SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECANICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN
SEMINARIO DE TITULACIÓN
MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS
MECÀNICOS
REPORTE FINAL DE INVESTIGACIÓN
DISEÑO Y MANUFACTURA DE LA BASE, EL REDUCTOR Y EL MECANISMO
DE TORSIÓN PARA EL ENSAMBLE DE UNA MAQUINA EDUCATIVA PARA
PRUEBA DE TORSIÒN
PRESENTA:
PARA OBTENER EL TITULO DE ING. AERONÁUTICA
C.C. ISSISS SAHARAY FERIA CORTEZ
PARA OBTENER EL TITULO DE ING. MECÁNICO
C.C. GERARDO GÓMEZ CONTRERAS
ASESORES:
ING. ABEL HERNÁNDEZ GUTIERREZ
ING. JUAN CARLOS TORRES ÁVILA
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INDICE INTRODUCCIÓN CONTENIDO CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 1.2 OBJÉTIVO GENERAL 1.3 OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.4 JUSTIFICACIÓN
1.5 ALCANCE CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO
2.1 EL METÓDO DE ELEMENTO FINITO 2.1.2 PROCEDIMIENTOS DE SOLUCIÓN USANDO EL METODO DE ELEMENTO FINITO. 2.1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL METÓDO.
2.1.4 ANSYS 2.2 MATLAB 2.3 TORNO
2.3.1 OPERACIONES DEL TORNEADO
2.3.2 TIPOS DE TORNO 2.3.2.1 TORNO PARALELO 2.3.2.2 TORNO CNC 2.3.2.3 TORNO REVOLVER 2.3.2.4 TORNO VERTICAL 2.3.2.5 TORNO VERITCAL 2.3.2.6 NORMAS DE SEGURIDAD EN EL TORNO
2.4 FRESADORA 2.4.1 OPERACIONES DE LA FRESADORA 2.4.2 TIPOS DE MAQUINA FRESADORA 2.4.3 PARTES DE LA FRESADORA 2.4.4 MOVIMIENTOS FUNDAMENTALES
2.5 MATERIA PRIMA PARA LA MANUFACTURA DE LOS
COMPONENTES. 2.5.1 ACERO INOXIDABLE
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2.5.2 LATON 2.5.3 NYLAMID
2.6 SOLDADURA 2.6.1 SOLDADURA TIG 2.6.2 SOLDADURA POR ARCO 2.6.3 SOLDADURA MIG
CAPÍTULO 3. MODELADO DE COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS DE TORSION 3.1 MODELADO DE GUIA DEL REDUCTOR
3.2 MODELADO DE 4 INJERTOS PORTANIVELADORES 3.3 MODELADO DE VOLANTE REDUCTOR 3.4 MODELADO DE FLECHA CALIBRADA.
3.5 MODELADO DE TORNILLO SIN FIN
3.6 MODELADO DEL SOPORTE DE VOLANTE REDUCTOR CAPÍTULO 4. MANUFACTURA DE COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS DE TORSIÓN.
4.1 MANUFACTURA DE GUÍA DEL REDUCTOR 4.2 MANUFACTURA DE 4 INJERTOS PORTANIVELADORES 4.3 MANUFACTURA DE VOLANTE REDUCTOR 4.4 MANUFACTURA DE SOPORTE DE VOLANTE 4.5 MANUFACTURA DE TORNILLO SIN FIN. CAPÍTULO 5. ANÁLISIS NÚMERICO DE COMPONENTES DE LAS MÁQUINAS DE TORSIÓN.
5.1 ANÁLISIS NÚMERICO DE LA FLECHA CALIBRADA CAPÍTULO 6. PLANOS CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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AGRADECIMIENTOS
A MIS PADRES DORIS CORTEZ FLORES Y SALIM FERIA PIÑA: Por educarme con su ejemplo, por su perseverancia, por su tiempo, por sus sabios consejos obtenidos con la experiencia, por su total confianza. Este agradecimiento es en especial a mi querida madre por ser una mujer tan fuerte capaz de vencer todo obstáculo presente por mas grande que este fuera, por su lucha imparable de hacer de mi hermano y de mi personas de bien, por su fe, por su infinito amor, por su “ustedes antes de mi”, por su ejemplo, por mostrarnos su cálida sonrisa en la situación mas adversa, saliendo ella siempre triunfadora y por mostrarnos lo bello que es el mundo y lo mas bello cuando es compartido. A MI HERMANO IVAN FERIA CORTEZ: Por mostrarme el valor de la tolerancia, por enseñarme que existe un sinfín de ideas en cada cabeza, por hacer creer en mí que los sueños pueden llegar a ser realidad, por defender a capa y espada sus sueños por lo más incoherentes que puedan ser. A MI AMADA HIJA QUETZALLI: Por llenar mi vida de alegría y amor, por estar tan presente dentro de mi día con día, por hacerme una mujer tan fuerte capaz de amar infinitamente, por darme fuerzas y mostrarme la luz en los días más obscuros, por ser parte de mí, por brindarme sus sonrisas, por darme el privilegio de ser su madre. A MI AMADO ESPOSO MIGUEL OLIVA: Por compartir conmigo una etapa tan bella en mi vida, por escucharme, por entenderme, por ser la otra parte de mi existencia, mi mejor amigo y mi compañero por siempre, por ser mi amado esposo tan compresible y amoroso, por enseñarme lo maravilloso que es vivir día a día y aún mejor lo maravilloso que es compartir la vida con la persona que amas.
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A MIS PADRES GERARDO GOMEZ Y ROSA MARIA CONTRERAS
Sabiendo que no existirá una forma de agradecer toda una vida de sacrificios y esfuerzos, quiero que sientan que el objetivo logrado también es suyo y que la fuerza que me ayudo a conseguirlo fue su apoyo. Con Respeto y Admiración.
A MIS ESPOSA ANGELICA REYNA Y MI HIJO EDSON FRANCISCO GOMEZ
Como un testimonio de la gratitud ilimitada, a mi hijo, porque su presencia ha sido y será siempre el motivo más grande que ha impulsado para lograr esta meta: a mi esposa por su comprensión y tolerancia.
A MIS PADRES GERARDO GOMEZ Y ROSA MARIA CONTRERAS
Como un testimonio de infinito aprecio y eterno agradecimiento por el apoyo que siempre me han brindado y con el cual, he logrado terminar mi carrera Profesional, la cual constituye la herencia más valiosa que pudiera recibir. Con admiración, respeto y la promesa de seguir siempre adelante
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INTRODUCCIÓN El nombre del seminario es modelado diseño control y manufactura de elementos
mecánicos es todo el proceso que se requiere para realizar un proceso de diseño
de un producto. El seminario esta orientado a cubrir la mayoría de los aspectos
básicos tecnológicos, incluyendo las herramientas en cuanto a equipos y
programas de CAD/CAM, técnicas de dibujos en dos y tres dimensiones, análisis
del rol de las computadoras-herramientas (CAE), las aplicaciones y los casos de
estudios, la evaluación e implementación de sistemas.
El primer modulo y segundo están relacionados al modelado por computadora que
es CAD – diseño asistido por computadora atreves de software como Matlab 7 y
Mechanical Desktop.
Es una técnica en donde la descripción geométrica de objetos (esquemas,
anteproyectos, bocetos y otros dibujos) puede crearse y almacenarse en forma de
modelos matemáticos en la memoria de las computadoras.
El sistema CAD es una combinación de equipos y programas de computadoras
que facilitan la estructura de dichos modelos, y en muchos de los casos también
los analizan, lo que permite la exhibición de una amplia variedad de
representación visual.
Se trata de la tecnología implicada en el uso de ordenadores para realizar tareas
de creación, modificación, análisis y optimización de un diseño. De esta forma,
cualquier aplicación que incluya una interfaz gráfica y realice alguna tarea de
ingeniería se considera software de CAD. Las herramientas de CAD abarcan
desde herramientas de modelado geométrico hasta aplicaciones a medida para el
análisis u optimización de un producto especifico. Entre estos dos extremos se
encuentran herramientas de modelado y análisis de tolerancias, calculo de
propiedades físicas (masa, volumen, momentos, etc.),
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modelado y análisis de elementos finitos, ensamblado, etc. La función principal en
estas herramientas es la definición de la geometría del diseño pieza mecánica ya
que la geometría es esencial para las actividades.
El tercer modulo del seminario es el análisis por elemento finito a través del
programa Ansys.
El método de análisis por ordenador más ampliamente usado en ingeniería es el
método de elementos finitos o FEM (de Finite Element Method). Se utiliza para
determinar tensiones, deformaciones, transmisión de calor, distribución de campos
magnéticos, flujo de fluidos y cualquier otro problema de campos continuos que
serian prácticamente imposibles de resolver utilizando otros métodos en este
modulo se vera el de tipo estructural. En este método, la estructura se representa
por un modelo de análisis constituido de elementos interconectados que dividen el
problema en elementos manejables por la computadora.
El método de elementos finitos requiere más un modelo abstracto de
descomposición espacial que la propia geometría del diseño. Dicho modelo se
obtiene eliminando los detalles innecesarios de dicha geometría o reduciendo el
numero de dimensiones. Por ejemplo, un objeto tridimensional de poco espesor se
puede convertir en un objeto bidimensional cuando se hace la conversión al
modelo de análisis. Por tanto, es necesario generar dicho modelo abstracto de
forma interactiva o automática para poder aplicar el método de elementos finitos.
Una vez creado dicho modelo, se genera la malla de elementos finitos para poder
aplicar el método. Al software que se encarga de generar el modelo abstracto y la
malla de elementos finitos se le denomina pre-procesador. Después de realizar el
análisis de cada elemento, la computadora ensambla los resultados y los visualiza.
Las regiones con gran tensión se destacan, por ejemplo, mostrándose en color
rojo. Las herramientas que realizan este tipo de visualización se denominan post-
procesadores.
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En este modulo se también se realiza una practica del análisis experimental
usando el método de extonsometria.
En el cuarto modulo se ve lo que es soldadura conocer los diferentes tipos de
soldadura mas usados en la industria y el funcionamiento de cada una de ellas así
como las recomendaciones que hay que tomar en seguridad.
Tipos de material en los que se puede soldar con el maquina mas apropiada como
el material de aporte que se usan para cada tipo de soldadura.
El quinto modulo esta relacionado a lo que es la manufactura de piezas por
método convencional como lo es con el torno, la fresadora, el taladro
Es un Proceso de fabricación mediante mecanizado consiste en arrancar en forma
de virutas o partículas, el exceso de material de un semiproducto previamente
concebido, utilizando las máquinas y herramientas cortantes adecuadas, para
conseguir la geometría de la pieza deseada y las especificaciones planteadas.
El método de arranque de viruta es el único que permite construir piezas con una
exactitud del orden de micras.
En el mecanizado se obtienen acabados superficiales muy finos, como es en el
caso de operaciones de rectificado, pulido, lapeado.
En este modulo también se emplea lo que es el CAM a través del software de
Mastercam.
La Fabricación Asistida por computadora (CAM) ha revolucionado el diseño
mecánico y los procesos de producción. Ya no hay más necesidad de complicados
cálculos y ecuaciones matemáticas para resolver problemas de tangencias,
intersecciones, posiciones de centros o superficies complejas. Utilizando el
Ordenador para realizar el diseño geométrico y los programas de Control
Numérico se obtienen resultados inmediatos y de una total precisión. CAD /CAM
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reduce los tiempos, los costes de producción e incrementa la fiabilidad y precisión
de los productos.
El control numérico (CN) es una forma de automatización programable en la cual,
en base a una serie de instrucciones codificadas (programa), se gobiernan todas
las acciones de una máquina o mecanismo haciendo que este desarrolle una
secuencia de operaciones y movimientos previamente establecidos por el
programador.
Apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado que es más fácil
escribir nuevos programas que realizar cambios en los equipos de procesado.
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CAPITULO 1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
1.2 OBJETIVO GENERAL
Diseñar, modelar, manufacturar y analizar una maquina de torsión que sea capaz
de medir la torsión en una barra de aluminio para uso educativo que ayude en
forma práctica a la enseñanza del análisis estructural.
1.3 OBJETIVO ESPECIFICO
Manufacturar la barra de aluminio que soportara la fuerza de torsión.
Manufacturar cuatro injertos que llevan una cuerda que soportará los
niveladores.
Manufacturar el volante que transmite la fuerza aplicada al tornillo sin fin.
Manufacturar un tornillo sin fin que forma el sistema de reducción y
transmite movimiento al engrane corona.
Manufacturar la guía de la chumacera para contener el soporte principal y la
flecha cuerda.
1.4 JUSTIFICACIÓN
Hoy en día México es considerado como un país interesante para invertir en la
industria aeronáutica, la reestructuración y la globalización de la industria han
atraído al capital privado especialmente en el sector de manufactura y servicios.
Se estima que a finales del año 2010 y principios del año 2011 México llevé acabo
la fabricación y diseño de helicópteros y aviones por completo, ya que se
pretende en un futuro no muy lejano realizar la fabricación y diseño de
helicópteros y aviones completos.
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Ahora hay en existencia 141 empresas en el país relacionada con la industria
aeronáutica participando en la fabricación de componentes de turbinas, fuselajes
de avión, componentes de tren de aterrizaje y arneses de aviones generando a su
vez aproximadamente 16 mil empleos.
En México por año se gradúan cerca de 130 mil ingenieros, de los cuales 50 por
ciento corresponde a tecnologías de la información y el resto a mecánicos y
eléctricos que responden a la demanda de valor agregado en el sector. El sector
aeronáutico es una parte positiva para la atracción de inversiones y la creación de
empleos de alto valor agregado.
Es por está razón que fue creada la máquina de torsión, ya que en escuelas como
ESIME CULHUACAN, ESIME ZACATENCO, hay en existencia dichas máquinas
además que en nuestra carrera es necesario comprender el análisis estructural.
1.5 ALCANCE.
Este proyecto consiste en el diseño, modelado, manufactura y análisis de una
maquina de torsión de uso educativo, con las siguientes limitantes:
No se pueden analizar probetas de gran longitud.
No pueden ser analizadas probetas de distinto material al Aluminio 6061.
