Compilación técnica de herramientas para la fabricación de ...tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/2578/1/1584_2007_ESIME-AZC... · INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Compilación técnica de herramientas para la fabricación de autopartes estampadas en acero

TESIS

Que para obtener el título de

INGENIERO MECÁNICO

Presenta:

Jaime Arturo Ramos Altamirano

Asesor: M. en C. Juan José Martínez Cosgalla

México Distrito Federal 2007

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Agradecimientos Agradezco al instituto politécnico nacional por permitirme realizar mis estudios y finalizarlos de forma satisfactoria. A mi esposa por todo el apoyo moral que me transmitió durante estos años que fueron el motivo de aliento para que en ningún momento me rindiera y pudiera pasar todos los obstáculos que se me presentaron durante estos años, a ti Vany que siempre has sido como el motor que cuando siempre lo he necesitado nunca deja de funcionar. A mis hijos que llegaron justo en el momento de darme el empujoncito que me hacia falta, pero sobre todo a ti Ailani que fuiste la luz que me abrió el camino para seguir adelante.

A mi familia, en especial a mis padres por su apoyo tanto moral como económico que me brindaron durante el tiempo que estuve realizando mis estudios, por demostrarme que para estar junto a mí no necesitan estar presentes físicamente. Gracias por sus palabras de aliento y la energía positiva que siempre me transmitieron desde el momento en el que decidí iniciar el recorrido para alcanzar esta meta.

Doy gracias a mi asesor de tesis el Ing. Juan José Martínez Cosgalla, por su apoyo y su aporte de ideas para la realización de esta tesis.



ÍNDICE Introducción ………………………………………………………………… . 4 Capitulo 1 Tipos de maquinaria y herramientas para

.. 6 .. 6 6. 7

.. 7. 7 . 8 10

…12 . 13

obtener piezasestampadas. 1.1 Generalidades ……………………………………………….............1.1.1 Elasticidad ……………………………………………………………1.1.2 Plasticidad ………………………………………………..……………1.1.3 Prensa ………………………………………………………………… 1.1.4 Prensas y tipos ………………………………………………………1.1.5 Prensa mecánica …………………………………………………… 1.1.6 Prensa hidráulica ……………………………………………………1.1.7 Prensa neumática ……………………………………………………1.1.8 Prensa de pedal …………………………………………………… 1.1.9 Prensa hidráulica ……………………………………………………1.2 Fijación del cabezal de la prensa ……………………………………. 14

… 18 … 19 … 23 … 28 … 29

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1.2.1 Medidas punzón y matriz ………..………………………………… 1.2.2 Troquel con placa guía …………………………………………… 1.2.3 Forma y posición del punzón ………………………………….… 1.3 Tecnologías para el corte de chapa de acero ……………………1.3.1 Análisis del proceso de punzonado …………………………… 1.3.2 Fuerzas en el punzonado ………………………………………… 1.3.3 Desgaste de la herramienta ……………………………………… 1.3.4 Precisión de las piezas punzonadas …………………………… 1.3.5 Fuerza de corte …………………………………………………… Capitulo 2 Sistema de coordenadas. 2.1 Bases teóricas ………………………………………………………….. 2.1.1 Valores indicativos característicos para apoyos RPS …………… 2.1.2 La regla 3-2-1 ………………………………………………………… 2.1.3 Denominación RPS ………………………………………………….. 2.1.4 Acotación y tolerancias ……………………………………………...

532.1.5 Sistemas de referencia rotados para piezas de construcción ….

44 45 47 4851



2.1.6 Aplicación consecuente ……………………………………………. 2.1.7 Determinación de puntos de referencia. ………………………… 2.1.8 Determinación de áreas funcionales …………………………….. Capitulo 3 Especificaciones que debe tener un dispositivo de control 3.1 Características generales ……………………………………………. 3.1.1 Características para control de piezas ………………………….. 3.2 Características especiales. …………………………………………. 3.2.1 Piezas plásticas flexibles. ……………………………………….. 3.2.2 Ensambles. ………………………………………………….…….. 3.2.3 Cristales ………………………………………………………..…… 3.2.4 Alfombras y similares. …………………………………….….…… 3.2.5 Tuberías rígidas ………………………………………………..….. 3.2.6 Tuberías flexibles…………………………………………………… Capitulo 4 Bases para el diseño de dispositivos de ensamble. 4.1 Dispositivo …………………………………………………………….. 4.1.1 Finalidad del diseño de un herramental …………………………. 4.1.2 Bases de diseño …………………………………………………… 4.1.3 Alternativas de creación ………………………………………….. 4.1.4 Trazado del dispositivo ……………………………………………. 4.1.5 Procedimiento básico de diseño …………………………………. 4.1.6 Material preparatorio del diseñador ……………………………… 4.1.7 Posicionado e inmovilización de la pieza ……………………….. 4.1.8 Posicionado ………………………………………………………… 4.1.9 Pieza con sujeción ………………………………………………… Capitulo 5 Componentes mundiales de estandarización 5.1 Las iniciativas de los NAAMS (Global Estándar Components)…… 5.1.1 Alternativas para el diseño de herramentales …………………… 5.1.2 Soportes NAAMS …………………………………………………… 5.1.3 Sujetador ……………………………………………………………. 5.1.4 L Block ………………………………………………………………

55 56 56

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59 63 65 65 65 66 66 66 67

68 68 70 70 70 71 71 72 73 74

75 77 78 90 94



5.1.5 Reten para perno …………………………………………………. 100 5.1.6 Perno localizador …………………………………………………… 5.1.7 Lainas y Espaciadores …………………………………………….. 5.1.8 Topes ……………………………………………………………….. 5.1.9 Guías ………………………………………………………………… 5.2 Cojines …….…………………………….………………………….. Capitulo 6 Diseño mecánico de herramentales para el ensamble deuna puerta de un vehiculo. 6.1 Diseño de herramientas de ensamble……………………………… 6.1.1Datos técnicos ………………………………………………..…… 6.1.2 Descripción general del sistema propuesto …………………….. 6.2 Descripción general del proceso ……………………………………. 6.2.1 Estación 10…………………………………………………………… 6.2.2 Estación 20…………………………………………………………… 6.2.3 Estación 30……………………………………………………………. 6.2.4 Estación 40…………………………………………………………… 6.2.5 Estación 50…………………………………………..……………… 6.2.6 Estación 60…………………………………………………………… 6.2.7 Estación 70…………………………………………………………… 6.2.8 Estación 80…………………………………………………………… 6.2.9 Layout ……………………………………………………………….. 6.3 Notas …………………………………………………………………… 6.3.1 Herramientas de ensamble…………………………………………. 6.3.2 Estaciones portátil de soldadura tipo transgun………………... 6.3.3 Maquina de soldadura tipo pedestal…………………….……….. 6.3.4 Estación de sello……………………………………………………. 6.3.5 Manejo de materiales………………………………………………. 6.3.6 Equipo de control para herramientas…………………………….. 6.3.7 CPK ………………………………………………………………….. 6.3.8 Pruebas de aceptación…………………………………………….. 6.3.9 Discrepancias……………………………………………………….. 6.4 Instalación y puesta en marcha……………………………………… 6.4.1 Responsabilidades…………………………………………………… 6.4.2 Notas y consideraciones……………………………………………

105 110 125 127 130

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144 144 144 145 145 146 147 147 148 148 149 151 151 152 152 152 153 153 154 155 155 156 157 157



Conclusiones 214 Referencias 215



ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Prensa mecánica de 100 toneladas ……………………………. Figura 1.2 Prensa hidráulica de 800 toneladas …………………………… Figura 1.3 Prensa neumática de 10 toneladas ……………………………. Figura 1.4 Prensa de pedal accionada en el piso …………………………. Figura 1.5 Arreglo de un troquel de simple acción ………………………… Figura 1.6 Arreglo de un troquel de doble acción …………………………. Figura 1.7 Corte de una vista de una matriz de corte ……………………… Figura 1.8 Proceso de corte de chapa entre punzón y matriz ……………… Figura 1.9 Presentación de un arreglo de un troquel con postes que sirven de guía para estampar piezas de precisión ………………………………….. Figura 1.10 Vista de una zapata inferior de uso comercial rectificada …….. Figura 1.11 Troquel fabricado con fundición para embutidos …………….. Figura 1.12 Esquema de fijación de zapata superior con el mamelón …….. Figura 1.13 Desgaste del punzón y zonas de fractura …………………….... Figura 1.14 Diferentes tipos de afilado de punzones ……………….……… Figura 1.15 Matriz con ángulo de alivio para poder perforar la lámina sin crear esfuerzos en el punzon ………………………………………….……. Figura 1.16 Troquel con guía de columnas para producciones grandes y de precisión ……………………………………………………………………. Figura 1.17 Diferentes tipos de porta troquel comerciales de placa rectificada y de tundición gris ……………………………………………… Figura 1.18 Diferentes tipos de platinas …………………………………… Figura 1.19 Troqueles de fabricación especial para estampar autopartes de carrocería ………………………………………………………………….. Figura 1.20 Esquema del punzonado ………………………………………. Figura 1.21 Etapas del punzonado ………………………………………… Figura 1.22 Características del borde de corte con juego normal …………. Figura 1.23 Posición relativa de las grietas según el juego ……………….. Figura 1.24 Características del borde con juego excesivo e insuficiente ….. Figura 1.25 Influencia del juego de corte J sobre la fuerza de corte ……….. Figura 1.26 Resistencia de corte por punzonado según el juego …………… Figura 1.27 Efecto del diámetro del punzón en la resistencia al punzonado.. Figura 1.28 Afilados especiales del punzón ……………………………….. Figura 1.29 Desgaste del punzón y matriz …………………………………. Figura 1.30 Factores que afectan a los defectos geométricos de las piezas punzonadas …………………………………………………………………. Figura 1.31 Distintos tipos de borde según el juego ……………………….. Figura 1.32 Variación de la altura de la rebaba con el numero de golpes …. Figura 2.33 Sistema global de coordenadas ……………………………….. Figura 2.34 Dispositivo de control indicando RPS …………………………

8 810 12 15 16 17 18

19 20 21 22 23 24

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27 28 30 31 32 32 33 34 35 37 38

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Figura 2.35 Conjunto con puntos RPS con fijación Z ……………………… Figura 2.36 Acotado en la tabla NO-F23 …………………………………... Figura 2.37 El punto de referencia se forma directamente sobre las sujeciones y montaje principal RPS………………………………………… Figura 2.38 Áreas de aplicación ……………………………………………. Figura 3.39 Pisador de sujeción ……………………………………………. Figura 3.40 Indicadores de reloj ……………………………………………. Figura 3.41 Dispositivo fabricado de acero y aluminio para uso rudo …….. Figura 3.42 Dispositivo de control con plantillas para verificar perfiles en las superficies ……………………………………………………………… Figura 3.43 Dispositivo con plantilla de forma …………………………….. Figura 3.44 Sistema de apoyo para la forma de la pieza …………………… Figura 3.45 Tipos de pernos localizadores ………………………………… Figura 3.46 a Control de siluetas ………………………………………….. Figura 3.46 b Control de siluetas con ángulo ……………………………… Figura 3.47 Sistema de localización ……………………………………….. Figura 3.48 Pernos con tolerancias para caras …………………………….. Figura 3.49 Vista frontal …………………………………………………… Figura 4.50 Tipo de montaje de una pieza para maquinar en producción …. Figura 4.51 Arreglo de sujeción NAAMS con la ayuda de un clamp neumático ………………………………………………………………….. Figura 5.52 Soporte para la sujeción de cilindros …………………………. Figura 5.53 Nomenclatura para seleccionar diferentes tipos de soportes dependiendo de la carga aplicada …………………………………………... Figura 5.54 Soporte básico …………………………………………………. Figura 5.55 Nomenclatura para seleccionar soportes de diámetro 13.5mm .. Figura 5.56 Soporte para alturas de 100mm hasta 800mm ………………… Figura 5.57 Nomenclatura de soportes para tornillo M10 …………………. Figura 5.58 Soporte de carga ligera ………………………………………… Figura 5.59 Soporte para diseño en sistema ingles ………………………… Figura 5.60 Soporte para diámetros de 9/16” ………………………………. Figura 5.61 Nomenclatura de soportes de carga pesada …………………… Figura 5.62 Soportes de carga ligera en sistema ingles ……………………. Figura 5.63 Base de aumento para soportes ……………………………….. Figura 5.64 Clamp de 5 y 8 barrenos ……………………………………… Figura 5.65 Clamp para sujeción sin barrenos …………………………….. Figura 5.66 Clamp de sujeción de 135º …………………………………… Figura 5.67 Clamp largo de sujeción ……………………………………… Figura 5.68 Block de sujeción ………………………………………..…. Figura 5.69 Block de sujeción M10 x 1.5 mm …………………………. Figura 5.70 Block para arreglo en tres ejes …………………………….. Figura 5.71 Block para sujeción de localizadores ……………………….

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Figura 5.72 Block para sujeción de localizadores de 4 barrenos ………… Figura 5.73 Block de sujeción 115M ……………………………………. Figura 5.74 Reten de perno ajustable …………………………………… Figura 5.75 Reten con 3 barrenos ………………………………………. Figura 5.76 Reten con ajuste …………………………………………… Figura 5.77 Reten para localizadores cortos …………………………… Figura 5.78 Reten para localizadores largos …………………………… Figura 5.79 Perno localizador …………………………………………… Figura 5.80 Nomenclatura de pernos …………………………………… Figura 5.81 Perno localizador de diámetro 24.85mm …………………… Figura 5.82 Perno localizador de diámetro 25mm ………………………. Figura 5.83 Nomenclatura de pernos ……………………………………. Figura 5.84 Lainas de ranura para ajuste ………………………………… Figura 5.85 Peine de 3 ranuras …………………………………………… Figura 5.86 Peine de 4 ranuras …………………………………………… Figura 5.87 Espaciador de 3 barrenos ……………………………………. Figura 5.88 Espaciador de 4 barrenos ……………………………………. Figura 5.89 Espaciador de 6 barrenos …………………………………… Figura 5.90 Espaciador d ranura corta …………………………………… Figura 5.91 Espaciador para ajustes fijos ……………………………….. Figura 5.92 Espaciador de 5 barrenos …………………………………… Figura 5.93 Peine de 5 ranuras …………………………………………... Figura 5.94 Laina de 1 ranura para ajustes rápidos ……………………… Figura 5.95 Peine de 3 ranuras para ajustes rápidos …………………….. Figura 5.96 Peine de 4 ranuras de 20mm ………………………………. Figura 5.97 Espaciador de 3 barrenos en línea ……… ……………….. Figura 5.98 Espaciador de 4 barrenos de diámetro de 9mm …………… Figura 5.99 Tope ajustable ……………………………………………… Figura 5.100 Tope plano ajustable ……………………………………… Figura 5.101 Guía para localizar ajustable ………………………………. Figura 5.102 Guía para localizar ajustable ARL …………………………. Figura 5.103 Guía para localizar interior ………………………………… Figura 5.104 Cojín de asentamiento ……………………………………… Figura 5.105 Cojín corto ………………………………………………… Figura 5.106 Cojín largo ………………………………………………… Figura 5.107 Cojín para maquinar …………………………………..…… Figura 5.108 Cojín con base ……………………………………………. Figura 5.109 Cojín de descanso de 4 barrenos ………………………….. Figura 5.110 Cojín de descanso ………………………………………… Figura 5.111 Cojín de descanso para RPS ………………………………. Figura 5.112 Cojín de descanso de acero inoxidable ……………………. Figura 5.113 Cojín de descanso ANL 104 ………………………………

