Fabricación y puesta a punto de máquina cortadora

[ FABRICACIÓN Y PUESTA PUNTO DE MÁQUINA CORTADORA DE DISCOS CHAPA] [Escriba aquí una descripción breve del documento. Una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí una descripción breve del docum descripción breve es un resumen corto del contenido del documento.] Ingeniería de las Tecnologías Industriales Fabricación y puesta a punto de máquina cortadora Dpto Escuela Técnica Superior de Ingeniería Autor: David Ruiz Verdute Tutora: Aida Estévez Urra FABRICACIÓN Y PUESTA PUNTO DE MÁQUINA CORTADORA DE DISCOS [Escriba aquí una descripción breve del documento. Una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí una descripción breve del docum descripción breve es un resumen corto del contenido del documento.] Proyecto Fin de Grado Ingeniería de las Tecnologías Industriales Fabricación y puesta a punto de máquina cortadora de discos de chapa Dpto . Ingeniería Mecánica y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla 2018 Autor: David Ruiz Verdute Aida Estévez Urra FABRICACIÓN Y PUESTA A CORTADORA DE DISCOS DE [Escriba aquí una descripción breve del documento. Una descripción breve es un resumen corto del contenido del documento. Escriba aquí una descripción breve del docum ento. Una Ingeniería de las Tecnologías Industriales Fabricación y puesta a punto de máquina cortadora Proyecto Fin de Grado Ingeniería de las Tecnologías Industriales Fabricación y puesta a punto de máquina cortadora de discos de chapa Autor: David Ruiz Verdute Tutora: Aida Estévez Urra Profesora colaboradora Dpto. de Ingeniería Mecánica y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 Proyecto Fin de Carrera: Fabricación y puesta a punto de máquina cortadora de discos de chapa Autor: David Ruiz Verdute Tutor a : Aida Estévez Urra El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Sevilla, 2018 Agradecimientos 7 En primer lugar, quiero dedicar estas palabras de agradecimiento a mi familia por todo su esfuerzo y el apoyo que me han brindado a lo largo de la carrera, y a mi pareja, por ayudarme a superar los momentos más complicados. Sin ellos no hubiera llegado este momento y les estaré eternamente agradecido por ello. También quiero hacer mención de mi gratitud a todos los compañeros y amigos que han formado parte de mi vida estudiantil en este periodo y que gracias a ellos el camino haya sido más ameno. No quiero dejar atrás en los agradecimientos a todo aquel personal docente que me ha aportado numerosos conocimientos en el desarrollo del grado. Por último, me gustaría agradecer a mi tutora, Aida, por su ayuda y por haberme propuesto este trabajo para poner el broche final de la carrera, siendo una de las experiencias más enriquecedoras de la misma. Y esto es debido, en gran medida a Manuel, maestro de taller de la escuela, al que estoy especialmente agradecido, por su inestimable trabajo, por sus consejos y por su compañía en la fabricación, montaje y puesta a punto de la máquina. Resumen 9 El documento que es presentado a continuación, hace referencia al trabajo realizado en el taller del área de Ingeniería de los Procesos para la fabricación y puesta a punto de una máquina cortadora de discos de chapa. Este proyecto viene precedido de dos trabajos centrados en el diseño de la máquina. Por ello, primero, se mostrará el diseño original de la máquina y a continuación se expondrán las modificaciones realizadas con las justificaciones pertinentes. Una vez rediseñada, se detallarán los procesos de fabricación de las piezas que conforma la máquina, ilustrados con imágenes. Del mismo modo, se expondrán los pasos seguidos en su montaje. Posteriormente se explicará la concepción, fabricación y montaje de partes de la máquina no contempladas en el diseño original. Y por último, se detallaran las pruebas de funcionamiento realizadas para la puesta a punto de la máquina. Fabricación. Estructura de la máquina 16 − Sistema de sujeción de chapa inferior. En la figura 2.2 se pueden apreciar las partes que lo componen. De abajo arriba, un paralelepípedo rectangular en el que se ha mecanizado el alojamiento para un rodamiento axial cónico con su ajuste correspondiente. Interior al rodamiento se introduce un cilindro con su ajuste por el lado inferior, mientras que por el superior posee una rosca. El último elemento que compone la sujeción se trata del plato inferior, donde serán apoyadas las chapas. Dicho plato posee un orificio roscado para roscar con el cilindro. 1. Alojamiento del rodamiento cónico inferior 2. Rodamiento cónico 30203 F 3. Cilindro con ajuste y rosca 4. Plato inferior Figura 2.2 Sistema de sujeción inferior. [1] − Sistema de sujeción superior, compuesto por, de abajo arriba, el plato superior, que formará parte de la sujeción de la chapa junto con el inferior. Este plato posee en su superficie superior una cavidad mecanizada que será el alojamiento de otro rodamiento axial cónico con las mismas características. A continuación, un tornillo M20, en su parte inferior tiene el ajuste que acopla con el diámetro interior del rodamiento. Un casquillo con rosca interior M20, es en donde se introducirá el tornillo y a su vez se unirá a la estructura por su superficie externa con la forma del perfil T60. 1. Plato superior 2. Rodamiento c ónico 30203 F 3. Tornillo M20 4. Casquillo 5. Manivela Figura 2.3 Sistema de sujeción superior. [1] Fabricación. Estructura de la máquina 17 Para culminar, en la parte superior del tornillo que sobresale del casquillo, se colocará la manivela, que será accionada para bajar o subir el tornillo, es decir, fijar la chapa para ser cortada o soltar la chapa una vez cortada. En la figura 2.3, arriba, se puede observar las partes antes mencionadas. − Mecanismo corredera. Este mecanismo permitirá variar el diámetro de disco de chapa que se pretenda cortar. Lo componen dos barras de sección cuadrada, concéntricas y perforadas en su interior, que se pueden observar en la figura 2.1. Una deslizará sobre la otra que permanecerá fija. Encima de la barra corredera, irá soldado el arco estructura. − Bases. Con dos partes separadas, serán los apoyos en los extremos de la barra fija del mecanismo corredera. Son dos bloque metálicos, que se han diseñado de tal manera, que la barra fija se introduzca con apriete en dos cavidades de sección cuadrada, que se mecanizarán en dichas bases. A su vez, se cuenta con cuarto pies en el taller, que irán soldados dos a dos en cada bloque, funcionando de patas de la estructura global de la máquina. − Soportes para los ejes del mecanismo de corte. Como se puede apreciar en la figura 2.1 son dos y cada uno de ellos estará formado por tres partes, que se unirán posteriormente con tornillos y la parte inferior de ambos soportes se soldarán a una de las bases. Cada soporte o torre albergará dos rodamientos radiales de bolas. El mecanizado de los ajustes de las torres, en los rodamientos inferiores, se realizará con el ángulo de 15°, los superiores, rectos, así garantizando el encuentro de las cuchillas con el ataque requerido. 2.2. Modificaciones de diseño El diseño original de la estructura del mecanismo es la base de la que ha partido y en la que se ha desarrollado este trabajo. No obstante, ha estado sujeto a diferentes modificaciones intentando siempre respetar el diseño o la esencia del mismo. Toda adaptación del diseño ha venido supeditada a el aprovechamiento de los materiales del taller, a las máquinas disponibles para la fabricación de las piezas y también a ciertas simplificaciones de las operaciones de mecanizado demasiado complejas en su concepción. Siguiendo el mismo orden del apartado anterior, a continuación se van a presentar las modificaciones realizadas, pieza por pieza, al diseño original: Estructura. El perfil escogido para el diseño original fue un perfil T60 de acero estructural. En el taller no se disponía de un perfil de esas características geométricas. Se halló un perfil T80 con mayor alma y ala, así como un espesor superior a la viga seleccionada, pero una longitud muy inferior a las dimensiones requeridas con el posterior doblado. Se tomó la decisión de utilizar un perfil diferente que compartiera similitudes dimensionales con el T60, al cual posteriormente se reforzaría si fuera necesario, para buscar un comportamiento parecido al del diseño original. Fabricación. Estructura de la máquina 18 El perfil finalmente seleccionado fue un perfil U60 con 30 mm de alas. Ambos perfiles, compartían alma, diferenciándose en la longitud de ala, ya que el anterior poseía un ala de 60 