Las máquinas de torsión son solo de uso educativo
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CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 2.1 EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS
Muchos de los problemas de la ingeniería y de las ciencias aplicadas están
gobernados por ecuaciones diferenciales o integrales. La complejidad de
geometría o de las condiciones de frontera halladas en muchos de los problemas
del mundo real impiden obtener una solución exacta del análisis considerado, por
lo que se recurre a técnicas numéricas de solución de las ecuaciones que
gobiernan los fenómenos físicos. El Método de los Elementos Finitos es una de
estas técnicas numéricas, muy apropiada para su implementación en
computadores (dada su facilidad para el manejo de algoritmos numéricos, rapidez
en los cálculos y precisión en la respuesta). Esta técnica puede ser aplicada para
resolución de problemas de diversa índole: mecánica de sólidos, mecánica de
fluidos, transferencia de calor, vibraciones, etc. Los procedimientos para la
resolución de los problemas en cada uno de estos campos son similares, aunque
el enfoque principal en esta guía serán los problemas de análisis estructural y
térmico.
En todos los modelos de elementos finitos el dominio o continuo (el sólido en
problemas de mecánica de sólidos) se divide en un número finito de formas
simples denominadas elementos. Las propiedades y las relaciones gobernantes
del fenómeno estudiado se asumen sobre estos elementos, y se expresan
matemáticamente en términos de valores desconocidos en puntos específicos de
los elementos denominados nodos. Estos nodos sirven de conexión entre los
elementos. En los modelos sólidos, los desplazamientos en cada elemento están
directamente relacionados con los desplazamientos nodales, y los
desplazamientos nodales se relacionan a su vez con las deformaciones y los
esfuerzos en los elementos. El método de Elementos Finitos trata de seleccionar
los desplazamientos nodales de forma que los esfuerzos estén en equilibrio (de
forma aproximada) con las cargas aplicadas. Los desplazamientos nodales
también deben ser consistentes con cualquier restricción de movimiento de la
estructura.
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El Método de los Elementos Finitos convierte las condiciones de equilibrio en un
conjunto de ecuaciones algebraicas lineales (o no lineales) en función de los
desplazamientos nodales. Después de obtener la solución de las ecuaciones se
pueden hallar las deformaciones y los esfuerzos en los elementos. A medida que
se utiliza un mayor número de elementos para representar la estructura, los
esfuerzos se acercan más al estado de equilibrio con las cargas aplicadas. Por
tanto, un concepto importante en el uso del método de los Elementos Finitos es
que, en general, un modelo de Elementos Finitos se aproxima a la solución real del
problema a medida que se incrementa la densidad de elementos, lo cual conduce a la
realización de un análisis de convergencia de la solución.
2.1.2 PROCEDIMIENTO DE SOLUCIÓN USANDO EL MÉTODO DE
ELEMENTOS FINITOS
La solución de cualquier problema utilizando el Método de los Elementos Finitos
contempla los siguientes pasos:
1. Especificar la geometría. Esto puede hacerse dibujando la geometría
directamente en el paquete o importando el modelo desde un modelador sólido
(en este caso Mechanical).
2. Definir el tipo de elemento y las propiedades del material.
3. Enmallar el objeto. Consiste en dividir el objeto en pequeños elementos.
4. Aplicar las condiciones de frontera (restricciones) y las cargas externas.
5. Generar una solución.
6. Postprocesamiento. Los datos obtenidos como resultado pueden visualizarse a
través de gráficas o dibujos.
7. Refinar la malla. El método de Elementos Finitos es un método aproximado, y
en general la precisión de la solución se incrementa con el número de elementos
usado. El número de elementos requerido para obtener una respuesta confiable
depende del problema específico; sin embargo, es recomendable siempre
incrementar el número de elementos en el objeto y observar la variación en los
resultados.
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8. Interpretación de los resultados. Este paso es el más importante de todo el
análisis, pues requiere de los conocimientos y la habilidad del ingeniero para
entender e interpretar los resultados arrojados por el programa. Este paso es
crítico para lograr la aplicación de los resultados en la solución de los problemas
reales, o para identificar los posibles errores cometidos durante la etapa de
modelado.
2.1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL MÉTODO
El método de Elementos Finitos es muy versátil y poderoso y permite a los
ingenieros obtener información del comportamiento de objetos de forma
complicada bajo casi cualquier carga imaginable (cargas puntuales, de presión,
térmicas, fuerzas inerciales, cargas dependientes del tiempo). Permite resolver
problemas en estados estables o dependientes del tiempo, lineales o no lineales.
Se pueden manejar materiales especiales: no homogéneos, ortotrópicos,
anisotrópicos. Se pueden además considerar efectos especiales sobre los
materiales: plasticidad, propiedades dependientes de la temperatura, Las ramas
de aplicación son variadísimas: mecánica de sólidos, mecánica de fluidos,
electromagnetismo, biomecánica, transferencia de calor y acústica, entre muchas
otras.
A nivel empresarial, las ventajas del método son notorias: la etapa de desarrollo
de un producto se acorta, se pueden identificar problemas de diseño antes de
fabricar un prototipo, se reducen las etapas de prueba y error en el diseño de un
nuevo producto, etc.
La principal limitación de los métodos de Elementos Finitos radica en que la
precisión de los resultados depende de la densidad de elementos utilizada. En
análisis estructurales, cualquier región con alta concentración de esfuerzos debe
ser cuidadosamente analizada mediante un enmallado suficientemente fino para
obtener resultados confiables.
Ya que los paquetes actuales de Elementos Finitos parecen resolver tan amplia
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gama de problemas, existe una marcada tendencia a resolver problemas
mecánicamente sin tomarse el trabajo de entender la física y matemática
subyacentes en el problema. Los paquetes de Elementos Finitos se han vuelto
casi indispensables en el diseño y análisis mecánico, pero han acercado a los
usuarios la posibilidad de cometer grandes errores. La versatilidad del método no
salva la necesidad de realizar un detallado análisis de los resultados obtenidos
antes de ser aplicados en la solución de un problema real. Los resultados pueden
obtenerse tan bien presentados que infunden gran confianza en el análisis, lo cual
puede conducir a “cometer errores con gran confianza”.
Se pueden producir grandes errores en el modelado debido al uso de opciones
inadecuadas del programa, o debido al uso adecuado del programa pero con
datos errados. Los resultados de un programa no son confiables si el usuario no
entiende como funciona el programa o si no tiene las nociones físicas suficientes
para entender los resultados arrojados por el programa. Los resultados deben ser
comparados con las expectativas; se pueden obtener resultados alternos de
modelos simplificados calculados a mano, o de experimentación en estructuras o
elementos similares. “El método de los Elementos Finitos puede hacer de un
ingeniero bueno uno mejor, y de un mal ingeniero uno mas peligroso”.
2.1.4 IMPLEMENTACIÓN COMPUTACIONAL
Toda implementación computacional del método de los Elementos Finitos se
compone básicamente de tres partes:
Preprocesador: funciona esencialmente como un paquete CAD; permite
construir el modelo y añadir las cargas y las restricciones deseadas.
Solucionador: permite ensamblar y resolver el sistema algebraico de
ecuaciones que representan el sistema físico.
Postprocesador: facilita la manipulación de los resultados numéricos, bien
sea en forma de listas, tablas o en forma gráfica.
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Aunque puede realizarse una implementación del método de los Elementos Finitos
adecuada a las necesidades propias de una organización, ya existen
comercialmente paquetes que implementan el método y que permiten acceder
rápidamente a la solución de un análisis específico. Entre los numerosos paquetes
comerciales disponibles, se destacan:
ANSYS: de propósito general, para computadoras personales (PC) y
estaciones de Trabajo ( el que utilizaremos para el semininario)
COSMOS: software de uso general.
ALGOR: para estaciones de trabajo y computadoras personales.
SDRC/I-DEAS: paquete completo de CAD/CAM/CAE.
NASTRAN: de propósito general para mainframes.
ABAQUS: para análisis de tipo no lineal y dinámico.
DYNA-3D: enfocado a los análisis dinámicos y de impacto.
La capacidad requerida del software y del computador para realizar un análisis de
Elementos Finitos depende del análisis deseado. Sin embargo, en cualquier caso
se puede aplicar el teorema fundamental de los Elementos Finitos: “Entre más
rápido y más grande,mejor”.
2.1.5 ANSYS ANSYS es un software de Elementos Finitos que permite realizar tareas como:
Construir o importar modelos de estructuras, productos, componentes o
sistemas.
Aplicar cargas al elemento creado.
Estudiar las respuestas físicas, tales como niveles de esfuerzo,
distribuciones de temperatura o campos electromagnéticos.
Optimizar diseños existentes.
Realizar pruebas virtuales sobre componentes en etapa de diseño.
ANSYS ofrece una interfaz gráfica sencilla. Este capítulo se dedicará a estudiar el
funcionamiento de dicha interfaz, así como otros aspectos importantes para
aprovechar el gran potencial que ofrece el software.
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Fig. 2-1
Fig. 2-2
Ejemplo ejercicio de ansys.
Este ejemplo se realizo en el seminario.
Se considera una lámina cuadrada con un orificio en el centro que está sometida a
una carga distribuida por unidad de longitud en dirección x, como se muestra en la
figura:
Los parámetros dados para el ejercicio son:
L=8pul d=1pul t=0.1pul wx=1k/pul E=1x104k/pul2 n=0.3
Como se trata de una figura doblemente simétrica se analizó una cuarta parte de
la misma. El origen del cuadrado será en el punto (0,0), y se construye siguiendo
los siguientes pasos:
Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Rectangle> ByDimensions
_ Entrar los datos de las coordenadas de la figura:
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Fig. 2-3
Fig. 2-4
Fig. 2-5
A continuación se da Ok. Y aparece la figura:
A continuación se crea el circulo que formará el orificio: Main Menu>
Preprocessor> Modeling> Create> Áreas> Circle> Solid Circle, y se registran los
datos de la figura, como se muestra a continuación:
A continuación se da Ok. Y aparece la figura 2.-5:
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Fig. 2-6
Fig. 2-7
Para substraer el circulo del rectángulo se realizan los siguientes pasos:
1. Utility Menu> Plot> Lines
2. Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Booleans> Subtract>Areas
3. Se pica el área a la que se le va a substraer (en nuestro caso el cuadrado)
4. Apply (en picking menu).
5. Se pica el área que se desea substraer (el circulo)
6. Ok. Y aparece la nueva figura
Definir materiales
_ Main Menu> Preferences
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Fig. 2-8
Fig. 2-9
Ahora se definen las propiedades de los materiales con los que se va a trabajar:
Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models, se da doble click en
structural, linear, elastic, isotropic.
A continuación se despliega la siguiente ventana, en la que hay que anotar las
propiedades del material:
Definir el tipo de elemento
El tipo de elemento utilizado es el triangular lineal
_ Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete
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Fig. 2-10
Fig. 2-11
Fig. 2-12
Main Menu> Preprocessor> Real Constants> Add/Edit/Delete
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Fig. 2-13
Fig. 2-14
Anotamos el valor del espesor de la lámina (t= 0.1)
Generar malla
_ Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh Tool
_ Set Global Size control.
_ Se anota el valor de la longitud del elemento 0.5.
_ ok
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Fig. 2-15
Fig. 2-16
Se le dice que enmalle las áreas
_ Se escoge la opción triángulos
_ Y se le dice que enmalle
Aparece entonces la figura enmallada
Aplicar cargas
Se colocarán restricciones en x sobre la frontera AB y restricciones en y sobre la
frontera CD:
_ Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On
Lines
_ Se seleccionan la línea inferior:
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Fig. 2-17
Fig. 2-18
Fig. 2-19
Y se le aplica un desplazamiento en dirección y con un valor de 0
Se realiza la misma operación pero con la línea izquierda
Y se le aplica un desplazamiento en dirección x con un valor de 0
Consiguiendo que en las líneas deseadas se restrinja el desplazamiento de
la lámina:
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Fig. 2-20
Ahora se procede a colocar la carga en el extremo derecho de la figura, en nuestro
caso convertiremos la carga distribuida en una puntual para cada nodo:
Solución
Para correr el modelo se tienen los siguientes pasos:
Main Menu> Solution> Solve> Current LS
Obtención de resultados
_ Para ver la deformación se sigue:
_ Main Menu> General Postproc> Plot Results> Deformed Shape
_ Seleccionar Def-undeformed
A continuación se visualiza la figura original punteada y la deformada en azul, tal
como se presenta en el siguiente esquema:
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Fig. 2-21
Fig. 2-22
Si se desea ver la animación:
Utility Menu> Plot Ctrls> Animate> Deformed Shape
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Fig. 2-23
Fig. 2-24
Para observar la variación de esfuerzos:
_ Main Menu> General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Nodal Solution
A continuación observaremos los datos obtenidos para la componente de
esfuerzos Sxx
Y se pueden observar todos los esfuerzos que necesitamos para dar un
veredicto sobre el comportamiento de la pieza a una carga determinada.
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2.2 MATLAB
MATLAB es la abreviatura de Matrix Laboratory (laboratorio de matrices). Es un
programa de análisis numérico creado por The MathWorks en 1984. Está
disponible para las plataformas Unix, Windows y Mac OS X.
Se pueden ampliar sus capacidades con Toolboxes, algunas de ellas están
destinadas al procesado digital de señal, adquisición de datos, economía,
inteligencia artificial, lógica difusa. También cuenta con otras herramientas como
Simulink, que sirve para simular sistemas.
La primera versión surgió con la idea de emplear unos paquetes de subrutinas
escritas en Fortran en los cursos de álgebra lineal y análisis numérico, sin
necesidad de escribir programas en Fortran.
Usa un lenguaje de programación creado en 1970 para proporcionar un sencillo
acceso al software de matrices LINPACK y EISPACK sin tener que usar Fortran.
También tiene su propio compilador.
Es un software muy usado en universidades, centros de investigación y por
ingenieros. En los últimos años ha incluido muchas más capacidades, como la de
programar directamente procesadores digitales de señal, crear código VHDL y
otras.
MATLAB es un programa de cálculo numérico, orientado a matrices y vectores.
Por tanto desde el principio hay que pensar que todo lo que se pretenda hacer con
el, será mucho más rápido y efectivo si se piensa en términos de matrices y
vectores.
Los siguientes ejercicios son solo algunos que se realizaron en el modulo de
Matlab con su respectiva imagen de la graficación del programa.
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-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2
-2
-1
0
1
2-4
-2
0
2
4
x
y
z
Fig. 2-25
Como se podrá observar lo que se trabajo en este programa es que también se
puede modelar a base de las trayectorias o circunferencias que se genera con el
comando que se teclee.
