Disseny i càlcul d'una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d'acer ràpid

Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 1 Memòria Enginyeria Industrial RESUM A partir d'un prototipus creat per a la realització de proves per a l'obtenció de perfils interiors en peces d'acer ràpid, el projecte contempla o té l’objectiu de dissenyar i calcular una nova màquina perforadora i copiadora amb la mateixa funcionalitat que el prototipus esmentat. L’antiga màquina va ser creada unes dues dècades enrere pel propietari d’una empresa especialitzada en la fabricació d’eines, segons normativa DIN i especials, d’acer ràpid pel sector de la tornilleria. La màquina va funcionar amb força èxit, de totes maneres, la bancada no era el suficientment rígida pel treball que realitzava. Per altra banda, i a causa d’un avanç massa gran en el mecanisme copiador on no es tenia la possibilitat de regular-ne la velocitat, s’observaven imprecisions en les passades d’eina; es veia clarament que la peça no restava immòbil en el moment d’ésser treballada. Actualment el prototipus es troba en desús en el pati de la pròpia empresa on hi falten una gran part dels seus elements principals. La nova màquina projectada permetrà copiar, a escala, perfils (plantilles hexagonals, quadrades, ovalades, ...) com a forats interiors per a peces d'acer ràpid. Cal destacar també que el bon acabat de la peça es realitzarà en una premsa utilitzant un punxó. En primer lloc, es dissenya la màquina en tres dimensions utilitzant el paquet de Software SOLIDWORKS. Paral·lelament, en un dels annexos, es realitza el conjunt pertinent de càlculs de l'accionament principal de la màquina, així com també del mecanisme o sistema copiador (tipus de motors, corretges, ...). A continuació, en un segon annex, es calculen els elements principals de la màquina (eixos, clavetes i claveters, cubs, rodaments, ...) i s'adjunten també càlculs de vida a fatiga d’algun dels elements de la màquina. Seguidament, en un tercer annex, s'elabora el conjunt de plànols de muntatge i de peça de la màquina elaborats amb el programa AUTOCAD. El quart annex representa un recull de catàlegs i informació addicional dels elements de compra de la màquina. Finalment, es presenta una memòria on s'explica els orígens i motivació del projecte, elements principals que formen la màquina, normativa i pressupost i una avaluació d’impacte mediambiental de la màquina. 2 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 3 Memòria Enginyeria Industrial SUMARI RESUM................................................................................................................................. 1 SUMARI ............................................................................................................................... 3 1. PREFACI........................................................................................................................ 5 1.1. Origen del projecte ............................................................................................... 5 1.2. Motivació ............................................................................................................... 5 2. INTRODUCCIÓ ............................................................................................................ 7 2.1. Objectius del projecte........................................................................................... 7 2.2. Abast del projecte ................................................................................................. 7 3. ESTUDI DE MERCAT ................................................................................................. 9 4. EL PROTOTIPUS D’ORIGEN.................................................................................. 13 4.1. Accionament principal de la màquina .............................................................. 13 4.2. Sistema pistó-biela-manovella............................................................................ 14 4.3. Sistema copiador................................................................................................. 14 4.3.1. Accionament sistema copiador ....................................................................... 15 4.3.2. Engranatges del sistema copiador................................................................... 16 4.3.3. Sistema palanca-palpadors.............................................................................. 17 5. PRESTACIONS DE LA NOVA MÀQUINA ............................................................ 21 5.1. Evolució de la força de tall................................................................................. 21 6. MECANISMES I COMPONENTS PRINCIPALS DEL PROTOTIPUS NOU .... 25 6.1. Accionament principal........................................................................................ 25 6.2. Transmissió.......................................................................................................... 26 6.3. La manovella ....................................................................................................... 28 6.4. La biela................................................................................................................. 29 6.5. El pistó.................................................................................................................. 30 6.6. El carro (perfil d’unió pistó i porta-eina) ......................................................... 31 6.7. Porta-eines ........................................................................................................... 32 6.8. Eina....................................................................................................................... 34 6.9. Cilindre i sistema de guiatge.............................................................................. 35 6.10. El frontal.............................................................................................................. 37 6.10.1. Accionament del sistema copiador ................................................................. 37 4 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria 6.10.2. La transmissió..................................................................................................38 6.10.3. La palanca i els palpadors................................................................................40 6.10.4. “La zona de treball” de la màquina .................................................................42 7. GEOMETRIES POSSIBLES A TREBALLAR........................................................45 8. SISTEMES DE SEGURETAT....................................................................................47 9. ELEMENTS DE REGULACIÓ I CONTROL..........................................................49 10. CONSIDERACIONS MEDIAMBIENTALS.............................................................51 10.1. Construcció de la màquina .................................................................................51 10.2. Fase de funcionament..........................................................................................51 10.3. Desballestament de la màquina..........................................................................53 11. PLA DE MANTENIMENT DE LA MÀQUINA.......................................................57 11.1. Manteniment correctiu .......................................................................................57 11.2. Manteniment preventiu.......................................................................................57 11.2.1. Líquid de tall....................................................................................................57 11.2.2. Lubricació pistó-cilindre .................................................................................58 11.2.3. Lubricació de la zona de treball.......................................................................58 11.2.4. El carro de la màquina.....................................................................................58 11.2.5. Les plaquetes de tall ........................................................................................59 11.2.6. Centratge del pistó de la màquina ...................................................................59 11.2.7. Transmissió de l’accionament principal..........................................................59 11.2.8. Transmissió del sistema