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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER BIBLIOTECA EDUARDO COTE LAMUS

RESUMEN - TESIS DE GRADO

AUTORES: CARLOS MARIO BEJARANO NARVAEZ Y GUSTAVO ALFONSO SALAZAR GONZALEZ.

FACULTAD: INGENIERÍAS

PLAN DE ESTUDIOS: INGENIERIA MECANICA .

DIRECTOR: MEIMER PEÑARANDA CARRILLO

TITULO DE LA TESIS: DISEÑO, CÁLCULO Y CONSTRUCCION DE UN DISPOSITIVO PARA EL RECTIFICADO DE LEVAS, DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA A GASOLINA, ACOPLADO A UN TORNO UNIVERSAL

RESUMEN

En el presente informe se diseño, se calculo y se construyo un dispositivo adaptado a un torno universal para el rectificado de los árboles de levas en los motores de combustión interna a gasolina, partiendo desde un análisis de fricción entre en material de relleno y la piedra esmeril, además de calcular todos los elementos de maquinas necesarios con un alto factor de seguridad; haciendo así de este proyecto una solución practica e innovadora a la problemática.

CARACTERÍSTICAS

PAGINAS: PLANOS 5 ILUSTRACIONES 34 . CD-ROM 1

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DISEÑO, CÁLCULO Y CONSTRUCCION DE UN DISPOSITIVO PARA EL RECTIFICADO DE LEVAS, DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA A

GASOLINA, ACOPLADO A UN TORNO UNIVERSAL

CARLOS MARIO BEJARANO NARVAEZ GUSTAVO ALFONSO SALAZAR GONZALEZ

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA SAN JOSE DE CUCUTA

2007

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DISEÑO, CÁLCULO Y CONSTRUCCION DE UN DISPOSITIVO PARA EL

RECTIFICADO DE LEVAS, DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA A GASOLINA, ACOPLADO A UN TORNO UNIVERSAL

CARLOS MARIO BEJARANO NARVAEZ GUSTAVO ALFONSO SALAZAR GONZALEZ

Proyecto de grado como requisito para optar al titulo de ingeniero mecánico

Director MEIMER PEÑARANDA CARRILLO

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA SAN JOSE DECUCUTA

2007

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Dedico, todo los logros alcanzando en la realización de este proyecto de grado a todos y a cada uno de mis familiares, en especial a mi madre Matilde Clavijo, por su incondicional apoyo a este proyecto a mi vida. También a todos aquellas que creyeron y nos respaldaron con su buena voluntad y colaboración y todos aquello que no creyeron desde un principio pero que con el pasar del tiempo, vieron este y cualquier otro sueño se puede alcanzar con mucho empeño y perseverancia.

Gustavo Alfonso Salazar González

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AGRADECIMIENTOS

Gracias a Dios por darme la oportunidad, la sabiduría, la perseverancia, el ingenio y el apoyo incondicional y la inspiración de mi madre Matilde Clavijo, la ayuda de mi tía Ana Rosa Salazar y la motivación de mi padre Alfonso Salazar para llevar a cabo la realización de este proyecto. Te agradezco Padre Celestial por la colaboración la ayuda y el respaldo de mi compañero de tesis; me siento orgulloso de haber tenido el gusto de trabajar al lado de un excelente persona como lo es Carlos Mario Bejarano Narváez. A su vez agradezco a todo el personal que labora en la rectificadora el CIGÜEÑAL, desde su gerente Javier Esparza, su hermano Armando Esparza, hasta todo el cuerpo de mecánico operarios, que colaboraron con sus conocimientos. A todos ellos gracias por la confianza depositada en nosotros. También agradezco a todo el departamento de Diseño Mecánico de la Universidad por toda su colaboración. A nuestro director el ing. Meimer Peñaranda, a los ingenieros asesores: Jesús Pedroza y Jhon Barbosa y al ing. Jesús David Martinez por su colaboración en el taller de maquinas herramientas, a la ing. Sandra Yudith Puerto Ariza, por su infinita colaboración, apoyo y confianza en nosotros y a la compañera Idalmi Beatriz Romero por su apoyo moral y espiritual. A todos ellos y a muchas personas mas te pido Padre Celestial que ilumines la vida de cada uno de ellos con muchas bendiciones y éxitos en sus vidas. A todos ellos y a ti Dios le reitero mis agradecimientos.

Gustavo Alfonso Salazar González

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A Dios por darme la fortaleza e iluminarme en el transcurso en mi carrera. A mi madre Carmen Narváez y a mi padre Luís Mariano Bejarano por su apoyo incondicional en cada uno de las etapas de mi existencia, esforzándose con gran sacrificio, fortaleza y abnegación con el único propósito de ayudarme a ser mejor cada. A mis hermanos: Mario Javier, Rosan, Ana y sobrina Roxana quienes a pesar de la distancia siempre estuvieron conmigo y son un aliciente para lograr mi objetivos y a todos mis familiares. Y amigos y amigas quienes estuvieron a los largo de mi carrera. Y a Dios por permitirme contar con ellos.

Carlos Mario Bejarano Narváez

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CONTENIDO

INTRODUCCION 11 1 PROBLEMA 12 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 12 1.1.1. Formulación Del Problema 12 1.2. OBJETIVOS 12 1.2.1. Objetivos generales 12 1.2.2. Objetivos específicos 12 1.3. JUSTIFICACIONES 13 1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES 13 1.4.1. Alcances 13 2. MARCO REFERENCIAL 15 2.1. ANTECEDENTES 15 2.2. MARCO TEORICO 15 2.2.1. Árbol de levas y funciones 15 2.2.2. Polvos metalúrgicos, características, métodos y procesos 17 2.2.3. Maquinas y métodos de rectificados 20 2.2.4. Abrasivos y ruedas De esmerilado 252.2.5. Operaciones de acabado ultrafino 30 2.3. MARCO LEGAL 33 3. DISEÑO METODOLOGICO 34

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3.1. TIPO DE ESTUDIO 34 3.2. METODOS 34 3.3. RECOLECCIÓN DE INFORMACION 34 3.3.1. Fuentes Primarias 34 3.3.2. Fuentes Secundarias 34 3.3.3. Análisis de la información 34 4. Análisis del Ensayo entre la rueda esmeril y el material de relleno 35 4.1. Ensayo de fricción 35 5. CALCULOS PARA EL DISPOSITIVO DEL MECANIZADO

DEL ARBOL DE LEVAS 39

5.1. INERCIA DE LEVAS 39 5.2. DISEÑO DEL MOTO REDUCTOR 53 5.3. DISEÑO DEL RESORTE 80 5.4. AJUSTE PARA EL ACOPLE EJE ESTRIADO 84 5.5. DISEÑO DEL EJE ALTENANTE 86 5.6. DISEÑO DEL BUJE DE MOVIENTO ALTERNATIVO 89 6 MANUAL DE INSTRUCCIONES Y SEGURIDAD DEL

DISPOSITIVO 90

6.1. NORMAS GENERALES DE SEGURIDAD. 90 6.2. SEGURIDAD PERSONAL 91 6.3. USO Y CUIDADOS DEL DISPOSITIVO 91 6.4. REPARACIÓN 92

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7. PASOS PARA ENSAMBLE DEL DISPOSITIVO 93 8. PRESUPUESTO 97 9 CONCLUSIONES 99 10. RECOMENDACIONES 100 BIBLIOGRAFIA 101 ANEXOS 102

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LISTA DE CUADROS

Pag. Cuadro 1 Temperatura de fusión de los metales 19Cuadro 2 Nomenclatura del ensayo 36Cuadro 3 Resultado de la prueba 38Cuadro 4 Presupuesto 97

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LISTA DE FIGURA

Pag. Figura 1 Rectificadora cilíndrica 20Figura 2 Rectificadora sin centro 21Figura 3 Rectificadora internas 22Figura 4 Rectificadora superficies 23Figura 5 Rectificadora disco 24Figura 6 Granos abrasivos 26Figura 7 Fuerza y potencia 29Figura 8 Muñón 40Figura 9 Cilindro de mayor tamaño 42Figura 10 Cilindro de menor tamaño 42Figura 11 Cilindro de mediano tamaño 43Figura 12 Copas de sujeción 46Figura 13 Eje principal 47Figura 14 Sistema de Rotación 49Figura 15 Diagrama de cuerpo libre del eje principal 61Figura 16 Diagrama de cortante y momento del eje principal 62Figura 17 Fatiga del eje principal 66Figura 18 Diagrama de cuerpo libre de los ejes secundario 73Figura 19 Diagrama de cortante y momento de los ejes secundario 74Figura 20 Fatiga de los ejes secundarios 77Figura 21 Diagrama de cuerpo libre del eje alternante 86Figura 22 Diagrama de cortante y momento del eje alternante 87

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LISTA DE ANEXOS

PAG.

Anexo 1 Propiedad geométrica 103 Anexo2 Propiedades geométrica en solidó 104 Anexo 3 Propiedades de los aceros 105 Anexo 4 Factor de LEWIS 108 Anexo 5 Catalogo de rodamiento 109 Anexo 6 Tabla de grado y tolerancia internacionales 111 Anexo 7 Desviación fundamentales para eje 112 Anexo 8 Factor de concentración esfuerzo a torsión 113 Anexo 9 Factor de concentración esfuerzo a tensión 114 Anexo 10 Grafica de teoría de factor de concentración 115 Anexo11 Resistencia de tensión mínima de alambre 116 Anexo 12 Ciclo de Falla 117 Anexo 13 Descripción de ajuste recomendables 118 Anexo 14 Catalogo de funcionamiento del motor Tool 119

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LISTA DE FOTOS

Foto 1 Árbol de levas 15 Foto 2 Montaje de la Prueba 35 Foto 3 Ejecución del ensayo 37 Foto 4 Muñón de árboles de levas 40 Foto 5 Cilindro de árbol de levas 41 Foto 6 Ensamble del árbol de levas al acoplador 93 Foto 7 Acople al buje del reductor 93 Foto 8 Acopla al conjunto de puntas giratorias 94 Foto 9 Verificar tangencia entre rueda y seguidor 94 Foto 10 Accionador y graduador de velocidad de rotación de motor tool 95 Foto 11 Posición de maquinados 95 Foto 12 Puesta en marcha 96

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INTRODUCCION

Debido a la constante necesidad de brindar un mejor servicio en los procesos de manufactura, la producción industrial modernas se ha caracterizado por un acelerado proceso de desarrollo y sofisticación de sus herramientas teóricas y practicas, además de los materiales utilizado, por tal razon se diseñara y se construirá un dispositivo para el rectificado de arboles de levas de los motores de combustión interna a gasolina, utilizando como soporte la tecnología vigente en nuestro medio. La gran variedad de maquinas existentes en los procesos de manufactura, la cotidianidad de los trabajos nos lleva a adquirir una maquina por cada labor especifica, limitado de esta forma la capacidad producción de los de mas equipos. Esta caracterización viene reflejado en los complejos sistemas de automatización de la producción que ya ha alcanzado un nivel elevado en los países industrializados evidenciando un gran dominio en las maquinas herramientas y sus adaptaciones en equipos para aumentar la versatilidad en sus labores. En esté sentido la industria colombiana ha mostrado su falta de interés en las novedades tecnocientificas, nuestro objetivo es el de mejorar las condiciones de producción ofreciendo mayor calidad en los procesos con simultaneidad y competencia. Se trata de implantar una cultura industrial bastante innovadora y motivar la investigación por parte de los estudiantes universitarios, es decir se busca crear en forma gradual las bases de una cultura industrial que permita a la región asimilar de forma eficiente la adquisición de nuevas tecnologías, permitiendo crear así una unión alternativa entre el sector académico y el industrial, llevando a cabo una mutua colaboración para la solución de problemas en condiciones técnica de ingeniería . La elaboración de este proyecto contribuirá al avance tecnológico de la región así como también de base para un posterior desarrollo de nuevas tecnologías en cuanto a dispositivos de mecanización y sujeción de piezas para maquinas de control numérico. Este dispositivo será un instrumento fundamental para el rectificado de árboles levas, en donde esta constara esencialmente de unos soportes que permitan el montaje de los elementos a trabajar, elementos mecánicos que constituyen la estructura (rodamientos, acoples, ajustes, eje, engranes y resortes) y también de un motor de impulsión capaz de hacer rotar la herramienta de corte. Este proyecto abarca desde la identificación de la necesitad, pasando por el desarrollo evolutivo de las ideas, hasta la presentación de planos y construcción total del dispositivo

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1. PROBLEMA

1.1. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA Debido a la carencia de equipos, para el rectificado o mantenimiento de árboles de levas poca rectificadoras de la región en la actualidad no cuentan con maquinas que permiten realizar la ejecución de este tipo de proceso, es decir la formulación real del problema radica en la ausencia de un dispositivo o equipo que permita realizar esta función, además del desconocimiento de este tipo de tecnología en nuestro medio, causando de esta forma una notoria necesidad en cuanto a la reconstrucción de los árboles de levas en motores de combustión internas a gasolina. 1.1.1. Formulación del problema. La formulación general consiste en la apreciación clara del funcionamiento original del dispositivo, estableciendo los puntos críticos del sistema (soportes, uniones, ejes, etc.) y posteriormente se establece un cálculo particular para cada elemento con el fin de no incurrir en fallas de resistencia de los materiales. Es posible diseñar, calcular y construir un dispositivo para el rectificado de árboles de levas en motores de combustión interna a gasolina, que además sea adaptable a un torno universal convencional. La precisión en el agarre referido a la ubicación de los árboles de levas en motores de combustión interna a gasolina que además sea adaptable a un torno universal convencional, respecto al dispositivo deberá ser responsabilidad del operario. El dispositivo de ser sencillo en todas sus partes con el fin de facilitar su operación, debe estar en capacidad de posicionar los árboles de levas en forma asimétrica y permitir la funciones de rectificado con mayor facilidad, debe ser un diseño lo bastante rigido y preciso para evitar superficies irregulares en el proceso. La presentación final del dispositivo debe ser estético para que sea compatible con la conformación del torno especialmente 1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo general. Diseñar, calcular y construir un dispositivo para el rectificado de árboles de levas en motores de combustión internas a gasolina. 1.2.2 Objetivos específicos

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• Calcular elementos de transmisión adecuados para la construcción del dispositivo. • Seleccionar materiales adecuados para la fabricación del mecanismo de rectificación. • Diseñar una estructura que se acople al torno universal. • Efectuar pruebas y ensayos para verificar que cumplan con el buen funcionamiento. • Realizar los planos pertinentes del diseño del dispositivo • Elaborar las guías de operación y mantenimiento 1.3 JUSTIFICACION Este proyecto se desarrollara, para suplir una de las necesidades que presenta la RECTIFICADORA EL CIGÜEÑAL LTDA, donde en la actualidad no se puede hacer los modelamiento o rectificados de los árboles de levas en los motores de combustión interna. Se espera que el acabado de las superficies de las levas rectificadas con este dispositivo sea de tal calidad que permita satisfacer los requerimientos mínimos del diseño. 1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES 1.4.1 Alcances. La construcción de este dispositivo para el rectificado de árboles de levas de motores de combustión interna a gasolina, tiene como fin prestar un servicio y suplir una necesidad del rectificado de cada leva, en lo posible procesarla en una sola colocación sobre el dispositivo. 1.4.2 Limitaciones. Las limitaciones para la ejecución de este proyecto. Los elevados costos de los materiales.