Rotor hold on plot3([-1 1],[0 0],[0 0],'r') plot3([0 0],[-1 1],[0 0],'r') plot3([0 0],[0 0],[-1 1],'r') xlabel('x'),ylabel('y'),zlabel('z') a=0:2*pi/100:2*pi; xep=cos(a); yep=sin(a); zep=ones(size(a))*3; % longitud del eje =3 plot3(xep,yep,zep,'g') % circulo con radio =1 plot3(xep,yep,-zep,'g') for a=0:2*pi/100:2*pi; xep=cos(a); yep=sin(a); zep=3; plot3([xep xep],[yep yep],[zep -zep],'g') end a=0:2*pi/100:2*pi; xep=0.7*cos(a); yep=0.7*sin(a); zep=ones(size(a))*3; % longitud del eje =3 plot3(xep,yep,zep,'g') % circulo con radio =0.7 plot3(xep,yep,-zep,'g') for n=-3:0.2:3; % intervalo z for t=0:2*pi/4:2*pi; % este es para rotar y que de 4 puntos [xd,yd,zd]=rotz_([1 2],[0 0],[n n],t) %n=valores q debe tener z plot3(xd,yd,zd) end end
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Carro % programa 1 de 3 para evaluación del modulo 1 % 10 de febrero de 2007 close; clear; clc; % dibujo del eje principal (circulos en plano yz y longitud en x) hold on xlabel('eje x') ylabel('eje y') zlabel('eje z') a=0:2*pi/100:2*pi; yep=cos(a); zep=sin(a); xep=ones(size(a))*5; % longitud del eje =5 plot3(xep,yep,zep) % circulo con radio =1 plot3(-xep,yep,zep) for a=0:2*pi/100:2*pi; yep=cos(a); zep=sin(a); xep=5; plot3([xep -xep],[yep yep],[zep zep]) end % dibujo del eje trasero (circulos en plano yz y longitud en x) a=0:2*pi/100:2*pi; xed=cos(a)-6; zed=sin(a); yed=ones(size(a))*2.5; plot3(xed,yed,zed,'r') % circulo con radio =1 plot3(xed,-yed,zed,'r') for a=0:2*pi/100:2*pi; xed=cos(a)-6; zed=sin(a); yed=2.5; plot3([xed xed],[yed -yed],[zed zed],'r') end % dibujo del eje delantero (circulos en plano yz y longitud en x) a=0:2*pi/100:2*pi; xed=cos(a)+6; zed=sin(a); yed=ones(size(a))*2.5; plot3(xed,yed,zed,'r') % circulo con radio =1 plot3(xed,-yed,zed,'r') for a=0:2*pi/100:2*pi; xed=cos(a)+6; zed=sin(a);
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yed=2.5; plot3([xed xed],[yed -yed],[zed zed],'r') end % ruedas del coche delanteras a=0:2*pi/100:2*pi xr=2*cos(a)+6; zr=2*sin(a); yr=ones(size(a))*1; plot3(xr,yr+1,zr,'g') % circulo con radio plot3(xr,yr+2,zr,'g') for a=0:2*pi/100:2*pi; xr=2*cos(a)+6; zr=2*sin(a); yr=1; plot3([xr xr],[yr+1 yr+2],[zr zr],'g') end a=0:2*pi/100:2*pi xr=2*cos(a)-6; zr=2*sin(a); yr=ones(size(a))*1; plot3(xr,yr+1,zr,'g') % circulo con radio plot3(xr,yr+2,zr,'g') for a=0:2*pi/100:2*pi; xr=2*cos(a)-6; zr=2*sin(a); yr=1; plot3([xr xr],[yr+1 yr+2],[zr zr],'g') end a=0:2*pi/100:2*pi xr=2*cos(a)-6; zr=2*sin(a); yr=ones(size(a))*1; plot3(xr,yr-4,zr,'g') % circulo con radio plot3(xr,yr-3,zr,'g') for a=0:2*pi/100:2*pi; xr=2*cos(a)-6; zr=2*sin(a); yr=1; plot3([xr xr],[yr-4 yr-3],[zr zr],'g') end a=0:2*pi/100:2*pi; xr=2*cos(a)+6; zr=2*sin(a); yr=ones(size(a))*1; plot3(xr,yr-4,zr,'g') % circulo con radio plot3(xr,yr-3,zr,'g') for a=0:2*pi/100:2*pi;
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-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
-4
-2
0
2
4-2
-1
0
1
2
3
eje x
eje y
eje
z
Fig. 2-26
xr=2*cos(a)+6; zr=2*sin(a); yr=1; plot3([xr xr],[yr-4 yr-3],[zr zr],'g') end % volante a=0:2*pi/100:2*pi; yv=0.4*cos(a); zv=0.4*sin(a); xv=ones(size(a))-5; plot3(xv,yv,zv,'y') plot3(xv+3,yv,zv+2,'y') for a=0:2*pi/100:2*pi; yv=0.4*cos(a); zv=0.4*sin(a); xv=ones(size(a))-5; plot3([xv xv+3],[yv yv],[zv zv+2],'y') end a=0:2*pi/100:2*pi; yv=0.6*cos(a); zv=0.6*sin(a)+2; xv=ones(size(a))-2; plot3(xv,yv,zv,'y') plot3(xv+0.3,yv,zv,'y') for a=0:2*pi/100:2*pi; yv=0.6*cos(a); zv=0.6*sin(a)+2; xv=ones(size(a))-2; plot3([xv xv+0.3],[yv yv],[zv zv],'y') plot3([-1 xv],[0 yv],[2 zv],'g') end
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28
2.3 EL TORNO
Se denomina torno a una serie de máquinas herramientas que, partiendo de un
origen común, han ido evolucionando al tiempo que las necesidades de
producción, precisión y avances tecnológicos lo han permitido.
El torno es una máquina-herramienta adecuada para fabricar piezas de forma
geométrica de revolución. También se denomina torno al que se utiliza desde
antiguo en alfarería para formar piezas de arcilla simétricas. En este caso el torno
consiste en un plato circular montado sobre un eje vertical, sobre el cual se apoya
el material a trabajar. En sus inicios, el eje del torno de alfarero tenía en su parte
inferior otro plato, que se hacía girar con los pies para dar movimiento al conjunto.
Más tarde comenzaron a utilizarse tornos adecuados para carpintería y, a partir de
la Revolución industrial, el torno como máquina-herramienta se ha convertido en
una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado.
Lo que tienen en común los tornos modernos de mecanizado actuales es que
operan haciendo girar la pieza a mecanizar sujeta en el cabezal o fijada entre los
puntos de centraje, mientras que una o varias herramientas cuyo filo de corte es
empujado contra la superficie de la pieza, arrancando la viruta, en una serie de
operaciones de torneado diferentes.
El torno es una máquina que trabaja en el plano, porque solo tiene dos ejes de
trabajo( Z y X), de una parte el carro que desplaza las herramientas a lo largo de
la pieza y produce torneados cilíndricos, y de otra el carro transversal que se
desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza (con este carro se
realiza la operación denominada refrentado).
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29
2.3.1 OPERACIONES DE TORNEADO Torneado exterior
Cilindrado, refrentado, ranurado, roscado, moleteado, cilindrado cónico, esférico,
segado, chaflanado, excéntricas, espirales, frenteado.
Torneado interior
Taladrado, mandrinado, ranurado, mandrinado cónico, mandrinado esférico,
roscado, refrentado interior, chaflanado interior.
No todos los tornos pueden realizar todas estas operaciones que se indican, eso
depende del tipo de torno que se utilice y de los accesorios o equipamientos que
tenga.
Los tornos se utilizan para modelar superficies cónicas, cilíndricas y esféricas de
diversos objetos y materiales diferentes. El tamaño y potencia de los tornos se
refleja en las dimensiones máximas que pueden tener las piezas que se quieran
mecanizar y la cantidad de viruta que se puede sacar en cada pasada.
2.3.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS TORNOS
Potencia en KW del motor eléctrico que tienen
Diámetro máximo de la pieza que permitan mecanizar (altura de puntos)
Longitud máxima de la pieza que puedan mecaniza (longitud entre puntos)
Gama de velocidades que tiene
Gama de avances que tiene
Características del manejo (manual, semiautomático o automático)
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30
2.3.2 ESTRUCTURA DEL TORNO El torno tiene cuatro componentes principales:
Bancada: Sirve de soporte para las otras unidades del torno. En su parte
superior lleva unas guías por las que se desplaza el cabezal móvil o
contrapunto y el carro principal.
Cabezal fijo: Contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de
trabajo y las unidades de avance. Incluye el motor, el husillo, el selector de
velocidad, el selector de unidad de avance y el selector de sentido de
avance. Además sirve para soporte y rotación de la pieza de trabajo que se
apoya en el husillo.
Cabezal móvil: El contrapunto puede moverse y fijarse en diversas
posiciones a lo largo. La función primaria es servir de apoyo al borde
externo de la pieza de trabajo.
Carros portaherramientas: Consta del carro principal, que produce los
movimientos de avance y profundidad de pasada, el carro transversal, que
se desliza transversalmente sobre el carro principal, y el carro superior
orientable, formado a su vez por tres piezas: la base, el charriot y el porta
herramientas. Su base está apoyada sobre una plataforma giratoria para
orientarlo en cualquier dirección
2.3.3 TIPOS DE TORNO
Actualmente se utilizan en las industrias de mecanizados los siguientes tipos de
tornos que dependen de la cantidad de pieza a mecanizar por serie de la
complejidad de la pieza y de la envergadura de las piezas:
Torno paralelo
Torno copiador
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31
Fig. 2-27
Torno revólver
Torno automático
Torno vertical
Torno CNC
Aparte de los tornos que se utilizan en la industria mecánica están los que se
utiliza para trabajar la madera, la ornamentación con mármol o granito, los de
relojeros, alfareros, etc.
Los tornos copiadores, automáticos y de Control Numérico llevan sistemas que
permiten trabajar los dos carros de forma simultánea, consiguiendo cilindrados
cónicos y esféricos. Los tornos paralelos llevan montado un tercer carro, de
accionamiento manual y giratorio, llamado Charriot, montado sobre el carro
transversal, con el Charriot, inclinado a los grados necesarios es posible
mecanizar conos. Encima del Charriot, va fijado la torreta portaherramientas.
2.3.3.1 TORNO PARALELO
El torno paralelo o mecánico es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los
tornos antiguos cuando se le fueron incorporando nuevos equipamientos que
lograron convertirlo en una de la máquina herramienta más importante existida.
Sin embargo en la actualidad este tipo de torno está quedando relegado a realizar
tareas poco importantes, a utilizarse en los talleres de aprendices y en los talleres
de mantenimiento para realizar trabajos puntuales o especiales.
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32
Para la fabricación en serie y de precisión han sido sustituidos por tornos
copiadores, revólver, automáticos y de CNC.
El torno paralelo es una máquina que trabaja en el plano, porque solo tiene dos
ejes de trabajo, ( Z y X) el carro que desplaza las herramientas a lo de la pieza y
produce torneados cilíndricos, y el carro transversal que se desplaza de forma
perpendicular al eje de simetría de la pieza, con este carro se realiza la operación
denominada refrentado. Lleva montado un tercer carro, de accionamiento manual
y giratorio, llamado Charriot, montado sobre el carro transversal, con el Charriot,
inclinado a los grados necesarios es posible mecanizar conos.
Lo característico de este tipo de torno es que se pueden realizar en el mismo todo
tipo de tareas propias del torneado, como taladrado, cilindrado, mandrinado,
refrenrado, roscado, conos, ranurado, escariado, moleteado, etc; mediante
diferentes tipos de herramientas y útiles que de forma intercambiable y con formas
variadas se le pueden ir acoplando.
Para manejar bien estos tornos se requiere la pericia de operarios muy bien
cualificados, ya que el manejo manual de sus carros puede ocasionar errores a
menudo en la geometría de las piezas torneadas.
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33
Fig. 2-28
2.3.3.2 TORNO CNC
Se define Control Numérico por Computador, CNC (Computer Numerical
Control) a todo dispositivo capaz de dirigir el posicionamiento de un órgano
mecánico móvil mediante órdenes elaboradas de forma totalmente automática a
partir de informaciones numéricas en tiempo real. Para maquinar una pieza se usa
un sistema de coordenadas que especificarán el movimiento de la herramienta de
corte.
El torno CNC es un tipo de torno operado mediante control numérico por
computadora. Se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz para
mecanizar piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y
precisión en el mecanizado por su estructura funcional y porque los valores
tecnológicos del mecanizado están guiados por el ordenador que lleva
incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software
que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de
mecanizado en torno. Es una máquina ideal para el trabajo en serie y mecanizado
de piezas complejas.
Las herramientas van sujetas en un cabezal en número de seis u ocho mediante
unos portaherramientas especialmente diseñados para cada máquina las cuales
entran en funcionamiento de forma programada, y permite a los carros horizontal y
transversal trabajar de forma independiente y coordinada, con lo que es fácil
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34
mecanizar ejes cónicos o esféricos, así como el mecanizado integral de piezas
complejas.
La velocidad de giro de cabezal portapiezas, el avance de los carros longitudinal y
transversal y las cotas de ejecución de la pieza están programadas, y, por tanto,
exentas de fallos humanos imputables al operario de la máquina.
Dada la robustez de la máquina, permite trabajar a velocidades de corte y avance
muy superiores a los tornos convencionales y, por tanto, la calidad de las
herramientas que utiliza suelen ser de metal duro o de cerámica.
Programación en el control numérico Se pueden utilizar dos métodos, la programación manual y la programación
automática.
Programación manual En este caso, el programa pieza se escribe únicamente por medio de
razonamientos y cálculos que realiza un operario. El programa de mecanizado
comprende todo el conjunto de datos que el control necesita para la mecanización
de la pieza.
Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del mecanizado
se le denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda.
Este conjunto de informaciones es interpretado por el intérprete de órdenes. Una
secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas,
funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un
bloque de programa consta de varias instrucciones.
El comienzo del control numérico ha estado caracterizado por un desarrollo
anárquico de los códigos de programación. Cada constructor utilizaba el suyo
particular. Posteriormente, se vio la necesidad de normalizar los códigos de
programación como condición indispensable para que un mismo programa pudiera
servir para diversas máquinas con tal de que fuesen del mismo tipo. Los
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35
caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025
son, entre otros, los siguientes:
N: es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta
dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. En
el caso del formato N03, el número máximo de bloques que pueden
programarse es 1000 N999).�(N000
X, Y, Z: son las direcciones correspondientes a las cotas según los ejes X,
Y, Z de la máquina herramienta (Y planos cartesianos). Dichas cotas se
pueden programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al
cero pieza o con respecto a la última cota respectivamente.
G: es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan
para informar al control de las características de las funciones de
mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección
de herramienta, parada temporizada, ciclos automáticos, programación
absoluta y relativa, etc. La función G va seguida de un número de dos cifras
que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes.
