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DDIISSEEOODDEEUUNNAAMMQQUUIINNAATTOORRSSIIOONNAADDOORRAA

DIEGO MAURICIO ORDOEZCARLOS FELIPE MORENO

UNIVERSIDAD TECLOL GICA DE PEREIRA

FACULTAD DE TECNOLOGAS

INGENIERA EN MECATRNICA

PEREIRA

2013

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DDIISSEEOODDEEUUNNAAMMQQUUIINNAATTOORRSSIIOONNAADDOORRAA

TRABAJO DE GRADO

PARA OPTAR AL TTULO DE TECNLOGO EN MECATRNICA

UNIVERSIDAD TECLOL GICA DE PEREIRA

FACULTAD DE TECNOLOGAS

INGENIERA EN MECATRNICA

PEREIRA

2013

DIRECTORHERNN ALBERTO QUINTERO

LICENCIADO EN ELECTRICIDAD Y ELECTRNICA

DIEGO MAURICIO ORDOEZCARLOS FELIPE MORENO

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DEDICATORIA

Agradezco a Dios por ser mi punto de apoyo, la esperanza que nos mueve y lafelicidad que nos da al lograr nuestras metas.

A mi esposa y a mis dos hijos por el nimo, el apoyo, la comprensin y lapaciencia.

Diego Mauricio Ordoez

Por encima de todo le doy gracias a Dios por darme una madre que me ha

acompaado en todos mis procesos acadmicos y a un hermano como sentido devida, quienes me dan fuerza da a da para superarme como profesional y comopersona.

Carlos Felipe Moreno Crdenas

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Tecnolgica de Pereira por su receptividad y apoyo, que nospermiti una verdadera formacin integral con capacidad para formularpropuestas de innovacin tecnolgica.

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Contenido

INTRODUCCIN ..................................................................................................... 8

1. TTULO.............................................................................................................. 92. DEFINICIN DEL PROBLEMA ....................................................................... 10

2.1 DESCRIPCIN ................................................................................................ 10

2.2 FORMULACIN .............................................................................................. 10

2.3 SISTEMATIZACIN ........................................................................................ 10

3. JUSTIFICACIN ................................................................................................ 11

4. OBJETIVOS ....................................................................................................... 12

3.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 12

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................... 125. MARCO REFERENCIAL.................................................................................... 13

5.1 MARCO HISTRICO ....................................................................................... 13

5.3 MARCO TERICO CONCEPTUAL ................................................................. 14

5.3.1 TORSIONADORAS DE OPERACIN MANUAL .......................................... 14

5.3.2 DOBLADORA MANUAL................................................................................ 15

5.3.3 TORSIONADORA AUTOMTICA ................................................................ 16

5.3.4 DISEO DE LA MQUINA TORSIONADORA ............................................. 16

5.3.4.1 ESTRUCTURA DE LA MQUINA PROPUESTA ...................................... 165.3.4.2 SOFTWARE DE DISEO .......................................................................... 17

5.3.4.3 CIRCUITO ELCTRICO ............................................................................ 17

5.3.4.4 CONTADOR DE BACHES ......................................................................... 17

5.3.4.5 MOTOR-REDUCTOR ................................................................................ 18

6. DISEO METODOLGICO ............................................................................... 19

7. DESARROLLO DE LA SOLUCIN ................................................................... 20

7.1 DESCRIPCIN GENERAL DE LA MQUINA ................................................. 20

7.1.1 Propiedades del material .............................................................................. 21

7.2 COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MQUINA ....................................... 22

7.2.1 Cabezal y eje de torsin................................................................................ 22

7.2.2 Base mvil de fijacin. .................................................................................. 22

7.3 Clculos para conseguir el torque necesario para torsionar el material. .......... 22

7.4 Clculos para encontrar la potencia de motor. ................................................. 26

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7.5 Calculo del motor-reductor ............................................................................... 26

7.4.2 Relacin de rpm salida reductor a eje conducido mquina. .......................... 27

7.5 Diseo de transmisin de cadenas. ................................................................. 28

7.6 Seleccin de los rodamientos. ......................................................................... 307.7 DISEO DE LA MQUINA EN SOLIDWORKS ............................................... 31

7.9 CIRCUITO ELCTRICO. ................................................................................. 33

7.9.1 COMPONENTES ELCTRICOS .................................................................. 34

8. RESULTADOS Y DISCUSIONES ...................................................................... 35

9. CONCLUSIONES .............................................................................................. 37

10. RECOMENDACIONES .................................................................................... 37

11. BIBLIOGRAFA. ............................................................................................... 38

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Adornos tpicos para herrera y herrero tradicional13Figura 2.Dobladora Disme Tris.14Figura 3. Dobladora Disma-Mex (importada)...15Figura 4. Conformadora de espirales, torcedora de barras y conformadoras deanillos Metal Craft..15 Figura 5. Torsionadora MT 500A NARGESA...16Figura 6. Motor-reductor monobloque...18Figura 7. Barra cuadrada simulada en Solidworks para 30 cm.....24Figura 8. Barra cuadrada simulada en Solidworks para 60m....19Figura 9. Barra cuadrada simulada en Solidworks para 1.2m ..25Figura 10.Especificaciones de mayado para la varilla ...25Figura 11.Chumacera NTN...............................................................25Figura 12.Diseo en Solidworks de la maquina torsionadora........................31Figura13. Dibujo en Solidworks con vistas frontal, lateral, superior y en 3D32Figura 14 cabezal y eje de torsin diseado en Solidworks. ....32Figura 15 Base mvil de fijacin sobre el par de ejes paralelos diseado en

