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INTRODUCCION
El siguiente Proyecto de Investigación Titulado “DISEÑO DE UNA MAQUINA
GRABADORA PARA CUERO DE CALZADO” tiene como objetivo mejorar la calidad
de grabado en el cuero utilizado como material principal en la fabricación de calzados
tomando como referencia principal una maquina selladora de grabado manual esta
fabricada artesanalmente, para lo cual el Trabajo de diseño constara de cuatro
capítulos. El capitulo I constara del Planteamiento del Problema, Formulación del
Problema y los objetivos correspondientes, en el Capitulo II se dará a conocer un
breve marco teórico sobre los procesos de la fabricación de calzado, además
enfocaremos los procedimientos para la selección optima de la nueva maquina. El
capitulo III se basara en los cálculos y resultados respectivos con formulas y acabos de
acuerdo a la selección optima decidida y por ultimo el Capitulo IV se presentara los
planos de la maquina y simulaciones en software.
1
CAPITULO I
DESCRIPCION GENERAL DEL TRABAJO DE DISEÑO
DE LA MAQUINA GRABADORA
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Es importante considerar que debido a un inadecuado grabado en el
cuero, debido a la ineficiencia de la maquina grabadora manual que no cuenta
con sistema para la regulación de temperatura y del control de tiempo de
grabado (aplicación de fuerza humana) puesto que esta fue fabricada
artesanalmente no se tuvo en cuenta la variedad de los tipo de piel de cuero y
factores físicos y químicos que estos poseen en su elaboración.
Si se toma en consideración aspectos como la competitividad en el
mercado de la industria del calzado, la presentación, la calidad y el acabado
toman un rol importante en la demanda de estos productos. Debido la
existencia de una amplia variedad de modelos de calzados y que requieren un
tipo diferente de grabado.
Haciendo uso de esta maquina manual no se puede cumplir con todas
las exigencias requeridas de los comprodores y por lo tanto no se logra una
buena aceptación de estos.
2
1.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA.
A nivel nacional existen varias empresas dedicadas a la construcción
de máquinas selladoras y grabadoras en relieve tal como la Empresa “ALBECO”,
que se dedica a la fabricación y distribución de máquinas para la Industria del
Calzado. La Empresa SOGORBMAC – Maquinaria y Compresores, que
se dedica a la innovación y adaptación en maquinaria para el calzado además
a la reparación y mantenimiento de estos tipos de maquinaria, así como otras
mucho mas empresas.
Podemos tomarnos la libertad de decir que empresas grandes como
Calzado Atlas S.A, Sport EIRL, Equipos de Protección y Seguridad SAC, etc.
Tienen la posibilidad de adquirir una de estas maquinas grabadoras sin ningún
problema, puesto su fabricación anual de calzado sobre pasa los 4 millones de
pares por año. Pero en cambio para las pequeñas empresas es un poco difícil de
adquirir una maquina como esta y representa mucho mas inversión para las
microempresas que no tienen un numero muy grande de fabricación de
calzados. Por ese mismo motivo nacen las maquinas selladoras y grabadoras
manuales, que no tienen la misma eficiencia en el sellado, grabado o estampado
que una maquina de alta tecnología, pero se pone como alternativa de solución
en la competencia a la evolución que tienen los calzados de acuerdo a la moda
actual.
Así como cualquier tipo de empresa dedicada a la fabricación de calzado
tiene el objetivo de mejorar su proceso productivo pero la deficiencia en un solo
proceso lo limita y lo deja fuera de la competencia de mercado.
En el proceso de sellado y grabado en cuero toma mucho tiempo y provoca
el retraso en el proceso de aparado del calzado y esto a su vez retrasa mucho
mas al acabo y entrega del producto.
Podemos mencionar otros aspectos que influye mucho en la calidad
del grabado, es la calidad de la materia prima (cuero) puesto que la selladora
manual no esta diseñada para trabajar con diferentes tipos de cuero, además de
esto podemos mencionar la fuerza aplicada para cada sellado varia y también
varia el tiempo de presión, así como la temperatura de la placa metálica en cada
proceso es diferente, todo esto conlleva a una baja calidad del grabado. Y todo
3
genera un bajo rendimiento de proceso de producción y un bajo nivel
competitivo.
1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
¿La innovación del diseño de una maquina grabadora en relieve para cuero de calzado
permitirá mejorar la calidad de grabado en el cuero?
1.4 DELIMITACION DEL PROBLEMA
1.4.1Delimitación de contenido: Los parámetros de estudio para la
elaboración del diseño de la maquina grabadora estarán enmarcados dentro
del campo de Ingeniería Mecánica, específicamente con fundamentos basados
en diseño mecánico.
1.4.2 Delimitación temporal: Todo el campo de estudio y diseño se llevara a
cabo en la facultad de ingeniería mecánica durante el período del curso de en
el 9 semestre en el curso de Diseño de Maquinas.
1.5 JUSTIFICACIÓN
La necesidad de realizar este proyecto de investigación de diseño está en el
interés de aportar al desarrollo de las pequeñas empresas, micro empresas y
además de empresas informales dedicadas a la fabricación de calzados,
optimizando el proceso de grabado y contribuyendo al progreso de este campo de
la industria mediante la innovación de la maquina grabadora, y además ayudará a
reducir los costos de producción, minimizar el nivel de pérdidas por quemaduras en el
material y disminuir los tiempos de producción del producto.
Lograr la innovación de la maquina grabadora para cuero de calzado es
factible, ya que se cuenta con los conocimientos fundamentales, recursos
bibliográficos, las herramientas de trabajo de la tecnología actual y además con la
supervisión y conocimientos de los ingenieros de la facultad de ingeniería mecánica.
Debido al alto costo para adquirir una maquina grabado de alta tecnología, con
este estudio se pretende brindar el diseño de una nueva maquina que brinde las
4
mismas capacidades de calidad, pero aplicando la fusión de nuevas tecnologías para
facilitar y mejorar el trabajo en el operador y dentro de este proceso de grabado.
5
1.6 HIPÓTESIS DE TRABAJO
Mediante la innovación en el diseño de la maquina grabadora manual se
lograra mejorar la calidad de grabado en el cuero para calzado.
1.7 OBJETIVOS
Objetivo general
Mediante la innovación de la maquina grabadora manual mejorar la
calidad de grabado en el cuero.
Objetivos específicos
Analizar el funcionamiento de la maquina grabadora manual para
buscar la innovación de esta.
Analizar los diferentes factores o variables que se involucran en el mal
grabado en el cuero.
Investigar sobre de los mecanismos mecánicos adecuados para
mejorar la calidad de la máquina grabadora manual.
6
CAPITULO II
MARCO TEORICO – PROCESO DE FABRICACION DE
CALZADOS – PROCESO DE SELECCIÓN OPTIMA DE
LA NUEVA MAQUINA
2.1 SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
2.1.1 DEFINICION
Un Sistema de producción es aquel sistema que proporciona una
estructura que agiliza la descripción, ejecución y el planteamiento de un
proceso industrial. Estos sistemas son los responsables de la producción de
bienes y servicios en las organizaciones. De la misma manera los sistemas de
producción tienen la capacidad de involucrar las actividades y tareas diarias de
adquisición y consumo de recursos.
Todos los sistemas que generan bienes y servicios, lo que en realidad
hacen, es transformar unos bienes (denominados recursos de producción) para
obtener otros diferentes, que llamaremos productos finales.
7
Según otra perspectiva la Producción cumple una doble misión de un lado
actúa como elemento de comunicación en las necesidades de bienes que tiene el
mercado y por otro actúa como distribuidor de los productos finales.