copiador....................................................................60 11.3. Canvi de plantilla de la màquina .......................................................................60 12. PRESSUPOST ..............................................................................................................61 12.1. Elements de fabricació........................................................................................61 12.2. Elements de compra............................................................................................62 12.3. Muntatge i instal·lació de la màquina................................................................67 12.4. Disseny de la màquina.........................................................................................67 12.5. Cost total de la màquina .....................................................................................68 CONCLUSIONS.................................................................................................................69 AGRAÏMENTS...................................................................................................................71 BIBLIOGRAFIA................................................................................................................73 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 5 Memòria Enginyeria Industrial 1. PREFACI 1.1. Origen del projecte L’origen de dissenyar una màquina nova prové de l’empresa en la qual estic treballant actualment. La persona que em va oferir la possibilitat de realitzar aquesta tasca va ser el propietari de l’empresa que a la vegada va construir el prototipus ara fa ja uns vint anys. Ell va realitzar aquesta màquina amb l’objectiu d’adquirir perfils hexagonals interiors en peces d’acer ràpid, material que fonamenta en gran part la matèria prima d’aquesta empresa. Així doncs, es traca de dissenyar una màquina que es pugui realitzar, en gran part, dins la pròpia empresa. L’objectiu de la nova màquina és dissenyar nous mecanismes que permetin obtenir peces amb una geometria més acurada, i a la vegada, instal·lar nous sistemes d’avanç del sistema copiador que permetin obtenir un major control dels moviments que realitza el sistema o mecanisme copiador. De totes maneres destacar que l’acabat de la peça obtingut, dependrà de l’avanç del mecanisme copiador i també en gran part de la geometria de la plaqueta utilitzada, és a dir, del radi que presenta aquesta en les seves arestes. 1.2. Motivació La motivació més gran a l’hora de realitzar aquest projecte ha estat el fet que fos proposat per la mateixa empresa que em trobo en aquests moments i a la vegada poder escoltar les opinions i experiències de la persona que va realitzar la primera màquina. A més, entre d’altres consideracions que van fer créixer la motivació per aquest projecte, destaca el fet d’una possible fabricació de la nova màquina projectada. Per altra banda, i centrant l’apartat en qüestions tècniques de la màquina, cal destacar que, tot i tenir en part un sistema de funcionament semblant a una brotxadora, és una màquina que presenta un sistema de fabricació únic en el mercat. De totes maneres, no s’ha d’oblidar que la seva competència més pròxima és la tecnologia per electroerosió, tecnologia molt actual i present en els sectors de la metal·lúrgia però lenta en els temps de fabricació de peces. 6 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 7 Memòria Enginyeria Industrial 2. INTRODUCCIÓ 2.1. Objectius del projecte L’objectiu principal del projecte és dissenyar una màquina completament nova que parteixi de la funcionalitat d’un prototipus que actualment es troba en desús i amb mancança de molts dels mecanismes que el componien. Es tracta, per una banda, de dissenyar mecanismes que s’ajustin de manera més acurada a les necessitats de fabricació que presenten les geometries de les peces que es volen obtenir i, per altra banda, cal dissenyar una màquina més robusta, amb una bancada de massa més elevada capaç d’absorbir vibracions i evitar els moviments flectors que presentava l’anterior prototipus. A més, cal dissenyar una màquina que s’ajusti a les normatives de treball i seguretat en màquines, així com també les de mediambient actuals. 2.2. Abast del projecte La primera tasca a realitzar en aquest projecte és l’observació i estudi dels components conservats de l’antic prototipus. A continuació es prossegueix en el disseny i estudi d’una màquina nova capaç de realitzar les mateixes funcions que la màquina antiga, i en tot cas, arribar a ampliar-les. Així doncs, tot el contingut o abast d’aquest projecte es basa, en gran part, en el disseny i càlcul de la nova màquina i, per altra banda, en els sistemes de seguretat i protecció que presenta. Cal destacar, entre d’altres temes d’importància que es desenvolupen al llarg de la memòria, l’aplicació d’un software que governa, a partir d’un autòmat, les diferents variables de control del mecanisme copiador (engegada i parada del motor a partir d’una quantificació dels polsos del motor, sentit de gir del motor i velocitat d’aquest.) 8 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 9 Memòria Enginyeria Industrial 3. ESTUDI DE MERCAT En un principi només es realitzarà una màquina per agilitar l'obtenció de perfils interiors de peces d'acer ràpid. Així doncs, es pot dir que la intenció és realitzar un altre prototipus amb millores visibles i importants en els seus mecanismes. Un cop realitzat el nou prototipus i si les possibilitats de mercat d’aquest camp ho permetessin, es podria ampliar el número de màquines, en un primer moment fins a quatre màquines més. En cas de voler realitzar un número més elevat de màquines, s’haurien de substituir elements de fabricació per elements de compra com també es podrien incorporar nous mètodes d’elaboració dels components de la màquina per a una millor fabricació en sèrie. Per altra banda, es realitza un petit estudi de mercat de la màquina. En primer lloc, estudiant les tecnologies de fabricació que arriben a aconseguir, en part, el mateix objectiu final que la màquina que es projecta, es tenen: la llimadora, el raspall i la mortassadora. Aquestes, a partir d’un sistema pistó-biela-manovella i una eina de tall, treballen de la manera que mostren les següents figures: En aquest cas, tal i com mostra la figura 3.1., la llimadora treballa la peça a partir d’un moviment horitzontal de “va i ve” de l ‘eina. figura 3. 1 En la següent figura, s’observa com treballa la següent d’aquestes màquines, en aquest cas, qui aporta el moviment horitzontal és la taula on s’hi amarra la peça. figura 3. 2 16 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria figura 4. 4 4.3.2. Engranatges del sistema copiador El mecanisme copiador es composa de quatre engranatges que transmeten el moviment rotatiu. A continuació, en la següent figura, es presenta un esquema d’aquests. figura 4. 5 L’engranatge número 1 és accionat per l’element basculador de l’accionament. El número 2, és un pinyó que acciona l’engranatge número 3 que es troba en el mateix eix que la plantilla que es vol reproduir. Finalment, l’engranatge número 4, amb les mateixes dents que l’engranatge tres, es troba en el mateix eix que la peça a treballar. Així doncs, cada vegada que l’engranatge número 1 faci cinc voltes, els engranatges número 3 i 4 en realitzaran una. Amb això es pot dir que un cicle de treball es realitza amb 480 impulsos de l’element basculador, o el que és el mateix, amb 480 passades d’eina; ja que: 96 4 i 120·4 = 480 24 = Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 17 Memòria Enginyeria Industrial 4.3.3. Sistema palanca-palpadors Per facilitar l’explicació del funcionament de basculació del frontal de la màquina i els moviments d’engrantges i d’altres elements, es presenta la següent figura on s’esquematitzen els diferents moviments que presenta el prototipus antic: figura 4. 