Proceso tecnológico de maquinado para la elaboracion de una pieza tipo árbol

Resumen

El Proyecto de Ingeniería Mecánica 1 se desarrolló en el taller de maquinado de la Fabrica de Calderas de Sagua. En él se desarrolla el proceso de fabricación de una pieza tipo árbol, mediante proceso de maquinado, se desarrolla el análisis funcional de este elemento, apoyado en el software Catadic. Se elaboró el plano de la misma utilizando la herramienta de diseño automatizado

SolidWorks. se seleccionan además, el material de la pieza, el tratamiento térmico requerido, la pieza en bruto y la secuencia de operación y pasos tecnológicos, así como de las máquinas herramientas, herramientas de corte e instrumentos de medición necesarios para su elaboración.También se establece el régimen de corte para cada paso tecnológico, mediante el uso del software CutData, realizándose además la recomendación de las medidas de protección e higiene necesarias para el trabajo en los talleres de maquinado, tratamiento térmico y finalmente se hace una valoración económica sobre el proceso de fabricación de la pieza dada.

Abstract

The Project of Mechanical Engineering 1 were developed in the shop of having schemed of it Manufactures it of Boilers of Sagua. In him the process of production of a piece type tree is developed, by means of process of having schemed, the functional analysis of this element is developed, supported in the software Catadic. The plane of the same one was elaborated using the tool of automated design SolidWorks. They are also selected; the material of the piece, the required thermal treatment, the rough piece and the operation sequence and technological steps, as well as of the machines tools, court tools and necessary mensuration instruments. The court régime also settles down for each technological step, by means of the use of the software CutData, being also carried out the recommendation of the protection measures and necessary hygiene for the work in the shops of having schemed, thermal treatment and finally an economic valuation is made on the process of production of the given piece.

Introducción

Desde la antigüedad el hombre ha buscado sobrevivir y tener una vida más placentera, por tal motivo se ha visto en la necesidad de utilizar herramientas que le han ayudado en el largo camino de la historia humana. El comienzo de la utilización de las máquinas herramienta se remonta siglos atrás cuando estas eran de un tamaño considerable y se hacían funcionar con vapor de agua, por lo que eran poco prácticos y las producciones bajas. Con el desarrollo científico técnico alcanzado por la humanidad y la automatización de los procesos industriales en las últimas décadas, el hombre ha creado una enorme gama de máquinas para hacer más productivo su trabajo, en esferas tan importantes para la economía, como lo son la fabricación y recuperación de piezas. Todas tienen en común la utilización de una herramienta de corte específica, su trabajo consiste en dar forma a cualquier pieza o componente de máquina, basándose en la técnica de arranque de virutas, u otros procedimientos especiales. En este proyecto de curso se profundiza sobre el uso de las mismas, aplicadas a una pieza en concreto. De esta pieza se realiza la secuencia de maquinado, llevando a cabo los conocimientos adquiridos en la asignatura de Máquinas Herramienta recibida en el 3er año de la carrera. Para la estructuración del proyecto se tuvo en cuenta lo aprendido en la asignatura de Metodología de la Investigación, redactándose a continuación.

Idea inicial

Desarrollar la secuencia tecnológica de maquinado para la construcción del árbol del sistema alimentador de bagazo de una caldera. También se realizará un análisis funcional y dimensional, se seleccionará el material, tratamiento térmico, las maquinas herramientas, las herramientas de corte y cálculo del régimen de corte necesario para la construcción de la pieza.

Planteamiento del problema

¿Sera posible obtener una tecnología de maquinado que se ajuste a las condiciones del taller manteniendo la eficiencia y calidad de la pieza?

Objetivo general

Determinar la secuencia tecnológica de maquinado más eficiente y económica para la construcción del eje alimentador de bagazo.

Objetivos específicos

Aplicar los criterios obtenidos en la asignatura procesos tecnológicos.

Adquirir conocimientos complementarios sobre realización de secuencias tecnológicas de maquinado para piezas de revolución.

Aplicar las normas nacionales e internacionales para escoger aceros.

Aplicar criterios económicos necesarios para construcción de piezas.

Profundizar en la utilización de las nuevas tecnologías de maquinado.

Justificación

Es necesario desarrollar las tecnologías de maquinado económicas para aumentar la calidad de las piezas para aumentar las exportaciones y con esto ayudar al país.

Viabilidad

Este trabajo es viable ya que para su desarrollo existe una excelente bibliografía, así como todas las condiciones necesarias para realizar una excelente revisión de información. Además para este trabajo me preparan un conjunte de profesores que están listos para aclararme cualquier duda que me pueda surgir durante la realización del mismo.