Generalmente existen varios caminos que se pueden tomar para
producir un producto, ya sea este un bien o un servicio. Pero la selección cuidadosa de
cada uno de sus pasos y la secuencia de ellos nos ayudará a lograr los principales
objetivos de producción como:
Costos (eficiencia)
Calidad
Confiabil idad
Flexibi l idad
2.1.2 TIPOS DE SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
2.1.2.1 PRODUCCIÓN POR TRABAJOS O BAJO PEDIDO
Es el utilizado por la empresa que produce solamente después de haber
recibido un encargo o pedido de sus productos. Sólo después del contrato o
encargo de un determinado producto, la empresa lo elabora. En primer lugar,
el producto se ofrece al mercado. Cuando se recibe el pedido, el plan ofrecido
parta la cotización del cliente es utilizado para hacer un análisis mas
detallado del trabajo que se realizará.
2.1.2.2 PRODUCCIÓN POR LOTES
Es el sistema de producción que usan las empresas que producen
una cantidad limitada de un producto cada vez, al aumentar las cantidades
más allá de las pocas que se fabrican al iniciar la
8
compañía, el trabajo puede realizarse de esta manera. Esa cantidad limitada se
denomina lote de producción. Estos métodos requieren que el trabajo
relacionado con cualquier producto se divida en partes u operaciones, y que
cada operación quede terminada para el lote completo antes de emprender la
siguiente operación. Esta técnica es tal ves el tipo de producción más común. Su
aplicación permite cierto grado de especialización de la mano de obra, y la
inversión de capital se mantiene baja, aunque es considerable la organización y
la planeación que se requieren para librarse del tiempo de inactividad o pérdida
de tiempo.
2.1.2.3 PRODUCCIÓN CONTINUA
Este sistema es el empleado por las empresas que producen un
determinado producto, sin cambies, por un largo período. El ritmo de producción
es acelerado y las operaciones se ejecutan sin interrupción. Como el producto es
el mismo, el proceso de producción no sufre cambios seguidos y puede ser
perfeccionado continuamente.
2.1.3. PLANTA DE PRODUCCION DE CALZADOS
El proceso para fabricar calzado no ha variado significativamente a lo largo del
tiempo, la elaboración se realiza con máquinas mecánicas y se trata de un proceso
artesanal con participación muy reducida de maquinaria ya que la elaboración del
producto se realiza básicamente a mano con técnicas rudimentarias. Aunque hay
varios tipos de calzado, como son el zapato deportivo, las sandalias, zapatillas,
calzado de gamuza u otros; el proceso de fabricación es básicamente el mismo.
En la planta de producción de calzado se pueden usar muchos tipos de materiales
para producir una amplia variedad de calzados incluyendo: zapatos de PVC y
caucho, sandalias y zapatillas, botas de cuero, zapatos para mujer de taco bajo y alto,
zapatos de vestir para hombres, así como una amplia variedad de zapatos casuales
o informales para hombres y mujeres. El beneficio que se puede obtener es una
amplia variedad de tamaños y esti los de calzado, part icularmente desde el
punto de vista de la comercialización.
9
Otro beneficio importante se da en la operación de la planta, donde estos
calzados pueden ser hechos de una gran variedad de materiales incluyendo cuero,
cuero sintético, lona, y nylon, así como PVC, PU, EVA, y caucho.
Ya que la demanda de calzados nunca decrecerá, debido al uso diario de estos
y al aumento de los estándares de vida, significa que incrementarán su demanda
proporcionalmente a escala mundial.
CAJA NEGRA:
2.1.3.1. PROCESO DE PRODUCCION DEL CALZADO
En la empresa de comercialización del calzado, dentro de la planta de
producción se encuentran los sectores de elaboración del producto a fabricar,
y estas secciones se delimitan por el proceso a realizar mencionando cada una
a continuación:
Almacenamiento de materiales: La elaboración de calzado se inicia con la
recepción de los insumos en la fábrica. Se tienen clasificados y
ordenados el tipo de material, piel sintética, tintas, lacas, suelas,
adhesivos.
Transporte al área de proceso: Los materiales seleccionados se transportan al
área de producción.
Corte de piezas: Se realiza mediante la moldura de acuerdo con la
medida que se requiera, según el modelo diseñado en una actividad
que pueda ser externa a la empresa.
Unión de piezas: Se reúnen las piezas de un lote para su posterior
elaboración.
1
Maquinado de corte. Se requieren varios procesos:
Foliado: es la impresión en los forros de la clave, número de lote, modelo,
número de par, tamaño o medida; para su rápida selección e identificación.
Grabado: impresión en relieve de la marca de la fabrica sobre el cuero.
Sellado: impresión de la marca en la plantilla.
Perforado: en algunos casos se lleva a cabo de acuerdo al diseño.
Montado: Se selecciona la horma de acuerdo a la numeración para
conformar, fijar la planta a base de clavos y cemento, esto se hace
manualmente y se utiliza una máquina moldeadora, para presionar en
el proceso de conformado del zapato.
Ensuelado por proceso de pegado: Se marca la suela, después se realiza el
cardado, en la parte de la suela, que se pega al corte en una máquina
de molde, para que el pegamento se impregne mejor y se realice el
pegado de la suela.
Acabado: Se pegan las plantillas se pintan los cantos de suelas y forros,
se realiza el lavado del corte y forros; se desmancha el zapato de
residuos del proceso productivo.
Pigmentado: Esto se realiza con el objeto de uniformizar el color, se retoca con
laca para darle brillo, lo cual se realiza con cepillos giratorio.
Empaque: Se imprime el número de modelo, calzado y se guarda el
producto en cajas de cartón.
Almacenamiento del producto terminado: Una vez empacado se procede a
clasificar el producto terminado en repisas, por estilo y número.
2.1.3.2 DIAGRAMA DE PROCESOS (CAJA BLANCA)
1
Una fábrica de calzado es una estructura diseñada para la realización de un
producto importante de la vestimenta de todas las personas en general. Posee
maquinaria especializada para la construcción de los productos, en su mayoría
solo cuentan con tres maquinas como rematadora, prensadora y aparadora los
demás servicios lo buscan a talleres que realizan como el desbastado, sellado, grabado y
hasta armado.
El tiempo que se emplea es rotativo ya que cada área tiene su tiempo
programado pero solo dependerá del trabajador y su habilidad de poder avanzar a un
corto tiempo, de ello dependerá su sueldo, la producción tiene como objetivo producir
más de lo esperado. Es por ello que el departamento de producción maneja
una hoja de planeación, programación y control.
1
2.1.3.3 PROCESO DE DESARROLLO DE NUEVOS PRODUCTOS
La capacidad de cada empresa se fundamenta en el equipo
humano, que forma una organizaciOn de desarrollo y fortalecimiento
encaminado al desarrollo laboral y garantizando un producto de Optima
calidad. En la figura se muestra el proceso de la evoluciOn de un
producto y la capacidad de las personas al momento de la innovaciOn
comercial.
Las ideas para nuevos productos deben pasar por lo menos
tres pruebas: el potencial del mercado, factibilidad financiera,
compatibilidad con operaciones. Antes de colocar la idea de un nuevo
producto en el diseño preliminar se le debe someter a los análisis
necesarios que se organizar alrededor de estas tres pruebas. La
construcciOn del prototipo puede tener varias formas diferentes, se
pueden fabricar a mano varios prototipos que se parezcan al producto
final.
2.2 CUERO
Es el pellejo de los animales, dOnde se procede a realizar el curtido y
preparado para su conservaciOn y uso doméstico e industrial, es decir se trata de la
piel tratada mediante curtido. El cuero en definitiva proviene de una capa de tejido
que recubre a los animales y que tiene propiedades de resistencia y flexibilidad
bastante apropiadas para su posterior manipulaciOn.
