Proceso tecnológico de maquinado para la elaboracion de una pieza tipo árbol

Resumen

El Proyecto de Ingeniería Mecánica 1 se
desarrolló en el taller de maquinado de la Fabrica
de Calderas de Sagua. En él se desarrolla el
proceso de fabricación de una pieza tipo árbol,
mediante proceso de maquinado, se desarrolla el análisis
funcional de este elemento, apoyado en el software Catadic. Se
elaboró el plano de la misma utilizando la herramienta de
diseño automatizado

SolidWorks. se seleccionan además, el material de
la pieza, el tratamiento térmico requerido, la
pieza en bruto y la secuencia de operación y
pasos tecnológicos, así como de las máquinas
herramientas, herramientas de corte e instrumentos de
medición necesarios para su
elaboración.También se establece el régimen
de corte para cada paso tecnológico, mediante el uso del
software CutData, realizándose además la
recomendación de las medidas de protección e
higiene necesarias para el trabajo en los talleres de maquinado,
tratamiento térmico y finalmente se hace una
valoración económica sobre el proceso de
fabricación de la pieza dada.

Abstract

The Project of Mechanical Engineering 1 were developed
in the shop of having schemed of it Manufactures it of Boilers of
Sagua. In him the process of production of a piece type tree is
developed, by means of process of having schemed, the functional
analysis of this element is developed, supported in the software
Catadic. The plane of the same one was elaborated using the tool
of automated design SolidWorks. They are also selected; the
material of the piece, the required thermal treatment, the rough
piece and the operation sequence and technological steps, as well
as of the machines tools, court tools and necessary mensuration
instruments. The court régime also settles down for each
technological step, by means of the use of the software CutData,
being also carried out the recommendation of the protection
measures and necessary hygiene for the work in the shops of
having schemed, thermal treatment and finally an economic
valuation is made on the process of production of the given
piece.

Introducción

Desde la antigüedad el hombre ha buscado sobrevivir
y tener una vida más placentera, por tal motivo se ha
visto en la necesidad de utilizar herramientas que le han ayudado
en el largo camino de la historia humana. El comienzo de la
utilización de las máquinas herramienta se remonta
siglos atrás cuando estas eran de un tamaño
considerable y se hacían funcionar con vapor de agua, por
lo que eran poco prácticos y las producciones bajas. Con
el desarrollo científico técnico alcanzado por la
humanidad y la automatización de los procesos industriales
en las últimas décadas, el hombre ha creado una
enorme gama de máquinas para hacer más productivo
su trabajo, en esferas tan importantes para la economía,
como lo son la fabricación y recuperación de
piezas. Todas tienen en común la utilización de una
herramienta de corte específica, su trabajo consiste en
dar forma a cualquier pieza o componente de máquina,
basándose en la técnica de arranque de virutas, u
otros procedimientos especiales. En este proyecto de curso se
profundiza sobre el uso de las mismas, aplicadas a una pieza en
concreto. De esta pieza se realiza la secuencia de maquinado,
llevando a cabo los conocimientos adquiridos en la
asignatura de Máquinas Herramienta recibida en el 3er
año de la carrera. Para la
estructuración del proyecto se tuvo en cuenta lo aprendido
en la asignatura de Metodología de la
Investigación, redactándose a
continuación.

Idea
inicial

Desarrollar la secuencia tecnológica de maquinado
para la construcción del árbol del sistema
alimentador de bagazo de una caldera. También se
realizará un análisis funcional y dimensional, se
seleccionará el material, tratamiento térmico, las
maquinas herramientas, las herramientas de corte y cálculo
del régimen de corte necesario para la construcción
de la pieza.

Planteamiento del
problema

¿Sera posible obtener una tecnología de
maquinado que se ajuste a las condiciones del taller manteniendo
la eficiencia y calidad de la pieza?

Objetivo
general

Determinar la secuencia tecnológica de maquinado
más eficiente y económica para la
construcción del eje alimentador de bagazo.

Objetivos
específicos

Aplicar los criterios obtenidos en la
asignatura procesos tecnológicos.

Adquirir conocimientos complementarios
sobre realización de secuencias tecnológicas de
maquinado para piezas de revolución.

Aplicar las normas nacionales e
internacionales para escoger aceros.

Aplicar criterios económicos
necesarios para construcción de piezas.

Profundizar en la utilización de las
nuevas tecnologías de maquinado.

Justificación

Es necesario desarrollar las tecnologías de
maquinado económicas para aumentar la calidad de las
piezas para aumentar las exportaciones y con esto ayudar al
país.

