Seleccion de Materiales de una Prensa Angular

5/20/2018 Seleccion de Materiales de una Prensa Angular

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MANUFACTURA

DE UNA PRENSA

ANGULAREnfoque a Seleccin de Materiales

DESCRIPCIN BREVE

En el presente documento se mencion

procesos de conformado, maquinado, trata

trmico y acabados, que se requieren para lo

producto final con sus propiedades finales;

nfasis a la seleccin del material, comparan

ventajas y desventajas que presenta. Se In

planos constructivos y diagramas de trata

trmico.

Alejandro CorralesCristopher GonzalesJean Pablo ValverdeJohan RamrezMarcos Durn

Tecnologa de los MaterialesInstituto Tecnolgico de Costa Rica

18 de junio de 2014


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Resumen: Este proyecto tiene como

objetivo el estudio detallado de todo el

proceso de manufactura de un producto

(en este caso una prensa angular)

abarcando desde el enfoque principal del

proyecto que es la seleccin de unmaterial apropiado para cada pieza del

conjunto mecnico hasta la posible

aplicacin de algn tratamiento trmico

para cumplir con los requerimientos

relacionados con las propiedades finales

que deben tener las piezas para que

sean funcionales. Se deban tomar en

cuenta factores tales como esfuerzos a

los que iba a ser sometida cada parte del

mecanismo, brindar diferentes opciones

de materiales de fabricacin y hacer una

seleccin objetiva del ms ptimo,

comparando ventajas y desventajas y

tomando en cuenta todos los posibles

factores que atentaran contra la vida til

del mismo. Para lograr todo esto se hizo

un estudio exhaustivo primero de todo el

conjunto mecnico para tener una visin

general y luego con la ayuda de fichas

tcnicas y diversas fuentes confiables se

adquirieron los conocimientos y criteriossuficientes para una adecuada

escogencia. Adems se realiz un

importante trabajo en el diseo del

conjunto mecnico con la ayuda de un

software CAD y se adjuntaron los planos

de construccin para las respectivas

piezas. Por ltimo, una vez escogido el

material se especific cules seran las

posibles etapas de conformado, dando

una idea general del maquinado

necesario para obtener el producto final,

incluyendo los procesos de acabado y

los tratamientos trmicos necesarios,

aportando un diagrama para aclarar

detalles de tiempo, temperaturas y

procesos adecuados.

Abstract: This project has the objective

to study in detail the entire process of

manufacturing a product (in this case an

angular press) including from the main

focus of the project that is the selection of

an appropriate material for each piece ofmechanical assembly to the possible

application of some heat treatment to

meet the requirements related to the final

properties that should have the pieces to

be functional. It should take into account

factors such as efforts that would be

submitted each part of the mechanism,

providing different options of

manufacturing materials and make an

objective selection of the most optimal

material, comparing advantages and

disadvantages , taking into account all

possible factors attempted against the life

of the product . To achieve this, first that

all an exhaustive study was made of all

mechanical assembly for a general vision

and then with the help of technical

specifications and various reliable

sources, sufficient knowledge and

adequate criteria for choosing was

acquired . Also an important work in thedesign of mechanical assembly with the

help of CAD software was performed and

the construction plans for the respective

parts were attached. Finally, once chosen

material, the possible stages of forming

were specified, giving a general idea of

machining needed to obtain the final

product, including the finishing processes

and heat treatments required, providing a

diagram to clarify details of time

temperatures and processes.

Palabras clave: Prensa angular,

miembro compuesto, eje excntrico,

mango de seguridad, tratamiento

trmico, soporte de herramienta,

manufactura, planos constructivos.


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1. Miembro central

compuesto

El miembro central compuesto se

ubica sobre la silla de la prensa, y es la

base sobre la cual se coloca el soportesuperior compuesto.

Figura 1 Miembro central Compuesto

La principal funcin de esta pieza

dentro del conjunto mecnico, aparte de

la estructural, es la de permitir rotacin

alrededor del eje ZFigura 2.

Figura 2 Orientacin de la pieza.

El miembro central es simtrico en

dos de sus ejes, y puse en la parte

superior un espacio curvo en el cual se

asienta el miembro superior, adems

pese varios agujeros tanto para la

colocacin de guas de montaje, como

para fijacin y un par ms para colocar

los ejes excntricos que funcionaran

como actuadores.

1.1. Requerimientos

Esta pieza es parte de un equipo de

precisin, que muchas veces se

traslada, para realizar trabajo de campo,

estando expuesta a diversas condiciones

de trabajo.

Es por tanto, que es necesario que el

material tenga un bajo coeficiente de

expansin trmica, que evite perdidas de

precisin en la medicin; y altaresistencia a la corrosin que asegure la

preservacin de la pieza a presar de la

exposicin a diferentes atmsferas.