1
2.2.1 USOS
Vestimenta
Construcción
Calzado
Herramientas
Encuadernación
2.2.2 TIPOS DE CUERO
El distinto origen, tratamiento de curtido y posterior elaboración del cuero
proporciona un producto final muy distinto. Es así que tenemos la siguiente
clasificación:
Según su Procedencia:
Los cueros tienen diferentes tipos según la procedencia de las pieles, y difieren en
su estructura según sean las costumbres de vida del animal originario, la edad del
animal, el sexo, la crianza y la estación del año en la que fue tratada. La primera
categoría podría ser:
Bovinos. Caprinos. Porcino. Equinos. Reptiles. Ciervos, Gamos, Renos.
Según su Procedimiento de Curtido:
Toda la piel tiene que sufrir un proceso de curtido para que no se pudra y conserve
la flexibilidad. Las sustancias que se le aplican para conseguir ese efecto
condicionan el resultado final.
1
Cuero crudo: No tiene ningún tratamiento químico para su conservación,
solamente se descarna la piel, se la lava y se la estira mientras se seca. Es
rígido y quebradizo.
Curtido con sesos: Es un proceso trabajoso que consiste en saturar la piel de
aceites emulsionados, a menudo obtenidos a partir de cerebros animales y
estirarla mientras se seca, actualmente no se emplea de forma industrial.
Curtido vegetal: Se curte usando tanino y otros ingredientes de origen vegetal.
El resultado es un cuero suave y de color marrón; el tono varía dependiendo de
la mezcla de ingredientes empleada en el curtido y del color original de la piel.
Según Tratamiento Post-curtido:
Cuero Cocido
Cuero Teñido
Cuero Engrasado
Charol
2.3 JUSTIFICACION DEL DISEÑO
2.3.1 ASPECTOS GENERALES
Debido a la gran de demanda de este servicio es necesario innovar y
mejorar la calidad del servicio de grabado, así obtener mayor producción de
calidad y mejorar los ingresos económicos.
1
Para lima el 96,7% de productores de calzado en el Perú son
microempresas según la Sociedad Nacional de Industrias (SNI).
Añadió que el 3,2% son pequeñas empresas que se encuentran en el resto de
nuestro país y el 0,1% son medianas y grandes empresas. Las cifras que han sido
calculadas en base al censo industrial del 2007 del Ministerio de la Producción, indican
que esas micro empresas que fabrican calzado están orientado su producción a los
calzados tipo: zapatillas, escolar, vestir elegante, vestir informal, deportivos, etc. En su
mayoría estos fabrican la mayor parte de tipos de calzado.
En la provincia de lima esta concentrado el mayor numero de
establecimientos de los fabricantes de calzado con el 42,2% del total. Le sigue Trujillo “la
libertad” con 27,2%, Arequipa con 9,4% y Huancayo (Junín) con 3,5% de un universo
total de 3765 empresas.
Así mismo en Caquetá, ubicado en el distrito limeño del Rímac, se ubica el
conglomerado de proveedores de insumos más importantes para la industria del calzado
a nivel nacional y eje del desarrollo de este sector en lima.
Las ocupaciones específicas en la industria del calzado representan el 74,9% del
total de trabajadores en las empresas de 10 a más trabajadores.
Las ocupaciones más representativas son la de ayudante de fabricación de
calzado, el aparador y el armador quienes concentran el 23,6%, 10,1% y6, 5% de los
trabajadores respectivamente.
Según estadísticas del año 2008 de la encuesta de remuneración y
ocupaciones especificas del ministerio de trabajo y promoción del empleo (MTPE), las
ocupaciones con el menor numero de trabajadores son de matricero, jefe de
mantenimiento de maquinas y diseñador de calzados con participaciones de 0,3%, 0,5%
y 0,8% en cada caso.
En tanto en las medianas y grandes empresas el 45% de trabajadores realizan
labores de ayudante de fabricación de calzados. Haciendo un estudio alternativo solo para
la provincia de Jauja:
1
Se estima una cantidad de prod uctores o fabricantes de 120 pero la mayoría de
estos no están inscritos como empresas formales pero todos se dedican a este arte hace
mucho tiempo.
La cantidad estimada de adquisición de pieles de cuero es de 6 por semana, que
seria 24 por mes por cada productor y si lo totalizamos seria 2880 de pieles de cuero
dentro de un mes. En el cual el 80 – 90% de este es grabado en cualquier parte del
calzado dependiendo del modelo a fabricar.
Es importante considerar que debido a un inadecuado grabado de plantillas de
cuero, debido a la ineficiencia de la maquina selladora manual que no cuenta con
sistema para la regulación de temperatura y del control de tiempo de grabado
(aplicación de fuerza humana) puesto que esta fue fabricada artesanalmente no se
tuvo en cuenta la variedad de los tipo de piel de cuero y factores físicos y químicos que
estos poseen en su elaboración.
Si se toma en consideración aspectos como la competitividad en el mercado de
la industria del calzado, la presentación, la calidad y el acabado toman un rol importante
en la demanda de esto productos. Debido la existencia de una amplia variedad de
modelos de calzados y requieren un tipo diferente de grabado.
Haciendo uso de esta maquina grabadora manual no se puede cumplir con todas
las exigencias requeridas para lograr una buena aceptación por los compradores.
2.3.2 JUSTIFICACION DEL DISEÑO
Para la justif icacion de nuestro diseño debemos conocer el
funcionamiento de la maquina y cuales son los problemas que presenta para luego como
poder mejor la calidad del grabado.
1
FUNCIONAMIENTO DE LA MAQUINA GRABADORA MANUAL
Problemas que presenta la maquina grabadora manual:
Hornilla Eléctrica: el flujo de calor no se mantiene estable por lo cual la
temperatura se eleva demasiado y producto de eso el cuero sufre la
quemadura en el cuero durante el grabado.
Tiempo de aplicación de fuerza: el tiempo de aplicación de la fuerza no es
constante en cada grabado debido a que el operador lo realiza empíricamente,
basado en un cálculo de su experiencia.
Fuerza utilizada: la fuerza aplicada en la maquina selladora manual es a
través del uso de una palanca, esta se multiplica y ejerce la presión suficiente
para el grabado sobre el cuero pero debido al cansancio muscular que es
propio del cuerpo humano la fuerza para cada grabado no es constante.
2.4 CONCEPCION DEL DISEÑO
2.4.1 ESTADO DE LA TECNOLOGIA
TROQUELADORA MANUAL
1
MAQUINA DE SELLADO EN CALIENTE
2.6 LISTA DE EXIGENCIAS PARA EL DISEÑO:
El cliente sugiere que si algún elemento resulta apropiado para la maquina,
se puede hacer uso de este en la nueva máquina, con la condición que esta
máquina cumpla con las exigencias del grabado en el cuero.
LISTA DE EXIGENCIAS
PROYECTO: DISEÑO DE UNA
MAQUINA GRABADORA EN
RELIEVE PARA CUERO DE
CALZADO
RESPONSABLES:
BRICEÑO MALLMA, Yoel
CESPEDES ZUÑIGA Marco
MONTERO ALAINA Miguel
SOVERO MUÑOZ Orlando
URCOHUARANNGA MENDOZA, José
Nro. DESEO O EXIGENCIA DESCRIPCIÓN RESPONSABLES
GEOMETRÍA
1 E Las dimensiones de la maquina GRUPO
1
deben de ser:
Altura: 60 cm
Ancho: 50 cm
CIN EMÁTICA
2 E
El movimiento del órgano de
trabajo debe ser lineal para tener
un grabado uniforme.
