grupo 12 - rectificadora de superficies planas normatic
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Informe: Proyecto grupal de un circuito oleo-hidráulico
Título: Rectificadora de Superficies Planas Normatic
Asignatura: Hidráulica y Neumática Industrial
Año: 2011
Grupo: 12
Legajo Apellido y nombre
1 C- / CAMPAGNA, Melina
2 C-5696/1 COLLAZOUL, Agustín
3 M-5502/6 MORGAVI, Guillermo
4 S-4554/3 SBUTTONI, Francisco
5 T-1364/1 TORRILLA, Matías
6 V-1517/2 VALTORTA, Albano
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Contenido Introducción ...............................................................................................................................................2
Descripción del caso ...................................................................................................................................2
Imágenes ................................................................................................................................................3
Descripción del funcionamiento ................................................................................................................4
Consideraciones en la instalación. .............................................................................................................6
Consideraciones en el ambiente de trabajo. .............................................................................................7
Diagrama de flujo .......................................................................................................................................8
Resumen de los datos iniciales ................................................................................................................9
Cálculo de la fuerza desarrollada ............................................................................................................ 10
Análisis del circuito .................................................................................................................................. 13
Descripción de los componentes: ....................................................................................................... 13
Análisis de funcionamiento ................................................................................................................. 13
Especificación y selección de los componentes ...................................................................................... 14
Conclusión ............................................................................................................................................... 19
Bibliografía .............................................................................................................................................. 20
ANEXOS ................................................................................................................................................... 21
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Introducción
El objetivo del siguiente trabajo práctico es describir el funcionamiento de una rectificadora
tangencial, y diseñar el circuito hidráulico que lo gobierna, según las consideraciones vistas durante el
curso.
Para ello, se efectuó un relevamiento completo de las dimensiones de una rectificadora, así
como de sus variables de trabajo (velocidades de los actuadores longitudinal y transversal, velocidades
de giro de la muela, profundidades de pasada, etc.)
La máquina utilizada pertenece a la empresa COMAT, a la cual se agradece profundamente la
oportunidad que nos brindó de realizar las experiencias necesarias para comprender el
funcionamiento de la máquina, así como las comodidades y calidez en el trato durante las visitas.
Descripción del caso
El trabajo realizado se basa en una rectificadora tangencial de la empresa COMET. Es una
máquina herramienta empleada para realizar acabados de alta precisión por abrasión. Es decir, su
función es garantizar la horizontalidad en la forma más exacta y precisa posible de ciertas caras de las
piezas. Esto se logra a través de la acción de una muela abrasiva giratoria que, en función del contacto
con la superficie a rectificar, disminuye su sección al efectuar el desprendimiento de material por el
rozamiento que se produce entre las superficies de la muela y la pieza.
La rectificadora está compuesta por diversos mecanismos, ya sean manuales, eléctricos o
hidráulicos principalmente. En este trabajo describiremos funcionamiento de la mesa, verificando las
presiones, caudales y fuerzas actuantes.
Además detallaremos y enunciaremos algunas características de suma importancia para el
funcionamiento de la rectificadora. Las que están directamente relacionada a la misma, como son la
lubricación, refrigeración o puesta a punto. Y consideraciones a respetar por las características
particulares que posee una maquina de alta precisión, tales como sus dimensiones o vibraciones.
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Imágenes
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Descripción del funcionamiento
El movimiento longitudinal alternativo de la mesa se logra por la acción de un cilindro
hidráulico de doble vástago y doble efecto acoplado a ella. Ésta se desliza sobre una bancada
rectificada, la cual se encarga de guiar y soportar el peso de la mesa, de la pieza y la reacción que
produce el contacto de la muela y la pieza, de tal forma de garantizar la calidad en la terminación.
Sobre la mesa se encuentra montado un plato magnético, el cual fija las piezas a rectificar.
En la columna vertical del bastidor se encuentra montado el motor eléctrico que acciona la
muela, así como un cilindro hidráulico de vástago simple y doble efecto, encargado de realizar el
avance transversal de la muela.