mm. Una vez conseguido otorgar la curvatura al perfil, se observó la necesidad de reforzar el perfil, para restringir el leve movimiento vertical existente entre los extremos de la estructura. Por ello se decidió emplear una cresta con forma de luna en el centro del alma, funcionando de nervio, consiguiendo restringir casi en su totalidad dicho movimiento. Debido a las dificultades en las operaciones para dar la forma apropiada al perfil similar al diseño previo, las dimensiones finales de dicha estructura no son las mismas del diseño original. Como se puede apreciar en la figura 2.5, el doblado se ha dado en sentido contrario al del diseño original. Los motivos se justificarán en el apartado 2.3.1 de fabricación de la estructura. En la imagen, se puede observar el nuevo diseño de la estructura: 1. Perfil U60 doblado 2. Refuerzo interior de la estructura 3. Orificio para tornillo M20 Figura 2.5 Estructura. Alojamiento de rodamiento cónico inferior. El paralelepípedo de sección cuadrada del diseño original que sirve como alojamiento del rodamiento cónico y apoyo del sistema de sujeción de chapas inferior, ha sido modificado en sus dimensiones y en su forma de unión con el perfil. El tamaño requerido por la cavidad para el ajuste es ∅40 mm. El material de partida empleado fue una barra maciza de acero estructural de sección cuadrada de lado 50 mm. Debido a las operaciones de torneado que requería la pieza para realizar la cavidad del ajuste, se optó también por cilindrar la parte externa con una longitud similar a la profundidad del alojamiento para el rodamiento. Por último, el apoyo de esta pieza en el estructura se decidió cambiar. La pieza estaría colocada sobre la viga y no soldada en su extremo inferior. Esta adaptación es consecuencia de la nueva disposición de la estructura, diferente a la del diseño original. Con ello se optó también por realizar esta unión atornillada, para permitir recambio de cualquier pieza del conjunto que Fabricación. Estructura de la máquina 19 conforma el sistema de sujeción inferior. De modo que se empleó una pequeña pletina metálica que iría soldada en la estructura en arco y en donde se atornillará la pieza en cuestión. En la figura 2.6 se puede ver el diseño final de la misma. 1. Zona de ajuste exterior con el rodamiento cónico inferior 2. Orif icios pasantes para tornillos de M4 Figura 2.6 Alojamiento del rodamiento cónico inferior. Cilindro con ajuste y rosca. El diseño original de dicha pieza ha sido mantenido a excepción de las dimensiones del mismo, debido al ajuste de la distancias entre los sistemas de sujeción inferior y superior de las chapas. 1. Zona con rosca de M20 2. Zona de ajuste interior con el rodamiento cónico inferior Figura 2.7 Cilindro con ajuste y rosca. Plato inferior. Con el objetivo de facilitar las operaciones de mecanizado evitando realizar el roscado interior en el plato inferior, se decidió soldar al mismo, una tuerca M20 que roscase con el cilindro. El diseño del plato se puede observar en la figura 2.8. Fabricación. Estructura de la máquina 20 1. Superficie inferior de sujeción, ∅50 mm 2. Tuerca de M20 Figura 2.8 Plato inferior. Plato superior. El diseño inicial ha sido reestudiado debido a la disposición del rodamiento que alberga el plato. El rodamiento cónico empleado no posee la pista de rodadura unida al conjunto del rodamiento. Eso implica que por gravedad ambas partes del rodamiento se separarían, justo lo contrario a lo que sucede en el rodamiento inferior, que tiende a unirse. Para subsanar este problema se utilizó un “tirante” que impidiera la separación, pero que permitiera el giro libre entre el tornillo y el conjunto del plato con el rodamiento. Dicho tirante se trata de un pequeño tornillo de M4 embutido en el plato, sujetándolo, no apretándolo, y roscado en el tornillo M20 en su parte inferior. Se ilustrará con más detalle en los sucesivos apartados. Aquí se puede ver el nuevo diseño del plato superior: 1. Superficie de ajuste interior con el rodamiento cónico superior 2. Orificio para tornillo “tirante” 3. Superficie superior de sujeción de la chapa. Diámetro exterior ∅ 50 mm Figura 2.9 Plato superior. Fabricación. Estructura de la máquina 21 Tornillo con volante. Se tomó un tornillo en el taller con rosca M20, similar a la del diseño original, aunque no se encontró una manivela apropiada para su accionamiento. Se evitó la fabricación de una manivela, utilizándose un disco de acero de unos 6mm de espesor con un orificio central del diámetro apropiado, 20 mm, que podría usarse de volante para girar el tornillo. Este sería soldado al propio tornillo. En la siguiente imagen, 2.10, se puede ver su disposición: 1. Volante 2. O rificio roscado para manivela (si se requiriera) 3. Tornillo de M20 4. Ajuste exterior con el rodamiento cónico superior Figura 2.10 Tornillo con volante. Casquillo porta tornillo. El diseño inicial contemplaba el uso de un cilindro con rosca interna y en su superficie exterior mecanizar la forma del perfil para posteriormente soldarlo a este. Se empleó del taller un tubo hueco de acero de ∅40 mm con un espesor de 3 mm. Usándolo como casquillo se simplificó el diseño original, evitando la operación de roscado interior, utilizando dos tuercas en donde enroscase el tornillo de M20, soldadas internamente al casquillo, una en su parte superior y otra en su parte inferior. Su representación se puede ver en la figura 2.11: 1. Casquillo 2. Tuerca de M20. Tiene su simétrica por el otro extremo del casquillo Figura 2.11 Casquillo porta tornillo. Fabricación. Estructura de la máquina 22 A su vez, la dificultad que suponía elaborar el mecanizado con el dibujo del perfil, se sustituyó por la solución de soldar dicho casquillo encima de la estructura, previamente realizando un taladrado con apertura suficiente para el tornillo, como se observa en la figura 2.5. Mecanismo corredera. Las dos barras huecas de sección cuadrada que componen este mecanismo, fueron encontradas en el taller durante la elaboración de los proyectos que preceden a este. Solo se ha modificado la longitud de la barra interior, la más extensa. Con ello se buscó limitar la excesiva carrera del mecanismo corredera, no necesaria para las probetas que se pretenden ensayar. Torres soporte de mecanismo de corte. Las dos razones que han motivado el cambio de diseño original de los soportes, vistos en la figura 2.1, son las siguientes: La primera, para llevar a cabo el correcto mecanizado de las cavidades donde asentarían los rodamientos, sería necesario que se realizara antes de proceder a la división del soporte en tres partes, y no puede realizarse ya que las paredes impiden el mecanizado sin las divisiones. Esta necesidad es debida a la exactitud que requiere mecanizar un ajuste con unas tolerancias exigidas. La segunda, si no existiera una de las paredes, se podrían mecanizar las cavidades de los rodamientos. Pero seguiría siendo dificultosa la operación en los alojamientos con la inclinación de 15°. Consecuentemente, se pensó en una alternativa, que consistió en el empleo de una viga rectangular maciza de sección 100x30 mm 2 , para la fabricación las partes de los nuevos soportes. La idea de diseñar unas torres que sustituyeran a los soportes originales, preservando la esencia, pero que esquivaran las dificultades que estos suponían, dio pié al nuevo diseño que se pueden ver en las siguientes imágenes: 1. Ajuste interior con rodamiento rad ial superior 2. Orificios pasantes para los tornillos de M8 que unen las partes de las torres Figura 2.12 Parte superior de las torres. Fabricación. Estructura de la máquina 23 1. Zona de ajuste interior con rodamiento radial inferior 2. Orificios roscados para unión con tornillos de las partes de las torres Figura 2.13 Parte inferior de la torre 1. 1. Zona de ajuste interior con rodamiento radial inferior 2. Orificios roscados para unión con tornillos de M8 de las torres con la base Figura 2.14 Parte inferior de la torre 2. Se pueden observar en las figura 2.12, 2.13 y 2.14 como las torres se ha diseñado en dos partes en vez de tres, evitando así dividir el alojamiento del rodamiento y los problemas que conlleva. Del mismo modo se ha subsanado el problema que suponía mecanizar internamente el alojamiento, liberando una de las paredes. Y por último, se le ha otorgado a las partes inferiores de las torres el ángulo de 15° requerido por los ejes, facilitando su mecanizado. Base. Se ha cambiado por completo el diseño de las dos bases rectangulares separadas y se ha desechado el uso de las patas. La justificación se debe a la falta en el taller de material de partida de los que se pudiera obtener ambas bases y a eso se le añade, la complejidad que hubiese supuesto realizar la perforación de sección cuadrada, que se requerían en el diseño, con las máquinas y herramientas del taller. Fabricación. Estructura de la máquina 24 Como la principal función de la base es de servir de apoyo a los elementos de la máquina así como otorgar una estabilidad apropiada a la misma, se decidió utilizar la viga de 100x30 mm 2 de acero estructural, también empleadas para el diseño de las torres. 