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MEMORIAS DE LA XXI EXPODIME 5 al 8 DE NOVIEMBRE 2012, GUADALAJARA, MXICO

Derechos reservados 2012, U de G [1]

ROLADORA DE PERFILES

Covarrubias Martnez Ramn Alberto, Ramrez Lpez Joel, Ramrez Salazar

Universidad de Guadalajara, CUCEI, Departamento de Ing. Mecnica Elctrica Av. Revolucin 1500 Puerta 10, CP 44430, Guadalajara, Jalisco, Mxico.

Tel. (33) 1378 5900 extensiones 27706 y 27707 [email protected], [email protected], [email protected]

RESUMEN

Se ha realizado de forma exitosa una maquina Curvadora de perfiles, ideal para rolar perfiles y

tubos, el tema fue desarrollado gracias a una tercera persona que nos expuso su necesidad de

tener un equipo capaz de arquear materiales evitando cortes, golpes, aplicacin de calor, plantillas

que llevan mucho tiempo en su elaboracin cuando solo eran requeridas el mnimo de piezas, con

la construccin de esta herramienta se ha logrado evitar torceduras, deformaciones, laceraciones y

desperdicio de material por errores y mal manejo del mismo.

La forma de desarrollo comenz con una firme base de conocimientos, pero no todo lo aplicado

ahora es por conocimientos previos, muchos de ellos fueron adquiridos durante la construccin de

la maquina, as que partimos por buscar informacin, una vez recopilada, se realizaron clculos de

varias alternativas de diseo, se evaluaron los siguientes puntos:

Mejor calidad, mayor ciclo para mantenimiento, mayor facilidad para operario, piezas y refacciones

estndar, mayor ahorro en fuentes de energa, menor riesgo de operacin, menor espacio, menor

costo de fabricacin y por efecto menor precio de producto final.

Con un solo objetivo establecido nos dimos a la tarea de comprar los elementos primarios para su

funcionamiento, ya con las piezas creamos un cronograma y fijamos metas con tiempos y avances.

Se crearon planos de fabricacin, para las piezas que requeran modificacin, tornera, rectificacin

y cuerdas, por ejemplo: poleas, catarinas, flechas y rodillos con los que se hace el rolado, con las

piezas ya habilitadas se ejecuto la instalacin y fijacin de los elementos.

Armada la maquina se realizaron pruebas para posibles fallas las cuales salieron al instante,

cadenas con holgura, rodamientos y baleros no perfectamente fijos, falsos contactos. Solucionados

los problemas se reiniciaron las pruebas sin ningn problema.

Por fin, el esfuerzo, dedicacin y las ganas de ver realizada lo que en un principio fue una idea,

estaba funcionando mejor de lo esperado.

ANTECEDENTES:

El presente trabajo tiene como finalidad trabajar de lo mas fcil posible. Para ello se ha recurrido a

manuales, consumo de energa elctrica, manuales sobre las propiedades fsicas de materiales



ferrosos, tales como el acero.

Con el presente Diseo pretendemos llegar a obtener alternativas que nos permitan mejorar la

calidad de trabajo en toda su extensin posible, entre ellos est la disminucin del peso de los ejes,

la estructura, el motor, reductor, catarinas y cadenas. Lo cual repercutir directamente en

un ahorro de energa y abaratamiento de los costos de produccin.

El trabajo que se expone a continuacin, es un compendio de todo el proceso seguido durante el

diseo mecnico orientado a la obtencin de una mquina Roladora. Se muestra el camino

recorrido iniciado con la ubicacin de una necesidad, el proceso seguido durante la bsqueda de la

solucin al problema de cmo rolar los materiales, hasta la consecucin de la respuesta adecuada

a la necesidad. El diseo de maquinas Roladora, tendr como lineamiento principal, la bsqueda

de la simplicidad del producto, manteniendo como objetivo la elaboracin de una herramienta de

trabajo para el publico en general, la cual pueda satisfacer la necesidad planteada, ser asimilada

con facilidad y as conseguir la difusin de esta herramienta.