Solidworks.32 Figura 16. Circuito elctrico ....33Figura 17. Conmutador dos posiciones....34Figura 18. Pulsador de emergencia......34Figura 19. Pulsador Reset..34Figura 20. Contador de Baches.34Figura 21. Contactor. .............................................................34

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Figura 22. Rel trmico....................34Figura 23. Sensor inductivo....34

LISTA DE TABLAS.Tabla 1.Propiedades mecnicas del material.............................................. 22Tabla 2. Coeficientes para barras rectangulares en torsin..................................23Tabla 3. Tamaos de cadenas de rodillos.........................28

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INTRODUCCIN

El torsionado es un mtodo que consiste en aplicar el par de torsin en forma

circular a los perfiles o platinas de acero de bajo carbn y Para la obtencin delconformado de perfiles en hierro en el sector de la ornamentacin,Independientemente de las tcnicas tradicionales para trabajar el hierro basadosen el calentamiento del material en fraguas u hornos para su posteriorconformado, existen en la actualidad varios sistemas que permiten la deformacindel hierro sin tener que recurrir al calentamiento previo.

Los podemos agrupar en dos tipos generales: Manuales y Mecnicos.

En el primero el funcionamiento se basa en un sistema de enrollado manualaccionado mediante una palanca que permite la deformacin de barras de hierrosobre una matriz fijada a una bancada.

En el segundo caso los mtodos de torsin combinan sistemas mecnicos ehidrulicos, controlados mediante automatismos, que permiten la deformacin delhierro mediante torsin y/o conformado mediante la accin de una prensahidrulica.

La ejecucin de este proyecto se fundament en el diseo de una mquinabasada en el conformado de perfiles y platinas de hierro, a partir de un mecanismoelectro-mecnico semiautomtico, para dar determinadas formas como espirales ycurvas a dichas barras de hierro forjado o incluso para la combinacin de algunasde estas tcnicas de ornamentacin.

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1. TTULO

DISEO DE UNA MAQUINA TORSIONADORA

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2. DEFINICIN DEL PROBLEMA

2.1 DESCRIPCINEn la actualidad para la realizacin de la torsin y flexin del hierro en laornamentacin, las mquinas de operacin manual incluyen brazos de palancalargos que se adaptan a los ejes de los dados, tienen como limitacin elconformado del hierro de espesores mayores a pulgada, debido a que lafuerza del operario no es la suficiente para realizar la torsin de estos perfilesgruesos, esto provoca la lentitud en el avance de los giros, la discontinuidad demovimiento, piezas de un mismo tipo con diferentes tamaos y la necesidad desometer a tratamientos trmicos las barras de hierro.Desde el punto de vista de los sistemas mecnicos e hidrulicos necesitan deunas instalaciones especiales y un amplio espacio donde instalar los distintoscomponentes como la unidad de torsin, la prensa hidrulica, entre otros. Ademsde una inversin considerablemente alta como seria la adecuacin y los elementosrobustos que lo componen que lo hace poco atractivo al alcance econmico de lamayora de pequeos talleres de ornamentacin, su arduo mantenimiento ycomplejo manejo necesita de unos conocimientos dispendiosos por parte deloperario.Se requiere entonces de un mecanismo que brinde un avance en el proceso detorsin y flexin del hierro, adems que est al alcance de los pequeos talleresde ornamentacin.

2.2 FORMULACIN

Cmo sera el diseo de una mquina que mejore el proceso de torsin y flexinde perfiles en hierro hasta un dimetro efectivo de una pulgada?

2.3 SISTEMATIZACIN

Cul sera el diseo de la estructura de la mquina, que pueda garantizarfiabilidad, estabilidad y seguridad en el proceso de torsin y flexin de perfiles enhierro?Cul es la seleccin de componentes elctricos y mecnicos adecuados para la

realizacin de dicho mecanismo?En qu medida la automatizacin de los procesos de torsin y flexin de perfilesen hierro hasta de una pulgada influyen en el mejoramiento de seguridad, calidady aumento de la produccin?De qu manera se puede garantizar la seguridad y la prevencin de riesgo deaccidente del operario?