Consecuencias y repercusiones.

La elaboración de este proyecto trae como consecuencia que se construya esta pieza con un mayor ahorro de recursos que esto repercute directamente en le economía del país.

Hipótesis

Conociendo bien las condiciones de trabajo del árbol, podemos escoger el material adecuado más económico para su construcción, seleccionar el tratamiento térmico correctamente y con esto desarrollar la secuencia tecnológica de maquinado más eficiente.

Tareas

Realizar una revisión bibliográfica para obtener los aspectos teóricos

Hacer un análisis funcional de la pieza a elaborar. Hacer un análisis dimensional de la pieza.

Elaborar el plano de la pieza.

Seleccionar el material con que se va elaborar.

Seleccionar el tratamiento térmico que se aplicará.

Desarrollar un régimen do corte vinculado a las condiciones del taller de maquinado donde se elaborará la pieza.

Seleccionar las dimensiones de la pieza en bruto.

CAPÍTULO I.

CARACTERIZACIÓN DE LA FABRICA Y SU TALLER DE MAQUINADO FABRICA

La Fábrica de Calderas "Jesús Menéndez" fue concebida desde sus inicios en colaboración con la extinta URSS, país que le facilitó su equipamiento y el adiestramiento de su personal y fundada oficialmente en el año 1981. La misión de esta empresa en aquel momento fue fabricar calderas acuotubulares de mediana y pequeña potencia para los centrales azucareros del país, así como otros componentes para el área termoenergética de los mismos, constituyendo por lo tanto, los centrales del país, su principal y casi único cliente. La estructura organizativa de la entidad se muestra en el Anexo 1.

Sector a que pertenece: Industria

Rama: Industria de la Construcción de Máquinas no Eléctricas

Subrama: Reparación y mantenimiento de equipos y maquinarias para la agricultura.

Organismo Superior Administrativo: Ministerio del Azúcar.

Organismo Rector de la Actividad: Ministerio del Azúcar.

Para el desarrollo de todas sus funciones cuenta con una fuerza de trabajo de 325 trabajadores, desglosados en las diferentes categorías ocupacionales y nivel de escolaridad que se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Desglose de la fuerza de trabajo atendiendo a la categoría ocupacional y al nivel de escolaridad

Fuente: Elaboración propia a partir de la documentación económica informativa de la empresa

Principales Clientes:

En Cuba:

Dentro del sector azucarero:

o Empresas Azucareras y Mieleras que aún se encuentran activas.

o Refinerías de azúcar crudo.

o Destilerías y fábricas de ron.

o Fábricas de levadura, torula y mieles deshidratadas.

o Otras instalaciones productoras de derivados de la caña.

o Otras empresas de apoyo

Fuera del sector azucarero:

o Termoeléctricas.

o Fábricas de Cemento

o Empresas de Productos Lácteos

o Cervecerías

o Refinerías de Petróleo. o Instalaciones hoteleras. Fuera de Cuba:

– Sector azucarero y agrario de países como Venezuela, Bolivia, México, Jamaica, Guyana, Guadalupe, Haití, Honduras, Nicaragua y República Dominicana entre otros, sobre todo los integrados al Proyecto ALBA de desarrollo.

Competencia

Las características de las producciones y servicios que ofrece la entidad sagüera le dan realmente una supremacía y carácter único sobre todo dentro del país por cuanto es la única fábrica de calderas que existe en Cuba y en todo el Caribe insular. No obstante, se puede afirmar que dentro del país existen algunas entidades que parcialmente pueden asumir algunas de sus producciones y de alguna manera convertirse en competidores, estas son:

En Cuba:

o Empresa de Mantenimiento a Centrales Eléctricas (EMCE) perteneciente al MINBAS.

o Empresa de Mantenimiento a Calderas (ALASTOR) perteneciente al SIME.

o Empresa de Mantenimiento al Turismo (EMPRESTUR) perteneciente al MINTUR.

o Empresa Planta Mecánica perteneciente al SIME. En el exterior:

o Fábrica de Calderas LEÓN, México

o Fábrica de Calderas acuotubulares DENINI-SANTINI, Brasil

o Fábrica de Calderas DISTRAL TÉRMICA, Colombia

o Fábrica de Calderas RETOR, México

o Fábrica de Calderas pirotubulares ARAUTERM, Brasil

TALLER

El taller se caracteriza por realizar diferentes procesos todos destinados a la construcción de componentes necesarios para la construcción de calderas y destinadas a las reparaciones de las máquinas de taller.