La propuesta aqu presentada, busca impulsar la implementacin y utilizacin de la tecnologa

mejorada aplicada en los procesos productivos empleados en la actualidad por el herrero. Con la

implementacin de nuevas tecnologas, perseguimos el mejorar las condiciones de trabajo en

algunos talleres de soldadura, impulsando su produccin y consecuentemente su desarrollo.

DESARROLLO:

CALCULO POLEAS Y BANDA.



Fig.1.1 Poleas con banda

Para la banda:

Sumar la circunferencia de las dos poleas, dividir el resultado entre dos, medir la distancia entre

ejes y multiplicarlo por dos. Finalmente sumar el resultado de la divisin con el resultado de la

multiplicacin. El resultado final ser el largo muy prximo a lo real ya que hay un margen de error

por la tensin de la banda, a veces sucede que si es muy larga, cuelga unos centmetros en el

centro, este error puedes estimarlo a ojo. La banda deber verse como la figura representada (fig.

1.1).

Polea chica = 3pulgadas Formula 1.1

Polea grande = 5 pulgadas

(3 + 5) /2 = 4

10 pulgadas de centro a centro

10 * 2 = 20

20 + 4 = 24 largo de la banda.

Para calcular las poleas se tiene:



FRMULA: n1 d1 = n2 d2 Formula 1.2

n1 = velocidad de la polea entrada es de 1140 rpm.

n2 = velocidad de la polea salida es la incgnita.

d1 = dimetro de la polea entrada es 5.08 cm (2)

d2 = dimetro de la polea salida es 12.7 cm (5)

Clculo de la velocidad Eje 2

n1d1 = n2d21140rpm 5.08cm = n2 12.7cm

n2 = (11405.08)/12.7 = 5791.2/12.7 = 456 rpm

Entonces, la velocidad de entrada al reductor es de 456 rpm.

SELECCIN DEL REDUCTOR

La seleccin de un Reductor mecnico con relacin 40 a 1 para disminuir la velocidad primaria del

motor, manteniendo el par torsional del motor lo suficiente para inducir en el reductor. El problema

bsico en la industria es reducir la alta velocidad de los motores a una velocidad utilizable por las

maquinas. Adems de reducir se deben contemplar las posiciones de los ejes de entrada y salida y

la potencia mecnica al trasmitir.

Para potencias altas se utilizan equipos reductores separados del motor.

Los reductores consisten en pares de engranes con gran diferencia de dimetros, de esta forma el

engrane de menor dimetro requiere dar muchas vueltas para que el de dimetro mayor de una

vuelta, y as reducir la velocidad de giro. Para obtener grandes reducciones se repite esto

colocando varios pares de engranes conectados uno a continuacin del otro.

Luego de seleccionado el motor, se procede a seleccionar un reductor que debe tener una

potencia de entrada, que se determina multiplicando la potencia del motor por el factor de servicio

en base a las horas de trabajo diario del sistema, por lo siguiente:

Potencia Reductor = Potencia Actual x Factor de Servicio.

Factor de Servicio: El factor de servicio es 1,25 para un motor elctrico de entrada constante, medianamente impulsivo, para trabajar 8h/da.



Potencia de Seleccin del Reductor:

Potencia de seleccin = Potencia Actual x Factor de Servicio. Formula (1.3)

= 1.49 [kW] x 1,25

Pot. Seleccin = 1.8625 [kW]

VELOCIDAD DE SALIDA FINAL PARA EL REDUCTOR:

Luego de encontrada la potencia de seleccin del reductor se debe tener una velocidad de salida

que determinara la relacin de transmisin i=n1/n2, en donde n1 es la velocidad del motor o

velocidad de entrada al reductor y n2 es la velocidad de salida del reductor por lo siguiente:

i= 40

n1=456 [rpm]

Relacin 40:1

40 = 456/n2

n2=456/40

n2 = 11.4 [rpm]

Pero esta relacin no es suficiente para la Curvadora es necesario una velocidad de 7 a 8 rpm lo

cual estamos por encima de lo requerido con 11.4 rpm. Entonces realizaremos otra reduccin pero

esta vez por medio de catarinas teniendo en cuenta que con el clculo realizado de potencia del

reductor es la misma que la del motor y como resultado, el reductor hace la misma transferencia de

potencia sin ocasionar perdidas.