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La profundidad de pasada de la muela se regula manualmente mediante el movimiento de un
tambor graduado. El bastidor también tiene incorporado un cilindro hidráulico para posicionar la
muela de una manera más rápida (usado para recorrer grandes carreras en la puesta a punto).
Según el material y las dimensiones de la pieza a rectificar se varía la velocidad de avance de la
mesa, pudiendo usarse las velocidades máximas en piezas de durezas medias (10 a 40 HRc) y
pequeñas dimensiones, y disminuyendo para piezas de durezas mayores (más de 40 HRc) o de grandes
dimensiones.
La mesa cuenta con dos límites finales de carrera, que regulan el movimiento de la misma, y
que se desplazan manualmente para adecuar la carrera de avance a la pieza a rectificar, y así optimizar
los tiempos productivos.
Según sea el tamaño de la pieza a rectificar, podemos activar o no el movimiento transversal
de la muela. En caso de estar activado, se lo puede hacer trabajar de dos maneras:
-El movimiento transversal es intermitente y dependiente del movimiento longitudinal. Cada
vez que se llega a un límite final de carrera longitudinal, y antes que comience la carrera de vuelta, la
muela realiza su movimiento transversal. Éste se efectúa de a pasos, es decir, en cada final de carrera
longitudinal se mueve una longitud igual al paso. Y, a su vez, cuando llega al final de carrera del
cilindro transversal, este movimiento se realiza en la carrera transversal de vuelta.
-El movimiento transversal es continuo e independiente del movimiento longitudinal, y
también se da entre los finales de carrera del vástago transversal.
Los finales de carrera transversales también pueden ser desplazados manualmente para
adecuar la carrera de la muela a las dimensiones de la pieza a rectificar.
La velocidad de giro de la piedra se puede elegir dependiendo de sus dimensiones. Esto es, el
motor del cabezal porta piedra está bobinado a doble polaridad para permitir aprovechar las piedras
de diámetro reducido, sean estas nuevas o usadas. Cuando el diámetro de la piedra sea inferior a 200
mm se podrá empujar una palanca que acciona un pulsador interior, provocando la conmutación de
polos del motor de 4 a 2, cambiando su velocidad de giro de 1400 a 2800 rpm. Suponiendo dos
piedras de diámetros 200 mm y 300 mm respectivamente, y las correspondientes velocidades de 2800
rpm y 1400 rpm, las velocidades tangenciales resultarán:
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Consideraciones en la instalación.
Para lograr la mejor performance de la máquina y asegurar su buen funcionamiento, así como
su durabilidad, es necesario tener en cuenta algunas condiciones al instalarla en el lugar de trabajo, y
en el mantenimiento de la misma:
-Nivelación: es necesario nivelar la máquina tanto en sentido transversal como longitudinal.
Debe quedar apoyada con una diferencia máxima de altura de 0,05 mm entre sus extremos. Para ello,
el soporte de la máquina está dotado de unos tornillos de nivelación, los cuales, luego de la
regulación, deben quedar en tensión.
-Fundación: Dada la importancia que tiene la nivelación, se debe tener en cuenta la solidez
necesaria en el soporte de la máquina. Si el piso es suficientemente duro (hormigón de 10 cm de
espesor) no es necesario efectuar un basamento especial. Caso contrario, se recomienda cavar un
espacio de fundación en el piso con las dimensiones de la base de la máquina, y apoyar ésta sobre
planchuelas de acero (por ejemplo: de 100x100x16 mm.) en correspondencia con cada tornillo de
nivelación. Además, se aconseja colocar una pequeña cantidad de mezcla rica en cemento entre cada
planchuela y el piso, para asegurar un apoyo parejo, rígido y duradero.
-Lubricación: es de vital importancia en toda la máquina. Las guías de desplazamiento de la
mesa y del soporte del movimiento transversal se lubrican automáticamente. El circuito hidráulico,
naturalmente, está protegido por un filtro sumergido en el tanque de aceite, en la tubería de entrada
de la bomba. La calidad del aceite utilizado debe ser igual o superior al recomendado (en este caso,
Tonna 27), ya que el uso de aceites de mala calidad puede provocar oxidación en las válvulas,
atascamientos de algunos órganos, obligando a desarmes y reparaciones o recambios frecuentes.
