ANALISIS DE FABRICACIN.La pieza tomada para este proyecto es una pieza prismtica, con un nmero moderado de operaciones (7 rasgos) de diferente naturaleza, como se ve en la figura siguiente.

1. Espacio de solucin

Dentro del espacio de solucin para esta pieza se consideran:

Diseo CAD de la pieza: El diseo de detalle de la pieza. Tipos de operaciones: End milling (fresado lateral) y Drilling (Agujero). Tolerancias de diseo y de manufactura: Ninguna en especial Tipo de mecanizado (nivel tecnolgico): Mecanizado tipo 2D Raw Parts y Raw Materials: Material prismtico (Cubo de 75 mm de arista) Material: Aluminio Mquina Herramienta: Centro de mecanizado Leadwell V-20 Herramientas: Broca 6 mm HSS Escariador 3/8" HSS Sujecin: Prensa hidrulica de mordazas paralelas Vertex Machinery

2. Tablas de asociacin entre herramientas y rasgos

Las siguientes dos tablas muestran los radios propios de las herramientas usadas y su capacidad de fabricar los rasgos de la pieza.

HERRAMIENTARh1Rh2

Escariador plano 3/83/16No Tiene

Broca 6 mm3 mmNo Tiene

Tabla 1. Radios de las herramientas consideradas para el mecanizado

RASGOHERRAMIENTA SELECCIONADAEXISTE RADIOINTERNO EN UNPLANOPERPENDICULAR(SI/NO)EXISTE RADIOINTERNO PARALELOAL PLANOPERPENDICULAR(SI/NO)RADIOHERRAMIENTAMENOR O IGUALAL RADIOINTERNOENCONTRADOSISE PUEDEMAQUINAREL RASGO

1ESCARIADOR 3/8SISISISI

2ESCARIADOR 3/8SISISISI

3BROCA 6mmNO APLICANO APLICANO APLICASI

4ESCARIADOR 3/8NO NO NO APLICASI

5ESCARIADOR 3/8NONONO APLICASI

6ESCARIADOR 3/8NONONO APLICASI

7ESCARIADOR 3/8NONONO APLICASI

Tabla 2. Anlisis de Cada Rasgo

Observacin: Ya que todos los mecanizados se pueden realizar sin ningn inconveniente de acuerdo a los resultados de la ltima columna de la tabla 2, la pieza propuesta presenta una EXCELENTE manufacturabilidad, sin embargo, esta condicin deber ser ratificada despus del anlisis de fijabilidad.

3. Anlisis de fijabilidad

Para este anlisis, las superficies de la pieza se han enumerado como se muestra en las grficas siguientes:

Los resultados de la bsqueda de caras paralelas se dan en la tabla:

RasgoParejas de carasSe puede fijar en la prensa

1(1,12) (8,12) (2,11)SI

(3,11) (4,11) (4,13)

2(1,12) (8,12) (2,11)SI

(3,11) (4,11) (4,13)

3(1,12) (8,12) (2,11)SI

(3,11) (4,11) (4,13)

4(1,12) (5,6) (5,10)SI

5(1,12) (2,11) (3,11)SI

6(1,12) (2,11) (3,11)SI

7(1,12) (2,11) (3,11)SI

Observacin: Segn los resultados de la tabla 3 la fijabilidad de la pieza se puede catalogar como EXCELENTE, ya que por cada operacin hay ms de dos parejas por las que puede sujetarse en la prensa con aparente estabilidad, de manera que la fabricacin en general de la pieza tambin es EXCELENTE.

4. Reconocimiento De Rasgos Y Direccin De Aproximacin De Herramienta

Como se observa, la pieza final se obtendr de mecanizar un conjunto de 7 rasgos a un cubo de 75 milmetros de arista (raw material). Los rasgos enumerados, discriminados segn su tipo, y con su respectiva direccin de aproximacin segn el sistema de coordenadas,se muestran resaltados con rojo en las siguientes figuras:

A continuacin se muestra una tabla en la que se da una clasificacin ms precisa del proceso de reconocimiento de rasgos.

