Elaboración de un Piñón Engrane Cónico Recto con Acero Cold Rolled 1018 (UPIICSA)

• Introducción al trabajo de Manufactura Industrial II
• Descripción del Proceso
• "Piñón Engrane Cónico Recto"
• Característica de la Maquinaria y Equipo
• Características del material empleado
• Acero Cold Rolled 1018 con Tratatamiento Térmico
• Conclusiones
• Trabajos de Ingeniería Industrial de UPIICSA del IPN
• Anexo 1: Usos y aleaciones del aluminio
• Anexo 2: Datos Acerca del autor
• Bibliografía

 Introducción al trabajo de Manufactura Industrial II

Para todo crecimiento de un profesional se necesita contar con experiencia, habilidad, destreza, aptitud, actitud y desarrollo de los conocimientos adquiridos en su preparación, es por eso la importancia de realizar proyectos en los cuales se aplique y se explore el campo a través de estudios y proyectos realizados en el ámbito laboral, en el cual se forma una concepción más amplia  y concisa de los que es capaz de desarrollar y cambiar realizando un buen análisis y estudio.   

Es por eso que en el trabajo siguiente se muestra un estudio realizado a un proceso de manufactura que va desde el diseño de la pieza hasta el costo de fabricación considerando costos directos e indirectos.

 El objetivo principal es conocer y comprender como se lleva a cabo el proceso de fabricación  considerando todos los aspectos que actúan en la obtención de la misma. Todo ese estudio esta amparado por medio de cálculos y dibujos que nos ayudan a determinar lo antes dicho.

Objetivos 

• Conocer y analizar el proceso de fabricación de una pieza en general. 
• Calcular el tiempo de fabricación, así como el costo de la misma. 
• Aplicar los conocimientos para el cálculo de parámetros, tomando en cuenta equipo, maquinaria, mano de obra y costos. 
• Realizar el estudio analítico de cada procedimiento de acuerdo a la pieza a analizar, tomando en cuenta las diferentes alternativas. 

Descripción del Proceso

"Piñón Engrane Cónico Recto" 

Material: ACERO 1018 O  COLD ROLLED  (C 0.1% – 0.3%).

Barra de 3m de Diámetro 76.2 mm (3pulgadas) 

 Característica de la Maquinaria y Equipo 

Sierra 

Sierras de cinta Rusch, de origen austríaco, está fabricada en Italia por Construcciones Mecánicas Scortegagna. Con capacidad de 770 x 500 milímetros.

Entre los aspectos técnicos más destacables están: 

– El control total de todos los parámetros del corte como: velocidad de paso de la hoja, velocidad de bajada del arco, posicionamiento del arco para corte angular, precisión de la alineación de la hoja mediante alta tensión y sistema dinámico de corrección de la verticalidad de la hoja, etc.

– La rigidez estructural contra deformaciones y vibraciones. 

– El dimensionado de la motorización de alto coeficiente de seguridad. 

– Los componentes eléctricos y mecánicos universales de alta calidad. 

– Los controles numéricos de altísimas prestaciones y programación abierta especialmente diseñados para todo tipo de secuencias y ciclos de corte. 

Torno 

El torno automático Mikra 36 de Mupem tiene un cabezal con una capacidad máxima en barra redonda de 36 mm, y la velocidad del husillo es de 4.500 rpm. 

Su motor principal es asíncrono con variación vectorial de la velocidad con una potencia estándar de 3 kW. 

Los carros verticales tienen un curso total de 35 mm, y una regulación longitudinal manual de 30 mm. El carro cruzado para los ejes X y Z disponen de 4 herramientas, y el diámetro de alojamiento de las herramientas es de 25,4 mm. El curso máximo de trabajo del eje X es de 190 mm y del eje Z es de 160 mm. La velocidad de desplazamiento es de 30 m/min. 

Dispone de un subhusillo síncrono con un diámetro de la pinza de 36 mm, un potencia de motor de 1,3 kW y una velocidad sincronizada con husillo principal. El sistema de segundas operaciones necesita llevar un subhusillo síncrono y puede realizar 2 posiciones. 