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Poca información existente sobre el tema. Escasas gama de piedra esmeril existente en la región El alto numero de referencia de árboles de levas de cada casa comercial.

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2. MARCO REFERENCIAL

2.1 ANTECEDENTES. De acuerdo con la investigación realizada en la biblioteca de la universidad Francisco de Paula Santander, no existe ningún proyecto que tenga cierta afinidad con este. 2.2. MARCO TEORICO 2.2.1. Árbol de levas y funciones. Un árbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y tamaños y estar orientadas de diferente manera siendo, un programador mecánico. Los usos de los árboles de levas son muy variados, como en molinos, telares, sistemas de distribución de agua o martillos hidráulicos, aunque su aplicación más desarrollada es la relacionada con los motores de combustión interna, en los que se encarga de regular la apertura y el cierre de las válvulas, permitiendo la admisión y el escape de gases en los cilindros. Ver foto 1. Árbol de levas Foto 1. Árbol de levas Funciones del árbol de levas. Dependiendo de la colocación del árbol de levas y la distribución de estas, accionarán directamente las válvulas o lo harán mediante un sistema de taquetes y balancines. La primera forma requiere un simple mecanismo que suele tener

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menos fallos que el segundo sistema, pero requiere que el árbol de levas este colocado encima de los cilindros. En el pasado cuando los motores no eran tan fiables como hoy día, esto resultaba problemático, pero en los modernos motores de gasolina el sistema de levas "elevado", donde el árbol de levas esta encima de los cilindros, es lo común. Algunos motores usan un árbol de levas por cada válvula de entrada-salida; esto es conocido como "double o dual overhead camshaft" (DOHC), así, los motores en V pueden tener 4 árboles de levas Consiste en una barra cilíndrica que recorre la longitud del flanco de los cilindros con una serie de levas sobresaliendo de él, una por cada válvula de motor. Las levas fuerzan a las válvulas a abrirse por una presión ejercida por la leva mientras el árbol rota. Este giro es producido porque el árbol de levas está conectado con el cigüeñal, que es el eje motriz que sale del motor. La conexión entre cigüeñal y árbol de levas se puede realizar directamente mediante un mecanismo de engranajes o indirectamente mediante una correa o cadena, conocida como la relación entre la rotación del árbol de levas y la rotación del cigüeñal es de crítica importancia. Al ser las válvulas las que controlan el flujo de admisión de combustible y de gases que se expulsan en el motor, deben abrirse y cerrarse en el momento oportuno durante recorrido del pistón. En algunos casos el árbol de levas también controla la distribución de aceite y la bomba del combustible. En los motores de dos tiempos que usan árbol de levas, cada válvula es abierta una vez por cada giro del cigüeñal; en este tipo de motores, el árbol de levas gira el mismo número de veces que el cigüeñal, es decir, la proporción de giro entre el árbol de levas y el cigüeñal es 1. En los motores de cuatro tiempos, las válvulas se abren una vez por cada dos giros del cigüeñal, la proporción de giro entre el árbol de levas y el cigüeñal es 1/2. Problemas de funcionamiento. El rozamiento entre la superficie de la leva y su seguidor es considerable y, para reducir el desgaste en este punto, la leva y el seguidor están endurecidos superficialmente con tratamientos térmicos, Además los modernos aceites lubricantes de motor contienen aditivos especiales para reducir el rozamiento. Los lóbulos de los árboles de levas tienen, normalmente, una ligera estrechez, causando que los seguidores de las levas y los levantadores de las válvulas giren ligeramente con cada depresión, y así, ayuden a distribuir el desgaste por toda la superficie. Las superficies de las levas y los seguidores están diseñadas para que se desgasten a la vez, y por eso cuando una se cambia es conveniente cambiar la otra para conseguir un desgaste excesivo y rápido Además de la fricción, es necesaria una considerable fuerza para superar la elasticidad de la válvula y que esta se cierre. En una estimación esto puede suponer un 25% del total de la potencia de salida total del motor, reduciendo la eficiencia del conjunto. Dos líneas de investigación intentan recuperar esta pérdida de energía, pero son difíciles de llevar a cabo:

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Válvulas inelásticas, como en los sistemas desmodrónicos empleados hoy por Ducati Trenes de válvulas sin levas, con solenoides o sistemas magnéticos llevan tiempo siendo estudiados por BMW, y actualmente están sirviendo de prototipos 2.2.2. Polvos Metálicos, características, métodos y procesos. El uso de los metales en polvos se remonta varios centenares de años atrás, pero fue apenas en el siglo pasado que debido a los avances tecnológicos de la segunda guerra mundial la industria de la pulvimetalurgia se creo como tal desde entonces y gracia a sus continuos avances y la calidad y utilidad de sus productos ha crecido mas rápidamente que cualquier otro proceso de manufactura de piezas metálicas. Todo el proceso de la industria de la metalurgia de polvos tiene su comienzo con los procesos por el cual se fabrican los polvos metálicos, hay gran variedad de procesos para producir polvos de metales. En este proceso no siempre se utilizan el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en le proceso subsiguiente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de partículas finas con las que se mejora la resistencia de los productos y otras de sus propiedades, las piezas metálicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos son completamente en sus características. Así se pueden obtener metales como cobalto, tungsteno o grafito según para que va ser utilizado el material que se fabrica. El metal en forma de polvo es mas caro que en forma sólida y es solo recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo de la producción de piezas producto del polvo metálico es mas alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtiene con este procesamiento. CARACTERÍSTICA DE POLVOS METÁLICOS. Forma. La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrica, plana o angular Finura. La finura se refiere al tamaño de la partícula, se mide por medio de mallas normalizadas, las que consisten en cribas normalizadas, las que mallas normalizadas, las que se encuentran entre las 36 y 850 micras Distribución de los tamaños de partículas. Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, estas distribución de tamaños tienen gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto.

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Fluidez. Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde. Se mide por una tasa de flujo a través de un orificio normalizado. Propiedades químicas. Son características de reacción ante diferentes elementos, también se relacionan con la pureza del polvo utilizado. Compresibilidad .Es la relacion que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida, esta propiedad varia considerablemente en función del tamaño de las partículas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas. Densidad aparente. Se expresa en kilogramos por metro cúbico, esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo. MÉTODOS PARA PRODUCIR POLVOS METÁLICOS. Reducción a estado solidó. Este proceso ha sido, por mucho tiempo el más utilizado para la producción de polvo de hierro materia prima seleccionada es aplastada, mezclada con carbón y pasada por un horno continuo en donde reacciona, este proceso deja una especie de torta esponjada de hierro, después se aplasta nuevamente, se separan los materiales no metálicos y se tamiza para producir el polvo. Electrolisis. Escogiendo las condiciones apropiadas, posición y fuerza del electrolito, corriente, densidad, temperatura, etc., muchos metales pueden convertirse en polvos metálicos, este proceso puede requerir de otros procesos (secado, aleado, lavado, etc.) para logra las propiedades deseadas, se usan por lo general para producir cobre, pero también se pueden utilizar para la producción de polvo de cromo y manganeso, dos de las mayores cualidades de este proceso son la alta pureza y alta densidad alcanzada en los polvos. Atomización. En este proceso, el metal fundido es separado en pequeñas goteras que luego son congeladas rápidamente antes de que entren en contacto entre ellas o con una superficie sólida. La principal método para desintegrar la delgada corriente de metal fundido es el de someterla al impacto de fuertes golpes de gas (se usan comúnmente airé, nitrógeno y argon) o de liquido (generalmente agua). Variando diferentes parámetros del proceso se pueden controlar el tamaño de las partículas.

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PROCESOS Conformación. Consiste en la acción de comprimir al polvo que fluyo a un recipiente con la forma deseada de la pieza a producir, existen varios métodos de conformación. Presado, los polvos se presan moldes de acero con la forma requerida, la presión varia entre 20 y 1400 Mpa. Compactación centrifuga, los moldes se llena con polvos metálicos pesados y luego se centrifugan para obtener metálicos pesados y luego se centrifugan para obtener presione hasta 3 Mpa. Con lo anterior se obtienen densidades uniformes producto de las fuerzas centrifugas en cada partícula de polvo. Conformación por vaciado, las piezas para tungsteno, molibdeno y otros polvos se hacen compactaciones por vaciado. Este procedimiento consiste en hacer una lechada con otro metal que se va a utilizar, esta se vacía en un molde de yeso. Extrusión. Para la fabricación de piezas largas producidas partir de polvos metálicos, debe producirse a través del proceso de extrusión, los métodos a utilizar para este proceso dependen de las características del polvo, algunos se extruyen en frió con un aglutinante y otro se calienta hasta la temperatura de extrusión generalmente el polvo se comprime en forma de lingote y posteriormente se calienta y se sinterizan antes de pasarlos a la prensa para la extrusión. Sinterizado. Es el proceso por medio del cual con el aumento de la temperatura, las partículas de los cuerpos sólidos se unen por fuerzas atómicas. Con la aplicación de calor, las partículas se prensa hasta su mas mínimo contacto y la efectividad de las reacciones a la tension superficial reincrementan durante el proceso la plasticidad de los granos se incrementan y se produce un mejor entrelazamiento mecánico por la formación de un lecho fluido. Cualquier gas presente que interfiera con la unión es expulsado, las temperaturas para el sinterizado son menores a la temperatura de fusión del polvo principal en la mezcla utilizada. Ver cuadro 1. Temperaturas de fusión de diversos metales Cuadro 1. Temperaturas de fusión metales

METALES TEMPERATURAS ºC

HIERRO 1095 ACERO INOXIDABLE 1180

COBRE 870 CARBURO DE TUNGSTENO 1480

El tiempo varia entre los 20 y 40 minutos

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2.2.3. Maquinas y métodos de rectificado. Rectificadoras cilíndricas de tipo de centro. Las rectificadoras cilíndricas del tipo de centro se usan para rectificar piezas rectas cilíndricas cónicas, partes redondas con perfiles curvos a lo largo, filetes, hombros y caras. Una rectificadora cilíndrica simple de la forma original es un cabezal que gira una rueda de rectificado y esta montada en el carro transversal o en el soporte compuesto de un torno. Ver Figura 1. Rectificadora cilíndrica. • Rueda rectificadora • Cara rectificadora • Flecha de la rueda • Pieza de trabajo • Centro de trabajo Figura 1. Rectificadora cilíndrica.

Rueda de rectificado

Alimentación

Transversal

Trabajo

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Las ruedas de rectificado pueden arreglarse en varias formas, los cabezales de ruedas en algunas rectificadoras de sillas se colocan en ángulo, de modo que la periferia de una rueda puede rectificar hombros y caras en una pieza de trabajo lo mismos que el diámetro, las rectificadoras cilíndricas del tipo de centro capaces de admitir diámetros de más 500mm (aproximadamente de 20 in). Rectificadoras con mandril. Las rectificadora con mandril se diseñan para partes cortas de diámetros pequeños y medio automáticamente en grandes cantidades, las aplicaciones típicas son el rectificado de las pistas cónicas de cojinetes con rodillos cínicos, válvulas de motor de automóvil, hombros de engranes cónicos pequeños y espárragos las piezas de trabajo se sostienen en un mandril, collarín o dispositivo de fijación. Rectificadoras sin centros. Una maquina rectificadora de cilindro externos sin centros hace girar una pieza de trabajo en la parte superior de una hoja que soporta el trabajo entre ruedas abrasivas, las rueda rectificadora remueve material de las piezas de trabajo tiene una afinidad mas grandes para las ruedas reguladoras y es impulsada a la misma velocidad de superficie de la rueda reguladora, la cual normalmente en una rueda abrasiva ligada con hule que gira a una velocidad de superficie de15 a 60 m/mim (50 a 200 FPM). Ver figura 2. Rectificadoras sin centros Figura 2. Rectificadoras sin centros

Rueda

Travesía

Alimentación

rectificadora Rueda reguladora

Trabajo

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El rectificado sin centros y alimentación se hace pasando la pieza de trabajo completamente a través del espacio entre rueda rectificadoras y reguladoras, por lo general con guías en ambos extremos, las ruedas reguladoras se inclinan unos pocos grados sobre un eje horizontal perpendicular a su propio eje la velocidad de alimentación en mm/min (in/min) depende del ángulo de inclinación y la velocidad de la rueda reguladora como se expresa por la relación F= π.D.N.senα D = Diámetro en mm (in) N = Velocidad en rpm Α = ángulo de inclinación (entre0 a 8º) Una alimentación lenta es necesaria para remover cantidades relativamente grandes de materiales dentro de la capacidad de potencia de maquinas y para producir exactitud y buen acabado de superficie la mayoría del trabajo alimentado a través se rectifica en dos pasos por una remoción de material de 0.25 a 0.40 mm (0.010 a 0.015in). Rectificadora interna. Con mandril sostiene la pieza de trabajo en un plato o en un mandril o dispositivo de fijación y gira alrededor de agujero que se va a rectificar, la rueda rectificadora giratoria se alimenta transversalmente en una corredera para entra en la pieza de trabajo. El cabezal de trabajo y algunas veces el cabezal de rueda, pueden girarse para ajustarse a agujeros rectos, cónicos y caras. Ver figura 3. Rectificadora interna Figura 3. Rectificadora interna

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Una rectificadora interna del tipo para producción con ciclado automático puede rectificar agujeros hasta 100 mm (4in) de diámetro por 200 mm (8in) de largo. Una rectificadora interna sin centro esmerila agujeros de una pieza de trabajo se sostiene y se hace girar entre tres rodillos, es una rectificadora interna sin centro del tipo de rodillo, el rodillo grande es el impulso, los rodillos proporcionan soporte rápido para la pieza de trabajo. En las rectificadoras sin centros el tipo de zapata, la pieza de trabajo se hace girar contra dos zapatas duras fijas por la acción de la rueda rectificadora y un plato de respaldo giratorio en el extremo. La zapata hace contacto con más áreas que los rodillos y hacen función de puente entre las irregularidades y producen mejor concetricidad promedio entre el agujero y el exterior los agujeros rectos, cónicos, continuos, interrumpidos de extremo abierto y ciegos y ranuras se rectifican entre rectificadoras internas sin centros. Una rectificadora interna planetaria esta diseñada para partes demasiado grandes que no son susceptibles de gira convenientemente. La pieza de trabajo no se gira en su lugar, la rueda rectificadora se orbita alrededor de eje del agujero que se esta rectificando Rectificadora de superficie. El rectificado de superficie se ocupa principalmente del rectificado plano o superficies planas ero también es capaz de rectificar superficies irregulares, curvas, cónicas, convexas y cóncavas. Las rectificadoras comunes de superficie pueden dividirse en dos clases. Una clase tiene mesas reciprocantes para el trabajo rectificado a lo largo de líneas rectas. Este tipo es particularmente adecuado para piezas que son largas o que tienen perfiles escalonados o curvos a ángulos rectos a la dirección del rectificado. La segunda clase cubre las máquinas con mesas de trabajo rotatorias para rectificado rápido continuo. Ver figura 4. Rectificadora de superficie.