GRUPO
FUERZAS
3 E La fuerza de presión debe de ser
100 a 80 kg
GRUPO
ENERGÍA
4 E
Existirá transformación de energía,
la fuente será energía eléctrica
luego esta mediante un actuador se
transformara en mecánica.
OPCIONAL: Se usara energía
eléctrica para la parrilla y el
com presor
GRUPO
SEÑALES Y CONTROL
5 D ON/OFF (Señal visual de trabajo
del actuador)
GRUPO
SEGURIDAD
6 E
Protección de operador frente a
quemaduras.
Protección del operador frente a
descargas eléctricas
GRUPO
ERGONOMÍA
7 D Facilidad de operación. GRUPO
FABRICACIÓN
8 E
Tener alta calidad de grabado,
temperatura moderada y evitar
daño en el cuero.
GRUPO
MONTAJE
9 E Montaje fijo GRUPO
TRANSPORTE10 D Que se pueda trasladar GRUPO
USO
2
11 E Lugares públicos GRUPO
MANTENIMIENTO
12 EMantenimiento preventivo.
Fácil inspección y limpiezaGRUPO
2.7 ESTRUCTURA DE FUNCIONES
Primeramente antes de realizar la estructura de funciones de la nueva
máquina y de acuerdo a la lista de exigencias esquematizaremos a la maquina
grabadora manual.
2.7.1 MAQUINA GRABADORA MANUAL:
Estructura de funciones Estructura de funciones simplificada
Encendido de la hornilla eléctrica.Encendido y tiempo de calentamiento de la
planchaTiempo de calentamiento de la plancha
metálica.
Colocación del cuero de prueba Colocación del cuero de prueba
Aplicación de la fuerza de palanca. Aplicación de la fuerza de palanca.
Sellado (tiempo de aplicación de fuerza) Sellado (tiempo de aplicación de fuerza)
Control del buen sellado (visual - tacto) Control del buen sellado (visual - tacto)
2.7.2 MAQUINA GRABADORA INNOVADA:
2
Control de tiempo para grabado
Aplicación de fuerza de presión
Estructura de funciones
Control de temperatura
Generador de Calor
Ingreso de material
Retiro del material
Control de calidad
Encendido
Para la elaboración de la estructura de funciones que realizara la nueva
maquina se tomo en cuenta la lista de exigencias que el cliente proporciona
dando su criterio o lo que necesita para su nueva máquina.
2.8 MATRIZ MORFOLOGICA DE LA SELLADORA DE CUERO
2
S1 S2 S3
2.9 PROTOTIPOS DE LA NUEVA MAQUINA
2
PROTOTIPO N°1
PROTOTIPO N°2
2
PROTOTIPO N°3
2
2
2.10 SELECCIÓN DE ALTERNATIVA ÓPTIMA:
2.10.1 VALORACION TECNICA:
Para la elaboración de esta tabla tomaremos en cuenta la lista de
exigencias la cual tiene un punto muy importante, puesto que los valores de “p”
dependerán mucho de la exigencia o deseo que se ha determinado con
anterioridad.ESCALA DE VALORES SEGÚN VDI 2225 CON PUNTAJE “P” DE 0 a3
0= no satisface, 1 = aceptable, 2 = suficiente, 3= bien
Variantes del concepto Importancia “i” S1 S2 S3
N° Criterios de evaluación % P P P
1 Geometría 12 2 3 3
2 Cinemática 10 2 3 2
3 Fuerza 10 2 2 3
4 Energía 7 2 2 3
5 Señales 6 2 3 2
6 Seguridad 7 3 3 3
7 Ergonomía 7 2 2 3
8 Fabricación 11 2 3 3
9 Montaje 8 2 3 2
10 Transporte 6 3 2 2
11 Mantenimiento 8 2 3 2
12 Uso 8 3 3 2
Puntaje total PT=∑pix(%)i/100 100 2.208 2.7 1.693
Puntaje unitario PU =PT/3 0.736 0.9 0.846
2.10.2 VALORACION ECONOMICA:
Para la elaboración de la siguiente tabla se toma en cuenta los
diferentes costos como del material, fabricación y montaje los cuales se da una
estimación de costo aproximada a la realidad. Para el mejor análisis se toma
una escala de valores.
0= Costoso, 1 = Medio, 2= Barato
N° FACTOR ECONOMICO Importancia “i” % S1 S2 S3
1 COSTO DE MATERIAL 40 2 0 1
2 COSTO DE FABRICACION 35 2 2 2
3 COSTO DE MONTAJE 25 2 2 2
Puntaje total PT=∑pix(%)i/100 100 2 1.2 1.6
Puntaje unitario PU =PT/2 1 0.6 0.8
2
2.10.3 CRITERIOS DE IMPORTANCIA (%) Y PUNTAJE SOBRE LA SELECCIÓN DE ALTERNATIVA
ÓPTIMA: VALORACION TECNICA:
ESCALA DE VALORES SEGÚN VDI 2225 CON PUNTAJE “P” DE 0 a3
0= no satisface, 1= aceptable, 2 = suficiente, 3= bien
N°
Variantes del
concepto% Importancia “i”
S1
P
S2
P
S3
PCriterios de
evaluación
1 Geometría 12
Debido a su exigencia de
diseño del
cliente(dimensiones)
2
Suficiente
cumplimiento de la
exigencia
3
Cumple
satisfactoriamente la
exigencia y brinda
seguridad
3
Cumple
satisfactoriamente la
exigencia y brinda
seguridad
2 Cinemática 10 Movimiento lineal 2
Realiza el movimiento
satisfactoriamente de
ida, retardo en regresar
3
Realiza muy bien el
movimiento de ida y
vuelta a su posición
inicial.
2
Realiza el movimiento
satisfactoriamente de
ida, retardo en regresar
3 Fuerza 1 0
Fundamental para
ejercer la presión sobre
el material (cuero)
2
Ejerce fuerza de
presión moderada para
el trabajo
2
Ejerce fuerza de
presión moderada para
el trabajo
3
Ejerce fuerza de
presión muy aceptable
para el trabajo
4 Energía 7
Suficiente para el
funcionamiento de la
maquina
2
Energía eléctrica y
neumática poco bien
controlada
2
Energía eléctrica y
neumática poco bien
controlada
3
Energía eléctrica y
neumática bien
controlada
5 Señales 6 Visualización del trabajo 2 Presenta señales de 3 Presenta señales de 2 Presenta señales de
de la maquina - deseo aviso de trabajo y
parada de la maquina
funcionamiento de
todas las partes de la
maquina
aviso de trabajo y
parada de la maquina
6 Seguridad 7 Poca frecuencia de
ocurrir un accidente.3
Brinda seguridad de
operación y
manten imiento
3
Brinda seguridad de
operación y
mantenimiento
3
Brinda seguridad de
operación y
mantenimiento
7 Ergonomía 7 Operación de la maquina
muy sencilla2
Facilidad de operación
pero limitado control
de variables
2
Facilidad de operación
pero limitado control de
variables
3
Facilidad de operación
y control correcto de
variables
8 Fabricación 11 Ser capaz de controlar
las variables t, T y F.2
control no muy
apropiado de variables
y duda en la estructura
3
Buen control de las
variables y buena
estructura
3
Buen control de las
variables y buena
estructura
9 Montaje 8
No presenta dificultad en
montaje y desmontaje de
la maquina
2 Montaje y desmontaje
con poca dificultad3 Montaje y desmontaje
sin dificultad2 Montaje y desmontaje
con poca dificultad
10 Transporte 6 Facilidad de traslado de
la maquina3 Reubicación muy fácil
de realizar2
Reubicación sencilla
pero accesible a
realizar
2
Reubicación sencilla
pero accesible a
realizar
11 Mantenimiento 8Fácil inspección y
limpieza2
Requiere de inspección
inter diaria pero
limpieza diaria
3
No requiere de
inspección muy
continua pero limpieza
diaria
2
Requiere de inspección
interdiaria pero
limpieza diaria
12 Uso 8 Lugares públicos sin
generar molestia alguna.