La capacidad del tanque del sistema de refrigeración es de 60 litros, con un caudal de 30 l/min a una presión de 1,5 bar. 

La superficie ocupada en planta es de 2.580×1.400 mm. El peso neto aproximado es de 1.400 kg. 

Fresadora 

Fresadora de bancada fija Chevalier están diseñadas para dar respuesta a la demanda de alta producción y alta precisión. Estas máquinas son la solución más flexible y económica para el fresado de piezas hasta 1.000 x 500 mm. 

Las diferentes configuraciones permiten disponer de cabezales con bajada de caña y cabezales giratorios tipo cartucho. 

 2040MB 2040HB

Mesa 1.370 x 330 1.370 x 330

Recorridos 1.020 x 510 x 610 1.020 x 510 x 610

Husillo ISO 40 5.000 rpm ISO 40 6.000 rpm

Potencia 5 CV 10 CV

Peso 3.000 kg 3.600 kg

Roscadora

El modelo RNR-20.400 de CMA es la máquina neumática más potente de la gama, pudiendo roscar desde M-3 hasta M-24. 

El motor neumático de este modelo posee dos velocidades, 400 y 115 rpm, las cuales permiten ser rápido con las pequeñas métricas y potente con las grandes. El cambio de velocidad puede ser realizado fácilmente con un giro en el cuerpo del motor. Este modelo puede ser suministrado con una mesa de chapa de 800 x 600. 

Los modelos neumáticos están preparados para trabajar con aire a presión, montando un motor neumático con sentido de giro de entrada y salida y cabezal de cambio rápido. 

 Taladro 

TALADRO IRSASA RHS-32: Rapido. Ø acero 25 mm, Ø fundicion 32 mm, carrera husillo 150 mm, carrera columna 430 mm.  

Características del material empleado 

Los aceros son aleaciones de hierro carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente, generalmente el porcentaje de carbono no excede del 1,76%. 

El acero se obtiene sometiendo el arrabio a un proceso de descarburación y eliminación de impurezas llamado afino (oxidación del elemento carbono) 

Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en: 

Aceros hipoentectoides: Si su porcentaje de carbono es inferior al punto S(entectoide), o sea al 0,89%.  

Aceros hiperentectoides: Si su porcentaje de carbono es superior al punto S desde el punto de vista de su composición, los aceros se pueden clasificar en dos grandes grupos: 

Aceros al carbono: Formados principalmente por hierro y carbono.

Aceros aleados: Contienen, además del carbono otros elementos en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templeabilidad, resistencia a la corrosión)  

Con respecto a su composición, puede ser de baja o alta aleación y los elementos que puede contener el acero pueden ser tanto deseables como indeseables, en forma de impurezas. 

Elementos que influyen en la resistencia a la corrosión. 

El cromo favorece la resistencia a la corrosión; integra la estructura del cristal metálico, atrae el oxigeno y hace que el acero no se oxide. El molibdeno y el volframio también favorecen la resistencia a la oxidación. 

Estos productos metalúrgicos se clasifican en series, grupos y tipos. 

Las series que corresponden a los aceros van desde la F-100 hasta la F-900. 

La serie F-300 corresponde a los aceros resistentes a la oxidación y a la corrosión, en particular la serie F-310 corresponde a los aceros inoxidables.

Tratamientos  

Son los procesos a los que se somete los metales y aleaciones ya sea para modificar su estructura, cambiar la forma y tamaño de sus granos o bien por transformación de sus constituyentes. 

El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación. 

Los tratamientos pueden ser mecánicos, térmicos o consistir en la aportación de algún elemento a la superficie de la pieza.

Tratamientos térmicos: Recocido, temple, revenido, normalizado. 

Tratamientos termoquímicos: Cimentación, nitruración, cianurización, etc. 

Tratamientos mecánicos: Se somete al metal a operaciones de deformación frío o caliente para mejorar sus propiedades mecánicas y además darle formas determinadas. 

Al deformar mecánicamente un metal mediante martillado, laminado, etc., sus granos son deformados alargándose en el sentido de la deformación. Lo mismo pasa con las impurezas y defectos, se modifican las estructuras y las propiedades del metal. 