Figura 4. Rectificadora de superficie.

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Las rectificadoras de superficie también pueden clasificarse según tengan flechas de rueda de rectificado horizontal o vertical. El rectificado normalmente se hace en la periferia de la rueda con una flecha horizontal. El área de contacto es pequeña, y la velocidad es uniforme sobre la superficie que se está rectificando. Pueden usarse ruedas con granos pequeños, y se obtienen los acabados más finos. El rectificado con una flecha vertical se hace en el lado de la rueda, el cual puede ser sólidos, sectoreando o segmental. El área de contacto puede ser grande y el material puede renovarse con rapidez. Se deja un patrón cruzado de rayas de rectificado en la superficie de trabajo.

Rectificadora de disco. Las rectificadoras de disco acaban superficies planas y remueven con rapidez el material rectificando con los lados de ruedas en forma de disco por lo general respaldadas con placas de metal y que varían en tamaño desde aproximadamente 300 mm hasta casi 2 m (nominalmente de 12 a 72 in).el tamaño de la máquina indica el diámetro de la rueda que toma. Se hace mucho rectificado en disco a tolerancias grandes, pero en otros casos se mantienen tolerancias estrechas. Para trabajo de máxima precisión, se mantiene el plano y el paralelismo a 1.5 um (aproximadamente 0.00005 in), y en tamaño a 3 um (0.0001 in), y acabados de superficie a 150 nm (6 in). Ver figura 5. Rectificadora de disco. Figura 5. Rectificadora de disco.

Rectificadora de cuerdas. Las cuerdas se producen por varios métodos. Se rectifican para exactitud y acabados no obtenibles en otras formas. Se mantienen tolerancias en tamaño de +- 0.0001 mm / mm de diámetro de paso y para avance dentro de 7.5 um en 500 mm (0.0003 in en 20 in) de longitud. Pueden hacerse cuerdas en materiales duros con más economía por el rectificado que por cualquier otro método. Las cuerdas pueden cortarse y entonces rectificarse para acabado después del tratamiento térmico, o pueden rectificarse en material sólido. El rectificado de cuerdas se hace en máquinas del tipo de centros y del tipo sin centro. Pueden utilizar ruedas de rectificado del tipo de una sola costilla o del tipo de costillas múltiples. La primera es una rueda delgada con su borde exterior enderezado a la forma del

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espacio entre hilos de cuerda. La segunda es una rueda ancha con ranuras y picos formados en su periferia. Rectificadora de cortes y herramientas. Las rectificadoras para acabar herramientas y afilar cortadores están disponibles desde las simples ruedas de esmerilado en pedestal para trabajo a mano hasta máquinas complejas de propósito único como rectificadoras automáticas de fresas de cara. Probablemente la máquina de más uso y versátil para el afilado de precisión de todas las clases de herramientas en la rectificadora universal para herramientas y cortadores. Rectificadoras misceláneas. Las rectificadoras de levas y árboles de levas esencialmente son modificaciones de las rectificadoras cilíndricas del tipo de centros para acabar diversas formas de levas redondas, árboles de levas y pistones. El cabezal y el contrapunto están en una cuna que se balancea hacia y desde la rueda de rectificado en respuesta a una leva maestra que gira al unísono con la pieza de trabajo. Las rectificadoras de cigüeñales o muñones de cigüeñal se asemejan a las rectificadoras cilíndricas del tipo de centros pero están equipadas para rectificar los muñones excéntricos de los cigüeñales. Rectificadora de bandas abrasivas. Se usan bandas continuas revestidas de abrasivos de todos los anchos para el rectificado de partes de precisión y sin precisión de todas clases, principalmente para obtener buenos acabados de superficie con poca remoción del material. El mismo trabajo puede hacerse por ruedas de rectificado, y el abrasivo en la forma de bandas cuestan más, pero otros factores pueden hacer que sea menor el costo de rectificado en banda. Las bandas hasta de 2.5 m (aproximadamente 8 pies) de ancho se aplican sobre rodillos para hacer cortes buzos en losas de acero, láminas de acero y aluminio, tableros de triple y rollos de metal, hule, etc. Esto es más rápido que pasar una rueda con esmerilado atrás y adelante sobre la superpie 2.2.4. Abrasivos y ruedas de esmerilado. Los abrasivos son sustancias duras usadas en diversas formas, como herramientas para esmerilar y otras operaciones de acabados de superficie. Son capaces de cortar materiales demasiado duros para otras herramientas y dar mejores acabados y mantener tolerancias más estrechas de las que pueden obtener económicamente por otros medios en la mayoría de materiales. Los abrasivos pueden usarse como granos sueltos, en ruedas de esmerilado, en piedras y bastoncillos y como abrasivos revestidos. Cuando se aplican con más eficiencia, los abrasivos eliminan el metal

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cortándolo en virutas precisamente como otras herramientas de corte de metales, pero las virutas por lo general son tan pequeñas que deben amplificarse para verse.

Principales sustancias abrasivas. Los abrasivos naturales fueron todos los que se tenían disponibles hasta principios de este siglo. El óxido de aluminio impuro se presenta naturalmente como corundo y esmeril. Sin embargo, tales abrasivos naturales carecen de uniformidad y confiabilidad y han sido reemplazados principalmente por abrasivos manufacturados, en figura podemos observar los granos abrasivos principales. Ver figura 6. Granos abrasivos Figura 6. Granos abrasivos

El carburo de silicio no aparece en la naturaleza pero se hace con arena, choque, aserrín y sal mezclados juntos y apilados alrededor de un conductor eléctrico de carbono. Se construye alrededor de la masa un muro de ladrillos sin cementar y se pasa una corriente intensa a través del electrodo. Se alcanza una temperatura aproximada de 2300º C (4200º F) que hace que el silicio de la arena se combine con el carbono del choque para formar SiC. El aserrín se quema y deja poros que permiten el escape de gas. La sal ayuda a remover impurezas. Después que el proceso ha terminado su curso, se enfría el horno y se remueve el exterior. El corazón de cristales de carburo de silicio entrelazados de manera suelta se rompe en granos individuales.

El óxido de aluminio abrasivo se deriva de un mineral llamado bauxita, el cual es principalmente hidróxido de aluminio. El mineral se calcina para expulsar el exceso de agua y se expone después a temperaturas altas en un horno del tipo de arco. Se agregan virutas de hierro y coque para combinarse con las impurezas y eliminarlas y se colocan otros aditivos según sea necesario. El óxido de aluminio sale del horno en un gran trozo llamado arrabio. Se tritura y rola en granos pequeños, se trata magnéticamente para eliminar impurezas ferrosas y se lava.

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Se usan como abrasivos tanto diamantes naturales como artificiales; el nitruro de boro cúbico no aparece en la naturaleza. Estos abrasivos duros se hacen sujetando los ingredientes a temperaturas y presiones muy altas. Los procesos están patentados. Los granos se revisten comúnmente con níquel o cobre.

Tamaño de grano. Los granos abrasivos se clasifican en diversos tamaños para obtener un producto uniforme y confiable. Esto se hace pasando los granos a través de pedazos en máquinas de cribado mecánico. Los tamaños de granos se indican con números los tamaños más finos, se llaman harinas, se segregan por métodos de flotación. Propiedades de las ruedas de esmerilado. Una rueda de esmerilado se hace de granos abrasivos mantenidos juntos por un agente de liga. Las propiedades de una rueda que determinan la manera en que actúa son la clase y tamaño de abrasivo, qué tan cercanos se empaquen los granos y la clase y cantidad del material de liga. Para obtener la amplia gama de propiedades necesarias en las ruedas de esmerilado, algunas están ligadas por la mezcla de granos abrasivos con material inorgánico y otras con materiales orgánicos. Los agentes de liga inorgánicos son de vidrio, silicato y metales. Una liga vitrificada es una liga de arcilla fundida con una consistencia parecida a la porcelana o al vidrio. Puede hacerse fuerte y porosa para esmerilado pesado y no está afectada por el agua, aceite, ácidos y temperaturas fuera de las extremas. Las ruedas con ligas orgánicas se mantienen juntas por materiales como resinas fenólicas (resinoides), hule y lacas. Tienden a ser un poco más flexibles y resilientes que las ligas inorgánicas y las ruedas pueden soportar más fuerzas del golpe y laterales. Liberan los abrasivos con facilidad cuando se achatan. Cortan en frío y dan acabados lustrosos. Tamaño y formas de ruedas. Las nueve formas de ruedas de esmerilado reconocidas como estándar incluyen cilíndricos rectos, con o sin resecos en sus costados, y otras se describen como cónicas en dos lados, copa recta, copa en cono, disco y plato. Pueden obtenerse otras formas especiales. Las ruedas de discos son discos abrasivos cementados o empernados a discos de acero y son más fuertes para esmerilar con el lado de la rueda que las ruedas rectas solas.

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Son más fáciles de hacer que las ruedas sólidas para diámetros de más de 1m (aproximadamente 36 in) y cortan en frío porque cortan de manera intermitente. Las ruedas segméntales sostenidas adecuadamente pueden correr a velocidades más altas que las ruedas sólidas para esmerilado de periferia, como en fundiciones burdas a velocidades de superficie de más de 6 Km/min. (aproximadamente 20,000 fpm). Las ruedas montadas y puntas son ruedas de esmerilado pequeñas, por lo general, de unos pocos milímetros de diámetro, con espigas agregadas. Comúnmente se usan a velocidades altas en esmerilado portátiles para rebaneado, remover material en exceso de dados y moldes esmerilado en resecos y rincones para agujeros pequeños. Manufactura de las ruedas de esmerilado. Las ruedas de esmerilado vitrificadas pueden hacerse por pudelado, pisonado o procedimientos de compresión. Las ruedas comprimidas son las más densas y las ruedas pudeladas son las menos densas. Primero se mezclan mecánica y perfectamente la arcilla y el abrasivo. En el proceso de pudelado se agrega agua y la mezcla se vierte en moldes. Para las ruedas comprimidas, la mezcla seca o semiseca se coloca en moldes y se comprime en prensas hidráulicas. El mismo tipo de mezcla se comprime menos, pero todavía con firmeza, en el proceso de pisonado. Abrasivos revestidos. Los abrasivos revestidos se hacen con granos abrasivos, adhesivo y respaldo. El adhesivo puede ser goma o resina y mantiene los granos unidos en el respaldo del papel, tela o plástico. Para un revestimiento cerrado, los granos abrasivos cubren por completo la superficie; en un revestimiento abierto están distribuidos de manera uniforme en el 50 a 70% de la superficie. Los abrasivos revestidos están disponibles en hojas, cintas, rollos, conos y discos de diversos tamaños pero prevalecen las bandas para la remoción de materia. Ruedas para pulido. Los cuerpos flexibles de ruedas de tela, cuero o madera, dependiendo del trabajo se revisten con adhesivo y se ruedan en granos abrasivos de tamaños uniformes, grueso para desbastar y fino para acabados. Después que ha secado el adhesivo, goma o cemento frío, la capa abrasiva se agrieta por golpeo para hacerla resistente. Las ruedas de pulido resultantes, se giran a velocidades de superficie aproximadamente de 2.3 Km/min. (7500 fpm). Después que sus granos se han achatado y desgastado, se desnuda y se reviste a una rueda de pulido

Selección del abrasivo y del tamaño de grano. La resistencia a las fractura parece ser la misma para el carburo de silicio y el óxido de aluminio. El carburo de silicio tiene una baja resistencia a la atrición cuando corta acero o hierro maleable y su grano se achata con rapidez, de modo que se prefiere el óxido de aluminio para este propósito. Como regla, el carburo de silicio se comporta mejor para rectificar hierro fundido, latón, cobre, bronce suave, aluminio, piedra, hule, cuero y carburos cementados. La razón es que el carburo de silicio se fractura más satisfactoriamente en relación con el achatado de sus granos y sus

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filos cortantes se renuevan conforme se necesita. Sin embargo, se hacen varias clases de oxido de aluminio y los cristales de algunas clases son altamente friables y deseables para algunos materiales dúctiles suaves. Si desea un acabado fino, más bien que la remoción del material, las posiciones de los abrasivos pueden invertirse. En algunos casos es deseable un achatamiento rápido de los granos para producir acabados finos. Por lo tanto, las ruedas de carburo de silicio se usan para obtener un acabado a espejos en rodillos de acero endurecido y en oxido de aluminio para un alto acabado en vidrio. El abrasivo de diamante tiene propiedades físicas para el rectificado muy superior a otros abrasivos, pero su costo y el costo de las ruedas hechos con el son altos. Las ruedas de diamantes se usan para el corte rápido y acabados de gemas, cerámicas, piedra y carburos cementados.

Los materiales suaves se esmerilan en desbaste con granos gruesos y los materiales duros con granos finos. Los granos gruesos toman mordidas grandes y remueven con rapidez los materiales suaves. Solo pueden darse pequeñas mordidas en materiales bastantes duros en cualquier evento y en consecuencia los granos pequeños son ventajosos porque pueden llevarse más vidrios a atacar el material en el momento dado.