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3. JUSTIFICACIN

En el campo de la ornamentacin, existe un aspecto muy importante en el proceso

de manufactura que se le hace al acero de bajo carbn, este proceso se denominatorsin, este es un mtodo que consiste en aplicar el par de torsin en formacircular a los perfiles o platinas.El proyecto consiste en disear una mquina con un sistema electro-mecnico queaporta ventajas de torsin para barras de acero de bajo carbn hasta un dimetroefectivo de 1 pulgada, consiguiendo con este proyecto, agilizar los tiempos delproceso, el aumento de produccin y algo muy importante que es garantizarle unproceso seguro al operario.En cuanto a la realizacin en el proceso de torsin y flexin de perfiles de hierrofrente a los procedimientos tradicionales practicados en los talleres de loscerrajeros o forjadores dedicados a la ornamentacin, hay que tener en cuenta lalimitacin de recursos para inversin con los que cuentan estas microempresas.

Haciendo un estudio en varios de los talleres de ornamentacin de la regin, sepudieron determinar innumerables inconvenientes que presentan losprocedimientos artesanales para realizar la torsin del hierro, quizs el mspopular se realiza fijando un extremo del perfil en un tornillo de una bancada y enel otro extremo se hace la torsin dando vueltas con una palanca accionadamanualmente por una persona, con la desventaja de obtener productos nouniformes, baja produccin e incurriendo negativamente en la salud de losoperarios.

El desarrollo propuesto contiene una estructura que permite un proceso semi-automtico de torsin y una fcil manipulacin y ubicacin del material,disminuyendo los esfuerzos y riesgos fsicos de los operarios. Adems es unavance tecnolgico para pequeos y medianos artesanos, talleres deornamentacin y herrera, que disponen de limitada mano de obra y/o requierenmejorar su proceso productivo para aumentar su competitividad; mejorando lacalidad de sus productos terminados, aumentando la capacidad de produccin ypor lo tanto sus ingresos.

Se requiere mejorar dicho proceso implementando un mecanismo electro-mecnico que realice el movimiento rotativo necesario para aplicar un par detorsin a los perfiles de hierro, facilitando as la deformacin del material,permitiendo la fabricacin de distintas formas de las barras de hierro laminado condimetro efectivo hasta de 1 pulgada, en un solo procedimiento y sin la necesidadde calentamiento previo.

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4. OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

- Disear una mquina que permita el proceso de torsin de perfiles en hierrocon dimetro efectivo hasta una pulgada.-

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS- Realizar los respectivos planos de la estructura metlica y piezas que

forman parte del diseo.

- Realizar el circuito elctrico.

- Seleccionar los materiales adecuados para la maquina segn lanormatividad vigente.

- Seleccionar los componentes que garanticen la seguridad del operario ycumplan con las normas vigentes establecidas.

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5. MARCO REFERENCIALEl desarrollo del diseo de la maquina torsionadora se har en el departamento deRisaralda en la ciudad de Pereira, contando con las salas de cmputo de lasinstalaciones de la Universidad Tecnolgica de Pereira y el laboratorio de meca

trnica en Parquesoft.5.1 MARCO HISTRICO

Los antecedentes en trabajos decorativos con hierro se remontan a la edad delhierro a travs de la forja. Esta tcnica consiste en el calentamiento de las piezasy su conformado a golpes de martillos, se utilizo ampliamente para construirpuertas, barandales, balcones, muebles y objetos ornamentales, donde se puedendistinguir barras retorcidas, espirales, anillos, pias, conchas y otras figuras.En la edad media era cada vez mayor la demanda de aplicaciones de hierro sobretodo armas y armaduras debido a las continuas guerras, tanto fue as queempezaron a surgir especialistas que conseguan mayor precisin y calidad.

Algunos en la construccin de armas, otros en rejas, soportes y elementos deapoyo a la construccin, herrajes para animales, carruajes, etc.El oficio de forjador, fue evolucionando hasta el inicio de la revolucin industrial,donde empez a requerir mayor produccin con menor costo. Esto produjo quealgunos talleres cambiaran su sistema de trabajo para adaptarse a unasnecesidades menos artesanales, otros sin embargo, siguieron fieles a las tcnicastradicionales.Discpulos de los discpulos de los que no cambiaron sus tcnicas son los que hanllegado hasta nuestros das.El proceso de conformado en caliente o forjado del hierro casi desaparece a lallegada del modernismo, y surge el conformado en frio, ahora la industria modernaofrece productos en serie de bajo costo y de gran similitud al forjado, utilizandoaceros comerciales de bajo contenido de carbono, dctiles y muy maleables. Estoha facilitado el trabajo del herrero moderno, quien de forma manual, mecanizada oautomatizada conforma en frio o en algunos casos calentando el material.

Fuente: soming.org.mx./articulo2010/memorias/memorias2009

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5.2 MARCO CONTEXTUAL

El desarrollo del diseo de la maquina torsionadora se har en el departamento deRisaralda en la ciudad de Pereira, contando con las salas de cmputo de las

instalaciones de la Universidad Tecnolgica de Pereira y el laboratorio demecatrnica en Parquesoft.