-Activado de la muela: en esta máquina, la abrasión es producida por el contacto de una
muela giratoria con la superficie a rectificar. Claramente, el acabado de la superficie será mejor en
tanto la superficie de contacto de la muela esté correctamente rectificada, a su vez. Esto se logra con
un dispositivo que contiene un diamante montado sobre el cabezal porta piedra, cuyo desplazamiento
es paralelo al eje del husillo. Se hace girar el disco a velocidad nominal y se inicia su movimiento
transversal; se acerca el diamante hasta hacer contacto con él, realizando pasadas sucesivas hasta que
quede correctamente rectificado. Este proceso se repite muchas veces a lo largo de la vida útil de la
muela, procurando cada vez la terminación óptima de su superficie.
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Consideraciones en el ambiente de trabajo.
Dada la precisión que se pretende en el acabado de las superficies y las acotadas tolerancias
en las medidas de las piezas, es necesario tener en cuenta ciertas situaciones que se pueden dar en el
ambiente de trabajo y que son ajenas a la máquina, pero que podrían afectar su rendimiento:
-Espacio: dejar alrededor de la máquina una zona suplementaria para permitir el libre
movimiento del operador.
-Vibraciones: no se debe colocar la máquina cerca de otras que, en su funcionamiento normal,
produzcan vibraciones o trepidaciones. Por ejemplo: prensas, balancines, etc. Si lo estuviera, su
rendimiento se vería inaceptablemente afectado, y su vida útil severamente reducida a causa de la
delicadez en algunos de sus componentes.
-Variaciones de temperatura: no se debe colocar la máquina en lugares expuestos a la
radiación solar directa o a otros elementos emisores de calor, ya que variaciones bruscas o grandes de
temperatura provocarían dilataciones desiguales en los elementos, afectando seriamente su precisión.
-Polvos abrasivos: se debe evitar la proximidad a máquinas que produzcan polvos abrasivos, ya
que éstos provocarán un efecto de desgaste prematuro sobre los componentes de la máquina
expuestos a ellos.
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Diagrama de flujo
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Resumen de los datos iniciales
Desplazamiento longitudinal de la mesa 700 mm
Desplazamiento transversal de la mesa 245 mm
Distancia máxima desde la mesa al centro del eje porta piedra 485 mm
Superficie útil de la mesa 600 x 200 mm
Ancho de la ranura en T de la bancada 15 mm
Velocidad longitudinal de la mesa 1,5 a 42 cm/seg
Velocidad transversal del cabezal porta piedra 0,15 a 10 cm/seg
Movimiento transversal manual (vuelta completa del volante) 3 mm
Precisión del movimiento transversal (división mínima de la escala del volante)
0,02 mm
Movimiento vertical manual (vuelta completa del volante) 1 mm
Precisión del movimiento vertical (división mínima de la escala del volante)
0,005 mm
Dimensiones de la muela D 300 mm x 38 mm
Velocidades de la muela 1400 / 2800 RPM
Potencia del motor de accionamiento de la muela 2,5 / 4 HP
Unidad de refrigeración: Caudal Capacidad del depósito Potencia del motor
26 lts/min 100 lts 0,18 HP
Unidad hidráulica: Capacidad del depósito Presión de trabajo Potencia del motor Velocidad del motor
Caudal de trabajo
60 a 70 lts 8 a 10 Kg/cm2
0,5 HP 1400 RPM 22,81 l/min
Actuadores:
Cilindro doble vástago -doble efecto: Diámetro vástago Diámetro émbolo
Cilindro doble efecto vástago simple: Diámetro vástago Diámetro émbolo
50 mm 70 mm 50 mm 70 mm
Peso neto aproximado de la máquina 1980 Kg
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Cálculo de la fuerza desarrollada
Aclaración: La fuerza desarrollada por el sistema hidráulico, es muy superior a la resistencia máxima
que le podemos imponer al avance de la mesa, la cual está dada por el propio peso de la mesa, más el
de la pieza a rectificar; ya que la fuerza que podemos ejercer por abrasión está limitada por la fuerza
de sujeción de la base magnética.