Procesos

Manuales: Dentro de estos se encuentra la reparación de agregados.

Mecánico Manuales: Fabricación de conjuntos y partes para la reparación de máquinas herramientas

Mecánico: Fabricación de piezas por el método de maquinado

Máquinas herramientas del taller de maquinado de la fábrica de Calderas Jesús Menéndez de Sagua la Grande

Tornos

Fresadoras

Taladradoras

Amoladoras

Grúas

Rectificadoras

Mortajadoras

Mandriladora

Seguetas

Chaflanadora

CAPÍTULO II:

Proceso tecnológico de maquinado.

2.1. – Secuencia de maquinado.

2.1.1 – Descripción de la pieza.

Esta pieza consta de 8 escalones, esta presenta 2 roscas, 2 ranuras ,4 chaveteros y 9 biseles. Su dimensión máxima es de 318 mm y la mínima de 18, con una longitud total de 945 mm.

2.1.2 – Análisis funcional de la pieza.

La pieza a elaborar es un árbol perteneciente al sistema alimentador de bagazo de una caldera de vapor, el cual está formado por 8 escalones que presentan chaveteros en las que se desplazan los engranajes, el cual no ha sido diseñado para transmitir elevadas potencias.

El árbol trabaja en un ambiente cerrado y con lubricación en los cojinetes. Está sometido fundamentalmente a cargas de flexión y torsión. En 2 de sus escalones van montados rodamientos.

2.1.3 – Análisis dimensional de la pieza.

Escalones de diámetro 75 mm (rodamientos)

Según las recomendaciones que se dan en la hipermedia del sitio web del proyecto, se selecciona un ajuste indeterminado H7/k6 para este diámetro, donde va acoplada la pista interior de un rodamiento de bolas, cargado circularmente, con un régimen de trabajo de carga elevada y con una precisión clase P6.

Los ajustes H7/k6 se utilizan para los acoplamientos donde prácticamente no aparece ningún juego, es decir en piezas que se desmontan con muy poca frecuencia.

Los ajustes indeterminados se aplican ampliamente para lograr uniones inmóviles, son muy exactos y tienen la aplicación en los grados de tolerancia de 4 hasta 7 y en la mayoría de los casos se utilizan en las zonas de los ejes que acoplan con las pistas interiores de los rodamientos.

Escalón de diámetro 77 mm (chavetero)

Escalón de diámetro 74.5mm (chavetero)

Escalones de diámetros 73 y 76

§ Estos escalones son libres, por tanto no se realiza su análisis dimensional.

Escalones de diámetro 70(Rosca)

§ En estos escalones están presente roscas, por tanto no se realiza su análisis dimensional.

2.1.4- Elaboración del plano de la pieza

2.1.5- Selección del material de la pieza

La selección del material de la pieza se realizó según NC 10-54:84, utilizando como referencia la Selección de Aceros y sus Laminados´

Para realizar este paso se tuvo en cuenta las exigencias y condiciones de trabajo a las que va a estar sometida la pieza, las propiedades tecnológicas que se requieren garantizar, sus dimensiones, tipo de tratamiento térmico a aplicar y la disponibilidad del material en cuestión.

Se escogió para su elaboración el acero 1045 [1045 según nomenclatura AISI], el cual es un acero de contenido medio de carbono.

Tabla 2.2- Composición química del acero 1045

2.1.5.1- Propiedades mecánicas del acero 1045

2.1.6- Selección de la pieza en bruto

Teniendo en cuenta que el diámetro mayor de la pieza a elaborar que es de 77 mm y el diámetro superior más próximo a esta dimensión que se comercializa del acero seleccionado, es de 80 mm, se escoge el siguiente material de partida:

Barra Redonda Lisa de Acero del grado 1045, Laminado en caliente, con las siguientes dimensiones:

ü Diámetro: 80 mm

ü Longitud: 945 mm [La cual lleva implícito un margen de 6mm por encima de la longitud total de la pieza terminada (951 mm)].

2.1.7- Selección de la secuencia de operación y pasos tecnológicos.

Para clasificar la pieza según la relación de su longitud con el diámetro del husillo del torno donde va a ser elaborada, se parte de los siguientes datos:

Ø Longitud de la pieza [lp]=951 mm

Ø Diámetro del agujero del husillo (Torno 16 K20)[dh]=63mm

Determinando la relación se tiene:

Como la relación (longitud de la pieza) / (diámetro del agujero del husillo) > 4 entonces la pieza se considera larga y no cabe por el agujero del husillo del torno seleccionado pues la pieza tiene F80mm de diámetro en bruto y el torno tiene 63mm de agujero del husillo.