98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 137 138 139 140



Figura 5.114 Cojín de descanso ANL 106 ……………………………… Figura 5.115 Cojín de descanso ANR 130 …………………………..…… Figura 6.116 Estación 10 y 20 …………………………………………... Figura 6.117 Estación 30 ………………………………………………… Figura 6.118 Estación 40 ………………………………………………… Figura 6.119 Estación 50………………………………………………….. Figura 6.120 Estación 60…………………………………………………. Figura 6.121 Estación 80…………………………………………………. Figura 6.122 Layout …..…………………………………………………. Figura 6.123 Herramienta para soldar tuercas Estación 10a ……………………... Figura 6.124 En este dispositivo se hacen arreglos con rieles y carros para obtener movimientos longitudinales y transversales, con la ayuda de cilindros neumáticos……………………………………………………………………………….. Figura 6.124a Base del dispositivo………………………………………. Figura 6.125 Unidad 1…………………………………………………… Figura 6.126 Bastidor Unidad 2………………………………………………………. Figura 6.127 Bastidor unidad 3…………………………………………… Figura 6.128 Unidad 6…………………………………………………… Figura 6.129 Unidad 7……………………………………………………. Figura 6.130 Estación 20………………………………………………… Figura 6.131 Unidad 1……………………………………………………. Figura 6.132 Unidad 2……………………………………………………. Figura 6.133 Unidad 3……………………………………………………. Figura 6.134 Unidad 4…………………………………………………… Figura 6.135 Unidad 5……………………………………………………. Figura 6.136 Unidad 6…………………………………………………….. Figura 6.137 Unidad 7……………………………………………………. Figura 6.138 Estación 30…………………………………………………. Figura 6.139 Ensamble de la estación 30………………………………… Figura 6.140 Posición al frente del carro 5050mm……………………….. Figura 6.141 Unidad 1……………………………………………………. Figura 6.142 Unidad 2…………………………………………………… Figura 6.143 Unidad 3……………………………………………………. Figura 6.144 Unidad 4……………………………………………………. Figura 6.145 Unidad 5…………………………………………………… Figura 6.146 Unidad 6……………………………………………………. Figura 6.147 Unidad 7 ……………………………………………………. Figura 6.148 Unidad 8……………………………………………………. Figura 6.149 Ensamble de la estación 40………………………………… Figura 6.150 Unidad 1……………………………………………………. Figura 6.151 Unidad 2……………………………………………………. Figura 6.152 Unidad 3…………………………………………………….

141 142 145 146 146 147 147 148 149 160

161 161 162 164 166 168 170 171 172 174 176 178 180 182 184 186 187 188 189 190 191 192 193 195 197 199 200 201 202 203



Figura 6.153 Unidad 4……………………………..…………………….. Figura 6.154 Unidad 5…………………………………………………… Figura 6.155 Unidad 6……………………………………………………. Figura 6.156 Unidad 7……………………………………………………. Figura 6.157 Soporte para sujetar y manipular la pieza, sujeta al robot………… Figura 6.158 Estación 50…………………………………………………. Figura 6.159 Estación 60…………………………………………………. Figura 6.160 Estación 60 izq….…………………………………………. Figura 6.161 Estación 70…………………………………………………. Figura 6.162 Estación 80………………………………………………….

204 205 206 207 208 209 210 211 212 213



INDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Distintos factores que intervienen en el punzonado ………….….. Tabla 1.2 Datos de la precision de diversos modelos de punzonadoras CN según catalogo comercial …………………………………………………... Tabla 1.3 Rango aproximado de los valores de los distintos bordes de la figura 1.31 ………………………………………………………………… Tabla 1.4 Valores prácticos de la resistencia …….………………………… Tabla 2.5 Valores orientativos recomendados …..…………………………. Tabla 2.6 Valores orientativos recomendados …..…………………………. Tabla 2.7 Ubicación RPS …………………………………………………... Tabla 6.8 Equipo requerido ……………………………………………….. Tabla 6.9 Tiempo operativo……………………………………………….. Tabla 6.10 Tiempo operativo PW02……………………………………….. Tabla 6.11 Componentes Unidad 1 ………………………………………………….. Tabla 6.12 Componentes Unidad 2…………………………………………………… Tabla 6.13 Componentes Unidad 3……………………….…………………………… Tabla 6.14 Componentes Unidad 6…………………………………………………….. Tabla 6.15 Componentes Unidad 7………………………………………… Tabla 6.16 Componentes unidad 1…………………………………………. Tabla 6.17 Componentes unidad 2…………………………………………. Tabla 6.18 Componentes unidad 3…………………………………………. Tabla 6.19 Componentes unidad 4…………………………………………. Tabla 6.20 Componentes unidad 5………………………………………… Tabla 6.21 Componentes unidad 6…………………………………………. Tabla 6.22 Componentes unidad 7…………………………………………. Tabla 6.23 Componentes unidad 1…………………………………………. Tabla 6.24 Componentes unidad 5…………………………………………. Tabla 6.25 Componentes unidad 6…………………………………………. Tabla 6.26 Componentes unidad 7…………………………………………. Tabla 6.27 Componentes unidad 1…………………………..…………….. Tabla 6.28 Componentes unidad 2…………………………..…………….. Tabla 6.29 Componentes unidad 3………………………………………… Tabla 6.30 Componentes unidad 4…………………………………………. Tabla 6.31 Componentes unidad 5…………………………………………. Tabla 6.32 Componentes unidad 6 ………………………………………… Tabla 6.33 Componentes unidad 7………………………………………… Tabla 6.34 Componentes del soporte………………………………………

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150 158 159 163 165 167 169 170 173 175 177 179 181 183 185 189 194 196 198 201 202 203 204 205 206 207 208



CAPITULO 1

Tipos de maquinaria y herramientas

para obtener piezas estampadas.



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Introducción. La presente tesis derivada del proyecto de investigación SIP 20061121 tiene como objeto conocer algunas de las bases que se deben tener en cuenta para el diseño de herramentales dentro de la industria automotriz. La importancia de diseñar una herramienta o un dispositivo para la fabricación de partes de un auto que es la sujeción de las mismas ha venido ha proporcionar una mejor visión a los ingenieros en México, no solo por la complejidad del diseño, también por los tiempos que se necesitan para ensamblar un auto o camión. La industria automotriz en México cada día es mas objetiva en sus procesos de ensamble por lo cual el diseño de herramentales para estos ensambles son de gran importancia, no solo como una sujeción de partes también como un proceso de ensamble automatizado donde intervienen una serie de arreglos de bastidores y movimientos guiados con cilindros neumáticos, sistema de rieles, clamps neumáticos etc…. En este capitulo se describe la problemática principal del sistema anterior con el cual se fabricaban los herramentales, el sistema actual y la mejora que puede existir en los herramentales.



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Por tal razón, en el capitulo 1 se describe la importancia que tiene conocer los tipos de prensas como máquina herramienta que nos sirve para estampar gran variedad de autopartes y darle cualquier forma a la lámina, y conocer los diferentes tipos de troqueles para conformar y estampar lámina. El capitulo 2 se refiere a la teoría de los RPS (sistema de puntos de referencia); este sistema nos va a permitir llevar un control de todas las partes del auto, así como su verificación mediante los planos de cada autoparte, esto nos lleva a ubicar las autopartes en el auto por coordenadas. El capitulo 3 se refiere a todas las características que se deben tener para el diseño de un dispositivo de control, que nos permite verificar las autopartes en la línea de producción, ensamble y en el área de medición. En el capitulo 4 se van a conocer las bases que necesitamos para el diseño de dispositivos de ensamble y las condiciones optimas en que se fijan las piezas para obtener una producción de repetibilidad. En el capitulo 5 se le da a conocer al ingeniero las alternativas que tiene para el diseño de dispositivos de control y de ensamble en la industria automotriz, estas alternativas se conocen como NAAMS (sistema estándar de componentes), una solución para los problemas de ensamble de autopartes. Finalmente en el capitulo 6 se describe el diseño mecánico de dispositivos para el ensamble de una puerta de un auto, con la ayuda de varios arreglos de NAAMS (sistema estándar de componentes) fue posible el diseño de las herramientas y la experiencia para poder interpretar los planos de la armadora, así como sus especificaciones del producto y tiempos de ensamble.



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1.1 Generalidades Antes de conocer el corte y embutido de los metales, la mayor parte del desarrollo de los problemas está basada en la teoría de la elasticidad, así como hasta qué puntos nos permiten los metales trabajarlos plásticamente o cuales serían sus resistencias al corte. 1.1.1 Elasticidad Podemos decir que un material es perfectamente elástico cuando toda la deformación producida por un esfuerzo, desaparece al quitar la carga que lo originó. Dentro de ciertos límites, lo expresado aplica para la mayoría de los cuerpos sólidos, sin embargo, las deformaciones producidas por la aplicación de una carga tiene un límite, este límite es aquel en el cual el material, al retirar la carga se recupera y no hay deformaciones permanentes. Por lo tanto si a un material se le aplica un esfuerzo superior al límite elástico, después de retirar la carga el material no se recupera totalmente, de tal forma podemos expresar que la región plástica de un material, comienza en el punto de su límite elástico y se extiende hasta el punto de la rotura. 1.1.2 Plasticidad Se dice que la región plástica de un metal comienza en el punto en que rebasa el límite elástico y se extiende hasta el punto máximo de carga es decir el punto de rotura. Sin embargo, no toda esta región es perfectamente plástica, las partes cercanas al límite elástico y al momento de rotura pueden considerarse menos plásticas que el punto medio de la zona denominada región plástica. Un material perfectamente plástico tiene la propiedad de fluir, bajo la acción de diversos esfuerzos ejercidos en distintas direcciones, de modo muy semejante a los líquidos. Una característica notable de los metales es la ductilidad, es decir aquella propiedad que tienen estos de ser estirados en fibras muy pequeñas.



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Durante la extensión dúctil el metal posee una plasticidad muy grande y cierto grado de elasticidad. La falta de ductilidad se llama fragilidad, un material disminuye su elasticidad y plasticidad cuando se le somete persistentemente a una gran extensión dúctil, también se pueden modificar las características elásticas y plásticas cuando se le somete a esfuerzos repetidos de fatiga. 1.1.3 Prensa Para realizar este tipo de trabajo como lo es el estampado, se utiliza una herramienta de características especiales, la cual es montada en una máquina diseñada en especial para esta operación. Este proceso es de gran importancia en la fabricación de artículos metálicos, que van desde los más simples como serían broches, bisagras, llaves, etc, como los más complejos que serían partes de automóviles, aviones, barcos, etc. La elección del tipo de máquina a usar depende de los requerimientos de tonelaje, dimensión, producción y la flexibilidad para el cambio de proceso.

1.1.4 Prensas y tipos: Son máquinas herramientas cuya característica es la entrega de grandes cantidades de energía (fuerza x recorrido) de forma controlada. Atendiendo a la forma de entregar dicha energía las prensas pueden ser mecánicas o hidráulicas.

1.1.5 Prensas Mecánicas. Constan de un motor eléctrico que hace girar un volante de inercia que sirve de acumulador de energía. La energía se entrega a la parte móvil de la prensa (carro) mediante un embrague o acoplamiento. La entrega de la energía es rápida y total, gastando en cada golpe una fracción de la capacidad de trabajo acumulada. Se usan para trabajos de corte, estampación, forja y pequeñas embuticiones.



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Fig.1.1 Prensa mecánica de 100 toneladas.

1.1.6 Prensas Hidráulicas. Se basan en el conocido principio de Pascal, alimentándose un pistón de gran diámetro con fluido a alta presión y bajo caudal consiguiendo altísimas fuerzas resultantes. La entrega de energía es controlada en cada momento tanto en fuerza como en velocidad por lo se mantiene el control constante del proceso. Se usan en operaciones de embutición profunda y en procesos de altas solicitaciones como acuñado.

Fig.1.2 Prensa hidráulica de 800 toneladas. Una de las causas que han hecho posible la producción y popularidad de muchos objetos de uso diario y de lujo, que actualmente se consideran como de utilización normal en la vida, es la aplicación creciente de las prensas a la



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producción en masa. Uno de los ejemplos más notables que pueden poner en este sentido es el desarrollo de la industria de fabricación de automóviles. Los primeros automóviles se fabricaron con relativamente poco equipo y maquinando cada una de las partes metálicas que actualmente se obtienen de este proceso que es el estampado, doblado y embutido de lámina.

Es notable observar el trabajo de una prensa de gran tamaño que de un solo golpe nos produce el techo de un automóvil, cuya forma puede ser sencilla y que sale de la prensa sin rebaba o falla; a pesar de la importancia del trabajo efectuado y de la velocidad de la operación, la prensa es capaz de producir piezas semejantes cada 12 segundos.

Para la producción en masa, las prensas son empleadas cada día en mayor número, sustituyendo a otras máquinas.

Existe además la razón adicional de que con una buena operación y calidad de las prensas, se pueden obtener productos de mucha homogeneidad, con diferencias de acabado entre unas y otras piezas de 0.002" y aun menos, lo cual es una buena tolerancia hasta para piezas maquinadas.

El secreto de la economía de operación en las prensas es fundamentalmente en el número de piezas que se produzcan. No es económico fabricar un costoso dado para producir unas pocas piezas, pero cuando se produzcan 100,000 ó un millón de piezas, bien puede justificarse la fabricación o compra de un dado costoso, ya que este se amortiza a través de un elevado número de unidades. Hay prensas que pueden producir 600 piezas por minuto o más.

En esta forma se puede ver que las prensas, a pesar de su alto costo, pueden sustituir ventajosamente los sistemas anteriores de fundir las piezas y acabarlas maquinándolas.

Claro que en cada caso hay que hacer un estudio económico siguiendo los lineamientos generales apuntados anteriormente, antes de tomar una decisión.



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1.1.7 Prensas neumáticas este tipo de prensas funcionan con baja presión de aire, con compresor silencioso incorporado y mando electrónico totalmente autónomo.

Fig.1.3 Prensa neumática de 10 toneladas

Para el operario que controla la pieza y ve transformarse el pedazo de lámina en una pieza terminada en pocos segundos y en una sola operación, el trabajo es simple y fácil y si es un buen mecánico, las herramientas o dados utilizados le parecerán muy sencillos.

Sin embargo, poner en marcha satisfactoriamente la producción de esas piezas, habrá costado seguramente mucho dinero y los mejores esfuerzos de los ingenieros, especialista y técnicos.

El progreso de la técnica de fabricación con prensas está íntimamente ligado al progreso de las técnicas de laminación de metales, que ha permitido obtener láminas y soleras de diferentes metales cada día más uniformes con técnicas de fabricación más sencillas y tolerancias cada vez menores.



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En el diseño de troqueles y dados hay mucho trabajo experimental, mucho más de lo necesario normalmente en otras industrias.