1. Base de la máquina 2. Orificios pasantes para tornillos de unión de las torres con la base 3. Orificios roscados de unión entre el mecanismo corredera y la base 4. Elemento de apoyo del mec anismo corredera con orificio roscado Figura 2.15 Base. 2.3. Fabricación El paso siguiente al estudio del diseño original y las modificaciones del mismo, es la fabricación de las diferentes piezas de la estructura de la máquina. A continuación, se va ilustrar con explicaciones e imágenes, las tareas y operaciones realizadas en el taller para la fabricación de las piezas antes expuestas. El orden en el que se presentará cada pieza será el seguido cronológicamente en el taller. También cabe mencionar, que se realizaron numerosas tareas en paralelo en el tiempo, por lo que generalmente, no se fabricaron las piezas de manera consecutiva. 2.3.1 Estructura Los pasos seguidos en la fabricación del estructura, a partir del perfil U60 encontrado en el taller, son los siguientes: Se anotaron en la viga las longitudes de los planos del diseño original. Se sobredimensionaron las medidas para tener suficiente margen de adaptación a los planos. En la figura 2.16 se pueden ver la viga junto a un plato, de un diámetro similar a las dimensiones del arco, que sirvió de ayuda en el doblado posterior. Figura 2.16 Perfil empleado para la estructura. Fabricación. Estructura de la máquina 25 Se marcaron divisiones en las alas de la viga con el objetivo de realizarle numerosos cortes, para poder llevar a cabo el doblado. Por lo tanto, se llevó la viga después de estar marcada, a una tronzadora como se ve en la figura 2.17 y en la figura 2.18 se puede apreciar el resultado de los sucesivos cortes. Figura 2.17 Viga y máquina tronzadora. Figura 2.18 Cortes aplicados a la viga. Una vez realizados los cortes se estudió cual era el sentido más apropiado para doblar el perfil para dar forma al arco de mayor diámetro del diseño. Por un lado, si se doblaba la estructura en el mismo sentido que el del diseño inicial, los propios cortes se irían cerrando, facilitando el doblado progresivo, pero dificultando el margen de maniobra para doblar lo requerido, exigiendo la apertura de dichos cortes para poder doblar más la estructura, lo que suponía el empleo de una máquina radial, con ese objetivo. Si se giraba la estructura en el sentido contrario, se podría doblar con mayor facilidad, pero la progresividad del doblado no la marcaría la viga, sino la propia fuerza manual ejercida sobre ella y la habilidad para ejecutarlo. Se decidió doblar en sentido contrario al del diseño original, ya que se sopesó la idea de ir cerrando los cortes más abiertos con puntos de soldadura, buscando otorgar la forma requerida de arco. Se comenzó con las operaciones de doblado del arco mayor y las soldaduras de los puntos más abiertos, de manera conjunta e iterativa. En este orden, se fijaba la viga a una mesa, se doblaba parte con fuerza manual, se observaba los cortes que llegaban a una apertura apropiada, se les daba puntos de soldadura para fre nar la apertura, y se volvía a doblar. En la figura 2.19 se puede observar la primera operación de doblado y en la figura 2.20 algunos puntos de soldadura dado en los cortes más abiertos. Figura 2.19 Doblado del perfil. Fabricación. Estructura de la máquina 32 Figura 2.43 Refrentado del paralelepípedo. Se cilindró la superficie lateral dejando una base con sección cuadrada. Se punteó en el centro de la superficie con una broca de punto, para facilitar la entrada del taladro. Se taladró con una broca de ∅30 mm un orific io de 14 mm de longitud, superior a la anchura del rodamiento, 13,25 mm. Se realizó un barrenado o cilindrado interior, para aumentar la cavidad del agujero cuidando no superar las dimensiones del ajuste. Se comprobó con el calibre pasa no pasa, la idoneidad del ajuste del alojamiento. De la figura 2.43 a la 2.46 se pueden ver las diferentes operaciones y el resultado. Figura 2.42 Calibre pasa-no-pasa. Figura 2.44 Taladrado el alojamiento del ajuste. Figura 2.45 Barrenado del ajuste. Figura 2.46 Resultado de las operaciones. Fabricación. Estructura de la máquina 33 La pieza se traslado y fijó en la prensilla de la fresadora, para realizar 4 taladros pasantes en sus esquinas. Por estos taladros pasarían tornillos de M4 que roscarían en una pletina, que se situaría soldada sobre la estructura, como ya se comentó anteriormente. En las figuras 2.47 y 2.48 se pueden ver respectivamente, la pieza situada para las operaciones de punteo previo al taladrado, así como la pletina. Posteriormente, la pletina se roscaría con machos de roscar. Figura 2.47 Punteo de la pieza alojamiento, para taladrar los cuatro orificios pasantes. Figura 2.48 Punteo de la pletina para taladrar los orificios roscados con machos de M4. Por último se llevaron a cabo operaciones de acabado, como un chaflanado de la superficie cilíndrica y tareas de pintado para proteger de la oxidación. 2.3.5 Cilindro con ajuste y rosca El elemento escogido para la realización de esta pieza, fue una barra de acero estructural de ∅30 mm. En la máquina tronzadora se cortó una longitud de 50 mm, figura 2.49. Se trasladó el cilindro al torno para realizarle el ajuste. Dado que el rodamiento cónico empleado en el sistema de sujeción inferior es igual al superior, se le ha otorgado el mismo ajuste: 17  6   +0,008 − 0 , 003  = 17,008 16 , 997   Figura 2.49 Tronzado de barra. Repitiendo el proceso realizado en el tornillo con volante, se fue cilindrando y a cada pasada, comprobando con el micrómetro la aproximación a las medidas exigidas. En la figura 2.50, se observa el acabado brillante del ajuste. Antes de la operación de roscado, en el mismo torno, se dio la vuelta al cilindro y se le realizó un punteo centrado con la broca de punto y un chaflán, en el lado donde se le proporcionaría la rosca. Fabricación. Estructura de la máquina 34 Se trasladó el cilindro a un nuevo torno, más moderno. Se agarró con las mordazas y ayudándose del contrapunto, se situó de manera precisa la pieza para la operación de roscado. En la figura 2.51, se puede ver la operación en cuestión. Figura 2.50 Cilindrado del ajuste Figura 2.51 Roscado del cilindro 2.3.6 Plato inferior El plato inferior está compuesto por un disco de ∅ 50 mm y una tuerca de M20. Para su fabricación se partió de una barra de acero estructural de ∅60 mm. Esta se agarró en el torno, se refrentó y se cilindró la longitud requerida por el plato, figura 2.52. Se empleó un escariador para abrir una cavidad que posteriormente fue ampliada con un barrenado. Esta cavidad serviría de alojamiento de parte de la tuerca, consiguiéndose una mayor superficie para la unión soldada de ambos elementos. Figura 2.52 Cilindrado de la barra. Se extrajo la barra para ser cortada en la máquina tronzadora. Después se volvió a introducir la pieza en el torno para refrentar la superficie cortada. A continuación, desde la figura 2.53 a la 2.56 se muestran las diferentes operaciones efectuadas a la pieza y observándose también el conjunto plato-tuerca justo antes de su soldadura. Fabricación. Estructura de la máquina 35 Figura 2.53 Escariado. Figura 2.55 Plato superior sin tuerca. Figura 2.54 Tronzado. Figura 2.56 Plato y tuerca antes de la soldadura. Se terminó la pieza con la soldadura del conjunto y con las tareas de limpieza de rebabas, de lijado del sobrante de la soldadura y de pintura. 