Fabricacion de Una Polea

Universidad de Holguín “Oscar Lucero Moya” Doctorado Curricular en CAD/CAM INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE LA VICTORIA

PROCESOS DE FABRICACIÓN II PROYECCION DEL PROCESO TECNOLOGICO DEL MAQUINADO PARA UNA PIEZA.

Elaborado Por: Luciano Rea

Maracay Marzo 2007 0

INDICE 1.Análisis del Diseño…………………………………………………………………

2

1.1 Destino de servicio de la pieza … ……………………………………………

2

1.2 Clasificación de las diferentes superficies de la pieza según asignación …

4

1.3 Clasificación de las bases de construcción fundamentales y auxiliares de la pieza atendiendo a la cantidad de puntos de referencia. …………………..

5

1.4 Argumentación de la descripción dimensional de la pieza, de sus exigencia técnicas y requisitos de exactitud. …………………………………………. 6

2. Proyección del proceso tecnológico de maquinado ………………………….. 8 2.1 Elección del tipo de producción. ………………………………………………. 8 2.2 Selección del tipo de pieza en bruto. …………………………………….…

8

2.3 Esfuerzos a que está sometida la pieza y condiciones de trabajo………

10

2.4 Coeficiente de aprovechamiento del material de la pieza en bruto …….

10

2.5 Cálculo del costo de la pieza en bruto … ………………………………..

11

2.6 Elección de los pasos tecnológicos para todas las superficies de la pieza 11 2.7 Carta de la ruta tecnológica del mecanizado de la Polea………..…….

12

2.8 Plan de trabajo para la Polea …………………………………………….

12

2.9 Cálculo de la potencia mecánica ………………………………………..

20

1

1.- ANALISIS DE DISEÑO.

1.1.- Destino de Servicio de la Pieza. En los vehículos de pasajeros o de carga tienen un sistema de generación de energía eléctrica. En dicho sistema de generación eléctrico, uno de los componentes más importantes es el alternador. El mismo se encuentra colocado en el motor para recibir potencia o movimiento.

Dentro del mismo se encuentra el motor en la parte frontal y dentro del cofre. Motor

Alternador

El alternador tiene como función mantener la carga eléctrica de la batería; cómo lo hace: toma la potencia o el movimiento del motor para hacer girar el rotor del mismo, y así generar energía eléctrica y enviarla a la batería para mantener la carga de la misma. Cómo toma la potencia o movimiento: por medio de la pieza en cuestión que es la polea del alternador. La polea se sujeta con una tuerca y aprisionada con un arandela de presión que absorbe las vibraciones y es no permite la perdida del apriete de la tuerca. 2

La misma tiene una forma acanalada, donde permite la correa tipo “V”, calce dentro de la misma y por adherencia arrastre la polea que esta sujeta al rotor permitiendo girar al mismo, de esta manera el alternador genera la corriente eléctrica de suministro al acumulador o Batería. El acumulador o Batería es la fuente de energía o electricidad para todo el vehículo.

Polea del Alternador

Proceso de Fabricación de polea para alternador: La polea para alternador es del tipo “Correa en V” donde se inicia el proceso con la materia prima a seleccionar , barra calibradas de aluminio 6063, de 72 mm de diámetro.

3

1.2.- Clasificación de las diferentes superficies de la pieza según su asignación

Las superficies de la polea se clasifican de la siguiente manera:

1

3

2

2 1

1

3

2

1 3

Figura. 1 Superficie según su asignación

4

1.

Superficies bases fundamentales

2.

Superficies bases auxiliares

3.

Superficies ejecutivas

1.3.- Clasificación de las bases de construcción fundamentales y auxiliares de la pieza de manera posicionar todos los puntos de la pieza. Según el esquema de basamento podemos ver que nuestra pieza es fijada en la mordaza del torno y cómo el mecanizado en un torno es: haciendo girar la pieza sujetada; se reducen los grados de libertad a la condición donde solamente se tiene rotación en el eje de la pieza, llamado de doble directriz por la eliminación de cuatro grados de libertad. Otro punto importante es que el tope de la pieza en el momento de fijación (Cara lateral derecha) sirve cómo base fundamental y de construcción el proceso de mecanizado. También se dicha cara se utilizara cómo una base dimensional para llevar las medidas acompañando el proceso tecnológico de la pieza

1 5 3

Figura 2 Base de colocación pieza

5

1 5 3

Figura 3 Base de colocación de pieza terminada

1.4.- Argumentación de la descripción dimensional de la pieza, de sus exigencia técnicas y requisitos de exactitud. El caso de fabricación de la polea, tenemos que para las dimensiones externas, diámetro exterior las mismas no, poseen exigencia técnica, ya que cotejando con los planos no presentan tolerancia, Pero para el caso del agujero donde se montará en un eje, si presenta exactitud ya que la especificación de diseño lo requiere.