5.3 MARCO TERICO CONCEPTUAL

5.3.1 TORSIONADORAS DE OPERACIN MANUAL

En las figuras 2, 3, 4 observamos algunas de las maquinas manuales tradicionalesque an son utilizadas en los talleres de ornamentacin las cuales son accionadasmediante una palanca

Para Plegar hierro, curva hierro, curva espirales y curva tubo.

Fig. 2. Dobladora Disme Tris

Fuente: www.m31.net/ferro/metal/forja/dismatris.htm

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5.3.2 DOBLADORA MANUAL

Fig. 3. Dobladora Disma-Mex (importada)Fuente: soming.org.mx./articulo2010/memorias/memorias2009/a1-12pdf

Fig. 4. Conformadora de espirales, torcedora de barras y conformadoras de anillos Metal CraftFuente: soming.org.mx./articulo2010/memorias/memorias2009

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5.3.3 TORSIONADORA AUTOMTICA

En la figura 5 observamos una torsionadora automtica con consola digitalfabricada en Espaa de alto costo por su diseo y pas de procedencia.

La Torsionadora de forja MT 500A NARGESA. Patentada por Prada Nargesadesde hace unos aos los convierte en punteros en la fabricacin en este tipo demquinas. Est fabricada en un mono- bloque de acero soldado y mecanizado.

Fig. 5. Torsionadora MT 500A NARGESA Fuente:www.nargesa.com

5.3.4 DISEO DE LA MQUINA TORSIONADORA

Este proyecto se enfoca en hacer un diseo grfico del modelo estructurado,

hacer uso de un contador de baches y disear su respectivo sistema elctrico parala parte de control y potencia, calcular el motor-reductor con su capacidad defuerza y relacin de velocidad necesaria para dicha torsin.

5.3.4.1 ESTRUCTURA DE LA MQUINA PROPUESTA

La mquina propuesta tiene una bancada que es una estructura slida parasostener los componentes, un cabezal para deformar los materiales, un soportemvil, dos largueros donde se desplaza el soporte mvil, bases metlicas queaseguran el motor reductor, el control elctrico y varios travesaos que aseguran

su rigidez.

http://www.nargesa.com/http://www.nargesa.com/http://www.nargesa.com/http://www.nargesa.com/

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5.3.4.2 SOFTWARE DE DISEO

Para la tarea del diseo grfico se cuenta con el diseo asistido por computador,Solidworks este es un software de diseo del cual la Universidad Tecnolgica de

Pereira tiene su respectiva licencia, adems hemos recibido capacitacin sobre sumanejo en el transcurso del programa acadmico.

El diseo asistido por computador (CAD) es una herramienta muy importante parael diseo de la mquina torsionadora, as como lo es en la industria. Sirve para elmejoramiento y desarrollo de productos con la ayuda de un computador, demanera que se pueden fabricar todas sus partes, mostrar figuras en terceradimensin con sus contornos. Las piezas de una mquina se pueden perfeccionarmediante las simulaciones en donde se pueden hacer pruebas para determinar lospuntos crticos que deben ser rediseados.

5.3.4.3 CIRCUITO ELCTRICOEl circuito elctrico cuenta con un breaker tripolar de proteccin de potenciacontra cortocircuitos, un breaker bipolar de proteccin de control contracortocircuito, dos contactores para inversin de giro y un rel trmico para laproteccin del motor cuando haya una sobre carga. Adicional tiene unInterruptorde inicio, un pulsador de emergencia que detendr inmediatamente la mquina,dos pulsadores para el sentido de giro y un conmutador de seleccin manual oautomtico; tambin hacen parte esencial del circuito propuesto.

5.3.4.4 CONTADOR DE BACHES

Para la medida de las vueltas de la torsin y apagado automtico se cuenta conun contador de baches.El contador nos permitir dar la medida en vueltas necesarias para la torsin decada una de las aplicaciones, al igual poder contar con un proceso automtico deapagado del motor cuando se ha cumplido con las vueltas necesarias de laaplicacin.

CONTADOR DE BACHES 6 Dgitos AUTONICDoble display. Pulsador tipo membrana. Preseleccin: Sencilla Reset: Frontal, remoto y automtico Funciones: 11 Cont. / 9 Temp. Conteo: Ascendente / Descendente Veloc: 1, 30cps 1, 5, 10Kcps Tiempo: 9 esc. 0,01seg. - 9.999Hr 59min. Alim. Sensor: 12VDC, 100mA NPN/PNP

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5.3.4.5 MOTOR-REDUCTOR

Los motor-reductores son apropiados para el accionamiento de toda clase demquinas y aparatos de uso industrial que necesitan reducir su velocidad en una

forma segura y eficiente, al utilizarlos se obtiene una serie de beneficios como:

- Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potenciatrasmitida.

- Una mayor eficiencia en la transmisin de la potencia suministrada por elmotor.

- Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje

Los motor-reductores se suministran normalmente acoplando a la unidadreductora un motor elctrico normalizado asincrnico tipo jaula de ardilla yrefrigerado por ventilador.

Para proteger elctricamente el motor es indispensable tener en cuenta en lainstalacin del motor- reductor una proteccin trmica que limite la intensidad decorriente para evitar una sobre carga.

