Proyecto Final de Diseño de Herramental

Zamora Juárez Miguel Angel Camacho Moreno David Salvador

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ÍNDICE

OBJETIVO

2

INTRODUCCIÓN

3

SELECCIÓN DEL MATERIAL

4

SELECCIÓN DE PROCESOS DE

MANUFACTURA

5

DISEÑO DE PANTILLAS DE

SUJECIÓN

14

DIAGRAMA DE FLUJO

16

ENVASE

17

ANEXOS 18

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OBJETIVO

En el proyecto se desarrolla el proceso de fabricación de la pieza de la Figura 1.La finalidad

es aplicar los conocimientos, que se obtuvieron en la unidad de aprendizaje Diseño de

Herramental, al el diseño del proceso. Otro aspecto importante es que los alumnos desarrollen

la capacidad de poder realizar un proyecto completo, como parte de la formación profesional

de un ingeniero Mecánico. Es necesario desarrollar un proceso que se caracterice por el

respaldado y el análisis meticuloso de cada etapa de desarrollo de la pieza.

El desarrollo de la pieza debe poder fabricarse con métodos de manufactura convencionales.

Debe tomarse en cuenta que cualquier técnico pueda realizar la pieza con las especificaciones

seleccionadas por los alumnos. Se muestra el diseño de las herramientas de inspección para

validar el producto. Las herramientas de corte seleccionas deben ser las adecuadas para cada

etapa del proceso.

Figura 1. Pieza del Proyecto de Diseño de Herramental

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INTRODUCCIÓN

Una de las actividades de un Ingeniero Mecánico es el diseño de procesos de manufactura

más eficientes para la generación de piezas o ensambles. Esta actividad tiene importantes

tareas como: selección de material, selección de procesos, selección y diseño de

herramientas, la obtención del producto al menor costo posible y el diseño de herramientas

de inspección. En la primer parte del trabajo el lector podrá encontrar la selección de los

procesos de manufactura para la pieza. También dentro de esta parte podrá ver el análisis

para la selección de herramienta así como sus parámetros de corte.

El lector también podrá encontrar el diseño del proceso (diagrama de flujo, hojas de proceso

y selección de máquinas). En otra parte del trabajo podrá encontrar el diseño de los elementos

de localización y sujeción que se diseñaron para el proceso.

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SELECCIÓN DEL MATERIAL

En las especificaciones del proyecto no se explica la aplicación de la pieza. El aluminio es

un material blando y maleable. En estado puro tiene un límite de resistencia en tracción de

160-200 MPa. Todo ello le hace adecuado para la fabricación de cables eléctricos y láminas

delgadas, pero no como elemento estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con

otros metales, lo que permite realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la

extrusión del material. Con lo antes mencionado se decidió utilizar aleación de aluminio.

Las piezas inyectadas de Aluminio son ligeras y así mismo las que resisten las más altas

temperaturas de entre todas las aleaciones de aluminio de fundición inyectada. Su solidez,

rigidez y resistencia a la corrosión ofrecen importantes ventajas en la disipación de calor. Las

aleaciones de aluminio para fundición han sido desarrolladas habida cuenta de que

proporcionan calidades de fundición idóneas, como fluidez y capacidad de alimentación, así

como valores optimizados para propiedades como resistencia a la tensión, ductilidad y

resistencia a la corrosión. Difieren bastante de las aleaciones para forja. El silicio en un rango

entre el 5 al 12 % es el elemento aleante más importante porque promueve un aumento de la

fluidez en los metales fundidos. En menores cantidades se añade magnesio, o cobre con el

fin de aumentar la resistencia de las piezas.

Se utilizara un Aluminio A380 el cual es una de las aleaciones de aluminio más comúnmente

especificadas. Ofrece muy buenos resultados en cuanto a fluidez, hermeticidad y resistencia

al agrietado en caliente. Tiene una buena capacidad de mecanización: se utiliza para una

amplia variedad de productos, incluyendo chasis para equipos electrónicos, frenos de motor,

cajas de cambios, muebles, herramientas manuales y eléctricas.

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SELECCIÓN DE PROCESOS DE MANUFACTURA

Molde de fundición

Ya que tenemos definida la pieza que vamos a fabricar, es necesario construir un modelo.

Generalmente se elaboran en madera o yeso, de forma totalmente artesanal. A partir del

modelo se construye el molde con arena.

