maquina de corte vertical

UN BUEN PRESENTE, UN BUEN FUTURO

SIERRA DE CORTE VERTICAL

UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDERPROGRAMA DE TECNOLOGÍA ELECTROMECÁNICA

MAQUINA DE CORTE VERTICAL



RESUMEN

TITULO:DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA DE CORTE VERTICAL DE MADERA

INTEGRANTES: BRAYAN ACERO BRAYAN ORTEGON OSCAR CARRILLO CRISTIAN HERNANDEZ JORGE SILVA

DESCRIPCIÓN:

En este trabajo de diseño de una sierra de corte vertical para laminas de madera se busco no tan solo poner en practica los conocimientos tomados durante el semestre en la materia de diseño de elementos si no también dar uso al conocimiento que se adquirido durante toda la tecnología electromecánica.

Se desarrolla el proyecto bajo ciertas especificaciones dadas y la idea de implementar, mejorar por medio de tecnologías innovadoras un proceso de corte de láminas ya existente dándole mayor eficiencia y economía en recursos.

Para lograr dichas ideas nombradas anteriormente se tendrán encuenta la necesidades y características de los microempresarios de la industria carpintera del país. En el diseño se tuvieron en cuenta las generalidades de las laminas de madera, tipos de contrachapados, tablex, MDF etc.

Se analizó los parámetros de diseño, de construcción y el análisis teorico del proceso de corte calculando los esfuerzos de flexion y de contacto admisible para cada elemento q constituye la máquina de corte



Tabla de contenido

INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................................... 2

JUSTIFICACION DEL PROYECTO................................................................................................................................ 3

OBJETIVOS DEL DISEÑO.......................................................................................................................................... 5

OBJETIVO GENERAL..............................................................................................................................................5

GENERALIDADES DE LAS LÁMINAS DE MADERA.......................................................................................................6

TIPOS DE CONTRACHAPADOS.............................................................................................................................6

TABLEX................................................................................................................................................................7

TABLERO DE FIBRA DE DENSIDAD MEDIA...........................................................................................................7

FABRICACIÓN DE LOS TABLEROS MDF................................................................................................................8

CLASIFICACIÓN DE LOS TABLEROS MDF..........................................................................................8

NECESIDADES DEL CONSUMIDOR............................................................................................................................. 9

PARÁMETROS DE DISEÑO...................................................................................................................................... 10

PARAMETROS DE CONSTRUCCION......................................................................................................................... 10

ANALISIS TEÓRICO DEL PROCESO DE CORTE...........................................................................................................12

ANÁLISIS DE ESFUERZO DISCO DE SIERRA CIRCULAR 24 DIENTES....................................................................14

EL FACTOR DE SEGURIDAD MÍNIMO ESTA POR EL ORDEN DE 13.............................................16

ANALISIS DE ESFUERZO PLACA ANULAR DE SUJECION DE LA HERRAMIENTA..........................................................18

ANÁLISIS DE ESFUERZO TORNILLO DE SUJECIÓN DE LA HERRAMIENTA...........................................................21

CALCULO ESFUERZO FLEXIONANTE Y DE CONTACTO ADMISIBLE EN EL ENGRANAJE.......................................22

CALCULO DE ESFUERZO FLEXIONANTE Y CONTACTO ADMISIBLE EN EL PIÑÓN...............................................24

CALCULO DIAMTREO MINIMO EN EJE..............................................................................................................26

RODAMIENTOS EN EL EJE DE SALIDA................................................................................................................29



INTRODUCCIÓN

La tecnología en eletromecanica es una profesión relativamente nueva, que ha tomado fuerza por el aporte al fortalecimiento, desarrollo y constante actualización de la tecnología involucrada en procesos industriales . más aun cuando envuelve los sistemas que integran elementos eléctricos y mecánicos sin dejar a un lado el componenete electrónico, de control y de automatización. En la industria del carpintería en la actualidad y a lo largo de su historia siempre a jugado un papel importante en el desarrollo económico del país con la alta competitividad.

En dichas industrias, el proceso de corte de madera es una labor fundamental debido que determina las medidas para un mejor provecho de la materia prima que se necesita para laborar un producto específico.

El objetivo principal del proyecto es construir una sierra de corte vertical para láminas de madera que sea funcional, fácil de operar, que disminuya tiempo y espacio físico dedicado a dicho proceso garantizando asi el máximo aprovechamiento de dichas laminas y que sea lo suficientemente económico para que pequeños empresarios puedan adquirir esta sierra.



JUSTIFICACION DEL PROYECTO

En la actualidad la mayoría de muebles como armarios, bibliotecas, centros de entretenimiento, se fabrican a partir de láminas estándar de madera,entre la cuales se tienen: láminas de madera Contrachapadas (TRIPLEX), Tableros Aglomerados (TABLEX) y Tableros de fibras (MDF).

El amplio uso de estas láminas se debe a su versatilidad, facilidad para sutrabajo, precio, tendencia a producir poco desperdicio de materia prima en comparación a la madera convencional, gran oferta actual tanto en dimensiones como en terminaciones superficiales y excelente calidad de esta materia prima.

La manufactura de productos en esta industria a partir de estas láminas sedesarrolla de manera sencilla en las siguientes etapas: dimensionamiento y corte de piezas a partir de la materia prima, proceso de acabado mediante pintura (si setrata de tablero con recubrimiento melamínico no se realiza este proceso), y porultimo instalación de accesorios como manijas, rieles, bisagras



El tiempo que se invierte en el corte es un elemento fundamental al momento demedir el rendimiento de todo el proceso de manufactura. Los factores principalesque contribuyen a disminuir esta variable son: la facilidad de operación de lamáquina de corte, la rapidez con que se realiza el corte y el manejo de la materiaprima en el proceso.