Figura 6. Motor-reductor monobloque con piones helicoidales

Fuente: Catalogo Motor-reductores NORD

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6. DISEO METODOLGICO

Este proyecto se realizara por medio de la investigacin y la recopilacin de

informacin de mquinas torsionadoras existentes en el mercado que nos den lomejor de sus caractersticas para el diseo, mejorando lo encontrado hasta elmomento en los talleres de ornamentacin, centrndonos en el mejoramiento delas mquinas rudimentarias y manuales utilizadas en la regin, pero manteniendoun precio que est acorde con las necesidades y presupuesto del cliente final.

La ejecucin de este proyecto se va a llevar a cabo en cinco partes:

Primero se va a determinar el mtodo ms idneo para desarrollar el diseogrfico.

Segundo se determinara la seleccin de los materiales adecuados segnnormatividad existente.

Tercero se har el diseo grfico del sistema por medio del software de diseoseleccionado.

Cuarto se seleccionara el motor- reductor con el par de fuerza necesario para elconformado del material.

Quinto disear el circuito elctrico para el funcionamiento manual y automticoteniendo en cuenta las normas de seguridad contenidas en el RETIE

En este proyecto va a participar el Licenciado Hernn Alberto Quintero, seutilizaran las aulas de cmputo de la Universidad Tecnolgica de Pereira, las aulasy laboratorios de mecatrnica en parquesoft.

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7. DESARROLLO DE LA SOLUCIN

7.1 DESCRIPCIN GENERAL DE LA MQUINA

La mquina torsionadora est diseada bajo las ms exigentes normas de diseo,pensando en el desempeo y confiabilidad de su funcionamiento, servicio yeficiencia en el trabajo para el que fue diseada .

Est construida en un armazn metlico, el cual soporta el peso de los elementosde mquina que la componen. Este armazn est formado por secciones deperfiles rectangulares de (2in*2in de (3/16in)) de acero galvanizado y estar unidopor medio de la soldadura elctrica con electrodo 7018 que es muy buena por sucapacidad de adherirse haciendo una unin muy fuerte. Por otra parte la mquinacuenta con un par de chumaceras de pared con rodamientos de 2in de dimetro

interno las cuales permiten el movimiento de del eje del cabezal con total libertad.Los elementos que tiene sujetos a su estructura como el motor, el soporte de labase mvil de fijacin, estn unidas con tornillera UNC de rosca ordinaria devarios dimetros desde (7/16 in hasta 5/8in).

La eleccin de los materiales es bsicamente para la estructura y las matrices. Laestructura debe ser suficientemente rgida, para tal caso se elige perfiles de aceroSAE 1020 de 3/16 de espesor, estos perfiles son tuberas de seccin rectangular yngulos. Las matrices se obtienen mecanizando acero SAE 1020, luego seefecta cementado para mejorar la resistencia a la abrasin y corrosin.

Las partes que componen la estructura son diseados teniendo presente laresistencia mecnica y la rigidez, de acuerdo con el cdigo AISC las fuerzas queoriginan los esfuerzos en las partes de la mquina.

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7.1.1 PROPIEDADES DEL MATERIAL

ACERO ASI-SAE 1020:Acero de mayor fortaleza que el 1018 y menos fcil deconformar. Responde bien al trabajo en frio y al tratamiento trmico de

cementacin. La soldabilidad es adecuada. Por su alta tenacidad y bajaresistencia mecnica es adecuado para el diseo de maquinaria.

Normas involucradas: ASTM A 108

Propiedades mecnicas: Dureza 111 HBEsfuerzo de fluencia 205 MPa (29700PSI)Esfuerzo mximo 380MPa (55100 PSI)Elongacin 25%Reduccin de rea 50%Mdulo de elasticidad 205 GPa (29700 KSI)Maquinabilidad 72% (AISI 1212 = 100%)

Propiedades fsicas: Densidad 7.87 g/cm3 (0.284 lb/in3)

Propiedades qumicas: 0.180.23% C0.30 - 0.60% Mn0.04 % P mx.0.05 % S mx.

Tratamientos trmicos: Se puede cementar para aumentarle la resistencia al

desgaste y su dureza mientras que el ncleo se mantiene tenaz. Se puede recocera 870 grados C y su dureza puede alcanzar los 111HB, mientras alcanza los 131HB.

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7.2 COMPONENTES PRINCIPALES DE LA MQUINA

7.2.1 CABEZAL Y EJE DE TORSIN.El eje de torsin de la mquina est perforado y construido con acero 1020, de

propiedades mecnicas muy buenas requeridas para este trabajo, al estar soldadouna rueda que llamamos cabezal donde va la matriz que soporta el sistema de losdados los cuales tienen un calibre diferente para torsin de los elementos de perfilcuadrado que encajen en l hasta un dimetro efectivo de una pulgada. El ejeperforado se encuentra entre dos chumaceras y en su centro soporta un pin detransmisin.