6 Així doncs, és la plantilla que es troba concèntrica amb l’engranatge número 3 la que impulsa el palpador. Per altra banda, el centre de rotació de la palanca es pot col·locar al llarg de l’eix horitzontal depenent de l’escala en la qual es vulgui reproduir la figura. Mentre s’estigui reproduint una aresta de la plantilla, el primer palpador baixarà, el segon pujarà de manera respectiva tot impulsant el frontal en direcció ascendent, resultant el punt A, el centre de rotació del frontal i de la peça que es treballa. Quan el segon palpador deixi de ser impulsat per la palanca, el frontal descendeix pel seu propi pes. De totes maneres, cal destacar que, el fet que el punt B tingui com a centre de rotació el punt A, fa que existeixi un error en la reproducció de la geometria de la peça que es treballa. Aquest error creix de manera quadràtica amb el desplaçament del segon palpador. A més, es perd la coincidència 18 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria entre l’eix del palpador i el centre de la peça que es treballa. Tot plegat, resulta una suma d’errors entre d’altres que tenen especial incidència en el resultat final de la peça. És per això que en el disseny de la nova màquina s’ha decidit comptar amb un accionament més precís i un altre tipus de transmissió que permeti no perdre la coincidència entre l’eix del segon palpador i el centre de la peça que es treballa. En la següent figura es presenta el frontal del prototipus antic. figura 4. 7 En la figura 4.7 s’observa la palanca i els palpadors. També es poden observar els engranatges 1, 3 i 4. La femella hexagonal de la part mig esquerra de la figura va roscada a l’eix on bascula la placa frontal, punt A de l’anterior esquema. A la part dreta de la figura, s’observa la zona de treball i la zona de sortida de la viruta. En relació a la plantilla, aquesta es troba entre la placa basculant i l’engranatge número 3, en aquest cas, es tracta d’una plantilla amb geometria hexagonal. figura 4. 8 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 19 Memòria Enginyeria Industrial En la figura 4.8 es veu la placa frontal amb els respectius forats per a ser collada a la bancada. El forat colís de la zona de baix ens permet regular l’escala de la palanca. El cargol hexagonal de la part dreta pertany a l’eix de basculació, punt A. Finalment, a la part esquerra de la figura, s’observa la zona de treball. En aquest cas, encara s’hi pot veure la última peça amb perfil interior hexagonal que va treballar el prototipus. 20 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 21 Memòria Enginyeria Industrial 5. PRESTACIONS DE LA NOVA MÀQUINA En l’annex A, referits a l’accionament de la màquina nova, es presenta un càlcul de capacitat de fabricació de la nova màquina. L’antic prototipus realitzava una peça amb 480 passades d’eina. De totes maneres, no es té referència del número de passades per minut que podia fer. En la nova màquina, per una banda, es té la possibilitat de regular, gràcies a un variador de freqüència en l’alimentació de l’accionament principal, el número de passades per minut. Per altra banda, es pot regular l’avanç del sistema copiador gràcies a l’acció d’un software, Millenium II, que programa un autòmata capaç de controlar el motor Brushless de l’accionament. Les variables a governar d’aquest motor són: la parada i l’engegada, el sentit de gir i la velocitat de gir. En relació a la capacitat de producció de la nova màquina, treballant en condicions nominals i tenint en compte el tipus de peça per a la qual s’han realitzat els càlculs dels annexos A i B, es tenen els següents resultats: ac . p assades rev    T s p assada    t p ( ) s C p p eces dia    500 1 3 166,67 207,36 1000 1 3 333,33 103,67 taula 5. 1 (Per obtenir més informació sobre la capacitat de fabricació de la màquina, veure l’annex A: Càlculs d'accionament, allí s’explicita cadascuna de les variables com també la metodologia de càlcul que conclouen amb els resultats presentats en l’anterior taula). 5.1. Evolució de la força de tall La força equivalent de tall es calcula realitzant el supòsit que es vol mecanitzar una peça que parteix de perfil rodó i es vol acabar amb un perfil quadrat. És a dir, la circumferència inicial quedarà circumscrita dins el quadrat final obtingut. Per obtenir el càlcul de la força equivalent de tall (Fteq), s’ha escollit un perfil quadrat perquè es considera que és la 22 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria geometria on les seves arestes s’allunyen més del traçat de la circumferència inicial. A continuació, se’n mostra un exemple: figura 5. 1 El perfil quadrat representat en el pla frontal de la peça representa el perfil interior final a obtenir. En aquest cas (cas utilitzat per a la realització de càlculs de la màquina) es tracta d’un perfil quadrat amb 25 mil·límetres de costat. El punt crític de treball de la peça és quan l’eina es troba just treballant l’aresta de la figura. La següent figura de l’esquerra resulta un esquema de la peça i l’eina de tall en el moment que la peça es troba inclinada 45º. Per aquesta, cal dir que la peça seria treballada amb 500 passades d’eina. La figura de la dreta és un mostreig de les seccions de tall que realitza l’eina (l’increment de mostreig és de cinc graus). Per la posició de gir de la peça a 0º, la secció de tall és nula, en canvi, quan la posició de gir és de 45º, la secció de tall és màxima i, per tant, l’esforç de tall també. figura 5. 2 Així doncs, calculant la força de tall equivalent (veure annex A per a més detalls) [3], es calcula l’evolució de la força de tall tenint en compte un mostreig per a l’angle de gir de la peça de 5º, s’obté el següent gràfic: Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 23 Memòria Enginyeria Industrial 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 4,99 5 9,99 10 14,99 15 19,99 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 Angle de gir de la peça Força de tall Força de tall Força equivalent Polinómica (Força de tall) gràfic 5. 1 Així, la força de tall obtinguda en l’annex de càlculs A és: 3958,25 teq FN = El parell equivalent de la màquina variarà ràpidament quan es canviï la geometria de la peça a treballar o bé les condicions de treball. De totes maneres, es considera que, les condicions de treball presentades anteriorment seran les més desfavorables amb les quals podrà treballar la màquina. És a partir de les dades obtingudes en aquestes condicions de treball que es fa el dimensionament dels elements de la màquina i l’elecció de motors i transmissions que componen l’accionament d’aquesta. 24 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 25 Memòria Enginyeria Industrial 6. MECANISMES I COMPONENTS PRINCIPALS DEL PROTOTIPUS NOU 6.1. Accionament principal L’accionament que aporta el moviment a l’eina de la màquina és un motor d’inducció trifàsic. S’ha escollit un motor elèctric ja que és una alternativa neta i silenciosa en comparació als motors d’explosió. De totes maneres, la zona de parell màxim dels motors elèctrics trifàsics d’inducció es troba principalment a la zona d’arrancada del motor. A més, quan el motor es troba treballant en condicions nominals i el nivell de càrrega creix, la velocitat angular del motor decreix i el parell motor augmenta de manera proporcional. Així doncs, un motor que tingui un parell motor elevat durant la fase d’arrancada superarà, de manera més còmode, les inèrcies que tinguin lloc durant la fase d’acceleració. Per altra banda, la majoria d’accionaments d’aquest tipus de màquines sempre són motors elèctrics i trifàsics. Amb això, es preveu que aquesta màquina es podria ubicar en qualsevol indústria ja que resulta molt habitual trobar corrent trifàsica avui en dia. El temps d’acceleració calculat a l’annex de càlculs A és aproximadament de tres segons, és per això que no es creu necessària una arrancada estrella-triangle o bé escollir un motor d’alta resistència rotòrica. D’altra banda, el fet d’adaptar un variador de freqüència al motor, no farà que aquest, de manera general, en resulti perjudicat ja que les condicions de treball per a les quals s’ha realitzat el càlcul de l’accionament resulten les més desfavorables. Amb això, es creu que la màquina treballarà en condicions més favorables. En el cas calculat, es podria augmentar la freqüència d’excitació del motor si es disminuís la secció de tall de la peça que es treballa. De totes maneres, seria necessari portar a terme un estudi del comportament i desgast de les plaquetes de tall de l’eina. Tenint en compte que la velocitat de treball de la màquina és de 180 rpm i escollint una relació de reducció de 5 per a corretges trapezials, es té un motor de 3 parelles de pols que treballa a un règim d’aproximadament 1000 rpm. Els càlculs de l’elecció d’aquest motor es presenten en l’annex A de càlculs de l’accionament de la màquina. A continuació, en la següent taula, es presenten les característiques tècniques d’aquest motor. Ref. Massa (kg) Pn (W) nn (rpm) Mn (N·m) Ma/Mn Ma (N·m) Je (Kg·m2) T-90L 18 1100 910 11,54 2,2 25,39 0,0045 taula 6. 