Como otros aspectos importantes que se deben tener en cuenta para establecer la secuencia de operación, se tienen:

ü El mejor acabado superficial que se debe garantizar durante la elaboración de la pieza es

Ra=1.6

ü El mayor grado de precisión a lograr será según IT 7.

ü La pieza requiere tratamiento térmico.

2.1.8- Selección de las máquinas herramientas por operación y sus accesorios.

2.1.8.1- Cortado de la pieza en bruto

Para el corte de la pieza en bruto se utiliza una Segueta Mecánica Modelo 872A

2.1.8.2- Selección del Torno

Para el torneado se selecciona un Torno paralelo 16K20, el cual posee las propiedades necesarias y es ideal para la elaboración de piezas tipo árbol.

Parámetros fundamentales del Torno

§ Altura del centro sobre bancada: 215mm

§ Distancia entre puntos: Hasta 2000mm

§ Potencia del motor [Nm]: 10kW

§ Rendimiento del torno [?]: 0,75

§ Frecuencia de rotación del husillo [rpm]:

12,5/16/20/25/31,5/40/50/63/80/100/125/160/200/250/315/400/500/630/800/1000/1250/1600.

§ Avance longitudinal [mm/rev]:

0,05/0,06/0,075/0,09/0,1/0,125/0,15/0,175/0,2/0,25/0,3/0,35/0,4/0,5/0,6/0,7/0,8/1/1,2/1, 4/1,6/2/2,4/2,8

§ Avance transversal [mm/rev]:

0,025/0,03/0,0375/0,045/0,05/0,0625/0,075/0,0875/0,1/0,125/0,15/0,175/0,2/0,25/0,3/0, 35/0,4/0,5/0,6/0,7/0,8/1/1,2/1,4.

§ Máxima fuerza de corte axial admisible para el mecanismo de avance Px=600kgf

Accesorios

Los accesorios que se requieren utilizar para el proceso de torneado de la pieza a elaborar, son los siguientes:

Plato auto entrante de 3 garras

Punto móvil

Perro de arrastre

Mandril porta-broca

2.1.8.3 – Selección de la Fresadora.

Para la realización del fresado de los detalles constructivos de la pieza, que requieren de esta operación, se escogió la Fresadora de modelo 6P-81. La cual es capaz de realizar los siguientes pasos tecnológicos:

• La elaboración de superficies planas.

• El tallado de chaveteros y ranuras en general.

• La elaboración de superficies de forma (por copiado con una fresa de forma).

• El tallado de ruedas de dientes rectos y helicoidales y estrías.

Accesorios

Los accesorios que se requieren utilizar para el proceso de Fresado de la pieza a elaborar, son los siguientes:

Cabezal divisor

Cabezal móvil [Contrapunta] Perro de arrastre

2.1.8.4- Selección de la Rectificadora

El rectificado de los escalones de la pieza que así lo requieren, se realizarán con el empleo de una

Rectificadora de piezas cilíndricas, Modelo 2P531, fabricada en la antigua URSS.

Accesorios

Punto fijo

Perro de arrastre

2.1.9- Selección de las herramientas de corte, dispositivos universales e instrumentos de medición.

2.1.9.1- Herramientas de corte a utilizar en las diferentes operaciones.

Para el torneado:

• [T1] Cuchilla de cilindrar de carburo cementado 450.90 0

• [T2] Cuchilla de escalones ángulo de precisión

• [T3] Cuchilla de ranurar

• [T4] Broca de centrar F 4mm de acero rápido.

Para el Fresado:

Ø [F1] Fresa de Espiga de 20×6.

Ø [F2] Fresa de Espiga de 24×2.

Para el Rectificado:

Ø [R1] Muela abrasiva recta diámetro 300X40X40, de corindón puro.

2.1.9.2- Instrumentos de medición a utilizar:

Ø [M1] Micrómetro para exteriores 75-100mm

Ø [M2] Regla metálica 0-1000 mm

Ø [M3] Pie de rey de 0-120mm

2.1.9.3- Dispositivos universales que se requieren:

[D1] Plato autocentrante de 3 garras

[D2] Punto giratorio

[D3] Punto fijo

[D4] Perro de arrastre

[D5] Cabezal divisor

[D6] Cabezal móvil [Contrapunta] [D7] Mandril porta-broca

[D8] Luneta fija

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