A continuación, se corroboran los valores obtenidos, empleando un ábaco que permite
calcular en función de la presión y del diámetro del vástago la fuerza desarrollada por el cilindro, ya
sea de simple o doble efecto, pero solo para cilindros de vástago simple.
Fuerza desarrollada por la mesa:
Entrando con la presión de trabajo 10 bar y un diámetro de 50 mm, indicado en la tabla
por las líneas verdes, tenemos:
Entrando con la presión máxima 20 bar y un diámetro de 50 mm, indicado en la tabla
por las líneas rojas, tenemos:
Fuerza desarrollada por el cilindro de avance transversal de la muela en su carrera de salida:
Entrando con la presión de trabajo 10 bar y con una superficie de corona de 38 cm2
(equivale a entrar con el diámetro del émbolo, 70 mm), indicado en la tabla por las
líneas azules, tenemos:
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Entrando con la presión máxima 20 bar y un diámetro de 70 mm (émbolo), indicado en
la tabla por las líneas amarillas, tenemos:
Fuerza desarrollada por el cilindro de avance transversal de la muela en su carrera de
retroceso:
Entrando con la presión de trabajo 10 bar y con una superficie de corona de 19 cm2
(equivale a entrar con el diámetro del vástago, 50 mm), indicado en la tabla por las
líneas azules, tenemos:
Entrando con la presión máxima 20 bar y un diámetro de 50 mm (vástago), indicado en
la tabla por las líneas rojas, tenemos:
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Análisis del circuito
Descripción de los componentes: 1. Depósito.
2. Filtro de succión.
3. Motor eléctrico.
4. Bomba de caudal constante.
5. Válvula de alivio.
6. Filtro de retorno en línea con válvula bypass incorporada
7. A-B) Válvula anti-retorno.
8. Distribuidor principal; válvula direccional de 4 vías, 3 posiciones, centro tándem, accionada
eléctricamente por solenoides, posicionada por criquet.
9. Cilindro de doble efecto, doble vástago.
10. A-B) Válvula reguladora de caudal.
11. Válvula 1 vía, 2 posiciones, accionada eléctricamente por solenoide, posicionada por resorte.
12. Válvula direccional de 4 vías, 2 posiciones, accionada eléctricamente por solenoides,
posicionada por criquet.
13. Cilindro diferencial de doble efecto, de vástago simple.
Análisis de funcionamiento Al encender el motor eléctrico (3), la bomba (4) comienza a impulsar aceite, previamente
filtrado por (2), el cual pasa por el distribuidor principal (8); válvula direccional 4 vías, 3 posiciones,
centro tándem y pilotaje eléctrico, y luego se dirige al filtro con válvula bypass incorporada (6), donde
luego de ser filtrado sigue su camino hacia el depósito (1).
Al conectarse la posición de ramas paralelas, el caudal generado por la bomba ingresa a la
cámara izquierda del cilindro de doble vástago, doble efecto (9). El volumen de aceite desalojado por
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la cámara de la derecha pasa por la vía (B-T) de la conexión de ramas paralelas del distribuidor
principal, y luego filtrado y enviado al depósito.
Cuando el vástago derecho del cilindro acciona el límite final de carrera LD-A se excita el
solenoide S2, mediante el cual la válvula (8) se centra, provocando primero la detención de la mesa, y
luego pasa a la posición de ramas cruzadas. De esta manera, el caudal impulsado por la bomba pasa
ahora por la vía (P-B) del distribuidor principal e ingresa en la cámara derecha del cilindro (9),
haciendo que la mesa se desplace ahora hacia la izquierda. En esta situación, el aceite desalojado de la
cámara izquierda del cilindro (9), pasa por la vía (A-T) del distribuidor principal (8), para ser filtrado (6)
y luego se dirige al depósito (1).
Mientras LD-A permanece accionado, el solenoide S1 de la válvula (11), se excita, cambiando
la posición del usillo, permitiendo el paso del aceite hacia la válvula (12), la cual gobierna el
movimiento transversal de la muela, y según sea la posición en la que se encuentre, enviará el caudal
a la cámara izquierda del cilindro (13) o a la cámara anular del mismo. Mediante la válvula reguladora
de caudal (10-B) colocada a la salida variamos el avance transversal de la muela, controlando el
desplazamiento del cilindro. Cuando el contacto asociado al límite final de carrera LD-A se abre, la
válvula (11) retorna a la posición de bloqueo mediante la acción de un resorte. De esta manera se
logra el movimiento intermitente para el avance transversal de la muela.