Adems esta pieza est en constante

rozamiento con tanto con la silla, en la

parte inferior, como con el miembro

superior compuesto, en su parte

superior. Adems es importante recordar

que el diseo de la prensa no contempla

ningn tipo de lubricante en ningunazona.

Es por esta razn, que el material, al

menos en sus zonas de contacto debe

poseer una alta dureza, y un acabado

superfino, que reduzca la friccin y

minimice el desgaste.

1.2. Comparativa de materiales

Para la seleccin del material se

realiz un estudio a nivel general paraencontrar materiales candidatos. De este

estudio, con base en las especificaciones

de la empresa Blher, resultaron

candidatos los siguientes materiales:


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Tabla 1 Materiales candidatos

Material Estndar (DIN)

Blher K100 X210Cr12

Blher K190 X230CrVMo13 4

Blher K110 X153CrMoV12Blher K107 X210CrW12

Blher K105 X165CrMoV12

A esta lista de materiales se les

aplico un anlisis (porcentual) ms

especfico1, en funcin de las

propiedades que determinaban un mejor

desempeo segn los criterios que se

muestran a continuacin:

Tabla 2 Criterio de Seleccin

Criterio Peso en seleccin

Esfuerzos Mecnico 5%

Esfuerzos trmico 25%

Desgaste 30%

Condiciones deentorno

20%

Procesos deFabricacin

20%

Econmicas 0%

1.3. Seleccin del Material

Luego de al anlisis realizado, se

encontr que el material que, en sus

condiciones iniciales, se acercaba ms a

las necesidades de la pieza fue el BlherK110 (X153CrMoV12, AISI D2), que tuvo un

porcentaje de coincidencia del 95,93 % con

los requerimientos. Este material es un acero

de grado herramienta.

En el anlisis de materiales, estos se

nombraron, debido a la fuente de

informacin, con la definicin del fabricante,

sin embargo, de este punto en adelante, el

1 El anlisis se puede apreciar en el siguiente enlace

http://goo.gl/QAnVJW.

material selecto se nombrara segn su

equivalencia en el estndar: AISI D2.

1.3.1. Ventajas

El acero AISI D2, ofrece las

siguientes ventajas para la fabricacin deesta Pieza:

Bajo porcentaje de Carbn, lo cual

aumenta la resiliencia del Material2.

Un bajo coeficiente de expansin

trmica, lo que ayuda a mantener la

precisin del equipo, evitando

cambios dimensionales.

Posee una alta temperatura de

austenizacin, los cual vita cambios

en la estructura en condiciones deoperacin.

Mejor maquinabilidad respecto a los

otros candidatos.

1.3.2. Desventajas

El acero AISI D2, tiene las siguientes

desventajas en la fabricacin de esta

Pieza:

Posee una estabilidad dimensional

durante el tratamiento trmico,

menor que otros materiales

candidatos.

Su porcentaje de cromo es menor

que otros materiales candidatos, lo

que implica un riesgo mayor de

corrosin.

Al ser un acero grado herramienta,

su costo puede ser elevado.

1.4. Procesos de Manufactura

Se Inicia el proceso con una barra

con un dimetro mayor al necesitado,

que tome en cuenta la reducciones

debido al maquinado y las expansiones

debido al tratamiento trmico.

2Con base a: (Hibbler, 2006)
http://goo.gl/QAnVJWhttp://goo.gl/QAnVJWhttp://goo.gl/QAnVJW


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1.4.1. Maquinado

I . Torneado:

1) En el torno, se realiza tronzado y

refrenado de una de las caras, con

acabado superfino.2) Se realiza un desbaste hasta

alcanzar un dimetro previamente

calculado.

3) Se realiza un acabado superfino.3

4) Se realiza el refrentado en la otra

cara del cilindro que se est

maquinando.

II. Fresado

Figura 3 Fresado

1) Se realiza un fresado plano para

crear los contornos mostrados en la

Figura 3.A, aplicando un acabado

superfino.

2) Luego se realiza un fresado de

Forma para lograr curvatura internaFigura 3.B.

3) Luego se aplica otro fresado de

forma para realizar el redondeo de

los bordes que se aprecian en las

esquinas superiores de la Figura

3.B.

3Alta velocidad de cote, poco avance y poca profundidad

de corte.

III. Taladrado

Figura 4 Agujeros en el Miembro CentralCompuesto.

1) Se realiza un taladrado para crear

los agujeros que se muestran en

laFigura 4.

2) Con el uso de machos se realizan

las roscas en los agujeros A y Bde laFigura 3,en ambos lados de

la pieza.