3 No genera molestia
alguna
3 No genera molestia
alguna
2 Genera un poco de
molestia
Puntaje total100 2.208 2.7 1.693
PT=∑p ix(%) i/1 00
Puntaje unitario0.736 0.9 0.846
PU =PT/3
VALORACION ECONOMICA:
Para el análisis de esta parte se tiene mas en cuenta el factor económico como el costo del material, costo de la
fabricación de las partes de la maquina y costo de montaje (ensamble de la maquina).
0= Costoso, 1= Medio, 2= Barato
N FACT. EC. “i” % S1 S2 S3
1COSTO DE
MATERIAL40
El material, los accesorios, y
componentes deben ser de
buena calidad así se
garantiza un buen producto.
2
presenta
material
limitado de
mas barato
costo
0
Presenta material de buena
calidad, de alta tecnología de
control
(excesivo)
1
Presenta material de buena calidad,
incluye tecnología de control suficiente
precisa de menor costo que S2.
2
COSTO DE
FABRICACIO
N
35
La fabricación de las
diferentes partes de la
maquina debe tener buenos
materiales, buenos planos y
buenos profesionales
(ingeniería - técnico) en su
elaboración de estas partes.
2
Presenta poco
aporte
profesional
debido a su
estructura y a
sus partes de
sencillo
armado
2
Presenta poco aporte
profesional debido a su
estructura y a su necesidad de
programación del PLC para el
control de variables.
2
Presenta poco aporte de profesional
para la estructura, pero requiere un
profesional técnico para la fabricación
del control electrónico.
3COSTO DE
MONTAJE25
Es el ensamble definitivo de
la maquina por lo cual
demanda de profesionales
2
No presenta
mucha
dificultad para
2
No presenta mucha dificultad
solo se realiza ajustes y
conexiones.
2No presenta mucha dificultad solo se
realiza ajustes y conexiones
capaces de realizar esta fase
sin ningún error y así
cumplir con el objetivo
el montaje y
conexiones.
Puntaje total
PT=∑pix(%)i/1 00
100 2 1.2 1.6
Puntaje unitario PU =PT/2 1 0.6 0.8
EVALUACIÓN DE PROTOTIPOS:
De acuerdo al grafico de evaluación de prototipos, el prototipo que mas
tendencia tiene a lo ideal teniendo en cuenta la lista de exigencias, estructura de
funciones y exigencias de diseño es el prototipo N°3.
3
CAPITULO III
CALCU LOS DE DISEÑO DE LA MAQUINA GRABADORA
3.1 SELECCIÓN DEL CILINDRO NEUMATICO
Para el prensado se procederá al empleo de un sistema neumático, recordando que
dentro de las exigencias del cliente está que sea lo mas sencillo en operación y
mantenimiento, para ello se diseño el siguiente diagrama neumático empleando los
siguientes accesorios:
1.Actuador de doble efecto.
2.Válvula regulable anti retorno.
4.Una válvula 4/2 accionada por piloto hidráulico.
5.Dos válvulas 3/2 accionada por botón y retorno por resorte.
6.Unidad de limpieza.
7.Unida conectora de plástico (mangueras).
3
3
1. SELECCIÓN DEL CILINDRO NEUMATICO:
Para la selección del cilindro neumático se tomo los siguientes datos del
compresor ya que nuestro cliente cuenta con una en su taller de fabricación:
Datos del compresor:
Potencia del motor: 3HP
Capacidad del compresor: 115 litros
Presión del compresor: 0 – 130 Psi
Presión de trabajo: 110 Psi = 7bar
Como el trabajo de diseño consta en mejorar una maquina grabadora manual,
tomamos como referencia la fuerza del operador para el trabajo en el primer grabado
de una pieza de cuero, puesto que en este momento el operador tendrá la fuerza
necesaria que nosotros tomaremos para el grabado.
En 1:
Debido a que nosotros nos encontramos a una altitud y la gravedad es
diferente para los cálculos posteriores necesitamos el verdadero valor de la gravedad
para lo cual consideraremos un valor de g = 9,8 m/s2
Calculando el momento:
Trasladando la fuerza para el punto 2:
3
Donde F será:
Entonces F será:
CALCULO DEL DIAMETRO DEL EMBOLO DEL CILINDRO NEUMATICO:
Según libro de neumática – Actuadores Neumáticos, la formula para calcular el
diámetro del embolo según la fuerza requerida es la siguiente:
Fr = fuerza de rozamiento (20% de F2)
Remplazando en la formula para λ = 0,5 y µ= 0,85 P=7bar F = 1274N
Entonces aproximaremos el diámetro a un diámetro estandarizado D = 80mm
Buscando en el manual de FESTO con un diámetro de 80 mm y una presión de trabajo
de 7bar encontramos:
Cilindros normalizados DSBF-C-80- - – #570081
3
Para cilindros neumáticos tenemos dos fuerzas de avance y retroceso, para este
trabajo mas nos interesan las fuerzas de avance, veremos si el cilindro seleccionado
cumple con este requerimiento:
Según Nicolás Serrano – Actuadores Neumáticos la fuerza de avance y retroceso esta
dado por:
Para la fuerza de avance del cilindro con diámetro de 73,84mm
Entonces la fuerza avance que nos proporciona el cilindro neumático
seleccionado es mayor lo cual cumple el requerimiento 301 6N > 2997,58N
Para la fuerza de requiere el diámetro del vástago lo cual calcularemos mas
adelante, pero este no es muy necesario puesto que nuestro cilindro neumático no
eleva pesos considerables, lo mas importante es la fuerza de avance.
CALCULO DEL DIAMETRO DEL VASTAGO:
La selección del diámetro del vástago depende de varias características como el tipo
de montaje del cilindro (factor de pandeo), la longitud básica y de la fuerza de empuje o
fuerza de avance en este caso entonces calcularemos estos dos parámetros luego
iremos a tablas:
Long itud básica= Carrera actual x Factor de Pandeo
Elegimos el factor de pandeo:
3
Para nuestro trabajo es factor de pandeo que mas se acomoda es del GRUPO1 tipo de
conexión III el cual tiene un factor de pandeo = 2.
Para la carrera actual para nuestra medida de referencia será de 200mm lo cual esta
también dentro del rango del cilindro elegido, entonces la longitud básica será:
Longitud básica = 200 x 2 = 400mm y con la fuerza de avance = 2997,58N
En la tabla según libro de Actuadores Neumáticos – Grafico del diámetro del vástago
3
Entonces el diámetro del vástago será d= 16mm
CONSUMO DE AIRE:
El consume de aire para un cilindro
neumático de doble efecto esta dado
por la siguiente formula:
RC relación de compresión para presión
en bar:
VR volu men total de ida y vuelta:
P a r a n = 2 c i c l o s p o r m i n u t o
remplazando valores en la formula
será:
Calculo del consumo de aire según grafica con S = 200mm y P = 7bar y D= 80mm
C AIRE = 13L/carrera
VELOCIDAD DEL PISTON:
La velocidad del pistón viene dado por
Como sabemos que volumen = área x carrera entonces
La velocidad será:
COMPROBACION DEL VASTAGO:
Para el diseño del vástago lo comprobaremos mediante columnas largas de Euler,
calcularemos la fuerza crítica del material del vástago y si es resistente para el trabajo
que realizara:
Tomando el valor de C= 4
4
Por radio de giro se tiene:
Para el valor de E = 207GPa luego elegimos un material para el vástago según la tabla
A-17 PROPIEDAES MECANICAS DE ACEROS de Joseph Shigley:
AISI 1018 para Resistencia de fluencia de 370MN/mm2
Hallamos una relación de esbeltez (L/K) para el esfuerzo de fluencia con la formula
anterior dada Según shigley será:
Entonces la relación de esbeltez para la fluencia será:
Calculo de la fuerza crítica:
Luego el esfuerzo será:
4
Comparando este esfuerzo critico con el esfuerzo de fluencia:
Como podeos apreciar nuestro factor de seguridad nos asegura que la elección esta
bien dada y el vástago del cilindro neumático no fallara.