Tratamientos en frío: Son los tratamientos realizados por debajo de la temperatura de recristalización, pueden ser profundos o superficiales. 

– Aumento de la dureza y la resistencia a la tracción.

– Disminuye su plasticidad y tenacidad.

– Cambio en la estructura: Deformación de granos y tensiones originadas, se dice entonces que el metal tiene acritud (cuanto más deformación, mas dureza). Se produce fragilidad en el sentido contrario a la deformación (falta de homogeneidad en la deformación iguales tensiones en las diferentes capas del metal) 

Cuando el metal tiene acritud, solo debe usarse cuando no importe su fragilidad o cuando los esfuerzos solo actúen en la dirección de la deformación. 

Clasificación según estructura en estado de utilización 

• Ferríticos
• Martensíticos
• Austeníticos
• Aceros ferríticos: Estructura ferritica a cualquier temperatura (o se convierte en estructura ausenitica en el calentamiento). El grano no se regenera.

Composición: 

15-18% de Cromo y una máxima de 0,12% de Carbono.

Resistencia a la corrosión superior a la de los martensiticos. 

20-80% de Cromo y una máxima de 0,35% de Carbono.

Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% más resistentes a la oxidación. Son difíciles de soldar y se usan en embutición profunda por su gran ductilidad. 

Acero Cold Rolled 1018 con Tratatamiento Térmico 

AISI 1018 – Análisis típico

 El ser más rico en el manganeso, AISI 1018 es un acero mejor para las piezas carburadas, puesto que produce un caso más duro y más uniforme. También tiene características mecánicas más altas y mejora características que trabajan a máquina. Las barras rodadas calientes usadas en la fabricación de este producto están de calidad especial.

La mayoría de las barras acabadas frías son producidas por el dibujo frío. En este proceso, las barras rodadas calientes de gran tamaño, que se han limpiado para quitar la escala, se dibujan a través de dados al tamaño requerido. Los tamaños más grandes se dan vuelta y se pulen generalmente, las barras rodadas calientes que son máquina dada vuelta, más bien que dibujada, seguido por pulir abrasivo. Las barras dadas vuelta y pulidas tienden para tener un final algo más brillante que barras retiradas a frío.

Usos típicos

Conveniente para las piezas que requieren la formación en frío, tal como prensar, flexión, o estampar. Especialmente conveniente para las piezas carburadas que requieren base suave y alta dureza superficial, tal como engranajes, los piñones, gusanos, pernos de rey, trinquetes, perros tan encendido.

Características mecánicas

Los valores siguientes son promedio y se pueden considerar como representante.

Manufacturabilidad

AISI 1018 tiene un grado de la manufacturabilidad de el 78% de AISI B-1112. Average que la velocidad superficial del corte es 130 pies por minuto.

Weldability

Este grado es soldado con autógena fácilmente por todos los procesos de la soldadura, y las autógenas resultantes y ensambla está de calidad extremadamente alta. El grado de la barra de la soldadura que se utilizará depende del grueso de la sección, diseño, requisitos del servicio etcétera.

El endurecer

Este grado responderá a cualesquiera de los métodos estándares de la carburación y de los tratamientos de calor subsecuentes. Para un caso duro y una base resistente, se sugiere el tratamiento de calor siguiente: carbure en 1650 – 1700 grados Fahrenheit por aproximadamente ocho horas, frescos en caja y recalentamiento 1400 – 1450 grados Fahrenheit apagan en agua y dibujado en 300 – 350 grados Fahrenheit.

Tolerancia del tamaño

Conclusiones 

A lo largo de este trabajo se pudo determinar el tiempo de maquinado, es decir, el tiempo que se requiere para poder elaborar esta pieza que pasa por diferentes procesos de maquinado. 

Este tiempo de maquinado es de suma importancia ya que para poder determinar el costo de fabricación es indispensable saber cuanto tiempo se requiere para realizar dicha pieza. También para poder determinar la producción que podrá obtener un trabajador en una jornada de trabajo de 8 horas, etc.   