Ejemplo:
G00: El trayecto programado se realiza a la máxima velocidad posible, es decir, a
la velocidad de desplazamiento en rápido.
G01: Los ejes se gobiernan de tal forma que la herramienta se mueve a lo largo de
una línea recta.
G02: Interpolación lineal en sentido horario.
G03: Interpolación lineal en sentido antihorario.
G33: Indica ciclo automático de roscado.
G40: Cancela compensación.
G41: Compensación de corte hacia la izquierda.
G42: Compensación de corte ala derecha.
G77: Es un ciclo automático que permite programar con un único bloque el
torneado de un cilindro, etc.
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36
M: es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o
complementarias. Se usan para indicar a la máquina herramienta que se
deben realizar operaciones tales como parada programada, rotación del
husillo a derechas o a izquierdas, cambio de útil, etc. La dirección m va
seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100
funciones auxiliares diferentes.
Ejemplo:
M00: Provoca una parada incondicional del programa, detiene el husillo y la
refrigeración.
M01: Alto opcional.
M02: Indica el fin del programa. Se debe escribir en el último bloque del programa
y posibilita la parada del control una vez ejecutadas el resto de las operaciones
contenidas en el mismo bloque.
M03: Permite programar la rotación del husillo en sentido horario.
M04: Permite programar la rotación del husillo en sentido antihorario, etc.
F: es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de
un número de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min.
S es la dirección correspondiente a la velocidad de rotación del husillo
principal. Se programa directamente en revoluciones por minuto, usando
cuatro dígitos.
I, J, K son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia.
Cuando la interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan lasdirecciones
I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en
el plano Y-Z, las direcciones J y K.
T es la dirección correspondiente al número de herramienta. Va seguido de
un número de cuatro cifras en el cual los dos primeros indican el número de
herramienta y los dos últimos el número de corrección de las mismas.
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37
Ventajas y desventajas de los tornos CNC
Permiten obtener mayor precisión en el mecanizado
Permiten mecanizar piezas más complejas
Se puede cambiar fácilmente de mecanizar una pieza a otra
Se reducen los errores de los operarios
Cada vez son más baratos los tornos CNC
Como desventaja se pueden indicar las siguientes
Necesidad de realizar un programa previo al mecanizado de la primera
pieza.
Costo elevado de herramientas y accesorios
Conveniencia de tener una gran ocupación para la máquina debido a su
alto costo.
2.3.3.3 TORNO REVÓLVER El torno revólver es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas en
las que sea posible que puedan trabajar varias herramientas de forma simultánea
con el fin de disminuir el tiempo total de mecanizado. Las piezas que tienen esa
condición son aquellas que partiendo de barras, tienen una forma final de casquillo
o parecido, donde partiendo de una barra se van taladrando, mandrinando,
roscando o escariando la parte interior mecanizada y a la vez se pueden ir
cilindrando, refrentando, ranurando, roscando y cortando con herramientas de
torneado exterior.
La característica principal del torno revólver, es que lleva un carro con una torreta
giratoria de forma hexagonal que ataca frontalmente a la pieza que se quiere
mecanizar, donde se insertan las diferentes herramientas que conforman el
mecanizado de la pieza. Cada una de estas herramientas está controlada con un
tope de final de carrera. También dispone de un carro transversal, donde se
colocan las herramientas de segar, perfilar, ranurar, etc.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
38
Fig. 2-29
El torno revólver es más rápido y preciso que un torno paralelo y especialmente
adecuado para el trabajo en serie.
También se pueden mecanizar piezas de forma individual que se pueden fijar a un
plato de garras de accionamiento hidráulico.
En el torno revólver se utilizan tipos especiales de portaherramientas y otros
accesorios, que de ordinario tienen la parte posterior cilíndrica para ser fijados
convenientemente en la torreta.
2.3.3.4 TORNO VERTICAL
El torno vertical es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas de
gran tamaño, que van sujetas al plato de garras u otros operadores, y que por sus
dimensiones o peso harían difícil su fijación en un torno horizontal.
Los tornos verticales tienen el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobre
un plano horizontal, lo que facilita el montaje de las piezas voluminosas y pesadas.
Es pues el tamaño lo que identifica a estas máquinas, permitiendo el mecanizado
integral de piezas de gran tamaño.
Actualmente la mayoría de tornos verticales que se construyen van guiados por
control numérico por computadora (CNC) y actúan siguiendo las instrucciones de
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39
mecanizado contenidas en un software previamente realizado por un programador
conocedor de la tecnología del torneado.
En los tornos verticales no se pueden mecanizar ejes que vayan fijados entre
puntos, porque carecen de contrapunto, así que solamente se mecanizan aquellas
piezas que van sujetas al aire con un plato de garras adecuado u otros sistemas
de fijación en el plato.
La manipulación de las piezas para fijarlas en el plato se hace mediante grúas de
puente o polipastos
2.3.3.4 TORNO AUTOMÁTICO
Se llama torno automático a un tipo de torno donde está automatizado todo su
proceso de trabajo, incluso la alimentación de la pieza que se puede ir obteniendo
de una barra larga que se inserta por un agujero que tiene el cabezal y se sujeta
mediante pinzas de apriete hidráulico. La alimentación de la barra necesaria para
cada pieza se hace de forma automática.
Estos tornos pueden ser de un solo husillo o de varios husillos:
Los de un solo husillo se emplean básicamente para el mecanizado de piezas
pequeñas que requieran grandes series de producción. Cuando se trata de
mecanizar piezas de dimensiones mayores se utilizan los tornos automáticos
multihusillos donde de forma programada en cada husillo se va realizando una
parte del mecanizado de la pieza, y como van cambiando de posición los husillos,
resulta el mecanizado final de la pieza muy corto, porque todos los husillos están
mecanizando la misma pieza de forma simultánea.
La puesta a punto de estos tornos es muy laboriosa, y por eso se utilizan para
grandes series de producción, el movimiento de todas las herramientas está
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40
automatizado por un sistema de excéntricas que regulan el ciclo y topes de final
de carrera.
El mecanizado de las piezas es al aire, porque estas máquinas carecen de
contrapunto.
Un tipo de torno automático es el conocido como tipo suizo, que son capaces de
mecanizar piezas muy pequeñas con tolerancias muy estrechas.
La atención que requieren estos tornos por parte de los operarios, es sustituir las
herramientas cuando el filo de corte está deteriorado, controlar la evacuación de
viruta así como la refrigeración correcta del aceite de corte o taladrina que se
utilice.
2.3.3.5 TORNO COPIADOR Se llama torno copiador, a un tipo de torno que operando con un dispositivo
hidráulico permite el mecanizado de piezas de acuerdo a las características de la
misma siguiendo el perfil de una plantilla que reproduce el perfil de la pieza.
Este tipo de tornos, se utiliza para el torneado de ejes de acero, que tienen
diferentes escalones de diámetros y que han sido previamente forjados y que
tienen poco material excedente. También son muy utilizados estos tornos en el
trabajo de la madera y del mármol artístico para dar formas a las columnas
embellecedoras.
Los tornos copiadores modernos, están muy sofisticados ya que permiten variar la
velocidad de giro del cabezal así como el avance del carro portaherramientas , al
mismo tiempo algunos copiadores incorporan más de una cuchilla y al poder dar
más de una pasada, les permite realizar las operaciones de desbaste y acabado
sin necesidad de sacar la pieza de la máquina. Todos estos conceptos se
programan en la unidad de control que pueda tener la máquina.
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41
El principio de funcionamiento es que un palpador muy sensible va siguiendo el
contorno de la pieza patrón al avanzar el carro principal y transmite su movimiento
por un mecanismo hidráulico o magnético a un carro que lleva un movimiento
independiente del husillo transversal. Lo mas corriente es que el sistema copiador
no este unido fijamente al torno, sino que constituya un aparato aparte que se
puede poner o no poner en el torno. Igualmente hay en el comercio copiadores
que se pueden adaptar a casi cualquier torno de precisión para convertirlo en
torno copiador.
La preparación para el mecanizado en un torno copiador, es muy sencilla y rápida
y por eso estas máquinas son muy útiles para mecanizar lotes o series de piezas
que no sean muy grandes.
2.3.6 NORMAS DE SEGURIDAD EN EL TORNEADO Cuando se está trabajando en un torno, hay que observar una serie de requisitos
para asegurarse de no tener ningún accidente que pudiese ocasionar cualquier
pieza que fuese despedida del plato o la viruta si no sale bien cortada. Para ello la
mayoría de tornos tienen una pantalla de protección. Pero también de suma
importancia es el prevenir ser atrapado(a) por el movimiento rotacional de la
máquina, por ejemplo por la ropa o por el cabello largo.
1. Utilizar equipo de seguridad como son gafas de seguridad, careta o
goggles.
2. No utilizar ropa holgada o suelta
3. Utilizar ropa de algodón
4. Utilizar zapato de seguridad
5. Mantener el lugar siempre limpio
6. Si se mecanizan piezas pesadas utilizar polipastos adecuadas para cargar
y descargar las piezas de la máquina
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42
2.4 FRESADO
Fresar es arrancar viruta con una herramienta multifilos rotativa, junto con
movimientos contra la pieza de trabajo casi en cualquier dirección.
Con el nombre genérico de fresado se conoce al conjunto de operaciones de
mecanizado que pueden efectuarse en la máquina-herramienta denominada
fresadora.
El fresado permite mecanizar superficies planas, ranuras, engranajes e incluso
superficies curvas o alabeadas. Constituye, junto con el torneado, el grupo de
operaciones mayoritariamente empleadas en el mecanizado. El movimiento
principal en el fresado es de rotación, y lo lleva la herramienta o fresa.
Los movimientos de avance y penetración son generalmente rectilíneos, pudiendo
llevarlos la herramienta o la pieza según el tipo de máquina-herramienta y la
operación realizada.
El motor de accionamiento suministra la potencia requerida para el mecanizado,
cuyo valor puede oscilar desde 1 kW en las máquinas más pequeñas hasta 10 kW
o incluso valores superiores en máquinas de mayor tamaño. Del motor de
accionamiento parte la cadena cinemática de transmisión (correas, engranajes,
ruedas de fricción, etc.) que permite la transmisión de la potencia al cabezal de la
máquina-herramienta donde se genera el movimiento principal de rotación de la
herramienta.
Esta rotación se realiza alrededor del eje principal o husillo de la máquina,
designado como eje Z. El eje X es horizontal y por tanto paralelo a la superficie de
apoyo de la pieza, y el eje Y es perpendicular a los otros dos formando un triedro a
derechas. La fresadora permite un desplazamiento relativo entre pieza y
herramienta paralelo al husillo, además de los desplazamientos contenidos en un
plano perpendicular a dicho husillo.
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43
El fresado es un método eficaz de mecanizado en el cual los filos de corte de la
herramienta quitan una cierta cantidad de material a la pieza. Muy frecuentemente,
el fresado se realiza para generar superficies planas, pero los contorno-fresados
en máquinas CN (Control Numérico) están creciendo rápidamente.
Los centros de mecanizado son grandes usuarios de herramientas para fresar,
pero hay muchas máquinas para fresar de diferentes tipos y tamaños. Las
operaciones de fresado se pueden hacer en una enorme variedad de
componentes y más a menudo en un mismo amarre de la pieza combinar
torneado y fresado con el empleo creciente de los centros de mecanizado
El fresado se ha incrementado y ha encontrado más y más aplicaciones a través
del desarrollo de las máquinas, controles y herramientas de corte
Los métodos convencionales de producción deberían ser siempre revisados.
Actualmente hay formas de mecanizar piezas que son mucho más eficaces y dan
resultados mucho mejores que antes.
En acabado, el rectificado está siendo progresivamente reemplazado por fresado,
mecanizados por Electroerosión y piezas templadas también están empezando a
ser fresadas.
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44
Fig. 2-30
2.4.1 OPERACIONES DE FRESADORA
Las operaciones dependen de cortadores de las fresas pueden trabajar con su
superficie periférica o con su superficie frontal. En el primer caso el trabajo puede
ser en paralelo o en contra dirección, lo anterior se muestra en las ilustraciones.
Con el trabajo en contra dirección la pieza tiende a levantarse, por lo que hay que
fijar fuertemente a la misma con una prensa. Cuando el trabajo es en paralelo la
fresa golpea cada vez que los dientes de la herramienta se entierran en la pieza.
Durante cada revolución los dientes de la las fresas sólo trabajan una parte de la
revolución, el resto del tiempo giran en vacío, lo que baja la temperatura de la
herramienta.
Dentro de los procesos de fresado, y teniendo en cuenta la posición relativa del
eje de la herramienta con respecto a la superficie de la pieza, se pueden distinguir
dos procedimientos o modos de trabajo:
Los procedimientos u operaciones de mecanizado por arranque de viruta son
aquellos en cuales se obtiene una forma determinada eliminando el material
sobrante por corte. Este corte se realiza mediante una herramienta dotada de un
filo.
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45
Fig. 2-31
Fig. 2-32
El material sobrante se elimina en forma de virutas, que según las condiciones de
corte adoptan diferentes formas.
Planeado
Fresado periférico
Acanalado
Planeado Es la operación mas sencilla de fresado. La fresa se mueve en
dirección recta, de tal manera que el plano de la pieza avanza y el eje de rotación
son perpendiculares
Fresado periférico Es la operación mas sencilla el eje de la fresa se encuentra
en un plano paralelo al plano de avance de la fresa. La superficie que se desea
obtener es aquella que se mecaniza con filos laterales de la fresa.
Mediante operaciones de fresado periférico se obtiene toda clase de ranuras
mediante a la fresas de disco. Los canteados de piezas y los contorneados
también son operaciones de fresado periférico.
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46
Fig. 2-34
Acanalado. La fresa se mueve en dirección recta, de tal manera que el plano en
que la pieza avanza y el eje de rotación de la pieza son perpendiculares.
La superficie que se desea obtener es la que se obtiene con las puntas inferiores
del filo de la fresa.
Diferencias entre operaciones en fresadora convencional y de cnc
Las características de una fresadora de control númerico (CNC), permite que
muchas operaciones se realicen de manera distinta a las de una fresadora
convencional, y que además se puedan realizar otras operaciones imposibles en
fresadoras convencionales. Así operaciones con trayectorias especiales solo se
pueden conseguir mediante fresadoras con dispositivos copiadores o dotadas de
CNC.