Generalmente en un taller de carpintería, el espacio físico dedicado para el corteconstituye la mayor proporción del local, debido a las dimensiones de lasmaquinas usadas para tal fin.

En los pequeños talleres de carpintería no se tiene en cuenta un aspectoimportante para los operarios de las maquinas, y en general para la calidad delambiente de trabajo y es el manejo de la viruta generada durante el corte.

En Colombia se cuenta con fabricantes de maquinaria para el corte de madera,pero sus diseños presentan las siguientes desventajas: poca facilidad y rapidez para su operación, dificultad en el manejo de la materia prima durante el proceso, ocupan mucho espacio en comparación con las máximas dimensiones posibles de corte, son robustas y muy pesadas, no presentan un sistema de recolección de viruta y además el costo es elevado teniendo en cuenta las pocas características y ventajas que poseen. Un ejemplo es la mesa de corte mediante sierra circular producida por la empresa colombiana Maquinaria JJ Torres



Maquinas de corte con mejores características en cuanto a facilidad y rapidez de operación, reducción de tiempo de corte, funcionalidad, precisión en las dimensiones de las piezas, ergonomía y recolección de viruta son diseñadas por fabricantes como STRIEBIG de Suiza. Un ejemplo es la Sierra de corte Vertical Striebig Compact usada en empresas como PLACACENTRO MASISA y que es Importada por la empresa EUROSIERRAS con sede en Medellín en su configuración básica a un precio final al mes de mayo de 2011 de $64.900.000

Esta máquina presenta grandes capacidades en cuanto a potencia, velocidad, profundidad y dimensiones de corte, que superan las necesidades generales de un taller de carpintería, por esto su valor es elevado y solo es accesible para grandes empresas.



Por estas razones se observa la necesidad de desarrollar una máquina que implemente características y tecnologías innovadoras como la de corte vertical, que mejoren el proceso de corte disminuyendo tiempo y espacio, tengan en cuenta la calidad del ambiente de trabajo, con capacidades que estén más adecuadas a las necesidades del cliente y por esto se reduzca el costo de la máquina y pueda ser accesible a los pequeños empresarios.

OBJETIVOS DEL DISEÑO

Objetivo General

Diseñar y seleccionar el sistema de corte de una maquina de corte vertical para laminas de madera utilizando diferentes conptos de la ingeniería electromecánica asi como el uso de herramientas software tipo CAD/CAE disponibles

1. Materiales a cortar: láminas de madera Contrachapadas (TRIPLEX), Tableros Aglomerados (TABLEX), Tableros Aglomerados Decorativos (LAMINADOS MELAMINICOS) y Tableros de fibras (MDF).

2. Dimensiones máximas de las láminas de madera a cortar: 2.40 x 1.80m.3. Espesor máximo de las láminas de madera: 36 mm.



4. Sistema de recolección de viruta.5. Conexión de toda la máquina a tensión monofásica de 120 V.6. Sistema de medición de los cortes en sistema métrico.7. Precisión de los cortes: ± 2 mm.

Generalidades de las láminas de madera

El contrachapado, también conocido como multilaminado, "plywood", triplay o madera terciada, es

un tablero elaborado con finas chapas de madera pegadas con las fibras transversalmente una

sobre la otra con resinas sintéticas mediante fuerte presión y calor. Esta técnica mejora

notablemente la estabilidad dimensional del tablero obtenido respecto de madera maciza.

Elaboración

Los troncos se montan en una máquina que los hace rotar para realizar el corte, a fin de

generar una hoja de chapa, que se corta a las medidas apropiadas. Luego, esta chapa se

procesa en una estufa para madera, se parchea o arregla en sus eventuales imperfecciones y,

finalmente, se pega a presión y a una temperatura de 140 °C, formando así el tablero de

contrachapado. Estos tableros se pueden cortar, parchear, pulir, etc., según el uso que se le

vaya a dar. Es un tipo de material totalmente inodoro, pues se recubre con ácido sulfúrico tras

ser fabricado. Contiene polímeros y bencenos.

Tipos de contrachapados

La presentación más común de este material es en tableros de 4x8 pies, 1,22x2,44 metros, en

grosores que van de los 2,5 mm hasta los 36 mm en casi cualquier tipo de madera,

predominando las maderas blandas. Existe una gran variedad de madera contrachapada.

Suelen hacerse tableros de pino y abeto para uso industrial y la construcción. Asimismo

podemos encontrar tableros enchapados con maderas decorativas como

el roble rojo, abedul, arce, loan (caoba filipina), caobilla, entre otras maderas duras.

Los tableros para usos interiores suele presentar una resistencia limitada a la humedad, en

contraste, tenemos tableros en los que se usa pegamentos especiales basados en fenol-

formaldehido, capaces de resistir la podredumbre y prevenir el hojeo de las capas del material,

muy aptos para ambientes exteriores y marinos o para encofrados de hormigón.

Existe el "contrachapado de aviación", muy resistente y ligero, elaborado de caoba y/o abedul,



usado para fabricar aviones. Uno de los aviones creados con este material fue el célebre

bombardero británico "de Havilland Mosquito" usado durante la segunda guerra mundial.

Esta tecnología desarrollada en la industria aérea, fue trasladada a la industria mueblera,

por Gerrit Rietveld, Alvar Aalto y Charles Eames.