Fuerza y potencia en el esmerilado. Una rueda de esmerilado ejerce dos componentes de fuerza en una pieza de trabajo, una normal Fn y una tangencial F en la manera mostrada. Ver figura 7. Fuerza y potencia Figura 7. Fuerza y potencia

La relación C = F / Fn se llama coeficiente de tirón de esmerilado y varía desde 0.1 hasta 0.3 para arrancarlo de 0.4 a 0.5 para rectificado húmedo de precisión. La fuerza normal Fn determina la cantidad de material por remover en el esmerilado son precisión. Conforme se aumenta con la misma velocidad de rueda, la fuerza F y la potencia aumentan con la remoción de material. Aproximadamente 0.9 kN (200 lb) es la carga más pesada para la aplicación manual con pesos. Se utilizan medios mecánicos e hidráulicos para fuerzas más grandes. Una fórmula empírica para estimar la potencia necesaria para esmerilar hierro y acero con una rueda que corre a su velocidad normal de esmerilado es:

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En kilowatts, Ps = Ks √Qs o en caballos de fuerza, P= K √Q

La cantidad de material por remover en Cm3 /min es Qs y en in3 / min es Q.

2.2.5. Operaciones de acabado ultrafino. Lapeado. Propósito del lapeado. El lapeado es un proceso de abrasión que deja rayas finas arregladas al azar. Su propósito es mejorar la calidad de la superficie reduciendo la rugosidad, ondulación y defectos para producir superficies exactas lo mismo que lisas. La presión en el lapeado es ligera en comparación con el rectificado y el trabajo nunca se sobrecalienta. El lapeado se hace tanta a mano como por máquinas. El alcance de utilidad es grande. En algunos casos puede ser simplemente un recurso para remover un defecto ocasional. Es una operación básica en los talleres de trabajo de herramientas donde una aplicación química es acabar las superficies de desgaste y localización en las herramientas y calibradores de precisión. Cómo se hace el lapeado. Normalmente sólo se elimina una pequeña cantidad de material por lapeado, hasta 1mm (0.04 in) más o menos, pero por lo general solo aproximadamente 100 µm (0.0004 in) o menos para desbaste y tanto como 2 µm (aproximadamente 0.0001 in) para acabado. Esto se debe a que el abrasivo fino trabaja lentamente y la forma de la superficie es difícil de controlar si se elimina demasiado material. Para el lapeado se usa abrasivo suelto fino mezclado con un vehículo, ruedas abrasivas ligadas o abrasivos revestidos. El abrasivo húmedo con agua clara o jabonosa, aceite o grasa puede ser seis veces más rápido que el lapeado en seco. La mayoría del lapeado se hace esparciendo abrasivo suelto y el vehículo son las zapatas del lapeado, placas o mangas llamadas lapas, que se frotan contra el trabajo. Dicha lapa pronto se carga con partículas abrasivas embebidas. Cuando se usa una placa de acero de aleación endurecido, el proceso se llama maquinado libre con abrasivo. Asentado. Propósito del asentado. El asentado es una operación de abrasión principalmente para acabar agujeros redondos pero también en menor extensión superficies externas planas y curvas por medio de piedras abrasivas ligadas. Ya que el abrasivo no está libre para embeberse en una superficie, pueden asentarse materiales metálicos y no metálicos lo mismo que materiales duros. Las aplicaciones típicas son el acabado de cilindros de motor

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de automóvil, cojines, almas de cañón, calibradores de anillos, pasadores de pistón, flechas y caras de bridas. El asentado es una operación de corte que se ha usado para eliminar hasta 3 mm (aproximadamente 1/8 in) de material pero normalmente se confina a cantidades menores de 0.25 mm (0.01 in). Normalmente se precede por horadado o rimado para establecer la forma y posición de la superficie. Entonces el tamaño y la rectitud se refinan típicamente a menos de 10 µm (aproximadamente 0.0005 in) por asentado. Las superficies pueden acabarse a 25 nm (1 µin) Ra, pero son más comunes de 0.2 a 0.25 µm (8 a 10 µin) Ra. Puede darse a la superficie un acabado con rayas cruzadas por asentado para ayudar a la lubricación. Cómo se hace el asentado. Las piedras de asentado se hacen de los materiales comunes abrasivos de liga, con frecuencia impregnados con azufre, resina o cera para mejorar la acción de corte y alargar la vida de la herramienta. Los tamaños de los granos varían desde grano 80 para desbaste a 320 para acabar materiales duros y hasta 500 para materiales suaves. Superacabado. El superacabado, también llamado micropulido y microacabado, se hace frotando con una piedra o piedras oprimidas contra una superficie para producir un acabado en el metal de fina calidad. Básicamente no es una operación para crear dimensiones, aunque puede corregir la falta de redondez hasta un 75% y dimensiones a menos de 30 µm (aproximadamente 0.001 in). La remoción está limitada a 10 µm (0.0004 in) y con frecuencia menos. El superacabado se enfoca a corregir defectos diminutos de la superficie, como marcas de traqueteo y también es efectivo para remover material amorfo, roto, indistinto o quemado y deja una superficie recta del metal básico. En un extremo pueden producirse superficies perfectas prácticamente sin patrón aparente de rayas y en el otro, superficies con lecturas de 750 nm (30uin) Ra y más con un patrón deliberado de rayas cruzadas para cualidades de lubricación. Cómo se hace el superacabado. Una operación de superacabado se hace moviendo con rapidez, en forma recíproca, una piedra de grano fino con una liga suave y presionándola contra una pieza redonda de trabajo que gira.

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Maquinado ultrasónico. Es esmerilado de impacto ultrasónico es un medio de cortar formas de todas las clases en materiales duros de todas las clases por aplicación potente y rápida de partículas finas abrasivas en un lodo entre la herramienta y la pieza del trabajo. Las vibraciones de 15 a 30 kHz son generadas por un impulso eléctrico que consta de un oscilador y un amplificador de alta salida que suministra corriente de alta frecuencia a una bobina alrededor de un núcleo de níquel laminado. La razón de remoción de material con respecto al desgaste de la herramienta es aproximadamente 10:1, y la vida de la herramienta es tolerable. Debido a que es lento, el rectificado ultrasónico es práctico solo para sustancias más duras que 64 Rc y formas que no son susceptibles del rectificado regular. En el carburo cementado, la remoción de material es menor que ½ cm3 / min (0.03 in3 / min).

Pulido. El pulido se hace para dar un acabado liso en superficies y con frecuencia implica remoción apreciable de metal para eliminar rayaduras, marcas de herramientas, picaduras y otros defectos de superficies burdas. Por lo general, no es importante la exactitud de dimensión y forma de la superficie acabada, pero algunas veces se pueden mantener tolerancias de 25 µm (0.001 in) o menos en el pulido a máquina.

Aquí las aplicaciones de abrasivos siguen muchos de los mismos principios que en el rectificado. Comúnmente son necesarios varios pasos, primero para eliminar los defectos y después para dar el pulimento deseado en la superficie. Abrillantado. El abrillantado da un alto lustre a una superficie. Su objetivo no es eliminar mucho metal y generalmente sigue al pulido. El trabajo se oprime contra ruedas de tela, fieltro o bandas en las cuales se esparce de tiempo en tiempo abrasivo fino en un limador lubricante. Cepillado con potencia. Se aplican cepillos que giran a alta velocidad para mejorar la apariencia de la superficie y eliminar filos agudos, rebabas salientes y partículas. Esto tiende a borrar los defectos de la superficie y las irregularidades y redondear aristas sin remociones excesivas del material. Las superficies pueden refinarse a aproximadamente 0.1 µm (4uin) Ra cuando se desea. La acción de cepillado ayuda a evitar rayaduras que actúan como elevadoras de esfuerzo. Barrilado y acabado vibratorio. La operación llamada barrilado, rodado o acabado en barril consiste en cargar piezas de trabajo en un barril lleno aproximadamente el 60% de granos

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abrasivos, aserrín, virutas de madera, piedras naturales o artificiales, arena, pequeños trozos de metal u otros agentes de frotación, dependiendo del trabajo y de la acción deseada. Por lo general se agrega agua, con frecuencia mezclada con algún ácido, un detergente, un preventivo de la oxidación o un lubricante. El acabado vibratorio hace el mismo trabajo que el acabado en barril, pero se hace en una tina abierta revestida de hule o plástico y casi llena con piezas de trabajo y medios de fricción y se vibra aproximadamente de 1000 a 2000 Hz con una amplitud de 3 a 10 mm (1/8 a 3/8 in). Chorro de arena y granalla. El chorro de arena y granalla se hace lanzando partículas a velocidad alta contra el trabajo. Las partículas pueden ser granalla metálica o granos; abrasivos artificiales o naturales incluyendo arena; productos agrícolas como cáscaras de nuez; cuentas de vidrio y cerámica, dependiendo de lo que se va a hacer y la condición de la pieza de trabajo. Una razón primaria para el chorro es la limpieza de superficies. Esto puede significar eliminar escamas, óxido o arena quemada de las fundiciones por medio de granalla o arena, pelar pintura por chorros de arena de objetos que se van a volver a decorar, limpiar grasa o aceite en piezas acabadas mediante cáscaras de nuez o cualquier número de operaciones similares. Por medio del chorro se obtienen superficies limpias, uniformes y en muchos casos el acabado final. Cuatro formas comunes de chorro utilizan aire comprimido, acción centrífuga, agua a alta presión y una mezcla de aire comprimido y agua. El equipo de aire comprimido puede usarse con cualquier tipo de abrasivo, se controla con facilidad, es simple y relativamente barato y de fácil acceso a las superficies interiores. 2.3. MARCO LEGAL El consejo superior mediante el acuerdo Nº 065 del 26 de agosto de 1956 expidió el estatuto estudiantil de la universidad francisco de Paula Santander, donde el articulo 140 del mismo establece las modalidades de trabajo de grado, los cuales el alumno puede optar para cumplir con el prerrequisito de graduación. El consejo superior universitario a propuesta del consejo académico mediante el acuerdo Nº 069, acordó en sesión del 5 de septiembre de 1997 expedir el acuerdo que reglamenta el articulo 140 del estatuto estudiantil.

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3. DISEÑO METODOLOGICO

TIPO DE ESTUDIO El proyecto que se va ha realizar se considera de tipo descriptivo pues muestra, las características del dispositivo a través de su diseño, cálculo y construcción. 3.2. MÉTODO Se utiliza un método analítico debido a que la información recopilada proviene de la parte mecánica con la cual se realizaran los cálculos necesarios para la construcción de los diferentes componentes del dispositivo acoplado al torno para rectificar árboles de levas en el torno universal 3.3. RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 3.3.1. Fuentes primarias. Actualmente no hay ninguna fuente de observación. 3.3.2. Fuentes secundarias. Se contara con la recolección de información de tesis, libros, Internet y revistas. 3.3.3. Análisis de información. Después de recolectar información necesaria para el estudio se procede al cálculo del diseño e inmediatamente se continúa con la construcción, esperando como resultado un óptimo funcionamiento de la máquina por medio de ensayos, guía y el adecuado manejo del manual para la máquina de torsión.

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4. ANALISIS DEL ENSAYO DE LA FRICCIÓN ENTRE LA RUEDA ESMERIL Y

MATERIAL DE RELLENO 4.1. ENSAYO DE FRICCION El objeto de esta práctica es analizar como se presenta el fenómeno de fricción en una superficie metálica, ocasionado por una rueda abrasiva. Cuando un cuerpo se mueve ya sea sobre una superficie lisa o a través de un medio viscoso, como el aire o el agua, hay una resistencia al movimiento debido a que el cuerpo interactúa en sus alrededores. Dicha resistencia recibe el nombre de fuerza fricción esta fuerzas son muy importantes en nuestra vida cotidiana los experimentos muestra que las fuerzas surgen de los puntos de contacto que empujan hacia a fuera. Más allá el nivel de las superficies que en apariencias son muy lisas. Ver foto 2. Montaje de la prueba Foto 2. Montaje de la prueba Los materiales que se utilizaron fueron los siguientes: Motor tool neumático a(80bar), lubricante de baja viscosidad (ISO 10 O 15020), pinza voltiamperiametrica, un dinamómetro, bascula digital y probeta) (patrón y de ensayo)

Motor tool

Superficie lisa Báscula

Probeta

Piedra esmeril

Soporte de motor tool

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Procedimiento • Verificar la superficie de deslizamientos y probetas que estén limpias. • Identifique la posición de cada una de las partes del equipo. • Coloque la probeta sobre la superficie deslizante también aplique el lubricante en la superficie del contacto de la probeta. • Encender el motor y colocar el contacto en la piedra abrasiva con la superficie de la probeta. • Se toma, la lectura de la carga y del dinamómetro en caso del motor eléctrico se toma la lectura del amperaje. • Aumente la carga o fuerza de contacto entre la piedra y la probeta mediante la palanca de la estructura, repita el paso anterior. La nomenclatura que se utilizo fue: Masa, fuerza normal, deformación del resorte, coeficiente de fricción y fuerza de rozamiento. Ver cuadro 2. Nomenclatura del ensayo. Cuadro 2. Nomenclatura del ensayo.

NOMENCLATURA DESCRIPCION

M (kg )

Masa

FN (N)

Fuerza normal

X (ml)

Deformación del resorte

µ Coeficiente de fricción

Fr (N)

Fuerza de rozamiento

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Foto 3. Ejecución del ensayo Las ecuaciones que utilizamos son las siguientes: ecuación de la fuerza de rozamiento y fuerza normal. Fuerza de rozamiento Fr= µ FN (1)

Fuerza normal FN = Mg (2)

Los datos obtenidos en la prueba son los siguientes. Ver cuadro 3. Resultado de la prueba Nota. Seleccionamos el mayor coeficiente de fricción (µ) presente en este ensayo, teniendo en cuenta, es directamente proporcional a la fuerza la masa y fuerzo de rozamiento que se presenta en el rectificado. La constante del deformación del resorte fue calculada por regresión lineal. k = 2.75 gr/mm

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Cuadro 3. Resultado de la prueba

FN Grs

X

mm

FR

(gr)

µ

1135 12 33.002 0.029 1520 12 33.002 0.002 1350 57.5 158.126 0.117 1380 57.5 158.126 0.114 1100 19 52.2503 0.047 977 12.3 33.825 0.0347 990 11.5 31.625 0.031 1020 11 30.250 0.029 1900 8 22.001 0.011 2013 13 35.750 0.017 1990 13 35.750 0.017

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5. CALCULO PARA EL DISPOSITIVO DE MECANIZADO DE ARBOL DE LEVAS

5.1. INERCIA DE LA LEVA

Estos cálculos se hicieron de acuerdo un árbol de levas mas robusta de las referencias comerciales existentes en el mercado para motores de combustión interna a gasolina. S1 S1

Ix =Iy = ½ ρt ∫s0 (b-x) dx + ρt ∫s0 (b-x) x 2 dx 1

ρ = 7.190 kg / m3

t= 14.75 b= 22 mm s1 = 4 mm s2 = 24 mm Remplazando Los Valores Ix = Iy =1.12*10-3 kg-m2

Ix = Σ Ixi

Ix = 1.42* 10-3 kg-m2

1 SHIGLEY, Joseph Edward y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería mecánica. 6 ed. México : Mc Graw Hill, 1995. p. 1204.