Fresadora cnc
Las fresadoras CNC pueden combinar todo tipo movimientos en el plano XY, con
lo cual contorneados de cualquier forma se pueden realizar sin dificultad. Formas
lineales en los ejes XY, circulares o cualquier combinación de ambas son posibles
gracias a la programación CNC
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47
Tabla. 1
Fresadora convencional
El contorneado de superficies de cualquier forma se logra combinando trayectorias
de la herramienta en varios ejes. Estas trayectorias son difíciles de conseguir en
fresadoras convencionales e incluso a veces por programación CNC en centros de
mecanizado.
2.4.2 TIPOS DE MAQUINA FRESADORA
Máquina Característica Limitación
Fresadora
horizontal
La fresa se coloca sobre un eje
horizontal, que se ubica en el
husillo principal. Realiza trabajos
de desbaste o acabado en línea
recta, generando listones o
escalones. La herramienta trabaja
con su periferia como se muestra
en los dibujos.
La limitación de esta
máquina es la profundidad a
la que puede trabajar la
máquina, ya que ésta
dependerá de la distancia de
la periferia de la herramienta,
al eje de la máquina.
Fresadora vertical La fresa se coloca en un husillo
vertical, éste al girar produce el
movimiento principal. La
herramienta trabaja con su
periferia y con la parte frontal
como se muestra en los dibujos.
La limitación de esta
máquina es la fuerza
perpendicular a la que se
puede someter la fresa por la
mesa de trabajo, para lograr
el avance.
Fresadora
Universal
Es la combinación de una fresa
horizontal y una vertical. Tiene un
brazo que puede utilizarse para
ubicar fresas en un eje
horizontales y un cabezal que
permite las fresas verticales.
Su limitación es el costo y el
tamaño de las piezas que se
pueden trabajar.
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48
Fig. 2-35
2.4.3 PARTES DE MAQUINA FRESADORA
La fresadora vertical (de torreta) está formada básicamente por los siguientes
elementos: Ver fig. 2-35
1. Base.
2. Columna.
3. Cabezal
4. Carro longitudinal.
5. Carro transversal.
6. Carro vertical/ménsula.
7. Accionadores manuales de carros
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49
2.4.4 MOVIMIENTOS FUNDAMENTALES: MOVIMIENTO DE CORTE
Ejes de la máquina. -Son tres los ejes principales normalizados de los que dispone
una fresadora vertical:
- Eje Z: Eje principal de traslación y que se corresponde con el que
proporciona la potencia de corte. Positivo cuando la distancia entre la
herramienta y la pieza aumenta.
- Eje X: Eje principal de traslación horizontal y perpendicular al eje Z.
- Eje Y: Eje principal de traslación perpendicular al plano ZX.
El movimiento de corte lo realiza la fresa al girar sobre su propio eje.
Velocidad de corte
La velocidad de corte Vc es la velocidad lineal de los filos de corte y es el valor de
importancia y orientado a la herramienta, para la cual se dan las recomendaciones
de datos de corte.
La fórmula de la velocidad de corte es la siguiente:
V: velocidad de corte en m/min D : diámetro de la fresa (herramienta)
n : revoluciones del husillo
:el valor de esta variable es 3.14 y se denomina Pi
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50
Si el material de la pieza no varía, la Vc en el fresado será inferior a la del
torneado debido a que la acción de corte de los dientes de la fresa es intermitente
en lugar de ser continua. También intervienen otros factores como la forma de la
fresa, el tipo de operación, la lubricación, etc., los cuáles hacen que el cálculo de
la Vc sea una tarea compleja.
De la fórmula anterior se deduce esta otra igualdad:
Se llama avance al desplazamiento rectilíneo relativo entre pieza y fresa.
En el fresado podemos distinguir tres tipos de avance:
Avance por vuelta av . Es el desplazamiento longitudinal de la pieza mientras la
herramienta (fresa) gira una vuelta completa. Se mide en milímetros por revolución
(mm/v), representándose por av.
Avance por diente az. Cuando la fresa gira y está avanzando a lo largo de la
pieza, los dientes de la fresa entrarán y saldrán del corte generando virutas. El
avance por diente es la distancia lineal recorrida por la herramienta durante el
corte de un diente. Este es un factor clave en las aplicaciones de las fresas, y es
esencial para hacerlo correctamente. Las recomendaciones de datos de corte
incluyen valores para este avance.
Avance por minuto am. Se llama así al desplazamiento rectilíneo de la pieza en un
minuto. Se expresa en milímetros por minuto (mm/min).
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51
2.5 MATERIA PRIMA PARA LA MANUFACTURA DE LOS COMPONENTES.
2.5.1 ACERO INOXIDABLE
El acero inoxidable es un tipo de acero resistente a la corrosión, dado que el
cromo que contiene posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él
formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro. Sin embargo,
esta película puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro
sea atacado y oxidado por mecanismos ínter granulares o picaduras
generalizadas. Contiene, por definición, un mínimo de 10,5% de cromo. Algunos
tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los
principales son el níquel y el molibdeno. Al igual que la mayoría de los aceros,
vienen regulados en España por la norma UNE 36001 que los clasifica dentro de
la serie F310.
Tipos de aceros inoxidables
Modo de ejemplo cabe citar las siguientes aleaciones de acero inoxidable que se
comercializan:
Acero inoxidable extrasuave: Contiene un 13% de Cr y un 0,15% de C. Se
utiliza en la fabricación de: elementos de máquinas, álabes de turbinas,
válvulas, etc. Tiene una resistencia mecánica de 80 kg/mm2 y una dureza
de 175-205 HB.
Acero inoxidable 16Cr-2Ni: Tiene un porcentaje de 0,20% de C, 16% de Cr
y 2% de Ni. Alcanza una resistencia mecánica de 95 kg/mm2 y un dureza
de 275-300 HB. Se suelda con dificultad, y se utiliza para la construcción de
álabes de turbinas , ejes de bombas,utensilios de cocina, cuchillería, etc.
Acero inoxidable al cromo níquel 18-8 tiene un 0,18 de C, un 18% de Cr y
un 8% de Ni Tiene una resistencia mecánica de 60 kg/mm2 y una dureza
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52
de 175-200Hb, Es un acero inoxidable muy utilizado porque resiste bien el
calor hasta 400ºC. Tiene una gran cantidad de aplicaciones.
Acero inoxidable al Cr- Mn: Tiene un 0,14% de C, un 11% de Cr y un 18%
de Mn. Alcanza una resistencia mecánica de 65 kg/mm2 y una dureza de
175-200HB. Es soldable y resiste bien altas temperaturas. Es amagnético.
Se utiliza en colectores de escape y elementos parecidos.
Mientras la forma original del acero inoxidable (aleación de hierro con
aproximadamente 12% cromo) todavía es muy utilizada, los ingenieros tienen
ahora muchas opciones en cuanto a los diferentes tipos. Entre todos, hay más de
100 tipos diferentes pero están clasificados normalmente en diferentes “familias”
metalúrgicas, tales como austeníticos, ferríticos, martensíticos y dúplex.
La proporción de hierro y cromo puede variar y otros elementos como el níquel,
molibdeno, manganeso y nitrógeno, pueden ser incorporados para ampliar la
gama de posibilidades. Cada tipo de acero inoxidable tiene sus propias
características mecánicas y físicas y será fabricado de acuerdo con la normativa
nacional o internacional establecida.
Usos del acero inoxidable
Los aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercados:
Electrodomésticos: grandes electrodomésticos y pequeños aparatos para el hogar.
Automoción: especialmente tubos de escape.
Construcción: edificios y mobiliario urbano (fachadas y material).
Industria: alimentación, productos químicos y petróleo.
Su resistencia a la corrosión, sus propiedades higiénicas y sus propiedades
estéticas hacen del acero inoxidable un material muy atractivo para satisfacer
diversos tipos de demandas, como lo es la industria médica.
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53
2.5.2 LATON
Latón es una aleación de cobre y zinc. El latón es más duro que el cobre, es dúctil
y puede forjarse en planchas finas. Antiguamente se llamaba latón a cualquier
aleación de cobre, en especial la realizada con estaño. Es posible que el latón de
los tiempos antiguos estuviera hecho con cobre y estaño (véase Bronce). La
aleación actual comenzó a usarse hacia el siglo XVI.
Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se
mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas. Algunos tipos de latón
son maleables únicamente en frío, otros sólo en caliente, y algunos no lo son a
ninguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos
cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión. Véase
metalistería.
Para obtener latón, se mezcla el zinc con el cobre en crisoles o en un horno de
reverbero o de cubilote. Los lingotes se laminan en frío. Las barras o planchas
pueden laminarse en varillas o cortarse en tiras susceptibles de estirarse para
fabricar alambre.
Las aplicaciones de los latones abarcan los campos más diversos, desde el
armamento, pasando por la ornamentación, hasta los tubos de condensador y
terminales eléctricos. Cabe destacar su importancia en la manipulación de
compuestos inflamables, ya que unas de sus propiedades es la dificultad a
producir chispa por impacto mecánico, propiedad atípica en el resto de las
aleaciones.
Antiguamente, nombre dado a la aleación de cobre y zinc, conocida como azófar o
cobre amarillo. En Roma se acuñaron en auricalco los sestercios y dupondios,
mientras los ases se labraban en bronce.
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54
2.5.3 NAYLAMID
Es un plástico de ingeniería del grupo de los nylons diseñado para multiples
aplicaciones que sustituya a los metales suaves en el maquinado de componentes
y refacciones para la industria en general.
Nylamid es un producto que supera en economía a los materiales tradicionalmente
usados en la industria.
Es un producto con características extraordinarias que le permiten operar en las
condiciones más severas de desgaste y abrasión.
Es un producto que cuenta con una excelente resistencia química y mecánica.
Nylamid le ofrece un sin número de ventajas económicas, mecánicas, no
presentan problema de corrosión y es resistente al ataque químico como:
Atmósferas húmedas
Salinas altamente corrosivas
Hidrocarburos alifáticos (gasolina, aceites lubricantes)
Aceites y grasas
Álcalis diluidos y con concentraciones no superior a 30% en frío.
Desde el punto de vista mecánico, Nylamid ofrece
Resistencia al impacto, absorbe cargas que pueden fracturar los dientes de
metal.
Reducción de ruido, las piezas hechas de Nylamid son silenciosas además,
absorbe el ruido producido por las piezas metálicas.
Reducción de peso, Nylamid es de 2 a 8 veces más ligero que los metales.
Resistencia dieléctrica, debido a sus propiedades aislantes, es un material
idóneo para ser aplicado en equipos eléctricos.
Seguridad, no produce chispas y es autoextingible.
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55
Comparado con otros materiales Nylamid presenta:
Más fácil de maquinar que el bronce y el acero
Más resistencia a la fricción que el bronce fosforado
Más resistencia a la corrosión que el bronce y el acero standard
Más resistencia al impacto que el bronce y el teflón.
Más resistencia a la abrasión que el bronce y el acero.
Hay un nylamid para cada aplicación:
Nylamid “XL” Extra lubricado (color verde)
Nylamid “SL” Pre lubricado (color negro) es el que utilizaremos maquinado
Nylamid “M” Mecánico Normal ( color hueso) tambien utilizaremos en maquinado
Nylamid “TS” Tabla de suaje (color ámbar)
Nylamid “6/6” (son producidos por extrusión y se pueden fabricar hasta en largos
de 244 cms., lo hay con carga de bisulfuro de molibdeno)
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56
PROPIEDADES NORMA ASTM UNIDADES Nylamid
"M" Nylamid
"6" Nylamid
"XL" Nylamid
"TS" NYLAMID
"SL"
Densidad D792 gr/cm3 1.14 1.15-1.16 1.14 1.11 1.14
Dureza Shore-D 80-82 82-84 80-85 74-77 80-82
bsorción de Agua en 24
Horas D570 % 0.60 0.8-1.4 0.5-1 0.60
Hasta Saturación % Max 3 6-7 1 3
Temperatura de Servicio D648 Grados C. 100 120 110 100
Resistencia a la tensión D638 kg/cm2 720 840-980 810-914 475 720
Resistencia a la compresión D695 kg/cm2 850 1073 670-810 500 850
Resistencia al aplastamiento kg/cm2 680 858 850 680
Resistencia a la flexión D790 kg/cm2 1200 1050-
1100 770-1270 110 1200
Resistencia a la torsión kg/cm2 530 662 530
Resistencia al Impacto E186 kg/cm2 8.0 5.4 11.8 8.0
Elongación D638 % 15-30 42 40 7 15-30 Módulo de elasticidad D638 kg/cm2 24,000 24600-
31600 21093-28024 275 24000
Coeficiente de Fricción
En Seco : Estatico 0.14-
0.15 0.3-0.4
Dinámico 0.15-0.3 Características de Nylamid Tabla 2
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57
2.6 SOLDADURA
Se le llama soldadura a la unión de dos materiales (generalmente metales o
termoplásticos), usualmente logrado a través de un proceso de fusión en el cual
las piezas son soldadas derritiendo ambas y agregando metal o plástico derretido
para conseguir una "pileta" (punto de soldadura) que, al enfriarse, forma una unión
fuerte.
La energía necesaria para formar la unión entre dos piezas de metal generalmente
proviene de un arco eléctrico, pero la soldadura puede ser lograda mediante rayos
láser, rayos de electrones, procesos de fricción o ultrasonido.
La energía para soldaduras de fusión o termoplásticos generalmente proviene del
contacto directo con una herramienta o un gas caliente.
Normalmente se suelda en ambientes industriales pero también se puede hacerlo
al aire libre, debajo del agua o en el espacio. Es un proceso que debe realizarse
siguiendo normas de seguridad por los riesgos de quemadura, intoxicación con
gases tóxicos y otros riesgos derivados de la luz ultravioleta.
La abertura de electrodos es la distancia que entre los electrodos en una
soldadura recalcada o a tope se mide con las piezas en contacto, pero antes de
comenzar o inmediatamente después de completar el ciclo de soldadura.
Soldadura por puntos de fabricación casera.
A veces es difícil soldar chapas pequeñas, o materiales extraños con la soldadura
al arco, también puede ser difícil soldar con plata o estaño, por eso
ocasionalmente disponer de una soldadura por puntos puede resultar conveniente.
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58
2.6.1 SOLDADURA TIG
La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un
electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en
porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura
del tungsteno (funde a 3410 ºC), acompañada de la protección del gas, la punta
del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más
utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o
mezclas de ambos.
La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de
cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el
resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre el
oxigeno de la atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica
notablemente el soldeo de metales ferrosos y no ferrosos, por no requerir el
empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que
pueden implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la
que permite obtener soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos
y proyecciones; la movilidad del gas que rodea al arco transparente permite al
soldador ver claramente lo que está haciendo en todo momento, lo que repercute
favorablemente en la calidad de la soldadura. El cordón obtenido es por tanto de
un buen acabado superficial, que puede mejorarse con sencillas operaciones de
acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción. Además, la
deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es
menor.
Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas,
con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento
que supone. Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy
especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los
métodos más utilizados sino que se reserva para uniones con necesidades
especiales de acabado superficial y precisión.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
59
Fig. 2-36
2.6.2 SOLDADURA POR ARCO
La idea de la soldadura por arco eléctrico fue propuesta a principios del siglo
XIX por el científico inglés Humphrey Davy pero ya en 1885 dos investigadores
rusos consiguieron soldar con electrodos de carbono.
Cuatro años más tarde fue patentado un proceso de soldadura con varilla
metálica. Sin embargo, este procedimiento no tomó importancia en el ámbito
industrial hasta que el sueco Oskar Kjellberg descubrió, en 1904, el electrodo
recubierto. Su uso masivo comenzó
Para realizar una soldadura por arco eléctrico se induce una diferencia de
potencial entre el electrodo y la pieza a soldar, con lo cual se ioniza el aire entre
ellos y pasa a ser conductor, de modo que se cierra el circuito y se crea el arco
eléctrico. El calor del arco funde parcialmente el material de base y funde el
material de aporte, el cual se deposita y crea el cordón de soldadura.
La soldadura por arco eléctrico es utilizada comúnmente debido a la facilidad de
transportación
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
60
Fig. 2-37
Electrodo: Son varillas metálicas preparadas para servir como polo del
circuito; en su extremo se genera el arco. En algunos casos, sirven también
como material fundente. La varilla metálica a menudo va recubierta de
distintos materiales, en función de la pieza a soldar y del procedimiento
empleado.
Plasma: Está compuesto por electrones que transportan la corriente y que
van del polo negativo al positivo, de iones metálicos que van del polo
positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van ionizando y
estabilizándose conforme pierden o ganan electrones, y de productos de la
fusión tales como vapores que ayudarán a la formación de una atmósfera
protectora. Esta zona alcanza la mayor temperatura del proceso.
Llama: Es la zona que envuelve al plasma y presenta menor temperatura
que éste, formada por átomos que se disocian y recombinan desprendiendo
calor por la combustión del revestimiento del electrodo. Otorga al arco
eléctrico su forma cónica.
Baño de fusión: La acción calorífica del arco provoca la fusión del material,
donde parte de éste se mezcla con el material de aportación del electrodo,
provocando la soldadura de las piezas una vez solidificado.
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61
Cráter: Surco producido por el calentamiento del metal. Su forma y
profundidad vendrán dadas por el poder de penetración del electrodo.
Cordón de soldadura: Está constituido por el metal base y el material de
aportación del electrodo y se pueden diferenciar dos partes: la escoria,
compuesta por impurezas que son segregadas durante la solidificación y
que posteriormente son eliminadas, y el sobre espesor, formado por la
parte útil del material de aportación y parte del metal base, que es lo que
compone la soldadura en sí.
La característica más importante de la soldadura con electrodos revestidos, en
inglés Shield Metal Arc Welding (SMAW) o Manual Metal Arc Welding (MMAW), es
que el arco eléctrico se produce entre la pieza y un electrodo metálico recubierto.
El recubrimiento protege el interior del electrodo hasta el momento de la fusión.
Con el calor del arco, el extremo del electrodo funde y se quema el recubrimiento,
de modo que se obtiene la atmósfera adecuada para que se produzca la
transferencia de metal fundido desde el núcleo del electrodo hasta el baño de
fusión en el material base.
Estas gotas de metal fundido caen recubiertas de escoria fundida procedente de la
fusión del recubrimiento del arco. La escoria flota en la superficie y forma, por
encima del cordón de soldadura, una capa protectora del metal fundido.
Como son los propios electrodos los que aportan el flujo de metal fundido, será
necesario reponerlos cuando se desgasten. Los electrodos están compuestos de
dos piezas: el alma y el revestimiento.
El alma o varilla es alambre (de diámetro original 5.5 mm) que se comercializa en
rollos continuos. Tras obtener el material, el fabricante lo decapa mecánicamente
(a fin de eliminar el óxido y aumentar la pureza) y posteriormente lo trefila para
reducir su diámetro.
El revestimiento se produce mediante la combinación de una gran variedad de
elementos (minerales varios, celulosa, mármol, aleaciones, etc.)
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62
convenientemente seleccionados y probados por los fabricantes, que mantienen el
proceso, cantidades y dosificaciones en riguroso secreto.
La composición y clasificación de cada tipo de electrodo está regulada por AWS
(American Welding Society), organismo de referencia mundial en el ámbito de la
soldadura.
Este tipo de soldaduras pueden ser efectuados bajo corriente tanto continua como
alterna. En corriente continua el arco es más estable y fácil de encender y las
salpicaduras son poco frecuentes; en cambio, el método es poco eficaz con
soldaduras de piezas gruesas. La corriente alterna posibilita el uso de electrodos
de mayor diámetro, con lo que el rendimiento a mayor escala también aumenta.
En cualquier caso, las intensidades de corriente oscilan entre 10 y 500 amperios.
El factor principal que hace de este proceso de soldadura un método tan útil es su
simplicidad y, por tanto, su bajo precio. A pesar de la gran variedad de procesos
de soldadura disponibles, la soldadura con electrodo revestido no ha sido
desplazada del mercado. La sencillez hace de ella un procedimiento práctico; todo
lo que necesita un soldador para trabajar es una fuente de alimentación, cables,
un portaelectrodo y electrodos. El soldador no tiene que estar junto a la fuente y
no hay necesidad de utilizar gases comprimidos como protección. El
procedimiento es excelente para trabajos, reparación, fabricación y construcción.
Además, la soldadura SMAW es muy versátil. Su campo de aplicaciones es
enorme: casi todos los trabajos de pequeña y mediana soldadura de taller se
efectúan con electrodo revestido; se puede soldar metal de casi cualquier espesor
y se pueden hacer uniones de cualquier tipo.
Sin embargo, el procedimiento de soldadura con electrodo revestido no se presta
para su automatización o semiautomatización; su aplicación es esencialmente
manual. La longitud de los electrodos es relativamente corta: de 230 a 700 mm.
Por tanto, es un proceso principalmente para soldadura a pequeña escala. El
soldador tiene que interrumpir el trabajo a intervalos regulares para cambiar el
electrodo y debe limpiar el punto de inicio antes de empezar a usar electrodo
nuevo. Sin embargo, aun con todo este tiempo muerto y de preparación, un
soldador eficiente puede ser muy productivo.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
63
El objetivo fundamental en cualquier operación de soldadura es el de conseguir
una junta con la misma característica del metal base. Este resultado sólo puede
obtenerse si el baño de fusión está completamente aislado de la atmósfera
durante toda la operación de soldeo. De no ser así, tanto el oxígeno como el
nitrógeno del aire serán absorbidos por el metal en estado de fusión y la soldadura
quedará porosa y frágil. En este tipo de soldadura se utiliza como medio de
protección un chorro de gas que impide la contaminación de la junta. Tanto este
como el siguiente proceso de soldeo tienen en común la protección del electrodo
por medio de dicho gas. La soldadura por electrodo no consumible, también
llamada TIG (siglas de Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un
electrodo permanente que normalmente, como indica el nombre, es de tungsteno.
Este método de soldadura se patentó en 1920 pero no se empezó a utilizar de
manera generalizada hasta 1940, dado su coste y complejidad técnica.
A diferencia que en las soldaduras de electrodo consumible, en este caso el metal
que formará el cordón de soldadura debe ser añadido externamente, a no ser que
las piezas a soldar sean específicamente delgadas y no sea necesario. El metal
de aportación debe ser de la misma composición o similar que el metal base;
incluso, en algunos casos, puede utilizarse satisfactoriamente como material de
aportación una tira obtenida de las propias chapas a soldar.
La inyección del gas a la zona de soldeo se consigue mediante una canalización
que llega directamente a la punta del electrodo, rodeándolo. Dada la elevada
resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 ºC), acompañada de la
protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso
prolongado. Es conveniente, eso sí, repasar la terminación en punta, ya que una
geometría poco adecuada perjudicaría en gran medida la calidad del soldado.
Respecto al gas, los más utilizados son el argón, el helio, y mezclas de ambos. El
helio, gas noble (inerte, de ahí el nombre de soldadura por gas inerte) es más
usado en los Estados Unidos, dado que allí se obtiene de forma económica en
yacimientos de gas natural. Este gas deja un cordón de soldadura más achatado y
menos profundo que el argón. Este último, más utilizado en Europa por su bajo
precio en comparación con el helio, deja un cordón más triangular y que se infiltra
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64
en la soldadura. Una mezcla de ambos gases proporcionará un cordón de
soldadura con características intermedias entre los dos.
La soldadura TIG se trabaja con corrientes continua y alterna. En corriente
continua y polaridad directa, las intensidades de corriente son del orden de 50 a
500 amperios. Con esta polarización se consigue mayor penetración y un aumento
en la duración del electrodo. Con polarización inversa, el baño de fusión es mayor
pero hay menor penetración; las intensidades oscilan entre 5 y 60 A. La corriente
alterna combina las ventajas de las dos anteriores, pero en contra da un arco poco
estable y difícil de cebar.
La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de
cordones más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el
resto de procedimientos, ya que el gas protector impide el contacto entre la
atmósfera y el baño de fusión. Además, dicho gas simplifica notablemente el
soldeo de metales no ferrosos, por no requerir el empleo de desoxidantes, con las
deformaciones o inclusiones de escoria que pueden implicar. Otra ventaja de la
soldadura por arco con protección gaseosa es la que permite obtener soldaduras
limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del
gas que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está
haciendo en todo momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la
soldadura. El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que
puede mejorarse con sencillas operaciones de acabado, lo que incide
favorablemente en los costes de producción. Además, la deformación que se
produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor.
Como inconvenientes está la necesidad de proporcionar un flujo continuo de gas,
con la subsiguiente instalación de tuberías, bombonas, etc., y el encarecimiento
que supone. Además, este método de soldadura requiere una mano de obra muy
especializada, lo que también aumenta los costes. Por tanto, no es uno de los
métodos más utilizados sino que se reserva para uniones con necesidades
especiales de acabado superficial y precisión.
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65
Fig. 2-38
2.6.3 MICROALAMBRE (MIG)
La soldadura MIG es un proceso que emplea un micro alambre (electrodo)
alimentado de manera continua. Entre el electrodo y la pieza a soldar, se
establece un arco eléctrico y forma un charco de metal fundido que al enfriarse se
solidifica y permite la unión del metal.
El suministro del micro electrodo se hace a través de una antorcha y de manera
constante por medio de un sistema electromecánico de alimentación. A diferencia
del proceso de electrodo revestido (SMAW), este método no requiere del
reemplazo constante de los electrodos.
La soldadura se protege por medio de una atmósfera de gas, que cubre el charco
de la soldadura fundida y que se alimenta también por medio de la misma
antorcha; el proceso MIG permite hacer soldaduras con un mínimo de
salpicaduras, proporciona mejor control de la aplicación y produce soldadura
limpia y libre de escoria. Semejante a este proceso, está el Electrodo Tubular con
Núcleo de Fundente (FCAW) que usa un electrodo con un núcleo central con
fundente de protección, y que puede evitar el uso de la atmósfera del gas de
protección. Ambos procesos de soldadura MIG y FCAW, son rápidos en su
aplicación y además el nivel de experiencia al soldar puede ser moderado si fuese
requerido..
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
66
Ventajas específicas de la soldadura MIG.Puesto que no hay escoria y las
proyecciones suelen ser escasas, se simplifican las operaciones de limpieza, lo
que reduce notablemente el costo total de la operación de la soldadura. En
algunos casos, la limpieza del cordón resulta más cara que la propia operación de
soldeo, por lo que la reducción de tiempo de limpieza supone la sensible
disminución de los costos.
Fácil especialización de la mano de obra. En general, un soldador especializado
en otros procedimientos, puede adquirir fácilmente la técnica de la soldadura MIG
en cuestión de horas. En procedimientos, puede adquirir fácilmente la técnica de
la soldadura MIG en cuestión e horas. En resumidas cuentas todo lo que tiene que
hacer el soldador se reduce a vigilar la posición de la pistola, mantener la
velocidad de avance adecuada y comprobar la alimentación de alambre se verifica
correctamente.
Gran velocidad de soldadura, especialmente si se compara con el soldeo por arco
con electrodos revestidos. Puesto que la aportación se realiza mediante un hilo
continúo, no es necesario interrumpir la soldadura para cambiar electrodo. Esto no
solo supone una mejora en la productividad, sino también disminuye el riesgo de
defectos. Hay que tener en cuenta las interrupciones, y los correspondientes
empalmes, son con frecuencia, origen de defectos tales como inclusiones de
escoria, falta de fusión o fisuras en el cráter.
La gran velocidad del procedimiento MIG también influye favorablemente en el
aspecto metalúrgico de la soldadura. Al aumentar la velocidad de avance,
disminuye la amplitud de la zona afectada de calor, hay menos tendencia de
aumento del tamaño del grano, se aminoran las transformaciones de estructura en
el metal base y se reducen considerablemente las deformaciones.
El desarrollo de la técnica de transporte por arco corto permite la soldadura de
espesores finos, casi con tanta facilidad como por el procedimiento TIG.
Las buenas características de penetración del procedimiento MIG permiten la
preparación con bordes más cerrados, con el consiguiente ahorro de material de
aportación, tiempo de soldadura y deformación.
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67
CAPÍTULO 3. MODELADO DE COMPONENTES DE LA MÁQUINA DE TORSIÓN.
3.1 MODELADO DE GUÍA DEL REDUCTOR.
El modelado de los componentes de la maquina de torsión fue llevado acabo en el
software Mechanical Desktop versión 6. El cual nos permite realizar tareas en 2D
y 3D de diseño, análisis y fabricación necesarias para la producción, de forma
rápida y económica.
FIG. 3.1 Guía de reductor
Iniciamos creando un bosquejo de la pieza que deseamos modelar con el
siguiente icono el cual tiene la función de crear líneas, quedando nuestro
bosquejo de la siguiente manera.
El siguiente paso es convertir nuestro dibujo en un perfil con el icono ., para
posteriormente dimensionar nuestra pieza con el icono , quedando de la
siguiente manera.