Los metales pueden ser formados plásticamente en compresión o en tensión dentro de ciertos límites, recuperando su forma inicial una vez que el esfuerzo de deformación desaparece, si este se ha mantenido dentro del límite elástico.

El límite elástico de un material disminuye bajo condiciones repetidas de esfuerzo. Cuando los metales se someten a esfuerzos por arriba de su límite elástico quedan deformados permanentemente. Si la carga aplicada continúa, la deformación del metal sigue aumentando plásticamente hasta que tiene lugar la ruptura.

Las prensas de corte llevan al material a un esfuerzo más allá de su resistencia última al corte. Las prensas de doblado y embutido emplean una fuerza que produce un esfuerzo intermedio entre el límite elástico que debe ser excedido, y la resistencia última que no debe de sobrepasarse, por lo que la dureza y el endurecimiento de los metales son de especial importancia para el trabajo de las prensas.

El aumento de la dureza o resistencia a la deformación de los metales resultan de un cambio en la estructura interna de los mismos. Este cambio puede tener lugar por la fuerza bruta del trabajo en frío (embutido, laminado, etc.) y puede también lograrse con un tratamiento térmico.

La acción de las prensas se lleva a cabo por medio de una herramienta que es impulsada a presión contra el material laminado. La herramienta puede ser maciza o hueca, afilada o sin filo y de formas variadas según el caso.

Si clasificamos a las prensas de acuerdo al mecanismo de conducción, se pueden clasificar en mecánicas o hidráulicas, pudiendo ser las primeras operadas manualmente, en el caso más elemental, y con motor en la mayoría de los casos. El funcionamiento de las prensas operadas con motor está basado en el siguiente principio:



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El motor hace girar un volante de la prensa que está unido al cigüeñal de la misma directamente o por medio de engranes o bandas, operándose con auxilio de un embrague de fricción; este embrague es accionado por medio de un pedal o una estación de botones. El embrague se desconecta automáticamente después de cada revolución, a no ser que el operador mantenga oprimido el pedal, en cuyo caso la prensa repite el trabajo. Después de que el embrague desconecta al volante, un freno detiene el movimiento del propio cigüeñal. Una biela transmite el movimiento del cigüeñal a una parte móvil de la prensa o ariete, deslizándose éste en unas guías.

1.1.8 Prensas de pedal. Son manejadas con el pie generalmente, son usadas solo para trabajos livianos. Las prensas de manivela, son el tipo más común por su simplicidad. Son usadas para la mayoría las operaciones de perforado, recorte y de estirado simple. Las prensas de doble manivela están provistas de un método para mover los soportes de discos o las matrices de acción múltiple. Las de conducción excéntrica se usan sólo donde se necesita un solo martinete de golpe corto. Las de acción de leva están provistas de un reposo, en la parte inferior del golpe, por esta razón a veces se usan para accionar los anillos de sostén del disco en las prensas de estampado.

Fig.1.4 Prensa de pedal accionada en el piso.



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1.1.9 Las prensas hidráulicas son producidas en varios tipos y tamaños. Debido a que pueden proveerse de casi ilimitada capacidad, la mayoría de las prensas más grandes son de este tipo. El uso de varios cilindros hidráulicos permite la aplicación de fuerzas en el martinete en varios puntos, y proveen de la fuerza y ritmo necesario al soporte de discos. Las prensas hidráulicas de alta velocidad proporcionan más de 600 golpes por minuto, y se utilizan para operaciones de corte de alta velocidad.

Las prensas también son clasificadas de acuerdo al tipo de bastidor empleado. Tal clasificación es importante debido a que indica algunas de las limitaciones del tamaño y tipo de trabajo que puede realizarse. La siguiente clasificación es de acuerdo al tipo de bastidor:

En lo que se refiere a la manera de actuar, las prensas se dividen en 3 grupos principales:

1) De simple acción: Tienen únicamente un ariete

2) De doble acción: Tiene 2 arietes deslizando uno exteriormente y otro en el interior. El ariete exterior es el que constituye generalmente el pisador y es actuado por medio de brazos articulados o de levas excéntricas, de manera que al final de su carrera permanece estacionario y aplicando presión para sujetar la pieza, mientras el ariete interior o punzón sigue su movimiento hacia arriba simultáneamente. Las prensas de doble acción se emplean principalmente para trabajos de embutido profundo.

3) De triple acción: Son muy semejantes en principio a las anteriores, pero tienen un ariete adicional que trabaja de abajo hacia arriba, cuyo movimiento se sincroniza con el de los 2 arietes anteriores.

La parte superior de un troquel o punzón se sujeta en la mayoría de las prensas a la cara inferior del ariete por medio de tornillos. La parte inferior del troquel o matriz se sujeta también por tornillos a la mesa de la prensa y se alinea perfectamente con el punzón. Generalmente el dado o troquel es una sola unidad con sus propias guías.



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Al estudiar el empleo de una prensa para una determinada producción, los factores principales que deben tenerse en cuenta son:

a. - Clase de operación por efectuarse, lo cual fija principalmente el tipo de prensa y su carrera, que debe ser lo más corta posible para evitar desgaste, pero suficientemente amplia para poder manejar libremente el material.

b. - Forma y tamaño del artículo que fijan las dimensiones de la mesa, claro, carrera, y si la prensa debe ser de acción sencilla, doble o triple.

c. - Material empleado en la fabricación del artículo. Determina la presión necesaria de la prensa, tamaño de la mesa, forma de alimentación y número de pasos.

d. - Producción horaria. Determina la potencia de la prensa, su velocidad de trabajo y sistemas de alimentación.

e. - Precios límites del producto terminado. Limitan la inversión a realizar y obligan a un estudio técnico económico.

f. - Troqueles o dados, su tamaño y construcción. Con este dato se fija la luz de la prensa y su carrera, así como el sistema de alimentación más conveniente.

1.2 Fijación al cabezal de la prensa Por medio del centrador o mamelón que debe estar situado en el punto de aplicación del esfuerzo (centro de presiones). El mamelón ya montado debe de asegurar un buen funcionamiento del cabezal y del troquel y resistir a la extracción de los punzones fuera de la cinta del material. Puede llevar una parte cónica que permite al tornillo de blocaje apretar sobre la placa de apoyo del cabezal como se muestra en la fig.1.5



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Fig.1.5 Arreglo de un troquel de simple acción.



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Fig.1.6 Arreglo de un troquel de doble acción.



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Empleo: Para troquelado de placas de perfil simple de medidas no muy precisas y volumen de producción pequeño. Guía del punzón: La guía del punzón depende de la máquina troqueladora no hay guía entre punzón y la placa matriz. Construcción de la matriz Chapa Delgada: Matriz cónica de 0.5 a 1º Chapa Gruesa: Matriz prismática Z= 3 a 5mm y un ángulo de salida de 2 a 3º (fig.1.7)

Fig.1.7 Corte de una vista de una matriz de corte.



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1.2.1 Medidas punzón y matriz Perforado: El punzón tiene la medida nominal (contornos interiores). Punzonado: La matriz tiene la medida nominal (contornos exteriores).

Fig.1.8 Proceso de corte de chapa entre punzón y matriz Ventajas: Troquel simple y de fabricación económica. Desventajas: No hay guía entre punzón y matriz, la holgura aumenta muy rápido.



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1.2.2 Troquel con placa guía. Generalmente estos troqueles se construyen para producir piezas de precisión y altos lotes de producción. Fig. 1.9 Presentación de un arreglo de un troquel con postes que sirven de guía para estampar piezas de precisión. Empleo: Casi cualquier pieza se puede fabricar, se pueden trabajar espesores muy delgados (0.2 a 0.5mm), volúmenes de producción medianos (25mil a 200mil). Guía del punzón: Por medio de la placa guía se evita que el punzón choque con la placa matriz.



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Guía de la lámina: Alinea la posición de la lámina con relación al punzón, además determina la distancia entre la placa matriz y la placa guía, se debe fabricar de acero con un tratamiento térmico y rectificado. Ventajas: Troquel para fabricar piezas de precisión y piezas estándar, para grandes producciones, se pueden perforar plantillas con agujeros pequeños. Desventajas: La fabricación del troquel es muy costosa y su tiempo de diseño es lento. Base o zapata inferior

Fig. 1.10 Vista de una zapata inferior de uso comercial rectificada Función: Es la base para todo troquel, facilita la sujeción del troquel sobre la prensa, soporta la placa matriz, soporta el dispositivo de seguridad debe absorber las fuerzas de corte, sin deformaciones soporta a las columnas guías, estas se fijan en su parte inferior con un ajuste de apriete.



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Construcción: Muy resistente y de espesores considerables para soportar todos los elementos del troquel, incluyendo las fuerzas que actúan sobre la herramienta. Material: Acero no aleado (acero rolado en caliente), con un contenido de carbón de 0.15 a 0.45% y resistencia a la tracción de 42 kp/mm2, puede fabricarse de fundición de acero o fundición gris para troqueles de embutido (fig.1.11).

Fig.1.11 Troquel fabricado con fundición para embutidos. La fijación de las columnas se hace normalmente con un ajuste de apriete de H7. La fijación a la prensa es por medio de bridas, tornillos y tuercas “T”.



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Zapata Superior.

Fig.1.12 Esquema de fijación de zapata superior con el mamelón.

Mamelón: Sirve para sujetar el troquel en el ariete de la prensa, tiene la función de guía para troqueles libres. Muesca: Sirve para fijar el mamelón en el ariete, soporta las diferentes partes del troquel. Zapata Superior: Soporta las partes del troquel, sirve como base para troqueles con guías de columnas, se fabrica de acero rolado en caliente o en frío. Placa Sufridera: Transmite la fuerza de corte de los punzones (esta es grande en punzones de diámetro pequeño y láminas gruesas) y evita sobrecargas.



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Material: Acero para herramientas templado y rectificado, espesores de 6 a 10mm. Placa porta punzones: Soporta todos los punzones y a veces al extractor o planchador, los punzones tendrán en el alojamiento un ajuste de apriete que le impida salir de este ajuste. Tornillo de fijación: Sirve para unir la zapata superior, la placa sufridera y la placa porta punzones, el diámetro del tornillo debe ser lo suficientemente grande para resistir la fuerza al extraer el punzón. 1.2.3 Forma y posición del punzón. Punzón de base plana a 90º, no hay fuerza componente horizontal pero se requiere mayor capacidad de la prensa para troquelar piezas es ideal para láminas delgadas.

Fig.1.13 Desgaste del punzón y zonas de fractura. Punzón con base plana inclinada en este tipo de punzón se disminuye la fuerza de corte, se pueden trabajar láminas gruesas o delgadas, hay fuerzas en componente horizontal.



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Fig.1.14 Diferentes tipos de afilado de punzones Punzón con base inclinada en dos sentidos, la fuerza de corte es más pequeña y no hay fuerza horizontal, su desventaja es mantenimiento de alto costo. Matriz Función: Contra corte del punzón, soporta la guía de la lámina, el perno de paso, en ocasiones a la placa, guía, botadores y extractores. Fig.1.15 Matriz con ángulo de alivio para poder perforar la lámina sin crear esfuerzos en el punzón.



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Forma de la matriz α = Ángulo libre para corte de láminas gruesas. α = 2 a 3º α = Ángulo libre para corte de láminas delgadas. α = 0.5 a 1º Material: Acero para herramientas D2 58 a 60 Rc Troqueles con guía de columnas.

Fig.1.16 Troquel con guía de columnas para producciones grandes y de precisión.



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Función: Para la fabricación de piezas con medidas exactas y volúmenes de producción grandes (hasta 5 millones de piezas o más). Extractor: El extractor se calcula con el 8 o 10% de la fuerza de corte para garantizar una buena extracción de la pieza. Ventajas: Fabricación más fácil que el troquel con placa guía. La guía de columna es más exacta y se obtiene mejor precisión en las piezas. Se utiliza para grandes volúmenes de producción. El porta troquel está normalizado y se consigue fácilmente. Tipos de porta troquel

Fig.1.17 Diferentes tipos de porta troquel comerciales de placa rectificada y de fundición gris.



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Fig.1.18 Diferentes tipos de platinas

Fig. 1.19 Troqueles fabricación especial para estampar autopartes de carrocería



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1.3 TECNOLOGÍAS PARA EL CORTE DE CHAPA DE ACERO Los procesos de conformado de chapa en general, y en particular el proceso de punzonado, suelen asociarse con procesos mecánicos relativamente simples de reducida aportación tecnológica y escaso valor añadido. Sin embargo, la realidad es muy diferente ya que estos procesos, al igual que otros procesos de tipo mecánico, están fuertemente influenciados por factores muy diversos relacionados con la máquina, las herramientas, el material y características geométricas de la pieza o el propio entorno del proceso (tabla 1.1). El punzonado es una operación de corte de chapas o láminas, generalmente en frío, mediante un dispositivo mecánico formado por dos herramientas: el punzón y la matriz. La aplicación de una fuerza de compresión sobre el punzón obliga a éste a penetrar en la chapa, creando una deformación inicial en régimen elastoplástico seguida de un cizallamiento y rotura del material por propagación rápida de fisuras entre las aristas de corte del punzón y matriz. El proceso termina con la expulsión de la pieza cortada (figura 1.20).

Fig. 1.20.- Esquema del punzonado (A) penetración del punzón en la pieza (B) extracción del recorte.



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En general, la mayoría de los estudios efectuados sobre la mecánica del proceso de deformación plástica y corte, tienen como finalidad analizar los defectos que se presentan en el borde de las piezas punzonadas. Los primeros resultados de los estudios sobre los mecanismos de corte en punzonado se producen a comienzos de la década de los cincuenta, en Alemania (Keller) y en Japón (Fukui y Maeda) simultáneamente. Hoy en día, los estudios se centran en la obtención de modelos matemáticos que junto con el método de los elementos finitos permitan el cálculo de las fuerzas, determinar calidad del borde de la pieza y la simulación del proceso.

Tabla 1.1. Distintos factores que intervienen en el punzonado.

1.3.1 ANÁLISIS DEL PROCESO DE PUNZONADO Mecánica del corte En el proceso de punzonado se pueden considerar tres etapas (figura 1.21):

1. Deformación: los esfuerzos del punzón sobre la chapa metálica, originan en ésta una deformación, inicialmente elástica y después plástica, alrededor de los bordes del punzón y matriz.

2. Penetración: los filos de corte del punzón y matriz penetran dentro del material, produciéndose grietas en el material debido a la concentración de esfuerzos a lo largo de los filos de corte.

3. Fractura: las grietas originadas a uno y otro lado de la chapa se encuentran, originando la separación del material. Asimismo, el punzón continúa su descenso para expulsar el recorte. El juego de corte J, permite la penetración del punzón en la matriz (figura 1.21) y la expulsión del material cortado.



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Fig. 1.21.- Etapas del punzonado El juego de corte normal tiene un efecto importante en el proceso de corte y se define como la distancia lateral entre el filo del punzón y el filo de la matriz. En general, el valor del juego de corte suele expresarse de dos maneras, bien como porcentaje respecto al espesor de la chapa (juego de corte relativo) o dando el valor de la distancia entre los filos. En el caso de punzones de sección circular, el juego de corte será la mitad de la diferencia de diámetros de la matriz y el punzón, aunque es frecuente encontrar datos de fabricantes que se refieren a la diferencia de diámetros de la matriz y punzón. El corte por punzonado produce varias características en los bordes de la chapa y del material cortado. Estas características son (figura 1.22):

1. Deformación plástica caracterizada por un pequeño radio R. 2. Zona bruñida de aspecto brillante caracterizada por el ancho D. 3. Fractura angular, con aspecto mate, definida por la penetración P. 4. Rebaba caracterizada por su altura H.