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Ix = Σ Iyi Iy = 1.42* 10-3 kg-m2

Iz = Σ Izk Iz = 8.342 * 10-4 kg-m2

Cálculos de inercia del el árbol de levas. El árbol de leva tiene seis muñones. Ver. Foto 4. Muñón del árbol de levas Foto 4. Muñón del árbol de levas MOMENTO DE INERCIA DE LOS MUÑONES. Figura 8. Muñón

d1=54 mm

d1

L1

44

L1= 18.85 mm VOLUMEN DE LOS MUÑONES V1= (π /4) d2

1Lt V1= (π /4) (54mm)2(18.85)*(6) V1= 259.024 mm3

MASA DE LOS MUÑONES m1=v1*ρ ρ= Fundición Gris ρ= 0.00719 kg/cm3

m1= 259.024 cm3 *(0.00719 kg/cm3) m1= 1.862 kg CILINDROS DEL ARBOL DE LEVAS. Foto 5. Cilindro del arbol levas

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Figura 9. Cilindro de mayor tamaño . d2=38 mm L2= 8.75 mm Volumen de los cilindros V2= (π /4) d2

2Lt V2= (π /4) (38mm)2(8.75)*(6) V2= 9.923 mm3

m2 =v2*ρ m2 =9.923.50 mm3 *(0.00719kg/cm3) m2 =0.07135 kg Figura 10. Cilindro de menor tamaño

d2

L2

46 L3

d3

d3=28.38 mm L3= 8.9375 mm Volumen de los muñones V3= ( π /4) d3

2Lt V3= (π /4) (28.38mm)2(178.75) V3= 113073.768 mm3

V3= 113.073 cm 3

m3 =v3*ρ m3 =113.073 mm3 *(0.00719kg/cm3) m3 =0.812 kg Figura 11. Cilindro de mediano d4=22.25 mm L4= 19.85 mm

L4

d4

47

VOLUMEN DE LOS MUÑONES V4= (π /4) d4

2L4 V4= (π /4) (22.25 mm)2(19.85MM) V4= 7718.1 mm3

V4= 7.71811 cm 3

m4 =v4*ρ m4 = 7.7181 cm3 *(0.00719kg/cm3) m4 =0.055 kg EL MOMENTO DE INERCIA SE CALCULA DE ACUERDO A LA SIGUIENTE FORMULA. Ver anexo 1. Propiedades geométricas y anexo 2. Propiedades geométricas en solidos I= 1/8 md2 I1= 1/8*(1.862)*(0.005)2

I1= 6.789*10-4 kg-m2

I2= 1/8*(0.071)*(0.038)2

I2= 1.287*10-5 kg-m2

48

I3= 1/8*(0.812)*(0.028)2

I3= 8.175*10-5 kg-m2

I4= 1/8*(0.055)*(0.022)2

I4= 3.428*10-6 kg-m2

I5= LEVAS 16 I5=16*8.341*10-4

I5=1.334*10-2kg-m2

INERCIA TOTAL DEL ARBOL DE LEVAS ITA=I1+I2+I3+I4+I5= 0.0142 kg-m2

INERCIA DE LAS COPAS DE SUJECCION ρacero común = 0.00180612 kg / cm3 VI= π d2*t/4 VI = π * (8)2 *1/4= 50.264 cm 3

VII= π * (4)2 *3/4= 37.69 cm 3

Vtotal = 87.96 cm 3

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M= 0.6866 Masa= v*ρ Masa=87.963 ( 0.007)=0.686kg Nota. Son 2 copas de sujeción Figura 12. Copas de sujeción INERCIA DE LOS ENGRANES Asumo un D6= 100.445 mm Dp = 63.6537 mm Ancho = 70 mm Vpiñon= π d2 t./4 Vpiñon= π (6.365) 2*7 = 222.76 cm 3

50

M= V*ρ= 222.76 (0.007)= 1.738kg Vcorona = π d2 t./4 V 6= (π *(10.044) 2 *7/4 V 6= 554.684 cm 3

M =v * ρ= 554.684 ( 0.007)= 4.329 kg INERCIA COPAS = 1/8 MD Icopa= (2.511*10-3)+ (4.708*10-4)=2.981 *10 -3 kg-m2 INERCIA DE ENGRANES I6= 1/8 md2= 4.329 (0.1004) I6=0.434 = 0.054 kg m2 CALCULO DE MOMENTO INERCIA PARA EJE PRINCIPAL Figura 13. Eje principal

30 mm

51

Ø 63.65 mm

CALCULO VOLUMEN V1 = π /4(63.6532-302)*1302 mm V1 = 321.803 mm3

V2 = π /4(30)2 *130 = 918891.58 mm3

CALCULO DE MASA m1 = 321.803.66 ( 0.007 kg/cm3) =2.512 kg m2 = 91.89 ( 0.007) = 0.717 kg Ieje= 1/5[2.512(63.65372-302) +0.7173(302)] Ieje=1070.36 kg /mm2 =0.001 kg m2

CALCULO DE TRASLADO DEL MOMENTO DE INERCIA AL EJE DE MAYOR VELOCIDAD Para el cálculo de la potencia se traslada el momento de inercia al eje de mayor velocidad donde se representa por todo el sistema. Ver figura 13. Sistemas de Rotación I2-1= momento inercia del eje 2 referido eje 1 I3-1= momento inercia del eje 3 referido eje 1

52

Im-1= In (nm/n1)2

Figura 14. Sistemas de Rotación

I3-1= I3(n3/n1)2

I2-1= I2(n2/n1)2

Donde nm= velocidad del eje m n1= velocidad del eje 1 n2=n1/m6 m6 = relación de velocidad CALCULO DEL MOMENTO DE INERCIA 3 REFERIDO AL EJE 1

EJE 1

3.08

3

53

Donde nm= velocidad del eje m n1= 21 revoluciones por minuto a la salida moto reductor n2=21/[[26/15][26/15]] NOTA. I3 es la suma del árbol + copas + engranes I3 = 0.014+2.511*10-3+0.054 I3 = 0.0709kg m2

I3-1 = 0.0709*(6.989/21)2 I3-1 = 0.0007 kgm2

I2-1 = I3-1 I T= I3-1+ I2-1 + I1 I T=0.016 kg m2

TORQUE DE ARRANQUE Pa=Ta*W Ta = torque de arranque N- m W= velocidad angular

54

Ta = T1+ T 2 T1 = ℓ* It T 2= producido por a piedra W= 2* π * n rad/seg n= velocidad angular t= tiempo en el cual el motor alcanza la velocidad de régimen donde t= varia en un rango entre 0.08 a 0.3 seg ℓ = 2 * π * n/t*(1min /60 seg) ℓ = aceleración angular (rad/seg2) ℓ = 2 π n/t Pa= N-m (rad/seg) =watt ℓ = (2 π (0.55rps)/0.08 = 43.19689 rad/seg2 T1=43.196*(0.016)=0.725N-m T2= 0.039 N-m obtenido de la prueba de fricción con el motor tool Neumático Ta=T1+T2= 0.765 N-m W= 2* π *n

55

W= 2* π 0.55 = 3.455 rad/seg = 207.345 rpm Pa= 0.765 *(3.4551)= 2.644 watt ℓ= aceleración angular del motor ℓ= Wf-Wi/t donde wf= velocidad angular nomina del motor 146.61 rad/s Wi= velocidad angular nominal del motor 0 rad/s T= tiempo requerido por el motor para alcanzar su velocidad de régimen 0.85 s Remplazo ℓ= (146.61-0)/0.8= 183.26 T1= 183.26 rad/s2 (0.01680 kg-m2)= 3.078N-m T2= 0.0395560 N-m obtenido de la prueba de fricción con motor tool Neumatico Ta= T1+T2= 3.118 N-m Pa= Ta*w= 3.118 N-m (146.61)= 457.7 watt Pa= Ta* w = 3.118 N-m (146.61)=457.17 watt

56

Pa= 0.457 kw ≈ 0.613 hp ¾ hp aprox 5.2. DISEÑO DEL MOTO REDUCTOR DISEÑO DE ENGRANES Potencia ne rpm a la entrada = 36 ns rpm al a salida = 21 RAZON DE ENGRANE 2 MG= ne/ns = 36/21 = 1.714 Fresa modular mm = 30 mm Angulo de presión Ø =20º Zp = numero de dientes piñon ZG= numero de dientes engranes Zp= 14 dientes ZG= 24 dientes

2 SHIGLEY, Joseph Edward y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería mecánica. 6 ed. México : Mc Graw Hill, 1995. p. 910.

57

Angulo de Helice ψ = 23º MODULO TRANSVERSAL mT mT = mn / cos ψ mT = 3.0 mm/ cos 23 = 3.259 mm DISTANCIA ENTRE CENTROS c= MT * (Zg+Zp)/2 c= mt*(24+14)/2 = 61.922mm Paso circular Pct= π mt = 10.238 mm Paso circular normal Pcn= 9.424 mm Paso axial Px= Pct/tan ψ Px= 10.238/tan 23= 24.119 mm ANCHO DE CARA F 3pen ≤ F ≤5 Pc

58

28.27 ≤ f ≤47.123 Seleccionamos trabajar con un ancho de cara f= 40 mm RADIO DE PASO RPP = zp(mn)/(2cos ψ)= (14*3.0)/(2*cos23o )= 22.813 mm RPP = zG(mn)/(2cos ψ)= (24*3.0)/(2*cos23o )= 39.104mm PASO BASE PB= PCT COS ØT Ø1 = ANGULO TRANSVERSAL ØT = TAN-1 ( TANØN /COS ψ) ØT =TAN-1 ( TAN 20º /COS 23º )= 21.57 mm Pb= 10.23 cos 21.57 = 9.52 mm RADIO BASE Rb= rp cos ØN rbg= 22.81 cos 21.573 = 21.53 mm rbg= 39.11 cos 21.57 = 36.36 mm Adendo = a A=mnk

59

K=1 A=3.0*1 =3.00 mm LONGITUD DE ACCION AB= √(RPP

2-RB P2) +√(RPG

2-RB G2) – C SEN ØT

AB= 12.68 mm RAZON DE CONTACTO TRANSVERSAL MPT MPT = AB/Pb = 12.68 = 1.332 ANGULO HELICE DE BASE ψ b ψ b = tan-1 [tan ψ * cos Øt] ψ b = tan-1 [tan 23* cos 21.573] = ψ b = 21.541º RAZON DE CONTACTO NORMAL: MPN Mpn = mpt/ cos2 ψ b Mpn =1.332/ cos221.541 = 1.539 RAZON DE CARA MF Mf = f/px = 40 mm/24.119 mm= 1.658

60

Razón de contacto total mptotal Mptotal = mf+mpt= 1.65+1.33 = 2.99 DISEÑO POR METODO SIMPLE La engranes fallan mas rápidamente por desgaste que por flexión Se asume Ww =wd Remplazo KQFdp =KVWt dp = 2rp Velocidad de línea de paso V V=( π2 rp ne) /60.000 = (π* 2(22.81 mm) *36 )/60.00= 0.08 m/seg FACTOR DINÁMICO KV Kv = (3.56 +√ v )/3.56 = (3.56+ √0.0.08)/3.56 = 1.08 CARGA TRASMITIDA Wt Wt= 30.000 Hd/(π rn) H = ¾ hp = 0.56 kw

61

Hd= ks *h = 12*0.56 Kw= 0.672 kw Ks = este valor es para clase 2 y maquina herramientas cortesía Daico Rubbber internacional wt= 30.000*0.672 kw/(π *(22.813mm) (36)) wt = 7.8134 kn CARGA DINAMICA Wd Wd = kv*wt = 1.08 ( 7.81 kn) = 8.43 kn Q= 2 ZG/(Z+Zp ) = 2 mG/(1+mG) = (2*1.77)/(1+1.71)1.263 KI= Wd* cos ψ/(Q*f*2r)= (8.43 cos2 23º )/(1263(40 mm)= 3.10 npa RESISTENCIA POR CONTACTO SC Sc ≤2.76 BHN – 70 Mpa Se halla con el material de menor dureza K = Sc2 /1.4 sen [1/2+1/E3] E2=/E3 = modulo de elasticidad para aceros. Nota. Ver anexo 3. Propiedad de los aceros

62

Despejanso Sc Sc= (k(1.4)/(sen Ø[1/2+1/E3])1/2

Sc= (3.10 mpa(1.4) sen 20Ø[1/(207*109+1/207*109])1/2

Sc= 1.147.56 Mpa Despejando de la ecuación BHN SC= 2.76 BHN =70 Mpa BHN =(sc+70 mpa)/2.76 BHN = 441.146 dureza Brinell CARGA A FLEXIÓN Wb Aplicada en el tope del diente hallamos los valores de factor de LEWIS de la tabla, para un ángulo de presión factor LEWIS de la tabla para un ángulo de presión de 20º. Ver anexo 4. Factor de LEWIS Y2= 0.277 para piñón principal Y3= 0.337 para los engranes Kf = 1.5 n= 1.5 Se selección un acero 8620 del mercado con sy de 637.5 MPa

63

Wb = (sy*F*m)/(nkf) Wb= (176.62 (40 mm) (3mm)/(1.5*1.5) Wb=9.420 .21 kn Wb ≥ wd se cumple DISEÑO DEL EJE PRINCIPAL CARGAS TRANSMITIDAS Wt= 33.000HP / v = 33000()/V= 7.8134 KN Wr= wt* tan Øt = 7.8134 Kn ( tan 21.573º ) = 3.0892 Kn Wa= wt*tan ψ =7.8134kn (tan 23º )= 3.3165 KN DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE + ↓ ΣMa= 0 r*f (50i+22.81j)*(3.316i-3.0892j+7.8134k)+(50i-22.8j)*(-3.3165i+3.0892j- 7.8134k)+(100i)*(Byj+Bzk) +Ti=0 178.22i-390.67j+229.64k+178.22i+390.67j+78.35k-100jBz+100kBy+Ti=0 I=i 178.225+178.22+Ti= 0

64

Figura 15. Cuerpo libre del eje principal +

Ti = 356.45 N-M J=J -390.6 +390.67-100 Bz= 0 ^ ^ K = k 229.64+78.35+100 By By = -30.892 KN

Az

Ay

A

Wt

50 mm

22.81

50 mm

22.81 mmm

Wt

Wr

Wa

Wr

Wa

B y

Bz

B

65

+↑ fy =0 Ay + By –wr+wr=0 Ay = 3.08 KN DIAGRAMA DE CORTANTES Y MOMENTOS PLANO XY EJE PRINCIPAL -1.5129 KN Figura 16. Diagrama de momentos y cortantes eje principal

CALCULO DEL EJE PRINCIPAL A CARGA ESTATICA 3 D= [(16n /π sy (4M2+3T2])1/2 ]1/3

X

7.56 KN -m

M (KN-m)

X V (KN)

3 SHIGLEY, Joseph Edward y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería mecánica. 6 ed. México : Mc Graw Hill, 1995. p. 330.