Cuando se activa el límite final de carrera LI-A, se excita el solenoide S1, desplazando el usillo
del distribuidor principal (8), bloqueando el paso del aceite, para luego conectar nuevamente la
conexión de ramas paralelas.
Especificación y selección de los componentes Bomba:
Bomba
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca Venturi Hnos.
Marzocchi Pompe
Modelo C4 S80/B80 ALP2-D-30
Tipo Engranajes Engranajes
Caudal 80 l/min 30,1 l/min
Presión 250 bar 180 bar
Accionamiento [rpm] 2000 1500
Se opto por la opción dos, es decir, la bomba a engranajes Marzocchi Pompe debido a que es
menos robusta ya que soporta menos presión que la otra opción. Un punto importante, es el precio de
la misma, ya que en este caso sería necesario importarla desde Italia o USA.
Teniendo en cuenta que nuestro motor gira a 1400 rpm, el caudal que esta bomba nos
suministrará será:
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Cañerías: Se calculan partiendo del caudal de la línea y de la velocidad máxima que se desee
alcanzar en la misma, partiendo de;
Donde Si es la sección interior de la cañería.
En la práctica se establecen las siguientes velocidades como las más recomendables:
Presión: 5 m/s
Retorno: 2-3 m/s
Partiendo de que la velocidad del fluido no deberá superar los 5 m/s (en la línea de presión)
para reducir en lo posible las pérdidas de carga y evitar el régimen turbulento, podemos hallar
el diámetro interior mínimo;
Del catálogo de mangueras y conexiones de la empresa Poberaj S.A. obtuvimos la siguiente
información para las líneas de presión:
Modelo Referencia Diámetro Interior Presión de trabajo [Kgf/cm2] pulgadas milímetros
M005Z 08C6H-13 1/2” 12,7 28
Para dimensionar las tuberías de retorno a tanque, tomaremos una velocidad de 2,5 m/s;
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Modelo Referencia Diámetro Interior Presión de trabajo [Kgf/cm2] pulgadas milímetros
M005Z 10C6H-16 5/8” 15,9 25
Válvula anti retorno:
Válvula Anti retorno
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca Roquet Hawe Hidraulik
Modelo VR04R1 RK-2
Caudal Máx. 80 l/min 50 l/min
Presión Máx. 300 bar 700 bar
Diám. Conexión 1/2" 3/8"
Si bien ambas opciones satisfacen nuestro requerimiento en cuanto al caudal, optamos por
colocar la válvula Anti retorno marca Roquet, ya que la misma, al soportar menos presión que
la otra alternativa, será de un tamaño más reducido y de un menor costo.
Regulador de caudal:
Válvula Reguladora de Caudal
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca Roquet Vikers
Modelo 2VCR FR2-10-K-3B
Caudal Máx. 65 l/min 38 l/min
Presión Máx. 250 bar 210 bar
Diám. Conexión 1/2" 3/8"
Seleccionamos la Válvula reguladora de caudal marca Vickers, ya que si bien ambas son
importadas, esta es la que más se ajusta a nuestro requerimiento, (caudal máximo = 104,5
l/min para la máxima velocidad de la mesa)
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Distribuidor Principal:
Válvula Direccional
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca Eaton Vickers Rexorth Bosch
Modelo DG4V-3-8A-MU1D6-61 4WE 6 C7X/HG24N9K4
Caudal máx. 80 l/min 60 l/min
Presión máx. 350 bar 315 bar
Accionamiento Dos Solenoide 24V cc Dos Solenoide 24V cc
Característica 4/3 4/3
Válvula 2 vías 2 posiciones:
Válvula Direccional
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca Eaton Vickers Rexorth Bosch
Modelo DG4V-3-2A-MU1D6-60 4WE 4 D2X/OFG24N9K4
Caudal máx. 80 l/min 30 l/min
Presión máx. 350 bar 210 bar
Accionamiento Solenoide 24V cc Solenoide 24V cc
Característica 4/2 4/2
Tanto para el Distribuidor Principal (comanda el movimiento longitudinal de la mesa)
como para la válvula de 4 vías dos posiciones (comanda el avance de la muela) optamos por la
marca Rexorth Boch, debido a que es la que más se adecua a nuestro requerimiento, y
además, por soportar una presión menor que las de marca Eaton Vickers son menos robustas,
y por lo tanto de menores dimensiones.