Tablex

Es una lámina formada por tres capas de partículas de madera aglomeradas mediante la

adición de resinas especiales de termofraguado y la aplicación de procesos de alta presión y

temperatura. El tablex viene en dos formatos: sencillo y RH (Resistente a la Humedad). El

tablex RH es aquel en el que las formulaciones especiales de las resinas de termofraguado no

sufren modificaciones en sus propiedades de adhesión y cohesión por efectos de agentes

externos, como pueden ser la lluvia o los rayos UV, permitiendole a la lámina resistir

humedades ambientales altas o contactos ocasionales con el agua. A través de un complejo

proceso, del más alto nivel tecnológico se obtiene un producto que supera las condiciones

presentes de la madera sólida, eliminando la mayoría de los inconvenientes más

característicos de su estado natural. Cada lámina de TABLEX RH, es sometida a un estricto

proceso de control de calidad así como a un tratamiento de inmunización contra los agentes

destructores de la madera, propio de las duras condiciones tropicales. Podemos usar uno u

otro dependiendo de en que condiciones ambientales vaya a haber donde se vaya a hacer el

trabajo. Asi, por ejemplo, podemos usar RH en los baños y cocinas, y sencillo en el interior de

un closet.

Tablero de fibra de densidad media

Un tablero DM es un aglomerado elaborado con fibras de madera (que

previamente se han desfibrado y eliminado la lignina que poseían) aglutinadas

con resinas sintéticas mediante fuerte presión y calor, en seco, hasta alcanzar una

densidad media.

También se le llama DM (densidad media), mdf (sigla en inglés de Medium Density

Fibreboard), Trupán (nombre común en Chilederivado de la marca comercial)

o Fibrofácil (denominado así en Argentina, también derivado de una marca

comercial).en mexico mdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Chile

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Resina

http://es.wikipedia.org/wiki/Lignina

http://es.wikipedia.org/wiki/Madera



Presenta una estructura uniforme y homogénea y una textura fina que permite que

sus caras y cantos tengan un acabado perfecto. Se trabaja prácticamente igual

que la madera maciza, pudiéndose fresar y tallar en su totalidad. La estabilidad

dimensional, al contrario que la madera maciza, es óptima, pero su peso es muy

elevado. Constituye una base excelente para las chapas de madera. Es perfecto

para lacar o pintar. También se puede barnizar (aunque debido a sus

características no es necesario). Se encola (con cola blanca) fácilmente y sin

problemas. Suele ser de color marrón medio-oscuro y es un tablero de bajo coste

económico en el mercado actual.

Recomendable para construir todo tipo de muebles (funcionales o artísticos) en los

que el peso no suponga ningún problema. Son una base óptima para lacar.

Excelente como tapas de mesas y bancos de trabajo. No es apto para exterior ni

condiciones húmedas. Existen placas de DM que llevan un tratamiento

antihumedad (hidrofugo).

Básicamente se usa en la industria del mueble (en ebanistería para los fondos de

armarios y cajones debido a que son muy baratos y no se pudren ni carcomen), la

construcción e industrias afines, pero también se utiliza para hacer tallas

y esculturas pegando varios tableros hasta conseguir el grosor adecuado, como

soporte o lienzo de pintura, de base para maquetas, y como trasera de portafotos,

posters y puzzles.

Principalmente se elabora con viruta o serrín fino de pino tipo radiata o maderas

similares.

Fabricación de los tableros MDF

Los tableros de MDF son producidos usando troncos frescos de pino,

seleccionados y descortezados, provenientes de plantaciones generalmente

manejadas bajo el concepto de una continua y permanente reforestación. Los

rollizos se reducen a astillas, después de su previo descortezado, que son lavadas

y posteriormente se someten a un proceso termomecánico de desfibrado. La fibra

se mezcla con aditivos (resina, cera y urea) y finalmente pasa por un proceso de

prensado en donde se aplica presión y temperatura dando así origen al tablero de

MDF.

http://es.wikipedia.org/wiki/Pinus

http://es.wikipedia.org/wiki/Serr%C3%ADn

http://es.wikipedia.org/wiki/Escultura

http://es.wikipedia.org/wiki/Carcoma

http://es.wikipedia.org/wiki/Descomposici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Ebanister%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Mueble

http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Adhesivo

http://es.wikipedia.org/wiki/Barniz



Clasificación de los tableros MDF

Se clasifican de acuerdo a densidad (725; 600 y 500 kg/m³) y apariencia (sin

acabado, con caras enchapadas de melamina, enchapado con madera natural,

Densidades aproximadas del MDF estándar

de 2,5 a 3 mm 800 Kg/m³

de 4 a 6 mm 780 Kg/m³

de 7 a 9 mm 770 Kg/m³

de 10 a 16 mm 760 Kg/m³

de 18 a 19 mm 755 Kg/m³

de 22 a 25 mm 750 Kg/m³

de 28 a 32 mm 740 Kg/m³

de 35 a 38 mm 730 Kg/m³

de 38 a 40 mm 720 Kg/m³

Masa aproximado por tablero (2,44 x 1,22 m) según el grosor:

de 3 mm 7 kg

de 5 mm 12 kg

de 7 mm 16 kg

de 10 mm 23 kg

de 16 mm 36 kg

de 18 mm 43 kg



NECESIDADES DEL CONSUMIDOR

PARÁMETROS DE DISEÑO

Se establecen los siguientes requerimientos generales de diseño para satisfacer las necesidades del consumidor:

Mecanismo sencillo. Potencia adecuada. Económica. Precisión. Seguridad.