Así como existe gran diversidad de máquinas y piezas que pueden ser elaboradas por estas mismas, también existen diferentes métodos para realizar una pieza. El trabajo de un ingeniero será encontrar un procedimiento en el cual se requiera el menor tiempo de maquinado posible dentro de los límites de las máquinas y claro dentro de los límites de la empresa, ya que esto determinará el costo unitario de la pieza. Ya que si no se considera el proceso de maquinado adecuado donde se reduzca el tiempo lo mas posible el costo unitario o sea fabricación se elevará. En cambio si el proceso es el adecuado el tiempo será el mínimo y el costo se reducirá, solo así nos mantendremos en competencia pues en la actualidad para las empresas su principal prioridad es esa. 

Aunque en esta asignatura nuestro objetivo no es encontrar el proceso adecuado sino calcular el tiempo de maquinado que se requiere para determinada pieza. Nosotros en este trabajo procuramos conjuntar las dos tareas para poder así determinar el menor tiempo y así obtener el menor costo unitario.  

Podemos finalizar diciendo que cada máquina tiene y establece sus parámetro o límites y que todas las piezas que son maquinables tienen un proceso adecuado que siguiéndolo adecuadamente podremos obtener una pieza elaborada con un tiempo de maquinado mínimo y una pieza que cumpla con las especificaciones que nos indique el comprador o cliente y que si no se lleva acabo adecuadamente tendremos como resultado un mal proceso que nos llevara mayor tiempo elaborarlo, esto provocara que el costo unitario se incrementara lo cual no estará dentro de los competidores. 

Trabajos de Ingeniería Industrial de UPIICSA del IPN

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA INDUSTRIALwww.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/introalaii.htm   

MANUAL DEL TIEMPO ESTÁNDAR

www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger/mantiemesivan.htm

FUNDAMENTOS DE LA ECONOMÍA DE LOS SISTEMAS DE CALIDAD

www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/fin/fundelacal.htm

PAGOS SALARIALES: PLAN DE SALARIOS E INCENTIVOS EN INGENIERÍA INDUSTRIALwww.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/rrhh/pagosal.htm

INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES – REDES Y LA ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOSwww.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/iopertcpm.htm

PLANEACIÓN Y CONTROL DE LA PRODUCCIÓN: BALANCEO DE LÍNEAS DE ENSAMBLE: LÍNEAS MEZCLADAS Y DEL MULTI-MODELO

www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/pcplinen.htm

PLANEACIÓN Y CONTROL DE LA PRODUCCIÓN – BALANCEO DE LINEAS

www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/pycdelapro.htm

EVALUACIÓN DE PROYECTOS: ESTUDIO ECONÓMICO Y EVALUACIÓN FINANCIERA (UPIICSA – IPN)

http://www.gestiopolis.com/recursos2/documentos/fulldocs/fin/evaproivan.htm 

 Anexo 1: Usos y aleaciones del aluminio 

Los "números" a los que se refieren los distintos tipos de aleaciones del aluminio son nomenclaturas que se utilizan en esta industria para crear estándares y así saber de que "Juan" se esta hablando, es decir, de "Juan Pérez", "Juan González", etc.  

Usos del Aluminio 

[Productos laminados / Productos extruidos / Productos fundidos] 

El aluminio METAL DEL SIGLO XXI es el más importante de los metales no ferrosos, al ser el elemento más abundante en la corteza terrestre después del sílice, su bajo peso específico, su resistencia a la corrosión, su alta conductividad térmica y eléctrica así como su alta resistencia mecánica una vez que es aleado con otros metales le permiten tener una gama de aplicaciones donde el único límite es la inventiva del hombre. 

A continuación se proporcionan algunos de los usos más importantes relacionados con las aleaciones más comunes y sus características principales.

Aleaciones 1050 y 1070 

Máxima resistencia a la corrosión, fácil de soldar al arco en atmósfera inerte o por soldadura fuerte, excelente formabilidad. 

USOS: En forma de lámina o papel (foil) se usa en la industria química y en la de preparación de alimentos principalmente. 

