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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


3

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


1

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


15

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


18

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:


19

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:


20

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:


21

Fig. 2-21

Fig. 2-22

Si se desea ver la animación:

Utility Menu> Plot Ctrls> Animate> Deformed Shape


22

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


25

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);


26

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;


27

-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


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).


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)


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


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.


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.


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


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


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.


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.


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.


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


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


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.


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


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.


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.


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.


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.


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


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.


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


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


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).


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


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.


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.


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.


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)


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


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.


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.


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


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.


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.)


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.


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


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.


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..


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.


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.


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.


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.


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.


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..


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.


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.


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.


75

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.


76

Fig. 3-19

Fig. 3-20

Obteniendo así nuestra pieza final que se muestra a continuación.


77

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.


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.


79

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.


80

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.


81

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.


82

Fig. 3-33

Fig. 3-34

El modelado del volante reductor ha sido concluido quedando como a

continuación se muestra


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 ..


84

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.


85

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.


86

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.


87

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.


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.


88

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.


89

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.


90

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.


91

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.


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.


92

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.


93

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.


94

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


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


107

Fig. 4-19


Se trabaja en el CNC

Material de pieza Naylamid negro


Broca 3/16 .plg.


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.


108

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


109

4.5 MANUFACTURA DEL SOPORTE DEL VOLANTE


Se trabaja en el CNC

Material de pieza aluminio

Fresa dimensión ½ plg.

Broca 3/16 plg.

Broca de ½ plg.


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.


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.


111

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.


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.


113

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.


114

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.


115

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.


116

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


117

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.


118

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.


119

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


120

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.


121

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


122

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


123

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


124


125

CAPÍTULO 6. PLANOS


126


127


128


129


130

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

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