Viabilidad

Este trabajo es viable ya que para su desarrollo existe
una excelente bibliografía, así como todas las
condiciones necesarias para realizar una excelente
revisión de información. Además para este
trabajo me preparan un conjunte de profesores que están
listos para aclararme cualquier duda que me pueda surgir durante
la realización del mismo.

Consecuencias y
repercusiones.

La elaboración de este proyecto trae como
consecuencia que se construya esta pieza con un mayor ahorro de
recursos que esto repercute directamente en le economía
del país.

Hipótesis

Conociendo bien las condiciones de trabajo del
árbol, podemos escoger el material adecuado más
económico para su construcción, seleccionar el
tratamiento térmico correctamente y con esto desarrollar
la secuencia tecnológica de maquinado más
eficiente.

Tareas

Realizar una revisión
bibliográfica para obtener los aspectos
teóricos

Hacer un análisis funcional de la
pieza a elaborar. Hacer un análisis dimensional de la
pieza.

Elaborar el plano de la pieza.

Seleccionar el material con que se va
elaborar.

Seleccionar el tratamiento térmico
que se aplicará.

Desarrollar un régimen do corte
vinculado a las condiciones del taller de maquinado donde se
elaborará la pieza.

Seleccionar las dimensiones de la pieza en
bruto.

CAPÍTULO I.

CARACTERIZACIÓN DE LA FABRICA Y SU
TALLER DE MAQUINADO FABRICA

La Fábrica de Calderas "Jesús
Menéndez" fue concebida desde sus inicios en
colaboración con la extinta URSS, país que le
facilitó su equipamiento y el adiestramiento de su
personal y fundada oficialmente en el año 1981. La
misión de esta empresa en aquel momento fue fabricar
calderas acuotubulares de mediana y pequeña potencia para
los centrales azucareros del país, así como otros
componentes para el área termoenergética de los
mismos, constituyendo por lo tanto, los centrales del
país, su principal y casi único cliente. La
estructura organizativa de la entidad se muestra en el Anexo
1.

Sector a que pertenece: Industria

Rama: Industria de la Construcción de
Máquinas no Eléctricas

Subrama: Reparación y mantenimiento de
equipos y maquinarias para la agricultura.

Organismo Superior Administrativo: Ministerio
del Azúcar.

Organismo Rector de la Actividad: Ministerio
del Azúcar.

Para el desarrollo de todas sus funciones cuenta con una
fuerza de trabajo de 325 trabajadores, desglosados en las
diferentes categorías ocupacionales y nivel de escolaridad
que se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Desglose de la fuerza de trabajo
atendiendo a la categoría ocupacional y al nivel de
escolaridad

Fuente: Elaboración propia a
partir de la documentación económica informativa de
la empresa

Principales Clientes:

En Cuba:

Dentro del sector azucarero:

o Empresas Azucareras y Mieleras que
aún se encuentran activas.

o Refinerías de azúcar
crudo.

o Destilerías y fábricas de
ron.

o Fábricas de levadura, torula y
mieles deshidratadas.

o Otras instalaciones productoras de
derivados de la caña.

o Otras empresas de apoyo

Fuera del sector azucarero:

o Termoeléctricas.

o Fábricas de Cemento

o Empresas de Productos
Lácteos

o Cervecerías

o Refinerías de Petróleo. o Instalaciones
hoteleras. Fuera de Cuba:

– Sector azucarero y agrario de países como
Venezuela, Bolivia, México, Jamaica, Guyana, Guadalupe,
Haití, Honduras, Nicaragua y República Dominicana
entre otros, sobre todo los integrados al Proyecto ALBA de
desarrollo.

Competencia

Las características de las
producciones y servicios que ofrece la entidad sagüera le
dan realmente una supremacía y carácter
único sobre todo dentro del país por cuanto es la
única fábrica de calderas que existe en Cuba y en
todo el Caribe insular. No obstante, se puede afirmar que dentro
del país existen algunas entidades que parcialmente pueden
asumir algunas de sus producciones y de alguna manera convertirse
en competidores, estas son:

En Cuba:

o Empresa de Mantenimiento a Centrales Eléctricas
(EMCE) perteneciente al MINBAS.

o Empresa de Mantenimiento a Calderas (ALASTOR)
perteneciente al SIME.

o Empresa de Mantenimiento al Turismo (EMPRESTUR)
perteneciente al MINTUR.

o Empresa Planta Mecánica
perteneciente al SIME. En el exterior:

o Fábrica de Calderas LEÓN,
México

o Fábrica de Calderas acuotubulares
DENINI-SANTINI, Brasil

o Fábrica de Calderas DISTRAL TÉRMICA,
Colombia

o Fábrica de Calderas RETOR,
México

o Fábrica de Calderas pirotubulares ARAUTERM,
Brasil

TALLER

El taller se caracteriza por realizar
diferentes procesos todos destinados a la construcción de
componentes necesarios para la construcción de calderas y
destinadas a las reparaciones de las máquinas
de taller.