Parametros de construccion

facilidad de operacioncapacidad de trabajovelocidad de procesoprecision espacio ocupado

trabajo de la maquina

reducion de residuosproteccion al operario

seguridad



1. Estructura2. Sistemade corte: esta compuesto por el conjunto de motor-sierra

circular3. Sistema de movimiento lineal:compuesto por dos guias lineales que

permiten el movimiento vertical del conjunto de corte4. Soporte para el sistema de medición de cortes : puede ser ajustado

en su posición vertical.5. Bolsa de recolección de viruta6. Ductro de descarga de viruta : conecta el ventilador centrifugo con la

bolsa de recolección de viruta7. Ducto de aspiración de viruta : conecta la zona de corte con la boca

de aspiración del ventilador centrifugo8. Conjunto motor-ventilador centrifugo: cumple la función de aspirar la

viruta producida en el proceso y conducirla hacia la bolsa de recoleccion

1.Posición de corte de la materia prima: los tableros o láminas de madera presentan dimensiones del orden de 1.8 metros de ancho por 2.4 metros de largo que al ser cortados en una posición horizontal con las caras paralelas al piso representa un área superficial considerable para el taller donde se encuentre ubicado. Por esta razón si la posición de corte de los tableros es inclinada a un ángulo aproximado de 15° con respecto a la vertical se produce un ahorro en el espacio dedicado para este proceso.

2. Funcionamiento de la máquina: el proceso de corte de las láminas de madera

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PROPUESTAS

CAPACIDAD DEL MOTOR DE SIERRA 2 HPCAPACIDAD DEL MOTOR DEL VENTILADOR 1.5 HPCONEXIÓN ELECTRICA 120 V 1 FASEDIMENSIONES (Largo x Ancho x Alto) 2600 X 1500 X 2000 mmPESO 150 kgALTURA MAXIMA DE CORTE 1800 mmPROFUNDIDAD MAXIMA DE CORTE 36 mmDIAMETRO DE LA SIERRA 7 1/4 pulg.VELOCIDAD ANGULAR DE LA SIERRA 5800 RPM



se hace mediante sierra circular. El conjunto de corte está conformado por el motor, un sistema de transmisión de potencia y por la herramienta. El corte de los tableros se puede desarrollar de dos modos:

Accionamiento en modo de corte vertical

Se desarrolla de la siguiente manera: primero se hace el montaje y fijación de la pieza de trabajo y posteriormente se realiza manualmente por parte del operario un movimiento vertical del conjunto de corte.

Accionamiento en modo de corte horizontal

Se desarrolla de la siguiente manera: se hace el giro de la herramienta para que el disco de corte quede en posición horizontal y se fija el conjunto de corte. Posteriormente se hace un movimiento horizontal de la pieza de trabajo relativo al conjunto de corte que se encuentra asegurado

3. Aspectos ergonómicos para el operario: el conjunto de corte tiene un peso aproximado de 12 a15 kgf que al realizar un movimiento libre vertical representa un gran esfuerzo para el trabajador. por esta razón la maquina debe estar provista de un sistema de contrapeso que equilibre el peso del conjunto de corte así el operario solo debe aportar la fuerza de corte que puede estar entre 1 y 3 kgf. Por otro lado, manejar este tipo de tableros con dimensiones relativamente tan grandes se hace más sencillo y requiere menos esfuerzo si se realiza verticalmente y no horizontalmente.

4. Aspectos de protección ambiental y seguridad ocupacional: Los residuos de madera (virutas y polvo) son agentes contaminantes que producen un ambiente nocivo para la salud del operario. Por esto la máquina para corte de Láminas de madera incluye la característica de implementar un sistema de manejo de los desperdicios producidos durante el proceso.

Para el análisis de todo el conjunto de la maquina se ha realizado una división en tres sistemas

conjunto de corte estructura sistema de recolección de viruta.



ANALISIS TEÓRICO DEL PROCESO DE CORTE

El principio de funcionamiento que se implementará en la máquina de corte de láminas de madera será el de sierra circular. Consiste en una hoja que posee dientes afilados que gira a gran velocidad.El análisis y el siguiente cálculo está basado en la teoría de maquinado y procesos de remoción de material. Para el análisis del proceso se deben establecer los siguientes parámetros:

DIÁMETRO DEL DISCO DE SIERRADD=7.25”(184mm)

NUMERO DE DIENTES DEL DISCOZ=24dientes

ESPESOR DEL DIENTE ED=2.4mm

PROFUNDIDAD DE CORTE36milimetros

VELOCIDAD DE AVANCE DE 6 [M/MIN]F. AVANCE POR DIENTE:

VALORES RECOMENDADOS DEL AVANCE AL DIENTE

MATERIALAVANCE POR UN DIENTE SZ

(MM/DIENTE)

MADERA BLANDA

CORTE LONGITUDINAL 0,2-0,3

CORTE TRANSVERSAL 0,1-0,2

MADERA DURA 0,06-0,15AGLOMERADO CHAPADO 0,1-0,25

CONTRACAPADA 0,05-0,12PLACAS LAMINADAS 0,05-0,1

METALES NO FERROSOS Y MATERIALES PLASTICAS 0,02-0,05

G. Velocidad de corte: corresponde a la velocidad relativa entre la herramienta y la pieza. Para maderas se recomiendan velocidades de corte entre 30 y 60 [m/s]. Para el cálculo se toma un valor intermedio de 40 [m/s].

H. Velocidad angular de la sierra: con el diámetro de la sierra y la velocidad de corte deseada se puede calcular fácilmente la velocidad de rotación de la sierra.



Se muestra una tabla donde se tabulan datos de este valor según el diámetro y la velocidad de corte.