66

SELECCIONA UN ACERO A1S1 4345 SY = 855 Mpa Factor de seguridad n= 2 MOMENTO MÁXIMO M Torque Máximo T Reemplazamos D= [16 (2)/(π(855)Mpa)(4*(75640 N-mm) 2+ (356150N-mm)2)1/2)1/3

D= 19.6373 mm D ≈ 20 mm SELECCIÓN DEL RODAMENTO En el punto A fr= 3089.2 N La carga dinámica P= Fr P= 3.089.2 N Relación entre la duración (L10 ) y la carga Dinámica (c) L10 = (c/p)n L10 = vida normal

67

P = carga dinámica equivalente C= capacidad carga dinámica N= exponente de la formula de generación N= 3 rodamiento de Bolas N= 10/3 Rodamiento de Rodillo Considerando el tiempo de trabajo de la maquina y para efecto de sideño se tendrá en cuenta las siguiente características. Vida nominal L10 = tendrá una duración 3 años, trabajando 365 día/ año, 8 h/días L10 = 36 rev/min*60min/hr *8 días /años *365 días/ años *3 años L10 = 18.921 millones revoluciones C= p * (L10)1/n = 3089.2( 18.921)1/3

C= 8231.78 N del catalogo SKF. Ver anexo 5. Catalogo de rodamiento SELECCIÓN UN RODAMIENTO CON CAPACIDAD DE CARGA MAYOR O IGUAL Capacidad de carga dinámica =9.800 N

68

Capacidad de carga estática = 6200N Ancho cara = 14 mm Diámetro = 47 mm = DESIIGNACION = 6204 RODAMIENTO RIGIDO DE BOLA AJUSTE DEL RODAMIENTO 6204 DEXT= 47 mm * D INT= 20 mm AJUSTE ESTRECHO EN OPERACIÓN : H8/F7 TAB.2-8 ver anexo 47 H8/F7 GRADO DE TOLERANCIA : 1 T8 = 0.0033 MM ver anexo 6. Tabla de grados y tolerancia internacionales PARA EL SOPORTE DEL RUDAMIENTO DMAX=D+AD= 47+0.033= 47.033 mm PARA EL EJE DEL RODAMIENTO dMIN =d = 20 mm 20 F7

69

DESVIACIÓN FUNDAMENTAL PARA EJE: ver anexo 7. Desviación fundamental para eje ÞF = -0.020 mm Dmax = d+ ÞF =20+(-0.20) = 19.980 mm Dmin = d+ ÞF =-0.020 mm Dmax= d+df= 20+(-0.020)= 19.980mm Dmin= d+df-∆d= 20 + ( -0.020) -0.033 = 1947 mm ANALISIS PARA VIDA A LA FATIGA DEL EJE PRINCIPAL Figura 17. Fatiga de eje principal

Considerando que no existen cargas flotantes se utilizará la teoría de VoN MISES para determinar el factor de seguridad. N= se / σ Donde σ`= ((σ x2)+(3* ּז xy2))1/2

punto 1

punto 2

70

T = P/w w= (2ne/60)= 3.76 rad /seg Tm = 119.366 N-M ANÁLISIS EN LE PUNTO 1 LIMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA4

Se= ka.kb.kc.kd.ke.se´ FACTOR DE SUPERFICIE Ka= a * sut b Para acabado de superficie maquinado a= 4.45 b= -0.265 c= 0.058 Ka= ( 4.45 /951)-0.265 = 0.723 FACTOR DE TAMAÑO (KB) PARA EL DIAMETRO DEL EJE 4 SHIGLEY, Joseph Edward y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería mecánica. 6 ed. México : Mc Graw Hill, 1995. p. 796

71

d= 20 mm se uso kb = (D/7.62)-0.1133= KB =0.9000 FACTOR DE CARGA (KC) PARA TORSION Y FLEXION SE TIENE QUE KC = 1 FACTOR DE TEMPERATURA Kd= 1 FACTOR DE EFECTO DIVERSO Ke= 1/kf Donde kf= 1+9(kt-1) La diferencia entre el diámetro mayor y diámetro menor es de 6 mm por lo tanto se puede trabajar con un radio de muestra de r= 3 mm q= 0.96 para torsión q= 0.78 flexión r/d= 3/20 = 0.15 D/d= 26/20 = 1.3

72

Factor de concentración de esfuerzos kts torsión Kts = 0.78+0.2(D/d) -10+(r/d)-0.46* √(0.002-0.12 (D/d)2+0.12(D/d))/(1-2.75 (D/d)2+2.55(D/d)4

Kts = 0.78+0.2(1.3)-10+(0.15)-0.46 √(0.002-0.12 (1.3)2+0.123(1.3))/(1-2.75 (1.73)2+2.55(1.73)4

Kts = 1.26 Factor de concentración de esfuerzo Kt Flexión Kt = 0.632+0.37(D/d)-4.4 +(r/d)-0.5 √(-0.14-0.363 (D/d)2+0.503*(D/d)4)/(1-2.39 (D/d)2+ 3.368 (D/d)4

Kt = 0.632+0.37(1.3)-4.4 +(0.15)-0.5 √(-0.14-0.363 (1.3)2+0.503*(1.3)4)/(1-2.39 (1.3)2+ 3.368 (1.3)4

Kt = 1.58 Kfs = 1+0.96 (kts-1)= 1+0.96 (1.26-1) = 1.249 Kf= 1+0.78(kt-1)= 1+0.78(1.58-1)= 1.452 Ke = 1/kf= 1/1.452 = 0.688 LIMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA Se Se´ = 0.504 sut = 0.504 ( 951) = 479.3 Mpa Se= 212.07 Mpa

73

σx = (32KfMa) /(πd3 )= (32 (1.452)(75.64)/( π (0.02)3 = 139.83 Mpa kfs *TC/J = TA *16 KFS/(π d3 ) = (119.366 N-m (16) (1.248) /(π 0.023 ) = ּז MPA 94.912 = ּז DONDE σ `= ((σ X2) +(3* ּז xy2) )1/2

σ `= ((139.832 ) + ( 3 ( 98.9122))1/2 = 215.81mpa N =se / σ = 212.87/215.91 = 0.985 ANÁLISIS EN EL PUNTO 2 LIMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA Se = ka. Kb.kc.kd.ke .se` FACTOR DE SUPERFICIE Ka = a* sut b PARA ACABADO DE SUPERFICIE MAQUINADO q = 4.45 b= 0.265 c= 0.058 FACTOR DE TAMAÑO (Kb)

74

Para el diámetro de eje d=20 mm se usa Kb= (d/7.621) -0.11133 = 0.9000 Kc= 1 Kd= 1 FACTOR DE EFECTOS DIVERSO Ke = 1/Kf donde kf = 1+ a (kt -1 ) q= 0.96 para torsión q = 0.78 flexión r /d = 3/20 = 0.15 D/d = 26/20 = 1.3 FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO KTS TORSIÓN Ver anexos 8. Factor de concentración de esfuerzo a torsión Kts = 1.38 FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO KT TENSIÓN Ver anexo 9. Factor de concentración de esfuerzo a tensión

75

KT = 1.7 KFS = 1+0.96 ( KTS -1 )= 1+0.96(1.38-1) = 1.364 Kf= 1+0.78(kt -1 ) = 1+0.78 (1.7 -1) = 1.546 Ke = 1/kf = 1/1.546 = 0.646 LIMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA Se Se´= 0.504 sut = 479.3 Mpa Se = 212.07 Mpa σ x=32 kf Ma / ( πd3 ) = 32* ( 1.546 ) (75.64)/( π *(0.02)3 = 148.89Mpa Mpa 103.65 = ּז Donde σ` = ((σ x2) + ( 3* ּז xy 2))1/2 σ ` = (( 148.892) +(3*(103.652) ))1/2

σ ` = 233.23 Mpa n= Se / σ = 212.07/233.23 = 0.90 DISEÑO DE LOS EJES SECUNDARIOS ↓+ Σ Ma= 0 r*f

76

(50 i +39.109j) * ( 3.3165i -30892 j+ 7.8134 k )+Ti+ MA= 0 Figura 18. Diagrama del cuerpo libre del eje secundario

-154.46k -390.67j-129.70 k +305.50 i+Ti+MA= 0 I= I Ti = 305.50 N-M J=J 390.67 = 0 K=k -154.46- 129.70+MA= 0

Y

FA

A

50mm

39.10 mm wa

wrwt

X

77

MA = 287.16 N-M FA= 3.0892 N DIAGRAMA DE CORTANTE Y MOMENTOS EN EL PLANO XY DEL EJE Figura 19. Diagrama de momento y cortante de ejes secundario

CALCULO DEL EJE SECUNDARIO A CARGA ESTATICA d = [16*n/π sy (4M2+3T2) ½ ]1/3 SELECCIÓN UN ACERRO AISI 4140 T8 R SY = 834 Mpa Ver anexo 3. Propiedades de los aceros.

3.08KN

2.87KN-m

M (KN-m)

X

X

V(KN)

78

d = [16 *(2)/( π *793) (4* ( 284160) 2 +3* ( 305574 ) 2 ) ½ ]1/3

d = 21.16 mm ≈ 25 mm SELECCIÓN DEL RODAMIENTO Fr = 3089.2 N L10 = 18.921 millones revoluciones C= p (L10 ) 1/n = 3089.2( 18.92) 1/3

C= 82.31.78 N SELECCIÓN UN RODAMIENTO CON CAPACIDAD DE CARGA MAYOR O IGUAL DEL CATALOGO SKF Ver anexo 5. Catalogo de Rodamiento Capacidad de carga dinámica = 9.650 N Capacidad de carga Estática = 4150 N ANCHO DE CARA = 18 mm Diámetro = 52 mm Designación = 2205 Rodamiento de balas a rotula AJUSTE DEL RODAMIENTO 2205 DEXT= 52 mm

79

DINT= 25 mm AJUSTE ESTRECHO DE OPERACIÓN: H8/F7 TAB. 2-B ver anexo 13. Descripción de ajustes recomendables

52 H8/F7 GRADO DE TOLERANCIA 1 T8 = 0.046 MM TAB. E-11 ver anexo 6. Tabla de grado y tolerancia internacionales. PARA EL DIÁMETRO INTERNO DEL ENGRANE Dmax = D+∆d= 52+0.046 = 52.046 mm PARA EL EJE DEL RODAMIENTO

Dmin= d= 25 mm 25 F7 DESVIACIÓN FUNADAMENTAL PARA EL EJE5 TAB. E-12 ver anexo 7. Desviación fundamental para eje df= 0.020 mm dmax. = d+df - ∆d

dmax. = 25+ ( -0.020) = 24.980 mm dmin = d+df - ∆d

5 SHIGLEY, Joseph Edward y MISCHKE, Charles. Diseño en Ingeniería mecánica. 6 ed. México : Mc Graw Hill, 1995. p. 69.

80

dmin = 25+( -0.020) – 0.033 dmin = 24.947 mm ANALISIS PARA VIDA A LA FATIGA DE EJE SECUNDARIO Figura 20. Fatiga del eje secundarios

Considerando que no existe carga fluctantes, se utiliza la teoría de Von Misses para determinar el factor de seguridad n= Se / σ donde σ `= ((σx2)+(3ּזxy2))1/2 Tm = P/w W= (2π /60 ) = 2 π ( 24) /60 = 2.513 rad / se Tm = 179.00 N-M PUNTO 1

30 mm

Punto 1

25 mm

81

LIMIETE DE RESISTENCIA A LA FATIGA Se= ka. Kb. Kc. Kd . ke. Se` FACTOR DE SUPERFICIE MAQUINADO a = 4.45 b < -0.265 c= 0.058 Ka = 4.45 (951) -0.265 = 0.723 FACTOR DE TAMAÑO (KB) PARA EL DIAMETRO DEL EJE d = 25 mm Kb = ( d/7.62 )-0.113 = 0.8740 FACTOR DE CARGA (KC) Para torsión y flexión se tiene que kc = 1 Factor de temperatura kd = 1 Factor efecto diverso, ke = 1/kf donde kf = 1+9 (kt-1) La diferencia entre el diámetro mayor menor es de 6 mm por lo tanto se puede trabajar con un radio de muesca de r = 3 mm q= 0.96 para torsión q= 0.78 flexión

82

r / d = 3/25 = 0.12 D/d = 30/25 = 1.2 FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS KTS TORSIÓN KTS = 0.78 +0.2 (D/D) -10 + (r/d) -0.46 √( 0.002- 0.125 (D/d)2+0.123 (D/d)4/(1-2.75 (D/d)2+2.55(D/d)4

. KTS = 0.78 +0.2 (1.2) -10 + (0.12) -0.46 √( 0.002- 0.125 (1.2)2+0.123 (1.2)4/(1-2.75 (1.2)2+2.55(1.2)4

KTS = 1.294 FACTOR DE CONCENTRACIÓN DE ESFUERZO KT FLEXION Ver anexo 10. Grafica de Teoría de concentración de esfuerzos KT = 0.632 +0.377(D/D) -4 + (r/d) -0.5 √( 0.14- 0.363 (D/d)2+0.503 (D/d)4/(1-2.34 (D/d)2+3.368(D/d)4