Figura 4 Dimensiones radiales de la pieza 6

Para este caso se tiene que el eje tiene especificado g6 cómo tolerancia según planos, por lo tanto el agujero donde se colocará el eje se puede colocar el contrapuesto G6 con los extremos de tolerancia iguales para que el montaje sea apropiado. En este caso el agujero de montaje sobre el eje se verifica con las medidas dadas por planos así su valor global es Ф 17 G6. Se deben respetar y verificar durante la fabricación, para no tener dificultades en el destino de servicio.

Otra relación importante es la del eje, con la superficie lateral derecha identificada como B, donde se presenta una condición de perpendicularidad y una desviación de medida: 0,02 mm. La superficie B se utiliza como base dimensional y base tecnológica para el proceso de mecanizado. La superficie B es una base fundamental de la pieza, ya que de ahí parte en el destino de servicio cotas de posición y de funcionamiento.

Figura 5 Dimensiones , tolerancias y Posición de la pieza

7

l ángulo de canal o de ranura, y la profundidad no poseen tolerancia, debido a que no afectan el destino de servicio. La profundidad de canal solo afecta al funcional evitando recalentamiento de la correa de transmisión y el ángulo la profundidad de montaje.

2.- Proyección del proceso tecnológico de maquinado

2.1.- Elección del tipo de producción. Para la siguiente pieza se tiene que la demanda anual de la pieza se estima en 120 piezas, el peso aproximado de la misma es de 0,250 kg, según recomendaciones la pieza se clasifica como pequeña y con esta información se determina la magnitud del lote de piezas a fabricar por la siguiente ecuación:

N=v*t/&=

120 x8 = 3.428 280

Se redondea n = 4 piezas

Donde: n: magnitud del lote de piezas V: volumen de producción= 120 piezas anuales t: número de días para los cuales es necesario tener una reserva de piezas en el almacén. t = 7 ...10 días para piezas pequeñas. &: número de días de trabajo en el año (280 días). Finalmente, según recomendaciones de la tabla 5, la pieza será elaborada en condiciones de producción individual. 2.2.- Selección del tipo de pieza en bruto. Para la selección del material de partida para la fabricación se requiere las dimensiones iniciales de partida para la puesta a punto de la máquina

8

- Material de la pieza: Aluminio 6063 - Barras Calibradas de Ф70 mm (Según catalogo comercial) - Tipo de producción: serie individual (bajo pedido) - No está sometida a grandes esfuerzos. - Masa de la pieza (Mpt) 0,25 kgf.

Para la fabricación de la pieza se requiere de una barra de material macizo, donde según la tabla Nº 5 de sobre-medidas sería deФ 72 mm. Pero no es una dimensión comercial, la misma es de Ф70 mm, y son barras extraídas de aluminio 6063, estas mismas son diámetros regulares y suficiente para la pieza. La longitud promedio mínima para efectuar la pieza es de 30 mm y nos queda

Ф70 mm

30 mm Figura 6 Dimensiones de la pieza inicial

Peso: el peso aproximado de la pieza inicial se puede calcular de la siguiente manera:

π *(0.7dm) 2 π *d2 peso = *0.3dm * 2, 69kgf / dm3 0,31kgf peso= * L *γ = 4 4 Datos Catalogo Fabricante: “ALU-STOCK. S.A.” - La rugosidad de la superficie (rayas de extrusión) admisible varía: • •

de +/- 0,06 mm. para espesores inferiores a 1,6 mm. a +/- 0,20 mm. para espesores superiores a 16 mm.

- La longitud normal para las barras para mecanizar está establecida en 3.000/4.000 mm. y 6.050 mm. para los perfiles. 9

σ Y = 175 N / mm² - Límite de ruptura σ U = 215 N / mm² σ e = 150 N / mm² - Límite a fatiga

- Límite elástico

2.3.- Esfuerzos a que está sometida la pieza y condiciones de trabajo.