El método de moldeo por arena emplea como tal una variedad llamada sílice (SiO2). La arena

se aglomera (compacta) gracias a la ayuda de agua y arcilla. Antes de nada, deben construirse

o emplearse unas cajas de moldeo (de madera, acero, etc.) que contendrán la arena

compactada junto al modelo. Se emplean dos cajas: La caja superior y la inferior (o de fondo).

Ambas se unen con clavijas durante el moldeo. Se rellena la caja inferior con arena y se

compacta. Se introduce el modelo. El modelo está dividido en dos mitades. En este caso se

introduce la mitad del modelo. Se repite el proceso con la otra mitad, incorporando un canal,

llamado bebedero por el que entrará el metal fundido y también se deja otro canal llamado

mazarota que asegura la evacuación de los gases.

Se abre el molde y se retiran los modelos, se vuelven a unir las dos mitades. Una vez secado

el molde, se retiran las cajas de moldeo. Se vierte el metal fundido a 660°C aproximadamente,

hasta rellenar el hueco originado por el modelo, dejando transcurrir 2 minutos para que el

metal solidifique de acuerdo a la regla de Chvorinov.

El desmoldeo consiste en extraer la pieza del molde una vez solidificada. En muchos casos,

y fundamentalmente cuando se requiere precisión, deben realizarse

tratamientos de acabado sobre las piezas obtenidas. Los materiales con los que se construyen

las piezas suelen ser metales y aleaciones. Ver Figura2.

Figura2. Vista de los moldes de arena

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Fundición

Para obtener las características deseadas de aleaciones forjadas es también generalmente

aplicable fundir las aleaciones, para la elección de una fundición se deben en tener en cuenta

las siguientes 4 características:

Fácil de fundir: Muchas aleaciones de aluminio tienen relativamente altos contenidos de

silicón que proporcionan excelentes características durante el fundido permitiéndonos

utilizar largos y complejos fundidos.

La calidad del acabado: Para una apropiada selección de fundición de aluminio, se puede

alcanzar una extremada fineza en la calidad de la superficie. Mientras algunas aleaciones

regularmente requieren más atención en la fundición, estas son extensamente usadas en

aplicaciones donde el acabado superficial refleja el acabado necesitado en la superficie.

Buena resistencia, especialmente a altas temperaturas: Muchas aleaciones de aluminio

fundidas responden a un tratamiento térmico siguiente al fundido y alcanzan relativamente

altos niveles de resistencia. Con un cuidadoso diseño de moldes, altos niveles de

enfriamiento pueden ser seguros y al mismo tiempo alcanzar una alta resistencia y dureza.

Buena dureza: Con la correcta selección de aleación y tratamiento térmico combinado

con el proceso de manufactura a menudo se le refiere a esto como fundido de alta calidad,

optimizando metal y nivel de enfriamiento, la resistencia de fundidos puede ser

comparable al de forjado en comparación con los niveles de resistencia. Técnicas tales

como prensado isostático en caliente (HIP) permiten reducir porosidad y mejorar el

rendimiento.

De acuerdo a las características mencionadas y a la pieza que se desea elaborar, se optó por

utilizar el fundido por las características que brinda este proceso, por el costo y el acabado

relativamente bueno que genera. Se utilizara una calidad de 15 para nuestra pieza que sale

de fundición y adecuarlas tolerancias.

Rectificado

Después del proceso de fundición el aluminio en los moldes de arena, la pieza tiene

dimensiones fuera de las requeridas por la pieza. Es necesario recurrir a rectificado plano ya

que ofrece un Intervalo de Tolerancia de entre 6 y 4. El rectificado es un procedimiento de

conformación por arranque de viruta basado en la acción cortante de unos cuerpo abrasivos

llamados muelas. Una muela se compone de abrasivo, en forma de granos, y de un producto

aglomerante cuya misión es aglutinarlo. El corte lo efectúan los granos abrasivos, cuya

dureza es superior a la del material que se trabaja, y cuyas aristas de corte responden a las

formas más variadas, aunque los ángulos de corte son generalmente negativos.

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La pieza se desplaza longitudinalmente a una

velocidad Vp y transversalmente con un avance

at si el ancho a rectificar es mayor que el

diámetro de la muela.

Figura3. Rectificado plano con muela frontal

La calidad que nos ofrece la rectificadora plana esta entre 4 y 6. Para esta pieza se utilizara

la calidad de 6 por lo cual el intervalo de tolerancias será de 0.025mm.