RASGOTIPODIRECCION APROXIMADA DE LA HERRAMIENTA

1FRESADO LATERAL-Z

2FRESADO LATERAL-Z

3TALADRADO-Z

4FRESADO LATERAL-Y

5FRESADO LATERAL-Y,+Z

6FRESADO LATERAL+Y,+Z

7FRESADO LATERAL-X,+Z

5. Agrupacin De Rasgos

En esta parte se plantean las posibles agrupaciones de rasgos segn sus direcciones da aproximacin, que servirn para luego conformar los setups, segn la tabla:

RASGOPOSIBILIDAD DE AGRUPAR CON:

1Rasgos 2 y 3 (-Z)

2Rasgos 1 y 3 (-Z)

3Rasgos 1 y 2 (-Z)

4Rasgo 5 (+Y)

5Rasgo 4 (+Y), Rasgos 6 y 7 (+Z)

6Rasgos 5 y 7 (+Z)

7Rasgos 5 y 6 (+Z)

Observacin: Es importante anotar que solo despus de encontrar las Restricciones de precedencia y de hacer una Seleccin de superficies de fijacin, quedarn agrupados definitivamente los rasgos en sus respectivos setups:

1. Encontrar Restricciones De Precedencia

Las restricciones de precedencia e interferencias entre rasgos para esta pieza tipo son las siguientes:

El Rasgo 2 y el rasgo 4 presentan interferencia del segundo tipo. Debido a esto, se presenta la siguiente restriccin: El Rasgo 4 deber maquinarse primero que el Rasgo 2.

El Rasgos 7 presenta interferencia del primer tipo con los Rasgos 5 y 6 , pero no existe ninguna restriccin entre rasgos 5 y 6. Debido a esto, se presenta la siguiente restriccin: Los Rasgos 5 y 6 debern ser maquinados antes que el Rasgo 7.

Estas restricciones se tendrn en cuenta en el siguiente paso de la metodologa.

1.1. Seleccin De Superficies Para Fijacin

Despus de someter la pieza y todas las posibles caras de fijacin a los procedimientos descritos en los numerales del 3.6.1 al 3.6.3 del captulo anterior se tienen los siguientes resultados:

Para un primer Setup

Antes de mecanizar cualquier rasgo, el raw material es un cubo de arista 75 mm. Segn el mtodo, lo primero que se analiza son las Restricciones de Precedencia que se deben tener en cuenta para los procedimientos de anlisis:

Restricciones de precedencia:

"El Rasgo 4 debe maquinarse antes del Rasgo 3", de manera que entre los siguientes grupos de rasgos se debe incluir al Rasgo 4 antes del rasgo 3, an cuando el rasgo 4 y el 3 tuviesen una misma direccin de aproximacin de herramienta.

"El Rasgo 7 debe maquinarse antes de los Rasgos 5 y 6", de manera que entre los siguientes grupos de rasgos se debe incluir al Rasgo 7 mecanizado antes que el rasgo 5 o 6 (indistintamente).

El grupo de rasgos a mecanizar considerando las restricciones anteriores es:

Grupo de rasgos: F5, F6, F7 (idntica direccin de aproximacin y mayor remocin de material = 6.14 e-5 m3).

Los primeros rasgos a mecanizar en la pieza se ven como se muestra en la siguiente Figura:

En la Figura la pieza se ha acomodado convenientemente para que la direccin de aproximacin coincida con la realidad y para que se puedan visualizar los rasgos a mecanizar. Tambin se han enumerado las posibles caras de sujecin dentro de un crculo.

Las parejas de caras opcionadas para fijacin como se ve en la Figura son (1,2) y (3,4). Los grficos que se muestran a continuacin ilustran la vista lateral de contorno de la pieza para cada pareja de superficies candidatas, con la respectiva rea de proyeccin A que genera el permetro de pi sobre pj (en color gris), y el rea de barrido de rasgos AR que el rea gris genera desde esa vista (en azul).

Primer setup. Vista lateral de la proyeccin A entre caras 1 y 2.