7.2.2 BASE MVIL DE FIJACIN.

La base mvil de fijacin es la parte donde se soporta el material al cual se le va adar torsin y es el que me da la medida del tramo que se va a trabajar, este se fijaa la bancada y se sujeta con tornillera UNC de pulgada rosca ordinaria, en laparte superior de esta se encuentra un sistema de dados donde se encaja elmaterial hasta un dimetro efectivo de una pulgada.

7.3 CLCULOS PARA CONSEGUIR EL TORQUE NECESARIO PARATORSIONAR EL MATERIAL.

En esta seccin se calcularn las fuerzas y torque necesarios para vencer el lmiteplstico y elstico del material a ser sometido a una torsin.Se realiza la estimacin del torque necesario para deformar por torsin una barrarectangular de acero 1020

Tabla 1. Propiedades mecnicas del material.

Fuente:http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdf

http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdfhttp://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdfhttp://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdfhttp://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201020.pdf

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Se dice que para el Tyhoy un estimado que es (fluencia/2) de esta manera porla tabla 1.

Encontramos que.Ty= (fluencia /2) Ty= (235 Mpa)/2 Ty=117.5 Mpa

El esfuerzo de fluencia a cortante Tyes igual a un estimado que es (fluencia/2).

Utilizando las ecuaciones de torsin para elementos de seccin transversalcuadrada decimos. Los valores c1, a, b se encuentran en la tabla de loscoeficientes para barras rectangulares en torsin. (Tabla 3).

Tabla 2.coeficientes para barras rectangulares en torsin

a/b c1 c2

11.21.522.534510

0.2080.2190.2310.2460.2580.2670.2820.2910.231

0.333

0.14060.16610.19580.2290.2490.2630.2810.2910.312

0.0333

Fuente: Ferdinand P beer, E. R. (2004). MECNICA DE MATERIALES. McGraw-Hill.

Despejando el torque de

(13) Tmax= T/c1*a*b2

117.5Mpa=T/ (0.0208)*(25.2*10-3m)*(25.4*10-3m)2

T= 400.5N*mDe esta manera se encuentra el torque necesario para vencer el lmite de fluenciaa cortante del material y causar una deformacin. Se hacen unas simulacionespara varias longitudes con este valor terico y observamos su comportamiento(figuras).

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Figura 7. Barra cuadrada simulada en Solidworks para 30 cm

Figura 8. Barra cuadrada simulada en Solidworks para 60 cm

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Figura 9. Barra cuadrada simulada en Solidworks para 1.2 m

Figura 10. Especificaciones de mayado para la varilla

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7.4 CLCULOS PARA ENCONTRAR LA POTENCIA DE MOTOR.Para encontrar la potencia del motor se debe tener en cuenta las propiedades

mecnicas del material, consignados en la Tabla 1. Con el torque necesario parahacer torsin a la varilla de acero con bajo contenido de carbono procedemos acalcular la potencia del motor.

H=potencia.

T= Torque necesario para la torsin de la varilla cuadrada de 1 in^2

n= nmero de revoluciones por minuto rpm.

T = 9.55* H/n (a)

T= 400.5 Nm n= 30 r.p.m

Despejando H de la ecuacin (a) obtenemos la siguiente potencia.

H= 1.25 H.P

Multiplicando H por un factor de seguridad Fs=1.5

Usen el generador de formulas que est incluido en Word

Obtenemos una potencia de salida H= 1.87 Aproximadamente 2 H.P

7.5 CALCULO DEL MOTOR-REDUCTORLos datos necesarios para poder seleccionar correctamente el tamao del reductorsern los siguientes:

- Par necesario a soportar por el reductor, en daNm. en Kgm. o en sudefecto la potencia en CV o KW. La tendencia actual es usar comounidades de medida los Nm. (o daNm) y KW.

- Revoluciones a la entrada y la salida, y en su defecto la relacin dereduccin deseada.

- Factor de servicio,dependiendo el mismo de; caractersticas de trabajo dela mquina, del nmero de arranques por horas, del nmero de horas defuncionamiento diarias y de la vida total el mismo.

- Para saber las cargas a soportar por los ejes de salida y de entrada, debeconocerse como est conectado el reductor al motor y a la mquina.

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Las caractersticas del accionamiento son:

Motor: Elctrico asncrono monofsico. Potencia nominal Pn =2 H.P

Velocidad nominal entrada Ne = 1750 rpm

RECEPTOR: Par resistente medio Tr = 240 Nm, Velocidad de salida Ns= 20 rpm

Determinacin del Par resistente equivalente

Factor de servicio: Fs =1.5 (sobrecargas moderadas, entre 8-16 horas defuncionamiento,

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7.5 DISEO DE TRANSMISIN DE CADENAS.Tabla 3. Tamaos de cadenas de rodillos

Fuente: Shigley, J. E. (2002). DISEO EN INGENIERIA MACNICA. McGraw-Hill.

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Es necesario tener en cuenta los siguientes factores para disear una trasmisin.

1) Fatiga entre la maya exterior y la maya interior debido a las tensionesrepetitivas a la que es sometida.