Filtro de aspiración:
Filtro de Aspiración
Especificación Selección 1 Selección 2 Selección 3
Variable
Marca UCC Filpro FBN Filtri
Modelo UC-SE-1457 ST-100A FI.315
Caudal máx. 42 l/min 50 l/min 45 l/min
Malla Bronce Bronce Acero
Grado de Filtrado (micrones)
125 125 90
Conexión hilo-hembra 1" 1" 3/4"
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Se opto por seleccionar el filtro de aspiración Marca Filpro, ya que por admitir un mayor
caudal, es el que producirá una menor pérdida de carga, favoreciendo así la aspiración del
aceite.
Filtro de Retorno en línea:
Filtro de Retorno
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca Filpro Stauff
Modelo SO-15-25-VCIP-R RIF48
Montaje En línea En línea
Caudal máx. 300 l/min 380 l/min
Presión máx. 30 bar 20 bar
Grado de Filtrado (micrones)
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Del catálogo de la empresa Oleo-hidráulica Verion, elegimos el filtro marca Filpro. Incluye
manómetro incorporado, para verificar el estado del filtro, y válvula bypass
Válvula limitadora de presión:
Válvula Limitadora de Presión
Especificación Selección 1 Selección 2
Variable
Marca CBF Hydraulic Toresa
Modelo VPL80-L-12 VRP-L1"A
Caudal máx. 80 l/min 95 l/min
Presión máx. 350 bar 70 bar
Se opto por la limitadora de presión Marca Toresa, ya que es la que más se ajusta a nuestro
requerimiento en cuanto a rango de presiones; considerando que al ser de producción nacional y a la
diferencia entre la presión máxima admitida con respecto a la otra opción, esta será de menor costo.
La presión de taraje para que comience a abrir será;
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Conclusión
Durante la realización de este proyecto, además de conocer e interpretar a fondo el
funcionamiento de la máquina, tuvimos la oportunidad de tener contacto con la industria, y esto fue
muy enriquecedor.
Durante el relevamiento de la máquina hidráulica (objetivo de este proyecto), se estudió la
funcionalidad de la misma, estudiando el circuito hidráulico. Se calculó el caudal de trabajo a través
del conocimiento de las dimensiones de los actuadores hidráulicos y la presión de trabajo. Con todo
esto se paso a seleccionar los componentes hidráulicos de catálogos.
Con respecto al diseño de la maquina en sí, podemos decir que está muy bien diseñada. No
encontramos fallas en su diseño. Se podría mencionar como mejora, usar componentes hidráulicos
normalizados, y no fabricados a medida por la misma empresa que diseño y armo la máquina. Ya que
en el eventual caso que se requiera cambiar un componente, sería mucho más fácil intercambiarlo si
se hubieran usado componentes normalizados.
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Bibliografía
“Manual de Oleo-hidráulica”, Autor: Antonio Diez de la Cortina León
“Mandos Hidráulicos en las Máquinas Herramientas”, Autor: Víctor Pomper
“Circuitos Hidráulicos: Descripción y Cálculos – Especificación y selección de componentes”,
Autor: Ing. Néstor Di Leo
Manual de la rectificadora Normatic, brindado por la empresa.
Material didáctico proporcionado por la facultad de ingeniería mecánica
Consultas en internet:
o http://www.cohimar.com
o http://www.venturi.com.ar/
o http://www.atos.com/
o http://www.boschrexroth.com.ar
o http://www.danfoss.com/latin_America_spanish
o http://poberaj.com.ar/nuevo/en/home.php
o http://www.morohidraulica.com.ar/principal.html
o http://www.verion.com.ar
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ANEXOS