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Fig.1.22.- Características del borde de corte con juego normal

Todas estas características del borde cortado dependen del tipo, dureza y espesor del material, juego entre punzón y matriz, estado de los filos de corte, sujeción del material y tamaño del punzón en relación al espesor de la chapa. Las dimensiones de la zona 2 (figura 1.22) las determina el punzón, en el caso de la chapa, o la matriz, en el caso del material cortado. La extensión de la zona 1 deformada plásticamente junto con la zona 2 bruñida, se representan como porcentaje del espesor del material y definen la distancia recorrida por el punzón antes de la fractura del material. El porcentaje de la penetración del punzón varía con el tipo y dureza del material. Así, a medida que aumenta la dureza del material, el porcentaje de penetración del punzón decrece. Por otro lado, la penetración del punzón aumenta cuando el tamaño del punzón es menor que 1,5 veces el espesor de la chapa, debido al alto esfuerzo de compresión a que está sometido el material en la zona de corte. La fractura angular y la calidad del corte dependen del juego entre matriz y punzón. Con un juego insuficiente entre punzón y matriz, se produce un corte secundario. Las grietas iniciales correspondientes al punzón y matriz no están alineadas, y por tanto, no llegan a encontrarse (figura 1.23). El descenso continuado del punzón produce la prolongación de las grietas y la superficie no cortada entre ellas se romperá en una fractura secundaria. En la parte inferior de la carrera del punzón, se produce un corte secundario y una



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segunda zona bruñida (figura 24-B). La disminución del juego, por debajo de los valores normales, provoca la disminución de todos los defectos de forma, mejorando por lo tanto, la precisión de los bordes obtenidos.

Fig. 1.23.- Posición relativa de las grietas según el juego

Cuando el juego empleado es demasiado bajo empiezan a aparecer cortes secundarios que perjudican la calidad de los bordes. Hay que destacar, que al disminuir el juego de corte se produce una mejora en la precisión de la pieza, sin embargo, otros factores como el desgaste de las herramientas o la energía consumida se ven afectados negativamente. En el caso de tener un juego de corte excesivo (figura 1.24) aparece una deformación plástica excesiva, una parte bruñida menor y una altura de rebaba mayor. Por otro lado, hay que resaltar que, al aumentar el juego de corte por encima de los valores normales, se consigue aumentar la vida de la herramienta en detrimento de la precisión obtenida en los bordes. Así, el juego de corte apropiado será aquel que no cause un corte secundario y tenga una deformación plástica y altura de rebaba pequeñas.

Fig. 1.24.- Características del borde con juego excesivo e insuficiente

Desde el punto de vista de la mecánica de la fractura del material, puede considerarse que el funcionamiento del proceso es óptimo cuando las grietas iniciadas desde el punzón y matriz se encuentran alineadas. Puesto que el juego de corte es el parámetro que afecta más directamente a la mecánica de la fractura del material, el juego de corte óptimo deberá ser capaz de proporcionar esta alineación.



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1.3.2 Fuerzas en el punzonado La fuerza de corte varía en función del juego manteniendo los demás parámetros constantes. En figura 25, se representa la fuerza ejercida por un punzón de 10 mm de diámetro y su desplazamiento al cortar una chapa de acero de 2,8 mm de espesor, con diferentes juegos de corte. En general, las curvas pueden ser descompuestas en dos partes claramente diferenciadas: una primera en la que la fuerza aumenta desde cero hasta su valor máximo, punto éste correspondiente al inicio de la fractura, y una segunda en la que las grietas crecen y se completa el corte del material. La primera zona presenta un aspecto muy similar en todas las curvas, sin embargo, desde el momento en que se inicia la fractura, se desarrollan fluctuaciones importantes para los distintos juegos.

Fig. 1.25.- Influencia del juego de corte J sobre la fuerza de corte

Fig.1.26.- Resistencia de corte por punzonado según el juego.



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)1____(__________max

S

SS A

FK =

)2_________(__________PS elA =

a)sr=630N/mm2,e=5mm; b) sr=450 N/mm2, e=5mm; c) sr=460 N/mm2, e=10mm La formación de la grieta puede asociarse a los descensos repentinos que se aprecian en los diagramas. Cuando las grietas originadas no se encuentran alineadas, las fuertes pendientes de descenso tienden a suavizarse, llegando en algunas ocasiones a la horizontalidad. En estos casos, suele producirse nuevamente disminuciones importantes de la fuerza debido a la formación de cortes secundarios. Como consecuencia de las fluctuaciones producidas en la disminución de la fuerza, se produce un aumento del área encerrada por el diagrama, y por tanto, de la energía consumida en el proceso. Por esta razón, cuando en el corte de la chapa las grietas presentan la misma alineación, la energía consumida por el proceso resulta mínima. La resistencia de corte por punzonado sk será, a partir de la máxima fuerza de corte sF máx:

donde SA es el área calculada a partir del espesor de la chapa e y el perímetro lp de corte: y sK incluye los efectos del juego de corte, desgaste de la herramienta y la influencia de otros parámetros, como las propiedades del material, espesor y forma del contorno del punzón. La resistencia al corte por punzonado sK decrece con el aumento del juego de corte, siendo su variación de aproximadamente un 14% en el rango de J = 0,01 ¸ 0,1e. En la figura 1.26 se puede observar este efecto, utilizando tres materiales distintos y punzones perfectamente afilados. Conforme se realizan



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)3_(__________max BPS elF τ=

punzonados, el punzón sufre un desgaste que tiene como consecuencia un incremento de sK de hasta 1,6 veces. Por otro lado, la resistencia de corte se ve afectada por el diámetro del agujero punzonado, así el valor de la resistencia de corte decrece con el aumento del diámetro del punzón si se mantienen las demás condiciones constantes (figura 1.27). Otro factor de influencia, es la forma de la sección del punzón. En las zonas de gran curvatura existe una concentración de esfuerzos, motivo por el cual es más frecuente la rotura del punzón en las esquinas angulosas.

Fig.1.27.- Efecto del diámetro del punzón en la resistencia al punzonado

En la práctica, en la industria se estima el valor de sK mediante el esfuerzo máximo de cizallamiento, Bτ y la fuerza máxima de corte mediante: El valor de Bτ se obtiene de tablas o a partir de la resistencia a la ruptura sr. Por lo general, se toma como resistencia de cizallamiento Bτ un valor igual al 80% de la resistencia de ruptura, sin embargo, esta proporción varía con el tipo y espesor del material.



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)4(____________________8.02 rBP

ed στ =⇒≥

)5_________(__________8.01 rBP

ed στ =⇒=

)6_________(__________8.01 rBP

ed στ =⇒<

Según estudios realizados por Oehler, existe una dependencia lineal entre la resistencia a la cizalladura y el logaritmo de la relación dp/e. Según estos estudios:

Una vez cortado el material, debe ser expulsado a través de la matriz, que en general tiene forma cónica para facilitar la extracción y dificultar el regreso del material cortado con el retroceso del punzón. La fuerza necesaria debe vencer el rozamiento y compresión radial entre el punzón y la chapa y entre la pieza cortada y la matriz. Parte de estas fuerzas también están presentes durante el retroceso del punzón debido al rozamiento de la chapa con el punzón. Esta fuerza de extracción suele expresarse como porcentaje de la fuerza necesaria para el punzonado y depende del material y del juego de corte. Otro factor a tener en cuenta, es el estado del punzón. Así por ejemplo, el progresivo embotamiento sufrido por éste, origina un aumento de la fuerza de corte, y al mismo tiempo una disminución de la fuerza de retroceso. También la velocidad de corte tiene influencia sobre la fuerza de corte. Así, al aumentar dicha velocidad, disminuye la fuerza necesaria, debido fundamentalmente a la elevación de la temperatura del material que se origina con el aumento de la velocidad de deformación.

Fig. 1.28.- Afilados especiales del punzón



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Cuando las fuerzas de corte son demasiado elevadas, estas pueden ser reducidas considerablemente mediante un punzonado por corte progresivo, esto es, inclinando el corte del punzón (figura 1.28). Sin embargo, la variación de la fuerza no supone una variación de la potencia consumida en el proceso. 1.3.3 Desgaste de la herramienta La herramienta, durante su trabajo, está sujeta a una serie de acciones mecánicas, térmicas y químicas, que ejercen un efecto de desgaste, y por tanto, es de gran interés conocer los factores que afectan a éste. Entre estos factores, se pueden citar el material de trabajo, el número de punzonados, el material de la herramienta, el diámetro del punzón, el juego de corte y la lubricación. Todos los mecanismos de desgaste (adhesión, abrasión, etc.) pueden presentarse cuando se realizan operaciones de punzonado, tanto en los punzones como en la matriz sustentadora de la chapa a cortar. El desgaste se produce en tres zonas: caras, flancos y bordes del punzón y matriz (figura 1.29). Los flancos y bordes del punzón y matriz están expuestos a la acción de las superficies generadas en el proceso de corte, y el deslizamiento relativo provoca fenómenos de adhesión en los flancos y bordes.

Fig. 1.29.- Desgaste del punzón y matriz

Flanco Cara del punzón



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La pieza punzonada sufre un endurecimiento al deformarse plásticamente, produciendo un crecimiento de las presiones locales y provocando la aparición de partículas más abrasivas. También la alta velocidad de producción da como consecuencia un alto número de impactos, favoreciendo la adhesión de partículas y fatiga de los filos de corte. Simultáneamente, aumenta la temperatura de la matriz, del punzón y de la pieza, por lo se incrementa la adhesión y se favorece la oxidación. La deformación elástica de la pieza produce un movimiento relativo a lo largo de la cara del punzón, inicialmente hacia el exterior y posteriormente, una vez iniciada la fractura, hacia el interior. Este hecho produce un desgaste abrasivo en la cara frontal del punzón. El pisador limita esta deformación elástica del material, con lo cual se reduce el desgaste del punzón. Por otro lado, la recuperación elástica de la chapa produce un desgaste del flanco del punzón en el movimiento de retracción. En la superficie lateral del punzón y de la matriz, el desgaste es debido fundamentalmente al mecanismo de adhesión. Otra zona que sufre desgaste, es el borde de corte, que presenta ambos mecanismos de desgaste, no siendo reseñable la influencia del tipo de material de la herramienta sobre el mismo. Los criterios de inutilidad de la herramienta comúnmente utilizados, son los siguientes:

• Consumo energético y fuerza máxima necesaria en el proceso. • Altura máxima tolerable de la rebaba generada en el corte. • Medición del desgaste de las caras, flancos y bordes en el punzón y

matriz. • Medida del aumento del juego de corte como consecuencia del

desgaste.



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Fig. 1.30.- Factores que afectan a los defectos geométricos de las piezas punzonadas

Parece lógico establecer modelos de ecuaciones de vida, al igual que en las operaciones de mecanizado por arranque de viruta, que permitan saber con antelación el número de punzonados que es capaz de realizar un conjunto punzón-matriz, antes de ser rechazado. Estos modelos permiten establecer la duración de la herramienta antes de llegar a un valor de desgaste determinado, el cual será función del criterio de optimización elegido (mínimo costo, máxima producción, máxima calidad, etc.). Los estudios realizados sobre este tema son relativamente escasos, sobre todo por la complejidad del mecanismo de desgaste, íntimamente ligado con la vida de la herramienta. Por tanto, resulta difícil establecer modelos sobre una gran base de datos experimentales. 1.3.4 Precisión de las piezas punzonadas En el punzonado, como en cualquier otro proceso de fabricación, en necesario establecer las especificaciones de precisión necesarias para satisfacer las necesidades del usuario. Por tanto, resulta interesante hacer un estudio de la precisión, con el fin de poder definir dichas especificaciones, de la forma más acertada posible.

La precisión de las piezas punzonadas puede ser caracterizada por los siguientes defectos: dimensionales, posición y de forma. Los factores que afectan a estos defectos son principalmente el material, las herramientas, las variaciones del proceso y la máquina. Los diámetros del recorte y del agujero, medidos sobre la superficie pulida, deben coincidir en teoría con los del punzón y matriz respectivamente.



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Estas dimensiones teóricas pueden sufrir alteraciones, debido a la influencia de algunos factores, tales como la inexactitud en las dimensiones de las herramientas, las deformaciones elásticas de éstas o los esfuerzos elástico-plásticos producidos en el material. En lo que respecta a los defectos de posición, estos comprenden dos tipos de imprecisiones geométricas: irregularidades en el contorno del recorte e inexactitudes de los agujeros de las piezas perforadas. Las primeras son debidas normalmente a la falta de coaxialidad entre punzón y matriz, a defectos en las guías o a la inexactitud de forma de las herramientas. En cuanto a la inexactitud de posición de los agujeros, depende de la precisión del sistema de movimiento de la chapa (tabla 1.2). Los defectos de forma son aquellos que se presentan en los bordes de la pieza y dependen de las herramientas y del material. Los factores de las herramientas que más afectan a estas imprecisiones geométricas, son el juego de corte, la forma del punzón y el estado de desgaste del filo, mientras que los del material, son la calidad, resistencia y espesor de la chapa.

Tabla 1.2.- Datos de la precisión de diversos modelos de punzonadoras CN según catalogo

Fig. 1.31.- Distintos tipos de borde según el juego. Material acero de bajo contenido en carbono

Punzón



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Tabla 1.3.- Rango aproximado de los valores de los distintos bordes de la figura 1.31

Los defectos de forma pueden ser controlados mediante el ajuste del juego de corte. Así, según el juego de corte, se pueden obtener cinco tipos de bordes en la chapa punzonada. En la figura 1.31 pueden observarse de manera esquemática para el punzonado de acero de bajo contenido en carbono. Las características de cada uno de estos tipos de bordes pueden verse en la Tabla 1.3. En lo que respecta a las dimensiones del agujero, se ven afectadas por el cambio del juego de corte. Cuando se utilizan juegos de corte que producen bordes como el tipo 4 (figura 1.32), el diámetro del agujero es alrededor de 0,01 mm menor que el diámetro del punzón. Sin embargo, si se obtiene un borde del tipo 2, el diámetro del agujero es 0,01 mm mayor que el diámetro del punzón. El valor de la altura de rebaba (H) viene condicionado, en el caso del recorte, por el estado de desgaste del punzón, mientras que en el agujero, éste depende del grado de desgaste de la matriz. Por lo tanto, la altura de la rebaba depende de los mismos factores que el desgaste de las herramientas. La figura 1.32 muestra la altura de la rebaba en función del número de punzonados efectuados.