1.5. Tratamiento trmico

La secuencia de tratamientos trmicos

que se van a aplicar es la siguiente:

1) Primero se aplica una liberacin de

tenciones, llevando la pieza a 700C,

mantenindola ah durante 35 min y

enfriando al aire.2) Luego se aplica un templado para

aumentar la dureza, llevando la

pieza a 1040C, manteniendo

durante 15 min y enfriando en aceite.

3) Luego se aplica un Normalizado

200C (con un precalentamiento a

100C durante 40 min), manteniendo

durante 35 min y enfriando al aire.


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Grafico 1 Diagrama de tratamientos Trmicos

1.6. Acabados

1.6.1. Rectificado

Para disminuir la rugosidad al mximo se

realizan los siguientes procedimientos:

1) Sea realiza un rectificado cilndrico

externo de afinado (Gerling, 2000),

en la parte curva exterior.


interno de afinado (Gerling, 2000),

en la cavidad interior.

2. Miembro central

compuesto

Figura 5 Miembro Superior Compuesto.

Es de resaltar, que el miembro

superior compuesto cumple exactamente

la misma funcin, y opera bajo los

mismos parmetros que el Miembro

central, excepto, porque esta pieza

permite el rotacin alrededor del eje X.

Es por esta razn, que el proceso de

seleccin del material el mismo que para

dicho miembro.


De igual forma el proceso con una

barra con un dimetro mayor alnecesitado, que tome en cuenta las

reducciones debido al maquinado y las

expansiones debido al tratamiento

trmico.

2.1.1. Maquinado

I . Torneado

Se sigue el mismo proceso de

torneado de la seccin1.4.1.I.

II. Fresado

1) Se realiza un fresado plano para

crear los contornos mostrados en la

Figura 6, aplicando un acabado

superfino.

2) Luego se realiza un fresado de

Forma para lograr la cavidad circular

internaFigura 5.

Figura 6 Miembro Superior Compuesto.

3) Luego se aplica otro fresado de

forma para realizar el redondeo de

los filos.

III. Taladrado

Se realiza el taladrado de los

agujeros A y B de laFigura 6.


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Luego, con un macho se realiza la

rosca de la figura del agujero A (Figura

6).


Se sigue el mismo procedimiento dela seccin1.5

2.3. Acabados

2.3.1. Rectificado

Para disminuir la rugosidad al mximo se

realizan los siguientes procedimientos:


externo de afinado (Gerling, 2000),

en la parte curva exterior.



en la cavidad interior.

3) Sea realiza un rectificado frontal


en la superficie plana de la cavidad

interior.

3. Mango de Seguridad

3.1.Condiciones de operacin:

Los mangos de seguridad son los

componentes reemplazables que tienen

como funcin servir de agarre o manija

para mover los ejes excntricos que a su

vez conectan los miembros compuestos

responsables de girar la prensa en los

diferentes ngulos de trabajo.

Figura 7 Mango de seguridad

Los esfuerzos a los cuales essometido esta pieza son prcticamente

nulos y se pueden considerar

despreciables pues en primer lugar esta

pieza trabaja de forma esttica cuando la

prensa est en operacin, su nico

movimiento es cuando se da la

preparacin para ajustar el ngulo

requerido y para dicho ajuste se utiliza la

fuerza manual que obviamente no es

muy grande y es la nica que percibe el

mango de seguridad.

A esto se debe sumar que por

condiciones de trabajo no presenta

vibraciones tampoco porque su unin

con los excntricos (que es con lo nico

que estn unidos) se da por medio deajustes prensados, es decir cuando se

gira el mango de seguridad este no gira

con respecto al excntrico, sino que giro

junto con el excntrico lo que evita

cualquier problema de friccin entre las

piezas.

3.2. Seleccin del material:

Dadas las condiciones de

funcionamientos citadas anteriormente

las opciones de materiales que se

adaptan a este tipo son amplias y puede

abarcar desde bronces, aluminios,

hierros, aceros, entre otros, sin embargo

despus de analizar todas las opciones

se escogi que la ms viable consista en

el uso de un polmero termoplstico

sinttico conocido como Polioximetileno

o simplemente POM, que contrario a loque muchos creen presenta propiedades

que lo acercan ms a un polmero

termoestable y esas propiedades son

ptimas para el funcionamiento requerido

en este caso lo cual se demuestra a

continuacin:

3.2.1. Ventajas:


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Alta estabilidad dimensional.

Elevada resistencia mecnica,

rigidez y dureza.

Buena resistencia a la fluencia y

deformacin bajo carga.

Elevada resistencia al impactoincluso a bajas temperaturas.

Muy fcil de mecanizar.

Alta resistencia al calor y estabilidad

trmica.

Posee una excelente resistencia a la

abrasin.

3.2.2. Desventajas:

Presenta problemas al ser expuesto

a cidos fuertes. Tienen una soldabilidad pobre.