2) Por el impacto causado en los rodillos debido al empalme con el pin grande opor que la cadena puede montarse en los dientes de dicho pin y al sertensionados impacta fuertemente.

3) La abrasin creada entre el perno y su buje en cada eslabn crea una especiede deformacin en el material que se va a manifestar en un mal funcionamiento yel rompimiento de la cadena.Teniendo en cuenta las variables como el paso, el tamao y la velocidad angulardel pin y siguiendo las indicaciones de lubricacin recomendadas por la casafabricante con base en las especificaciones anteriormente mencionadas y con surespectivo factor de servicio en este caso se estima que la transmisin cuenta conuna capacidad de unas 15000(h) de trabajo. Debido a que trabaja a una velocidadrelativamente baja y no se va trabajar en condiciones en las cuales sea forzadapues el material y su calibre estn especificados. Como en este caso la cadenaelegida fue una cadena sencilla su factor de servicio es 1.3 por ser impulsada porun motor elctrico. Sin embargo, se observaron las siguientes recomendaciones:1. La capacidad que se basa en la velocidad de la rueda menor son para unaduracin aproximada de 15000 horas aproximadamente.

2. Para una velocidad determinada, el aumento de los dientes de la Catarinaaumentara tambin su capacidad y mientras ms nmero de dientes tenga unatarima tambin as aumentara su dimetro, pero si se une una cadena de paso

pequeo en una Catarina grande, disminuye el ruido produciendo unfuncionamiento ms silencioso.

3. Para una Catarina con nmero de dientes determinado, la capacidad aumentaal aumentar la velocidad de la Catarina hasta cierto punto, luego comienza adecrecer, en las mquinas de velocidades bajos, lo cual podra ocasionar una fallaimpera la fatiga en los rodillos, el impacto sobre la Catarina porque cada cadenatiene un lmite de velocidad para trabajar.

4. La cadena escogida fue una cadena sencilla nmero 60 de acuerdo con la tablay se us un factor de servicio de 1.3 escogido de la tabla de factor de servicio.

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7.6 SELECCIN DE LOS RODAMIENTOS.Este es un elemento primordial en cualquier aplicacin de la ingeniera mecnica

y el diseo de mquinas por la funcin tan importante que cumplen, venciendo oreduciendo la friccin para permitir el movimiento y la transmisin a travs de l.

Para nuestra mquina se escogi el rodamiento temiendo en cuenta los siguientesfactores.

Dimetro del eje a usarse.Factor de carga dinmica.Horas de vida nominal del rodamiento.Horas deseadas de vida.Fuerza que soportara el rodamiento.Factor de la clase de rodamiento.Velocidad deseada.

Vida nominal en horas.

Chumaceras a utilizar en el diseo UCF308D1 NTN Especificaciones:

L=150J=112A2=23A1=17A=40N=19A0=56- B=52- S=19 - Dimetro Interno= 40mm

Figura 11.Chumasera NTN Fuente: Catalog de rodamientos y chumaceras NTN

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7.7 DISEO DE LA MQUINA EN SOLIDWORKS

Fig. 12. Diseo en Solidworks de la maquinatorsionadora Fuente: Autor

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Fig.13. Dibujo en Solidworks con vistas frontal, lateral, superior y en 3D. Fuente: Autor

Fig.14 cabezal y eje de torsin diseado en Solidworks. Fuente: Autor

Fig.15 Base mvil de fijacin sobre el par de ejes paralelos diseado en Solidworks. Fuente: Autor

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7.9 CIRCUITO ELCTRICO.

Figura 16. Circuito elctrico Fuente: Autor

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7.9.1 COMPONENTES ELCTRICOSTres conmutadores 2 posiciones (S0-S2-S3) (Figura 14)Un pulsador deemergencia (S1) (Figura 15)Un pulsador de RESET (Figura 16) Un contador deBaches (Figura 17.)Dos contactores (K1-K2)Un Rel trmico (Figura 19)

Un conmutador tres posiciones (Sc) (Figura 14.) Cableado lgico calibre #18 AWG- Cableado de potencia calibre # 12 AWG - Transformador de control 100W220V/24V- Sensor inductivo contador

Figura 17. Figura 18. Figura 19.

Figura 20. Figura 21. Figura 22.

Figura 23. Fuente: Catalogo Electricas Bogota

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8. RESULTADOS Y DISCUSIONES

El diseo de una mquina para la deformacin de hierro en fro mediante procesoselectromecnicos de torsin y enrollado permite la consecucin de formas

terminadas a partir de barras de hierro laminado, extruido o calibrado, y otrosmetales maleables con dimetro efectivo de una pulgada, de seccin redonda,cuadrada, rectangular o combinada, tanto macizas como tubulares. A diferencia delos sistemas manuales accionados segn el principio de la palanca, esta mquinaest provista de un motor elctrico, monofsico o trifsico. El motor, transmite elmovimiento a travs de un eje de traccin a un reductor que multiplica el par final,a la vez este hace una trasmisin con piones al eje final rotacional del cabezalque posibilita la deformacin del hierro mediante la ubicacin de distintos moldes omatrices en su alojamiento interior.El diseo desarrollado requiere un solo operario que a travs del intercambio dealgunos elementos en una estructura funcional nica, puede conformar barrastorcidas, pias, anillos y hacer dobleces. Este diseo es una opcin demejoramiento para pequeos y medianos artesanos herreros. Y en general paratodos los talleres de ornamentacin que disponen de poca mano de obra yrequieren mejorar su proceso productivo para la competencia.