Fig. 1.32.- Variación de la altura de la rebaba con el número de golpes



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σ =

1.3.4 Fuerza de corte Por lo general se toma como resistencia al cortante o sea un valor igual al 80% de la resistencia a la tensión sin embargo algunos trabajos de C. Von Bach, demuestran que la resistencia al cortante es algo mayor. En contraposición Kohler ha señalado para láminas estiradas de acero al carbono valores del 55% al 60%, sólo después de una fuerte deformación en frío se alcanzan valores iguales al 80%. Con el objeto de seleccionar el tipo y capacidad de la prensa para una operación de corte particular y evitar la posibilidad de sobrecargas, se debe determinar el valor de la fuerza requerida la cual está dada por la fórmula siguiente.

)7____(__________2.1 σAcF =

1.2= factor de seguridad

F= fuerza requerida para el corte (N)

AC= Área de corte (mm2) = p.e

p= Perímetro de corte (mm)

e= Espesor del material (mm)

Resistencia al corte del material



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ResistenciaMaterial al corte a la tensión

Suave Duro Suave DuroPlomo 2*3 * 2*5*4 *Estaño 3*4 * 4*5 *Aluminio 7*11 13*16 8*12 17*22Duraluminio 22 38 26 49Zinc 12 20 15 25Cobre 12*18 23*30 22*28 30*40Laton 22*30 35*40 28*35 40*60Bronce Laminado 32*40 40*60 40*50 50*75Lamina de Hierro * 40 * 45Lámina de F2 Embutir 30*35 * 32*38 *Lámina de Acero 45*50 55*60 * 60*70Acero con 0,1% C 25 32 32 40Acero con 0,2% C 32 40 40 50Acero con 0,3% C 38 48 45 60Acero con 0,4% C 45 56 56 72Acero con 0,6% C 56 72 72 80Acero con 0,8% C 72 90 90 110Acero con 1,0% C 80 108 100 180Acero al Silicio 45 58 55 65Acero inoxidable 52 56 65*70 *

Tabla 1.4 Valores prácticos de la resistencia (N/mm2)



CAPITULO 2

Sistema de coordenadas



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2.1 Bases Teóricas Sistema de referencia para piezas en construcción. El sistema de puntos de referencia se basa en la idea fundamental del sistema de coordenadas para piezas de construcción del vehículo. El acotado de un vehículo se efectúa mediante un sistema global de coordenadas (sistema de coordenadas matemático para vehículos), cuyo origen se establece en el punto central del eje anterior al vehículo. Fig. 2.33

Fig. 2.33 Sistema global de coordenadas



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Partiendo desde los ejes de este sistema de coordenadas, se tienden líneas reticulares de ejes paralelos que penetran teóricamente al vehículo a distancias de 100mm. Estas líneas reticulares sirven para hallar todos los puntos en el vehículo, es decir ayudan para poder determinar cada pieza de construcción de un vehículo en su posición. También el acotado se efectúa con ayuda de estas líneas reticulares. El sistema de puntos de referencia se basa en un sistema de referencia para piezas en construcción. El origen del sistema de referencia de piezas de construcción se define mediante el punto de intersección de tres planos de referencia. Los planos de referencia se forman mediante los puntos RPS (sistema de puntos de referencia), principales definidos en la pieza de construcción. Al ensamblar varias piezas, se deben establecer tolerancias entre ellas. Después del ensamblaje se describe el conjunto mediante un sistema de referencia conjunto para piezas en construcción. Este sistema se forma mediante: El aprovechamiento de uno de los sistemas de referencia existentes en alguna pieza anterior o la formación de un nuevo sistema a partir de los puntos de referencia existentes en las piezas anteriores. La determinación del nuevo sistema de referencia se orienta hacia la función del conjunto. 2.1.1 Valores indicativos característicos para apoyos RPS. Los agujeros de sujeción que requieren una gran precisión y que son utilizados varias veces deben conservar su estabilidad. Normalmente se deben aplicar los valores indicativos según tabla 2.5 y 2.6. En casos de agujeros en superficies RPS debe quedar superficie suficiente y asegurarse la dimensión de la superficie apoyo.



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Las medidas indicadas son las proyecciones sobre la pieza de construcción paralela a los ejes. Denominación Medida

nominal Tolerancia r

r presentación gráfica

Aguje

ros d

e su

jeción

tap

ónale

s

Agujero circular

10 15 20

cuadro 25

6 x 20 10 x 20

rectángulo

15 x 20 Ø15 Ø20

s

uper

ficies

circulo

Ø25

+1

10

20

canto

s

Longitud arista a

25

+1

Tabla 2.5. Valores orientativos recomendados.



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Denominación

Agujero rectangular

Aguj

eros

de s

ujec

ión

tapó

nales

Agujero rectangular en posición angular

Medida nominal b x l

Tolerancia

Tabla 2.6. Valores orientativos recomendados. 2.1.2 La regla 3-2-1. Esta regla es válida también para cualquier otra pieza rígida, aunque en el montaje se alcance un grado de complejidad mucho mas elevado. En un sistema de cuerpos rígidos, cuyos elementos están unidos entre si por articulaciones o guías, es necesario impedir más de 6 grados de libertad, mediante apoyos principales complementarios. Para piezas de construcción no rígidas, se deben definir puntos de apoyo complementarios para alojar la pieza de construcción de acuerdo con los puntos de vista RPS.



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RPS 1 debe ser el punto que impide la mayoría de los grados de libertad véase la fig. 2.34

Fig. 2.34 Se muestra dispositivo de control indicando su RPS.

2.1.3 Denominación y representación en los planos denominación RPS. Todos los puntos RPS deberán configurar en el plano de la pieza. La denominación se subdivide en: Puntos de fijación principales = Letras mayúsculas H = agujero F = superficie T = punto teórico (definido como punto medio

mediante dos puntos de apoyo). Puntos de apoyo = Letras minúsculas h = agujero f = superficie t = punto teórico (definido como punto medio mediante

mediante dos puntos de apoyo)



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Tipos de fijación Agujeros de fijación/pasadores = letra caract. H,h Superficies/cantos/bola/punta = letra caract. F,f Punto teórico = letra caract. T,t Sentidos de fijación = Letras minúsculas x, y, z para sistemas de referencia de las piezas de construcción----de eje paralelo. a, b, c para sistemas de referencia de las piezas de construcción rotada. Ejemplos de denominación RPS 1 Hxy Fz Sentido de fijación Letra caract. Sujeción principal superficie Sentido de fijación Letra caract. Sujeción principal agujero Denominación con numeración Ejemplos de denominación RPS 3 Fz Sentido de fijación Letra caract. Sujeción principal superficie Denominación con numeración



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Ejemplos de denominación RPS 5 fz Sentido de fijación Letra caract. Punto de apoyo superficie Denominación con numeración Representación en el plano La representación en plano se efectúa de acuerdo con los datos vigentes para planos. Las superficies RPS se deberán representar mediante rayado. Si aun no existe plano de la pieza, se deberá utilizar la hoja de medidas RPS FE 515 Cuando exista el plano de la pieza, se pasan las indicaciones de la hoja de medidas RPS directamente al plano o bien en la tabla NO-F23. Los puntos RPS para piezas sin plano se deberán señalar mediante indicación de la posición o del número de la pieza. Para pieza 1 existe un plano, las piezas 2 y 3 no tienen plano fig. 2.35



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Fig. 2.35 Conjunto con puntos RPS con fijación Z. 2.1.4 Acotación y tolerancias La anotación de las medidas y tolerancias se pueden efectuar directamente en el plano o en la tabla, fig.2.36 El acotado de las piezas de construcción se efectúa generalmente basado en el sistema de referencia. Las medidas de forma y funcionales con tolerancias se deben referir al origen del sistema de referencia. Ejemplo: dentro de un grupo de agujeros, se acotan los taladrados entre si, la posición del grupo se acota con respecto a los planos de referencia. Los puntos principales se sitúan con respecto al sistema de coordenadas del auto y sistemas de referencia, sin tolerancia en el sentido que fijan.



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El origen del sistema de referencia se indica en el plano y en la tabla. Si un punto determina la fijación en dos o tres direcciones, se deberá separar la tolerancia de posición del agujero y de la superficie, en este caso se deberá indicar la superficie una línea más abajo en la tabla. En el campo de tolerancia de posición del agujero se representa cero en las direcciones que fija el agujero y un guión en la dirección que fija la superficie. En el campo de tolerancia de posición de la superficie se representa cero en la dirección que fija la superficie, tal como se indica en la fig.2.36

Fig. 2.36 Acotado en la tabla NO-F23



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2.1.5 Sistemas de referencia rotados para piezas de construcción En los sistemas de referencia rotados se deben indicar los ángulos de giro teóricos en la hoja de medidas RPS FE 515 o bien en la tabla de los planos con texto repetitivo NO-F23 Si hay varios ángulos de giro figuran la indicación del ángulo y asimismo el orden de los giros en el plano. En la tabla se deberá indicar “véase plano” en lugar de la anotación del ángulo. La posición del punto de referencia se determina a través de sus coordenadas x, y, z en el sistema global de coordenadas del vehículo. Los ángulos de giro alrededor del eje x, y, z se indican con valores matemáticos con signo positivo o negativo. Los ángulos positivos se indican contra el sentido de las manecillas del reloj y los negativos en el sentido de las manecillas del reloj. El eje horizontal se asigna en el sistema de coordenadas al ángulo cero. Las medidas nominales y tolerancias se indican en valores a, b, c en la tabla RPS, las direcciones de fijación de los puntos RPS se indican en la tabla y/o en el plano en valores a, b, c por ejemplo RPS 1 HabFc, fig. 2.37.



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Fig.2.37 El punto de referencia se forma directamente sobre las sujeciones/montaje principal RPS.



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2.1.6 Aplicación consecuente El sistema de puntos de referencia RPS sirve para que se realicen los procesos aptos y seguros y con precisión de repetición, para librar al operario de los trabajos de ajuste. En todos los procesos de fabricación, ensamblaje, control y montaje deben aplicarse los mismos puntos de referencia de un modo consecuente. Antes de establecer los puntos RPS se han de determinar obligatoriamente las funciones de la pieza suelta y de los conjuntos relevantes con sus tolerancias necesarias. Los puntos de referencia establecidos al inicio de un proceso se deberán mantener durante el máximo tiempo posible. Para evitar modificaciones de los puntos de referencia prescritos, éstos se han de establecer lo antes posible en el proceso de diseño y desarrollo de acuerdo con todas las áreas que intervienen en el proceso de fabricación. Los puntos de referencia se han de posicionar en áreas estables de una pieza de construcción y no deben variar en los posteriores procesos de desarrollo y/o fabricación. Los puntos de referencia en piezas de construcción, que efectúan movimientos relativos durante la marcha con respecto a la carrocería, solo se podrán registrar en posición de construcción de acuerdo a la regla 3-2-1. Los puntos RPS en piezas de construcción, que se utilizan mucho en vehículos y que por lo tanto tienen una referencia múltiple con el conjunto global de coordenadas, se pueden presentar en el plano teórico sin referencia global a las coordenadas. La sistemática de puntos de referencia se orienta igualmente a los procesos de fabricación, a las funciones y a los objetivos estratégicos de calidad (auditorias, factibilidad del proceso).



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2.1.7 Determinación de puntos de referencia. En la aplicación de los puntos de referencia, se deberá observar el paralelismo respecto a la red (agujeros y superficies) y en sistemas rotados se deberá observar el paralelismo a los planos de referencia. Los puntos de referencia se deberán situar según el orden de operaciones, en el que se garantice la mayor exactitud en las cotas, se deben efectuar los puntos de referencia de acuerdo con una geometría estandarizada (taladro, superficie), a definir individualmente. Si no se pueden hacer agujeros en una pieza de construcción, se deberán elegir superficies o cantos/bordes para establecer puntos de referencia. En piezas comunes se reproducen las correspondientes posiciones del punto de referencia en el conjunto. 2.1.8 Determinación de áreas funcionales. La utilización del RPS en un área parcial compleja del vehículo, requiere una estructura especial para la sistemática de desarrollo y proyectos y que abarca todas las piezas, piezas sueltas y conjuntos. Un área de aplicación incluye todas las piezas de construcción en zonas visibles y cubiertas, que junto con sus puntos de aplicación tienen una influencia directa sobre su entorno inmediato. Los planos de referencia son iguales para un área de aplicación, es decir piezas de construcción o grupos de piezas de construcción y las piezas del entorno tienen la misma base de partida fig.2.38



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Fig. 2.38 (1,2,3,4) Áreas de aplicación.



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Tabla-2.7 Representación RPS



CAPITULO 3

Especificaciones que debe tener un dispositivo de control.



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3.1 Características generales. El concepto de diseño del dispositivo de control para piezas de vista interiores, exteriores y piezas críticas que definen geometría en el auto deberá ser acordado en forma bilateral con metrologia previo a su construcción.

Debe ser construido con materiales rígidos (acero tratado) y ligeros (aluminio), que soporten el uso rudo de línea de producción y además facilite su traslado véase fig. 3.41 (1): No debe sufrir flexiones por manejo y sujeción. (2): Pueda ser transportado por dos personas máximo.

Se debe construir paralelo a los ejes del auto (posición de montaje), en excepciones donde se requiera otra posición (siempre y cuando por gravedad, el peso de la pieza no provoque desviaciones dimensionales que no sean representativas de la función en el auto), se debe indicar claramente en el dispositivo (placa informativa) los ángulos y referencias de giro. Para piezas interiores y exteriores (de vista), se debe construir el dispositivo de tal forma que permita evaluar todas las zonas de vista (garantizando la evaluación de zonas críticas de holgura y enrase). Para piezas de montaje (no vista), no se requiere de configuración especial para el control de la pieza (asegurando el acceso a la medición de características críticas y/o función).

Debe contar con las referencias (marcadas) de alineación y origen x,y,z (caras maquinadas [recomendable en bajo relieve para evitar daños por uso rudo], barrenos, esferas, pernos). La pieza y/o ensamble solo debe asentar en RPS de superficie (fx,y,z), y solo en el área que indique el dibujo de producto (achurado). Así como también solo debe localizar en RPS de barrenos (Hx,y,z) únicamente.



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Al emplear clamp´s, la zona de contacto con la pieza debe ser de goma y se recomienda que la separación entre el plano de la goma y la superficie del dispositivo sea el 75% del espesor de la pieza (ver fig. 3.39).

El dispositivo debe contar con espigas GO-NOGO para superficie y corte, pins localizadores, gage para tamaño de barrenos, placa de secuencia de fijación e inspección, placas de referencias x,y,z etc.

Se deberán considerar equipo de medición auxiliar en los dispositivos como indicadores de carátula digitales para la evaluación dimensional de formas y cortes directamente en el dispositivo (ver fig. 3.40).

75% de espesor

Figura 3.39

Figura 3.40

Pisador de sujeción

Indicadores de reloj



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Fig. 3.41 Dispositivo fabricado de acero y aluminio de uso rudo. Debe contar con plantillas para evaluar las formas centrales de función (ver fig. 3.42).

Fig. 3.42 Dispositivo de control con plantillas para verificar perfiles en las superficies



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El dispositivo debe contar con pernos para el control de formas (ver fig. 3.43): En piezas cuya tolerancia es hasta ±0.8mm se requiere un perno de 3.0mm. En piezas con tolerancia de ±1.0 a ±3.0mm se requiere un perno de 5.0mm. En piezas con tolerancias mayores a ±3.0mm o con tolerancia de envolvente (tuberías) no se requiere de pernos de comparación. El perno empleado deberá estar identificado en el dispositivo.