Primer setup. Vista lateral de la proyeccin A entre caras 3 y 4.

Las parejas analizadas en las grficas anteriores no barren ningn rasgo, sin embargo se pueden comparar por su rea de barrido A. As, se tienen los siguientes resultados:

Direccin de aproximacin de herramienta (v): -Z Conjunto de superficies planas paralelas de la pieza (Z1): {(1,2) (3,4)} Conjunto de superficies aptas para sujetar la pieza (R1): {(1,2) (3,4)} Grupo de rasgos a mecanizar: K1 = {F5,F6,F7} (idntica v y mayor remocin de material) Seleccin de Caras: se selecciona la pareja de caras (1,2) (mayor A con AR = 0 Setup: S1

Para un segundo setup

Para este setup, el raw material cuenta con los rasgos ya mecanizados (5, 6 y 7). Antes de seleccionar el siguiente grupo de rasgos, segn el mtodo, se analizan las restricciones de precedencia que faltan por cumplirse:

Restricciones de precedencia: "El Rasgo 4 debe maquinarse antes del Rasgo 3". Como ningn otro rasgo que falte por mecanizar tiene la misma direccin de aproximacin de herramienta que el Rasgo 4, este rasgo se debe mecanizar solo, en un setup por aparte, y antes de mecanizar el grupo de rasgos que vaya a contener el Rasgo 3.

As el grupo de rasgos es el siguiente:

Grupo de rasgos: R4 (nico rasgo a mecanizar, cantidad de remocin de material indiferente = 2.25 e-5 m3).

Al igual que en el setup anterior, en la siguiente figura la pieza se ha acomodado convenientemente para que la direccin de aproximacin de herramienta coincida con la realidad y para que se pueda visualizar el rasgo a mecanizar. Tambin se han enumerado las posibles caras de sujecin dentro de un crculo

Posibles superficies de fijacin para el segundo setup

Las parejas de caras opcionadas para fijacin como se ve en la Figura son (1,2), (3,4), y (5,4). La parejas (6,4) y (7,2) no se aceptan debido a la restriccin sobre las superficies 6 y 7, asumida por el punto V de la descripcin de la metodologa. Los grficos que se muestran a continuacin ilustran los anlisis basados en las reas A y AR para cada pareja:

Segundo setup. Vista lateral de la proyeccin A entre caras 1 y 2. Ntese que una mordaza por encima de H se obstruira la fabricacin del Rasgo 4.

Segundo setup. Vista lateral de la proyeccin A entre caras 3 y 4.

Segundo setup. Vista lateral de la proyeccin A entre caras 5 y 4.

De los anlisis ilustrados en las figuras anteriores, se tienen los siguientes resultados:

Direccin de aproximacin de herramienta (v): -Z

Conjunto de superficies planas paralelas de la pieza (Z2): {(1,2) (3,4) (5,4) (6,4) (7,2)}

Conjunto de superficies aptas para sujetar la pieza (R2): {(1,2) (3,4) (5,4)}

Grupo de rasgos a mecanizar: K2 = {F4} (nico rasgo posible con esa direccin v)

Seleccin de Caras: se selecciona la pareja de caras (3,4) (Aunque (1,2) tiene mayor A y un buen valor AR no se selecciona porque obstruye la fabricacin del rasgo F4 Setup: S2

Para el tercer setup

Para este setup, el raw material cuenta con los rasgos ya mecanizados (F5, F6 y F7 del primer setup y F4 del segundo setup). Antes de seleccionar el siguiente grupo de rasgos, segn el mtodo, se deben analizar las restricciones de precedencia. Como no hay ninguna restriccin que falte por tener en cuenta, se procede a seleccionar el siguiente grupo de rasgos, as:

Grupo de rasgos: F1, F2, F3 (idntica direccin de aproximacin y mxima remocin de material = 2.80 e-5 m3)

Como en los dos setups anteriores, en la Figura la pieza se ha acomodado convenientemente para que la direccin de aproximacin de herramienta coincida con la realidad y para que se pueda visualizar el rasgo a mecanizar. Tambin se han enumerado las posibles caras de sujecin dentro de un crculo.