Posee un coeficiente de friccin muy

bajo.

En trminos ms formales la

empresa de suministros SUMITEC S.A.

presenta en su catlogo de plsticos

grado ingeniera una clase de POM

(Unital POM-C) muy til para la

manufactura del mango de seguridad,que presenta las siguientes propiedades:

3.2.3. Propiedades mecnicas:

Mdulo de elasticidad: 3300 MPa

Elongacin: 30%

Coeficiente de friccin: 0,32

Resistencia mxima: 70 MPa

Temperatura de uso continuo sin

carga (-40 a 100) C

3.2.4. Propiedades fsicas:

Gravedad especfica: 1,42

Absorcin de agua: 0,25 %

Temperatura de fusin: 175 C

Densidad: 1,420 g/cm3

3.2.5. Usos:

Aqu vale la pena recalcar que al

igual a otras fuentes SUMITEC

recomienda dentro de los principales

usos de este material los mangos que es

precisamente el material en cuestin, lo

que le da an ms validez y justificacin

a la escogencia. Tambin se mencionan

aplicaciones como manivelas, poleas,

levas y bombas.

3.3. Proceso de manufactura:

Para la parte de mecanizado el POM

presenta dos opciones rentables. Si se

presenta como materia prima en forma

de prisma es totalmente vlido usarmquinas de fresado y taladrado para

conformarla, que seran las nicas dos

que intervendran en el proceso de

manufactura (fresado en las caras A y B

de la figura x y en redondeos y taladrado

en los agujeros 1 y 3), teniendo en

cuenta el uso de fresas redondeadoras

de esquenas y fresas de rodamiento para

mecanizar las curvas.

Por otro lado si el POM se presentara

en forma de resina el mtodo ms

adecuado para su conformado

definitivamente sera el de inyeccin

pues con el uso de un molde apropiado

se obtiene directamente la forma de la

pieza.

Figura 8 Maquinado mango de seguridad


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En relacin a los tratamientostrmicos esta pieza no requiere que sehaga la inversin en ningn tratamiento

trmico por lo que estos se excluyen del

proceso de manufactura.

Por ltimo en cuanto a la parte de

acabadose debe mencionar que el nicopunto importante a considerar es de la

unin con los excntricos ya que ah se

debe tener cuidado de pulir tanto porque

debido al coeficiente de friccin tan bajo

de este material se recomienda un

acabado no tan fino para que un mejor

agarre en el ajuste apretado con los

excntricos y el mango de seguridad no

tienda a deslizarse sobre estos.

4. Base de la prensa (silla)

La silla es la pieza sobre la cual va a

ir montado todo el conjunto mecnico,

esta va a resistir el peso total de la pieza.

Tambin esta es la que debe de ser el

soporte a la mesa de trabajo, ya que en

las cavidades que se muestran en la

figura 7, deben ir unos pernos los cuales

son el mtodo de fijacin de la mquina.

Figura 9: Silla

Esta posee una geometra

determinada que proviene de una

fundicin; esta geometra es por

cuestiones de diseo y de requerimientos

de la pieza. A esta geometra se le

modifica ciertas pastes, principalmente

los ligares de sujecin de la pieza al

banco de trabajo, las caras laterales que

es donde van a ir soportadas las placas y

la parte superior que es donde se ubicar

el miembro central compuesto el cual

posee un ajuste perfecto debido a que

este ser un contacto deslizante. La

colocacin de la silla en el conjunto

mecnico se muestra en la figura 8

donde la silla es la de color negro.

Figura 10: Posicionamiento de la silla en elconjunto.

a. Requerimientos

La silla es una pieza que poseedistintas funciones entre las cuales estn

la sujecin de la pieza por lo cual debe

de ser resistente distintos esfuerzos

como por ejemplo esfuerzos de

compresin en las partes donde va

sujetada a la mesa de trabajo pero

tambin en esta zona va a recibir

esfuerzos de traccin debido a que va a

tener piezas sostenidas en ngulo, las

cuales va a ejercer tensiones

dependiendo de la posicin en la que se

encuentren.

Por otra parte, la silla es una pieza

que debe tener altos niveles de precisin,

debido a que las placas que van en las

caras laterales y el miembro superior

deben de tener un ajuste perfecto para


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que no incurran en un funcionamiento

errneo del conjunto.

b. Comparativa de materiales

A la hora de seleccionar el material,

se tuvieron varias fundiciones, entre lascuales destacan las siguientes:

Nota: estos materiales fueron

tomados de las fichas tcnicas de

FUNDINOX y SUMITEC.

Tabla 3 Materiales candidatos

Material Estndar (ASTM)

Fundiciones especiales ASTM A532

Fundiciones nodulares ASTM A536

Fundicin gris ASTM A48

A estos materiales se les realiz un

estudio en el cual se analizaban las

propiedades mostradas en el siguiente

cuadro, con lo que comparando sus

especificaciones se pudo elegir el

material ms adecuado para la

fabricacin de la silla.