Se deberá enviar a metrologia, el concepto de construcción del dispositivo (con croquis), para su revisión y aprobación (indicando medios de control: tipo de localizadores, pernos, espigas, etc. El diseño del dispositivo (dimensiones, cálculo de tolerancias máximas y mínimas, etc.), es responsabilidad del proveedor y su herramentista. Se aplicará como tolerancia a las desviaciones dimensionales de dispositivos de control, la relación 1/10 (Según ISO10012) de la tolerancia de la pieza

El dispositivo debe ser certificado dimensionalmente al 100% (superficies, cortes, barrenos, pernos, gages etc.), por el proveedor / constructor o una sala externa calificada. Metrologia, avalará dicha certificación tomando una muestra de puntos medidos para la liberación del mismo; cumpliendo con el concepto antes ya liberado y su funcionalidad.

pern

Fig.3.43

Plantilla

Dispositivo

pern

Apoyo RPS

Fig.3.44 Dispositivo con plantilla de forma

Sistema apoyo para la forma de la pieza



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Se deberá garantizar que los resultados que arrojen los dispositivos de control, tengan trazabilidad con las mediciones en máquina de medición por coordenadas y/o los Cubing´s; Así como controlar estrictamente las características del dispositivo de control. Si el dispositivo se emplea como equipo de medición, deberá tener la posibilidad de evaluar todas las zonas críticas y de función, tanto en línea de producción como con máquina por coordenadas.

3.1.1 Características para control de piezas. Se deberá definir entre metrologia y proveedor el criterio de considerar si la pieza es lo suficientemente rígida ó flexible.

Para piezas rígidas, no se deberán de deformar al momento de aplicar los clamp´s, es decir, no se debe ocultar la rebaba o material sobrante de la pieza, los clamp´s sólo deben servir para sujetar la pieza, no para forzarla físicamente.

Para piezas flexibles, se permitirá forzar físicamente la pieza con los clamp´s. Pero se deberá medir el material sobrante de la pieza, máximo permitido antes de aplicar los clamp´s. Para la localización de barrenos RPS, deberán emplearse pernos localizadores de tipo espiga (o retráctiles cuyo muelle no tenga brío excesivo y solo podrá ser aplicado donde el RPS controle tanto barreno como superficie de asentamiento). Solo se aceptarán redondos si el RPS controla dos ejes, para los que controla un solo eje se deberán tener localizadores en diamante; todos ellos con terminación en cono para asegurar el centrado del barreno (ver fig. 3.45).

Figura 3 45

Tipos de pernos localizadores



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Para el control de barrenos, se deberán definir entre cliente y proveedor los necesarios a controlar con pernos localizadores y los no relevantes con formas pintadas en el dispositivo.

La forma de control de corte de silueta en las piezas debe ser en el dispositivo en forma de canto, no es recomendable controlar con líneas pintadas (ver fig. 3.46a); Si por construcción del dispositivo se tiene un ángulo mayor a 10° en la inclinación de la pieza, se deberá controlar con el canto en forma perpendicular al corte de la pieza (ver fig. 3.46b).

Las piezas deben ser fácilmente montables y desmontables al dispositivo asegurando la ausencia de colisiones, daños o destrucción de la pieza.

Corte nominal

Tolerancia superior

Tolerancia Inferior

Corte Nominal

Gage para verificar corte con tolerancia superior e inferior

Tolerancia superior

Fig. 3.46 a

Angulo normal al corte de la

> 10° < 10°

Fig. 3. 46b

Control de siluetas

Control de siluetas con ángulo



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3.2 Características especiales. 3.2.1 Piezas plásticas flexibles. Para la fijación de la pieza se deberán tomar puntos adicionales de fijación o sujeción, para asegurar la estabilidad de la pieza simulando el montaje teórico de la misma y que por diseño CAD se indique posición de montaje. Estos puntos pueden ser de fijación a carrocería, asentamientos, etc. Y deben ser previamente homologados y acordados con metrología. Por ningún motivo se deberá tener contacto de la pieza con el dispositivo, en donde las superficies al montaje interactúe con otras piezas flexibles y/o suaves; se deberá acordar con metrología las posibles excepciones integrando un inserto que simule un ensamble flexible. Se recomienda en piezas de vista; que el dispositivo tenga la habilidad de servir como dispositivo de control y verificador (adaptando insertos desmontables ó móviles). Es necesario que el dispositivo permita la medición de zonas internas en la pieza cuando se trate de puntos de fijación o función y/o si se integran cambios internos que sean necesarios evaluar (a través de huecos o insertos desmontables, en donde permita el acceso de un brazo de medición o equipo auxiliar).

3.2.2 Ensambles. Se deberán controlar las medidas de función definidas (superficies, corte, punzonados y RPS de los componentes [si el dibujo de ensamble no lo indica, se deberá tomar como referencia de los dibujos de partes sueltas] ), para determinar y asegurar la no influencia del proceso de ensamble.



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3.2.3 Cristales. Las gomas de apoyo (RPS) en superficie deben tener acabado en esfera (ver fig. 3.47).

3.2.4 Alfombras y similares. Se deberá homologar si se requieren puntos RPS (cuando no los presente en dibujo) de acuerdo a la función de las mismas Serán las únicas partes en donde no se requerirá ningún perno entre pieza y dispositivo, es decir, deberá asentar en todas sus formas sobre el dispositivo sin generar abolsamientos.

El control de suajes (cortes intermedios), se deberá indicar con líneas pintadas interrumpidas

El uso de plantillas deberá ser acordado con metrología y el sobrante o faltante de material será aplicado a estas plantillas para la inspección de las piezas.

3.2.5 Tuberías rígidas. Se construirán dos segmentos de control en zonas rectas de la tubería. Deberán de tener la forma circular de la tubería incluyendo la tolerancia envolvente de la ruta (ver fig. 3.48).

perno

Apoyo RPS con acabado en esfera

Figura 47

Fig.3. 47 Sistema de localización



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Los puntos de fijación serán únicamente la referencia 0,0,0 y los apoyos de fijación a la carrocería (previamente homologados). 3.2.6 Tuberías flexibles. Se construirán tantos segmentos de control como sean necesarios en todas las formas y rutas de la tubería para garantizar la estabilidad de la pieza. El dispositivo contemplará la tolerancia envolvente en las caras laterales de control y en la parte inferior deberá estar en el nominal (ver fig.3.49). Los puntos de fijación serán únicamente la referencia 0,0,0 y los apoyos de fijación a la carrocería (previamente homologados). Deberá tener la habilidad de verificar también la orientación de las guías de sujeción para abrazaderas.

Tolerancia diametral De envolvente

Figura 49

Tolerancia diametral De envolvente

Figura 48

Fig. 3.48 Pernos con tolerancias para caras

Fig.3. 49 Vista frontal



CAPITULO 4

Bases para el diseño de dispositivos de ensamble.



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4.1 DISPOSITIVO Se entiende en la técnica de fabricación que un dispositivo es un elemento auxiliar, cuya finalidad es permitir la realización de determinadas operaciones de mecanizado sobre una pieza para lo cual se fija al dispositivo, que generalmente es por apriete, de modo que permanezca en una posición y que nos permita una repetitibilidad durante toda la operación y la producción requerida. HERRAMENTAL Un herramental se entiende por un conjunto de herramientas o dispositivos que nos ayudan para una operación determinada como podría ser una línea de ensamble, un conjunto de dispositivos para soldar etc. 4.1.1 FINALIDAD DEL DISEÑO DE UN HERRAMENTAL La utilización de un herramental nos permite:

a) La reducción del tiempo de fabricación y con esto el costo de producción. b) Mejora la precisión en la fabricación, elevando la calidad del producto. c) Un alto grado de uniformidad, teniendo como resultado la

intercambiabilidad de las piezas, asegurando el montaje, en caso necesario, un eficiente servicio de piezas de cambios rápidos.

d) Se puede emplear personal no calificado. e) Obtener la mayor cantidad de piezas con la calidad especificada. f) De fácil mantenimiento. g) Lo suficientemente robusto.



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Otras consideraciones a tomar antes de pasar a la decisión final son:

a) La carga y descarga de la pieza: holgura necesaria para localización de la pieza.

b) Métodos rápidos de fijación de las piezas. c) Espacios para la observación de la operación cuando sea posible. d) Seguridad para el operador.

Fig.4.50 Tipo de montaje de una pieza para maquinar en producción

Las consideraciones del diseño, todas pueden emplearse para crear un herramental apoyándose de datos alternativos de los cuales se dispone de tablas y catálogos de materiales y otros elementos como pernos, tornillos, espesores de placa etc., de dimensiones y especificaciones estándar.

Los dispositivos en combinación con una máquina herramienta pueden ser asegurados a esta. El dispositivo que no requiere ser asegurado a la máquina, es utilizado en operaciones sencillas y los dispositivos de ensamble se sujetan a un robot, este dispositivo será limitado por las proporciones de la máquina o el robot y la facilidad de manipulación.

En cuanto al herramental de ensamble, su función consistirá en mantener unidas una, dos o más partes y sostenerlas rígidamente en sus posiciones relativamente correctas mientras están siendo colocadas o unidas por medio de soldadura, engargolado, tornillos, remaches etc.



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4.1.2 Bases de diseño.

Para diseñar un dispositivo cualquiera que sea su naturaleza, es necesario primero definir el problema o las condiciones que regirán cada restricción de la geometría a la elección de los materiales, los tratamientos térmicos, las tolerancias y el grado de complejidad.

4.1.3 Alternativas de creación.

La actitud del esfuerzo creativo puede tener un número de alternativas de solución infinita. En consecuencia hay que limitar la cantidad de acuerdo al tiempo disponible para el proyecto. De esto surge cuál será la alternativa a seleccionar.

Estos componentes ya vienen estandarizados para hacer diferentes arreglos en los herramentales dependiendo de la geometría del material.

4.1.4 Trazado del dispositivo

Para poder darle forma a un dispositivo según el trabajo se deben realizar los ensambles correspondientes mediante un dibujo.

Se deben contemplar los detalles del dibujo como:

La lista de materiales.- Una práctica común es definir el número de referencia, el material, las dimensiones, la forma en el dibujo de detalle, el acabado, la dureza.



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El dibujo debe tener las siguientes características:

a) Centrar las vistas dejando el espacio suficiente entre ellas para las acotaciones.

b) Analizar cada detalle asegurando que se puede realizar, utilizando herramientas estándar, si es posible.

c) Realizar solo las vistas necesarias para mostrar los detalles. d) Especificar las tolerancias, la rugosidad, caras maquinadas y acabados. e) La lista de materiales se indica el tipo, el tamaño estándar requerido para

obtener la dimensión correcta de cada detalle. f) Si se requieren hacer anotaciones para transmitir ciertas condiciones que

no pueden ser comunicadas en el dibujo, como son los tratamientos térmicos y acabados.

g) En que sistema se están colocando las vistas así como ocupar las normas para el tipo de acotado, tolerancias y simbología de soldadura cuando se requiera.

4.1.5 Procedimiento básico de diseño.

Un sistema para proceder en el diseño de un dispositivo consiste en dos fases.

1.- Examinar detenidamente la información dada en el dibujo del producto e identificar las superficies a maquinar en cada operación.

2.- Evaluar el costo del dispositivo, la superficie a maquinar y el funcionamiento.

Estas dos fases son reglas de diseño y de seguridad, así como también para obtener la forma del material apropiado o si es el caso de un herramental obtener la producción deseada conservando la repetitibilidad del proceso.

4.1.6 Material preparatorio del diseñador.

La seguridad y capacidad del diseñador son su mejor recurso disponible de material preparatorio, ya que es capaz de recibir y almacenar considerable información.



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Ejercita continuamente su habilidad combinando la información recibida y prueba nuevas ideas para presentar un mejor concepto.

Procura utilizar sus propios recursos para resolver el problema.

Las ideas y datos los obtiene consultando; libros, manuales técnicos y en su mayor caso su propia experiencia en el diseño de herramentales y auxiliándose de la información técnica de los proveedores.

En otras palabras para poder llegar a una solución creativa, debemos tener una preparación creativa. El ingeniero de diseño mantiene una idea, y sus conocimientos de diseño y cuenta con la habilidad para desarrollar cualquier diseño por muy complejo que este sea, en la actualidad hay múltiples herramientas que le pueden facilitar el trabajo como consultas técnicas por Internet o el revolucionado mundo del software para diseño que existe.

4.1.7 Posicionado e inmovilización de la pieza. Con el objeto de simplificar el problema, es indispensable definir los términos de posicionado, o en el caso de la industria automotriz ya vienen definidos para partir de esas referencias, esto refiere que todos los herramentales que se hacen dentro de la industria automotriz ya tienen una posición de carro y se debe regir con los ensambles de otras partes del carro.

Las partes del carro se rigen por coordenadas y cada una de ellas son importantes para el momento de diseñar los herramentales o dispositivos de estas partes, por la posición de las partes del carro en su línea de ensamble es importante dejar en posición tal y como van ensambladas en el carro, de lo contrario se tendría que ocupar un robot para cada operación lo cual seria bastante costoso ya que el carro ocupa una gran parte de subensambles.



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4.1.8 Posicionado.

El posicionado se ve muy frecuente en las piezas que van sujetas a una máquina herramienta, ya que en los procesos de maquinado varía mucho las geometría y por lo tanto los cortes o arranques de viruta de la piezas, es por lo que se tiene que diseñar una serie de dispositivos para poder maquinar y aumentar la productividad.

En principio la pieza debe colocarse en la máquina ocupando cierta posición con objeto de cumplir con los requerimientos especificados en el dibujo de definición, buscando la posición más adecuada, considerando las posiciones relativas máquina-herramienta.



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4.1.9 Pieza con sujeción. La posición de los tornillos y pernos para sujetar al brazo del clamp debe ser según la versión de clamp que se pretenda utilizar. Es importante considerar una placa de 5mm de espesor entre la pieza de sujeción y el brazo del clamp, es posible que esta pieza se pueda recibir directamente del proveedor, de no ser así se debe prever su diseño y construcción.

Fig. 4.51 Arreglo de sujeción NAAMS con la ayuda de un clamp neumático.



CAPITULO 5

Componentes mundiales de

estandarización



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5.1 LAS INICIATIVAS DE NAAMS (componentes mundiales de estandarización) Los programas de NAAMS crecieron fuera de las iniciativas de DaimlerChrysler y Ford que empezaron en 1991. El organismo fue elegido para dirigir la reducción del costo por estampar los componentes del dado; el organismo también fue convocado para dirigir la reducción del costo para los componentes en las herramientas fabricaba acero en hoja. Varios años después se cambiaron los nombres de estas iniciativas a estampar, la estandarización de la estampación que trabajan con esta herramienta, estandarizaron los componentes para reflejar más precisión en los ensambles y propusieron reducir el costo sin componer calidad o actuación a través de la estandarización. Las ventajas de estandarizar los componentes de la estampación entre las compañías del automóvil basadas en las especificaciones norteamericanas fueron reconocidas por todos los participantes en la industria automotriz, la reducción por el tiempo y el costo exigió diseñar herramientas a muy bajo costo, además de la estandarización las compañías que participaron estaban de acuerdo que todas las dimensiones deben estar en el sistema métrico en lugar del sistema inglés. Requiriendo que todas las reuniones que se celebraron fue bajo la vigilancia de la Sociedad de Auto/Steel. La iniciativa de las armadoras participantes adoptó el nombre las Normas Métricas de Automotores Norteamericanas y usó la sigla NAAMS. Los participantes han incluido a representantes de la Corporación de DaimlerChrysler (DCX), Ford, General Motors, y proveedores como Danly IEM, Progreso de Dayton, Lámina, Dadco, y Sankyo Oiless.