1 32 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria El fet de regular el carro amb altura, sense accionar el sistema copiador, permet obtenir rebaixos o acanaladures tan en les cares interiors com exteriors de les peces que es treballen. En la següent figura, es mostra el carro de la màquina. Destacar que el perfil d’ala de mosca que s’observa en la part posterior de la peça és el que s’adapta amb la part frontal del pistó. El perfil quadrat de la peça amb el forat roscat és la cavitat de la barra roscada. Per altra banda, en la part frontal de la peça s’observen els dos forats passants on s’hi adapta un eix que permetrà una petita basculació de l’element porta-eina. Finalment, destacar la possibilitat de fixar el carro amb el pistó de la màquina a partir d’un cargol Allen M4. D’aquesta manera, s’evita el moviment relatiu entre el pistó i el carro produït per les vibracions que podrien fer girar la barra roscada durant el treball de la peça. figura 6. 6 6.7. Porta-eines L’element porta-eines de la màquina es realitza d’un acer de cementació de manera que ofereix una bona resistència al desgast i sobretot una bona tenacitat en el nucli de la peça capaç d’aguantar els cops que ocasiona l’eina. Per altra banda, el porta-eines s’uneix al carro de la màquina a partir d’un eix de basculació que li permet tenir un grau de llibertat al voltant de l’eix basculant d’unió. En la figura que es mostra a continuació, es presenta el porta-eines de la màquina. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 33 Memòria Enginyeria Industrial figura 6. 7 El moviment de basculació de l’element té la funció de lliurar la plaqueta de tall de la peça a treballar en el moment que el pistó es mou amb velocitats negatives. D’aquesta manera, quan la plaqueta es mou amb velocitats negatives i entra en contacte amb la peça, es produeix un moviment de basculació controlat que resulta amb una petita elevació de les plaquetes de tall que surten sense fricció de la peça. Mentre l’eina es mou en sentit de velocitat positiu, és la paret marcada de color verd la que es recolza en la paret del carro de la màquina tot mantenint la correcta posició i inclinació de les plaquetes de tall de la màquina. Durant aquest procés, la distància de les parets de color vermell amb el carro de la màquina és de 0,2 mm aproximadament. Per altra banda, quan el pistó retrocedeix i les plaquetes de tall entren en contacte amb la peça que es treballa, l’element porta-eines bascula i són els cantons superiors de les parets marcades de color vermell que toquen el carro de la màquina i limiten aquest moviment de basculació. A més, mirant la figura 6.7, s’observa que la cavitat de l’encaix de l’eina de la màquina es troba en una altura inferior del centre de rotació del moviment circular de l’element. D’aquesta manera, s’accentua un millor suport de la cara verda durant el treball de la peça. 34 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria 6.8. Eina L’eina de la màquina es realitza també d’un acer de cementació amb una molt bona tenacitat capaç d’absorbir els cops de l’eina i una duresa suficient per evitar les flexions tenint en compte l’esveltesa en el disseny d’aquesta. L’eina de la màquina es dissenya en cada cas depenent de la plaqueta de tall que s’hi vulgui adaptar i de la profunditat de desbast a realitzar. En la següent figura, es mostra el disseny de l’eina adaptada per a la realització de la peça que es vol obtenir. figura 6. 8 El disseny de l’eina permet treballar el perfil interior de la peça sense que en cap moment la paret de l’eina colpegi amb la paret frontal de la peça que es treballa. Així, es justifica l’esveltesa de la peça. figura 6. 9 En la figura 6.9, s’observen les cavitats fetes pel posicionament de les plaquetes de tall realitzades per tecnologia d’elecroerosió. La paret assenyalada de color verd, on es recolza la segona plaqueta, presenta una inclinació ascendent de 0,4º. D’aquesta manera, es garanteix el treball de la segona plaqueta. És a dir, el punt de treball de la primera plaqueta es troba una dècimes de mil·límetre més elevat que el punt de treball de la segona plaqueta. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 35 Memòria Enginyeria Industrial Per garantir aquesta inclinació en el conjunt de les plaquetes es té en compte la perpendicularitat entre la paret verda assenyalada i la paret superior interior de l’eina de la figura 6.9. 6.9. Cilindre i sistema de guiatge El material del cilindre és un acer de cementació capaç d’adquirir unes bones propietats mecàniques i sobretot una bona tenacitat en el nucli de la peça. En la següent figura es presenta un conjunt muntat del cilindre de la màquina figura 6. 10 El cilindre adopta com el pistó un perfil interior quadrat. Per a la fabricació del cilindre s’accepta la possibilitat de realitzar les parets exteriors de la peça en aresta viva, és a dir, només suavitzades. Esmentar que, la perpendicularitat de les parets interiors de la peça resulta exigent, però de totes maneres, en aquest cas, es compta amb la possibilitat de compensar qualsevol tipus d’error a partir de l’acció dels gruixos de bronze afegits per a la fricció amb el pistó. Les plaques de bronze amb un gruix total de poc més de 7 mm disposen d’unes cavitats tipus “cul d’ou” per on queden fixades i collades pel sistema fixador del cilindre. Cada 36 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria placa disposa de quatre muntatges, cadascun amb un cargol allen, que componen el sistema fixador de la placa. En la següent figura, es mostra un conjunt muntat per collar la placa. figura 6. 11 La peça de la figura anterior de color gris envolta la paret interior del cilindre i la part roscada surt de la paret exterior del cilindre. D’aquesta manera, a partir d’una femella es fixa la peça. A més, la peça de color gris disposa d’una rosca interior on s’hi passa el cargol allen. Finalment, quan la placa de bronze queda ben posicionada, es fixa el cargol allen de la figura anterior amb la femella representada de color rosa clar. A mesura que el pistó vagi friccionant amb les plaques, aquestes s’aniran desgastant i perdran gruix. Així doncs, s’ha de revisar periòdicament el bon alineament del pistó i evitar-ne el joc. Per altra banda, les plaques tenen un gruix de treball útil de 4,5 mm, si es sobrepassa aquest gruix, la placa de bronze queda foradada i es ratllaria el pistó. Per evitar aquest risc, els cargols allen només tenen un joc de fixació de 3 mm. Abans de collar el cilindre en els suports de la màquina, es munta el pistó dins del cilindre amb les corresponents plaques de bronze. Un cop el cilindre és ben centrat dins el pistó es realitzen, per la part superior del cilindre, dos taladres que travessen tot el conjunt. D’aquesta manera, en una operació de manteniment, quan s’han de collar les plaques de bronze, es posiciona, amb l'ajuda dels passadors, el pistó altra vegada en el centre del cilindre. Pel centratge del cilindre de la màquina, s’utilitza un útil adaptat al porta-eines de la màquina on, per l’altre extrem, entra de manera ajustada dins la zona de treball del frontal de la màquina. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 37 Memòria Enginyeria Industrial 6.10. El frontal El frontal de la màquina es composa d’un accionament (motor Brushless controlat amb un autòmata), d'una transmissió per corretja dentada amb doble braç i d’un sistema de palanca i palpadors capaç de reproduir la geometria regular o bé irregular d’una plantilla prèviament elaborada. A continuació, es desglosa l’explicació dels components del frontal en: accionament del sistema copiador, la transmissió del sistema copiador, la palanca i els palpadors i la zona de treball. 6.10.1. Accionament del sistema copiador L’accionament del sistema copiador es composa d’un motorreductor monofàsic Brushless de la casa Crouzet amb una relació de reducció de 308 governat per un autòmat el qual es controla i programa amb un software Millenium II que subministra el mateix fabricant de l’accionament. A causa de l’elevada reducció del motor, aquest resulta impossible de fer girar accionant l’eix de sortida del motorreductor planetari de tres etapes. El motor Brushless és accionat per un sensor capacitiu capaç de detectar una posició del pistó per la qual l’eina o bé les plaquetes de tall es trobin fora de la peça a treballar i a la vegada encara retrocedint respecte la peça. A més, l’autòmat, a partir d’un comptatge de polsos del motor, dóna la senyal de parada d’aquest. El motor ha de romandre aturat mentre les plaquetes de tall treballen la peça. Les variables immediates a controlar a partir de l’autòmat són: el sentit de gir del motor, l’engegada amb el número de polsos a comptar i la velocitat de gir d’aquest. Cal dir que, la velocitat de gir màxima del motor és de 7 rpm. 38 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria En l’annex D de catàlegs, s’adjunta el catàleg del software Millenium II que controla l’accionament del motorreductor monofàsic Brushless. 