2. Válvula regulable anti retorno.
Se requiere de una válvula de regulación de caudal, con la cual el operador pueda
tener el control de la velocidad del actuador a partir del estrangulamiento de la vía.
La válvula reguladora de caudal con antirretorno al escape tiene la función de
estrangulación y antirretorno, También se le conoce con el nombre de Válvula de
estrangulación del aire de alimentación con antirretorno.
Ya que el cilindro seleccionado es de la marca FESTO se recomendará que los
demás componentes sean de la misma marca.
4
42
Por ello se selecciona una “Válvula de Estrangulación y Antirretorno GRLA” de la marca
FESTO, la cual tiene una variación en el empleo de conectores neumáticos como: G1/8,
G1/4, G3/8, G1/2, G3/4, M3, M5, PK-3, PK-3 con tuerca de racor, PK-4, PK-4 con
tuerca de racor, PK-6 con tuerca de racor, QS-3, QS-4, QS-6, QS- 8, QS-10, QS-12.
Además de un caudal nominal normal en sentido de la estrangulación de cero a
4.320 l/min.
El elemento de ajuste para la válvula seleccionada es de Botón giratorio con escala,
hexágono interior, tuerca moleteada y con tornillo de cabeza ranurada. Las principales
descripciones de la válvula son:
Válvula reguladora, estrangulación en un lado.
Estrangulación de escape o alimentación.
Variantes estándares, miniaturizadas, en línea, con niveles diferentes de
caudal.
Combinación de funciones con una válvula reguladora y una válvula
antirretorno desbloqueable.
Estrangulador-silenciador.
Versión en polímero, metal, acero inoxidable.
Conexiones: Rosca en ambos lados, conexión enchufable en ambos.
3. Una válvula 4/2 accionada por piloto hidráulico.
Se requiere de una válvula de control direccional la cual deberá ser pilotada con el
mismo aire generado por el compresor (exigencia del cliente, el sistema deberá
ser fácil en operación y mantenimiento), al cual llamaremos válvula de cuatro vías
y dos posiciones pilotada neumáticamente. Esta válvula será la que permita que el
cilindro pueda efectuar sus dos movimientos de trabajo (salida y entrada).
Al igual que los demás componentes también esta será de selección de la marca
FESTO, con la finalidad de compatibilizar todos los accesorios.
4. Una válvula 3/2 accionada por piloto hidráulico.
Una válvula también del tipo de control direccional, la cual ya no será de pilotaje
neumático sino más bien será pilotada mecánicamente por un pulsador, la válvula
recibirá directamente la señal de comando del operador. Esta válvula permitirá
cargar de presión al piloto a la válvula 4/2, y para su descarga será una conexión
al medio ambiente.
La válvula seleccionada será también de la marca FESTO y corresponde al código
de: Válvula posicionadora de accionamiento manual pulsador K/O-3-PK.
La válvula podrá además cumplir con las funciones de 3/2 monoestable
abierta/cerrada, con un caudal nominal de 80 l/min. Para un conector neumático
de PK-3, con una presión de funcionamiento de cera a 8 bar.
El funcionamiento interior de las válvulas biestables, de impulsos o memorias solo
necesitan un corto impulso de aire para su pilotaje o cambio de posición por medio
de las tomas x o y. Permanece en su posición hasta que no recibe un contra
impulso. Válvula 3/2 accionamiento y retorno neumático: si pilotamos por x la
43
válvula, p se comunica con a y r permanece cerrado. Si pilotamos por y, p se
cierra y a se comunica con r.
5. Unidad de Limpieza – Filtro
Es muy importancia invertir en un filtro de buena calidad debido a que cuando el
aire que nos circunda se comprime, su contenido de aceite y agua se condensa
formando pequeñas gotas que se mezclan con la gran concentración de
partículas. El resultado es un lodo abrasivo, que a menudo es ácido y aceitoso y
que puede dañar la red de aire comprimido, la maquinaria conectada y la calidad
del producto final. Los resultados son: mayor número de averías y más tiempo de
parada, problemas de producción y una amenaza potencial para la reputación de
sus productos y el medio ambiente.
4
El sistema de limpieza en aire comprimido no solamente consiste en un filtro
de aire, también incluye otros dos procedimiento, el filtrado de aceite y el
secador de agua así como se muestra la siguiente figura:
Un sistema de aire comprimido bien diseñado garantiza el cumplimiento de los
requisitos de calidad del aire del proceso, la Organización Internacional de
Normas (ISO) ha definido claramente seis clases que cuantifican la calidad del
aire comprimido. La norma ISO 8573-1 ofrece un método inequívoco para
definir los requisitos de calidad del aire en un sistema neumático.
4
Los datos técnicos para seleccionar el tipo de filtro son de acuerdo a las
exigencias que se desea de acuerdo al contexto de trabajo que se tiene. Para
nuestro caso las exigencias no son muy rigurosas además de contar con un
compresor el cual tiene mas de 4 años de antigüedad, por lo tanto el filtro
selecciona es funciones básicas.
Para especificaciones técnicas debemos tener en cuenta que en los cálculos
anteriores donde el consumo de aire según para un cilindro con los siguientes
datos S = 200mm y P = 7bar y D= 80mm es de C AIRE = 13L/carrera.
4
Por lo tanto se empleara un filtro del tipo DD, DDp de tamaño 17 el cual
empleara una conexione de 1/2 NPT, el cual servirá de patrón para
seleccionar la manguera del sistema.
Para su instalación existen recomendaciones las cuales se muestran
en la siguiente tabla:
INSTALACIONES TIPICAS:
6. Selección de tubos flexibles de material sintetico:
Los cuatro materiales mas utilizados son la poliamida, polietileno, poliuretano,
caucho nitrílico. En la selección del filtro se obtuvo una medida a su entrada de
1/2” la reducción mas común es a la mitad de su salida, por ello se empleara
una medida interior de ¼” a su salida ya que las válvulas seleccionadas también
están en concordancia. Para evaluar sus otras características verificamos la
siguiente tabla.
47
3.2 SELECCIÓN DE LA PLANCHA:
1. Para la plancha superior la cual se comporta como una viga
Diagrama de cuerpo libre de la viga:
Calculamos las reacciones en ambos extremos:
(1)
5
(5)
(2)
Reemplazando (2) en (1):
Se realizan los diagramas de fuerza cortante, momento flector y momento cortante.
