elección o diseño de utillaje

8/13/2019 Eleccin o diseo de utillaje

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DISEO DE HERRAMIENTAS Y

UTILLAJES


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1. Seleccin de la sujecin

Anlisis de la informacin de entrada Seleccionar los datos de localizacin Seleccin de los mtodos Disear los mecanismos y aparatos Diseo de la configuracin del amarre.


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2. Anlisis del amarre

Estudio de precisin de la operacin Clculo mecnico del amarre

Comprobacin de dao a la pieza


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3. Salida del diseo del amarre

Dibujo de conjunto del amarre Dibujo de los componentes del amarre

Listado de los componentesnormalizados Instrucciones de control de calidad


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En los procesos de mecanizado, el aseguramiento geomtrico deuna parte depende principalmente de la posicin relativa de lapieza y la herramienta.

El requisito principal de un amarre es localizar una pieza en unaposicin dada dentro de la bancada de la mquina-herramienta.

Para ello se utilizan distintos utillajes que, en contacto con lasdistintas superficies de la pieza restringen los seis grados delibertad(lineales y rotacionales).

Esta posicin se ha de asegurar contra las fuerzas decorte,vibraciones, etc.,

Por lo que el amarre debe ser suficientemente rgido y estable. Se ha de procurar que a lo largo del proceso las superficies

acabadas que se utilizan como referencia, y por lo tanto de apoyo,en operaciones posteriores no resultan daadas por indentacionesque producen los propios utillajes.

Otro tipo de requisitos se suele pedir al amarre son la facilidad decargar y descargar la pieza, operacin de montaje simple y segura,costo reducido, facilitarla automatizacin de la sujecin de lapieza, . . . .


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Los amarres son importantes tanto para lafabricacin tradicional como para los

modernos Sistemas de Fabricacin Flexible. Afectan directamente a la

calidad,productividad y costo de losproductos.

El tiempo empleado en el diseo y lafabricacin de los amarres influye en lamejora y desarrollo de los productos.


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Prever, en la medida de lo posible, su capacidad parafabricar dentro de tolerancia, estimando el valor medioy la varianza de las cotas dimensionales o geomtricasdespus del proceso.

Configurar los amarres asegurando la fijacin de lapieza. Esto requerir un anlisis mecnico:Determinacin de las fuerzas de apriete y las fuerzas defijacin.

Facilitar el control en entornos automatizados.

Teniendo datos concretos de fuerzas de apriete mnimay mxima. Disear el contacto para que no se produzcan

indentaciones en superficies acabadas, y evitardeslizamiento cuando as se requiera.

Influencia en la calidad, productividad, y el costo.


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Las otras operaciones necesarias paracompletar la planificacin del proceso de

fabricacin son:

Confeccin del programa de mquina Plan de Control de Calidad Clculo de tiempos y de costos totales.


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El tiempo de arranque de viruta por pieza tmdepende de la velocidad de corte,si sta escontinua ser inversamente proporcional a sta.

El tiempo de no arranque de viruta comn atodas las piezas tl hace referencia a los tiemposde carga y descarga de pieza, y a losreposicionamientos de las herramientas entrepasadas.

Es el tiempo de produccin en el que no se estdesgastando la herramienta.


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El nmero de herramientas invertidas en lafabricacin de un lote ser tal que queden

desgastadas cada vez que se cambien:Ntt = Nbtm (4.1) siendo t la vida de cada uno de los filos de la

herramienta que depende de la velocidad decorte segn la ley de Taylor.