6.10.2. La transmissió La transmissió del sistema copiador es basa en un sistema de dues corretges dentades ambdues amb relació de reducció igual a 1. La principal funció del sistema copiador és transmetre el moviment circular del punt A fins el punt C i, per altra banda, moure el punt C en sentit vertical en funció de la geometria de la plantilla. En la següent figura es presenta un esquema de la transmissió: figura 6. 12 En el punt A s’hi troba l’accionament Brushless, la plantilla a copiar i la primera politja de la transmissió que tenen un únic grau de llibertat al voltant del punt A. En el punt B és on s’ubica el braç flotant. En aquest, s’hi munten dues politges dentades que tenen el mateix moviment, ja que giren per mitjà de dues clavetes muntades sobre el mateix eix. El centre de rotació del punt B és el punt A. A més, els elements de l’eix flotant (punt B) giren entorn de B, per tant, són elements que tenen dos graus de llibertat. Finalment, el punt C disposa de l'última politja dentada que gira fixa amb la peça a treballar. Esmentar també que, aquest últim punt, disposa d’un guiatge lineal vertical amb un rang de 20 mm de recorregut. Així doncs, el punt C disposa també de dos graus de llibertat. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 39 Memòria Enginyeria Industrial En l’anterior figura es presenten també les posicions de les barres per les quals el punt C es troba en el seu punt mínim i màxim del seu recorregut. Les politges dentades escollides tenen un diàmetre primitiu d’uns 92 mm. S’ha escollit un diàmetre prou gran per a transmetre un bon parell de gir i, a la vegada, crear una estètica de la màquina compensada. El diàmetre del forat interior s’adapta a les necessitats de l’usuari gràcies a un cub postís amb claveter afegit depenent del diàmetre de l’eix on hagi d’anar muntada. L’estructura de la corretja es divideix en tres parts: figura 6. 13 El component (a) és un elastòmer amb bona resistència a la fatiga i resistent als lubrificants minerals. Les fibres interiors (b) no permeten l’elongació de la corretja. Finalment, el revestiment de Nylon de les dents (c) millora la resistència mecànica de les dents oferint un baix coeficient de fricció que allarga la vida de la corretja. Així doncs, es creu que davant la possibilitat d’utilitzar altres transmissions (engranatges o bé per cadena), és la transmissió per corretja dentada la més precisa i adaptable per a l’aplicació que es vol dur a terme. El tensat de les corretges es realitza a partir de les barres telescòpiques ja comentades. A continuació, es presenta un esquema per a veure’n el seu funcionament: figura 6. 14 40 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria La barra telescòpica consta principalment de quatre parts. La primera d’elles s’agafa a la camisa que s’articula, per exemple, en el punt A. Dins del primer component i de manera passant hi ha una barra roscada que incorpora un perfil hexagonal per poder-la fer girar amb una clau. A continuació, un altre component que es solda a la camisa del put B on a la vegada s’hi rosca la barra roscada ja comentada. El quart component és la femella que es veu a la figura 6.14 que bloqueja el conjunt. Per variar la longitud de la barra telescòpica s’ha de girar el perfil de la barra roscada. S’entén que quan la femella toca amb el perfil hexagonal és quan l’element telescòpic presenta la seva longitud mínima. Aquesta posició servirà per muntar i desmuntar la corretja. 6.10.3. La palanca i els palpadors El sistema de palanca i palpadors és responsable de moure la zona de treball en sentit vertical depenent de la geometria de la plantilla que es treballi. En la següent figura, es mostra un exemple del treball que realitza el sistema palanca i palpadors en el cas d'una plantilla de geometria regular quadrada. figura 6. 15 La figura de la dreta resulta la posició inicial en que l’eina o les plaquetes de tall de la màquina comencen a treballar la peça. En aquest cas el treball que realitzen les plaquetes de tall és nul, ja que com s’ha dit en altres ocasions, la peça que es treballa parteix d’un forat circular que resulta tangent a la geometria final que es vol obtenir. Per altra banda, en la figura de l’esquerra, es mostra el cas en que les plaquetes de tall realitzen el desbast màxim de la peça, s’està treballant un dels vèrtex del quadrat. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 41 Memòria Enginyeria Industrial Així doncs, es veu clarament que és la plantilla presentada de color vermell la responsable d’empènyer el palpador número 1 en sentit descendent. A continuació, pel simple efecte de la palanca, el palpador número 2 empeny la zona de treball en sentit ascendent. D'aquesta manera, gràcies a la transmissió de doble braç, es manté la distància entre els punts A-B i B-C. En el cas de l’anterior figura, la palanca es troba posicionada de tal manera que reprodueix la geometria a copiar a escala 1 : 3. En la següent figura, es mostra el sistema de fixació de la palanca. figura 6. 16 En la part superior de la figura s’observa el frontal (transparent) de la màquina pel cantó on es troba el pistó. La palanca s’articula sobre un eix que va muntat de manera tangent dins una cavitat del frontal. La fixació d’aquest eix es fa mitjançant una femella que rosca el mateix eix, és a dir, una paret de l’eix toca una cara interior del frontal i l’arandela on es recolza la femella toca la paret exterior del frontal (cara on es troba el pistó). Un cop fixat l'eix, es munta la palanca, on a partir d’una arandela i d’un cargol hexagonal que es colla dins un forat roscat de l’eix anomenat, es deixa la palanca amb un sol grau de llibertat (moviment circular al voltant del seu punt de suport). En la part inferior de la figura 6.16, es presenta una regla que mostra el comportament de l’escala de treball de la palanca. Si es posiciona la palanca en el seu punt màxim dret, l’escala de treball és 1 : 1. En canvi, a mesura que l’eix de la palanca s’acosta a la part esquerra, els valors es tornen més imprecisos i resulten més difícils de determinar. És per això que, tenint en compte l’espai de moviment de la palanca i el ràpid increment de valors de l’escala, el rang de valors de treball recomanats oscil·la entre: 1 : 2 i 1 : 5. 48 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria carcassa amb la porta d’accés, cobreix la zona intermitja de la màquina, és a dir, l’eina de treball amb el carro i la zona de treball per la part frontal. Finalment, la tercera carcassa cobreix l’eix principal d’accionament on s’hi troben com a elements més perillosos per a l’usuari, la politja gran de la transmissió i el sistema pistó-biela-manovella. La part superior de la carcassa disposa d’un orifici que dóna pas a la palanca que acciona l’embragatge mecànic. La part inferior de la màquina disposa de les tapes laterals que priven a l’usuari l’accés directe a la part elèctrica de la màquina. A més, el motor d’accionament principal, juntament amb la part inferior de la transmissió i el volant d’inèrcia, queden resguardats respecte l’usuari. De totes maneres, s’han tingut en compte tres reixes de ventilació per a l’accionament ubicades en els tres laterals de la màquina. Així doncs, és només una part del lateral esquerra que queda descobert. En aquest s’hi ubica el dipòsit del líquid de tall de la màquina i el contenidor de viruta que no resulten perillosos per a l’usuari. L’accionament i la parada de la màquina es realitzen a partir de dos pulsadors diferents: un per a l’engegada i un altre per a la parada. A més, la màquina disposa de dos pulsadors més per a la parada d’emergència. Un d’aquests pulsadors es troba a la part exterior de la zona de treball. L’altre, que s'ubica a l'exterior de la tercera carcassa, per millorar la ràpida maniobra de la parada d’emergència, es troba allunyat del primer pulsador. Els pulsador són de tipus bolet, i per rearmar-los s’ha de girar i estirar enrere. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 49 Memòria Enginyeria Industrial 9. ELEMENTS DE REGULACIÓ I CONTROL En el disseny del nou prototipus s’han incorporat una sèrie d’elements de regulació i control que governen els accionaments de la màquina i garanteixen la seguretat de l’usuari. En primer lloc, l’accionament principal de la màquina disposa d’un regulador de freqüència que permet un rang de velocitats de treball del pistó que avarca des de la meitat de la velocitat nominal de treball fins al doble d’aquesta. En segon lloc, és en l’accionament i control del sistema copiador on s’ha invertit més en tecnologia de regulació i control. Per una banda, és un accionament que posiciona la peça a treballar i, per l'altra, l’avanç de la transmissió del mecanisme copiador és molt precís i, a més, molt petit. És per aquest motiu que s’ha decidit controlar el sistema a partir d’un autòmat. Aquest, juntament amb el motor Brushless, controla les variables d’engegada i parada del motor i també el sentit de gir i la velocitat d’aquest. Per altra banda, l’autòmat disposa d’un display des d'on es poden modificar dites variables, aquest component serà accessible a l’usuari en el quadre de mandos d’aquesta. La programació de l’autòmat es realitza a partir d’un software extern a la màquina anomenat “Millenium II”. Per a més informació del software, veure annex D (annex de catàlegs de la màquina). En tercer lloc, es té un sensor capacitiu que donota la posició del pistó quan l’eina de treball es troba fora de la peça a treballar. La finalitat d’aquest sensor és donar el senyal per accionar el sistema copiador del prototipus. En relació a la parada d’aquest sistema, i com ja s’ha comentat, es realitza a partir de la interacció entre el motor Brushless i l’autòmat de la màquina capaç de comptar el número de polsos del motor. En quart lloc, tot i no ser un element elèctric, es té l’embragatge amb accionament mecànic. Aquest té com a principal funció acoblar i transmetre el moviment de rotació de la politja gran de la transmissió general amb la rotació de l’eix principal de la màquina. Moviment que a partir de l’acció de la manovella i la biela es transforma en moviment lineal alternatiu per al pistó i eina de la màquina. A més, l’embragatge també es pot contemplar com un element de seguretat més, ja que, tot desacoblant els moviments rotatius entre la politja gran de la transmissió i l’eix principal de la màquina, és capaç d’aturar ràpidament el moviment lineal del pistó. En cinquè lloc, i tal com s’ha esmentat anteriorment, la màquina disposa de certs elements que controlen els sistemes de seguretat del prototipus. Per una banda, disposa de sensors 50 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria que detecten la posició de la porta que dóna accés a la zona de treball, tot impedint-ne el funcionament en cas que estigui oberta o bé mal tancada. En cas d’obertura de la porta mentre la màquina es troba treballant, l’aturada d'aquesta resulta imminent. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 51 Memòria Enginyeria Industrial 10. CONSIDERACIONS MEDIAMBIENTALS L’impacte mediambiental de la màquina al llarg del seu cicle de vida resulta baix. De totes maneres, a causa de la gran importància del medi on vivim i l’impacte que té vers nosaltres, es valoren, a continuació, les tres fases del cicle de vida de la màquina: la construcció de la màquina, la fase útil o de funcionament de la màquina i el desballestament de la màquina o fi de la vida d’aquesta. 10.1. Construcció de la màquina El material que caracteritza la màquina és l’acer, material que, emprat amb diferents tipus i tractaments, representa aproximadament un 95% dels elements que la componen. L’acer es pot comprar amb diferents geometries, d’aquesta manera es busquen els perfils, tubs i planxes d’acer que més s’adeqüin a la geometria final de la peça a obtenir. Les peces seran treballades per arrancament de viruta, és a dir, mecanitzades i, en cas que sigui necessari rectificades. La viruta serà considerada un residu de la construcció de la màquina. Aquesta serà dipositada en els contenidors de viruta segons del tipus de material que provingui per un posterior transport a una deixalleria o planta de reciclatge. Les planxes seran tallades i, els retalls, en cas que no puguin ésser utilitzats per a una altra peça, rebran el mateix tractament emprat per la viruta. Molts dels materials de compra no produiran cap tipus de residu, i pels que en puguin ocasionar (retalls de mànegues i tubs de plàstic i goma entre altres) seran destinats, en cas que sigui possible, al seu reciclatge. 10.2. Fase de funcionament La màquina s’alimenta d’energia elèctrica, l’accionament principal de la màquina amb una potència de 1,1 kW, s’emporta la major part del consum. D’aquesta manera, s’ha calculat i ajustat el dimensionament de les transmissions i l’accionament principal de la màquina per a poder-ne optimitzar el seu consum. S'utilitza un volant d’inèrcia que, per un costat, cedeix l’energia necessària de treball a l’eina i, per altra banda, aprofita l’energia del motor mentre l’eina no treballa. Durant el període de funcionament de la màquina, aquesta requerirà un pla de manteniment periòdic en el qual s’hauran de lubricar i engreixar parts mòbils del prototipus i, a la 52 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria vegada, substituir certs components sotmesos a fricció o sotmesos a càrregues importants. Amb això, s’hauran d’utilitzar olis i grasses lubricants que no portin substàncies contaminants de les aigües ni dels sòls. Els recipients que contenen la grassa, un cop estiguin buits, s’hauran de dipositar en un contenidor d’ús exclusiu per aquests recipients. El líquid de tall que s’utilitza per refrigerar i lubricar l’eina de tall és la taladrina. Aquesta treballa amb circuit tacat dins la màquina. La taladrina és bombada des de la part inferior de la màquina, lubrica i refrigera l’eina de tall i la peça a treballar i torna a caure per decantació en el dipòsit d’origen. Aquesta, per causes d’evaporació i desgast de les seves propietats, haurà d’ésser substituïda periòdicament. El residu de taladrina serà dipositat en bidons per evitar-ne les fugues. Serà necessari acollir-se a un pla de recollida selectiva de residus lubricants per tal de poder transportar el líquid a una planta de reciclatge especialitzada pel seu tractament i evitar així l’impacte que pugui arribar a produir al medi ambient. Els components de la màquina malmesos o de substitució periòdica i els respectius recipients en els quals són continguts seran dipositats als contenidors pertinents per un posterior reciclatge. El residu principal que deixa la màquina és la viruta, provinent del desbast de la peça. Aquesta no resulta gens perillosa per al medi ambient si es tracta de manera correcta. La màquina disposa d’un sistema d’expulsió i recollida d’aquest residu en un contenidor ubicat a la part inferior esquerra de la màquina. Tan el dipòsit de taladrina com el contenidor de la màquina són accessibles sense la necessitat de desmuntar cap component de la màquina. Així doncs, s’haurà de comprovar el nivell de viruta dins el contenidor i buidar-lo periòdicament en d’altres contenidors específics per a la seva recollida i reciclatge. En relació a les peces obtingudes per a comercialitzar seran lubricades per evitar-ne l’oxidació i dipositades en un magatzem pel seu estoc. A l’hora de ser entregades al client, l’embolcall utilitzat pot ésser simplement de cartró reciclat amb diferents mides i adaptat a la mida d’un cert número de peces per a facilitar-ne així el comptatge. Resumint, es tracta d’una màquina amb un baix impacte mediambiental ja que l’energia que consumeix i els processos continguts en aquesta, no produeixen fums ni emissions de partícules nocives a l’atmosfera. Solament s’hauran de tractar de manera correcta els residus sòlids i líquids ja comentats. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 53 Memòria Enginyeria Industrial 10.3. Desballestament de la màquina Un cop la màquina sigui obsoleta, és a dir, hagi arribat a la fi del seu cicle de vida, no ha d’ésser llençada directament a una deixalleria. En primer lloc, es desmuntaran els seus components i es farà una tria de tots aquells que puguin ser reutilitzats per a d’altres aplicacions. De la resta de components, se’n farà una classificació per ser transportats a les corresponents plantes de reciclatge. A continuació, es desglossen els passos a seguir a l’hora de desmuntar la màquina i s’especifiquen els components que podran ésser seleccionats per a d’altres aplicacions: 1. Es desmunten les carcasses superiors de la màquina i les xapes laterals inferiors d’aquestes. Aquests elements, amb dimensions concretes, seran considerats xatarra de la màquina i seran tractats degudament en una planta de reciclatge. 2. Es buida el dipòsit de taladrina i es diposita al bidó corresponent per al seu tractament en una planta de reciclatge. Es desmunten els engrassadors o elements de lubricació tenint cura del correcte tractament del seu contingut. 3. S’afluixen la transmissió principal de la màquina i la del sistema copiador. 4. Es descargola i es desmunta el cilindre principal de la màquina juntament amb les unitats de rodament de l’eix principal d'aquesta. Tots els elements de tornilleria que es van obtenint es classifiquen i es poden guardar per a d’altres aplicacions. 5. Es desmunta l’eina i el carro del pistó i, en cas de no poder-los reciclar per a d’altres aplicacions, seran considerats com elements de xatarra. Les plaquetes de tall es guardaran ja que poden ser utilitzades per operacions de torn. 6. Es treu el cilindre de la màquina i es separa el pistó de la biela. Ambdós elements, a causa del seu elevat cos de fabricació, es poden guardar per una pròspera utilització o construcció d’un altre prototipus. 7. Es desmunten les unitats i els rodaments d’agulles i, si es troben en bon estat, es guarden per a d’altres aplicacions. 8. Es desmunta l’accionament i la transmissió principal de la màquina. Les politges, volant d’inèrica i corretges trapezials (en bon estat) es poden guardar per a altres possibles aplicacions. En cas contrari es classificaran per ser tractades de manera adequada. L’embragatge es guardarà ja que pot ésser adequat de manera simple en 54 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria altres transmissions amb les mateixes característiques. En relació al motor elèctric de la màquina pot ser utilitzat com accionament d’una altra màquina amb necessitats de potència semblants. El sistema de tensat del motor es pot guardar amb l’accionament, ja que es va dissenyar especialment per aquest. El variador de freqüència pot ser utilitzat en altres màquines. 9. La biela, l’eix principal i la manovella amb els seus elements de regulació es poden guardar o destinar als respectius contenidors per ser reciclats. 10. Pel que fa a la part posterior del frontal de la màquina, es guarda, en primer lloc, l’accionament Brushless i l’autòmat que governa el motor amb tots els elements de control i el seu software. La resta de sensors i part elèctrica de la màquina es guarda o es destina a les seves corresponents plantes de reciclatge. 11. Es desmunten els braços del mecanisme copiador i s’extreuen les corretges dentades, les quals, amb les quatre politges dentades, si es troben en bon estat, es poden guardar per a d’altres aplicacions. S’aconsella també, que es guardin els braços del mecanisme copiador, ja que realitzen el tensat de les corretges del mecanisme. En cas que s’utilitzin les politges per una altra aplicació però es canviï la longitud de les corretges, serà necessari canviar-ne també els braços del mecanisme. 12. La resta d’elements de la zona de treball i de la zona on es troba l’accionament Brushless es poden seleccionar i guardar per a d’altres possibles aplicacions o classificar per al seu reciclatge. Quan als elements de bronze, com les plaques de fricció de la zona de treball o les que es troben a l’interior del cilindre, es dipositaran en un contenidor específic per al tractament o reciclatge del bronze. 13. Un cop desmuntada la part superior del frontal de la màquina es prossegueix a desmuntar el sistema de palanca palpadors. En primer lloc, es desmunta el pom de regulació de l’escala i se n'extreu la barra roscada. A continuació, es desmunta l’eix de basculació de la palanca i es desmunta el conjunt tot obtenint els palpadors. 14. Un cop es tenen tots els mecanismes desmuntats, s’extreuen les potes de la màquina i es guarden per a d’altres aplicacions d’aïllament o també com a suport o potes d’altres màquines amb vibracions de baixa freqüència. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 55 Memòria Enginyeria Industrial 15. En relació al frontal de la màquina, juntament amb la taula o conjunt bancada de la màquina, es trencaran les unions soldades per a reduir-ne el seu volum. El material podrà ésser utilitzat com a matèria prima d’altres peces o bé es destinarà com a xatarra i es dipositarà el material en els seus corresponents contenidors de reciclatge. 16. Finalment, i tal i com ja s’ha comentat, es desmunten els circuits elèctrics d’accionament, de control i de seguretat de la màquina. A continuació, se’n comprova el seu estat i, si és correcte, es poden reutilitzar per a d’altres màquines. De totes maneres, s’haurà de comprovar que compleixen la normativa del moment. 56 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 57 Memòria Enginyeria Industrial 11. PLA DE MANTENIMENT DE LA MÀQUINA Per tal de garantir un bon funcionament i no escurçar el cicle de vida útil de la màquina, es presenta un pla de manteniment per a la màquina que s’ha dissenyat. En aquest cas, es distingeixen dos tipus de manteniments: manteniment correctiu i manteniment preventiu de la màquina 11.1. Manteniment correctiu Un manteniment correctiu es dóna quan la màquina ha tingut una avaria i s’ha de reparar, per exemple: canvi d’un sensor, canvi d’un coixinet o rodament, o bé qualsevol altre element de la màquina que, a causa del seu mal estat, no permeti un correcte funcionament de la màquina. 11.2. Manteniment preventiu Un manteniment preventiu periòdic permet evitar futures avaries de la màquina i allarga a la vegada el cicle de vida útil d’aquesta. A continuació, es desglossa en subapartats els principals punts que componen el manteniment preventiu de la màquina. 11.2.1. Líquid de tall Serà convenient realitzar periòdicament, cada 50 hores de treball, una inspecció visual del nivell del líquid de taladrina del dipòsit. Aquest es troba a la part inferior esquerra de la màquina. En cas de visionar-ne un nivell mínim, serà necessari afegir-ne. És convenient, cada 2500 hores de funcionament, buidar i purgar el circuit del líquid de taladrina. Com se sap, aquest està en contacte amb la ferritja de les peces que s’obtenen i és susceptible, al cap de varies hores de funcionament, d’obstruir el circuit tancat del líquid de tall de la màquina. En cas de no realitzar un bon manteniment preventiu en aquesta part de la màquina, es córrer el risc de tenir un desgast prematur de les plaquetes de tall i un mal acabat de la superfície de la peça obtinguda. 64 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria UNITATS PREU UNITARI [€/unit.] PREU TOTAL [€] Cargol allen de cap cilíndric CHC M3 x 12 2 0,13 0,26 Cargol allen de cap cilíndric CHC M4 x 10 7 0,11 0,77 Cargol allen de cap cilíndric CHC M4 x 30 8 0,13 1,04 Cargol allen de cap cilíndric CHC M6 x 16 1 0,12 0,12 Cargol allen de cap cilíndric CHC M6 x 20 1 0,13 0,13 Cargol allen de cap cilíndric CHC M6 x 30 27 0,14 3,78 Cargol allen de cap cilíndric CHC M8 x 30 12 0,26 3,12 Cargol allen de cap cilíndric CHC M8 x 35 3 0,26 0,78 Cargol allen de cap cilíndric CHC M10 x 40 4 0,47 1,88 Cargol avellanat F/90, M2,5 x 12 4 0,10 0,40 Cargol Tx M3 x 16 1 0,15 0,15 Arandela M3 U 2 0,01 0,02 Arandela M5 U 4 0,01 0,04 Arandela M6 U 2 0,01 0,02 Arandela M8 U 25 0,03 0,75 Arandela M10 U 12 0,04 0,48 Arandela M12 U 5 0,06 0,30 Arandela M14 U 1 0,10 0,10 Arandela M16 U 15 0,10 1,50 Arandela L8 U 1 0,18 0,18 Arandela L16 U 1 0,20 0,20 Arandela dentada DE 8 8 0,05 0,40 Arandela dentada DE 10 4 0,06 0,24 Femella Hexagonal M8 9 0,04 0,36 Femella Hexagonal M10 2 0,06 0,12 Femella Hexagonal M12 4 0,08 0,32 Femella Hexagonal M16 8 0,14 1,12 Femella Hexagonal M30 8 0,40 3,20 Femella Hexagonal estreta M8 13 0,06 0,78 Femella Hexagonal estreta M10 4 0,08 0,32 Femella Hexagonal estreta M12 2 0,12 0,24 Femella Hexagonal estreta M16 14 0,20 2,80 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 65 Memòria Enginyeria Industrial UNITATS PREU UNITARI [€/unit.] PREU TOTAL [€] Passador d'aletes V4 x 22 1 0,08 0,08 Arandela elàstica per eix 14 x 1 2 0,05 0,10 Arandela elàstica per eix 25 x 1,2 2 0,10 0,20 Passador R8 x 28 2 