De acuerdo al uso de la pieza el esfuerzo al cual va a estar sometido no sobrepasara al esfuerzo equivalente en su sección mas critica

0,= 6σ y 0, 6 *17500 N= 10500 N σ = 2 equiv . cm

σ e = 1070, 34

cm 2

kgf mm 2

2.4.- Coeficiente de aprovechamiento del material de la pieza en bruto (a). a=(Mpt / Mpb)100 % ..........(I) donde: Mpt: masa de la pieza terminada. Mpb: masa de la pieza en bruto Las magnitudes de Mpt y Mpb según capitulo I y las ecuaciones que se tienen:

Mpt = 0, 25kgf

Mpb = 0,31kgf

0,25 a= ∗100% =80, 65% 0,31

10

2.5.- Cálculo del costo de la pieza en bruto

El material escogido Aluminio 6063, o aluminio al silicio es el más utilizado tanto para perfiles cómo de construcción su costo hoy en día se encuentra alrededor de los 7000 Bs / kg, a este costo hay sumarle el costo por elaboración y máquina; por lo tanto se tiene:

Bs *0,31kg 3255 Bs Cpb 10500 = = kg pieza 2.6.- Elección de los pasos tecnológicos para todas las superficies de la pieza.

5

8

4

9 2

1

10

3

6 7

Figura 7 Superficies de Mecanizado 11

2.7.- Carta de la ruta tecnológica del mecanizado de la Polea

TORNO CNC EMCOMAT E300

Especificaciones Dimensión del plato

135 mm

Rango de desplazamiento en ‘’X’’

340 mm

Rango de desplazamiento en ‘’Z’’

275 mm

Velocidad máxima de avance

25000 mm/min

Máximas RPM del husillo

6000

Potencia

25 Kw

Desplazamiento del contrapunto

2000 mm

Recorrido de la caña del contrapunto

220 mm

Capacidad de la torreta

8 herramientas

Precisión de repetibilidad

0.005 mm

Precisión de posicionamiento

0.01 mm

Resolución Diámetro del Husillo

0.001 mm 108 mm

2.8.- Plan de trabajo para la Polea 1. 2. 3. 4.

Definir la continuidad de las operaciones de mecanizado. Elegir las máquinas y las herramientas. Calcular los tiempos necesarios. Informar al operario con la documentación necesaria.

12

Herramientas de corte

Nº

Operaciones

Máquina

010

Montaje de la Barra y tope l

------

020

Preparación del montaje de la primera fase (refrentar, torneado, puntear)

torno

---

030

Refrentado

torno

Portaherramienta para torneado ext. Tipo rombo de 80º (CNMG120408)

040

Cilindrado Cara lateral derecha

torno

Portaherramienta para torneado ext. Tipo rombo de 80º (CNMG120408)

050

Perforación de centro

torno

Broca de centrar forma A ø 5/8”

060

Cilindrado

torno

070

Cilindrado

torno

080

Torneado Canal

Portaherramienta para cilindrado interior Tipo rombo de 80º (CNMG120408) Portaherramienta para torneado ext. Tipo cudrada (CCGX) Desbaste: portaherramienta para torneado ext. Tipo rombo de 35º (VBMT160408 - 4025)

torno Acabado: portaherramienta para torneado ext. Tipo rombo de 35º (VBMT160408 - 4025)

090

Cantos redondeados interiores

torno

Portaherramienta para ranurado ext. Tipo lama (N 151.2 – 315 - 30 5G)

100

Cortado

torno

Herramienta de corte, tronzadora de vidia

Tabla 1.- Ruta de trabajo de la pieza.

13

Instrumentos de medición requeridos. • • • • • •

Cinta métrica. Reloj comparador. Vernier de 150mm. Tornillo micrométrico de 50 - 75mm (resolución 0.01mm). Tornillo micrométrico para interiores de 0 – 25 mm (resolución 0.001mm). Rugosímetro.

Herramientas de corte.

1

2

3

4

5

Las siguientes Herramientas y el montaje respectivo en un portaherramientas se efectúan los diferentes tipos de Mecanizado, cómo por ejemplo: Herramienta 1: Se utiliza para desbaste (alto arranque de viruta) como pasos intermedios y finos. Adicionalmente sirve, realizar refrentado Herramienta 2: Broca, para efectuar agujeros de todos tipos

Herramienta 3: Se utiliza para desbaste (Medio y bajo arranque de viruta) como pasos intermedios y finos. Se utiliza mucho para acabado superficial y detalles de mecanizado con radios muy pequeños.

Herramienta 4: Porta herramienta con plaquita para cilindrados interiores, se puede observar que se coloca triangular con punta mas angulada .