REVOLUCIONES RECOMENDADAS (1/MM)D

(MM)

VELOCIDAD DE CORTE VC (MM/SEC)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

100193

0382

0573

0764

0955

01146

01337

01528

01719

01910

0

150127

0255

0382

0510

0637

07690 8920

10190

11500

12730

200 960191

0287

0382

0478

05730 6690 7640 8600 9550

250 760153

0229

0306

0382

04590 5350 6110 6880 7640

300 640127

0191

0255

0318

03820 4460 5100 5740 6370

350 550109

0164

0218

0273

03280 3820 4370 4900 5460

400 480 960143

0191

0239

02870 3340 3820 4300 4780

450 430 850127

0170

0212

02550 2970 3400 3820 4250

500 380 760115

0153

0191

02250 2680 3060 3440 3820

I.Velocidad de remoción de material: corresponde al volumen de material removido en la línea de corte por unidad de tiempo. Tiene unidades de

J. Gravedad especifica de la madera: la densidad de los tableros de madera comerciales se establecen así: 600 [kg/m^3] para el TRIPLEX, y 700 [kg/m^3] para el AGLOMERADO Y EL MDF. Se toma el valor de 700 [kg/m^3] que corresponde por lo tanto la gravedad especifica presenta un valor de 0.7.

K. Potencia unitaria: corresponde al valor de potencia necesaria para remover un



volumen específico de cierto material en un proceso de mecanizado. Para la madera se relaciona que el valor de potencia unitaria es proporcional al valor de la

gravedad específica de la misma

L. Potencia útil: corresponde a la potencia neta necesaria en el proceso de corte de láminas de madera mediante sierra circular. Para su cálculo se usa la siguiente fórmula teniendo en cuenta la consistencia de unidades:

𝑃𝑜𝑡 = 𝐻𝑃𝑢 ∗ 𝑀𝑅𝑅 [𝐻𝑃]

Se presenta en la tabla 16 un ejemplo del proceso de cálculo de potencia necesaria para el proceso de corte mediante sierra circular.

Análisis de esfuerzo disco de sierra circular 24 dientes

PONTENCIAL UTIL P=950W

VELOCIDAD ANGULAR DE LA SIERRA N=4060 RPM¿425.2 rad /s

TORQUE



T=2.234N∗mDIAMETRO DEL DISCO DE SIERRA

D=7.25∈¿¿0.184m

FUERZA DE CORTE

T= fc∗D2

Fc=24.3NESPESOR DEL DISCO DE SIERRA

B=1mm# DIENTES DE LA SIERRA

Z=24dientesALTURA DE DIENTE DE LA SIERRA

L=9mmDIÁMETRO DE LA BASE DEL DIENTE

Dbase=D−2∗LDbase=0.166m

LONGITUD DE LA BASE DEL DIENTE

LB= π∗DBASEZ

LB=21.13MOMENTO DE INERCIA GEOMÉTRICO

I=(1/12)∗D∗LBˆ 3I=8.55 E−10mm4

DISTANCIA DE LA SUPERFICIE EXTERIOR AL EJE NEUTRO

C= LB2

C=10.865mmMOMENTO FLECTOR

M=fc∗LM=0.2187N∗m

ESFUERZO POR FLEXION EN LA BASE DEL DIENTE ς=(M∗c )/iς=2.78Mpa

El esfuerzo máximo calculado en la base del diente corresponde a 2.78 [MPa].

El material del disco no se conoce a ciencia cierta. Según el catálogo del disco corresponde a un acero endurecido pero no se define cuál. Para la simulación en SOLIDWORS se asume que corresponde a un acero AISI 1020 normalizado con



una resistencia a la fluenciade 343 [MPa].

El esfuerzo máximo corresponde a 24.7 [MPa] y se encuentra ubicado en un áreadel disco que está en contacto con el diente de metal duro (carburo de tungsteno)

El desplazamiento máximo corresponde a 10.55 [µm] y se da en el extremo deldiente y se muestra



El factor de seguridad mínimo esta por el orden de 13

Los esfuerzos en la base del diente se encuentran entre 2.5 y 7.8 [Ma] como seobserva en la figura 30 y son aproximados al valor obtenido mediane el cálculo teórico convencional



Placa anular de sujeción de la herramienta

Para el cálculo teórico se realiza la aproximación de la geometría de la pieza a unaplaca anular sometida a compresión



ANALISIS DE ESFUERZO PLACA ANULAR DE SUJECION DE LA

HERRAMIENTA

PONTENCIAL UTIL P=950W

VELOCIDAD ANGULAR DE LA SIERRA N=4060 RPM¿425.2 rad /s

TORQUE T=2.234N∗m

DIAMETRO EXTERIORDe=35mm



DIAMETRO INTERIORDi=15mm

DIAMETRO MEDIODm=(De+Di)/2

Dm=25mmFUERZA DE FRICCION POR CADA PLACA

Ff=

T2

Dm2

Ff=89.35NCOEFICIENTE DE FRICION ESTATIO ACERO ACERO EN SECO

µ=0.15FUERZA NORMAL SOBRE LA PLACA DE SUJECION

Ff=N∗µN=595.7N

DIAMETRO EXTERIOR DEL TORNILLO DE SUJECIONDet=18mm

ARERA RESISTENTE A LA COMPRESION

A=π4∗(De¿¿2−Di2)¿

A=77.7mm2

ESFUERZO NORMAL DE COMPRESION

ς= NA

ς=7.667MPaESFUERZO A LA FLUENCIA ACERO 1020

Sy=343MPa

FACTOR DE SEGURIDAD

Sf=Syς

Sf=44.7

Posteriormente se realiza una análisis CAE de la pieza obteniendo un esfuerzo máximo que se da en el área de contacto exterior entre el tornillo de sujeción y la placa anular y corresponde a 12.9 [MPa]. La diferencia con el cálculo teórico convencional radica en la aproximación de la geometría. Si se establece como material de la pieza un acero 1020



normalizado con una resistencia a la fluencia de 343 [MPa] tenemos un factor se seguridad superior a 27

El desplazamiento máximo corresponde a 0.46 [µm] y se da en el exterior de laplaca anular.