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68
Fig. 3-2
Fig. 3-3
Una vez dimensionado el perfil continuamos con la extrusión del mismo
señalando el siguiente icono , a continuación es mostrada una tabla en la
cual ingresamos los datos de la extrusión siendo en este caso el espesor de
nuestra pieza la distancia ingresamos el valor de 33.9 mm.
Realizada la operación anterior nuestra pieza tiene la siguiente apariencia,
observando que aun se encuentran faltantes las cavidades que contendrán las
cabezas de los tornillos además del orificio donde se alojara una flecha.
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69
Fig. 3-4
Fig. 3-5
Ahora modelaremos las cavidades que almacenan las cabezas de los tornillos
que soportan la guía del reductor al soporte principal, cambiando de plano con
el icono y señalando la cara que será nuestro siguiente plano de trabajo.
Una vez cambiado el plano de trabajo modelamos las cavidades con el icono
que nos permite realizar líneas así como segmentos de circunferencia para
después dimensionar el perfil con el icono con el cual podemos
dimensionar verticalmente, horizontalmente y angularmente quedando de la
siguiente forma.
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70
Fig. 3-6
Fig. 3-7
Fig. 3-8
Para el siguiente contenedor copiamos el perfil que fue realizado para el primer
contenedor puesto que ambos poseen las mismas dimensiones.
Es importante posicionar la copia del perfil por lo cual utilizamos el siguiente
icono , obteniendo los dos perfiles que contendrán la cabeza de los tonillos.
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71
Fig. 3-9
Fig. 3-10
Ya creados los perfiles los cortaremos a la pieza que tenemos como base
presionando el siguiente icono , aparece una pantalla la cual nos pide la
operación, la distancia, el ángulo de corte y la terminación del corte, en nuestro
caso, la operación es cortar a una distancia de 7 mm con un ángulo de corte
igual a 0.
Para crear los barrenos que servirán para introducir los tornillos que unirán el
soporte principal a la guía del reductor, creamos dos círculos como a
continuación es mostrado..
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72
Fig. 3-11
Fig. 3-12
Hechos perfil los dos círculos ya creados proseguimos con posicionar ambos
círculos como a continuación es mostrado.
Para continuar con nuestra pieza es necesario cambiar de plano de trabajo con el
siguiente icono como fue mostrado previamente.
Ahora creamos el rectángulo que será substraído de la pieza que hemos creado
de la siguiente manera.
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73
Fig. 3-13
Fig. 3-14
Con el rectángulo hecho perfil ahora dimensionamos y posicionamos.
Una vez posicionado cortaremos el rectángulo de nuestra pieza de la siguiente
manera. Ingresando la operación a efectuar la cual es cortar, la distancia a
cortar con 3 mm y no necesitamos ángulo de corte por lo cual la tabla queda
como se muestra.
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74
Fig. 3-15
Fig. 3-16
Obteniendo la siguiente pieza.
Como se observa aun se encuentra faltante el orificio por donde pasará la
flecha por lo cual continuaremos con nuestra pieza creando un circulo con un
valor de 19.595 mm de diámetro.
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Fig. 3-17
Fig. 3-18
Posicionamos el barreno el cual se encuentra a 19 mm de su centro a la parte
superior de nuestra pieza y esta a 12.7 mm de la parte izquierda de nuestra
pieza.
.
Al llevar acabo la operación de corte es necesario ingresar los siguientes
datos: la operación a efectuar es cortar, no tenemos ángulo de corte y el corte
va pasado es decir atraviesa de extremo a extremo nuestra pieza.
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Fig. 3-19
Fig. 3-20
Obteniendo así nuestra pieza final que se muestra a continuación.
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Fig. 3-21
Fig. 3-22
3.2 MODELADO DE 4 INJERTOS PORTA NIVELADORES Para modelar los 4 injertos iniciamos creando un rectángulo con el siguiente
icono , que nos permite crear rectángulos a través de dos puntos,
posteriormente lo hacemos perfil con el icono, por ultimo dimensionamos con el
icono obteniendo lo siguiente.
Una vez dimensionado daremos el espesor a nuestro bloque con la siguiente
función , la cual hace aparecer la pantalla en la cual ingresamos la distancia
de extrusión de 22.13mm, con un ángulo de 0.
Al efectuar la operación anterior tenemos ya dimensionado el injerto pero aún
es necesario barrenar, el icono nos permite barrenar, al presionar el icono
aparece la siguiente pantalla.
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78
Fig. 3-23
Fig. 3-24
Fig. 3-25
Ingresamos el diámetro de nuestro barreno 9.525mm, la profundidad de 30 mm
y el sistema en el cual trabajamos en este caso sistema métrico. Especificamos
que nuestro barreno tiene una cuerda de 7.938 mm.
El modelado ha sido terminado, puesto que los cuatro injertos tienen la misma
dimensionar no es indispensable modelar los cuatro.
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Fig. 3-26
Fig. 3-27
Fig. 3-28
3.3 MODELADO DE VOLANTE REDUCTOR Comenzamos creando un círculo con un diámetro de 130 mm.
Extruimos el círculo dándole un espesor de 25 mm, como se muestra.
Creamos nuevamente un circulo con un diámetro de 80 mm y posicionándolo al
origen del circulo que fue hecho previamente.
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Fig. 3-29
Fig. 3-30
Ahora extraemos el círculo menor del mayor de la siguiente manera, indicando
que la operación a realizar es un corte que va pasado, de extremo a extremo.
Para crear las cavidades sonde va sujetado a presión el soporte de volante del
reductor, creamos dos rectángulos haciéndolos perfiles y posicionándolos como se
muestra.
El siguiente paso es cortar ambos rectángulos a una distancia de 7 mm con la
siguiente función de extrusión.
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Fig. 3-31
Fig. 3-32
Para concluir con el volante reductor es necesario cambiar de plano de trabajo
para crear los barrenos por donde pasara el tornillo que lo sujetará con el
soporte del volante reductor.
Para crear los barrenos es necesario entrar a la siguiente pantalla en la cual es
necesario ingresar la profundidad, el diámetro del cortador y el tamaño de la
cuerda.
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Fig. 3-33
Fig. 3-34
El modelado del volante reductor ha sido concluido quedando como a
continuación se muestra
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83
Fig. 3-35
Fig. 3-36
3.4 MODELADO DE FLECHA CALIBRADA
Comenzaremos por crear un primer circulo el cual tiene un diámetro de 12.7
mm. En la barra de herramientas seleccionamos el icono siguiente y
escribimos el diámetro correspondiente.
Ahora tenemos un circulo con 12.7 mm de diámetro, con el icono el circulo
ahora es un perfil al cual le asignaremos dimensión, una vez hecho
presionamos el botón para extruír el circulo 77 mm, obteniendo la primer
parte de nuestra flecha.
Para continuar fue necesario cambiar de plano de trabajo, presionando el
botón ..
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Fig. 3-37
Fig. 3-38
Fig. 3-39
Dibujamos un círculo con un diámetro de 10 mm, una vez hecho perfil
extruimos 168 mm, especificando que se hará una unión con la primera
sección de la flecha.
Para crear la siguiente sección de la flecha calibrada es necesario cambiar
nuevamente de plano de trabajo, señalando la cara del extremo mas delgado
de la flecha.
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Fig. 3-41
Fig. 3-40
Ahora dibujamos un circulo con un diámetro de 12.7 mm de diámetro para
después extruirlo 100 mm de distancia especificando que será unido a la
sección ya hecha.
El siguiente paso es cambiar nuevamente de plano de trabajo para crear un
hexágono en el cual entrara un dado de 5.55 mm de radio, finalmente
Extruimos 12 mm.
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Fig. 3-42
Fig. 3-43
A continuación se presenta la flecha calibrada, pero aún es necesario crear
una placa en la cual pasara la flecha.
Para la placa es necesario dibujar un cuadrado de 28 mm, el cual se extruyo 3
mm los cuales hacen referencia al espesor de la placa, a su vez fueron
creados 2 barrenos el primero de 12.7 mm de diámetro y el segundo de
4.7625mm de diámetro.
Por último fueron ensambladas la flecha calibrada como la placa, como a
continuación se muestra.
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Fig. 3-44
3.5 MODELADO DEL TORNILLO SIN FIN Iniciamos creando un bosquejo del tornillo sin fin que deseamos modelar con el
siguiente icono el cual tiene la función de crear circulo, las coordenadas para
después poder hacer el espiral debe ser 0,0, con un diámetro de 21.1 quedando
nuestro bosquejo.
El siguiente paso es convertir nuestro dibujo en un perfil con el icono ., para
posteriormente dimensionar nuestra pieza con el icono , y se extruye
señalando el siguiente icono ,a 52 mm.
El siguiente paso para realizar es espiral lo siguiente que te pide es que
selecciones como quieres la línea se escoge helical, después se selecciona el eje
de donde va a realizar el elipse y te pide los datos del paso, numero de
revoluciones y el diámetro.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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Fig. 3-45
Fig. 3-46
Realizada la operación anterior nuestra elipse tiene la siguiente apariencia
El siguiente operación es hacer el perfil de la cuerda y moverlo al principio de la
elipse y con la inclinación correcta para después presionar el siguiente icono
sweep sobre el espiral.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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Fig. 3-47
Fig. 3-48
Fig. 3-49
Los resultados de esta operación son los siguientes
Los siguiente es realización de los cilindros en ambas caras el proceso se hace
uno por uno solo se explica un paso lo siguiente es repetición de estos mismos
pasos.
Es presionar el siguiente icono es para posicionarte en el plano de trabajo en la
cara frontal, se realiza un circulo en el centro de la cara con relación de posición
concéntrico al diámetro con un diámetro de 12.7 mm lo siguiente es hacerlo perfil y
hacer una extrusión de 10 mm.
Los resultados de todas las extrusiones es la siguiente figura.
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Fig. 3-50
Fig. 3-51
Lo siguiente es realiza un barreno un hole en la cara frontal lo primero que se
realiza es posicionar el plano en la cara frontal y presionar y concentrico como
lo muestra la figura siguiente.
Obteniendo así nuestra pieza final que se muestra a continuación.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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Fig. 3-52
3.6 MODELADO DEL SOPORTE VOLANTE REDUCTOR
Empezamos dibujando el perfil de la pieza que deseamos modelar con el
siguiente icono el cual tiene la función de crear líneas, quedando nuestro
bosquejo de la siguiente manera.
El siguiente paso es convertir nuestro dibujo en un perfil con el icono ., para
posteriormente dimensionar nuestra pieza con el icono , quedando de la
siguiente manera.
Una vez dimensionado el perfil continuamos con la extrusión del mismo
señalando el siguiente icono , a continuación es mostrada una tabla en la
cual ingresamos los datos de la extrusión siendo en este caso el espesor de
nuestra pieza la distancia ingresamos el valor de 25.4 mm.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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Fig. 3-53
Fig. 3-54
Realizada la operación anterior lo siguiente es hacer 2 barrenos con el hole
presionamos y pide en que plano se quiere trabajar los ejes de referencia
que se utilizan para posicionar los barrenos, la profundidad en este caso es
pasada y el diámetro del barreno.
Lo siguiente es hacer un filete de 2.5 con el presionándolo lo siguiente que
te pide es el radio y donde lo quieres realizar el resultado es la siguiente figura.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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Fig. 3-55
Fig. 3-56
Fig. 3-57
Lo siguiente es hacer una operación booleana lo que se debe de hacer es
hacer el circulo y un cuadrado alrededor del circulo seleccionamos los dos y los
hacemos perfil al hacer esto podremos hacer un corte en la parte exterior al
circulo la parte roja del cuadrado es lo que se corto al extruir 15 mm.
A continuación es realizar otro hole en centro del cilindro con un diámetro de
12.7 mm con una profundidad de 19 mm.
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Fig. 3-58
Fig. 3-59
Por ultimo lo que queda por realizar es un barreno en la cara frontal con un
circulo diámetro de 3/16 plg se hace perfil y se realiza una extrusion con una
profundidad de 15 mm.
Esto es todo el resultado del modelado de la pieza es el siguiente
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95
Fig. 4-1
CAPÍTULO 4. MANUFACTURA DE COMPONENTES DE LA MÁQUINA DE
TORSIÓN.
4.1 MANUFACTURA DE LA GUÍA DE REDUCTOR La mayor parte del proceso de manufactura de la guía del reductor fue llevada
acabo mayormente en el centro de maquinado CNC.
Material: Material de pieza Naylamid negro
Fresa dimensión ¾ plg.
Broca ¼ plg.
Prensa Mordaza de sujeción
Conos de sujeción de corte
Se realiza el modelo en Mechanical Desktop y se exporta a mastercam y se hace
la selección de la herramienta de corte y se da una verificación del proceso en el
simulador del mastercam, para pasarlo después a los comandos y trayectorias que
se van a realizar en el CNC.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
96
Fig. 4-2
Fig. 4-3
Se nivela a escuadra la prensa con el palpador de carátula.
Se colocan las 2 herramientas que utilizaremos en el carro de las dimensiones
especificadas en el programa C.N.C.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
97
Fig. 4-4
Fig. 4-5
Se rectifica para tomar esa cara como referencia para poder correr el programa.
A continuación se toma una esquina como referencia para empezar a trabajar el
programa
Se empieza hacer un acanalado central en donde va sujeta la barra de soporte.
Los barrenos y la otra parte del acanalado se trabajan en la fresadora.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
98
Fig. 4-6
Se hace un barreno pasado con la broca de ¾ plg.
A continuación se hace la otra parte del acanalado con una profundidad 3 mm
terminando así con el proceso de manufactura de esta pieza
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99
Fig. 4-7
Fig. 4-8
4.2 MANUFACTURA DE 4 INJERTOS PORTANIVELADORES
El proceso de manufactura fue llevado acabo en la fresadora.
Material: Material de pieza Naylamid blanco
Fresa dimensión ¼ plg.
Broca ¼ plg.
Prensa Mordaza de sujeción
Cono de sujeción de corte ¼ plg.
Se desbasta la pieza en intervalos de 2 mm por cada pasada hasta las
dimensiones deseadas A continuación se repite el proceso para realizar las 4
piezas que se necesitan.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
100
Fig. 4-9
Fig. 4-10
Se insertan en barra porta niveladores para después barrenar con la broca
de ¼ plg. pasado .
Se hace la cuerda con un machuelo.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
101
Fig. 4-11
4.3 MANUFACTURA DE FLECHA CALIBRADA Procedimiento de manufactura
Se trabaja en el torno
Material de pieza barra de acero inoxidable
Mandril de 3 mordazas
Buril de punta redondeada
Buril de desbaste
El espesor de la barra es de ½ plg.