Figura. Posibles superficies de fijacin para el tercer setup.

Las parejas de caras opcionadas para fijacin como se ve en la figura anterior son (1,2), (3,4), (5,4) y (7,4). Las parejas (5,4) y (7,4) se analizan por aparte debido a la restriccin asumida en el punto V de la descripcin de la metodologa.

Los grficos que se muestran a continuacin ilustran los anlisis basados en las reas A y AR para cada pareja:

De los anlisis ilustrados en las figuras anteriores, se tienen los siguientes resultados:

Direccin de aproximacin de herramienta (v): -Z

Conjunto de superficies planas paralelas de la pieza (Z3): {(1,2) (3,4) (5,4) (7,4)}

Conjunto de superficies aptas para sujetar la pieza (R3): {(1,2) (3,4) (5,4) (7,4)}

Grupo de rasgos a mecanizar: K3 = {F1, F2, F3} (ltimo grupo de rasgos con idntica v)

Seleccin de Caras: se selecciona la pareja de caras (1,2) (tiene mayor A y un buen valor AR)

Setup: S3

Localizacin Y Referenciacin Para Cada Setup, Y Restriccin En La Fijacin

Como ya se conoce el orden de los setups por la agrupacin de rasgos y setups del anlisis anterior, se analiza cada uno de los setups por aparte con el presente procedimiento con el fin de encontrar una localizacin y una forma de restringir la pieza en cada uno.

Para el primer Setup

En las siguientes figuras 18, los sistemas coordenados se han acomodado para que coincidan con los sistemas del centro de mecanizado leadwell.

Figura 18. Primer setup. Seleccin de planos para localizacin.

Para el primer setup se aplica el principio de 3-2-1, en el cual se adicionan 3 planos imaginarios para localizar la pieza y as lograr por medio de los localizadores asociados a estos planos, restringir los 6 grados de libertad, teniendo en cuenta todos los parmetros necesarios ya estudiados para localizacin. En primera instancia se escoge la superficie de mayor rea para hacer coincidir con el primer plano (Plano1), el cual restringe el movimiento de translacin en el eje (z) y los movimientos de rotacin alrededor de los ejes (x) y (y). La superficie escogida garantiza por su geometra (plana) y dimensiones (la de rea mayor) mayor estabilidad en el maquinado, como se ven en la Figura. Este primer plano se define por tres localizadores. El tamao de estos y su disposicin debern escogerse de tal forma que garanticen la estabilidad de la pieza (esta disposicin se evaluara ms adelante con el anlisis de elementos finitos para este caso). No se escogern localizadores grandes al tener en cuenta que es ms probable que estos se ensucien con mayor facilidad y generen ms imprecisiones a la hora de maquinar diferentes piezas. Algo importante para lograr una buena estabilidad es que el centroide de la pieza est lo ms bajo posible, es decir, en este caso se orienta la pieza para que el centroide quede lo ms cerca al plano (1).

El plano escogido servir como referencia para controlar algunas cotas del maquinado (a,b,c,d) que se observan en la Figura. Con estas cotas se pueden encontrar los posibles

Figura 19. Primer setup. Cotas de maquinado con referencia al plano 1.

El segundo plano (plano 2) es necesario para restringir dos movimientos: uno de translacin a lo largo del eje (y) y otro de rotacin alrededor del eje (z). Este plano se define por dos puntos o dos localizadores los cuales se ubican segn el centroide de la pieza para lograr una buena estabilidad. En la Figura se puede encontrar la ubicacin del centroide y de los localizadores. Idealmente la superficie para poner solidaria al plano 2 y a los localizadores sera la que tuviera el rea que en magnitud siguiera a la primera superficie escogida, sin embargo en el procedimiento anterior de agrupacin de rasgos y setups ya se haban definido otras superficies. En la Figura tambin se puede encontrar las cotas que se van a controlar en el maquinado.

Figura. Primer setup. Ubicacin de los localizadores respecto a (z) y cotas de maquinado con referencia al plano 2.