CALCULO DE LA CADENA Y CATARINAS PARA RPM REQUERIDOS.



Fig.1.2 Cadena de rodillos.

Para obtener la velocidad final y el tipo de cadena para completar la transmisin del movimiento es

necesario hacer los siguientes clculos, los elementos utilizados son como la imagen ilustrativa

(fig.1.2).

Calculo de la cadena

Calcular un mando a cadena con los siguientes datos: Formula (1.4)

Velocidad eje motriz: 1140 RPM

Velocidad de la mquina accionada: 8 RPM

Motor elctrico de 2 HP trabajando 8hs. diarias con servicio suave.

1) Relacin = 1140 / 8 = 142.5 2) Potencia corregida = 2 HP x 1 (Factor de servicio) = 2 HP 3) Rueda: (26 dientes x 2) + 12 (Relacin de transmisin) = 64 dientes

Longitud de la cadena en pasos.



Formula: 2C+ S/2+ K/C Formula (1.5)

C: Dividida la distancia entre centros (pulg.) por el paso obtenido.

S: Sume el numero de dientes de la Catarina pequea al numero pequeo de la Catarina grande.

K: Reste el numero de dientes de la Catarina pequea, el numero de dientes de la Catarina

grande, obteniendo el valor D. De la tabla, obtenga el valor correspondiente a K.

La formula para hallar el largo de la cadena (expresado en pasos), conocindose la distancia entre

ejes en pasos y la cantidad de dientes de la rueda y pin, es la siguiente: L = 2 C + N + n / 2 + [N

-n/2 3.14/C]

Donde:

L = Longitud de la cadena expresada en pasos.

C = Distancia entre ejes expresado en pasos.

N = Nmero de dientes de la rueda.

n = Nmero de dientes del pin.

Una vez obtenido el resultado en pasos, se multiplica por el paso de la cadena en mm y se logra

as la longitud de la cadena en mm.

Dientes de la Catarina de accionamiento = 12

Dientes de la Catarina accionada ======= 26

Paso de la cadena ==================

Distancia entre centros =============== 10

1. C = 10 / 1.5 = 13.33

2. S = (12 + 26)= 38

3. D = (26 - 12)= 14

Valor correspondiente K = 4.96

4. Largo de la cadena en pasos =

(2*13.33) + 38/2 + 4.96/13.33 = 46.03

El prximo nmero entero es 46 pasos.



5. 46 * = 34.5

Especificaciones de chumacera

La chumacera u horquilla es una pieza de metal o madera con una muesca en que descansa y gira cualquier eje de maquinaria. Fig. 1.3.

Fig.1.3 Chumaceras tensora, de brida y de piso.

El ensayo de fatiga define el esfuerzo inducido mximo que resistir el material (esto es, la

probeta) con un nmero infinito de cargas, o la carga mxima permisible que se puede aplicar para

prevenir la falla del componente a un nmero determinado de ciclos de carga.

Barrenado de placa principal que sirve como soporte donde van incrustadas las chumaceras y las

flechas, el barrenado es con un taladro magntico de alto rendimiento y para brocas de gran

dimetro. Fig. 1.4.

Torneado de flechas para rodillos y manivela se muestran en la Fig. 1.5.



Fig.1.4 Placa principal y de soporte de las flechas.

Fig. 1.5 Torneado de las cuerdas para las flechas.



Fig. 1.6 Rodillo ensamblado.

Se muestra el ensamblaje de un rodillo listo para hacerle pruebas y comprobando que las

tolerancias geomtricas sean perfectamente cumplidas para evitar fallas al ensamblar, al

desmontar y tambin cuando se encuentre en funcin, habilitado de placa principal y placa de

soporte para flechas. Fig. 1.6, Fig. 1.7, respectivamente.