Otras aleaciones del Grupo Mil y Grupo Tresmil. 

Muy resistentes a la corrosión, excelentes características para soldarce al arco o soldadura fuerte, permiten ser formadas, dobladas o estampadas con facilidad 

USOS: En forma de lámina son ideales para la fabricación de utensilios de uso doméstico, ductos, envases y en general para cualquier aplicación de láminas metálicas donde no se requiera una resistencia estructural. Las aleaciones del grupo 1000 son ideales para la fabricación de papel de aluminio (foil) para empaquetadoras de alimentos, cigarros, regalos, etc. 

 Aleaciones del grupo Cincomil 

Alta resistencia a la corrosión, pueden soldarse fácilmente con equipo de arco en atmósfera de gas inerte, tienen mayor resistencia mecánica que las aleaciones de los grupos mil y tresmil. 

USOS: En forma de placa o lámina se usan en la industria del transporte en carrocerías, tanques o escaleras; son ideales para cuerpos de embarcaciones marítimas(Aleación 5052) para la fabricación de carros de ferrocarril o de trenes urbanos; fabricación de envases abrefácil para bebidas gaseosas y en general para aplicaciones estructurales.

Aleación 1050 

Alta resistencia a la corrosión, buena formalidad fácil de soldar al arco en atmósfera inerte. 

USOS: Como tubería en la industria química y alimenticia.

Aleación 6063 

Resistencia mecánica moderada, fácil de soldar al arco en atmósfera inerte o por soldadura fuerte, excelente resistencia a la corrosión, buena formabilidad, excelentes características para ser anodizada. 

USOS: Es la aleación por excelencia para la fabricación de perfiles arquitectónicos, tubería y en general para aplicaciones industriales donde la resistencia mecánica requerida es moderada.

 Aleación 6061

Buena resistencia mecánica, buena conductividad eléctrica (55% mínimaIACS)

USOS: Alambre para conductores eléctricos, perfiles para uso arquitectónico e industrial donde se requiere una resistencia mecánica superior a la de aleación 6063.

Productos Fundidos 

Aleaciones del grupo Cien 

Alta conductividad eléctrica, buena apariencia al anodizar las piezas. Puede usarce en procesos de Die Casting, moldeado en arena y molde permanente. 

USOS: Pistones, válvulas, cabezas de cilindros, engranes, partes automotrices de tipo estructural en general. 

Aleaciones del grupo Trescientos. 

Propiedades mecánicas moderadas, muy buena fluidez, fácil de soldar. Se usa en cualquier proceso de fundición pero su mejor aprovechamiento es en el proceso de inyección a presión. 

USOS: Sus usos van desde reflectores y parrillas decorativas hasta aplicaciones en la industria aerospacial. 

En términos generales podemos asegurar que el aluminio puede ser usado en un sinfín de aplicaciones y que la información antes proporcionada es solo con la idea de dar algunas aplicaciones muy generales. 

Al alear el aluminio con otros metales, en proporciones muy pequeñas, pueden cambiarse radicalmente las propiedades y características del metal original con esta ventaja usted podrá obtener la pieza, parte o elemento que requiera.

Fuente: IMEDAL (Instituto Mexicano del Aluminio, A.C.)

Anexo 2: Datos Acerca del autor 

Autor: Ing. Iván Escalona

Ingeniería Industrial

UPIICSA – IPN 

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Estudios Universitarios: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas (U.P.I.I.C.S.A.) del Instituto Politécnico Nacional (I.P.N.)

www.upiicsa.ipn.mx

www.ipn.mx

 Ciudad de Origen: México.

Bibliografía:

www.google.com.mx

www.gestiopolis.com

www.edu.red

www.ilustrados.com

      Alrededor de las Máquinas y Herramientas.

           2ª Edición.

          Autor: GERLING

          Editorial  Reverte S. A.

          Págs.: 215, 158, 96-99

      Manual de Máquinas Herramientas.

          Volumen II.

          Autor: Richard R. Kibbe

          Editorial Limusa.

      Manual de Manufactura Industrial II.

Autor:

Editorial: Talleres Gráficos de UPIICSA