El tercer plano (plano 3) se ubica tangencial a un solo punto de localizacin para restringir el movimiento de translacin a lo largo del eje (x). El localizador se ubica en las coordenadas (z) y (x) del centroide de la pieza como se observa en la Figura. Con esto, ya se pueden tomar las cotas de control respecto al plano 3. Es importante observar que este localizador ser el que ms absorba la fuerza de corte al maquinar los rasgos.

Figura. Primer setup. Ubicacin de el localizador respecto a (x) y (z) y cotas de maquinado con referencia al plano 3.

Para el segundo Setup

Figura. Segundo setup. Seleccin de planos para localizacin.

En este setup solo se va a maquinar un rasgo. Se aplica el principio del 3-2-1 como se observa en la Figura, revisando todos los parmetros para localizacin en este setup. La superficie para ubicar el primer plano (plano 1) se escoge principalmente porque es la superficie plana de mayor rea para actuar como superficie de localizacin y garantizar la rigidez necesaria para manufacturar el rasgo. Los localizadores solidarios al plano 1 y a la pieza restringen el movimiento de translacin en el eje (z) y los movimientos de

rotacin alrededor de los ejes (x) y (y). La ubicacin y el tamao de los localizadores se evaluarn ms adelante con el anlisis de elementos finitos. Es importante anotar que el centroide en la direccin del eje (z) con la ubicacin escogida para la pieza est lo ms bajo posible, es decir, ms cercano al plano (1).

El plano1 sirve como referencia para controlar en el maquinado la cota que observamos en la Figura.

Figura. Segundo setup. Cotas de maquinado con referencia al plano 1.

Antes de definir y ubicar el plano 2 hay que hacer una anotacin: Para este segundo setup el anlisis de agrupacin de rasgos y secuenciacin de setups arroj como superficies ms aptas a la pareja de superficies (3,4). Sin embargo, por requerimientos de BPM, la pieza debe ser localizada por una cara perpendicular al barrido de material de la herramienta de corte cuando se mecanice el rasgo. Por tanto, la pareja de superficies (3,4) seleccionada mediante el procedimiento del aparte anterior NO ES LA MAS APTA para localizacin. Para que sirva para localizacin y cumplir con las BPM debe cambiarse por la pareja (1,2) de ese setup.

A continuacin se define el segundo plano (plano 2), necesario para restringir dos movimientos: uno de translacin a lo largo del eje (y) y otro de rotacin alrededor del eje (z). Esta superficie de localizacin es bastante importante porque cumple con la doble funcin de localizacin y al mismo tiempo de fijacin, adems cumple con el papel de absorber la fuerza de corte mayor y este es un parmetro a tener en cuenta para que la pieza no se vaya a mover dentro del sistema de fijacin. La ubicacin de los localizadores respecto al eje(z) se encuentra segn la ubicacin del centroide. Ubicado el plano 2 no hay ninguna cota importante a la hora de controlar el proceso respecto a l.

El tercer plano (plano 3) cumple con la misma funcin que en el anterior setup, es decir, restringe el movimiento de translacin a lo largo del eje (x). El localizador se observa en la Figura 90. Su ubicacin tambin se realiza segn el centroide de la pieza. En la misma figura tambin se pueden ver las cotas a controlar segn el plano 3.

Figura 24. Segundo setup. Ubicacin de el localizador respecto a (x) y (z) y cotas de maquinado con referencia al plano 3.

Para el tercer Setup

Figura. Tercer setup. Seleccin de planos para localizacin.

En este setup se maquinan 3 rasgos. Para escoger el primer plano (plano 1), no solo se deben tener en cuenta los parmetros para localizacin, adems se deben tener en cuenta las posibilidades para localizacin que nos brindan elementos con los cuales se va a realizar el maquinado (herramientas, fijacin, mquina). De esta manera, los 3 planos se escogen de la misma manera que en los setups anteriores y cumplen bsicamente las mismas funciones. Tambin son similares los parmetros con que se escogen las superficies de localizacin (geometra, dimensiones). Las caractersticas de tamao y ubicacin de los localizadores en este arreglo son los mismos utilizados para los setups anteriores. En la Figura 92 se pueden ver las cotas que se van a controlar para este setup y la ubicacin de los localizadores segn el centroide de la pieza.