0,20 0,40 TOTAL Tornilleria 33,30 Lubricació Engrassador (8001 MT 506 M10/100, Distribuidor GILI ) 1 10,00 10,00 Engrassador (8001 UK2, d. de copa=40, Distribuidor GILI) 1 24,00 24,00 TOTAL Lubricació 34,00 Utillatges Plaqueta de torn sense talla viruta (TPGX110304, Fabricant Mitsubishi Carbide) 2 6,50 13,00 TOTAL UTILLATGES 13,00 Carcasses Planxa (Acer convencional) carcassa1 1 36,00 36,00 Planxa (Acer convencional) carcassa2 1 20,00 20,00 Planxa (Acer convencional) carcassa3 1 57,00 57,00 Planxa (Acer convencional) porta carcassa 1 12,00 12,00 Planxa (Acer convencional) tapa1 1 15,00 15,00 Planxa (Acer convencional) tapa2 1 5,00 5,00 Planxa (Acer convencional) tapa3 1 15,00 15,00 Planxa (Acer convencional) tapa4 1 8,00 8,00 Pom d'obrir la porta (160171157110, Distribuïdor GILI) 1 5,50 5,50 TOTAL CARCASSES DE LA MÀQUINA 173,50 66 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria UNITATS PREU UNITARI [€/unit.] PREU TOTAL [€] Altres components de la màquina Pota aïllament (V47, Fabricant Paulstra Vibrachoc) 4 22,00 88,00 TOTAL ALATRES COMPONENTS DE LA MÀQUINA 88,00 Pulsateria Pulsador d'engedada i parada (fabricant Telemecanique) 1 38,00 38,00 Pulsador de parada d'emergència (tipus girar per lliberar, fabricant Telemecanique) 1 25,50 25,50 TOTAL PULSATERIA 63,50 Elements de control de la màquina Sensor capacitiu (Fabricant Telemecanique) 1 113,20 113,20 Detector de seguretat de parada encas d'obertura de les portes (fabricant Honeywell) 1 35,00 35,00 TOTAL ELEMENTS DE CONTROL DE LA MÀQUINA 148,20 COST TOTAL DELS ELEMENTS QUE ES COMPREN [€] 2633,90 taula 12. 2 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 67 Memòria Enginyeria Industrial 12.3. Muntatge i instal·lació de la màquina En la següent taula s’estudien les qüestions de muntatge i instal·lació elèctrica de la màquina, així com també la programació de l’autòmat que governa el motor que acciona el sistema copiador. PRESSUPOST MUNTATGE I INSTAL·LACIÓ TEMPS [h] Preu taller [€/h] Cost total [€] Muntatge de la bancada de la màquina 8 30 240 Muntatge dels mecanismes que componen la màquina 80 30 2400 Muntatge dels elements de seguretat 8 30 240 Instal·lació elèctrica de potència i de control de la màquina 16 30 480 Insal·lació i programació de l'autòmat 12 40 480 TOTAL MUNTATGE 3840 taula 12. 3 12.4. Disseny de la màquina Per concloure aquest pressupost, s’ha valorat el disseny de la màquina en 750 hores de treball per part de l’enginyer que projecta la màquina i a més 250 hores de realització de plànols per a la fabricació i muntatge de la màquina. En la següent taula es presenten aquest valors: PRESSUPOST PROJECTE TEMPS [h] Preu taller [€/h] Cost total [€] Disseny de la màquina 750 45 33750 Realització de plànols de conjunt i de detall 250 30 7500 TOTAL PROJECTE 41250 taula 12. 4 68 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria 12.5. Cost total de la màquina Amb els pressupostos calculats i tenint en compte un cost addicional de preparació de la màquina i d’altres elements no inclosos en el pressupost dels elements que es fabriquen, es té que el cost final de la màquina resulta: PRESSUPOST FINAL DE LA MÀQUINA Elements de fabricació 9195,47 Elements de compra 2633,90 Muntatge i instal·lació 3840,00 Projecte 41250,00 Preparació de la màquina i altres costos 3000 TOTAL PROJECTE 59919,37 taula 12. 5 El cost calculat, suposa tenir la màquina alineada amb els elements preparats, és a dir, es té la màquina a punt per a la seva posada en funcionament. Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 69 Memòria Enginyeria Industrial CONCLUSIONS Tenint en compte els objectius plantejats en l’inici d’aquest projecte, s’ha dissenyat una nova màquina que no utilitza cap dels elements que tenia el prototipus dissenyat vint anys enrere. La funcionalitat d’ambdós prototips és la mateixa, però l’actual corregeix totes les deficiències que presentava el primer prototipus. La principal complicació d’aquest projecte era buscar una nova estructura del sistema copiador que eliminés les imprecisions que cometia l’anterior. Així doncs, un mecanisme compost de dos braços telescòpics i dues transmissions per corretja dentada, permet a l’eix de la zona de treball desplaçar-se de manera vertical i seguir el mateix moviment de rotació que la plantilla ubicada en el mateix eix on es troba l’accionament Brushless. Es recorda que, en el primer prototipus, la zona de treball tenia l’eix de la plantilla a copiar com a centre de rotació, d’aquesta manera, el pistó quedava desalineat de l’eix de la zona de treball. A més, un altre factor que provocava més imprecisions en la peça obtinguda era l’insuficient gruix del frontal de la màquina el qual es deformava quan l’eina entrava en contacte amb la peça. Per aquest motiu, s’ha modificat el gruix de l’element que a la vegada ha permès incrementar els guiatges que tenen els diferents elements ubicats en les parts interiors del frontal. Respecte l’avanç del mecanisme copiador, s’ha aconseguit tenir-ne un control absolut a partir d’un accionament controlat de manera electrònica que permet la fàcil variació de les variables que el governen. En relació a la seguretat de l'usuari i les persones que envolten la màquina, esmentar que ha augmentat de manera satisfactòria amb unes carcasses i tapes que cobreixen totes les parts mòbils de la màquina i una sèrie d’elements elèctrics de seguretat que garanteixen a l’usuari, sempre i quan no s’incompleixin algunes de les normes de seguretat, treballar amb la màquina sense perill de fer-se mal. Finalment, notar que el temps d’obtenció d’una peça que fabrica el prototipus creat, tot i tenir una posterior fase d’acabat superficial, és molt superior al que presenta una màquina d’electroerosió. Per altra banda, dir que, tot i que el prototipus tingui un sistema pistó-biela- manovella semblant al que poden presentar una llimadora o d’altres màquines esmentades en l’estudi de mercat d’aquest projecte, la màquina perforadora i copiadora de perfils interiors pot realitzar la mateixa funcionalitat que les màquines comentades i, a més, permet la copia i reproducció a escala d’una geometria concreta realitzada prèviament en una plantilla. 70 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 71 Memòria Enginyeria Industrial AGRAÏMENTS Voldria agrair l’ajut, suport i comprensió que se m’ha donat al llarg del transcurs d’aquest projecte. En primer lloc, m’agradaria agrair l’atenció donada pel tutor del meu projecte, senyor Vicenç Porcar, el qual m’ha prestat un bon interès i una ràpida disposició en els casos en que l’he sol·licitat. En segon lloc, vull agrair la col·laboració, atenció i comprensió dels senyors Francisco Casino, pare i fill, dels quals, gràcies a la seva experiència durant més de trenta anys en el món de la fabricació d’eines per a la tornilleria, m’han sabut aconsellar durant el transcurs d’aquest projecte. Per últim, vull agrair el suport que m’ha donat en tot moment la meva família, especialment: avis, pares i germà. A la Raquel que ha passat cada minut d’aquest projecte al meu costat i a la seva família que m’ha donat totes les comoditats durant l’evolució del projecte. 72 Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid Enginyeria Industrial Memòria Disseny i càlcul d’una màquina perforadora i copiadora de perfils interiors per a peces d’acer ràpid 73 Memòria Enginyeria Industrial BIBLIOGRAFIA Referències bibliogràfiques [1] BIGORDÀ J., FENOLLOSA J. La fatiga dels elements mecànics. Edicions UPC. Barcelona 1997. [2] FENOLLOSA J., MARTÍNEZ J. Quadern CM2. Rodaments. CPDA-ETSEIB. Barcelona 2002. [3] FENOLLOSA J., MARTÍNEZ J. Tecnologia de màquines. Quadern de treball. CPDAETSEIB. Barcelona 2002. [4] NIEMANN G. Tratado Teórico Pràctico de Elementos de Màquinas (vol. 1). Munich 1981. [5] SIMON A., BATALLER A., GUERRA A. J., ORTIZ A, CABRERA J.A. Fundamentos de Teoría de Máquinas (p.248-252). BELLISCO ediciones técnicas y científicas. [6] VIVANCOS J., ARGUILÉS R., PARDO A., SIERRA, C. Procesos Mecanizado. Volumen texto (vol. 1). CPDA-ETSEIB. Barcelona 1999. Bibliografia complementària BOIX O., SAINZ L., CÓRCOLES F., SUELVES F.J. Tecnología eléctrica. (p. 233-245). Ceysa Editorial Técnica. Barcelona 2002. CHEVALIER A. Dibujo Industrial. Limusa Noriega Editores. México, D.F. 2002. RIBA C. Disseny de màquines IV. Selecció de materials 1 i 2. Edicions UPC. Barcelona 1998. Material obtingut de la xarxa http://www.skf.com/ [Novembre 2004] http://www.oepm.es/ [Juliol 2005]