Tabla 4 Criterios de Seleccin

Criterio Peso en seleccin

Esfuerzos Mecnico 5%

Esfuerzos trmico 5%

Desgaste 50%


10%


30%

Econmicas 0%

Cabe resaltar que esta tabla fuerealizada con base a los requerimientosde la pieza, mostrados en la seccin 3.1.

b. Seleccin del Material

El material seleccionado como ms

apto fue la fundicin de hierro gris,

debido a que esta cumpli con la

mayora de las especificaciones

necesarias, as como tambin tuvo

condiciones extra como la auto

lubricacin que puede tener debido al

contenido de carbono y esto va a ayudar

a que la pieza deslice fcilmente con el

miembro superior.

i. Ventajas

1. Esta es frecuentemente utilizada en

piezas las cuales tengan que resistir

esfuerzos tanto de compresin comode traccin.

2. Posee buena maquinabilidad, lo que

hace que se faciliten los procesos de

taladrado y fresado que lleva la

pieza.

3. Es de buena soldabilidad; esta

propiedad es benfica ya que se

puede dar el caso de que la silla vaya

soldada a la mesa de trabajo.

4. Auto lubricacin; esta se da debido a

que esta contiene grafito, lo que da

una gran ventaja debido a que la

parte cncava va a estar en

deslizamiento con la pieza que va

sobre esta.

ii. Desventajas

1. No es susceptible a tratamientos

trmicos; esta podra convertirse en

una desventaja en el caso de que se

necesitara darle un tratamiento

trmico para mejorar algunapropiedad del material como dureza o

tenacidad Pero no es muy

significativa debido a que el material

por si solo cumple con la mayora de

las condiciones necesarias.


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c. Procesos de Manufactura

Esta pieza se basa principalmente en

cuatro procesos de manufactura los

cuales son: fundicin, fresado, taladrado-

roscado y acabados.

i. Conformado

IV. Fundicin:

De este proceso se obtiene la forma

base de la pieza; esto se realiza en un

molde que posee la geometra de la

pieza. La pieza proveniente de fundicin

es bsicamente la siguiente:

Figura 11: Fundicin

ii. Maquinado

I. Fresado

Figura 12: Fresado

1. Se realiza un fresado plano en las

caras laterales de la pieza (ver figura10). Este fresado se hace a una

velocidad de acabado super fina para

la superficie obtenida se la ms apta

debido a que sobre estas caras van

montadas la placas laterales.

2. Posteriormente se utiliza las

cavidades de sujecin con una fresa

de forma cilndrica como se observa

en la figura 10.

II. Taladrado

Figura 13: Taladrado y roscado en la silla.

1. Se realiza un taladrado con una

broca #7. Esto en los dos agujerossealados en la figura y en la cara

opuesta tambin.

2. Se realiza un roscado interno con un

macho de 0,20UNC-2B, en cada uno

de los agujeros.

I. Acabados

1. Para la disminucin de la rugosidad

de la parte cncava de la silla (donde

va montado el miembro centralcompuesto), se va a realizar un

proceso de lijado super fino,

utilizando lijas de mayor a menor

grosor de grano.

2. Posteriormente se le dar un pulido a

pao, con el cual se obtendr una

pieza con un acabado casi a espejo.

5. Ejes excntricos

El eje excntrico, es el mecanismo

por medio del cual se tiene la movilidad

de la prensa angular. Este cumple la

funcin de mover el miembro centrar

compuesto para que as se d el ngulo

necesario con el cual se va a prensar

alguna pieza. Esto se realiza gracias a su

excentricidad, debido a que este va

sujeto al miembro central compuesto en


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una de las cavidades ya mencionadas y

sujeto a este, va el mango de seguridad,

que es el que hace girar al eje para que

se d la rotacin de la prensa y se

produzca en ngulo deseado.

Figura 14: Eje excntrico

En la siguiente figura se muestra en

color amarillo la colocacin del eje

excntrico en el conjunto mecnico.

Figura 15 Colocacin del eje excntrico en elconjunto.

5.1 Requerimientos

Primeramente como su nombre lo

menciona, el principal requerimiento de

este eje es su excentricidad, debido a

que gracias a esta es que hace que se

d la rotacin del miembro central

compuesto por medio del mango de

seguridad.

En base a lo mencionado, este eje va

a estar sometido a distintos esfuerzos de

torsin principalmente en la zona donde

se la excentricidad, o sea el cambio de

direccin del eje. En este lugar,

primeramente se encuentra un ngulo a

90 lo que se convierte en un

concentrador de esfuerzos, lugar donde

puede que se d una posible falla del eje.