Herramienta 5: Tronzadora, para cortes profundos, no es el único modelo hay del tipo laminar con espesor de 2 , 3 mm o mayor, se utiliza para corte profundo o cortadora de piezas depende de su aplicación.

14

No. Operación 001- Fase inicial

Denominación Torneado exterior y refrentado

No. Contenido de los herra pasos mien tecnológicos ta A Colocar la pieza y puesta a tope Refrentado en 030 Superficie lateral derecha

Máquina Herramienta Torno EMCOMAT E300 (CNC)

Régimen de corte i

t

s

n

Vc

Norma de tiempo Tp Ta 0,2

1

6

0,5

Torn. Desde centro hasta R13 mm

3

2

0,5

Torn. en acabado exterior desde R 13 mm hasta R 35 mm

3

2

1

F 0,2 mm/rev

040

F0,2

-

190 0,20 0,25 m/ min

-

0,15 425 0,25

(según la rugosidad en la superficie)

Tabla 2.- Carta tecnológica de elaboración de parte de la pieza

15

0,4

No. Operación 002- Fase Mecanizado

Denominación Torneado interior y cilindrado

No. Contenido de los herra pasos mien tecnológicos ta 050 Perforación Broca 2 de 5 / 8 “ 060 Torn. Interno llevar a medidad Ф 17 G6 mm .

4

070 Torn. Externo de Ф 70 mm. Hasta Ф 68 mm

1

Régimen de corte i 8

t 24

s F 0,3 mm/rev

n

2

0,56

F 0,2 mm/rev

-

Vc 150 m/ min

Norma de tiempo Tp Ta 0,55

0,31 425 m/ min

2

1

F 0,2 mm/rev

(según la rugosidad en la superficie)

080 Torn. Externo Profundo de Ф 68 hasta Ф 59

Máquina Herramienta Torno EMCOMAT E300 (CNC)

5

4

9

F 0,2

16

-

0,31 425

190 m/ min

0,23

No. Operación 003- Fase Mecanizado

Denominación Acanalado y Acabado final

No. Contenido de los herra pasos mien tecnológicos ta 084 Torn. Externo 5 Corte lateral Dere. 32º inclinación

Máquina Herramienta Torno EMCOMAT E300 (CNC)

Régimen de corte i 4

t 3,6

s F 0,2 mm/rev

n

Vc 190 m/ min

Norma de tiempo Tp Ta 0,52

086 Torn. Externo Corte lateral Izq. 32º inclinación

5

4

3,6

F 0,2 mm/rev

190 m/ min

0,52

425

0.1

190 m/ min

0,44

Redondeo 090 Torn. de cantos

5

2

0,2

F 0,3 mm/rev (según la rugosidad en la superficie)

100 Cortado de la pieza

5

6

25,5 F 0,3 mm/rev

17

N°

Grado IT

Rugosidad Superficial

Tipo de Superficie

Método de Elaboración

1

IT6

3.1

Pulida

Refrentado

2

IT2

0.6

Pulido Fino

Torneado

3

IT2

1.6

Pulido fino

Torneado

4

IT3

1.6

Cilindrado Exterior

Torneado

5

IT3

1.6

Cilindrado Exterior

Torneado

6

IT4

1.6

Cilindrado Exterior

Torneado

7

IT4

1.6

Torneado

8

IT4

1.6

9

IT4

1.6

10

IT2

0.6

Cilindrado Exterior Cilindrado Exterior Eliminación de cantos y bordes Cilindrado Exterior Eliminación de cantos y bordes Pulido Fino

11

IT2

1.6

Pulido fino

Cilindrado Interior

Torneado

Torneado Torneado

Tabla 3.- Método de elaboración de la pieza

A continuación se presenta las diferentes etapas del mecanizado con el montaje respectivo en el husillo del torno. Se coloca alimentador automático ( si se requiere producción continua), se lleva a posición con el tope.

30 mm

18

Posterior al la puesta a tope se efectúa el refrentado de la cara lateral derecha: como se muestra en el esquema Empezando desde el centro y con una penetración de 0,5 mm en –Y efectuar un avance hasta un desplazamiento en X con la misma profundidad, posteriormente, cambia a una penetración –Y de 1 mm hasta el diámetro final, para obtener las dos caras en lado B

Posteriormente la siguiente operación de taladrado de orificio, en el centro de rotación de la pieza: Con la broca de 5/8” de diámetro y una penetración de la herramienta de 27 mm en -Y

Despues mecanizar con la broca de 5/8” de diámetro y abrir un orifico, se efectúa el acabado interior con la herramienta de cilindrado interior, pasando desde un diámetro de 7,93 mm en X hasta 8,5015 mm, donde se llega a la medida.