Según VON MISES:
(3)
(4)
v' Esfuerzo normal
v' Esfuerzo de flexión
5
6)
(7)
(9)
Probamos para un
Reemplazando en (5):Reemplazando en (7):
Reemplazando 6 y 8 en 4:
5
Para acero A36
(1)
Comparando 9 en 3:
2. Para las planchas de los
costados tratamos como columnas:
Aplicando ecuación de Euler:
Donde:
E=coeficiente de elasticidad
(2)
L=longitud de la columna
5
(3)
I=momento de inercia sección transversal
SELECCIONAMOS PLANCHA DE 1/4 PULGADA
3. Para la plancha inferior tratamos como viga
Diagrama de cuerpo libre de la viga:
5
Calculo de la reacción:
(1)
Diagramas de esfuerzo cortante, momento flector y momento torsor:
5
(6)
(7)
(8)
Según VON MISES:
(3)
(4)
(5)
v' Esfuerzo normal
v' Esfuerzo de flexión
Reemplazando en (5):
Reemplazando en (7):
5
Reemplazando 6 y 8 en 4:
Comparando 9 en 3:
(9)
Para acero A36
Probamos para un
Comparando 9 en 3:
Para acero A36
Probamos para un
(9)
5
3.3 CÁLCULO POR SOLDADURA
Para la diseño de la selladora de calzado se aplicará soldaduras de tipo filete en todas las partes que se quiera unir fijamente las planchas que conformaran la estructura
Mc Cormac – Diseño De Estructuras De Acero. Las soldaduras por filete han demostrado ser mas resistentes a la tensión y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes en soldadura de filete son los esfuerzos de cortes. Mc Cormac – Diseño De Estructuras De Acero.
De los cálculos anteriores se tiene como datos lo siguientes:
Material a usar en toda la estructura: ASTM A-36 laminado en caliente
Esfuerzo de fluencia del ASTM A-36: 2530 kg/cm2 = 36KpsiEsfuerzo de ultimo del ASTM A-36: 58 a 80KpsiEspesor de todas las planchas: 5/16 in = 7.9mm
DETALLE DE LA UNIÓN SOLDADA DE LA PLANCHA QUE SUJETARA AL ACTUADOR NEUMÁTICO.
Existirá un cordón de soldadura para cada lado tal donde se indica en la figura de la parte inferior para fijar la plancha en la que ira el actuador neumático.
5
Comportamiento de las cargas sobre las soldaduras.
Resistencia de la soldadura
Las soldaduras cargadas transversalmente son apreciablemente más fuertes que las cargadas paralelamente al eje de la soldadura.
Comparando los casos de cargas con el diseño que se esta realizando se puede decir que estamos en lo correcto.
Requisitos del LRFD (Método de Factores de Carga y Resistencia)
> En la soldadura el material del electrodo deberá tener propiedades del metal base.
> La resistencia de diseño de una soldadura específica se toma como el valor menor de los valores ( es la resistencia nominal de la soldadura) y
( es la resistencia nominal del metal base).
> Para soldaduras de filete la resistencia nominal por esfuerzos en el área efectiva de la soldadura es 0.60FExx,
donde FExx es la resistencia por clasificación
del metal base.
5
SegUn la AWS las soldaduras por arco protegido se designan como:
De los datos que se tienen del material base el esfuerzo Ultimo a la rotura se considerara 70kpsi.
SegUn el manual de soldadura Oerlikon Soldexa la resistencia mínima a la tracción sin tratamiento térmico post soldadura para electrodos metálicos son revestimiento es:
Los perfiles permisibles mínimos segUn el LRFD se dan en la siguiente tabla.
Espesor del material de la parte unida con mayor espesor (pulg)
Tamaño mínimo de la soldadura de filete (pulg)
Hasta 1/4 inclusive 1/8
Mayor de 1/4 , hasta 1/2 inclusive 3/16
Mayor de 1/2, hasta 3/4 inclusive 1/4
Mayor de 3/4 5/16
Se realizara el proceso por arco protegido:
6
La carga P = 3016N = 0.678Kpsi, pero la carga que actúa en cada cordon es la mitad 0.339kpsi y con los resultados de la resistencia de la soldadura se concluye que la estructura será bien resistente por soldadura.
6
DETALLE DE LA UNIÓN SOLDADA DE LA PLANCHA QUE SE ENCUENTRA EN LA BASE.
Existirá un cordón de soldadura para cada lado tal donde se indica en la figura de la parte inferior para fijar la plancha de la base de la selladora de calzado.
Comportamiento de las cargas sobre las soldaduras.
6
Resistencia de la soldadura
Las soldaduras cargadas transversalmente son apreciablemente más fuertes que las cargadas paralelamente al eje de la soldadura.
Comparando los casos de cargas con el diseño que se esta realizando se puede decir que estamos en lo correcto.
Requisitos del LRFD (Método de Factores de Carga y Resistencia)
> En la soldadura el material del electrodo deberá tener propiedades del metal base.
> La resistencia de diseño de una soldadura específica se toma como el valor menor de los valores ( es la resistencia nominal de la soldadura) y
( es la resistencia nominal del metal base).
> Para soldaduras de filete la resistencia nominal por esfuerzos en el área efectiva de la soldadura es 0.60FExx,
donde FExx es la resistencia por clasificación
del metal base.
Según la AWS las soldaduras por arco protegido se designan como:
6
De los datos que se tienen del material base el esfuerzo Ultimo a la rotura se considerara 70kpsi.
SegUn el manual de soldadura Oerlikon Soldexa la resistencia mínima a la tracción sin tratamiento térmico post soldadura para electrodos metálicos son revestimiento es:
Los perfiles permisibles mínimos segUn el LRFD se dan en la siguiente tabla.
Espesor del material de la parte unida con mayor espesor (pulg)
Tamaño mínimo de la soldadura de filete (pulg)
Hasta 1/4 inclusive 1/8
Mayor de 1/4 , hasta 1/2 inclusive 3/16
Mayor de 1/2, hasta 3/4 inclusive 1/4
Mayor de 3/4 5/16
Se realizara el proceso por arco protegido:
6
La carga P = 3016N = 0.678Kpsi, pero la carga que actúa en cada cordón es la mitad 0.339kpsi y con los resultados de la resistencia de la soldadura se concluye que la estructura será bien resistente por soldadura.
3.4 DISEÑO DEL CIRCUITO ELECTRONICO
Para pasar al diseño del circuito perimeramnete debemos saber como tomaremos los datos, asi como ingresaremos estos datos luego como manipularemos los datos para favorecernos en la ejecución de los actuadres internos como externos.
A) DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA ELECTRONICO:
A.1) CONTROL DE TEMPERATURA:
Primeramente para poder controlar la temperatura debemos saber que temperatura tenemos en la resistencia eléctrica, para ello trabajaremos con un sensor el cual nos enviara una señal analógica que a su ves este será conducido a un convertidor de señal (ADC) digital el cual ahora si podemos saber cuanto es el valor de la temperatura a través de un conjunto de leds que en forma ordenada nos mostraran números(DISPLAYS), una vez captado el valor nuemrico nosotros podemos este valor compararlo con una temperatura referencial que el operador le puede asignar, cuando la temperatura sea mayor que la dada se activara uno o dos ventiladores y la resistencia eléctrica pasara a la desconecion inmediata hasta que los ventiladores terminen su trabajo estabilizando la temperatura hasta la programada, esto nos permitirá manipular la temperatura y gracias a este detalle podemos trabajar con otros materiales en el grabado.
6
RESISTENCIA
ELECTRICA
VENTIL
ACTUADOR
CON VERTI DOR DE SEÑAL
COMPARADOR DE
TEMPERATURA
PANTALLA DE TEMPERATURA
TEMPERATU RA
INICIAL
A.2) CONTROL DE TIEMPO:
Para nosotros controlar el tiempo en el cual estará el cilindro neumático presionando al cuero mas el molde o matriz necesitamos también saber cuanto es este e igual que el circuito electrónico de temperatura: al inicio nosotros controlaremos el valor de ingreso del tiempo el cual también será una variable modificatoria, también usaremos un convertidor de señal de analógico a digital porque nuestros circuitos integrados no son capaces de captar señales analógicas estos solo capatan señales digitales(0 - 1), una vez ingresadop el valor de tiempo, el comparador generara una señal para activar la valvula el cual cambiara de posiscion(A) y dejara el libre paso a el aire para mover el vástago mientras esto ocurre el contador estará en forma descendente el cual al llegar a su valor de cero mandara una señal activando la otra posición(B) de la valvula y desactivando la posición(A) liberando el cuero y matriz.
