Análisis de Falla en la Herramienta de una Sierra Mecánica Alternativa (Ambiente de Mecanizado SENA, regional Norte de Santander)

Jorge Barón SotoGustavo Benítez Rodríguez

CENTRO DE LA INDUSTRIA, LA EMPRESA Y LOS SERVICIOS - CIES

Nuestro compromiso con la comunidad Norte Santandereana, es impartir formación profesional integral para el trabajo productivo en los sectores de la industria, comercio y servicios, construcción y salud con flexibilidad, oportunidad, calidad y pertinencia; contando con un equipo humano competente y programas de formación avanzada que respondan a los requerimientos de los sectores del área de influencia, buscando el desarrollo social, económico y tecnológico del departamento con proyección internacional

En la práctica industrial, para obtener fracciones de barras comerciales de secciones varias (redondas, cuadradas, rectangulares, hexagonales) y de perfiles de varios tipos (U, L, T, doble T), se procede a su corte, tronzado o aserrado. El corte por aserrado mecánico constituye el medio mas eficaz para cortar en frío metales de cualquier clase, y se ejecuta por medio de los siguientes métodos: 1) Sierras alternativas de hoja (horizontales) 2) Sierras alternativas de calar (verticales) 3) Sierras sin fin o de cinta (horizontales y verticales) 4) Sierras circulares de disco (verticales) 5) Sierras de muela (verticales)

INTRODUCCION

En las máquinas aserradoras alternativas, la herramienta está formada por una hoja dentada rectilínea que se desplaza en un movimiento alternativo de vaivén, en la que cada uno de los dientes trabaja como una herramienta de corte individual. El trabajo se realiza en la carrera activa de la hoja.

INTRODUCCION

Tratándose de sierras mecánicas de movimiento alternativo y teniendo en cuenta que la hoja no es flexible, se debe colocar sobre una montura rígida llamada arco o porta hoja, para posteriormente tensarla prudentemente. La resistencia del metal al efectuar el corte tiende a romper los dientes de la hoja. Hará falta pues, apretarla y tensarla moderadamente con torque durante el montaje.

INTRODUCCION

Bancada: encargada de sustentar los componentes de la maquina, generalmente se hace de fundición. Dispone de los emplaces necesarios para el soporte del arco, de la mordaza y del equipo motor con su caja de velocidades. Lleva una bandeja para recoger el refrigerante, y en su interior acoge el depósito del mismo.

Mecanismo motriz: que consta de un motor, que por medio de un mecanismo de poleas con correas trapeciales, transmite el movimiento a la caja de velocidades (en las pequeñas suele ser de dos velocidades, aunque en otras puede tener más). Desde la caja de velocidades, el movimiento llega a un mecanismo de platomanivela, el cual, mediante una biela, imprime un movimiento de vaivén al arco.

Partes de la sierra de corte alternativa

Arco de sierra y mecanismo de avance: el arco es el que va a dar a la hoja de sierra el movimiento de corte y el de avance. El primero debido al movimiento de vaivén que recibe de la biela, mientras que el de avance lo aporta el mecanismo hidráulico de avance.

Existen varios sistemas para producir el avance, de los que los más normales son: sistemas de contrapeso, sistema de husillo y sistema hidráulico.

Hoja de sierra o segueta: es básicamente igual que la de la sierra de mano, aunque varían considerablemente sus dimensiones.

Partes de la sierra de corte alternativa

La correcta colocación de la hoja de sierra en su arco es de primordial importancia, pues de ello va a depender, en gran medida, la precisión de los cortes realizados, así como la duración de la misma. Para su montaje, el arco dispone de unas platinas, una de ellas desplazable, cuya misión es la de sujetarla y permitir su correcto tensado. Mordaza: es la encargada de sujetar el material a cortar. consta

de una mandíbula fija y otra desplazable, que se agarra a la bancada por medio de una chapa que lleva en su parte inferior.

Sistema de refrigeración: el refrigerante se echa en el depósito que está debajo de la bancada. De ahí, una bomba lo impulsa a través de una goma, hasta una boquilla provista de un grifo que permite su regulación o su cierre total.

Partes de la sierra de corte alternativa

-Se trata de una hoja metálica, rectilínea y dentada por una de sus aristas, siendo la otra lisa. Se fabrican en aceros al C, aceros rápidos, aceros al Cr – Va y aceros al Co.-La característica más importante la constituye el valor del paso (p) en dientes por pulgada, que debe serlo en función de la dureza del material a cortar y de su sección.-Las seguetas se someten a un tratamiento especial de temple que las hace muy resistentes al desgaste, careciendo de ductilidad y siendo propensas, a roturas por carencia de flexibilidad.-Para las seguetas, se emplean los siguientes materiales: Aceros de aleación (Cr – Ni – Mo – Va – Co) 2, Aceros de alta

aleación (W), Aceros rápidos y extra rápidos “Debe haber siempre de 3 a 4 dientes en situación de corte

evitando los filos del material”.

Herramienta de Corte(Hoja de Sierra o Segueta)

El desempeño de una hoja de sierra está determinado, en parte, por los siguientes parámetros: Ancho ( dimensión nominal de la hoja) Espesor o grosor de la hoja Número y paso del diente Altura del diente Garganta (superficie curva en la base del diente) Ángulo de ataque de los dientes Canal de corte o triscado

Evidencias de Falla:

El taller de mecanizado del CIES,  está equipado con maquinas-herramientas aplicadas a la industria metalmecánica, que son el complemento para la formación profesional integral de los aprendices de la especialidad Mantenimiento Mecánico Industrial y Mecanizado convencional de piezas por arranque de virutas.

Ambiente de Mecanizado-CIES-

Identificación del problema Distingo: El ambiente de Mecanizado del

CIES, Cuenta con una sierra mecánica de corte alternativo, Marca Metalexport. Modelo: BKB30 la cual es utilizada principalmente para el corte de aceros, bronce, aluminio. Este material se emplea para realizar practicas de mecanizado convencional o CNC.Este proceso le ahorra a el SENA un valor que se especifica en la siguiente tabla.

Material a cortar

Valor Comercial del corte

Tamaño (diámetro)

Tiempo de uso de la maquina por pieza

Acero 1045

$1000$2000$3000

1 pulg2 pulg3 pulg

( 10 seg) ( 25 seg) ( 1.0 min)

La Hoja de sierra tiene un costo estimado en el mercado de : $ 120.000. Ref. RS 550-6 Starrett 22 pulg x 1 ¾ pulg. 6 dientes, Hoja de acero al carbono templado con puntas con aleación de cobalto, cromo, molibdeno y vanadio(HSS)

A esta cifra se le suman los costos del tiempo en conseguir, cambiar la hoja y puesta a punto de la maquina, que retrasa la practica de mecanizado programada para los aprendices.

Cálculo de perdidas:

La hoja de corte utilizada por la sierra mecánica se parte frecuentemente.

Causas inmediatas : - Presenta desajuste en la manivela - Presenta desajuste en la corredera - No se controlaba la alineación de la segueta - Falta de experiencia de los operarios - Tensión de la segueta manualmente - El sistema hidráulico permite que la segueta se acerque muy

rápido al material -La lubricación de la maquina no se hacia constantemente - Falta de refrigeración durante el corte

Identificación del problema Distingo:

Causas Básicas : Desajuste en la corredera del porta segueta Desalineación de la segueta Sistema hidráulico Falta de lubricación antes del uso Tiempo de uso (vida)de la segueta

Identificación del problema Distingo:

Árbol de Causa Raíz

Después de valorar las 5 fallas básicas encontramos que 4 no influían mayormente en la rotura de la hoja de segueta y que eran corregibles con acciones preventivas.

Al analizar la falla: Desalineación de la segueta(Ver árbol de causa raíz) Se encontró que la segueta al ser montada no quedaba completamente recta y

paralela al arco, revisamos el asentamiento de la segueta en las puntas del arco; En la punta trasera (Lado de la manivela) se encuentra una platina con el tornillo tensor y el pin de fijación de la segueta se coloco y sentó bien, luego se coloco sobre la anterior la platina de retención de la segueta, se revisaron los tornillos y vimos que requerían cambio; Se hizo la prueba de apriete y todo bien.

Explicación de la falla:

Parte trasera arco porta segueta

Al instalar la segueta en la punta delantera, se coloca primero la platina soporte que tiene el pin de fijación de la segueta. Esta se sujeta a la punta del arco con dos tornillos ( Había un tornillo milimétrico y otro en pulgaradas se corrigió esto colocando los dos milimétricos) al colocar la platina de retención de la segueta , esta se sujeta a la platina anterior con un tercer tornillo, lo colocamos y al apretar vimos que la platina soporte se flexaba separándose dela punta del arco, paramos y notamos que el agujero donde se rosca el tercer tornillo en la platina soporte, es pasante y si la longitud es mayor a la suma de los espesores de las dos platinas pega con el del plano del arco causando la desviación de la platina soporte y desalineaba la segueta. Se recorto el tornillo a la longitud requerida y se recobro la alineación de la segueta.

Explicación de la falla:

Punta delantera del arco porta segueta

Platinas de parte delantera del arco porta segueta

Daños en la segueta o pin fijación por tracción excesiva

Torque de apriete para tensionar la segueta

Existe una relación par de apriete-tensión en el tornillo, la cual describe el porcentaje en que el par de apriete aplicado a un ensamble convencional tornillo-tuerca se distribuye, quedando esta distribución de la siguiente manera [Bickford, 1995], figura 1:

50% del par de apriete vence la fricción entre la superficie del sujetador roscado con la superficie del elemento apretado.40% del par de apriete vence la fricción existente entre las roscas del tornillo y la tuerca. 10% del par de apriete elonga o tensa el tornillo.

La relación de distribución de par de apriete mostrada anteriormente, se deriva de un análisis teórico y experimental, en el cual se determina que la relación par de apriete aplicadoy tensión en el tornillo tiende a ser una relación lineal, como se muestra en la figura 2 [Bickford, 1995].

Tensiometro de la hoja

Galga alineación de la hoja

Conclusiones: Una de las principales conclusiones que dejó esta falla

a los operarios de la maquina (Aprendices, Instructores Contratistas, y de planta) es revisar todas las rutinas de mantenimiento preventivo enumeradas en el manual de la maquina.

Tensionar la segueta con torcometro/torquímetro calibrado a 10Nm para obtener una fuerza de tensión de 11N en la hoja y así estar preparados para futuras fallas.

Recomendación: para materiales duros, la velocidad debe estar entre 15 y 25 m/min, para aceros de dureza media, entre 30 y 50 m/min y por último, para aceros blandos, la velocidad debe alcanzar entre 50 y70 m/min.

Juego de tornillos para el montaje

Segueta Montada con la falla corregida

Bibliografía

Universidad Nacional Autónoma de México

- Bickford, John H. An Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints, Tercera Edicion, Marcel Dekker, Inc, 1995. Pág. 4, Pág. 220, Pág. 218, Pág. 341

- Blendulf, Bengt Fastening Technology & Bolted/Screwed Joint Design, Quinta Edicion, Clemson University, August 2004, Pág. 44

Catalogo de la Sierra Metalexport BKB B30

Catalogo Starrett Products