Fig. 1.7 Habilitado de placa principal y de placa de soporte para evitar deformaciones en las flechas.



DIAGRAMA DE CONTROL

En el diagrama de control se muestra la forma de conexin y de los elementos que se necesitan

para lograr su funcionamiento. (fig. 1.8).

neutrofase

R

F

F

R

O L

F

R

Paro

Adelante

Atras

R F

piloto

piloto

piloto

1 2 3 4 5

6

Fig. 1.8 Diagrama de control.



DIAGRAMA DE FUERZA DEL MOTOR

En el diagrama de fuerza se denota los elementos a utilizar y la forma de conexin y la funcin que

este ejerce en la maquina. (fig. 1.9).

Fig. 1.9 Diagrama de fuerza.

CALCULO ELECTRICO:

Es necesario el clculo del conductor y sus protecciones para evitar daar la maquina por

situaciones de fallas externas a la misma, pero tambin indispensable que si en algn momento

ocurriera una falla en la maquina es prudente proteger la red de tomas de corriente para la misma,

es por eso que tenemos lo siguiente:

Pot.: 2.5 HP de potencia.

: 90 % dado como eficiencia.



F.P: 90 % como factor de potencia.

Para obtener la corriente nominal de la maquina tenemos:

Formula (1.6).

Ms 25% para el arranque del motor.

Formula (1.7).

Por lo tanto se elige el calibre n 12 para la instalacin como el conductor apropiado, evitando as

perdidas por cada de tensin.

Un interruptor termomagnetico con capacidad de 10 A. por ser el valor comercial ms cercano para

la proteccin del equipo al valor calculado.

Fig. 1.10 Motor elctrico de 2 HP

HP (746) Im = ------------------ E*F.P**1.73

(2.5)(746) (220)(.9)(.9)(1.73)

= 6.042 A

IT= 7.55 A

S= 2(40) (6.042) (1.73) ------------------------- = 1.26 (220)(3)



Fig. 1.11 Reductor con relacin 40:1

CONCLUSIONES:

Para la elaboracin de la maquina confirmamos que tenemos capacidad para la investigacin y

recoleccin de datos, para calculo y diseo de la misma, para seleccin y conformado de la

maquina, para resolver inconvenientes y la anticipacin de los mismos y finalmente para entregar

un producto de buen nivel cumpliendo con normas de calidad, desarrollo, economa en amplios

sentidos y siendo muy importante la seguridad y confianza en la operacin de la maquina.

Con este tipo de maquinas no solo se beneficia al empresario o adquisidor, tambin se ven

beneficiados los operarios que realizan las mismas funciones pero de forma artesanal, como

pueden ser los electricistas, fontaneros, herreros, personal dedicado a reparacin de automotores y

fabricantes de defensas para los automviles, talleres especializados en maquilas metlicas y

equipos metalmecnicos, apoyando as a la sociedad en general evitando lesiones temporales y

permanentes teniendo un mejor nivel de vida, mejores ganancias gracias a su mayor produccin en

menor tiempo y que al adquirir maquinaria como la que orgullosamente presentamos, el costo de

inversin se ve superado inmediatamente por las ganancias producidas en poco tiempo, gracias a

su ahorro de energa, fcil localizacin de fallas, fcil desmontaje y montaje partes, as como

refacciones econmicas y de fcil adquisicin y algo indispensable el bajo ndice de

mantenimiento.



REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: [1] J.E. Shigley y C.R. Mischke, Diseo en Ingeniera Mecnica, McGraw Hill 2002 [2] B.J. Hamrock, B. Jacobson y S.R. Schmid, Elementos de Mquinas, McGraw Hill 2000 [3] R.L. Norton, Diseo de maquinaria, McGraw Hill 2000 [4] J.C. Garca, J.P. Nadalini, M. Tab y M. Tonini Correas planas y en V. Serie de monografas de elementos de Mquina (2001) [5]CARDENAS, Vctor, (1990) Conformado Mecnico. [6]COSTALES, Ral, (1984) Diseo y Construccin de una Roladora. EPN. Tesis. [7]BHOMAN, Ivn (C.A.), Catalogo de Aceros Especiales. [8]BOHLER, Manual, de Aceros Gua prctica para la adecuada seleccin y procesamiento de Aceros especiales. [9]AYALA, Rodolfo, (1991) Diseo Construccin de una Roladora con Motor. EPN. Tesis. FUNCION: El objetivo principal de este proyecto es el de simplificar el intercambio de los materiales

necesarios para el desarrollo de curvas en perfiles y tubos, al ver las necesidades del mercado y

mejorar las condiciones de trabajo y obtener una garanta en la calidad de la mano de obra.

CAMPO DE APLICACIN: Este proyecto esta orientado para aplicarse en los talleres de herrera, y en centros de rolados con

esto se tiene la idea de facilitar el trabajo de elaboracin de rolado de materiales.

Como ya se menciono antes no solo en estas reas es aplicable, tambin de tipo domestico,

comercial e industrial, siendo utilizado por personas que se dediquen a fabricar protecciones o

defensas de automotores o barrotes y soportes para carga de diversos tipos de maquinaria,

herramienta y mercanca. Tambin para la necesidad de personal especializado en tuberas e

instalaciones de las mismas, calderas, ductos elctricos, etc.

CATEGORIA EN LA QUE PARTICIPA:



PROYECTO INDUSTRIAL FINANCIADO (MODIFICACIN)

OBJETIVO GENERAL: Disear, calcular y construir una maquina Curvadora de Perfiles con la capacidad de rolar en frio

perfiles y tubera de uso comercial (no estructural), con dimensiones de 600 mm x 700 mm x 1300

mm aprox., operada por una sola persona.

Se pretende elaborar una maquina que facilite el trabajo realizado por varias personas,

simplificando este proceso y mejorando el nivel de produccin y el tiempo del mismo dejando atrs

sistemas de corte, soldado y rectificacin en varios pasos por cada material a rolar y sin lastimarlo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1.- Diseo, calculo y construccin de la estructura para la maquina.

2.- Calculo, seleccin y clasificacin del sistema motriz de la maquina.

3.- Diseo, clculo y construccin del sistema de control automtico.

4.- Diseo, clculo y construccin del sistema elctrico.

5.- Diseo, clculo y construccin de los dados y/o rodillos para el curvado.

JUSTIFICACION: La Roladora o Curvadora Electromecnica como proyecto de investigacin hace hincapi en el

aspecto de conformado mecnico, elctrico, y el sistema de control del mismo, poniendo en

prctica los conocimientos adquiridos dependiendo de la necesidad del cliente o empresa a la cual

se presta el servicio, dando una pauta para que a un futuro prximo, poder mejorar notablemente el

elemento antes mencionado.

Este proyecto va dirigido un poco mas en particular a pequeos talleres de rolado en fro y

herreras con la necesidad de hacer las curvaturas en diferentes tipos de perfiles. Teniendo en

cuenta los diferentes tipos de perfiles y as como la resistencia de cada uno de ellos.

Algunas de las ventajas mas destacadas del mecanismo son:



Mnimo mantenimiento. Facilidad de cambio de elementos o accesorios. Opcin al precurvado (paso muy importante para el curvado sin daar el material). Dados con figura o cavidad prediseada para mayor produccin. Dao mnimo al material de curvado en fro. Extensin del control de la maquina para mayor seguridad del operario. Una perfecta relacin en rpm para un mejor curvado.

Como ya se menciono, va dirigida principalmente para talleres de herrera y talleres de rolado

incrementando sus ganancias netas gracias a la rapidez, seguridad y calidad del producto final.

Pero no es especficamente para estas dos reas, tambin cualquier miembro de la sociedad pude

facilitarle las tareas diarias, ejemplo:

Un jefe de familia al hacer unas protecciones para su camioneta, un electricista cuando necesite

hacer un curvado para una instalacin elctrica con tubo conduit. etc.

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