6
DE TIEMPOVARIADOR
CONVERTIDOR DE SEÑAL
RELOJ
ACTUADOR DE VALVULA
DATO INGRESADO
CONTADOR DESCENDENTE
CONTACTORES
COMPARADOR
PANTALLA
LINEA DE RED ELECTRICA
DISTRIBUIDOR DE ENERGIA ELECTRICA
COMPRESORA VENTI LADOR
RESISTENCIA CONTROL ELECTRON ICO
A.3) SISTEMA ELECTRICO:
El diseño eléctrico estará basado en la conexión paralela tanto como el compresor, el control electrónico y la resistencia eléctrica pero con los interruptores de seguridad y parada de emergencia de la maquina cuando lo solicite.
B) DISEÑO DEL CONTROL DE TEMPERATURA Y TIEMPO:
B.1) DISEÑO DEL CONTROL DE TEMPERATURA:
6
1. Sensor de Temperatura o Termometro de Resistencia:
Son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de temperatura en una variación de resistencia eléctrica.
Termistor PTCUn termistor PTC es un resistor que
depende de la temperatura, son fabricación de titanato de bario y deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura específica o nivel de corriente. Los termistores PTCs puede operar en los siguientes modos:
Sensores de temperatura, en temperaturasque oscilan entre 60° C a 180° C, por ejemplo, para protección de los bobinados de motores eléctricos y transformadores.
Para la resistencia electrica de nuestra maquinaseleccionaremos un termistor el cual nos dara un cierto valor de voltaje el cual que representara una cierta temperatura.
2. Convertidor de Señal: Señal
eléctrica analógica
Señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión ovoltaje varían constantemente en forma de corriente alterna, incrementando su valor con signo eléctrico positivo durante medio ciclo y disminuyéndolo a continuación con signo eléctrico negativo.
Señal digital
Es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango.
Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.
6
Para nuestro caso precisamente necesitamos una dispositivo o un circuito integrado que realice esta función, para ello consultamos al Manual ECG – MASTER REPLACEMENT de PHILIPS. Del cual seleccionamos un ADC0803 – 0804, este pequeño dispositivo es capaz de transformar esa señal analógica en digital.
3. Decodificador de señal digital:
Un decodificador es un dispositivo que convierte un código binario de entrada a una combinación de salidas para generar la señal digital para el displays de 7 segmentos.
Para nuestro caso precisamente necesitamos una dispositivo o un circuito integrado que realice esta función, para ello consultamos al Manual ECG – MASTER REPLACEMENT de PHILIPS. Del cual seleccionamos un 74LS48.
6
4. Com parador de Temperatura:
A veces, es necesario saber si un número binario A es mayor, menor o igual que otro número B. El sistema para determinarlo se denomina comparador de valor digital o binario.
Con este circuito integrado compararemos el valor inicial de ingreso con el valor de temperatura de la resistencia eléctrica, este integrado generara una señal digital mediante una de sus salidas pero cuando cambia el valor de comparación entre estos dos valores se generara una señal en otra de sus salidas, logrando activar y desactivar el o los ventiladores.
5.Contactor de Rele:
Esta pequeña parte del circuito actua como un interruptor para activar el ventilador y esta compuesto por un transistor un diodo y un rele magnético de 12VDC, para la selección de del transistor tomamos un breve concepto de que este dispositivo funciona como elevador de voltaje y interruptor, para nuestro caso lo utilizaremos como interruptor para activar el rele y el diodo trabajara como seguridad de un solo sentido del flujo de voltaje. Entonces seleccionaremos un transistor simple como el BC547 y un diodo 1N4001 de protección.
6.El Ventilador:
En nuestro caso es el que cumplirá la función de refrigerar a la resistencia electrica para la disminución de temperatura, los ventiladores se puede encontrar de varios voltajes como 5VDC, 12VDC y 220VAC, para nuestra maquina usaremos un ventilador de 12VDC, el cual si lo conectamos en paralelo todriamos tener 2 o 3 vebtiladores pero que cumplan bien su función de disminuir la temperatura de la resistencia eléctrica.
B.2) DISEÑO DEL CONTROL DE TIEMPO:
1. Potenciómetro o Seleccionador de Rango:
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
7
2. Convertidor de Señal: Señal
eléctrica analógica
Señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente en forma de corriente alterna, incrementando su valor con signo eléctrico positivo durante medio ciclo y disminuyéndolo a continuación con signo eléctrico negativo.
Señal digital
Es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango.
Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.
Para nuestro caso precisamente necesitamos una dispositivo o un circuito integrado que realice esta función, para ello consultamos al Manual ECG – MASTER REPLACEMENT de PHILIPS. Del cual seleccionamos un ADC0803 – 0804, este pequeño dispositivo es capaz de transformar esa señal analógica en digital.
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3.Decodificador de señal digital:
Un decodificador es un dispositivo que convierte un código binario de entrada a una combinación de salidas para generar la señal digital para el displays de 7 segmentos.
Para nuestro caso precisamente necesitamos una dispositivo o un circuito integrado que realice esta función, para ello consultamos al Manual ECG – MASTER REPLACEMENT de PHILIPS. Del cual seleccionamos un 74LS48.
4.Tem porizador o contador descendete:
Son circuitos digitales lógicos secuénciales de salida binaria o cuenta binaria, característica de temporización. para ello consultamos al Manual ECG –
MASTER REPLACEMENT de PHILIPS. Del cual seleccionamos un 74LS193. El cual estará encargado del conteo descendente a partir del valor seleccionado por el operador.
5.Generador de señal:
El generador de señal es como un reloj el cual esta contabilizado para tener una salida dde señal cada cierto tiempo, que nosotros podemos
7
En la ecuancion 1:
En la ecuación 2:
Entonces en al ecuación 1:
contabilizar a través de ecuaciones, para este generador de señal usaremos un NE555, el cual es muy usado como reloj de los circuitos integrados.
Como el tiempo en unidades minimas esta dado en segundos y para nuestra maquina necesitamos el mayor numero de grabados por minuto y además para un aumento de producción, calcularemos los componentes de R1, R2 y C1 para un tiempo de t1 = 0.9s y t2= 0.1 s con un condensador de C1= 33µf. entonces reempalzando en las formulas:
Entonces la configuración del NE555 quedara para estos valores, pero como en el mercado no existe resistencias de estos valores, trabajaremos con potenciómetros de 5KΩ y 50KΩ.
7
6.Com parador de Tiempos:
A veces, es necesario saber si un número binario A es mayor, menor o igual que otro número B. El sistema para determinarlo se denomina comparador de valor digital o binario.
Con este circuito integrado compararemos el valor inicial del tiempo ingresado por el operador y del contador descendente que manda una señal intermitente diferente cada intervalo de tiempo que pasa para el comparador, el cual a su vez cuando llegue a el valor deseado manipulara las posiciones de la electro valvula.
7.Contactor de Rele:
Esta pequeña parte del circuito actua como un interruptor para activar el ventilador y esta compuesto por un transistor un diodo y un rele magnético de 12VDC, para la selección de del transistor tomamos un breve concepto de que este dispositivo funciona como elevador de voltaje y interruptor, para nuestro caso lo utilizaremos como interruptor para activar el rele y el diodo trabajara como seguridad de un solo sentido del flujo de voltaje. Entonces seleccionaremos un transistor simple como el BC547 y un diodo 1 N4001 de protección.
7