2.3.7 Plato superior Se empleó la misma barra cilíndrica usada en el plato inferior, como elemento base de esta nueva pieza. En el plato superior, se albergará la pista del rodamiento 30203 F, rodamiento que también se introducirá en el tornillo con volante. En esta ocasión, el ajuste necesario será el mencionado en el apartado 2.3.4: Fabricación. Estructura de la máquina 36 4070,000 −0,025=40,000 39,975 Nuevamente, se agarró el cilindro en el torno y se procedió de la misma manera que en la fabricación del alojamiento del rodamiento cónico inferior, con la inclusión de un escariador después del taladrado, para buscar una superficie interna plana, evitando la conicidad de la punta de la broca, figura 2.57. Volviendo a enumerar las operaciones resumidamente, se cilindró a ∅50 mm, se taladró, se escarió y se barrenó hasta conseguir las dimensiones del ajuste, empleando el mismo calibre pasa-no-pasa para la comprobación. Figura 2.57 Escariado del plato superior. Se trasladó la pieza a la máquina tronzadora para separarla del cilindro sobrante, volviéndose a llevar al torno para refrentar la superficie cortada. A continuación, en el torno se taladró, con una pequeña broca, el orificio pasante por donde atravesaría el tornillo M4, que roscaría en el interior del tornillo con volante, haciendo la función de “tirante” para la unión del rodamiento cónico y su pista de rodadura. Con la idea de embutir el tornillo dentro del plato se utilizó un escariador especial, como se puede observar en la figura 2.58. Y para terminar, se realizó un pequeño rebaje de la superficie inferior con una operación de refrentado, figura 2.59. Figura 2.58 Taladrado para tornillo M4 embutido. Figura 2.59 Rebaje con refrentado. 2.3.8 Torres soporte de mecanismo de corte El material de partida usado para la fabricación de ambas torres es una viga rectangular de 100x30 mm 2 de acero estructural. Fabricación. Estructura de la máquina 37 Cada torre se compone de dos partes, por lo que se cortó en la máquina tronzadora los cuatro bloques sobredimensionados que las conforman. En la figura 2.60 se puede ver la viga colocada en la máquina tronzadora. Figura 2.60 Tronzado de la viga. Figura 2.61 Calibre pasa no pasa. Los rodamientos radiales de bolas usados en el sistema de corte de la máquina son del modelo 6204 2RS. En cada uno de los cuatro bloques cortados se mecanizará el ajuste seleccionado para los rodamientos elegidos. Este ajuste es: 477−0,008 −0,033=46,992 46,967 Previo al mecanizado de las cavidades de los rodamientos en los bloques, se fabricó un calibre pasa-no-pasa con las características del ajuste, que se puede ver en la figura 2.61. A continuación, se agarró un bloque al torno donde se refrentaron sus caras, figura 2.62. Se hizo un punto con la broca de punto para facilitar la entrada de una broca de ∅30 mm, con la que se realizó un taladro pasante, figura 2.63. Figura 2.62 Refrentado de los bloques. Figura 2.63 Taladrado en los bloques. Se barrenó el orificio, figura 2.64, ampliado su diámetro hasta 35 mm, diámetro más pequeño de la cavidad. Y se continuó el barrenado una longitud de 14 mm, anchura del rodamiento, hasta conseguir las dimensiones del ajuste 47N7, usando el calibre pasa-no-pasa para su comprobación. Fabricación. Estructura de la máquina 38 El resultado de uno de los bloques se puede ver en la figura 2.65 y se siguió el mismo procedimiento con los tres restantes. Figura 2.64 Barrenado de los bloques. Figura 2.65 Bloque con taladro y ajuste. Una vez terminadas las operaciones en el torno, se llevaron los bloques a la fresadora. En ella se planearon, las paredes laterales de todos los bloques. En las partes superiores de las torres, se le realizaron unos cortes laterales, con una sierra mecánica de cinta, eliminando material y dejando espacio para el acomodo de los tornillos, que unirán la parte superior con la inferior. Debido al mal acabado de esta operación, se planearon de nuevo las superficies laterales cortadas. Estas operaciones se pueden ver desde la figura 2.66 a la 2.68. Figura 2.66 Planeado de los bloques. Figura 2.67 Cortes en sierra mecánica de cinta. Figura 2.68 Planeado de los laterales cortados. Fabricación. Estructura de la máquina 39 Por otro lado, las partes inferiores de ambas torres debían incluir los 15°, así que se ajustó en la máquina tronzadora el ángulo para el corte, se cortaron y se planearon en la fresadora, también acomodándola previamente con el mismo ángulo. Estas operaciones que se pueden ver en las figuras 2.69 y 2.70. Figura 2.69 Tronzado en ángulo. Figura 2.70 Planeado en ángulo. Finalizando la fabricación de las torres, en la fresadora, con una broca de punto, se marcaron los diferentes orificios a taladrar de los cuatro bloques. Las partes superiores se taladraron con una broca ∅8 mm. Y las inferiores se llevaron a la taladradora, donde se taladraron y con machos de roscar M8, se roscaron. En las figuras de la 2.71 a la 2.73 se pueden observar ambas operaciones y el resultado final de todo el mecanizado realizado en las torres. Figura 2.71 Taladrados. Figura 2.72 Roscados. Figura 2.73 Resultado final de las torres. Fabricación. Estructura de la máquina 40 2.3.9 Base La viga que se ha usado para la fabricación de la base de la estructura, es la misma que se empleó para la fabricación de las torres soportes del mecanismo de corte, vistas en el anterior apartado. La viga se cortó con la máquina tronzadora, como se pudo observar en la figura 2.60. A continuación, se colocó en un banco de trabajo en el cual, con papel de lija, se lijó a mano para eliminar parte de la capa óxido que tenía, mejorando la adherencia para su posterior pintado. Después se fijó con una mordaza en donde se aplicó la primera capa de pintura. Se trasladó la viga a la fresadora, se fijó con la prensilla y se taladraron con una broca ∅8 mm los cuatro orificios pasantes, por donde transcurrirían los tornillos que roscarían en las torres. A continuación, con una fresa especial de dos diámetros, se ampliaron los taladros con el objetivo de crear el espacio para dejar embutidas las cabezas de los tornillos en el interior de la viga, figura 2.74. Y con un avellanador se realizaron chaflanes a estos orificios, figura 2.75. Figura 2.74 Apertura de los orificios taladrados. Figura 2.75 Avellanado de los orificios. En la máquina taladradora se realizaron dos nuevos orificios, figura 2.76, que se roscarían con machos de roscar M8. Estos orificios permitirán la unión atornillada del sistema corredera a la base. Y en el otro extremo de la base, se soldó un elemento rectangular, que sería el otro apoyo del sistema corredera, figura 2.77. Figura 2.76 Taladrados para la unión base mecanismo corredera. Figura 2.77 Soldadura de elemento rectangular sobre base. Fabricación. Estructura de la máquina 41 2.3.10 Mecanismo corredera Es uno de los elementos que se encontraban en el taller durante la composición del diseño original, por lo que la mayoría de tareas que se realizaron sobre el mecanismo corredera, fueron de acabado. Las barras que componen el mecanismo corredera se lijaron con una radial. Con una lima se rascó la capa de óxido interna a las barras. Posteriormente se pintaron sus superficies exteriores. Por la excesiva longitud de recorrido del mecanismo, se llevó a cortar a la tronzadora la barra de mayor longitud, barra fija. Se soldó una elemento de forma rectangular a la barra, figura 2.78, el cual serviría para la unión del mecanismo con la base. A ese elemento se le realizaron dos taladros pasantes. La última operación realizada en la barra fija, fue un taladro pasante en el extremo de la barra que iría unida a la viga-base. También, en la barra corredera, se realizaron dos taladros conjunto al arco estructura, para situar los tornillos de apriete y fijación del mecanismo, figura 2.79. Se roscaron los orificios y se modificaron los tornillos acoplándoles topes de teflón, previamente mecanizados en el torno. Figura 2.78 Elemento soldado a la barra fija. Figura 2.79 Tornillos para la fijación de diámetro. Por último, en la figura 2.80, se puede ver tanto la barra fija del si stema corredera como la base ya terminadas. Figura 2.80 Barra fija del mecanismo corredera y base. Fabricación. Mecanismo de corte 48 Una vez realizadas las operaciones de mecanizado por un extremo, se extrajo el eje del torno. Se llevó el eje a una maquina tronzadora para cortar parte de barra sobrante. Se volvió a situar en el torno para refrentar la superficie cortada, puntearla con una broca de punto y se mecanizó el ajuste 20k5 en el otro lado de la barra. Las diferentes operaciones de mecanizado realizadas y el resultado de esta se pueden observar en las figuras de la 3.10 a la 3.13. Figura 3.10 Cilindrado del eje. Figura 3.11 Cilindrado en diferentes diámetros. Figura 3.12 Aterrajado del eje. F igura 3.13 Eje después de torneado. Se repitieron las operaciones para el otro eje con sus longitudes correspondientes. Se trasladaron los ejes a la fresadora. Previamente, en la fresadora se había situado el divisor universal para el tallado del engranaje, que se verá en el siguiente apartado. En su mordaza se agarró el eje y por el otro lado se colocó un contrapunto para terminar de ajustar y alinearlo, figura 3.14. Con una pequeña fresa se realizaron dos chaveteros en las posiciones donde se encontrarían la cuchilla y el engranaje respectivamente, figura 3.15. El uso del divisor universal, tenía especial relevancia en el mecanizado con sección cuadrada del eje superior, ya que con él se puede establecer el giro de 90° para las repetitivas pasadas de la fresa para otorgarle esa sección. En la figura 3.16 se puede ver dicho mecanizado y en la figura 3.17 se observa el tronzado definitivo del resto de eje sobrante. Fabricación. Mecanismo de corte 49 Figura 3.14 Colocación del eje en la fresa. Figura 3.15 Fresado de los chaveteros. Figura 3.16 Fresado de la superficie cuadrangular. Figura 3.17 Tronzado de la parte sobrante del eje. Las últimas operaciones realizadas en los ejes son las relativas al orificio roscado en los extremos. Por ello, se volvieron a colocar los ejes en el torno para ser taladrados y roscados, como se ven en las figuras 3.18 y 3.19. Figura 3.18 Taladrado del orificio para el posicionamiento de elementos en el eje. Figura 3.19 Roscado del orificio para el posicionamiento de elementos en el eje. Fabricación. Mecanismo de corte 50 3.3.2 Ruedas dentadas Las características más reseñables de las dos ruedas utilizadas en el mecanismo de corte son, (número de dientes: 72, diámetro primitivo: 126 mm, módulo: 1,75 mm, anchura: 16 mm y diámetro interior: 20 mm). En la figura 3.20 se puede ver uno de las ruedas dentadas usadas. Solo se mecanizará la rueda inferior, como se mencionó en el apartado 3.2, con el fin de proporcionarle la conicidad de 15°. Se consultaron las relaciones necesarias para tallar la rueda en un manual del taller, A.L.Casillas [3]. Se buscó un fresa madre con módulo 1,75 para los 72 dientes, no hallándose en el taller, pero si se encontró una fresa de módulo apropiada. Previo al tallado en la fresadora, se llevó la rueda al torno para cilindrarlo con el ángulo correspondiente, figura 3.21. Se preparó la fresadora colocando el divisor universal sobre la mesa y el eje de giro con la fresa de módulo. En la figuras 3.22 se muestra la rueda dentada, ya con el ángulo, agarrada en el divisor universal y en la figura 3.23 se ve la disposición entre casquillos de la fresa de módulo. Figura 3.20 Rueda dentada empleada. Figura 3.21 Torneado previo con ángulo de 15°. Figura 3.22 Colocación de engranaje para tallado. Figura 3.23 Disposición de fresa módulo. Fabricación. Mecanismo de corte 51 Se calculó la relación necesaria del plato divisor con el número de dientes (10/18), para tener el giro equivalente a un diente y así poder tallar diente a diente la rueda. Por último, preparada la fresadora, se mecanizó la rueda. En la figura 3.24 se muestra una de las pasadas de la fresa de módulo tallando la rueda inferior y en la figura 3.25 se muestran el engranaje de las ruedas, con la inferior ya mecanizada. Figura 3.24 Tallado de la rueda inferior. Figura 3.25 Engranaje. 3.3.3 Chavetas El material de partida para su fabricación fue una lámina de acero de 6 mm de espesor, también usada para la manivela. En la máquina tronzadora se cortaron cuatro pequeños trozos de la lámina, como se ven en la figura 3.26. Después se llevaron a la fresadora, donde se colocaron para ser planeadas, figura 3.27 y con una fresa para redondear, se les dio la curvatura, figura 3.28. Finalmente, se limaron con una lima fina de mano. Figura 3.26 Chavetas antes de ser mecanizadas. Figura 3.27 Planeado de chavetas. Figura 3.28 Redondeado de chavetas. Fabricación. Mecanismo de corte 52 3.3.4 Manivela En la fabricación de la manivela se utilizó una lámina de acero de 6 mm de espesor, la cual se cortó con la tronzadora en tres partes. La principal, con una longitud levemente superior a la de la manivela y las otras dos, que servirían para aumentar el espesor de la zona de unión con el eje superior. Se trasladaron cada una de las partes a una cizalladora universal. En ella, se le realizó el punzonado de sección cuadrada, figura 3.29, necesario para la transmisión de movimiento con el eje superior. En la figura 3.30 se puede ver el resultado. Figura 3.29 Punzonado. Figura 3.30 Resultado del punzonado. Se llevaron las dos partes de menor tamaño para cilindrarlas en el torno. Para realizar el mecanizado se situaron en un casquillo como se ve en la figura 3.31. En la parte de mayor tamaño se trazó el perfil de la manivela y se llevó a la taladradora donde se taladró, figura 3.32. Figura 3.31 Cilindrado de elementos de la manivela. Figura 3.32 Taladrado de orificio para tornillo y mango. Para el mango, se buscó un tornillo de una longitud apropiada y un cilindro de teflón que fuera el agarre del mango. En la figura 3.33 se puede ver el tornillo con la manivela antes de ser mecanizada. Al cilindro de teflón se le dio forma en el torno con un taladrado y un cilindrado en ángulo, figura 3.34. Fabricación. Mecanismo de corte 53 Figura 3.33 Manivela con tornillo. Figura 3.34 Mecanizado del mango de teflón. Se trasladó la manivela y se fijó con la prensilla en la fresadora. Se planearon las superficies laterales, figura 3.35. Los redondeos se realizaron de manera aproximada, lijándolos con la radial. Finalizando las operaciones en la manivela, se utilizó una varilla de sección cuadrada en donde se situaron las tres partes de la lámina ya mecanizadas para proceder con su soldadura, figura 3.36. Figura 3.36 Planeado de la manivela. Figura 3.37 Soldado de la manivela. Por último, se realizaron tareas de acabado como el lijado de la soldadura y el pintado de protección contra la oxidación. Montaje 54 4. Montaje La máquina fabricada ha sido adaptada a partir del diseño original, entre otros motivos antes detallados, para facilitar las tareas de montaje y permitir el cambio de algunos en elementos en caso de daño, fallo o avería. Cabe destacar nuevamente, que el montaje de la máquina ha sido progresivo y coincidente en tiempo con algunos de los procesos de fabricación y de acabado de las diferentes piezas. A continuación, se van a presentar e ilustrar con imágenes el montaje de las partes que componen la máquina y el montaje final de la máquina completa. 4.1 Rodamientos Figura 4.2 Cilindro con ajuste y rosca en rodamiento Los rodamientos empleados en el sistema de sujeción de chapas son dos cónicos 30203 F. Para s u montaje se ha empleado una máquina de fuerza a presión. En la figura 4.1 se pu ede observar la máquina mientras es introducida la pista de rodadura en el alojamiento del rodamiento inferior. Por otro lado en la figura 4.2 se observa cómo se introduce a pr esión el cilindro con ajuste y rosca dentro del rodamiento inferior. Del mismo modo, se han colocado la pista de rodadura y el rodamiento superior, en el plato superior y en el tornillo con volante, respectivamente. Utilizando la misma máquina, se han intr oducido los cuatro rodamientos radiales 6204 2RS del mecanismo de corte , con apriete, en los ajustes mecanizados en las torres, viéndose el resultado en la figura 4.3. Figura 4.1 Pista de rodadura en alojamiento. Figura 4.3 Rodamiento radial en su ajuste. Montaje 55 4.2. Estructura y sistema de sujeción La s partes que intervienen en el montaje del sistema de sujeción con la estructura se muestran en la figura 4.4. Se ve como ya se ha ajustado el rodamiento axial en la parte inferior del tornillo, una vez éste introducido en el casquillo. Se ha optado por colocar una tuerca en la parte de unión del tornillo con el volante con la idea de poder extraer el rodamiento con el simple uso de una llave, al ser empujado hacia abajo por la propia estructura. Se puede observar también la pletina soldada al a la estructura en arco donde se roscará el alojamiento del rodamiento cónico inferior. En la figura 4.5 se puede ver tornillo M4 que funciona de tirante, roscado en el interior del tornillo M20, que sujetará el plato superior con la pista de rodadura en su interior, para que permita el correcto funcionamiento del rodamiento. A su lado el sistema de sujeción inferior a falta de ser roscado. En la figura 4.6 se ve la disposición final del sistema de sujeción en la estructura. Figura 4.4 Piezas del sistema de sujeción junto a la estructura. Figura 4.5 Sistema de sujeción a falta de fijación. Figura 4.6 Sistema de sujeción montado. 4.3. Estructura, mecanismo corredera y base El montaje del mecanismo corredera a la estructura se realizó mediante una unión por soldadura, de la barra de sección cuadrada hueca superior a la parte inferior del arco estructura. En las figuras 4.7 y 4.8, se pueden ver los puntos de soldadura dados. Montaje 56 Figura 4.7 Soldadura de la barra corredera al extremo de la estructura. Figura 4.8 Soldadura de la barra corredera a la estructura a través de una pequeña pletina. El montaje del sistema corredera con la base de la máquina se realizó mediante el uso de dos paralelepípedos rectangulares, uno soldado en un extremo de la base y otro en un extremo de la barra fija, como se vieron en las figuras 2.77 y 2.78, respectivamente. En ambos paralelepípedos se realizaron taladros, siendo roscado el de la base con rosca M8. La figura 4.9 muestra las partes preparadas para el montaje. Se procede introduciendo la barra de sección cuadrada fija dentro de la barra corredera y se coloca el conjunto para ser atornillado a la base. Figura 4.9 Estructura, mecanismo corredera y base. Para ello se usan tres t ornillos M8 como se puede apreciar en las f iguras 4.10 y 4.11. Figura 4.10 Fijación de la parte delantera del mecanismo corredera a la base. Figura 4.11 Fijación de la parte trasera del mecanismo corredera a la base. Montaje 57 4.4. Mecanismo de corte Una vez introducidos los rodamientos radiales en las torres, apartado 4.1, se procede con la introducción de los ejes del mecanismo de corte en estos rodamientos. Para el montaje del siguiente conjunto se emplea un gato como se puede observar en las figuras 4.12 y 4.13. De la misma forma, se llevó a cabo el montaje del eje inferior con los rodamientos situados en las partes inferiores de las torres. Figura 4.12 Introducción de eje superior en rodamiento radial. Figura 4.13 Introducción de eje superior en el otro rodamiento radial. Figura 4.14 Unión atornillada entre base y torres. Figura 4.15 Unión atornillada entre partes de torres. En las figuras 4.14 y 4.15 se muestra la unión atornillada entre la base de la estructura y las partes inferiores de las torres, y entre las partes inferiores y superiores de las torres, respectivamente. El mecanismo de corte cuenta con numerosos elementos, entre ellos algunos de los más importantes como lo son las cuchillas y los engranajes. En la siguiente figura, 4.16, se muestran gran parte de los elementos que intervienen en su montaje. Pruebas de funcionamiento 64 6. Pruebas de funcionamiento Con la necesidad de justificar y dar valor a la fabricación y montaje de la máquina cortadora de discos de chapas, fue imprescindible ponerla a prueba para verificar su correcto funcionamiento y en caso de fallo o deficiencia en su empleo, realizar los pertinentes ajustes que lo corrigiera o, en su defecto, lo minimizara. En este apartado, se hará una breve introducción teórica relativa al corte de chapas, que factores tienen mayor relevancia en él, así como su importancia en la máquina fabricada. Por otro lado, se enunciará el proceso de puesta a punto de la máquina con las consiguientes correcciones en su funcionamiento. Se ilustrará con imágenes el procedimiento seguido para la preparación y corte de una probeta. Y por último, se mostrarán resultados de cortes de discos de chapa, de diferentes materiales y espesores, realizados en la máquina. 6.1 Corte de láminas metálicas Según P.Groover [4] existen una series de factores muy importantes que intervienen en el cizallado de láminas metálicas. Estos son, la separación entre las cuchillas cortadoras, el espesor del material a cortar y el propio material con sus características físicas. En la figura 6.1 se pueden ver las etapas del cizallado. Figura 6.1 Cizallado [4]. También se puede observar en la imagen los parámetros “t” y “c”, haciendo referencia a los antes mencionados de espesor y separación entre cuchillas, respectivamente. La relación existente entre los dos parámetros viene reflejada en la siguiente tabla, figura 6.2, para cada grupo de material usado, donde “A c ” es la tolerancia del espacio, siendo la relación   =  ⁄. Grupo metálico A c Aleaciones de aluminio 1100S y 5052S, todos los temples Aleaciones de aluminio 2024ST y 6061ST; latón, todos los temples; acero suave laminado en frío; acero inoxidable frío Acero laminado en frío, dureza media; acero inoxidable, dureza media y alta 0,045 0,060 0,075 Figura 6.2 Valor de la tolerancia para grupos de materiales [4]. Pruebas de funcionamiento 65 El espesor de láminas metálicas empleadas para el ensayo de probetas en el laboratorio del área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación no superan los 2 mm. El mayor y menor espesor de chapas cortadas con la máquina son 1,6 mm y 0,8 mm. Los materiales empleados en las pruebas de la máquina han sido: Aluminio 7075-O, Aluminio 2024-T3 y Acero DC01. Todas las láminas que se han empleado habían sido previamente rechazadas para ensayo por daños superficiales. De modo que usando la tabla de la figura 6.2 y los datos mostrados se puede extraer el rango de separación de las cuchillas que será el siguiente:  á =0,06∙1,6=0,096 í# =0,06∙0,8=0,048 Debido al estrecho rango de separación se decidió establecer una separación fija, no regulable. Por lo que, para trasladar el rango de separación a la máquina, se fabricaron casquillos de posicionamiento y se utilizó una galga de espesor en las comprobaciones hasta alcanzar dicha separación. 6.2 Puesta a punto de la máquina En este apartado se mostrarán los pasos seguidos desde la finalización de la fabricación y el montaje de la máquina, los relativos a los apartados 2, 3 y 4, es decir, sin la fabricación de los elementos auxiliares, apartado 5, hasta el inicio de las pruebas de corte de discos de chapas una vez acabado el ajuste completo de la máquina. 6.2.1 Primeros cortes La primera vez que se utilizó la máquina se empleó para el corte una chapa de Aluminio 2024-T3 con espesor 1,2 mm cuadrada de 500x500 mm 2 . La prueba fue realizada previa a la fabricación de los elementos auxiliares, mostrados en el apartado 5, y al ajuste de la separación entre cuchillas con el empleo de casquillos de posicionamiento. En la figura 6.3 se puede ver el buen resultado obtenido en el primer corte realizado con la máquina. Figura 6.3 Primer corte. Examinando con más detenimiento su acabado, la rebaba que presentaba la chapa en su filo cortado era considerable pudiendo ser debido a un mal ajuste de la separación de las cuchillas. En la zona central de la chapa, donde el sistema de sujeción actuaba sobre ella, se podía observar un rayado circular superficial que podría venir dado de un movimiento relativo entre el sistema de sujeción y la chapa durante el corte. Por ello se midió diferentes diámetros en la chapa para comprobar su circularidad hallándose una desviación de ±5 entre el mayor y el menor diámetro. Para seguir operando con la misma chapa se le ejecutó un corte de inicio con una cizalla manual por el que comenzará a actuar el corte de la máquina. Así se pudo probar, sin necesidad de Pruebas de funcionamiento 66 cambiar de chapa, si con pequeños ajustes se podrían solucionar los problemas antes mencionados. 6.2.2 Correcciones adoptadas Se propuso aumentar el par en el volante para ejercer un mayor agarre por parte de los platos y así analizar si con ello se subsanaba el problema de movimiento relativo entre la chapa y el sistema de sujeción. Antes de operar se señaló a rotulador una circunferencia concéntrica al plato superior en la chapa y así pudiéndose prestar especial atención, durante el corte, al movimiento antes mencionado. Se observó directamente el desplazamiento concluyendo que el mayor apriete de la chapa no mejoraba susceptiblemente ese defecto, de hecho si se aumentaba en exceso se reducía ostensiblemente la capacidad de giro de los rodamientos. Debido a esto se decidió analizar cuál era el origen de este error. En los sucesivos cortes, por un lado, se vio que la viruta saliente del corte empujaba en la cuchilla inferior ejerciendo un par extractor en la chapa de la sujeción. Por otro lado, se observó que el desplazamiento provocaba el movimiento de la parte superior de la estructura, descentrando el sistema de sujeción y provocando que la chapa no girara durante el corte alrededor de un punto fijo. También se observó que conforme la chapa reducía su tamaño a cada corte, el movimiento producido en él, era más representativo. Para analizar la influencia que tenía el empuje de la viruta en la cuchilla inferior se decidió realizar el corte dirigiéndola con alicates separándola de la cuchilla. Con esto se pudo ver que su influencia era mínima en el movimiento. No obstante en otro de los materiales ensayados, como se enunciará más adelante, este empuje será muy representativo, dadas las características del material. El problema generado en el filo cortado de exceso de rebaba se analizó y solucionó con la fabricación de los casquillos de posicionamiento y con el uso de una galga de espesor, hasta conseguir entrar en el rango de separación de cuchillas óptima, como se estudió en el punto 6.1. Con ello se redujo la rebaba ocasionada en el corte, facilitando la operación de corte habiéndose reducido el par necesario ejercido por el operario en la manivela. Para corregir el problema de movimiento relativo entre chapa y platos, se decidió actuar sobre la estructura de la máquina restringiendo su movimiento lateral. La solución adoptada fue la fabricación del sistema de posicionamiento lateral y selección de radio de chapa, mostrado en el apartado 5.2. De esta manera se limitó el movimiento de la estructura consiguiendo que los platos del sistema de sujeción permanecieran en su posición en todo el corte de la chapa. 