El tiempo promedio por pieza ser:tpc = tl + tm + Nt /Nbtct


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En el costo de produccin entran los siguientes factores: Coste medio por filo de herramienta Ct Tasa horaria de la mquina M que son los gastos de la

mquina slo por existir: amortizaciones, salarios de operarios, gastos de

mantenimiento, gastos generales, . . . Materia prima y energa. Estos gastos son fijos por pieza y

no dependen de la velocidad de corte y que todas laspiezas del lote provienen de la misma proforma (materiaprima), y adems se les arranca la misma cantidad de

material por operacin (misma energa especfica de cortey misma cantidad de material arrancado) As pues el costo variable promedio por pieza ser:

Cpr = Mtpr + Nt/NbCt


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Es el beneficio econmico obtenido porunidad de tiempo. Muchas veces no importa

tanto la reduccin del costo como lamaximizacin del beneficio por unidad detiempo.

Si el precio de venta de cada pieza es S, laeficiencia econmica por pieza ser:

(S Cpr)/tpr


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Las expresiones de tiempo, costo y eficiencia sepueden expresar en funcin de la velocidad decorte para cada una de las operaciones. Ya que

las piezas constan de distintas operaciones, cadauna de las cuales tiene distinta velocidad ydistintas herramientas.

La operacin de optimizacin requiere derivadasparciales de las distintas velocidades. Elproblema es habitualmente desacoplable con loque basta la optimizacin de cada una de lasoperaciones por separado obteniendo suoptimizacin para los diferentes criterios


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Mxima productividad. Equivale a hacer mnimo el tiempopromedio por pieza, permitiendo que salgan mayornmero de piezas para el mismo tiempo. Este criterio sesuele escoger cuando se est ya fuera de plazo en laentrega del componente. Suele ser caro pues consume

muchas herramientas. Mnimo costo. Es el rgimen para el cual la pieza cuesta el

mnimo tiempo y, por lo tanto, se consigue el mayorbeneficio. Se suele escoger este rgimen cuando lamquina no tiene ninguna prisa en acabar pues se prevee

que puede tener tiempos muertos. Mxima rentabilidad. En este rgimen se maximiza laeficiencia, de forma que se maximiza el beneficio ( o seminimizan las prdidas) por unidad de tiempo.

Suele ser oportuno cuando no va a faltar trabajo a lamquina y tampoco aprietan los plazos


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Conviene, tener como datos de partida lavelocidad de mnimo coste y la de mxima

productividad. Entre ellas se suele establecerel rgimen de funcionamiento, teniendo encuenta los plazos y los tiempos muertos de lamquina herramienta.


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Causas de fallos debidos al utillaje ms habituales sonlas siguientes:

Baja precisin dimensional en elementos queintervienen en el proceso

Fuerza de apriete insuficiente Fuerza de apriete excesiva o geometra de contacto

inconveniente Estimacin errnea de los coeficientes de rozamiento Vibraciones cercanas a la frecuencia natural, . . .

Estos fallos traen como consecuencia: Errores dimensionales y geomtricos de la pieza (pordesviacin, o por dispersin)

Deslizamiento de la pieza durante el proceso porrelajamiento, bajo rozamiento. . .

Dao de la pieza: Indentaciones, desgaste porfretting, fatiga,


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De las causas fallos enumerados anteriormente, las tres primerasse pueden considerar las ms crticas, son las que provocan losfallos ms importantes en la fabricacin, adems requieren mayordominio numrico para obtener los valores vlidos que faciliten elcontrol del proceso.

Por lo tanto nos vamos a centrar en estos tres aspectos para

establecer la metodologa de anlisis a emplear. La seleccin de la fuerza de apriete ser la mnima para tener

garantas que la pieza no se va a mover, pero con cierto margen de seguridad sobre

lo que podra provocar el dao a la pieza. Los datos de la mquina herramienta utilizada no se han tenido en

cuenta en los clculos suponiendo que los fallos se deben a losutillajes y a su disposicin. Tampoco se han tenido en cuenta en estos anlisis las frecuencias

naturales del conjunto amarre pieza incluyndose este estudio enel clculo de los coeficientes de seguridad.


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La aplicacin de estos principios a un amarreconcreto, depende principalmente de laexperiencia y la habilidad del diseador del

proceso. La disposicin de herramientas de clculo quepermitan reproducir el comportamiento delamarre durante el proceso, ahorra muchotiempo de diseo y pruebas de ensayo-error.