Anlisis De Fijaciones

Esta etapa se realiza mediante un Anlisis de Elementos Finitos FEA. Esta tcnica se utiliza con el objetivo de verificar si la fuerza de sujecin de las mordazas de la prensa garantiza una deformacin de la pieza que no influencie la calidad de la pieza, sobre todo para que las tolerancias de diseo de la misma permanezcan aceptables. Adems con el anlisis tambin se pretende evaluar la disposicin e influencia de los localizadores con los que se contar en el proceso de reglaje.

Modelamiento Realizado

Los modelos del anlisis que se hicieron para cada uno de los setups son estticos, variando la posicin de la fuerza de corte, tratando de simular la situacin real del proceso donde a cada instante las fuerzas de corte van cambiando de posicin en el mecanizado. En cada modelo, las fuerzas de corte axiales, radiales y tangenciales del proceso se posicionan en el momento en que se est realizando la ltima operacin de desbaste, ya que en ese instante se puede verificar de una manera bastante eficaz cmo las deformaciones que sufre la pieza estn influyendo en el mecanizado, observando en qu direccin la pieza sufre las mayores deformaciones. Las superficies de la prensa en contacto con la pieza se muestran como planos que restringen los DOFs de la pieza. Las fuerzas de friccin se han despreciado en los modelos.

El primer modelo del primer setup se realiza colocando restricciones a las zonas de influencia de los localizadores y de la prensa sobre la pieza, como se observa en la Figura 93. A las tres reas que representan las zonas de influencia de los localizadores en el plano xy se les ha impuesto una restriccin para la pieza a lo largo del eje (z), pues estos localizadores son los que actan como soporte de la pieza. El rea del localizador posicionado en el plano yz representa una restriccin para la pieza en el eje x, y el rea de influencia de la mordaza fija de la prensa restringe la pieza respecto al eje (y). Estas son entonces las condiciones de frontera para el primer modelo de elementos finitos.

Figura 27. a) Fijacin de la pieza con la prensa para el primer setup b) Condiciones de frontera para el modelo del primer setup.

Para el primer setup se hacen ocho pruebas con el modelo, ubicando las fuerzas de corte axial, radial y tangencial en ocho posiciones diferentes como se observan en la Figura. La fuerza axial est en la misma direccin del eje z.

Figura 28. Puntos de ubicacin de fuerzas de corte para el primer setup.

Las fuerzas de corte se encontraron usando la ecuacin del mecanizado (1).

Fc = Ksof (1)(senKr) ap

Donde :

Fc = Fuerza tan gencial (N ).

Kso = Re sistencia al cizallamiento (Pa).(Ecuacin 3)

f = Avance(m / rev).

Z = Cons tan te exp erimental.

Kr = Angulo de posicin.

ap = Pr ofundidadde pasada (m)

La resistencia al cizallamiento para el aluminio es 230Mpa. Para el desbaste la herramienta utilizada es un escariador de 3/8 con recubrimiento. Los parmetros del mecanizado necesarios son:

ap= 2mm.Avance = 0,14 mm/rev. Z= 0.3.Kr = 90.

La fuerza de corte Tangencial que encontramos aplicando la formula (1) es entonces de:

Ft= 922,67N

Segn un criterio particular, la fuerza radial se calcula como el 40% de la fuerza tangencial, y la fuerza axial como el 10% de la fuerza tangencial.

Fr = 369,068N

Fa=92,267N

La presin que ejerce la mordaza mvil de la prensa para el primer setup se halla calculando el rea de contacto que va a entre la pieza y la mordaza, y usando una fuerza de prueba que pueda fijar bien a pieza sin producir deformaciones considerables. La presin encontrada para este primer caso es entonces:

Fuerza prueba prensa = 3000Kgf .

Area de contacto = 0,00189m2 .

= Fuerza (N ) =Presin15,5714Mpa.Area (m2 )