Este eje tambin requiere ser

resistente al desgaste, debido a que va a

estar en constante movimiento y

rozamiento con las placas laterales lo

que lo hace susceptible a tener daos en

la zona de rozamiento.

5.2 Comparativa de materiales

Los aceros consultados para la

fabricacin de estos ejes, son los ms

comunes en la industria. Se utilizaron las

fichas tcnicas de SUMITEC para

realizar la comparacin y ver qu tipo de

material sera el ms adecuado parafabricar estas piezas. Los materiales

estudiados fueron:

Tabla 5 Materiales Candidatos

Material Estndar (AISI)

Acero maquinaria AISI 1018




Estos metales se estudiaron segn

sus propiedades segn el requerimiento

de la pieza, a lo cual se concluy que las

propiedades que poseen ms peso son

la resistencia al desgaste y la resistencia

mecnica. En la siguiente tabla, se

muestra un balance porcentual de cada

propiedad del material para la fabricacin

del eje.

Tabla 6 Criterios de Seleccin

Criterio Peso en seleccinEsfuerzos Mecnico 30%

Esfuerzos trmico 5%

Desgaste 30%


15%


10%

Econmicas 0%


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5.3 Seleccin del Material

El material seleccionado fue el acero

AISI 4140, debido a que este es el ms

utilizado para la fabricacin de ejes; si

bien es cierto este material es muy

resistente para los esfuerzos que va a

soportar el eje, se seleccion debido a

que aunque sea un poco ms caro de los

otros, el precio es prcticamente

insignificante debido a que los ejes son

piezas muy pequeas. Por otra parte,

este material cumple casi todas las

especificaciones con las condiciones

naturales del material.

5.3.1 Ventajas

1. Buena resistencia a la fatiga,

abrasin e impacto.

2. Es susceptible a endurecimiento

por tratamiento trmico.

3. Puede ser nitrurado para darle

mayor resistencia a la abrasin.

4. Alta templabilidad.

5.3.2 Desventajas

1. Su costo es un poco ms elevado

que los otros materiales acomparar.

2. Es un poco ms difcil de

maquinar respecto a los otros

aceros.

5.4 Procesos de Manufactura

El proceso de construccin de este

eje, se es bsicamente el torneado,

debido a que la mejor opcin para

fabricarlo es un torneado excntrico.Existe la posibilidad de realizar el eje por

fundicin o por forjado con matriz

cerrada, pero esto implicara un mayor

costo a la hora de la fabricacin, debido

a que el torneado es un proceso ms

simple y ms comn en la industria.

I . Torneado:

Como pieza base, se tiene un cilindro

metlico que es el que va maquinarse

para darle la forma del eje excntrico.

1. Primeramente se corta el cilindro dela dimensin longitudinal deseada.

2. Posteriormente se realiza un

torneado al cilindro para darle la

forma cilndrica de dimetro mayor a

toda la pieza.

3. Posteriormente se colocan los

implementos necesarios del torno

para realizar el torneado excntrico

(son unos dispositivos para sostener

la pieza y poder realizar el torneado

excntrico). Una vez montada lapieza, se tornea el dimetro menor y

se tiene el eje excntrico.

4. Finalmente se realizan los chaflanes

en los extremos del eje.

Figura 16 Torneado excntrico.

5.5 Tratamiento trmico

La secuencia de tratamientos trmicos

que se van a aplicar es la siguiente:

1. Primeramente se eleva la

temperatura del acero entre los 830

C y 850 C para austenizar, como lo

dicen los fabricantes que es ms

adecuado, esto para mejorar la

propiedad de dureza.

2. Posteriormente se da un enfriado en

aceite para que la pieza adquiera el

temple.

3. Luego del temple, existen una

tensiones internas en el material, que

son propiamente causadas por el


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proceso de temple. Estas tensiones

se liberarn realizando un revenido

por un tiempo aproximado de dos

horas esto a una temperatura de 200

C.

Grafico 2 Diagrama de tratamientos Trmicos

5.6 Acabados

I. Rectificado

1. Se realiza un pulido a lija fino en

toda la superficie del material.

2. Posteriormente se realiza un pulido

a pao sobre la superficie esto para

que el eje quede en acabado

espejo.

6. Soporte de HerramientaEl soporte de herramienta se

encuentra en la parte superior de todo el

conjunto, o sea, sobre el miembro

compuesto superior, y es donde se

prensa la pieza que se va a trabajar.

Figura 17 Soporte de Herramienta

La funcin de esta pieza es sostener

la pieza que se va a trabajar y prensarla

teniendo la libertad de rotar 360 grados

sobre el eje z.