Los estudios que se van a realizar sobre elamarre son los fundamentales para que elproceso produzca productos de la mximacalidad:


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1. Estudio de precisin de la operacin2. Clculo mecnico del amarre a) Determinacin de las fuerzas de apriete

b) Accin sobre los mecanismos de apriete c) Distribucin de fuerzas sobre superficies3. Comprobacin de dao a la pieza a) Geometra de contacto y presiones superficiales b) Contacto hertziano: Entre cilindros y entre esferas c) Contacto con deslizamiento parcial d) Influencia de la rugosidad superficial e) Tensiones de contacto:fluencia plstica superficial


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La principal funcin del amarre es localizar la pieza en lamquina de herramienta con el fin de que las superficiesgeneradas por la herramienta cumplan lasespecificaciones dimensionales y geomtricas de diseo.Estas especificaciones se han de traducir en datos de

localizacin y programacin de trayectoria deherramienta.Los datos de localizacin son los puntos, lneas y superficies

que se usan como referencia para la generacin desuperficies.

La precisin de la operacin vendr dada por la concordanciade los datos de la pieza fabricada con:

Datos de diseo: Basados en los requisitos de diseo yfuncionalidad.

Datos de Fabricacin: usados para la operacin, lalocalizacin y medicin.


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Para la localizacin se utiliza el principio de isostaticidad,es decir, para que un objeto est bien situado en el espaciodebe tener restringido los seis grados de libertad(3rotaciones + 3 traslaciones).

Estas restricciones se suelen realizar mediante apoyos,cada uno de los cuales restringe un grado de libertadmediante la fijacin en el espacio de un punto. Un casotpico es el mtodo 3-2-1 de sujecin de piezas prismticaslas cuales tienen un plano base que viene definido por 3

puntos de apoyo, el deslizamiento de la pieza en unadireccin y su rotacin se restringen mediante dos puntosdefinidos por una alineacin, y el deslizamiento en la otradireccin se realizar mediante el sexto apoyo.


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Para determinar la precisin de mecanizado se va aproceder a determinar cules son las fuentes de error,se analizar la incertidumbre de fabricacin a partir de

las incertidumbres de las fuentes de error. Las fuentes de error de localizacin principales son las

siguientes:1. posicionamiento de la herramienta2. planitud de la bancada3. precisin dimensional del utillaje4. dimensin y forma de la pieza en las superficies

usadas como referencia5. colocacin de la pieza mediante los utillajes


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De entre estas fuentes de error se va a estudiar principalmente latercera y cuarta de las enunciadas, ya que no dependen tanto de lamquina herramienta cuya precisin depender de cada una, ytampoco depende de la habilidad manual del operario.

Adems estas dos causas son las que van a variar elposicionamiento de las superficies de referencia respecto a unaposicin ideal que producira piezas perfectas en una mquinaherramienta perfecta.

Lo que se pretende con el presente estudio es determinar lacapacidad de un diseo se sujecin determinado para fabricardentro de tolerancia.

Para ello se necesitar conocer la precisin dimensional del utillajedeterminado mediante anlisis metrolgico, y la precisin de lapreforma en sus superficies de apoyo que dependera de laprecisin de las operaciones anteriores.


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Los dos ltimos datos estimados son aquellosque se obtendran en un control de calidad y

por lo tanto los que determinaran si la piezao lote es aceptable o no.


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La metodologa de anlisis sera la siguiente: (a) Posicionamiento real de las superficies de

referencia. Lo cual vendr determinado

por la fiabilidad de utillajes y preforma (b) Posicin de los puntos de cota. Que utilizarel cambio de sistema de referencia

obtenido en el punto anterior (c) Estimacin de valor real de cota de

fabricacin (d) Estimacin de incertidumbre de una cota de

fabricacin

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