Se selecciona el siguiente tipo de muela: Carburo de silicio, Grano 20 y Grado H y

aglomerante Vitrificante. Se utiliza una muela marca AUSTROMEX C 20 H 3 V Diámetro

100mm grosor 40mm. Máximas rpm de la muela 7065.

Cálculo y selección de parámetros:

Para la selección de la velocidad de la rueda se basó en la siguiente tabla Tabla1:

Tipo de Rueda Velocidad de la Rueda en

(m/min)

Ruedas vitrificadas 1200-2000

Ruedas con aglutinante resinoide 2000-3000

Rectificado manual de herramientas 1200-1500

Rectificado manual de herramientas de carburo 1000-1500

Rectificado automático de herramientas de HSS 1080-1500

Tabla1. Velocidad de rueda rectificadora.

Por lo tanto la velocidad recomendad es entre 1200 y 2000. Utilizaremos 1200 m/min. Por

lo tanto se utilizan 2500 rpm.

La profundidad se obtiene de la siguiente tabla:

Tabla2. Profundidad de rectificado.

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La primer parte del rectificado es plano y se usa una profundidad de desbaste de 0.006mm. La

velocidad de corte que se utiliza es de 15 m/min de acuerdo al fabricante y estándares de

rectificado. La el exceso del fundido a quitar es de 0.5mm. Dado que la profundidad es 0.006mm se

ocupan 75 pasadas y 5 más para el pulido. Se utiliza una Rectificadora Superficies Planas: Marca

BAUTAR, modo Manual, con 2800 rpm.

Figura4. Rectificadora Superficies Planas: Marca BAUTAR

La superficie de corte es la que se muestra de color azul en la siguiente figura:

Figura5.Superficie de rectificado plano

Debido a que la parte importante de la pieza son los barrenos y la caja, se decidió utilizar otro tipo

de proceso de manufactura que nos permita llegar a las tolerancias necesarias.

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Taladrado

Figura5. Barrenos de la pieza.

Se utiliza una broca de Φ=20mm HSS SERIE 3015 marca IRWIN. El fabricante propone la

siguiente forma de sacar RPM.

Tabla3. Velocidades de corte para taladrado.

Φ=20mm=0.787in

Para aluminio SFM=200

RPM=970 rpm se utilizaran 1000rpm

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Para la velocidad de corte:

𝑉𝑐 =𝜋𝐷𝑁

1000=

𝜋 ∗ 20𝑚𝑚 ∗ 1000

1000= 60.94

𝑚

𝑚𝑖𝑛

Potencia de corte

𝑃𝑐 =𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑜𝑠 ∗ 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 ∗

𝑉𝑐2

60=

2 ∗ 200𝑁 ∗ 30.47𝑚

𝑚𝑖𝑛60

= 203𝑊

Dado los parámetros obtenidos se utilizara la siguiente maquina: Taladro de banco de 13"

TC3181 Toolcraft (1/4 Hp, 12 velocidades)

Figura6. Taladro de banco de 13" TC3181 Toolcraft

En los agujeros por la aplicación se propone un ajuste mediano del libro MANUAL DE

METODOS DE FABRICACION METALMECANICA (tabla 11.2) se recomienda un

20H7/m6 las tolerancias son: 20+21+0

para el agujero. Se busca un proceso que nos pueda dar

estas tolerancias y se opta por Escariado en los agujeros.

Escariado

Se utiliza un Escariador HSR marca WNT el cual tiene las siguientes características:

Escariador de alta velocidad, mango estándar para sujeción, campo de tolerancia H7

conforme a DIN 1420, Φ=20mm y l=150mm.

Se utilizan parámetros similares a los del taladrado, ya que se usara el mismo taladro de banco

para realizar el trabajo.

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Fresado

El fresado se realizara en la siguiente zona:

Figura7. Sección para fresado

Se utilizara una fresa de corte para aluminio marca vinil especiales para corte de aluminio.

Aumenta productividad y calidad con su corte suave. Mango reforzado para trabajos difíciles

y mejor acabado. Se usa la 22015

Figura8. Brocas para aluminio marca VINIL

Se utilizara una Fresadora optimum mh28v

Dimensiones de la mesa 730 x 210 mm

Desplazamiento de la mesa ejes z-y-x 380 - 190 - 440 mm

Revoluciones del husillo 100 - 2.500 r.p.m.

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Figura9. Fresadora optimum mh28v

Cálculo de parámetros del fresado:

Tabla4. Velocidaddes de corte fresadora.