Broca de centros
Contrapunto
Se corta el material con longitud de 36 cm.
A continuación se realiza un barreno con la broca de centros para poder sujetar la
pieza en el carro porta herramientas con el contrapunto montado.
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102
Fig. 4-12
Fig. 4-13
Se hace el cilindrado con el buril de desbaste con un desbaste de 1.5 mm por
pasada hasta que tengamos la dimensión deseada que es de 10 mm.
Se cambia el buril por el de punta redondeada para hacer el chaflán de 5 mm. en
ambos extremos del cilindrado que se realizo.
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103
Fig. 4-14
Procedimiento de manufactura
Trabajando el la fresadora
Material de pieza barra de acero inoxidable
Cabezal divisor
El espesor de la barra es de ½ plg.
Fresa dimensión ¼ plg.
Cono de ¼ plg.
A continuación se realiza el hexágono se monta en el cabezal divisor se hace
maquinado de desbaste se gira el 60º para que vuelva a cortar asi sucesivamente
un proceso de 5 repeticiones para el producto final sea el cabezal tipo hexágono
con una profundidad de 12 mm. de profundidad. Y un diámetro de 7/16 plg.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
104
Fig. 4-15
Fig. 4-16
Se hace una prueba con el dado.
A continuación se procede a cortar una pieza de acero inoxidable de 28x28 mm.
con un espesor de 3 mm. Se corta con segueta y se rectifica en la fresadora para
después realizar un barreno en el centro de la pieza con una broca de ½ plg.y el
otro barreno con una broca de 3/16 plg.
El siguiente paso es insertar la placa en la flecha a 10 mm de distancia de la parte
contraria a donde se realizo el hexágono.
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105
Fig. 4-17
A continuación se realiza el la soldadura a base de la maquina para soldar (T.I.G.)
se hacen todos los preparativos para soldar como son conectarla, ver el ajuste de
corriente el tipo de polaridad, el diámetro del tungsteno, abrir las válvulas del gas y
preparar el material de aporte Y empezar a soldar con unos puntos para sujetar la
placa, para después realizar el cordón.
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106
Fig. 4-18
4.4 MANUFACTURA DE VOLANTE REDUCTOR Procedimiento de manufactura
En el torno
Material de pieza Naylamid negro
Mandril de 3 mordazas
Buril de desbaste
Se corta el material con un espesor aproximado de 1 plg.
Se hace un refrendado en la cara frontal para dejar un espesor de 1 plg.
Y se hace un chaflán con el carro porta herramienta con un Angulo de inclinación
de 45º en la parte exterior y interior.
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Fig. 4-19
Procedimiento de manufactura
Se trabaja en el CNC
Material de pieza Naylamid negro
Fresa dimensión ¼ plg.
Broca 3/16 .plg.
Prensa Mordaza de sujeción
Cono de sujeción de corte ¼ plg.
Se realiza el modelo en Mechanical Desktop y se exporta a mastercam y se
hace la selección de la herramienta de corte y la broca se da una verificación
del proceso en el simulador del mastercam, para posprocesado para poder
correr el programa en el centro de maquinado.
Se ajustan los ejes de referencia según el dibujo que se utilizo en mastercam
y se cargan los datos que se exportaron de este. se coloca la herramienta que
se mencionaron anteriormente.
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Fig. 4-20
A continuación es hacer el proceso de acanalado de las 2 cajas.
El siguiente paso es hacer los barrenos
Y como apariencia estética el nombre de ESIME
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109
4.5 MANUFACTURA DEL SOPORTE DEL VOLANTE
Procedimiento de manufactura
Se trabaja en el CNC
Material de pieza aluminio
Fresa dimensión ½ plg.
Broca 3/16 plg.
Broca de ½ plg.
Prensa Mordaza de sujeción
Conos de sujeción de corte
Se corta el material con dimensiones excedidas para un mejor sujeción con la
prensa.
Se realiza el modelo en Mechanical Desktop y se exporta a mastercam y se hace
la selección de la herramienta de corte y se da una verificación del proceso en el
simulador del mastercam, para procesarlo al interfase que utiliza el centro de
maquinado para después cargarlo el programa.
Se nivela a escuadra la prensa con el palpador de carátula
Se colocan las 2 herramientas que utilizaremos en el carro de las dimensiones
especificadas en el programa CNC.
Se hace el desbaste en las puntas para el acabado redondo.
A continuación con la fresa de ¼ hace las cajas con intervalos de profundidad de
3 mm.
A continuación el trabajo que se realiza según la trayectoria que se le configuro en
mastercam es hacer el cilindro con pasadas de 3mm.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
110
Fig. 4-21
Fig. 4-22
La siguiente instrucción fue la hacer el barreno del centro del cilindro con la
profundidad de 19 mm. para después hacer los 2 barrenos de 3/16 de diámetro
con una profundidad 8 mm.
Después se desmonto la pieza de la prensa para cambiar de posición y hacer el
barreno de 3/16 que esta en la cara frontal y el siguiente paso hacer la cuerda.
SEMINARIO DE TITULACIÓN MODELADO, DISEÑO, CONTROL Y MANUFACTURA DE ELEMENTOS MECANICOS
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Fig. 4-23
4.6 MANUFACTURA DEL TORNILLO SIN FIN
Procedimiento de manufactura tornillo sin fin
Se trabaja en el torno
Material de pieza latón
Chock de 4 mordazas independientes
Chock de 3 mordazas dependientes
Buril afilado de acuerdo geometría del diente
Buril de desbaste
Broca de centros
Contrapunto
Broca de centros
Se corta el material con longitud excedente es una barra de latón de 1 plg.
Con excedencia en la dimensión para poder sujetar la barra.
A continuación se empieza hacer el cilindrado de la barra hasta llegar al diámetro
mayor que es de 21.1 mm.
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112
Fig. 4-24
Fig. 4-25
El siguiente proceso es realizar las espigas del diámetro de ½ plg
A continuación se maquina la cuerda sin fin ya afilado el buril a la geometría del
diente del engrane corona a 4 hilos por pulgada con un Angulo de 40º con una
profundidad de 3.85 mm. Con una cresta de 1.9 mm.
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Fig. 4-26
Fig. 4-27
Lo siguiente que se realiza son las gargantas para el alojamiento de las
chumaceras
A continuación se barrena en una de las puntas para el alojamiento del dial de 9 y
se hace una cuerda con el machuelo.
El proceso de fabricación del tornillo sin fin a concluido.
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Fig. 4-1
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS NÚMERICO
5.1 ANÁLISIS NÚMERICO DE LA FLECHA CALIBRADA.
Ahora comenzaremos con el análisis numérico de nuestra flecha calibrada ahora
que se encuentra modelada en Mechanical Desktop, es necesario salvar el
archivo con extensión .igs, para después ser importado a una herramienta de
ANSYS llamada workbench la cual es una interfase entre ANSYS y programas de
modelado.
Fig. 5-1.Flecha calibrada en la interfase workbench
Ahora que la flecha calibrada se encuentra en la interfase, salvamos el archivo
con extensión .anf con el objetivo de poder abrir el archivo en ANSYS.
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Fig. 5-2
Fig. 5.3
Continuamos con el mallado de nuestro componente, definiendo el tipo de
elemento, en este caso particular el elemento es un solidó tetraedro 187.
El siguiente paso es definir las características del material.
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Fig. 5.4
Fig. 5.5
El material es isotropito es decir que tiene las mismas propiedades elásticas en
todas las direcciones en cada punto del cuerpo. No todos los materiales son
isótopos. Si un material no tiene ninguna clase de simetría elástica se llama
anisótropo o, a veces, aeolotropico.
El material del que está hecho la flecha calibrada es acero inoxidable, cuyas
propiedades necesarias son las siguientes.
Modulo de elasticidad: 8300 Kg/mm2
Relación de Poisson: 0.38
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Fig. 5.6
Para mallar en la barra de herramientas oprimimos el menú Meshing al hacerlo se
despliega varias opciones de las cuales escogemos Mesh Tool, mostrándose la
siguiente pantalla.
En el área donde aparece medidas de control presionamos el botón global,
apareciendo la pantalla tamaño de elementos global, en la cual indicamos el
tamaño de la longitud del elemento de la malla, en este caso es 2, debido a
que nuestro ángulo menor tiene un radio de 2.5 mm.
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Fig. 5.7
Fig. 5.8
A continuación se muestra la flecha mallada.
Para continuar definimos las cargas a las cuales esta sometida nuestra flecha
calibrada. Comenzaremos definiendo que nuestra flecha se encuentra empotrada
a 10 mm del extremo izquierdo, así como se encuentra simplemente apoyada en
dos secciones de la misma.
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Fig. 5.9
Para calcular el momento el cual soporta la flecha calibrada tenemos lo siguiente:
Carga máxima= 3 Kg
Longitud a la cual está aplicada la carga= 50 cm
Momento= 3Kg X 0.5 m=1.50 Kg m =1500 Kg mm
Por ultimo resolvemos nuestro análisis especificando que es una solución nodal
así como un análisis de esfuerzos bajo la consideración de Von Misses obteniendo
lo siguiente:
En el área que ser encuentra de color roja podemos observar que es el área en
donde se encuentran concentrados los esfuerzos. En dónde el esfuerzo máximo
es 0.493143 2mmkg , el desplazamiento es 0.275911 mm
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ANALISIS DE LA BARRA CALIBRADA
Para iniciar con el análisis es necesario conocer la teoría de Torsión pura en
barras macizas.
Torsión:
Consideremos una barra sujeta rígidamente en un extremo y sometida en el otro a
un par T(=Fd) aplicado en un plano perpendicular al eje. Se dice que esa barra
está sometida a torsión pura.
Al iniciar con el estudio de la torsión comenzamos con estudiar los problemas en
los que el esfuerzo no se distribuye uniformemente dentro de una sección.
El procedimiento general que se toma en cuenta en todos los casos de
distribución no uniforme se resume en los siguientes pasos:
1. Del estudio de las deformaciones elásticas que produce un determinado
tipo de carga, y la aplicación de la Ley de Hooke, se determinan unas
relaciones entre los esfuerzos en los distintitos puntos de la sección, tales
que sean compatibles con las deformaciones. Estas relaciones se
denominan ecuaciones de compatibilidad.
2. Aplicación de las condiciones de equilibrio en el diagrama de cuerpo libre
correspondiente a una porción del cuerpo, se obtienen otras relaciones
entre los esfuerzos. Dichas relaciones, deducidas de la consideración del
equilibrio entre las fuerzas exteriores aplicadas y las fuerzas resistentes
interiores en una sección de análisis, se llaman ecuaciones de equilibrio.
3. Comprobación de que la solución del sistema de ecuaciones de los puntos
1 y 2 satisface las condiciones de carga en la superficie del cuerpo.
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Momento 3kg x 0.5 m
0.112 m 0.168 m 0.077 m
Fig. 5.10
Este miembro esta trabajando a torsión pura, debido a que no presenta
esfuerzos combinados en su estructura, es decir, no hay flexión, además su
relación de espesor-longitud no es muy grande, por eso se considera solo
torsión.
Datos requeridos para el cálculo:
291083
mNxG 321 LLLL
3.0 mL 357.0077.0168.0112.0
281.9smg
En dónde:
V es la relación de Poisson, que es cuando una barra está sometida a una carga
de tracción simple en la cual se produce en ella un aumento de longitud en la
dirección de la carga, así como una disminución de las dimensiones laterales
perpendiculares a esta. La relación entre la deformación en la dirección lateral y la
de la dirección axial se define como relación de Poisson.
La cantidad E, es decir, la relación de la tensión unitaria a la deformación unitaria
se suele llamar modulo de elasticidad del material en tracción o, a veces, modulo
de Young. unidades que la tensión, por ejemplo, kg/cm2. Para muchos de los
materiales usados en la ingeniería el modulo de elasticidad en compresión es casi
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igual al contraído en tracción. Hay que tener muy en cuenta que el
comportamiento de los materiales bajo una carga, tal como de estudia en este
tema, se limita (sin o se dice lo contrario) a esa región lineal de la curva tensión-
deformación.
La fuerza será entonces:
gmF *
281.93
smkgF
NF 43.29
Una vez obtenidos estos valores se procede al calculo del Par o Momento de Torsión:
dFT *
5.043.29 NT
mNT 715.14
Calculo del Momento Polar de Inercia del diámetro mayor
32* 4dI
320127.0* 4mI
49553964041.2 meI
Calculo del Momento Polar de Inercia del diámetro menor
32* 4dI
32010.0* 4mI
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410817.9 meI
g se define como la fuerza en que una masa es atraído a la tierra.
Entonces el esfuerzo máximo a la Torsión es:
3max **16dT
3max 0127.0*
715.14*16m
mN
26
max 586360.36mNemayor
3max 010.0*
715.14*16m
mN
26
max 94220.74mNemenor
El ángulo de Torsión por Unidad de Longitud es:
pGIT
4994109499 553964041.2*83077.0715.14
8171.9*83168.0715.14
553964041.2*83112.0715.14
meemmN
meemmN
meemmN
rad04345.0
El ángulo Total de Torsión es:
L*
180*04345.0 rad
º48.2
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CAPÍTULO 6. PLANOS
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CONCLUSIONES
En el seminario diseño, modelado, manufactura y control de elementos mecánicos
hemos llevado acabo el modelado, la manufactura y el análisis de los
componentes de una maquina de torsión, observando que el método de análisis
finito (ANSYS), si es utilizado de manera correcta se obtienen resultados muy
satisfactorios sabiendo interpretarlos adecuadamente y esto puede conseguirse
con la experiencia misma en este software así como conociendo la teoría de los
distintos análisis.
Hoy en día los programas de CAD, CAM, CAE, son muy utilizados en la industria,
debido a su eficacia y eficiencia así como el ahorro de tiempo y mano de obra.
El seminario fue muy satisfactorio porque visualizamos un panorama más amplio
de los procesos que llevan el diseñó, análisis y manufactura que conlleva a la
creación de un componente o un producto de ingeniería.
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BIBLIOGRAFÍA. MECÁNICA DE MATERIALES Beer Ferdinand P; Johnston, E, Rusell –Jr & Dewolf, John T.
(Editorial McGraw-Hill) 1993
MECANICA DE MATERIALES ROY R. Craig, Jr.
(Editorial CECSA) 2006
PROCESOS DE FABRICACIÓN,
MIRÓN, Begeman, B.H., Amstead
(Editorial C.E.C.S.A,) 2006.
FUNDAMENTOS DE DISEÑO PARA INGENIERÍA MECANICA Juvinall, Robert C.
(Editorial Limusa) 1993