración 23: Goniómetro universal Mitutoyo.

● Mesa de mármol: esta mesa de mármol proporciona condiciones de trabajo

ideales para aparatos sensibles a las vibraciones como instrumentos de

medición, está diseñada con una planitud en sus caras y posee niveles

ajustables, la utilizada en el desarrollo de la propuesta es de marca Mitutoyo.

Ilustración 24: Mesa de mármol Mitutoyo.

55


■ Datos buriles

Estos datos son organizados, para su posterior análisis estadístico para cada

una de las muestras y sus respectivas réplicas.

Tabla 13: Datos experimentales de acero duro.

Tabla 14: Datos experimentales de fundición gris.

Tabla 15: Datos experimentales de aluminio.

56


■ Datos brocas

Tabla 16: Datos experimentales de hierro fundido.

Tabla 17: Datos experimentales de bronce y latón.

57


● 8 ANÁLISIS DEL DISEÑO

Es necesario tener previo conocimiento del desarrollo de un diseño experimental

como por ejemplo el uso de la desviación estándar. La desviación estándar nos

permite determinar, con un buen grado de precisión, dónde están localizados los

valores de una distribución de frecuencias con relación a la media. El teorema de

Chebyshev [10] dice que no importa qué forma tenga la distribución, al menos 75%

de los valores caen dentro de + 2 desviaciones estándar a partir de la media de la

distribución, y al menos 89% de los valores caen dentro de + 3 desviaciones

estándar a partir de la media. Con más precisión: Aproximadamente 68% de los

valores de la población cae dentro de + 1 desviación estándar a partir de la media.

Aproximadamente 95% de los valores estará dentro de + 2 desviaciones estándar

a partir de la media. Aproximadamente 99% de los valores estará en el intervalo

que va desde tres desviaciones estándar por debajo de la media hasta tres

desviaciones estándar por arriba de la media.

Para hallar el Cp y el Cpk se tiene en cuenta la norma ASTM F1503- 02,

(Reaprovad0 2007). Se realiza las operaciones necesarias para conocer el

promedio, varianza, desviación estándar, capacidad de proceso y por ultimo

capacidad o potencia del experimento para los datos obtenidos, se halla el Cp la

resta del ángulo máximo y mínimo y dividido por 6𝜎, este caso 𝜎 es la varianza de

los datos, el resultado del Cp y el cpk demuestra los límites máximos y mínimos de

la prueba.

Se hace el registro de cada uno de los cálculos para los diferentes ángulos de las

muestra y poder generar el diseño estadístico.

58


○ Datos buriles, procedimiento estadístico

Tabla 18: Datos estadísticos para acero duro.

Tabla 19: Datos estadísticos para fundición gris.

Tabla 20: Datos estadísticos para aluminio.

○ Datos brocas, procedimiento estadístico

Tabla 21: Datos estadísticos para hierro fundido

59


Tabla 22: Datos estadísticos para bronce y latón.

Tabla 23: Datos capacidad promedio

(Autores-2019)

Se analizó cada una de las tablas de los diferentes herramientas afiladas, materiales

a trabajar y sus respectivos ángulos, con un total de 14 datos a los cuales, se

procede a realizar respectivo proceso para hallar la Cp y el Cpk de cada muestra y

repetición, observando dos factores muy importantes como lo son la varianza y la

60


desviación estándar, ya que por medio de cada uno de ellos se analiza y se

concluye que los datos de este diseño de experimento presentan una variabilidad

baja en los resultados.

Ilustración 25: Distribución normal de la capacidad de proceso.

(Autores-2019)

Este diseño experimental nos da como resultado que la desviación estándar o

dispersión es bajo, consecuente a esto, la capacidad de proceso promedio de la

prueba es de 1.3280 aproximadamente. Se realizó una distribución normal para este

caso, el cual nos indica que la máquina tiene un valor de un nivel de aceptación

73.1% de cumplir con su función principal en el afilado de herramientas ya que es

el punto máximo que encontramos en la ilustración 25 ,teniendo en cuenta el

respectivo mantenimiento que se generó en la máquina por parte de los estudiantes,

comparando los ángulos teóricos y experimentales, dando como resultado que la

desviación es baja al igual que la varianza, lo cual nos indica que se logra una

geometría óptima de acuerdo a las condiciones iniciales de investigación , por lo

tanto la capacidad nos demuestra que tiene una condición aceptable de operación,

sin dejar de lado que se puede presentar un error por parte de operario de la

61


máquina , que para efectos investigativos se descartó y se pone como precedente

para futuras investigaciones sobre la capacidad de la máquina de afilado universal.

Ya que el Cp tiene un valor promedio de 1.3280 se concluye, según la tabla de

análisis de ICP (tabla 1), que el proceso que la máquina realiza está centrado en los

límites de especificación, algunos Cp individuales no están en el rango que se

deseaba, sin embargo se tuvieron en cuenta para la capacidad promedio, sin

descartar que se puede mejorar mediante nuevos análisis, mayor capacitación,

mantenimiento preventivo, entre otros.