TORNILLO DE SUJECION DE LA HERRAMIENTASe toma como referencia que el tornillo corresponde a un grado SAE 2 con unesfuerzo a la fluencia de 57 [ksi] ya que su tamaño es de 8 [mm]



El área resistente a la tensión corresponde a 39.2 [𝑚𝑚2] y se toma de la siguiente tabla

DIAMETRO MAYOR (MM)

ROSCAS GRUESAS ROSCAS FINASPASO (MM)

AREA DE ESFUERZO DE

TENSION (MM2)

PASO (MM)

AREA DE ESFUERZO DE

TENSION (MM2)

1 0,25 0,461,6 0,35 1,27 0,2 1,572 0,4 2,07 0,25 2,45

2,5 0,45 3,39 0,35 3,73 0,5 5,03 0,35 5,614 0,7 8,76 0,5 9,795 0,8 14,2 0,5 16,16 1 20,1 0,75 228 1,25 36,6 1 39,2

10 1,5 58 1,25 61,212 1,75 84,3 1,25 92,116 2 157 1,5 167



ANÁLISIS DE ESFUERZO TORNILLO DE

SUJECIÓN DE LA HERRAMIENTA

DIAMETRO MAYOR DE LA ROSCADe=8mm

FUERZA NORMAL SOBRE LA PLACA DE SUJECIONN=595.8N

PASO DE LA ROSCA FINAP=1mm

AREA RESISTENTE A LA TENSION39.2mm2

ESFUERZO NORMAL DE TENSIONς=15.2MpA

ESFUERZO A LA FLUENCIASy=57KSI

FACTOR DE SEGURIDADSF=25.85

CARGA DE SUJECIONP=N

P=595.8CONSTANTE QUE DEPENDE DE LA LUBRICACION

K=0.2PAR TORSIONAL DE APRIETE

T=K∗De∗PT=0.9533N∗m

Del análisis CAE se obtiene un esfuerzo máximo de 32 [MPa] y se da en el áreade la rosca más cercana a la cabeza del tornillo. En el resto de la roca el esfuerzoestá entre 11 y 14 [MPa]. El factor de seguridad es del orden de 12

El desplazamiento máximo que presenta el tornillo de sujeción es de 1.3 [µm].

ENGRANAJE Y PIÑÓN DE LA TRANSMISIÓN

Se calcula el esfuerzo flexionante en la base del diente del engranaje y el esfuerzo



de contacto admisible.

Calculo esfuerzo flexionante y de contacto admisible en el

engranaje

POTENCIA UTIL

POT=950WVELOCIDAD ANGULAR DEL EJE DE SALIDA

N=4060 RPMTORQUE

POT=T∗nT=2.234N∗m

DIAMETRO DEL ENGRANAJE

De=47mmNUMERO DE DIENTES ENGRANAJE

Z=47DIENTES



ANCHO DEL ENGRANAJE

F=16mmFUERZA TANGENCIAL SOBRE EL ENGRANAJE

T=Wt∗De2

Wt=95.06NANGULO DE HELICE

Ψ=15°ANGULO DE PRESION NORMAL

Ø n=20 °ANGULO DE TRANSVERSAL

Ø t=tan−1 tanØ ncosΨ

Ø t=20.65FUERZA RADIAL ENGRANAJE

WT=Wt∗tanØ tWT=35.8

FUERZA AXIAL DEL ENGRANAJE

W a=W t∗tanΨW a=25.5N

MODULO METRICO

M=1FACTOR DE SOBRECARGA

Ko=1.75FACTOR DE TAMAÑO

Ks=1.00FACTOR DE PROPORCION DE PIÑON

Cpf =0.07FACTOR DE ALINEAMIENTO DE ENGRANADO

Cma=0.14FACTOR DE DISTRIBUCION DE CARGA

Km=1.21ALTURA DEL DIENTE

h t=2.25∗mht=2.25

DIAMETRO DEL EJE

Deje=15mmESPESOR DEL CUERPO DEL ENGRANAJE

tR= De−1.25∗m2

–Deje2

Tr=15.375mm



FACTOR DE ESPESOR DE BORDE

KB=1.0VELOCIDAD DE LA LINEA DE PASO

Vt=n2 π De60∗2

Vt=9.99 mmS

NUMERO DE CALIDAD AGMA

Qv=7FACTOR DINAMICO

K v=1.45FACTOR DE GEOMETRIA

J=0.4876ESFUERZO FLEXIONANTE EN EL DIENTE

St= WtF∗m∗l

∗Ko∗Ks∗Km∗KB∗Kp

ST=37.4MPaCOEFICIENTE ELASTICO

C p=191MPaFACTOR DE GEOMETRIA PARA RESISTENCIA A LA PICADURA

I=0.216ESFUERZO DE CONTACTO

SC= Cp∗WtF∗De∗l

∗Ko∗ks∗Km∗Kv12

SC=156.1MpaFACTOR DE SEGURIDAD

SF=1.5FACTOR DE RESISTENCIA A LA PICADURA POR NUMERO DE CICLOS DE ESFUERZO

ZN=0.86FACTOR DE RELACION DE CUREZAS

CH=1.0FACTOR DE CONFIABILIDAD

KR=1.0ESFUERZO DE CONTACTO ADMISIBLE

𝑺𝒂𝒄 = 𝑺𝒄 *(SF*KR/ZN*CH)SC=446.7 Mpa

El mayor esfuerzo admisible se presenta en el piñón, es el esfuerzo de contacto



yequivale a 𝟖𝟖𝟐. 𝟒 [𝑴𝑷𝒂], por tanto este es el parámetro para seleccionar elmaterial del engranaje y del piñón.Según la figura 34 este esfuerzo equivale a un acero con una dureza Brinellaproximada de 300 HB.