19

Posterior se efectúa el cilindrado externo para llevarlo a cota de diseño.

En el cilindrado externo, las dimensiones de partida son Ф70 mm, con una profundidad de 1mm en la dirección –X, se lleva directo desde Ф70 mm hasta Ф68 mm, cuyo diámetro es el final. Paso siguiente con la herramienta Nº 5 de tronzar profundo se efectúa el canal mostrada colocando la pieza de 0Y hasta – 10,04Y para iniciar el arranque de viruta. Empezando desde el diámetro externo 68 mm, para caso de la herramienta 34X y avanzando la herramienta hasta 29X (dirección centro de las X para el mecanizado ), una vez finalizado se retira la herramienta y con la herramienta N1, se coloca con el ángulo indicado por planos y en posición 0Y hasta posición – 9,95Y. Con una penetración de de -2,3Y se inicia el desbaste hasta con recorrido de la herramienta de manera diagonal dirección X de 34X hasta 24,7X, nuevamente se aumenta dde -2Y hasta -4,6Y y se desbasta hasta llegar de 34X hasta 26X ,para luego efectuar el afinado de la superficie, colocando la penetración de la herramienta desde -5,2Y y se mecaniza con el mismo desplazamiento en X. De igual Manera para la frontal, partiendo de -11,54Y con una penetración de la herramienta de -13,34Y y de 34X hasta 24,7, se inicia el desbaste con la herramienta de forma diagonal dirección X de 34X hasta 24,7X, nuevamente se aumenta desde -13,54Y hasta -15,84Y y se desbasta hasta llegar de 34X hasta 26X ,para luego efectuar el afinado de la superficie, colocando la penetración de la herramienta desde -15,84Y hasta -16,44Y y se mecaniza con el mismo desplazamiento en X del caso anterior.

20

Posteriormente se efectúa el redondeo de los labios externos de la canal con radio máximo de 0,8mm. Una vez efectuado el redondeo de la superficie de los labios externos de la canal, se procede a cortar la pieza con la herramienta tronzadora Nº5 , posicionando la herramienta a cota -23,25Y y con la penetración de la herramienta desde 34X hasta 7X para el corte completo de la pieza.

2.9.- Cálculo de la potencia mecánica

Este cálculo se realiza para el paso de mecanizado mas extremo, o sea para el desbastado con profundidad de corte 2 mm. La potencia mecánica se puede calcular según la siguiente ecuación:

Pm = Ps ∗ Zw = 3 GJ

m

−7 3 × 4,07 x10

m3 = 1221watt = 1,6 Hp s

En donde: Pm − Potencia mecánica de la operación tecnológica. Ps − Energía específica de corte. (Geoffrey & Boothroyd. Pág. 56)

21

Ps = 3 GJ

m3

, para a c = a f × sin Kr = 0,19 ÷ sin 90 0 = 0,19mm

K r − Ángulo del filo principal de la herramienta Zw = π ×a p × f × (d m + a p )nw = π × 2mm × 0,19 mm

Zw = 24535,08 mm3 min = 4,07 x10− 7 m

rev

× (26 + 2 )mm × 734 rev

min

=

3

seg

En donde: a p − Profundidad de corte

f − Avance d m − Diámetro de la superficie de transición. Otros datos importantes y utilizados son los siguientes: ( H. Gerling ) Tabla Nº 1.3 “Valores de orientación para velocidades de corte en m/min para el torneado con acero rápido (SS) y de metal duro (plaquitas)”. (pag. 35) Aleaciones de Aluminio:

Herramienta SS ………….s = 0,2 y V = 28 mm/rev.

Torneado Desbaste

K…………… s = 0,2 y V = 125 mm/rev.

Herramienta SS ………….s = 0,2 y V = 67 mm/rev. Torneado afinado

K…………… s = 0,2 y V = 425 mm/rev

Tabla Nº 2.3 “Velocidad de corte (V), avance (s) y refrigeración para brocas de acero SS”. (pag. 103)

22

Diámetro de la broca

Aleaciones de Aluminio

15 mm.

20 mm.

s

0,3

0,4

V

150

150 mm/ min

mm/rev.

Cálculo de tiempo útil principal: ( pag. 48 ) Tiempo útil principal =

longitud a tornear avance / min

Donde: n = número de revoluciones

23

thu =

L s*n