Figura 18 Soporte de Herramienta 2

La forma inferior de la pieza permite

que esta rote de forma que se facilite el

trabajo del que utiliza este conjunto, los

agujeros roscados son para sostener lapieza de trabajo

6.1. Requerimientos.

Debido a que esta pieza es parte de un

equipo de precisin tiene la necesidad de

protegerse para evitar las prdidas de

tomar en cuenta que el material utilizado

para construir la pieza debe tener una

alta resistencia a la corrosin; tambin se

deben tomar en cuenta otrascaractersticas como que tenga un bajo

coeficiente de rozamiento para no

desgastar las otra piezas y un bajo

coeficiente de expansin trmica.


Para seleccionar el material ms

conveniente para la construccin del

soporte de herramienta se estudiaron

distintos materiales con propiedades

similares ya que se necesita que estetenga algunas caractersticas como un

bajo coeficiente de expansin trmica,

alta resistencia y baja elasticidad, etc.

Estas caractersticas se encuentran en el

grupo de los aceros herramienta, por lo

tanto la comparativa de materiales

propuestos para la pieza son: el acero


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AISI 01, el AISI A2, AISI D2, y el acero

AISI S7. Esta comparativa se hizo

utilizando las propiedades brindadas por

las fichas tcnicas de la empresa

Servicio Industrial, S.A.

De la seleccin de materiales se eligi el

acero AISI A2 debido a que de los

materiales anteriores fue el ms

apropiado para usar ya que todos tienen

una dureza de aproximadamente 60

HRC la cual es alta; y apta para la pieza;

la resistencia tensin y en compresin de

los materiales tambin fue muy similar

entre todos por lo que la eleccin radic

en el material que tuviera menos

coeficiente de expansin trmica, factor

muy importante en las herramientas deprecisin por lo que se procedi a elegir

el AISI A2.

6.2.1. Ventajas

Las ventajas al utilizar el acero AISI

A2 para esta pieza radican en:

La maquinabilidad es de un 50%

comparado con un acero tipo W1;

lo que hace posible la fabricacinde la pieza, ya que no es muy

baja; pero cuando est fabricada,

tampoco va a ser fcil que se

dae.

La pieza va a estar muy propensa

al desgaste por lo que es muy

importante su alta dureza y

resistencia al desgaste, las cuales

ambas son altas.

Su resistencia es una de las

mejores en comparacin conotros tipos de aceros

Su coeficiente de expansin

trmico es el ms bajo de los

materiales con los cuales se

realiz la comparacin por lo que

se mejora la precisin de la

herramienta terminada

Es susceptible a tratamientos

trmicos y tratamientos

superficiales, por lo que se puede

mejorar su resistencia al

desgaste.

6.2.2. Desventajas

Entre las desventajas de utilizar este

material se encuentran:

La temperatura de autenticacin

es menor que otros de los

materiales con los cuales se

compar, y esto puede causar

cambios estructurales si la pieza

sobrepasa los 955 C.

El costo del material es elevadodebido a que es un acero

herramienta.


6.3.1. Conformado

El acero AISI A2 est compuesto por

porcentajes de 1% de carbono, 0,3% de

silicio, 0,6% de manganeso, 5,30% de

cromo, 0, 2% de vanadio y 1,1% de

molibdeno por lo que la primera colada

se hace mediante la mezcla especifica

de estos elementos. Obtenido esto se le

realiza su respectivo revenido a la barra

de acero. Esta barra para se fabrca de 4

pulgadas de dimetro para poder hacer

el soporte.

6.3.2. Maquinado

Primeramente se corta la barra con un

esmeril para obtener un cilindro deltamao necesario

I. Torneado:

El segundo proceso consta de un

torneado en CNC( para aumentar la

precisin del equipo) en el cual se inicia

con un careado de la base del cilindro,


16/18

seguidamente se realiza un desbaste y

un torneado superficial para hacer la

forma del cono, la base pequea de la

pieza, y afinar la cara exterior del cilindro.

El penltimo paso que se realiza en el

torno es un trozado para llegar a una

altura cercana a la original de la pieza,

esto para darle vuelta y realizar el

careado de la otra base.

II. Fresado:

Despus de esto la pieza es montada

en una fresa CNC para realizarle el canal

que tiene en el centro (en esta ranura se

sujetan las piezas).

III. Taladrado:

Por ltimo se le realiza un proceso de

taladrado con el que se hacen los dos

agujeros paralelos que se hacen en

direccin transversal a la y van a ser

utilizados para meterlos tornillos que

sostienen la pieza.


Primeramente cuando fabrica la barra

por medio del proceso de colada la pieza

queda con tensiones internas, las cuales

hay que eliminar; adems de que hay

que hacer regenerar el grano para que el

proceso de maquinado sea ms sencillo.

Para esto realiza un recocido de

recristalizacin.