Una de las opciones más adecuada y comercial en el mercado corresponde aseleccionar un acero 4140 y realizarle un tratamiento de templado en aceite a820°C y revenido a 425°C obteniendo una dureza de 370 HB, como se especificaen el catalogo de la Compañía General de Acero.

Calculo de esfuerzo flexionante y contacto admisible en el

Piñón

DIÁMETRO DEL PIÑON

Dp=12mm

NUMERO DE DIENTES DEL PIÑON

Z=12dientes

ANCHO DEL PIÑON

F=16mm

FACTOR DE GEOMETRRIA

l=0.42

ESFUERZO FLEXIONANTE



st= wtf∗m∗l

∗ko∗ks∗km∗kb∗kv

St=43.5MPA

ESFUERZO DE CONTACTO

Sc= wtf∗Dp∗l

∗ko∗kt∗km∗kv

Sc=505.9MPa

FACTOR DE SEGURIDAD

SF=1.5

FACTOR DE RESISTENCIA A LA PICADURA POR NUMERO DE CICLOS DE ESFUERZO

ZN=0.086

FACTOR DE CONFIABILIDAD

kr=1.0

ESFUERZO DE CONTACTO ADMISIBLE

SC= 882.4 MPA

propiedades mecanicas a temperatura ambiente//templado en aceite y revenidotemperatura de revenido °C 205 315 425 540 650resistencia a la traccion MPa 1712 1551 1248 951 758

punto de fluencia MPa 1641 1434 1138 834 655% de elongacion en 50 mm 8 8 13 18 22% de reduccion de area 38 43 49 58 63

dureza brinell 510 445 370 285 230

CALCULO DIAMTREO MINIMO EN EJE



Potencia útil

Pot=950wVelocidad angular del eje de salida

n=4060 rpmtorque

Pot=t∗nt=2.234

diámetro del disco de sierra

D=7.25∈¿Fuerza corte

T= ft∗D2

Ft=24.3Diámetro del engranaje



De=47mmFuerza tangencial sobre el engranaje

T=wt∗De2

Wt=95.1NReacción en el rodamiento A en la dirección x

∑M B=0↻+¿Fc∗38.5+W t∗10.5

−R Ax∗26.5=0R Ax=73.0N

Reacción en el rodamiento B en la dirección x

∑F x=0↑+¿Fc+W t−R Ax−R Bx=0

RBx=46.4NAngulo de hélice

Ψ=15°Angulo de presion normal

Ø n=20 °Angulo de presion transversal

Ø t=20.65Fuerza radial engranaje

W r=W t∗tanØ tW r=35.8N

Fuerza axial del engranaje

W a=W t∗tanΨW a=25.5N

Reacion en el rodamiento A en la direcion y

∑M B=0↻+¿R Ay∗26.5−W r∗10.5=0

R Ay=14.2NReacion en el rodamiento B en la direcion y

∑F y=0↑+¿R Ay−W r+RBy=0

RBy=21.6NReacion en el rodamiento B en la direcion Z

∑F z=0→+¿W a−RBz=0RBz=25.5N

Resistencia ultima a la traccion

De la tabla de aceros AISI 1045

Su=655MPa



Resistencia a la fluencia

De la tabla de acero AISI 1045

S y=413MPaResistencia a la fatiga

Sn=250MPaFactor tamaño

Cc=1.0Factor de confiabilidad

Cs=0.75Sn´=Sn∗Cs∗CrSn´=187.5MPa

Factor de seguridad

N=3Diametro en el punto c

Dc=(32∗N∗3∗T2)

π∗4∗Sy

1 /3

Dc=5.23mmFactor de conecntracion de esfuerzo

Kt=2.5

Momento flexionante en A

MA=MAx2+MAy2

MA=0.2916 N*m

Diametro del eje en el punto A

DA=(32∗N∗3∗T 2∗kt∗MA2)

π∗4∗Sy+Sn'

1/3

DA=5.71mmMomento flexionante en D

MD=MDx2+MDy2

MD=0.538N∗m

Diametro del eje en el punto D

DD=(32∗N∗3∗T 2∗kt∗MD2)

π∗4∗Sy+Sn '

1/3

DA=6.40mmDiametro del eje en el punto B

DB=(32∗N∗3∗T 2)

π∗4∗Sy

1/3



Dc=5.23mm

Comparación diámetros calculados y reales en el eje de la herramientadiametro minimo calculado diametro del eje del equipo