62


● 9 CONCLUSIONES

La baja frecuencia en términos de uso de la máquina, y posible mal uso, generaron

rupturas en algunos componentes de la máquina con deterioros graves y leves, esto

dejando fuera de funcionamiento la máquina de afilado de herramienta, se diseñó

un plan de trabajo para la puesta a punto de la máquina. Se hace necesario generar

metodologías de divulgación para que la comunidad universitaria pueda llegar a

tener el conocimiento del manejo apropiado de la máquina, ya que se evidenció que

dentro de la Universidad no se encuentra el personal capacitado para el uso de ésta.

El plan de trabajo realizado para la máquina generó mejoras notorias, consecuente

a ello, se finaliza la puesta a punto, para el pertinente afilado de las diferentes

geometrías para herramientas.

Se hace entrega de una completa recopilación de protocolos existentes para la

operación de la máquina, por medio de investigaciones y compilación de material

pertinente que ayudó al buen manejo de la afiladora, recopilación de información

técnica encontrada en catálogos de la compañía de fabricación de la máquina,

bibliografía de máquinas y herramientas de otras afiladoras, otros modelos, y videos

realizados por parte de estudiantes anteriormente para el afilado de buriles y brocas,

mejorando el afilado de la herramienta y el buen uso de la máquina.

Se desarrollaron los procesos de afilado al obtener el correcto montaje de la

herramienta, y de los ángulos de afilado, dejando registro de cada una de las pautas

necesarias para obtener condiciones ideales del manejo de todos y cada uno de los

componentes de la máquina, dispositivos y accesorios de la misma.

Se concluye que es viable la implementación de la máquina de afilado de

herramientas de corte en los procesos de mecanizado del taller de la Universidad

Distrital, ya que por medio del diseño experimental y estudio estadístico aplicado en

la máquina, se obtuvo una capacidad de proceso aproximadamente 1,3280 con un

nivel de aceptación del 73,1%, la cual se encuentra dentro de los rangos de

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operación que se especifica según la norma ASTM F1503- 02, (Reaprovado 2007),

cumpliendo con las funciones óptimas de afilado.

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● 10 BIBLIOGRAFÍA

[1] R. S. F. K. L. B. A. C. Pablo Viveros, «Propuesta de un modelo de gestión de

mantenimiento y sus principales herramientas de apoyo,» Ingeniare. Revista chilena de

ingeniería, pp. 125-138, 2013.

[2] M. B. G. FABIAN BASABE DIAZ, «ESTUDIO DEL IMPACTO GENERADO

SOBRE LA CADENA DE VALOR A PARTIR DEL,» Bogotá DC, 2009.

[3] F. J. Gonzales, Teoria y practica del mantenimiento industrial avanzado, España: FC

Editorial , 2005.

[4] A. DREHBANK, Alrededor del torno, Barcelona : Editorial Reverté S.A, 2003.

[5] G. BOOTHROYD, Fundamentos del corte de metales y de las maquinas y herramientas,

Mexico DF: MCGRAW-HILL, 1975.

[6] J. C. Mosquera, «Evaluación del indice de la capacidad del proceso,» Revista en

Educacion y Ingeniería, vol. 9, pp. 96-103, Junio-2009.

[7] D. C. Montgomery, Diseño y análisis de experimentos, Balderas Mexico: WILEY,

LIMUSA, 2004.

[8] I. D. Gomez, introduccion al mantenimiento estrategico, bogota: detecal, 2006.

[9] A. Casillas, Maquinas calculos de taller, España: Ediciones maquinas .

[10] D. C. Montgomery, Probabilidad y estadistica para ingenieria y administracion,

Mexico: Continental S.A., 1996.

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● 11 ANEXOS

RECOMENDACIONES

● diseñar y realizar soporte adecuado para la máquina.

● se debe realizar una aproximación en con una piedra de desbaste con mayor

granulación ,ya que la máquina genera demasiada fricción quemando la herramienta

y utilizar lubricante entrapa la piedra de viruta.

● generar mayor uso de la máquina por parte de los estudiantes de tecnología mecánica

industrial.

● se hace necesario la compra de accesorios y piedras de desbaste pertinentes para el

afilado de otras herramientas como escariadores.

● se hace necesario implementar protección como una pijama para la máquina de

afilado.

● consultar plataforma virtual moodle para mayor información sobre la máquina y

procesos de afilado de buriles y brocas.

● Capacitar a personal como laboratoristas y jefes de taller sobre el uso de la máquina.

PLATAFORMA VIRTUAL MOODLE

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Anexo A. Imagen de catálogo

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Anexo B. Parámetros de la máquina

https://www.youtube.com/watch?v=rumV09Ag9rA,

https://www.youtube.com/watch?v=vbEv0h9Wf7o&t=218s

Anexo C. Protocolos existentes

https://www.youtube.com/watch?v=rumV09Ag9rA

https://www.youtube.com/watch?v=vbEv0h9Wf7o&t=218s

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Anexo D. Dimensiones de la máquina.

71


Anexo E. Aplicaciones de afilado.

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Anexo F. Dispositivo afilado buriles.

73


Anexo G. Dispositivo afilado brocas.

74


Anexo H. Descripción de la máquina.

75


Anexo I. Porta herramienta buril.

Anexo J. Porta herramienta broca.

76


Anexo K. Tope.

Anexo L. Piedra copa.

77


Anexo M. Piedra redonda.

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ESTUDIAR LA CAPACIDAD DE PROCESO DE LA MÁQUINA TOOL