RPM=1500rpm

Vc es la velocidad de corte, n es la velocidad de rotación de la herramienta y Dc es el diámetro

de la herramienta.

𝑉𝑐 =1500 ∗ 𝜋 ∗ 38

1000= 185𝑚/𝑚𝑖𝑛

Se utilizara un profundidad recomendada de p=0.4mm

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Rectificado tangencial

Se realiza un rectificado tangencial a la superficie fresada. Se selecciona el siguiente

tipo de muela: Carburo de silicio, Grano 20 y Grado H y aglomerante Vitrificante. Se

utiliza una muela marca AUSTROMEX C 20 H 3 V Diámetro 100mm grosor 40mm.

Máximas rpm de la muela 7065.

CALCULO DE LOS PARÁMETROS:

Para la selección de la velocidad de la rueda se basó en la Tabla1. Por lo tanto la velocidad

recomendad es entre 1200 y 2000. Utilizaremos 1200 m/min. Por lo tanto se utilizan 2500

rpm. La profundidad se obtiene de la Tabla2.

Profundidad de 0.005mm. La velocidad de corte que se utiliza es de 15 m/min de acuerdo al

fabricante y estándares de rectificado. La el exceso de la parte fresada a quitar es de

0.025mm. Dado que la profundidad es 0.005mm se ocupan 20 pasadas y 5 más para el

pulido. Se utiliza una Rectificadora: Marca BAUTAR, modo Manual, con 2800 rpm

(utilizada anteriormente en el rectificado plano).

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DISEÑO DE PANTILLAS DE SUJECIÓN

Para el diseño de las plantillas de sujeción se tomó en cuenta antes que nada la simetría de la

pieza y en base a ello se ideo el dispositivo. La plantilla nos ayuda a localizar los elementos

característicos de la pieza y al mismo tiempo nos permite lograr una excelente sujeción en el

momento que se realicen las operaciones de mecanizado.

En el diseño del primer dispositivo, se consideró que la pieza venia saliendo de fundición y

que podría presentar pequeñas irregularidades en la forma, por lo que se aseguró que la

plantilla permitiese asentarse para empezar las operaciones.

Para la fabricación de la plantilla se utilizó Acero SAE1010 sin tratamiento térmico y

medidas adecuadas para la pieza.

Figura10. Pieza asentada en la plantilla de sujeción

La segunda plantilla fue diseñada especialmente para localizar los puntos donde el taladro

realizara los orificios de la parte superior de la pieza. Igualmente, se diseñó ayudándose en

la geometría de la pieza. Así, el operador localizara enseguida el área que debe de taladrar y

asegurando la correcta realización de esta operación.

Análogamente, para su fabricación se utilizó Acero SAE1010 sin tratamiento térmico y

medidas adecuadas para la pieza.

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Figura11. Segunda plantilla colocada sobre la pieza

La ultima plantilla se ideo con el mismo propósito que la anterior, localizar donde se va a

llevar a cabo la operación de fresado en la parte inferior de la pieza.

Análogamente, para su fabricación se utilizó Acero SAE1010 sin tratamiento térmico y

medidas adecuadas para la pieza.

Figura12. Tercer plantilla colocada sobre la pieza

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DIAGRAMA DE FLUJO

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ENVASE

Se diseña un envase de papel corrugado de pared sencilla. Las dimensiones son:

Ancho=180mm, Largo= 140mm y Alto=55mm

Se propone un tipo de flauta tipo E

Verificamos si soporta los 376kg

𝐶 = 5.874 ∗ 6.5 √1.6 ∗ 320=1221kg

La pieza se colocara con un molde de poliestireno expandido dentro de la caja, esto con la

finalidad de mantener inmóvil la pieza y para que pueda ser apilada con más cajas en el

almacén.

Figura13. Envase de la pieza

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ANEXOS

Planos (pieza y dispositivos de sujeción)

Hojas de proceso

Planos de sujeción

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REFERENCIAS

Villanueva Pruneda Sergio A. Manual de métodos de fabricación

metalmecánica, 4ed.

Lawrence E. Doyle. Materiales y procesos de manufactura para

ingenieros.

Erase Guerrero Omar. Procesos de Manufactura. 2008

Bustamante Vilchis Víctor. Apuntes de Diseño de Herramental 2014B

http://www.dynacast.es/aluminio/a380

http://tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/4570/1/PROCESOSMOL

DEO.pdf