Procesos

Manuales: Dentro de estos se encuentra la
reparación de agregados.

Mecánico Manuales: Fabricación de
conjuntos y partes para la reparación de máquinas
herramientas

Mecánico: Fabricación de piezas por el
método de maquinado

Máquinas herramientas del taller de maquinado
de la fábrica de Calderas Jesús Menéndez
de Sagua la Grande

Tornos

Fresadoras

Taladradoras

Amoladoras

Grúas

Rectificadoras

Mortajadoras

Mandriladora

Seguetas

Chaflanadora

CAPÍTULO II:

Proceso
tecnológico de maquinado.

2.1. – Secuencia de
maquinado.

2.1.1 – Descripción de la
pieza.

Esta pieza consta de 8 escalones, esta
presenta 2 roscas, 2 ranuras ,4 chaveteros y 9 biseles. Su
dimensión máxima es de 318 mm y la mínima de
18, con una longitud total de 945 mm.

2.1.2 – Análisis funcional de la
pieza.

La pieza a elaborar es un árbol perteneciente al
sistema alimentador de bagazo de una caldera de vapor, el cual
está formado por 8 escalones que presentan chaveteros en
las que se desplazan los engranajes, el cual no ha sido
diseñado para transmitir elevadas potencias.

El árbol trabaja en un ambiente
cerrado y con lubricación en los cojinetes. Está
sometido fundamentalmente a cargas de flexión
y torsión. En 2 de sus escalones van montados
rodamientos.

2.1.3 – Análisis dimensional de
la pieza.

Escalones de diámetro 75 mm
(rodamientos)

Según las recomendaciones que se dan en la
hipermedia del sitio web del proyecto, se selecciona un ajuste
indeterminado H7/k6 para este diámetro, donde va acoplada
la pista interior de un rodamiento de bolas, cargado
circularmente, con un régimen de trabajo de carga elevada
y con una precisión clase P6.

Los ajustes H7/k6 se utilizan para los acoplamientos
donde prácticamente no aparece ningún juego, es
decir en piezas que se desmontan con muy poca
frecuencia.

Los ajustes indeterminados se aplican
ampliamente para lograr uniones inmóviles, son muy exactos
y tienen la aplicación en los grados de tolerancia de 4
hasta 7 y en la mayoría de los casos se utilizan
en las zonas de los ejes que acoplan con las pistas
interiores de los rodamientos.

Escalón de diámetro 77
mm (chavetero)

Escalón de diámetro
74.5mm (chavetero)

Escalones de diámetros 73 y
76

§ Estos escalones son libres, por
tanto no se realiza su análisis dimensional.

Escalones de diámetro
70(Rosca)

§ En estos escalones están
presente roscas, por tanto no se realiza su análisis
dimensional.

2.1.4- Elaboración del plano de
la pieza

2.1.5- Selección del material de
la pieza

La selección del material de la
pieza se realizó según NC 10-54:84, utilizando como
referencia la Selección de Aceros y sus
Laminados´

Para realizar este paso se tuvo en cuenta
las exigencias y condiciones de trabajo a las que va a estar
sometida la pieza, las propiedades tecnológicas que se
requieren garantizar, sus dimensiones, tipo de
tratamiento térmico a aplicar y la disponibilidad del
material en cuestión.

Se escogió para su
elaboración el acero 1045 [1045 según
nomenclatura AISI], el cual es un acero de contenido medio de
carbono.

Tabla 2.2- Composición
química del acero 1045

2.1.5.1- Propiedades mecánicas
del acero 1045

2.1.6- Selección de la pieza en
bruto

Teniendo en cuenta que el diámetro
mayor de la pieza a elaborar que es de 77 mm y el diámetro
superior más próximo a esta dimensión que se
comercializa del acero seleccionado, es de 80 mm, se
escoge el siguiente material de partida:

Barra Redonda Lisa de Acero del grado 1045,
Laminado en caliente, con las siguientes dimensiones:

ü Diámetro: 80 mm

ü Longitud: 945 mm [La cual lleva
implícito un margen de 6mm por encima de la longitud total
de la pieza terminada (951 mm)].

2.1.7- Selección de la secuencia
de operación y pasos tecnológicos.

Para clasificar la pieza según la
relación de su longitud con el diámetro del husillo
del torno donde va a ser elaborada, se parte de los siguientes
datos:

Ø Longitud de la pieza [lp]=951
mm

Ø Diámetro del agujero del
husillo (Torno 16 K20)[dh]=63mm

Determinando la relación se
tiene:

Como la relación (longitud de la pieza) /
(diámetro del agujero del husillo) > 4 entonces la
pieza se considera larga y no cabe por el agujero del husillo del
torno seleccionado pues la pieza tiene F80mm de diámetro
en bruto y el torno tiene 63mm de agujero del husillo.