KT = 0.632 +0.377(1.2) -10 + (0.12) -0.46 √( 0.002- 0.363 (1.2)2+0.503 (1.2)4/(1-2.39 (1.2)2+3.368(1.2)4

KT = 1.63 KFS = 1+0.96( KTS -1)1+0.96 ( 1.294-1) = 1.282 KF= 1+0.78(KT-1)= 1+0.78(1.63-1)= 1.491

Ke = 1/kf = 1/1.891 = 0.67

83

LIMITE DE RESISTENCIA A LA FATIGA Se Se`= 0.504sut= 0.504 ( 951)=479.3 Mpa Se= 212.07 Mpa Σ x= 32 kf Ma /(πd3) =(32*(1.491)((75.64)/( π (0.025) 3= 73.52 Mpa x = (kfs . Tc)/J= (tc*16 *Kfs)/( π d3 )ּז x = (119.366 N – m ( 16) ( 1.491))/( π (0.025 )3ּז

σ = ((73.522)+(3(58.01)2)1/2

σ = 124.50 Mpa n= Se/ σ = 212.07 /124.50 =1.70 5.3. DISEÑO DEL RESORTE Diámetro del alambre d= 2.5mm ( 0.9843 in) d= 30 mm Longitud libre L0 = 150 mm Se asume una precarga = T/2 kg = 4.905 CARGA MAXIMA

84

4 KG = 39.24 n DIAMETRO EXTERIOR DE =DI +2d = 32.5 mm DIAMETRO MEDIO D= DI+2d = 30 mm INDICE DEL RESORTE C=D/d = 12 FACTOR DE CURVATURA Kb = ( 4c+2)/ (4c-3) = 1.111 FUERZA ALTERNANTE Y MEDIA Fa= (Fmax- Fmin )/2 = (34.335 N) Fm= (Fmax- Fmin )/2 = 44.145 N AMPLITUD DEL ESFUERZO CORTANTE a = KB * 8 F2D/( π d3)=1.111*(8(7.7188 lbf) (1.18 in))/( π (0.1)3 = 177.Mpaּז a = KB* (8Fm D )/( ¶d3)ּז m =(1.1111)((8(9.9242lbf)(1.18 11in ))/ ))/(π (0.1)3 = 228 Mpaּז

85

RESISTENCIA ULITIMA DE TENSIÓN a= 169 kpsi m= 0.146 ver anexo 11. Resistencia mínima de alambre Sut = A/dm = (169kpsi)/ (0.1)0.146 = 1629.67 Mpa RESISTENCIA ULTIMA A LA CEDENCIA Ssy = 0.35 sut = 0.35 ( 236. 53 Kpsi ) = 570.3 mpa RESISTENCIA ULTIMA AL CORTE Ssu = 0.67 Sut = 0.67 ( 236.53 kpsi ) =1091.85 Mpa AMPLITUD DE LA RESISTENICA Sse = (35/ ((1-55/Ssu) = 369.32 Mpa Ss2 = (1/ ( 1/ Sse + 1/(r.Ssa) = 1 /(1/53.6035 +1/(0.78)(158.47)=257.61 mpa FACTOR DE SEGURIDAD A LA FATIGA nf= Ss2/ Ta = 37.3896/25.7946 = 1.4495 NUMERO DE VUELTAS ACTIVAS Na = (6d 4 max)/(8.D3 Fmax ) = ((10*10-6 mpsi) (0.1in)4 (1.5748in))/(8*(1.18in)3(8.8215 lbf)

86

Na= 13.543 vueltas NUMERO TOTAL DE VUELTAS Nt= Na +Q = 13.5137+2 = 15.5437 vueltas LONGITUD SÓLIDA Ls (Na+ Q^) d = (13.5437+1)(0.1) = 36mm MODULO DEL RESORTE K= Gd4/8d3Na K= (10*106Mpsi)(0.1)4)/(8(1.1811 in )3 (13.5431)=5.6016 lbf/n = 980.2 N/mm PASO DE LAS ESPIRAS DEL CUERPO P = (Lo-3d)/ Na = (5.9055 in )-(3*0.1 in) )/(13.5437 vueltas = 10 mm PASO DEL RESORTE W= (π2d2DNaφ ) /4 = (π2 (0.1in ) 2 ( 1.1811in ) (13.5437 vueltas ) (0.286lb/in3) /4 W=0.005013 kg FRECUENCIA DE OPERACIÓN Fn = ½ √(kg/w) = ½ * (√ (5.60 lb )(386)/(0.1105)=69.942 H2

87

RESISTENCIA A LA FATIGA Ver anexo 12. Ciclo de fallas Ssi= B/dm = 30 /(0.1)0.17 = 73.9554 kpsi (509.55 Mpa) CICLOS A LA FALLA Nf =( Ssr /sut/0.568 ) (-1/0.0396)= ((73.9554/*1236.53)/0.568 ) (-1/0.0396) Nf =3.52 *106 ciclos 5.4. AJUSTE PARA EL ACOPLE DEL EJE ESTRIADO DEXT= 29 mm AJUSTE DE INTERFERENCIA LOCALIZADA. H7 /PG TAB 2-8 ver anexo 13. Descripción de ajuste 29 H7 / P6 GRADO DE TOLERANCIA: Ver anexo 6. Tablas de Grados y tolerancia PARA EL DIÁMETRO EXTERNO DE EJE ESTRIADO Dmax = D + ∆D = 29*+0.130 = 29.130 mm PARA EL DIAMETRO INTERNO DEL ACOPLE I d min = d = 29 mm 29 PG DESVIACIÓN FUNDAMENTAL Ver anexo 7. Desviación fundamental para ejes

88

df= 0.022 mm dmax = d+df= 29+0.022 = 29.022 mm dmin = d+df-∆d = 29+0.022-0.130 = 28.892 mm AJUSTE PARA EL ACOPLE DEL BUJE ESTRIADO DEXT= 38 mm AJUSTE DE INRTEFERENCIA LOCALIZADA: H7 /P6 ver anexo13. Descripción de ajuste 38 H7/P6

GRADO DE INTEFERENCIA 1 T11 = 0.160 MM Ver anexo 6. Tabla de grados y tolerancias internacionales PARA EL DIAMETRO INTERNO DEL ACOPLE DEL ENGRANE Dmin = d= 38 mm 38 PG DESVIACIÓN FUNDAMENTAL df =0.026 mm dmax= d+df= 38 +0.026 = 38.0216 mm dmin = d+df-∆d = 38+0.026 -0.160 = 37.866 mm

89

5.5. DISEÑO DEL EJE ALTERNANTE Figura 21. Diagrama de cuerpo libre del eje alternante ANALISIS DE CARGA. SUMATORIA DE MOMENTO EN EL PUNTO “A” + Σ MA =0 (0.175 M) By – (0.275m ) ( 68.67n) = 0 By = 107,91 N SUMATORIA DE FUERZA EN EL EJE “Y”. ↑ Σ FY=0

Y

AY B

W= 7 Kg(68.67N)

175 mm 100mm C

A

BY

X

90

-AY +107.91N -68.67N= 0 AY = 39.24 N Figura 22 Diagrama De Carga Cortante

Diagrama De Momentos Del Eje Alternante

68.69N

0.1 m

C

A

38.24

0.175 m B

V (N)

X

91

B

0.175 m 0.1 m

M(N-m)

C

6.867 N- m

Nota. Para el diseño de este eje, se asumió un acero AISI 1020 con diámetro de 25 mm PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS E =207 GPa = 207 *106 KPc Ix = π / 64 d4 = 191.747 *10-6 m 4 EIx = 39.691.63 KN-m2 A= π /4 d2 = 4.9087 *10-4 m2

Q= d3 /12 = 1.3021*10-6 m3

ANALISIS DE ESFUERZOS ESFUERZO CORTANTE MAXIMO TMAX= VQ/IE = ІVMAXІ /A Tmax 139.894 kPa ESFUERZO A FLEXION MÁXIMO VB= MB/Q VMAX = 5.274MPa FACTOR DE SEGURIDAD n= SY /VMAX n ≈40

92

NOTA. Debido a que el factor de seguridad es muy elevado. Esto a su vez garantiza las necesidades mínimas requeridas para este diseño. 5.6. DISEÑO DEL BUJE DE DE MOVIMIENTO ALTERNATIVO Para el diseño de los bujes se ha seleccionado la mayor carga, presente en el eje de movimiento alternante DATOS Material: Bronce Fosforado ØEJE = 25 mm ( 2.5 cm) L= 20 mm W= 110n( 11.2 kg) CALCULO DE LA PRESIÓN EN EL BUJE P = W/(L*d) P = 2.24 kg /cm2 Nota. Como el valor de la presión hallado (2.24 kg /cm2) en muchisimo menor que la presión media máxima. Correspondientes para una aleación a base de cobre Pb (25%), Sn (3%), Cn ( 72%), luego se satisfacción las condiciones del diseño. Pmax = 210 kg /cm 2 >>> P = 2.24 kg /cm2 AJUSTE DE FUNCIONAMIENTO DE DE BUJE Para un eje de 25 mm (0.0190mm, 0.0380 mm)

93

6. MANUAL DE INSTRUCCIONES Y SEGURIDAD DEL DISPOSITIVO

Esta herramienta ha sido diseñada con los mas altos parámetros de diseño y ergonómico, haciendo de esta misma un instrumento cómodo segura y confiable en el momento de su operación y mantenimiento. 6.1. NORMAS GENERALES DE SEGURIDAD. El motor Tool del dispositivo solo puede ser accionado mediante aire comprimido, además de las recomendaciones hechas por el fabricante del mismo. Ver anexo 14. Catalogo de funcionamiento del motor tool. Esta maquina solo debe ser utilizada para la rectificación de árboles de levas. Si la máquina se utiliza en desacuerdo a su finalidad, se le realizan modificaciones al dispositivo o si se utiliza en piezas que no han sido probadas ni autorizadas por los diseñadores de la misma podrían efectuarse daños imprevisibles. NORMAS ESPECÍFICAS DE SEGURIDAD RECOMENDACIONES • Mantener el lugar de trabajo limpio, en orden • Utilice siempre protección acústica y visual en el momento de manipular la maquina • Conectar el motor tool a una línea de aire, solo mediante un acoplamiento rápido. • Evite sobre carga en el motor tool • Solo utilice esta herramienta dentro de los márgenes de potencia indicado en las especificaciones técnicas del mismo.

94

• Asegúrese de no exceder la presión máxima especificada en el motor tool indicada en las especificaciones técnica del mismo. • Mientras la máquina este en movimiento, evite tocar algún mecanismo en rotación. • Verifique que los acoplamiento de los árboles de levas estén en posición correcta . • Compruebe que la velocidad de rotación del torno este en la posición de 36 rpm. 6.2. SEGURIDAD PERSONAL Use el equipo de seguridad. Siempre use protección ocular, mascara para polvo, zapatos de seguridad antidesgaste y protección auditiva; estos elementos debe ser usado en forma apropiada. Mantenga un buen calzado y vestimenta siempre para permitir un buen control de herramienta en situaciones inesperadas. Inspecciones minuciosamente que no existan elementos o herramientas ajenas puesta en el dispositivo. No utilice accesorio como prendas: anillo, cadena, reloj y pulsera. Son causante de accidente. Evite la puesta en marcha accidental. Verificar que la palanca que acciona la rotación del torno, se encuentra en la posición neutral. Manténgase alerta y no opere en dispositivos bajo la influencia de droga y alcohol . 6.3. USO Y CUIDADOS DEL DISPOSITIVO No altere o use mal el dispositivo, este fue construido con presión, cualquier alteración y modificación no especificada es mal uso del mismo y puede generar una acción de peligro Utilice únicamente accesorio para este dispositivos recomendado por el fabricante del mismo.

95

Verifique si hay una mal alineación o ensamble en las partes móviles, parte rotativa, o cualquier condición que puede afectar la buena operación del dispositivo. No fuerce la maquina, utilice el dispositivo correctamente en su manipulación o trabajos. Para realizar de manera segura y eficiente la operación. Mantenga el dispositivo fuera del alcance de los niños y cualquier persona que no este capacitada para dicho manejo. Desconecta el acople de la fuente de aire ante de hacer cualquier ajuste, cambio de accesorio o almacenamiento del dispositivo. No utilice el dispositivo si se presenta dificultades en el momento de encendido y del apagado. 6.4. REPARACIÓN La reparación de los dispositivos debe ser llevada a cabo por un personal de reparación altamente calificado. Cuando este reparando la maquina use parte de recambio idéntica siga las instrucciones en la sección de mantenimiento de este manual.

96

7. PASOS PARA ENSAMBLE DEL DISPOSITIVO

Ensamble del árbol de levas al acoplador. Ver foto 6. Ensamble del árbol Foto 6. Ensamble del árbol Acople el conjunto anterior del árbol de levas al buje estriado del reductor; teniendo en cuenta el punto de referencia de cada estría. Ver foto 7. Acople al buje del reductor Foto 7. Acople al buje del reductor

97

Acople del conjunto de puntas giratorias, al parte posterior de los árboles de levas. Ver foto 8. Acople al conjunto de puntas giratorias. Foto 8. Acople al conjunto de puntas giratorias. Verificar que haya tangencia entre la rueda esmeril y el seguidor de elevas. Ver foto 9. Verificar tangencia de rueda y seguidor Foto 9. Verificar tangencia de rueda y seguidor

98

Gire la perilla para accionar y graduar la velocidad de rotación del motor Tool. Ver foto 10. Accionador y graduador de velocidad de rotación del motor tool. Foto 10. Accionador y graduador de velocidad de rotación del motor tool. Ubique en posición el seguidor de levas y la piedra esmeril en el primer lóbulo del árbol de levas patrón y el árbol de levas a maquinar. Ver foto 11. Posición de maquinado Foto 11. Posición de maquinado

99

Poner en funcionamiento el torno universal a una velocidad de 25 rpm . Ver foto 12. Puesta en mancha. Foto 12. Puesta en mancha.