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Las normas de NAAMS se publicaron primero en el formulario del libro en nombre por el Grupo de Acción de Industria Auto (AIAG) en enero, 1995 bajo el título las Normas Métricas Automotores Norteamericanas-Formado & Estampado. Todos los beneficios fueron a AIAG para cubrir sus costos de impresión y distribución. La organización publicó estándares primero en el formulario del libro por AIAG en marzo, 1996 bajo el título las Normas Métricas Automotores norteamericanas ensamble y fabricación. El intento original para ambos juegos de normas era publicar los suplementos por trimestre con una reimpresión completa cada dos años. Las normas ganaron la aceptación inmediatamente en Norteamérica, pero las compañías automotrices europeas no las aceptaron. Lista de la industria automotriz que participó para la elaboración de los estándares de componentes.

AK Steel Corporation DaimlerChrysler Corporation Dofasco Inc. Ford Motor Company General Motors Corporation Mittal Steel USA Nucor Corporation Severstal North America, Inc. Stelco Inc. United States Steel Corporation



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5.1.1 Alternativas para el diseño de herramentales Una de tantas limitantes para el diseño en los ensambles dentro de la industria automotrìz son los tiempos tan cortos para el diseño de dispositivos y también se ocupan para otro tipo de arreglos en cualquier diseño. Los NAAMS (componentes mundiales de estandarización) son una alternativa para agilizar los tiempos de diseño, son componentes comerciales que nos van a permitir diseñar una serie de arreglos para fijar partes de un subensamble. Estos componentes le permiten al diseñador ser más eficiente el diseño de los herramentales porque cumplen un estándar y además son los más usados en este tipo de dispositivos.



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5.1.1 SOPORTES NAAMS

Fig. 5.52 Soporte para la sujeción de cilindros



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Fig. 5.53 Nomenclatura para seleccionar diferentes tipos de soportes dependiendo de las carga aplicada



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Fig. 5.54 Soporte básico para sujeción de bloques



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Fig. 5.55 Nomenclatura para seleccionar soportes de diámetro 13.5mm



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Fig. 5.56 Soporte para alturas de 100mm hasta 800mm



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Fig. 5.57 Nomenclatura de soportes para tornillo M10



Pagina 84

Fig. 5.58 Soporte de carga ligera



Pagina 85

Fig. 5.59 Soporte para diseño en sistema inglés



Pagina 86

Fig. 5.60 Soporte para diámetros de 9/16”



Pagina 87

Fig. 5.61 Nomenclatura de soportes de carga pesada



Pagina 88 Fig. 5.62 Soporte de carga ligera en sistema inglés



Pagina 89

Fig. 5.63 Base de aumento para soportes



Pagina 90

5.1.2SUJETADOR

Fig. 5.64 Clamp de 5 y 8 barrenos



Pagina 91

Fig. 5.65 Clamp para sujeción sin barrenos



Pagina 92

Fig. 5.66 Clamp de sujeción de 135°



Pagina 93

Fig. 5.67 Clamp largo de sujeción larga



Pagina 94

5.1.3BLOCK

Fig. 5.68 Block de sujeción



Pagina 95

Fig. 5.69 Block de sujeción M10 x 1.5



Pagina 96 Fig. 5.70 Block para arreglos en tres ejes



Pagina 97 Fig. 5.71 Block para sujeción de localizadores



Pagina 98

Fig. 5.72 Block para sujeción de localizadores 4 barrenos



Pagina 99

Fig. 5.73 Block de sujeción



Pagina 100

5.1.4 RETEN PERNO

Fig. 5.74 Reten de perno ajustable



Pagina 101 Fig. 5.75 Reten con 3 barrenos



Pagina 102

Fig. 5.76 Reten con ajuste



Pagina 103

Fig. 5.77 Reten para localizadores cortos



Pagina 104

Fig. 5.78 Reten para localizadores largos



Pagina 105

5.1.5 PERNO LOCALIZADOR

Fig. 5.79 Perno localizador



Pagina 106

Fig. 5.80 Nomenclatura de pernos



Pagina 107

Fig. 5.81 Perno localizador de diámetro 24.85mm



Pagina 108

Fig. 5.82 Perno localizador de diámetro 25mm



Pagina 109

Fig. 5.83 Nomenclatura de pernos



Pagina 110

LAINAS Y ESPACIADORES

Fig. 5.84 Lainas de ranura para ajuste



Pagina 111

Fig. 5.85 Peine de 3 ranuras



Pagina 112




Pagina 113 Fig. 5.87 Espaciador de 3 barrenos



Pagina 114

Fig. 5.88 Espaciador de 4 barrenos






Pagina 116 Fig. 5.90 Espaciador de ranura corta



Pagina 117 Fig. 5.91 Espaciador para ajustes fijos






Pagina 119




Pagina 120 Fig. 5.94 Laina de 1 ranura para ajustes rápidos



Pagina 121

Fig. 5.95 Peine de 3 ranuras para ajustes rápidos



Pagina 122 Fig. 5.96 Peine de 4 ranuras de 20mm



Pagina 123

Fig. 5.97 Espaciador para 3 barrenos



Pagina 124

Fig. 5.98 Espaciador de 4 barrenos de diámetro de 9mm



Pagina 125

5.1.7TOPES

Fig. 5.99 Tope ajustable



Pagina 126

Fig. 5.100 Tope plano ajustable



Pagina 127

GUIA LOCALIZADOR

Fig. 5.101 Guía para localizar ajustable



Pagina 128

Fig. 5.102 Guía para localizar ajustable



Pagina 129

Fig. 5.103 Guía para localizar ajustable (interior)



Pagina 130

COJINES

Fig. 5.104 Cojín de asentamiento



Pagina 131

Fig. 5.105 Cojín de asentamiento corto



Pagina 132

Fig. 5.106 Cojín de asentamiento largo



Pagina 133 Fig. 5.107 Cojín de asentamiento para maquinar



Pagina 134

Fig. 5.108 Cojín de asentamiento con base de sujeción



Pagina 135

Fig. 5.108 Cojín de asentamiento con ajuste de altura



Pagina 136

Fig. 5.109 Cojín de descanso de 4 barrenos



Pagina 137

Fig. 5.110 Cojín de descanso para sujetar piezas



Pagina 138

Fig. 5.111 Cojín de descanso para sujetar piezas en R.P.S



Pagina 139

Fig. 5.112 Cojín de descanso para sujetar piezas de acero inoxidable



Pagina 140

Fig. 5.113 Cojín de descanso para sujetar piezas maquinable en altura



Pagina 141

Fig. 5.114 Cojín de descanso para sujetar piezas de superficies planas



Pagina 142

Fig. 5.115 Cojín de descanso para sujetar piezas de superficies planas

largas



CAPITULO 6

Diseño mecánico de herramentales

para el ensamble de una puerta de un vehiculo.



Pagina 143

6.1 Diseño mecánico de una herramienta para el ensamble de componentes para obtener una puerta de un auto. Ensamble: Gate Asm.- End Producción Anual = 150 000 Ensambles Días Disponibles = 260 Tiempo Disponible = 15.5 Horas / Día Eficiencia = 85% Producción Diaria = 577 Tiempo Disponible = 13.18 Horas / Día Tiempo Ciclo = 82.21 Seg / Ensamble

6.1.1 Datos técnicos.

Item Marca Weld Guns 440 volts

Centerline

Weld Control 440 volts

Medar

Transformers 440 volts

Roman

Rails Ergoprosys Balancers Aeromotive Hose Good Year, Gates, Parker Assy Tooling Mechanical Design & Built

NAAMS std (CAD) Certification SMX, Theodolite

Air Press consideration

65-80 psi



Pagina 144

Power Clamps SMC Series CKZN

Valves Festo Mechanical parts Comercials Cylinders SMC, Safety items STI Robots Fanuc, se esta evaluando el

precio con Nachi, PLC PLC Micrologix MIG Weld Miller & Tragaskiss

6.1.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA PROPUESTO

Para el ensamble de “Gate Asm-End” se propone una línea de ensamble con aplicación manual de la soldadura para los subensambles, herramientas neumáticas con elementos de fijación como powers clamps, pin package, etc. Como manejo de materiales se consideran Pipe Stand. También se consideran Equipo de Bombas de Sello para la aplicación de sello en las herramientas que se requiera de acuerdo a lo especificado por el proceso. Se consideran 3 máquinas de pedestal para la aplicación de Welds nuts y Studs, en la última información proporcionada aparecen dos tipos de tuercas además del stud, (partes: 15195526, 15195524 y 10379583) por lo cual se adiciona una máquina de pedestal y un alimentador.

6.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO

6.2.1 Estación No. 10 En la estación 10 se colocan dos tipos de tuercas y un tipo de tornillo soldado, para esto usamos 3 pedestales tipo IMS con sistema NVS y alimentadores automáticos. Los números de parte son:

Parte 15195526 - Reinf Asm E/Gate Latch, se coloca la tuerca 11517410 (M8) Parte 15195524 - Reinf E/Gate Hinge, se coloca la tuerca 11588323 (M6)



Pagina 145

Parte 10379583 - Reinf Asm E/Gate Latch, se coloca el stud 11588662 Se requieren dos máquinas de un cilindro y una de dos cilindros 6.2.2 Estación 20 : Cuenta con un dispositivo, dos punteadoras y una mesa de trabajo, en el cual se suelda al E/Gate Inner los siguientes brackets: (2) Reinf Asm-E/Gate Latch, (2) Reinf-E/Gate Hng L/H y (2) Reinf Asm-E/Gate Hng, aplicando un total de (14) puntos, al término de la operación se coloca el subensamble en el Pipe Stand PS05.

6.2.3 Estación No. 30 En esta estación se cuenta con un fixture, una punteadota y un pipe stand, en el cual se suelda al Subensamble del E/Gate Inner el Reinf-E/Gate, aplicando un total de (15) puntos, al término de la operación el operador descarga el subensamble en el Pipe Stand PS06.

Fig. 6.116 Estación 10-20



Pagina 146

En el Pipe Stand, el operador que realiza la carga del Pnl Outer, aplicará la soldadura mig para soldar el Retaining Block. 6.2.4 Estación No.40 Se cuenta con dos fixtures de carga, un robot de manejo de material y dos estaciones de sello fijas, una de las cuales es multipuntos. El operador toma el Panel E/Gate Outer del rack y lo coloca sobre el fixture FX04 para que el robot lo tome y lo lleve a las estaciones de sello, posteriormente el mismo robot lo coloca en la estación del Hemmer, enseguida toma el Pnl Inner del Fixture FX03 y lo carga en el Hemmer.

Fig. 6.117 Estación 30

Fig. 118 Estación 40



Pagina 147

6.2.5 Estación No.50 En esta estación se realiza el casamiento del E/Gate Inner con el E/Gate Outer, y el engargolado, usando para esto un Hemmer, la operación de engargolado es automática y el robot coloca el Panel Outer y el Panel Inner, al termino del engargolado el ensamble es tomado por el Robot R02. 6.2.6 Estación No. 60 En esta el equipo utilizado es: un fixture, un robot y una pedestal, el Robot toma el ensamble del Hemmer y lo lleva a la estación fija de repunteo, aplicando 19 puntos de soldadura, al termino de la operación el robot coloca el subensamble en el Fixture FX05.





Pagina 148

6.2.7 Estación No. 70 En esta el equipo utilizado es: una mesa de trabajo en el cual se coloca el subensamble del Panel E/Gate Inner con el Panel E/Gate Outer y se le coloca las partes: Hinge Asm-E/Gate Side RH / LH y el Lift Assist Asm-E/Gate ; usando para esto 2 atornilladores neumáticos, al termino el operador coloca el Ensamble en el Rack de Producto Terminado o lo pasa al Checking Fixture. 6.2.8 Estación No. 80 En esta el equipo utilizado es: un checking en el cual se coloca el ensamble del End E/Gate. Para este checking no se considera base de aluminio.




Pagina 149

6.2.9 LAYOUT

Fig. 6.122 Layout de la línea de ensamble.



Pagina 150

Tabla 6.8 EQUIPO REQUERIDO:

Estación Equipo Ctd ID Equipo ComentariosDispositivo 1 Para apoyar el Pnl InnerPedestal 1 PW01 Soldar 10 tuercas al Pnl InnerPedestal 1 PW02 Soldar 4 tuercas M6 y 4 Tuercas M8Pedestal 1 PW03 Soldar 1 stud a RefuerzosAlimentadores Autom. de tuercas y Studs. 4 AL01-04 Alimentan Tuercas M10, M8, M6 y studsPipe Stand 4 PS01-04

Fixture 1 FX01Weld gun 2 SW01-02Brazo 2 JA01-02 F0010020X Falta definir long de riel y alturaPipe Stand 1 PS05

Fixture 1 FX02Weld gun 1 SW03Brazo 1 JA03 F0010020X Falta definir long de riel y alturaPipe Stand 1 PS06

FALTA DEFINIR PROCESO PARA BLOCKFixture 2 FX03-04Unidad de sello 1 SU01 Aplicación de sello en el perímetro del Pnl InnerUnidad de sello 1 SU02 Aplicación de bombones en el Pnl InnerRobot 1 R01 Falta definir modelo, marca, ¿base?Cortina de seguridad 2

Hemmer 1 Proporcionado por PEMSA

Fixture 1 FX05 Descarga del End Gate engargoladoPedestal 1 PW03 PUEDE CAMBIAR, FALTA INFO DE PUNTEORobot 1 R02 Falta definir modelo, marca, ¿base?Cortina de seguridad 1

Fixture 1 FX06

Manipulador 1 MH01Posiblemente no se requiera, ver peso End Gate completo (Opcional)

Jib Crane 1 JB01Pistola Torque 2 TG01 - 02

Checking 1

30

20

10

80

40

50

60

70



Pagina 151

6.3 Notas: 1.- El equipo Hemmer no está considerado dentro del alcance de este Proyecto ya que el Hemmer ya existe. El Hemmer debe de contar con

su equipo de seguridad. 2.- Se considera que el ensamble de la barra de torsión se realiza a

presión. 3.- La pedestal PW02 cuenta con dos cilindros, uno para soldar tuercas y

otro para colocar stud. 4.- Se considera únicamente hacer el proceso en el checking fixture dos

veces por turno. 6.3.1 HERRAMIENTAS DE ENSAMBLE

Las herramientas de ensamble serán diseñadas en Autocad 2000 (3D). • Mesa soporte para dispositivo de ensamble. • Unidades de sujeción por medio de Power Clamps (SMC) • Unidades de localización por medio de pernos retráctiles

donde se requieran estilo Zaytran. • Unidades de descanso (Rest Block) • Diseño, ingeniería y fabricación. • Certificación de la herramienta • Equipo de control y automatización mediante sistema neumático • Ingeniería de automatización • Instalación neumática • Instalación, arranque y puesta en marcha



Pagina 152

6.3.2 ESTACIONES PORTÁTIL DE SOLDADURA TIPO TRANSGUN • Pistola Portátil Transgun • Control de Soldadura Medar 3005i • Juego completo de mangueras, fittings, hangers, etc., para

el vestido funcional y ergonómico de la estación de Soldadura.