6.2.3 Corte de materiales de mayor exigencia Una vez adoptadas las mejoras para la operación de corte de la máquina, se decidió ponerla en uso con otros materiales como el aluminio 7075-O y acero DC01, e incluso el mismo aluminio, 2024-T3, con un espesor de 1,6 mm. Así se podría comprobar si las medidas tomadas solucionaban los problemas presentes en los primeros cortes. La chapa de aluminio 7075-O, con un espesor de 1,6 mm no supuso una mayor exigencia a la máquina. De hecho el par ejercido en la manivela para su corte, era muy similar al del aluminio Pruebas de funcionamiento 67 2024-T3 con espesor de 1,2 mm. Con este corte se ponía de manifiesto que las mejoras eran reales. Pero aún así, seguía existiendo un pequeño movimiento de la chapa, que se hacía más patente conforme la chapa a cortar era de un menor diámetro. No resultó igual para el acero DC 01. Las características de ductilidad presentes en este material dificultaban su corte. Con un espesor de 0,8 mm, la chapa en parte de su perímetro se cortaba con una precisión superior a las de las anteriormente mencionadas, pero en otras, doblaba de tal forma que las propias cuchillas tiraban de la viruta moviendo bruscamente la chapa de su agarre. En la figura 6.4 se puede observar como el material pasa la transición de un corte sin apenas rebaba a doblar dejando una gran rebaba y cambiando el radio de giro debido al movimiento brusco. Figura 6.4 Zonas de corte de chapa de acero DC01. Por último se cortó una chapa de aluminio 2024-T3 de 1,6 mm de espesor. El par proporcionado en la manivela para el corte de esta chapa era elevado siendo necesario fijar la máquina a la mesa de trabajo. No obstante, el resultado del corte era bueno y del mismo modo que con el aluminio 7075-O de 1,6 mm, pero también presentando una pequeña desviación en los diámetros por el pequeño movimiento en el agarre. Habiéndose limitado el movimiento lateral en la estructura evitando el movimiento y el descentramiento de los platos del sistema de sujeción durante el corte, se redujo el movimiento de las chapas en este sistema, como quedó patente en el corte de las chapas de aluminio, pero no hasta el punto de mitigarlo. Por otro lado, las dificultades que presenta acero DC01 suponían un reto mayor, debido a las peculiaridades del material. Así que se optó por la fabricación de unos nuevos platos para el sistema de sujeción de chapas, con la idea de acotar más el problema del movimiento mejorando el agarre en las chapas y ver si otorgaba alguna incidencia positiva al corte de chapas de acero DC01. 6.2.4 Nuevos platos de agarre Con la fabricación de unos platos diferentes a los existentes de 50 mm de diámetro, se pretendía mejorar la sujeción de la chapa. Ya estaba previsto en el diseño original de la máquina, el diseño de platos de mayor tamaño con el objetivo de cortar diferentes rangos de diámetros de chapa. También era muy importante crear unos platos que durante el apriete no dañaran el centro de la chapa, parte principal en los ensayos posteriores de la misma. Bajo estas premisas se fabricaron los platos partiendo de un disco de aluminio de 200 mm de diámetro gran espesor. Las operaciones de mecanizado realizadas fueron, cilindrado, barrenado, tronzado, taladrado, barrenado y moleteado. De la figura 6.5 a la 6.10 se puede observar algunas de estas operaciones y los resultados por ambas caras de los platos mecanizados. Pruebas de funcionamiento 68 Figura 6.5 Refrentado. Figura 6.6 Barrenado. Figura 6.7 Tronzado. Figura 6.8 Refrentado dejando un anillo exterior. Figura 6.9 Caras de agarre. Figura 6.10 Caras de acople con los platos origen. En la figura 6.9 se puede apreciar el moleteado en los anillos exteriores para proporcionar a los platos un mayor agarre. En la figura 6.10 se ven los orificios creados en los platos, ideados para acoplar en los platos de forma sencilla. Una vez fabricados, fueron acoplados en el los platos iniciales y se utilizaron en nuevas operaciones de corte de chapas. En la figura 6.11 se puede ver el posicionamiento de los nuevos platos con una chapa preparada para cortar. Pruebas de funcionamiento 69 La implementación de los nuevos platos en el corte de la máquina, proporcionó un correcto agarre de la chapa, no marcando la parte central de la misma. También se apreció una sutil mejoría en el movimiento relativo entre chapa y platos, al aumentar la superficie de agarre conjunto al efecto del moleteado. No siendo la mejoría esperada. Por otro lado, el acero DC01 seguía mostrando los mismos problemas cuando la chapa empezaba a doblarse en vez de cortarse. Figura 6.11 Sujeción de chapa con los nuevos platos. Teniendo en cuenta que los nuevos platos no mejoraron cualitativamente el problema del movimiento de chapa durante el corte, aunque sí permitieran que estas no se dañaran en la zona central de ensayo, se continuó analizando cual era el origen del fallo durante el funcionamiento, fallo reducido por los ajustes llevados a cabo. Finalmente se estableció una hipótesis. 6.2.5 Origen del problema y solución constructiva Llegados a este punto, habiéndose adoptado diferentes medidas con el principal objetivo de minimizar aquellos fallos que impidieran un funcionamiento correcto de la máquina, no siendo del todo alcanzados, se llegó al convencimiento de que el problema del movimiento de la chapa en el corte venía dado por un momento de una fuerza, en el plano de la chapa, que durante el corte ejercía la suficiente fuerza para mover la chapa en su agarre, aunque el apriete fuera alto. Como se enunció anteriormente, en los cortes, la viruta saliente del corte empujaba contra la cuchilla inferior, pudiendo ser el origen del problema, pero se probó a dirigir la viruta con alicates, no resultando ser la consecuencia del movimiento, o por lo menos no a excepción del corte del acero DC01. De aquí se estableció una hipótesis. Cuando se diseñó la máquina, tanto en el diseño original, como en el posterior con las modificaciones ejecutadas, se decidió como correcto, alinear la estructura en arco con el sistema de sujeción con el mecanismo de corte. Esto quiere decir, que el centro de agarre de la chapa, en el cual rotan los rodamientos del sistema de sujeción, estaba alineado con el centro de las cuchillas de corte. Pero debido a la superposición de la cuchilla superior con la inferior, en torno a 2 mm, el punto de corte de las cuchillas está desplazado lateralmente unos 8 mm. Figura 6.12 Geometría del centro de corte. Pruebas de funcionamiento 70 En el plano horizontal, el de la chapa, ese pequeño brazo sería el causante del momento de fuerza que produciría el desplazamiento de la chapa dentro de los platos. Con esta hipótesis cobra sentido que el efecto del movimiento fuera mayor conforme la chapa a cortar fuera de un diámetro menor, siendo más representativo el brazo del momento. Para dar solución a esta desviación de centros y eliminar ese momento, se decidió trasladar la estructura en arco alineándola esta vez con el centro de corte de las cuchillas. Con la idea de confirmar la hipótesis se decidió desatornillar la unión de la estructura a la base, desplazarla esos 8 mm y agarrarla con mordazas, antes de modificar nada en el diseño. Se probaron las chapas más exigente con las que había trabajado la máquina y a excepción de la chapa de acero, con sus características de ductilidad continuaba dando problemas, el resultado confirmaba que el problema de movimiento quedaba minimizado, alcanzando el objetivo. Así que se dispuso a modificar los apoyos de la estructura de unión con la base para poder desplazarla hasta alinearla con el centro de corte. La solución fue la de ranurar con la fresadora, partiendo de los taladros, esos puntos de apoyo, como se puede observar en las figura 6.13 y 6.14. Figura 6.13 Ranurado del apoyo trasero. Figura 6.14 Ranurado de los apoyos delanteros. 