Cuando se finaliza con el proceso de

conformado y se tiene la pieza deseada,

sele realiza un tratamiento trmico de

temple con su respectivo revenido; estopara aumentar la dureza de la pieza y

eliminar las tenciones creadas en la

pieza producidas por el proceso de

maquinado.

Grafico 3 T. Trmico Recocido de Recistalizacin

Grafico 4 Temple

7. Placa superior e inferior

Corresponde a la placa superior e

inferior de la prensa angular de las

cuales se requerirn dos unidades de

cada una para el conjunto mecnico y a

continuacin se detallarn los pasos a

seguir para su correcta manufactura.


Para esa pieza se utilizar un acero

maquinaria de bajo contenido de carbono

que pueda ser utilizado en la fabricacin

de partes para maquinaria, que presente

facilidad de conformado y soldabilidad

En primer lugar se debe conseguir la

materia prima correspondiente que en

nuestro caso utilizaremos una barra

prismtica de acero bajo en carbono para

uso general (SAE 1020).

0200

400

600

800

1000

060

120

180

240

300

360

420

480

540

600

660

Temperatura

(C)

Tiempo (min)

0

200400

600

800

1000

1200

020

40

60

80

100

120

140

160

180

Temperatura(C)

Tiempo (min)


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Entre sus propiedades mecnicas se

encuentran:

7.1.1. Ventajas

Bajo Costo

Fcilmente soldable

Alta maquinabilidad

Alta tenacidad

Buena ductilidad

7.1.2. Desventajas

Baja resistencia a la tensin


7.2.1. Maquinado

Para conformar la pieza se comienza

haciendo un desbaste con una fresadora

para obtener una pieza rectangular con

las medidas necesarias para la placa.

Una vez que se tiene la placa en forma

rectangular, se procede a dar la forma

necesaria en el permetro de la misma,

para esto se utiliza en la fresadora una

velocidad de corte menor; se procede a

cambiar a una fresa redondeadora de

esquinas para eliminar el filo existente

entre la parte plana y el espesor de la

placa.


Primero se selecciona la temperatura

de templado de un diagrama hierro

carbono, en este caso al ser un 0,2% de

carbono se utiliza una temperatura de

aproximadamente 840 C.

Se procede a seleccionar el tiempo

dentro del horno, que va a depender de

la geometra y el espesor de la pieza, en

este caso se aproxima unos 20 min.

Luego de estar en el horno se

selecciona una velocidad y el medio de

enfriamiento, en este caso se puede

enfriar en agua, durante unos 30 min,

con el fin de llegar a una temperatura

ambiente.

Posterior al temple se realiza un

segundo tratamiento que es el de

revenido para aliviar las tensiones

producto del enfriamiento del temple; en

este caso se realiza el revenido bajo la

temperatura de 230 C y una vez

calentado se deja enfriar al aire, para que

no se tenga un enfriamiento brusco.

Grafico 5 Diagrama de tratamiento trmico

7.4. Acabados

En cuanto al acabado

correspondiente a la pieza #5 se

trabajar arduamente por controlar las

variaciones micro-geomtricas conocidas

como ondulacin y rugosidad en la

superficie ya que no existen superficies

perfectas.

Una vez identificada el valor y clase

de rugosidad respectiva se proceder a

aplicar la tcnica de rectificado plano

frontal sobre las superficies planas e

inclinadas que componen la pieza

aplicada a alta velocidad. Para controlarel acabado en los orificios se utilizar la

tcnica de honeado y con esto quedarn

las piezas con acabado bastante

aceptable de hasta 1 milipulgada, que

incluso se puede mejorar an ms

utilizando un superacabado que permite

dejar al descubierto la estructura


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cristalina del metal sano, obteniendo con

esto el mejor acabado posible en cuanto

a dimensiones y calidad superficial.

8. Bibliografa

Fundinox Chile. (s.f.). ASTMA536.Obtenido de www.fundinox.cl:

http://www.fundinox.cl/ASTM_A536.pdf

Fundinox Chile SA. (s.f.). FUNDICINGRIS. Obtenido de www.fundinox.cl:http://www.fundinox.cl/ASTM_A48.pdf

Fundinox ChileSA. (s.f.). ASTM A532.

Obtenido de www.fundinox.cl:http://www.fundinox.cl/ASTM_A532.pdf

Gerling, H. (2000). Alrededor de lasmquinas-herramienta. Barcelona:Reverte.

Hibbler, R. C. (2006). Mecnica demateriales.Mxico: Pearson Educacin.

Sumitec S.A. (s.f.). Acero HerramientaAISI D2. Recuperado el 25 de Mayo de2014, de

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/A

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Sumitec SA. (s.f.). Hierro Fundido.Obtenido de sumiteccr.com:

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/A

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Seleccion de Materiales de una Prensa Angular

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