Adems el diseo de la mquina para la deformacin de hierro en fro permitetrabajar por las dos caras del reductor ya que el alojamiento de la matriz espasante, lo cual permite llevar a cabo el torsionado en zonas intermedias de labarra a torsionar.Por otra parte el conjunto dispone de un cabezal de calibracin que permiteseleccionar con antelacin el nmero de vueltas a dar el cabezal reductor lo quepermite obtener una gran precisin en las operaciones, pudiendo obtener seriesde piezas idnticas.Este conjunto electromecnico se sita en una bancada en la que se dispone unrodillo-gua sobre el que apoya el material en el modo de enrollado y una lunetamvil alineada que soporta la reaccin del material en el modo de torsin. Elaccionamiento de la mquina se realiza a travs de un cuadro de mandos o panelde control automtico con un interruptor de inicio, dos pulsadores que posibilitan elmovimiento en ambos sentidos de giro, un contador de vueltas, un selector defuncin manual o automtico y con un botn de parada de emergencia segn serecomienda en la normativa de seguridad.

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La sencillez del mecanismo y su puesta en marcha son evidentes ya que elmovimiento se produce slo cuando se acciona el pulsador correspondiente, sintener que realizar esfuerzo fsico alguno por parte del manipulador.

Respecto a los sistemas mecnicos mencionados en el presente diseo secaracteriza por su gran robustez, la sencillez de los mecanismos, una rpidainstalacin y una gran versatilidad, lo que posibilita su manejo sin complicacionesni necesidad de un conocimiento previo especfico.En el plano de diseo es constatable la versatilidad al posibilitar la realizacin deuna gran variedad de formas terminadas a partir de la deformacin del material,nicamente cambiando los moldes que se introducen en el alojamiento delreductor mediante acoplamiento rpido.Independientemente de la utilidad evidente de la invencin en el sector industrial,sea en el campo de la forja, la cerrajera, la carpintera metlica, o en el sector delbricolaje, cabe destacar la facilidad de manejo e instalacin lo que la hacesusceptible de ser utilizada por personas que presenten algn tipo de incapacidadque le impida realizar determinados tipos de trabajo.En cualquier caso, es preciso destacar el ahorro en tiempo de trabajo al permitir lafabricacin tanto de productos en serie como de formas especificas mselaboradas para su posterior ensamblaje, debido fundamentalmente al fcilmanejo y a la rapidez con que se realiza el cambio de los moldes.

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9. CONCLUSIONES

Se logr conseguir el objetivo de disear y construir una mquina de torsin, conlas normas y totalmente funcional.

Al observar los resultados de su trabajo, es muy importante reconocer que lafuncin que desempea es facilitar esta labor y hacer este trabajo ms seguro.

Esta mquina ofrece una alternativa para los interesados en mejorar y hacer msproductivo su negocio de ornamentacin.

La torsin de varillas cuadradas de forma mecnica hace que la seguridad deloperario no se vea afectada en un agotamiento o lesin muscular.

10. RECOMENDACIONESSi se quiere mejorar, sera la automatizacin de su control y su simulacin enSolidworks.

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11. BIBLIOGRAFA.

[1] Snchez Vidiella Alex. Evolucin en el arte del hierro forjado. El gran libro del

hierro y la forja.[2] Historia de la forja. www.3gmetalurgica.com/saber.htm

[3] Historia de la forja. www.forjanoble.es

[4] Historia de la forja. www.forjascasados.com

[5] Maquinas torsionadoras Nargesa.www.nargesa.com

[6] Maquina torcedora DISMA. www.m31.net/ferro/metal/forja/dismatris.htm

[7] Snchez Bielsa. Mquina para la deformacin de hierro en frio medianteproceso electromecnicos de torsin y enrollado. www.fsb.es

[8] Maquinas manuales para formar hierro, torsin y flexin.www.metalcraftmachinery.com/scroll-benders/index.

[9] SMITH, W. F. (1998). Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales.McGraw-Hil.

[10] SHIGLEY,J. E. (2002). Diseo en ingeniera mecnica. McGraw-Hill.

[11] FERDINAND P BEER, E. J. (2007). Mecnica vectorial para ingenierosEsttica. McGraw-Hill.

[12] FERDINAND P BEER, E. R. (2004). Mecnica de materiales. McGraw-Hill.

[13] GRANADOS, A. C. (2008). Materiales de ingeniera normas y aplicaciones.

[14] LUIS FLOWER LEIVA. (1994). Controles y automatismos elctricos.

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