Como otros aspectos importantes que se deben tener en
cuenta para establecer la secuencia de operación, se
tienen:

ü El mejor acabado superficial que se
debe garantizar durante la elaboración de la pieza
es

Ra=1.6

ü El mayor grado de precisión a
lograr será según IT 7.

ü La pieza requiere tratamiento
térmico.

2.1.8- Selección de las
máquinas herramientas por operación y sus
accesorios.

2.1.8.1- Cortado de la pieza en
bruto

Para el corte de la pieza en bruto se
utiliza una Segueta Mecánica Modelo 872A

2.1.8.2- Selección del
Torno

Para el torneado se selecciona un Torno
paralelo 16K20, el cual posee las propiedades necesarias y es
ideal para la elaboración de piezas tipo
árbol.

Parámetros fundamentales del
Torno

§ Altura del centro sobre bancada:
215mm

§ Distancia entre puntos: Hasta
2000mm

§ Potencia del motor [Nm]:
10kW

§ Rendimiento del torno [?]:
0,75

§ Frecuencia de rotación del
husillo [rpm]:

12,5/16/20/25/31,5/40/50/63/80/100/125/160/200/250/315/400/500/630/800/1000/1250/1600.

§ Avance longitudinal
[mm/rev]:

0,05/0,06/0,075/0,09/0,1/0,125/0,15/0,175/0,2/0,25/0,3/0,35/0,4/0,5/0,6/0,7/0,8/1/1,2/1,
4/1,6/2/2,4/2,8

§ Avance transversal
[mm/rev]:

0,025/0,03/0,0375/0,045/0,05/0,0625/0,075/0,0875/0,1/0,125/0,15/0,175/0,2/0,25/0,3/0,
35/0,4/0,5/0,6/0,7/0,8/1/1,2/1,4.

§ Máxima fuerza de corte axial
admisible para el mecanismo de avance Px=600kgf

Accesorios

Los accesorios que se requieren utilizar
para el proceso de torneado de la pieza a elaborar, son los
siguientes:

Plato auto entrante de 3 garras

Punto móvil

Perro de arrastre

Mandril porta-broca

2.1.8.3 – Selección de la
Fresadora.

Para la realización del fresado de los detalles
constructivos de la pieza, que requieren de esta
operación, se escogió la Fresadora de modelo 6P-81.
La cual es capaz de realizar los siguientes pasos
tecnológicos:

• La elaboración de superficies
planas.

• El tallado de chaveteros y ranuras en
general.

• La elaboración de superficies de forma
(por copiado con una fresa de forma).

• El tallado de ruedas de dientes rectos y
helicoidales y estrías.

Accesorios

Los accesorios que se requieren utilizar
para el proceso de Fresado de la pieza a elaborar, son los
siguientes:

Cabezal divisor

Cabezal móvil [Contrapunta] Perro de
arrastre

2.1.8.4- Selección de la
Rectificadora

El rectificado de los escalones de la pieza
que así lo requieren, se realizarán con el empleo
de una

Rectificadora de piezas cilíndricas,
Modelo 2P531, fabricada en la antigua URSS.

Accesorios

Punto fijo

Perro de arrastre

2.1.9- Selección de las
herramientas de corte, dispositivos universales e instrumentos de
medición.

2.1.9.1- Herramientas de corte a
utilizar en las diferentes operaciones.

Para el
torneado:

• [T1] Cuchilla de cilindrar de
carburo cementado 450.90 0

• [T2] Cuchilla de escalones
ángulo de precisión

• [T3] Cuchilla de ranurar

• [T4] Broca de centrar F 4mm de acero
rápido.

Para el Fresado:

Ø [F1] Fresa de Espiga de
20×6.

Ø [F2] Fresa de Espiga de
24×2.

Para el
Rectificado:

Ø [R1] Muela abrasiva recta
diámetro 300X40X40, de corindón puro.

2.1.9.2- Instrumentos de medición
a utilizar:

Ø [M1] Micrómetro para
exteriores 75-100mm

Ø [M2] Regla metálica 0-1000
mm

Ø [M3] Pie de rey de
0-120mm

2.1.9.3- Dispositivos universales que se
requieren:

[D1] Plato autocentrante de 3
garras

[D2] Punto giratorio

[D3] Punto fijo

[D4] Perro de arrastre

[D5] Cabezal divisor

[D6] Cabezal móvil [Contrapunta]
[D7] Mandril porta-broca

[D8] Luneta fija

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