100

8. PRESUPUESTO

Para la construcción de esta maquina se cortó con la colaboración de rectificadora el cigüeñal Ltda, la cual costeó el valor total del proyecto. Cuadro 4 . Presupuesto DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

VALOR UNITARIO

VALOR TOTAL

Carcaza del motor reductor 1 160.000 120000

Tapa del motor reductor

2 25.000 50.000

Soporte del eje alternante

1 120.000 120.00

Tapa del soporte del eje alternante

1 15.000 15.000

Buje del eje alternante

2 18.000 36.000

Engrane conductor

1 86.000 86.000

Engrane conducido

2 146.000 282.000

Buje estriado del acople 2 7.000 14.000

Eje estriado de acople 2 8.000 16.000Acoplador del árbol de levas

2 14.000 28.000

Rodamiento 638- ZZ NSK

1 13.000 13.000

Rodamiento 6004 NSK

2 10.000 20.000

Rodamiento 2205

2 20.000 40.000

Resorte del eje alternante

1 20.000 20.000

Punta giratoria

2 75.000 150.000

101

Continuación del cuadro 4. Presupuesto DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

VALOR UNITARIO

VALOR TOTAL

Cono

1 25.000 25.000

Platina soporte de las puntas 1 30.000 30.000Porta rodamientos 2 18.000 36.000Eje del engranaje conductor

1 45.000 45.000

Eje del engranaje conducido

2 20.000 40.000

Chaveta de expansión I-52

2 2.000 4.000

Chaveta de compresión A-22

1 400 400

Motor tool neumático

1 250.000 250.000

Soporte del motor tool

1 65.000 65.000

Mecanismo de soportes de conjuntos rectificador

1 210.000 210.000

Instrumentos verificador de tangentes 1 26.000 26.000

Eje alternante 1 52.000 52.000

Tortillería y tuercas

47 700 32.900

Mano de obra

1 900.000 900.000

TOTAL

2.776.300

102

9. CONCLUSIONES

Con la realización de este proyecto se lograron varios aspectos importantes, entre los cuales se encuentran: Aplicamos los conocimientos adquiridos durante el transcurso del aprendizaje como estudiante de ingeniería mecánica, los cuales pusieron en práctica gracias a la construcción y montaje dispositivo. Logramos obtener un diseño sencillo y practico del dispositivo facilitando así su manejo, de igual manera se logró seleccionar los materiales adecuados para cada uno de los elementos que hacen parte de ella; en base a los cálculos y análisis realizados. Para la puesta en marcha de la maquina se elaboró un manual de mantenimiento y seguridad, buscando así evitar inconvenientes al momento de poner en funcionamiento el dispositivo y facilitar el manejo al operario encargado de ello. El dispositivo cumple con el patrón adecuado para el perfil de la leva. Elaboraron los planos adecuados del dispositivo con cada una de las piezas que la conforman, así mismo se muestra los materiales de cada elemento y sus respectivas dimensiones.

103

10. RECOMENDACIONES

Para realizar un proceso eficiente de rectificado del lóbulo de la eleva se debe tener en cuenta en exceder en mas de un 1.5 mm de la medida estándar de cada referencia comercial. Con el objeto de obtener una mayor eficiencias en el proceso de la rectificación se sugiere que la superficie no tenga una rugosidad muy excesiva en el perfil de la leva. Se aconseja que el operario en un periodo de 20 ciclo compruebe y ajuste de ser necesarios la tangente de la rueda esmeril y el seguidor de levas. Si desea obtener un acabado superficial mas fino se debe operar el motor –tool a su máxima velocidad. Durante el proceso de rectificación de árbol de levas se debe estar corroborando las características de la misma. Se sugiere que con la colaboración del Universidad Francisco de Paula Santander se puede desarrollar un proyecto investigativo sobre la dureza, estructura metálografica y propiedades después del proceso rectificando y tratamiento térmico a realizarse a ser necesarios.

104

BIBLIOGRAFIA

CARL.A KEYSER, James L. Leah. Materiales y procesos de Manufactura para Ingenierios. México: Prentice Hall, 1999. 600 p. NORTON, Robert. Diseño de máquina. México: Prentice Hall, 1999. 500 p.

SHIGLEY, Joseph y MISCHKEY, Charles. Diseño en Ingeniería Mecánica. México: Mc Graw Hill, 1995. 244 p.

105

ANEXO

106

Anexo 1. Propiedad geométrica

107

Anexo 2. Propiedades Geométricas en sólidos

108

Anexo 3. Propiedades de los aceros 1 2 3 4 5 6 7 8

UNS num num.AISI procesamient

resistencia a la

tension Mpa(kpsi)

resistencia a la

cedencia Mpa(kpsi)

Elongacion en 2 pulg,

% Reduccion en area,%

Dureza Brinell

1030 T&R* 205(400) 848(123) 648(94) 17 47 495 T&R* 315(600) 800(116) 621(90) 19 53 401 T&R* 425(800) 731(106) 579(84) 23 60 302 T&R* 540(1000) 669(97) 517(75) 28 65 255 T&R* 650(1200) 586(85) 441(64) 32 70 207 Normalizado 925(1700) 521(759 345(50) 32 61 149 Recocido 870(1600) 430(62) 317(46) 35 64 137

1040 T&R 205(400) 779(113) 593(86) 19 48 262 T&R 425(800) 758(110) 552(80) 21 54 241 T&R 650(1200) 634(92) 434(63) 29 65 192 Normalizado 900(1650) 590(86) 374(54) 28 55 170 Recocido 790(1450) 519(75) 353(51) 30 57 149

1050 T&R* 205(400) 1120(163) 807(117) 9 27 514 T&R* 425(800) 1090(158) 793(115) 13 36 444 T&R* 650(1200) 717(104) 538(78) 28 65 235 Normalizado 900(1650) 748(108) 427(62) 20 39 217 Recocido 790(1450) 636(92) 365(53) 24 40 187

1060 T&R 425(800) 1080(156) 765(111) 14 41 311 T&R 540(1000) 965(140) 669(97) 17 45 277 T&R 650(1200) 800(116) 524(76) 23 54 229 Normalizado 900(1650) 776(112) 421(61) 18 37 229 Recocido 790(1450) 626(91) 372(54) 22 38 179

1095 T&R 315(600) 1260(183) 813(118) 10 30 375 T&R 425(800) 1210(176) 772(112) 12 32 363 T&R 540(1000) 1090(158) 676(98) 15 37 321 T&R 650(1200) 896(130) 552(80) 21 47 269 Normalizado 900(1650) 1010(147) 500(72) 9 13 293 Recocido 790(1450) 658(95) 380(55) 13 21 192

1141 T&R 315(600) 1460(212) 1280(186) 9 32 415 T&R 540(1000) 896(130) 765(111) 18 57 262

4130 T&R* 205(4000) 1630(236) 1460(212) 10 41 467 T&R* 315(600) 1500(217) 1380(200) 11 43 435 T&R* 425(800) 1280(186) 1190(173) 13 49 380 T&R* 540(1000) 1030(150) 910(132) 17 57 315 T&R* 650(1200) 814(118) 703(102) 22 64 245 Normalizado 870(1600) 670(97) 436(63) 25 59 197 Recocido 865(1585) 560(81) 361(52) 28 56 156

4140 T&R 205(400) 1770(257) 1640(238) 8 38 510 T&R 315(600) 1550(225) 1440(208) 9 43 445

109

Continuación anexo 3. Propiedades de los aceros

1 2 3 4 5 6 7 8

UNS num num.AISI procesamient

resistencia a la tension Mpa(kpsi)

resistencia a la cedencia Mpa(kpsi)

Elongacion en 2 pulg, %

Reduccion en area,%

Dureza Brinell

4140 T&R 425(800) 1250(181) 1140(165) 13 49 370 T&R 540(1000) 951(138) 834(121) 18 58 285 T&R 650(1200) 758(110) 655(95) 22 63 230 Normailzado 870(1600) 1020(148) 655(95) 18 47 302 Recocido 815(1500) 665(95) 417(61) 26 57 197

4340 T&R 315(600) 1720(250) 1590(230) 10 40 486 T&R 425(800) 1470(213) 1360(198) 0 44 430 T&R 540(1000) 1170(170) 1080(1569 13 51 360 T&R 650(1200) 965(140) 855(124) 19 60 280

110

Continuación anexo 3. Propiedades de los aceros 1 2 3 4 5 6 7 8

UNS num num.AISI procesamient

resistencia a la tension Mpa(kpsi)

resistencia a la cedencia Mpa(kpsi)

Elongacion en 2 pulg, %

Reduccion en area,%

Dureza Brinell

G10060 1006 HR 300(43) 170(24) 30 55 86 CD 330(48) 280(41) 20 45 95

G10100 1010 HR 320(47) 180(26) 28 50 95 CD 370(53) 300(44) 20 40 105

G10150 1015 HR 340(50) 190(27,5) 28 50 101 CD 390(56) 320(47) 18 40 111

G10180 1018 HR 400(58) 220(329 25 50 116 CD 440(64) 370(54) 15 40 126

G10200 1020 HR 380(55) 210(30) 25 50 111 CD 470(68) 390(57) 15 40 131

G10300 1030 HR 470(68) 260(37,5) 20 50 137 CD 520(76) 440(64) 12 42 149

G10350 1035 HR 500(72) 270(39,5) 18 35 143 CD 550(80) 460(67) 12 40 163

G10400 1040 HR 520(76) 290(42) 18 35 149 CD 590(85) 490(71) 12 40 170

G10450 1045 HR 570(82) 310(45) 16 35 163 CD 630(91) 530(77) 12 40 179

G10500 1050 HR 620(90) 340(49,5) 15 35 179 CD 690(100) 580(84) 10 35 197

G10600 1060 HR 680(98) 370(54) 12 30 201G10800 1080 HR 770(112) 420(61,5) 10 30 229G10950 1095 HR 830(120) 460(66) 10 25 248

111

Anexo 4 . Factor de LEWIS

112

Anexo 5. Catalogo de rodamiento

Dimensiones principales capacidad de carga limite de velocidad masa Designa

cion d D B dinam C estat Co lubricacion

grasa aceite mm N(1N=0,102kgf) r/min kg

3 10 4 375 176 40000 48000 0,0015 623 4 13 5 695 335 38000 45000 0,0031 624 16 5 865 440 36000 43000 0,0054 634 5 16 5 865 440 36000 43000 0,005 625

19 6 1290 695 32000 38000 0,009 635 6 19 6 1290 695 32000 38000 0,0084 626 7 19 6 1320 710 34000 40000 0,0075 607

22 7 2500 1340 32000 36000 0,013 627 8 22 7 2500 1340 32000 38000 0,012 608 9 24 7 2850 1530 30000 36000 0,014 609

26 8 3550 1960 26000 32000 0,02 629 10 26 8 3550 1960 30000 36000 0,019 6000

30 9 3900 2240 24000 30000 0,032 6200 35 11 6200 3750 20000 26000 0,053 6300 12 28 8 3900 2240 26000 32000 0,022 6001

32 10 5300 3100 22000 28000 0,037 6201 37 12 7500 4650 19000 24000 0,06 6301 15 32 9 4300 2500 22000 28000 0,03 6002

35 11 6000 3550 19000 24000 0,045 6202 42 13 8800 5400 17000 20000 0,082 6302 17 35 10 4650 2800 19000 24000 0,039 6003

40 12 7350 4500 17000 20000 0,065 6203 47 14 10400 6550 16000 19000 0,12 6303 62 17 17600 11800 12000 15000 0,27 6403 20 42 12 7200 4500 17000 20000 0,069 6004 47 14 9800 6200 15000 18000 0,11 6204

52 15 12200 7800 13000 16000 0,14 6304 72 19 23600 16600 10000 13000 0,4 6404 25 47 12 8650 5600 15000 18000 0,08 6005 52 15 10800 6950 12000 15000 0,13 6205

62 17 17300 11400 11000 14000 0,23 6305 80 21 27500 19600 9000 11000 0,53 6405 30 55 13 10200 6800 12000 15000 0,012 6006

62 16 15000 10000 10000 13000 0,2 6206 72 19 21600 14600 9000 11000 0,35 6306 90 23 33500 24000 8500 10000 0,74 6406

113

Continuación anexo 5. Catalogo de rodamiento Dimensiones principales capacidad de carga limite de velocidad masa Designacion

d D B dinam C estat Co lubricacion

grasa aceite mm N(1N=0,102kgf) r/min kg 10 30 9 4150 1370 24000 30000 0,034 1200 30 14 5600 1760 22000 28000 0,047 2200

12 32 10 4750 1500 22000 28000 0,04 1201 32 14 5700 1960 20000 26000 0,053 2201 37 17 9000 2900 17000 20000 0,095 2301

15 35 11 5700 2040 19000 24000 0,049 1202 35 14 5850 2120 18000 22000 0,06 2202 42 13 7350 2650 17000 20000 0,094 1302 42 17 9150 3250 15000 18000 0,11 2302

17 40 12 6000 2400 18000 22000 0,073 1203 40 16 7500 2750 17000 20000 0,088 2203 47 14 9650 3650 14000 17000 0,13 1303 47 19 11000 4050 13000 16000 0,16 2303

20 47 17 7650 3150 15000 18000 0,12 1204 47 18 9650 3800 14000 17000 0,14 2204 52 15 9650 3900 12000 15000 0,16 1304 52 21 13700 5400 11000 14000 0,21 2304

25 52 15 9300 4000 13000 16000 0,14 1205 52 18 9650 4150 11000 14000 0,16 2205 62 17 13700 5850 9500 12000 0,26 1305 62 24 18600 7500 9500 12000 0,34 2305

30 62 16 12000 5600 10000 13000 0,22 1206 62 20 11800 5500 9500 12000 0,26 2206 72 19 16300 7500 9000 11000 0,39 1306 72 27 24000 10000 8500 10000 0,5 2306

35 72 17 12000 6300 9000 11000 0,32 1207 72 23 16600 7800 8500 10000 0,4 2207 80 21 19300 9500 7500 9000 0,51 1307 80 31 30000 12900 7000 8500 0,68 2307

40 80 18 14600 8000 8500 10000 0,42 1208 80 23 17300 9000 7500 9000 0,51 2208 90 23 22800 11800 6700 8000 0,72 1308 90 33 34500 15600 6300 7500 0,93 2308

45 85 19 16600 9000 7500 9000 0,47 1209 85 23 17600 10000 7000 8500 0,55 2209 100 25 29000 15300 6300 7500 0,96 1309 100 36 41500 19300 5600 6700 1,25 2309

114

Anexo 6. Grado y tolerancia

115

Anexo 7. Desviación fundamental para eje

116

Anexo 8. Factor de concentración a torsión

117

117

Anexo 9. Factor concentración de esfuerzo a tención

118

Anexo 10. Grafica de teorías de Factores de concentración de esfuerzo

119

Anexo 11. Resistencia de tensión mínima del alambre

120

Anexo 12. Ciclo de Falla

121

Anexo 13. Descripciones de ajuste recomendables.

122

Anexo 14. Catalogo de funcionamiento del motor Tool

123

Continuación del anexo 14. Catalogo de funcionamiento del motor Tool

124

Continuación del anexo 14. Catalogo de funcionamiento del motor Tool

125