6.3 Instrucciones para el corte En este apartado se indicarán los pasos seguidos para el corte de un disco de chapa, desde la preparación de la probeta hasta la comprobación del diámetro seleccionado en el disco una vez cortado. Partiendo de una lámina metálica rectangular de grandes dimensiones, se señala a rotulador el rectángulo a cortar, teniendo en cuenta un sobredimensionamiento de unos 10 mm por lado (respecto al diámetro del disco a cortar), dejando solo 5 mm en el lado de inicio de corte que roza inicialmente en la pared de la cuchilla superior. Se traslada la lámina a la cizalladora para cortarla. También se cortan las esquinas del rectángulo, para evitar el contacto de la chapa con una de las torres que sustentan el mecanismo de corte. En las figuras 6.15 y 6.16, se ven la maquina cizalladora con la lámina y la chapa lista para el corte en disco, respectivamente. Pruebas de funcionamiento 71 Figura 6.15 Cizalladora y lámina a cortar. Figura 6.16 Chapa preparada. A continuación, con una llave de tubo se libera los tornillos tanto del sistema corredera como del sistema de posicionamiento lateral, para permitir el desplazamiento horizontal de la estructura, figura 6.17 y 6.18. Se introduce la chapa preparada en el sistema de sujeción, se centra y se aprieta sutilmente con el volante. Se mueve la estructura hasta hacer topar el lateral más corto de la chapa con la cara de la cuchilla superior, ajustando en el sistema de medición el radio de chapa requerido y apretando los tornillos de fijación antes mencionados, figuras 6.19 y 6.20. Figura 6.17 Liberación de los tornillos fijadores. Figura 6.18 Desplazamiento de la corredera. Figura 6.19 Radio del disco a cortar. Figura 6.20 Apriete de tornillos de fijación. Pruebas de funcionamiento 72 La medida es enrasada mirando perpendicularmente la escala tallada, siendo la caja en U del sistema de posicionamiento lateral, la que marca el radio en la varilla. Antes del corte se termina de apretar el sistema de sujeción con el volante. En la siguiente figura, 6.21, se puede observar la máquina preparada para de la operación del corte de un disco de chapa. Figura 6.21 Máquina preparada para el corte. Y para terminar, en las figuras 6.22 y 6.23 se muestra el disco de chapa cortado con una regla metálica para comprobar si el diámetro seleccionado es el mismo que presenta el disco cortado. El plano que presenta el disco en la parte inferior es debido a que en el corte se parte de chapas cuadradas y hay un pequeño desplazamiento hasta que las cuchillas muerden la chapa. Figura 6.22 Cisco de chapa. Figura 6.23 Comprobación del diámetro. Pruebas de funcionamiento 73 6.4 Resultados de los cortes Aquí se expondrán las pruebas de funcionamiento de la máquina post puesta a punto. Se hará una clasificación por material, indicando los espesores de las chapas, así como las apreciaciones extraídas de los cortes realizados. También se mostrarán las imágenes de los discos de chapa cortados en la máquina. Cabe mencionar nuevamente, que las pruebas realizadas en esta etapa también se han llevado a cabo con materiales descartados para su ensayo por desperfectos, a excepción de unas láminas de policarbonato. 6.4.1 Aluminio 2024-T3 Fue el primer material probado en la máquina, antes de la puesta a punto, para observar posibles fallos en su funcionamiento. Es uno de los materiales, actualmente, más ensayados en los laboratorios del área de procesos de fabricación. Este material es ampliamente usado en la industria aeroespacial. Los espesores de lámina con los que se han trabajado han sido 0,8 mm, 1,2 mm y 1,6 mm. El resultado del corte de discos de chapa se pueden observar desde la figura 6.24 hasta la 6.26. Figura 6.24 Disco de Al 2024-T3, espesor 0,8 mm. Figura 6.25 Disco de Al 2024-T3, espesor 1,2 mm. En empleo de la máquina para el corte de discos de chapas en este material ha sido satisfactorio. El esfuerzo realizado por el operario para el corte de estas chapas ha ido en función del espesor, necesitando fijar la máquina para cortar la chapa de 1,6 mm de espesor y usando ambas manos debido a su dureza, no así en los otros espesores. La rebaba presente en el filo cortado es pequeña. Y la circularidad de los discos ha sido comprobada y dada por buena, quedando patente la mejora de la puesta a punto en este aspecto. Figura 6.26 Disco de Al 2024-T3, espesor 1,6 mm. Bibliografía 80 9. Bibliografía [1] TFG Diseño de máquina cortadora de discos de chapa, Autor: Julio Darío de la Rosa Asencio. [2] TFG Diseño del mecanismo de corte para máquina cortadora de discos de chapa, Autor: Carlos Daza Pelegrina. [3] Máquinas, Cálculos de taller, Autor: A. L. Casillas. [4] Fundamentos de la manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas, Tema 20, Autor: Mikell P. Groover. Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 1 Escala 1:2,5 Archivo: EstructuraArco.dft Pieza: Estructura en arco R211,7 R121,4 166,8 R224,3 369,8 127,3 200 100 4 60 82 X M O 25 529,2 60 2 25 50 421,8 235,212930 A DETALLE A 44 X M 2,5 4 9 29 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 2 Escala 2:1 Archivo: Aloja_Rod_Inf.dft Pieza: Alojamiento Rod. Con. Inf. 50 42 4 4 40OM7 42O O 4 4X 13,5 138,5 51° Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 3 Escala 3:1 Archivo: CilindroAjuRos.dft Pieza: CilindroAjusteRosca 13 15 18 20M 17 j6 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 4 Escala 3:1 Archivo: PlatoInfSold.dft Pieza: Plato Inferior AA CORTE A-A O 34 34 20M 8 50 2 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 5 Escala 1:1 Archivo: TornilloVolante.dft Pieza: Tornillo con volante 4M 8M 20M 10 17Oj6 6 202 12 85O 19,4 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 6 Escala 1,5:1 Archivo: CasqilloSold.dft Pieza: Casquillo AA CORTE A-A 100 15 202 X M 15 3 40O 34 O Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 7 Escala 2:1 Archivo: Plato_sup.dft Pieza: Plato superior A A CORTE A-A 14 20 5 50O 40OM7 5 8O 5O 1 1 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 8 Escala 1:1 Archivo: Torre1Inf.dft Pieza: Torre 1 Part. Inferior A A CORTE A-A 15 15 O 35 O 47N7 8 15 8 4X M 15 14 15° 36,971,3 30 112 20 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 9 Escala 1:1 Archivo: Torre2Inf.dft Pieza: Torre 2 Part. Inferior A A CORTE A-A O35 O 47N7 52,6 71,1 15 30 15 15 14 15° 8 15 112 8 4X M 20 4X Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 16 Escala 1:1 Archivo: EjeSuperior.dft Pieza: Eje Superior A DETALLE A 16O 14M 9 R2,5 B DETALLE B R3 8M A A CORTE A-A 20 30 112 3 20Ok5 B BCORTE B-B 3,5 14q 25O 20Ok5 5 295 20 6 75 23 10 8 16 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 17 Escala 1,25:1 Archivo: Engranaje_inf.dft Pieza: Rueda dentada inferior A ACORTE A-A 6 129,4O 121,6O 113,1O 120,8O R 10 3,5 16 15° DATOS DE LA RUEDA DENTADA Módulo 1,75 Nº de dientes 72 Diámetro primitivo 126 mm Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 18 Escala 1,25:1 Archivo: Engranaje_sup.dft Pieza: Rueda dentada superior A ACORTE A-A 129,4O 121,9O 6 DATOS DE LA RUEDA DENTADA Módulo 1,75 Nº de dientes 72 Diámetro primmitivo 126 mm 3,5 16 R 10 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 19 Escala 1:1 Archivo: PlatoInfN.dft Pieza: Plato Inferior Nuevo O50 O106 O156 O176 13,3 10 0,5 6 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros, ángulos en grado, tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SOLID EDGE E.T.S.I. Universidad de Sevilla Aida Estevez Urra David Ruiz Verdute A3 Plano 20 Escala 1:1 Archivo: PlatoSupN.dft Pieza: Plato Superior Nuevo O176 O156 O50 13,3 10 0,5 Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros ángulos en grados tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SIEMENS UGS PLM Software Título A3 Plano Archivo: Cuchilla_inferior.dft Escala Hoja 1 de 1 UGS SOLID EDGE A A CORTE A-A 10 20 10 32° O 65 O 40 O 30 16 O 5 1 x 45° 1 x 45° 18,3 Carlos Daza Pelegrina A.E.U 2:1 1 Cuchilla inferior A A Dibujado Comprobado Salvo indicación contraria cotas en milímetros ángulos en grados tolerancias ±0,5 y ±1º Nombre SIEMENS UGS PLM Software Título A3 Plano Archivo: Cuchilla_superior.dft Escala Hoja 1 de 1 UGS SOLID EDGE CORTE A-A O 65 O 30 16 O 20 10 10 1 x 45° 1 x 45° 1 x 45° O 52,3 18,3 15° 5 Carlos Daza Pelegrina A.E.U 2:1 Cuchilla superior 2