A 5,71 17B 5,23 8C 5,23 15D 6,4 12

RODAMIENTOS EN EL EJE DE SALIDA

Rodamiento 6003 2Z en posicion A

Rodamiento 608 2Z en posicion b



Velocidad aungula del eje de salidan=4060 rpm

torquePot=T∗n

T=2.234N∗mReaccion en rodamiento A en la direccion x

RAx=73.0NReacion en rodamiento B en la direcion x

RBx=46.4NReaccion en rodamiento A en la direccion y

RAy=14.2NReacion en rodamiento B en la direcion y

RBy=21.6NReacion en rodamiento B en la direcion z-carga axial

RBz=Fq=21.6NCarda radial rodamiento 6003 2Z

PrA=PrAx2+PrAy2

PrA=74.37N∗mFACTOR DE VELOCIDAD

fn=33.31 /3

nfn=0.2017



Capacidad de carga dinamica rodamiento 6003 2zCr=6800N

Factor de vida rodamiento 6003Fv=18.44

Vida nominal rodamiento 6003 2ZVn=3135109HORAS

CARGA RADIAL RODAMIENTO 608 2Z

FrA=FrBx2+FrBy2

FrA=51.2NCAPACIDAD DE CARGA DINAMICA RODAMIENTO 608 2Z

Cr=3350NFACTOR

F=12.5CAPACIDAD DE CARGA ESTATICA RODAMIENTO 608 2Z

Cor=1400NCARGA DINAMICA EQUIVALENTE RODAMIENTO 608 2Z

PrB=84.77NFACTOR DE VIDA RODAMIENTO 608 2Z

FV=8.99VIDA NOMINAL RODAMIENTO 608

Vn=363826HORAS

ANALISIS DEL SISTEMA EN SOLIWORKD

1. Información de archivo

2. Materiales

3. Información de cargas y restricciones

4. Propiedad del estudio

5. Resultados

a. Tensiones

b. Desplazamientos

c. Deformación

d. Factor de seguridad



6. Apéndice

1. Información de archivo

Nombre del modelo: ejeØmin

Nombre de estudio: SimulationXpress Study (-Predeterminado-)

2. Materiales

Nº Nombre de sólido Material Masa Volumen

1Sólido

1(Revolución1)

AISI 1045 Acero estirado

en frío

0.00649319

kg

8.27158e-007

m^3

3. Información de cargas y restricciones

Sujeción



Fijo-5 <ejeØmin> activar 1 Cara(s) fijo.

Carga

Fuerza-6<ejeØmin > activar 1 Cara(s) aplicar fuerza

normal 32.4 N utilizando distribución

uniforme

Fuerza-7< ejeØmin> activar 1 Cara(s) aplicar fuerza

normal 73 N utilizando distribución

uniforme

Fuerza-8< ejeØmin> activar 1 Cara(s) aplicar fuerza

normal 95 N utilizando distribución

uniforme

Fuerza-9 <ejeØmin t> activar 1 Arista(s), 1 Cara(s) aplicar

fuerza normal 46.4 N utilizando

distribución uniforme

4. Propiedad del estudio

Información de malla

Tipo de malla: Malla sólida

Mallador utilizado: Malla estándar



Transición automática: Desactivar

Superficie suave: Activar

Verificación jacobiana: 4 Points

Tamaño de elementos: 0.82175 mm

Tolerancia: 0.041088 mm

Calidad: Alta

Número de elementos: 11155

Número de nodos: 17211

Tiempo para completar la malla (hh;mm;ss): 00:00:02

Nombre de computadora: BETO-PC

Información del solver

Calidad: Alta

Tipo de solver: Solver tipo FFEPlus



5. Resultados

5a. Tensiones

Nombre Tipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Stress VON: Tensión de von Mises

0.0196346

N/mm^2

(MPa)

(18.9386

mm,

0.694701

mm,

-0.3204

mm)

31.9161

N/mm^2

(MPa)

(19.25 mm,

-2.06013 mm,

1.6429 mm)



5b. Desplazamientos

NombreTipo Mín. Ubicación Máx. Ubicación

Displacement URES: Desplazamiento resultante0 mm

(19.25 mm,

2.28198 mm,

-1.3175 mm)

0.00220665 mm

(-20.018 mm,

1.76801 mm,

-0.495398 mm)



5c. Deformación



5d. Factor de seguridad



6. Apéndice

Nombre de material:

AISI 1045 Acero estirado en frío

Descripción:

Origen del material:

Tipo de modelo del material: Isotrópico elástico lineal

Criterio de error predeterminado: Tensión máxima de von Mises

Datos de aplicación:

Nombre de propiedad Valor Unidades

Módulo elástico 2.05e+011 N/m^2

Coeficiente de Poisson 0.29 NA

Módulo cortante 8e+010 N/m^2

Densidad 7850 kg/m^3

Límite de tracción 6.25e+008 N/m^2

Límite elástico 5.3e+008 N/m^2

Coeficiente de dilatación térmica 1.15e-005 /Kelvin

Conductividad térmica 49.8 W/(m.K)

Calor específico 486 J/(kg.K)



Nota:

SolidWorks SimulationXpress los resultados del análisis de diseño están basados en un análisis estático

lineal y se asume que el material es isotrópico. El análisis estático lineal presupone que: 1) el

comportamiento del material es lineal, en consonancia con la ley de Hooke, 2) los desplazamientos

inducidos son lo suficientemente pequeños como para pasar por alto los cambios en la rigidez debidos

a las cargas, y 3) las cargas se aplican lentamente para pasar por alto los efectos dinámicos.

No base sus decisiones de diseño solamente en los datos presentados en este informe. Utilice esta

información en conjunción con datos experimentales y con la experiencia práctica. Las pruebas de

campo son de obligado cumplimiento para validar su diseño definitivo. SolidWorks SimulationXpress le

ayuda a reducir el tiempo de salida al mercado de sus productos, aunque sin llegar a eliminar las

pruebas de campo por completo.

maquina de corte vertical

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