• Suspensión de equipo de soldadura por medio de un Jib Crane y balancín mecánico.

• La estación de soldadura será entregada en operación con la celda de producción.

• Instalación, arranque y puesta en marcha

6.3.3 MAQUINA DE SOLDADURA TIPO PEDESTAL “C” Frame Máquina construcción robusta y flexible fácil de

reconfigurar. Platina fácil de adaptar para aplicaciones posteriores. Control MEDAR 3005i 1 Cilindro y de 2 cilindros según corresponda. Brazo adaptador ajustable de acuerdo al tamaño de la pieza. Transformador de corriente AC ROMAN de 150 kva, 440V

doble secundario. Botonera de tipo pedestal

6.3.4 ESTACION DE SELLO • Para la aplicación de sellado, se considera la aplicación por

medio de un Robot el cual sujeta la pieza y manipula de tal manera que aplica el sello en las boquillas fijas del equipo de sello.

• End Effector • No se considera ningún control de temperatura



Pagina 153

6.3.5 MANEJO DE MATERIALES • Pipe Stand para acomodo de subensambles • Mesas de trabajo • Transportador de rodillos por gravedad

6.3.6 Equipo de Control para Herramientas.

El control propuesto para la línea "End Gate GMT-900 Series" estará basado en dos gabinetes de control, que contendrán un PLC Allen Bradley de la serie Micrologix 1200, cada uno. La conexión de las entradas/salidas a cada Gabinete-PLC serán punto-punto. El gabinete de control No. 1 controlará las estaciones de operación No. 20 y 30. El gabinete será entregado con desconectador de alimentación, transformador de aislamiento, fuente de alimentación 24 V.C.D., y un sistema de conexión. Se contempla una botonera para cada estación, la cual contendrá botón de inicio de ciclo y paro de emergencia. El gabinete de control No. 2 controlará a la estaciones de operación No. 50, 60 y 70. El gabinete será entregado con desconectador de alimentación, transformador de aislamiento, fuente de alimentación 24 V.C.D., y un sistema de conexión. Se contempla una botonera para cada estación, la cual contendrá botón de inicio de ciclo y paro de emergencia. Se proponen tres cortinas de seguridad de la marca STI, así como las guardas necesarias para la seguridad del personal y del propio equipo en la celda robótica.



Pagina 154

Se incluye una Interface de operador marca Allen Bradley de la serie Panel View para el control y visualización de operación de la celda robótica. El control de Power Clamp’s y cilindros neumáticos será a través de electroválvulas neumáticas alimentadas a 24 V.C.D. En cada estación de operación se cuenta con sensores de "Parte presente".

6.3.7 C.P.K (habilidad real del proceso)

De acuerdo a las condiciones del material estampado (un conjunto de tolerancias acumulativas) y por el hecho de la aplicación de calor por la soldadura, no se puede tener un control de la contracción y expansión del material por lo cual el CPK que consideramos es de 1.33 siempre y cuando las partes vengan con las tolerancias especificadas. Otro punto que esta fuera de nuestro control es el manejo del material por el operario tanto en el proceso de estampado como en el ensamble. Para lograr el 1.67 de CPK se requeriría de un control mucho más complejo en el ensamble, y probablemente la medición del proceso, lo cual encarece mucho el sistema.



Pagina 155

6.3.8 PRUEBAS DE ACEPTACIÓN: Para demostrar la capacidad de sistema propuesto, es necesario realizar pruebas confiables para determinar la funcionalidad de los equipos propuestos. La prueba e inspección, también, incluirá la verificación de la operación adecuada de lo siguiente: • Funcionamiento adecuado de todos los sistemas y equipos • Comunicación adecuada entre equipos, donde aplique • Funcionamiento adecuado del sistema de control

Se realizará una prueba en su planta con el equipo instalado, esta prueba seguirá los mismos criterios y nivel de aceptación para la prueba en nuestra planta. Se requiere que las pruebas en nuestra planta y en su planta sean con el mismo estampado (provenientes de la misma prensa), los cuales deben de estar certificados como piezas aprobadas.

6.3.9 Discrepancias Las discrepancias notadas en las pruebas de aceptación serán registradas, las cuales se priorizarán para su solución, la solución de estas discrepancias serán en común acuerdo de ambas partes.



Pagina 156

6.4 INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA En instalación del equipo el cliente deberá proporcionar las maniobras de descarga del vehículo hasta la ubicación donde serán instalados. Para la instalación se requiere que las facilidades (aire, agua, electricidad, etc.) estén a pie de obra en base a los planos de instalación que se proporcionarán al cliente y estén listas en la fecha planeada para la instalación. Estas facilidades no están incluidas dentro del alcance de este proyecto, por lo cual son responsabilidad directa de el cliente proveerlas en tiempo y forma.

La Instalación incluye lo siguiente: 1. Todo el equipo de proceso nivelado, asegurado, con el aire, el agua y la

potencia requeridos conectados en el lugar de trabajo. 2. Materiales y accesorios para instalación. 3. Todas las herramientas y equipo requerido para la instalación según lo

enumerado: a. Montacargas b. Andamios c. Escaleras, etc..

Se ofrece durante el arranque y puesta en marcha, el soporte técnico necesario. Debido a que esta es la fase más crítica del proyecto y requiere una coordinación intensiva y tiempo de reacción inmediato. Se integraran en la planta del cliente ingenieros capacitados y personal operativo para garantizar un buen arranque y puesta en marcha del proceso de producción.



Pagina 157

6.4.1 RESPONSABILIDADES El Cliente debe considerar como su responsabilidad los siguientes ítems:

Aire comprimido sin humedad (mínimo) 90 PSI, aire seco

Voltaje de energía eléctrica 440 VAC, 3 fases Tierras físicas Si

Agua La temperatura ideal es entre 65-70 °F. @ 60 GPM

Piezas necesarias para correr pruebas en la planta 20 piezas

Planos e información, para el desarrollo del diseño.

“IGES, DXF, SAT” con el último nivel de ingeniería de las piezas

Servicio de Montacargas Si (para descarga del transporte)

Preparación de piso Si 6.4.2 NOTAS Y CONSIDERACIONES:

1. El cliente proporcionará las piezas a ensamblar dentro de tolerancias de estampado.

2. Es responsabilidad del cliente proporcionar todas las facilidades para la instalación en su planta, tales como; área libre para maniobrar, traslado de equipo de su zona de recepción de embarque a pie de obra.

3. El cliente deberá proporcionar el Hemmer y debe de incluir su sistema de control y su propio sistema de transporte, se considera que el Hemmer cuenta con alimentación automática del ensamble interior , el exterior se carga por medio del robot para lo cual el proveedor contempla un End Effector.



Pagina 158

4. Los atornilladores son de torque controlado 5. Se contempla trabajar en forma de equipo con el proveedor del hemmer,

buscando la mejor solución para el cliente. 6. Se recomienda que el cliente compre los robots.

Tabla 6.9. Estación 10 tiempo operativo ESTACION 10-A

OPERARIO 1 - PW01

ITEM Descripción Tpo (Seg)

Tpo Acum (Seg)

10 Cargar E-GATE INNER (15195510) 6 6

20 Accionar (10) veces pedal 12 18

30 Soldar (10) NUT WELD HEX FLANGE (11588322) 35 53

40 Reposicionar (9) veces 22,5 75,5

50 Descargar subensamble 6,8 82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3

82,3



Pagina 159

Tabla 6.10. Tiempo operativo. ESTACION 10-B

OPERARIO 2 - PW02 ITEM Descripción Tpo

(Seg) Tpo Acum

(Seg)

10 Cargar el REINF ASM-E/GATE LATCH (15195526) 3 3 20 Cargar REINF ASM-E/GATE HNG (10376583) 3 6 30 Colocar STUD (1158862) 2 8 40 Cargar el REINF ASM-E/GATE HNG LH (15195524) 3 11 50 Accionar botonera 2,5 13,5 60 Colocar / Soldar NUT (11517410) 3,5 17 70 Soldar STUD 2,5 19,5 80 Colocar / Soldar NUT (11588323) 3,5 23 90 Reposicionar REINF ASM-E/GATE LATCH (15195526) 1,5 24,5

100 Reposicionar el REINF ASM-E/GATE HNG LH (15195524) 1,5 26

110 Retirar REINF ASM-E/GATE HNG (10376583) 3 29 120 Accionar botonera 2,5 31,5 130 Colocar / Soldar NUT (11517410) 3,5 35 140 Colocar / Soldar NUT (11588323) 3,5 38,5 130 Descargar el REINF ASM E/GATE & NUTS 3 41,5 140 Descargar el REINF ASM-E/GARTE HNG LH 3 44,5

44,5 150 Cargar el REINF ASM-E/GATE LATCH (15195526) 3 47,5 160 Cargar REINF ASM-E/GATE HNG (10376583) 3 50,5 170 Colocar STUD (1158862) 2 52,5 180 Cargar el REINF ASM-E/GATE HNG LH (15195524) 3 55,5 190 Accionar botonera 2,5 58 200 Colocar / Soldar NUT (11517410) 3,5 61,5 210 Soldar STUD 2,5 64 220 Colocar / Soldar NUT (11588323) 3,5 67,5 230 Reposicionar REINF ASM-E/GATE LATCH (15195526) 1,5 69

240 Reposicionar el REINF ASM-E/GATE HNG LH (15195524) 1,5 70,5

250 Retirar REINF ASM-E/GATE HNG (10376583) 3 73,5 260 Accionar botonera 2,5 76 270 Colocar / Soldar NUT (11517410) 3,5 79,5 280 Colocar / Soldar NUT (11588323) 3,5 83 290 Descargar el REINF ASM E/GATE & NUTS 3 86 300 Descargar el REINF ASM-E/GARTE HNG LH 3 89

89 89



Pagina 160

En el diseño de la herramienta se considera una estructura (pedestal), para la sujeción de los componentes de soldadura por resistencia.

Fig.6.123 Herramienta para soldar tuercas...Estación 10ª



Pagina 161

Fig. 6.124 En este dispositivo se hacen arreglos con rieles y carros para obtener movimientos longitudinales y transversales, con la ayuda de cilindros neumáticos. Fig. 6.124a Base del dispositivo



Pagina 162

Fig. 6.125 Unidad 1



Pagina 163

Tabla 6.11. Componentes comerciales Unidad 1



Pagina 164

Fig. 6.126 Bastidor Unidad 2



Pagina 165

Tabla 6.12. Unidad 2 Componentes Unidad 2



Pagina 166

Fig. 6.127 Bastidor Unidad 3



Pagina 167

Tabla 6.13. Componentes Unidad 3



Pagina 168

Fig. 6.128 UNIDAD 6



Pagina 169




Pagina 170

Fig. 6.129 UNIDAD 7

Tabla 6.15. Componentes de la unidad 7



Pagina 171

Fig. 6.130 Estación 20 ENSAMBLE



Pagina 172

Fig. 6.131 UNIDAD 1



Pagina 173




Pagina 174

Fig. 6.132 Unidad 2



Pagina 175




Pagina 176

Fig. 133 Unidad 3



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Pagina 178

Fig. 6.134 Unidad 4



Pagina 179

Tabla 6.19 Componentes Unidad 4



Pagina 180

Fig. 6.135 Unidad 5



Pagina 181




Pagina 182

Fig. 6.136 Unidad 6



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Pagina 184

Fig. 6.137 Unidad 7



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Pagina 186

Fig. 6.138 Estación 30 Ensamble.

A

Vista “A” (RH)

Sujeta Cazuela Sujeta Bisagra en barrenos

B

Vista “B” (LH)

Sujeta Cazuela

Sujeta Bisagra en barrenos

Vista “A” (RH) Vista “B” (LH)

OPER. 30 ENSAMBLE DE BISAGRAS



Pagina 187

Fig. 6.139 Ensamble operación 30



Pagina 188

Fig. 6.140 Posición al frente del carro 5050mm



Pagina 189

Fig. 6.141 Unidad 1 Tabla 6.23 Componentes Unidad 1



Pagina 190

Fig. 6.142 Unidad 2



Pagina 191

Fig. 6.143 Unidad 3



Pagina 192

Fig. 6.144 Unidad 4



Pagina 193

Fig. 6.145 Unidad 5



Pagina 194




Pagina 195

Fig. 6.146 Unidad 6



Pagina 196




Pagina 197

Fig. 6.147 Unidad 7



Pagina 198




Pagina 199

Fig. 6.148 Unidad 8



Pagina 200

Fig. 6.149 Ensamble Estación 40



Pagina 201

Fig. 6.150 Unidad 1 Tabla 6.27 Componentes de la unidad 1



Pagina 202

Fig. 6.151 Unidad 2 Tabla 6.28 Componentes de la unidad 2



Pagina 203

Fig. 6.152 Unidad 3 Tabla 6.29. Componentes de la unidad 3



Pagina 204




Pagina 205




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Pagina 208

Fig. 6.157 Soporte para sujetar y manipular la pieza, sujeta al robot Tabla 6.34. Componentes del soporte



Pagina 209




Pagina 210




Pagina 211

Fig. 6.160 Estación 60 izq.



Pagina 212




Pagina 213

Fig. 6.162 Estación 80 Sistema de anclaje de las mesas



Pagina 214

CONCLUSIONES. Queda claro que la fabricación de herramentales dentro de la industria automotriz es un tema muy extenso y el diseño es muy variable, porque cambian las condiciones de ensamble de cada armadora de automóviles. Como experiencia, el ingeniero mecánico tiene que dar bases para cada proyecto y que otros departamentos puedan intervenir, como es el caso de automatización, manufactura, calidad y procesos así como la administración de los proyectos para la industria automotriz. En la actualidad existen herramientas como la manufactura, simulación y el diseño asistido por computadora, en el cual el ingeniero de diseño va a tener apoyo y disminución de tiempos en diseño como en manufactura, esto permitirá la reducción de costos de las herramientas y se podrá aumentar la producción de partes.



Pagina 215

REFERENCIAS

NORMA GLOBAL STANDARD COMPONENTS (NAAMS ASSEMBLY).

www.festo.com.mx

www.SMC .com.mx

NORMA RPS VW 010 55

ROSSI, MARIO. “Estampado en frío de la chapa” 8ª. ed. Editorial Hoepli. Barcelona España 1966. pp. 684. LOPEZ Navarro, T. “Troquelado y Estampación” 6ª.ed. Editorial Guztavo Pili Barcelona 1981. pp. 752. DIETER, George. “Mechanical Metallurgy” Editorial Mc. Graw-Hill. Singapore 1988. pp. 892. Hoffmann H. “Metal Forming Handbook“ Editorial Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998. pp.543.

Documents

Compilación técnica de herramientas para la fabricación de ...tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/2578/1/1584_2007_ESIME-AZC... · INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL